磁気センサユニット
【課題】回路規模の増加を伴うことなく中心位置の検出精度の向上を図り、結果的に位置検出精度を向上させる。
【解決手段】センサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの差信号を演算する減算部１６及びセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの和信号を演算する加算部１７の上流に設けた、センサ出力Ｖｈｒ、ＶｈｌをＶ／Ｉ変換するＶ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂを所定周期で切り替え、結果的にセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａ、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂで処理したときの差信号及び和信号の除算値と、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂ、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａで処理したときの差信号及び和信号の除算値との平均値を、位置検出信号として出力する構成とする。これによりＶ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂでのオフセット成分を低減し位置検出信号に含まれるオフセット成分を低減して精度向上を図る。
【解決手段】センサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの差信号を演算する減算部１６及びセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの和信号を演算する加算部１７の上流に設けた、センサ出力Ｖｈｒ、ＶｈｌをＶ／Ｉ変換するＶ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂを所定周期で切り替え、結果的にセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａ、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂで処理したときの差信号及び和信号の除算値と、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂ、センサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａで処理したときの差信号及び和信号の除算値との平均値を、位置検出信号として出力する構成とする。これによりＶ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂでのオフセット成分を低減し位置検出信号に含まれるオフセット成分を低減して精度向上を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体の移動による周囲の磁界変化を磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する磁性体の相対位置や傾斜を検知するようにした磁気センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータのジョイスティックやトラックボールや携帯電話などの入力手段として使用される、座標検知を行う位置検出装置として、光学式、感圧式、可変抵抗式、磁気検出方式等、各種の方式が存在する。
各種方式のうち、小型化、低コスト、低消費電流化等の要請がある場合には、磁石と磁気センサとを用い、磁石の移動による周囲の磁界変化を磁気センサで検出することにより座標検知を行う磁気検出方式の位置検出装置を用いることが好適である。
【０００３】
しかしながら、磁石及び磁気センサは、温度による特性変化が大きく、環境温度に影響を受けやすい。また、磁石及び磁気センサを用いた位置検出装置において、その位置検出精度は、磁石及び磁気センサの特性のばらつきや組立精度の影響を受けやすい。
このような磁石及び磁気センサの特性のばらつきや、組立精度の影響を緩和する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。この技術によれば、２つの磁気センサの差出力を、和出力で除算して磁石の位置検出信号とすることで、環境温度による影響を抑え、磁石及び磁気センサの特性のばらつきや組立精度による影響も抑えることが可能である。
【０００４】
また、磁気センサとしてホール素子を用いた場合、ホール素子の製造ばらつきによるオフセットで位置検出精度の確保が困難となる。このような製造ばらつきをオフセットするオフセットキャンセル方法として、非特許文献１に記載されているように、磁気センサとしてのホール素子の駆動電流をホール素子内で直交する方向に切り替え、ホール素子の出力信号とオフセットとを周波数分離して検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４８１７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】１．R S Popovic著 Hall Effect Devices (ISBN-10:0750300965 Inst of Physics Pub Inc (1991/05)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１に記載の発明は、磁石が２つの磁気センサ間の中央位置にあるとき、出力電圧の基準となるコモン電圧を中心位置信号として出力する必要がある。しかしながら、磁気センサ出力は微小であるため、回路内部の素子の特性ばらつき等の影響を大きく受け、中心位置信号としての前記コモン電圧にオフセットを生じるという問題がある。
【０００８】
特に、磁気センサの出力を受けて信号処理を行う前段回路部で生じる誤差は、後段回路部で増幅されるため、出力オフセットに対して大きく影響を与える。
この課題を解決する一般的な方法として、位置検出信号を生成する出力部において、コモン電圧をトリミングして調整するという方法がある。
しかしながら、この方法を用いるためには、出力部において位置検出信号としての出力信号を補正するための調整用電圧生成回路を新規に追加する必要があり、このため回路規模が大きくなるという問題がある。また、位置検出装置に個別に調整用電圧生成回路を追加してトリミングして調整する必要があるため、コスト面でのデメリットが大きくまた手間がかかる。
【０００９】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気センサ対の中央に磁性体が位置する場合の磁気センサ対に対する磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号である中心位置信号の精度を上げながら、回路規模が小さく且つ、磁気センサユニットを個別に調整する必要のない磁気センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる磁気センサユニットは、任意に設定した一軸上に沿って配設される少なくとも一組の磁気センサ対と、前記磁気センサ対に対して移動自在又は傾斜自在に相対移動可能な磁性体と、を有し、前記磁性体が前記磁気センサ対に対して相対移動することにより生じる磁束の変化を前記磁気センサ対で検知し、前記磁気センサ対の差信号を、前記磁気センサ対の和信号で除算してこれを前記磁気センサ対に対する前記磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号として出力する磁気センサユニットにおいて、前記磁気センサ対のセンサ出力のうち第１のセンサ出力から第２のセンサ出力を減算して前記差信号を演算する減算部と、前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とを加算して前記和信号を演算する加算部と、前記差信号を前記和信号で除算して前記相対信号を演算する除算部と、前記減算部及び前記加算部の上流に設けられ、前記第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う第１の信号処理部及び第２の信号処理部と、前記第１のセンサ出力及び前記第２のセンサ出力に対して前記信号処理を行う前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部を、各センサ出力に対して前記信号処理を行う時間比が同一となるように周期的に切り替える切り替え手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２にかかる磁気センサユニットは、前記切り替え手段は、前記第１及び第２の信号処理部の上流に設けられ、前記第１及び前記第２のセンサ出力の出力先を前記第１及び第２の信号処理部間で切り替える第１の切替スイッチと、前記第１及び第２の信号処理部と前記減算部との間に設けられ、前記第１の切替スイッチと同期して動作する第２の切替スイッチと、前記第１及び第２の切替スイッチを制御するスイッチ切替制御部と、を有し、前記第２の切替スイッチは、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第１のセンサ出力を前記減算部の正入力端子に供給し、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第２のセンサ出力を前記減算部の負入力端子に供給するように動作することを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項３にかかる磁気センサユニットは、前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を電流信号に変換する電圧／電流変換部であって、前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電流信号に対して処理を行うことを特徴としている。
さらにまた、請求項４にかかる磁気センサユニットは、前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を増幅する電圧増幅部であって、前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電圧信号に対して処理を行うことを特徴としている。
さらに、請求項５にかかる磁気センサユニットは、前記磁気センサはホール素子であって、前記ホール素子を駆動する電圧及び電流を、前記ホール素子内で直交する方向に切り替える切替駆動手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気センサ対の第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う信号処理部を、前記第１又は第２のセンサ出力に対する処理時間が、前記第１の信号処理部と前記第２の信号処理部とで同一時間となるように周期的に切り替え、第１のセンサ出力に対して第１の信号処理部且つ第２のセンサ出力に対して第２の信号処理部で前記信号処理を行う状態と、第１のセンサ出力に対して第２の信号処理部且つ第２のセンサ出力に対して第１の信号処理部で前記信号処理を行う状態とを構成し、結果的に各状態における、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号の平均値が相対信号として出力されるように構成したため、相対信号に含まれる、第１及び第２の信号処理部におけるオフセット成分を低減することができる。このため、磁性体が磁気センサ間の中央位置に存在するときの相対信号である中心位置信号の検出精度を向上させることができ、結果的に相対信号の検出精度を向上させることができる。
また、このとき、切り替え手段を設けるだけで実現することができるため、磁気センサ対のセンサ出力の差信号を和信号で除算して相対信号を得るようにした従来の磁気センサユニットにおいて、大幅な変更を伴うことなく容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】センサ部の一例を示す概略構成図である。
【図３】磁石と磁気センサとの相対位置に応じた磁気センサの出力電圧の出力特性を表す特性図である。
【図４】第２の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明における磁気センサユニットを適用した、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置を検出するようにした位置検出装置の一例を示すブロック図である。
図中１はセンサ部、２はセンサ部１からのセンサ出力に対して信号処理を行い、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置を位置検出信号として演算する信号処理装置である。
センサ部１は、磁石（より詳細には永久磁石）１０と検出部１１とで構成され、検出部１１は２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを備える。
磁気センサ１１ａ、１１ｂとして、例えば、ホール素子、半導体磁気抵抗素子、感磁性耐磁気抵抗素子、ＧＭＲ素子等を適用することができる。また、磁石１０として、電磁石や磁気フィルム等を適用することができる。
【００１６】
２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂは、図２に示すように、一軸上、例えばＸ軸上に沿って２個対称に固定配置されている。この磁気センサ１１ａ、１１ｂが固定配置された図示しない固定部材に対して移動する、図示しない移動部材に磁石１０が取り付けられている。そして移動部材に取り付けられた磁石１０は、固定部材に取り付けられた磁気センサ１１ａ、１１ｂに対して図の矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸方向）に移動可能に構成される。より詳細には、磁石１０は、磁気センサ１１ａ、１１ｂの配置面に平行な面内において、磁気センサ１１ａ、１１ｂが配置された軸方向、すなわちＸ軸方向に移動可能に構成されている。この磁石１０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に上面側がＳ極、下面側がＮ極に着磁されている。そして、磁石１０が磁気センサ１１ａ及び１１ｂの配置面に平行な面内において矢印ＡＲ１方向に移動すると磁界が変化し、磁石１０の移動量に応じて磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧が変化するように構成されている。
【００１７】
図３は、磁気センサ１１ａの出力電圧をＶｈｒ、磁気センサ１１ｂの出力電圧をＶｈｌとし、磁石１０の位置と各磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧の大きさとの関係を表したものであって、磁石１０が、磁気センサ１１ａ、１１ｂが配置されたＸ軸方向に移動した場合の各位置における、各出力電圧Ｖｈｒ、Ｖｈｌの大きさを表している。
図３に示すように、磁石１０が磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央に位置し、磁石１０の着磁方向が鉛直方向にあるときに、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧が一致するように構成されている。そして、磁石１０が磁気センサ１１ａに近づく方向に移動すると、磁気センサ１１ｂと磁石１０との間の距離が大きくなるほど磁気センサ１１ｂの出力電圧は減少する。一方、磁気センサ１１ａの出力電圧は、磁気センサ１１ａと磁石１０との間の距離が短くなるほど増加し、その後、磁気センサ１１ａと磁石１０との間の距離が増加するようになると増加するに応じて磁気センサ１１ａの出力電圧は減少する。
【００１８】
このように、磁石１０と磁気センサ１１ａ、１１ｂとの相対位置に応じて、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧Ｖｈｒ、Ｖｈｌが変化することから、これら磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧を利用して磁石１０のＸ軸上における位置を特定できる。
図１に戻って信号処理装置２は、切替スイッチ１２、変換部１３、切替スイッチ１４、スイッチ切替制御部１５、減算部１６、加算部１７、電流除算部１８、及び出力部１９を備える。
検出部１１の磁気センサ１１ａ及び１１ｂの出力電圧からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、切替スイッチ１２に入力される。
【００１９】
切替スイッチ１２はスイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて動作し、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの出力先を切替信号に応じて切り替えて変換部１３に出力する。
変換部１３は、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂを備える。これらＶ／Ｉ変換部１３ａ及び１３ｂはそれぞれ、切替スイッチ１２を介して、磁気センサ１１ａ又は１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを入力する。つまり、スイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて切替スイッチ１２が動作することにより、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、ＶｈｌがＶ／Ｉ変換部１３ａ又はＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給されるようになっている。
【００２０】
Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂは、入力した磁気センサ１１ａ又は１１ｂからの電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌに変換し、変換した電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌを切替スイッチ１４に出力すると共に加算部１７に出力する。
切替スイッチ１４は、前記切替スイッチ１２と同期して前記スイッチ切替制御部１５からの前記切替信号に応じて動作し、入力されるＶ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂからの電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌの出力先を切り替えて減算部１６に出力する。
【００２１】
減算部１６は、正入力端子及び負入力端子を備え、これら正入力端子及び負入力端子には、切替スイッチ１４を介して電流信号Ｉｈｒ又はＩｈｌが入力される。つまり、スイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて切替スイッチ１４が動作することにより、減算部１６の正入力端子及び負入力端子に電流信号Ｉｈｒ又はＩｈｌが入力される。
減算部１６は、正入力端子に入力される電流信号から負入力端子に入力される電流信号を減算し、減算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの差信号Ｉｓとしてこれを電流除算部１８に出力する。
【００２２】
加算部１７は、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂからの電流信号を入力し、これらを加算しその加算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの和信号Ｉａとしてこれを電流除算部１８に出力する。
電流除算部１８は、減算部１６からの差信号Ｉｓを加算部１７からの和信号Ｉａで除算し、除算結果Ｉｏを出力部１９に出力する。
出力部１９は、例えばＩ／Ｖ変換器で構成され、電流除算部１８での除算結果Ｉｏを電圧信号に変換しこれを磁石１０のＸ軸方向の位置を表す位置検出信号Ｖｏとして出力する。
【００２３】
今、図１において、切替スイッチ１２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給し、且つ、切替スイッチ１４により、Ｖ／Ｉ変換部１３ａの出力電流を減算部１６の正入力端子に供給し、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂの出力電流を減算部１６の負入力端子に供給する第１の回路接続を、スイッチ切替制御部１５からの切替信号により切替スイッチ１２及び１４に対して指示する。
【００２４】
磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌに変換されるが、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂには内部素子のばらつき等によるオフセット電流が生じる。
Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂにおけるＶ／Ｉ変換係数を１／Ｒｃ、Ｖ／Ｉ変換部１３ａのオフセット電流をＩｒｏ１、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂのオフセット電流をＩｌｏ１とし、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａで変換したときの電流信号をＩｈｒ１、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ｂで変換したときの電流信号をＩｈｌ１とすると、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂから出力される電流信号Ｉｈｒ１、Ｉｈｌ１は、次式（１）で表すことができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで生成された電流信号Ｉｈｒ１、Ｉｈｌ１は減算部１６、加算部１７でそれぞれ減算、加算される。
減算部１６での減算により得られる差信号をＩｓ１、加算部１７での加算により得られる和信号をＩａ１とすると、これら差信号Ｉｓ１、和信号Ｉａ１は、次式（２）で表すことができる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
減算部１６で生成された差信号Ｉｓ１及び加算部１７で生成された和信号Ｉａ１は電流除算部１８で除算される。電流除算部１８の除算結果をＩｏ１、参照電流をＩｒｅｆとすると、除算結果Ｉｏ１は、次式（３）で表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
電流除算部１８で生成された除算結果Ｉｏ１は出力部１９で電圧信号に変換される。出力部１９のＩ／Ｖ変換係数をＲｏ、コモン電圧をＶｃｏｍ、出力電圧、すなわち位置検出信号をＶｏ１とすると、位置検出信号Ｖｏ１は次式（４）で表すことができる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
次に、図１において、切替スイッチ１２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ａに供給し、且つ、切替スイッチ１４により、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂの出力電流を減算部１６の正入力端子に供給し、Ｖ／Ｉ変換部１３ａの出力電流を減算部１６の負入力端子に供給する第２の回路接続を、スイッチ切替制御部１５からの切替信号により切替スイッチ１２、１４に対して指示する。
【００３３】
磁気センサ１１ａ、１１ｂで検出されたセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、上記と同様に、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで電流信号に変換され、電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′として出力される。このとき、Ｖ／Ｉ変換部１３ａには磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌが入力され、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂには磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒが入力されるため、電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′は次式（５）で表すことができる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで変換された電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′は減算部１６で減算されると共に加算部１７で加算される。このとき、減算部１６の正入力端子にはＶ/Ｉ変換部１３ｂで変換された電流信号Ｉｈｌ１′が入力され、減算部１６の負入力端子にはＶ/Ｉ変換部１３ａで変換された電流信号Ｉｈｒ１′が入力されるため、減算部１６から出力される差信号Ｉｓ１′、加算部１７から出力される和信号Ｉａ１′は、次式（６）で表すことができる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
このようにして減算部１６で生成された差信号Ｉｓ１′及び加算部１７で生成された和信号Ｉａ１′は電流除算部１８で除算される。このときの、電流除算部１８の出力電流Ｉｏ１′は次式（７）で表すことができる。
【００３８】
【数７】
【００３９】
電流除算部１８で生成された除算電流Ｉｏ１′は出力部１９で電圧信号に変換される。出力部１９の出力電圧Ｖｏ１′は次式（８）で表すことができる。
【００４０】
【数８】
【００４１】
ここで、切替スイッチ１２、１４により第１の回路接続と第２の回路接続とを切り替えることにより、出力部１９の出力電圧である位置検出信号Ｖｏは、前記（４）式で表される出力電圧Ｖｏ１と、前記（８）式で表される出力電圧Ｖｏ１′とを繰り返すことになる。したがって、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替え、且つ第１の回路接続の継続時間と第２の回路接続の継続時間とが同一となるように切り替えることで、出力部１９の出力電圧は平均化されることになる。したがって、第１の回路接続と第２の回路接続とを周期的に切り替えたときの出力部１９の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ１″は、次式（９）で表すことができる。
【００４２】
【数９】
【００４３】
ここで中心位置信号が出力される状態、すなわち、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌのときを考える。
上述のような第１の回路接続と第２の回路接続との切り替えを行わない場合、つまり切替スイッチ１２、１４を第１の回路接続、又は第２の回路接続の何れかの状態に固定した場合、出力部１９の出力電圧は前記（４）式で表すＶｏ１又は（８）式で表すＶｏ１′のように、分母及び分子にオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏからなる項が存在し、Ｖｏ（＝Ｖｏ１又はＶｏ１′）＝Ｖｃｏｍとはならない。
【００４４】
しかしながら上記（９）式で表されるＶｏ１″のように、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替えることにより、出力部１９において出力電圧を平均化したことと同等となり、その結果、（９）式に示すように、分子のオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの項が相殺されることになる。その結果、中心位置信号が出力される、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌの状態においては、Ｖｏ１″＝Ｖｃｏｍとなる。
【００４５】
さらに、オフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏが環境温度変化によって変動したとしても、（９）式に示すように、分子にオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの項は現れないため、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌの状態においては、Ｖｏ１″＝Ｖｃｏｍとなる。したがって、環境温度変化によるオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの変動の影響を受けないため、温度環境変化に関わらずＶｏ１″＝Ｖｃｏｍとすることができる。すなわち、出力電圧Ｖｏに含まれる出力オフセット電圧を低減することができる。
【００４６】
ここで、センサ部１として、磁石１０及び磁気センサ１１ａ、１１ｂを用いた位置検出装置においては、中心位置検出精度は非常に重要な性能の１つである。つまり、磁石１０の中心位置が２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央位置にある状態を基準状態とし、この基準状態における磁石１０の位置を基準位置とし、磁石１０が基準位置にあるときの出力部１９の出力電圧が、位置検出信号としての基準となって、この基準となる出力電圧を、磁石１０の基準位置として現在位置を得るようにしているため、磁石１０の中心位置検出精度を向上させるということはすなわち位置検出装置の精度向上につながることになる。
【００４７】
前記磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力は微小であるため、中心位置信号は回路内部の素子の特性ばらつき等の影響を大きくうけてオフセットを生じる。特に磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力を入力しこれに対して信号処理を行う前段回路部（例えば、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂ）で生じる誤差は、後段回路（例えば、電流除算部１８）で増幅されるため、出力信号としての位置検出信号に含まれるオフセットに対して大きく影響を与える。
【００４８】
しかしながら、上述のように、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替えることにより、出力部１９の出力電圧は、第１の回路接続及び第２の回路接続の平均値と同等となり、この出力電圧にはＶ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂにおける電流オフセット成分を含まない。このため、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌであるときの位置検出信号である中心位置信号に含まれる電流オフセット成分を除去することができ、すなわち、高精度な中心位置信号を得ることができる。したがって、この高精度な中心位置信号を基準とする位置検出信号を用いて位置検出を行うことにより高精度な位置検出を行うことができる。
【００４９】
なお、前記スイッチ切替制御部１５における第１の回路接続、第２の回路接続の切替周期は例えば、次の手順で決定すればよい。
すなわち、要求される位置検出装置の応答速度に依存する。
例えば、高速で動作するアプリケーションに対して、位置検出装置が高速に応答することが要求される場合には、切替周期は、要求される応答時間よりも短くする必要がある。逆に要求される応答時間が長い場合には、切替周期は長くてもよい。
【００５０】
また、上述のように、切替スイッチ１２、１４により磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力先及び減算部１６の正負の入力端子に入力される電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌを切り替えるだけで実現することができるため、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力の差信号を和信号で除算しこれを位置検出信号として出力するようにした従来の位置検出装置において、切替スイッチ１２、１４及びスイッチ切替制御部１５を設けるだけで、大幅な変更を伴うことなく実現することができる。
【００５１】
したがって、追加する回路規模が小さくてすみ、且つ位置検出装置毎に個別にトリミング等の調整を必要とすることなく、出力オフセット電圧を低減し中心位置検出精度を容易に向上させることができる。
さらに、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂは、環境温度変化によるオフセット変動の影響を受けないため、位置検出装置を使用する全温度範囲で出力オフセット電圧を低減して中心位置検出精度を上げることができる。その結果、中心位置検出信号を基準として検出される位置検出の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、上記第１の実施の形態において、磁石１０が磁性体に対応し、磁気センサ１１ａ、１１ｂが磁気センサ対に対応し、位置検出信号が相対信号に対応している。また、減算部１６が減算部に対応し、加算部１７が加算部に対応し、電流除算部１８が除算部に対応し、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂが第１の信号処理部及び第２の信号処理部に対応し、切替スイッチ１２、１４、スイッチ切替制御部１５が切り替え手段に対応している。さらに、切替スイッチ１２が第１の切替スイッチに対応し、切替スイッチ１４が第２の切替スイッチに対応し、スイッチ切替制御部１５がスイッチ切替制御部に対応している。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第２の実施の形態における位置検出装置は、上記第１の実施の形態において、信号処理装置２に替えて、信号処理装置２ａを備えている。なお、上記第１の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
第２の実施の形態における信号処理装置２ａは、図４に示すように、切替スイッチ２２、増幅部２３、切替スイッチ２４、スイッチ切替制御部２５、減算部２６、加算部２７、及び電圧除算出力部２８を備える。
なお、センサ部１は、上記第１の実施の形態におけるセンサ部１と同様であって、磁石１０と、二つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを備え、これら磁気センサ１１ａ及び１１ｂは電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを出力する。これら磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力は、切替スイッチ２２に入力される。
【００５５】
切替スイッチ２２は、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて動作し、入力される磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの出力先を、切替信号に応じて切り替えて増幅部２３に出力する。
増幅部２３は、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂを備える。これら電圧増幅部２３ａ及び２３ｂはそれぞれ、切替スイッチ２２を介して、磁気センサ１１ａ又は１１ｂの電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを入力する。つまり、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて切替スイッチ２２が動作することにより、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌが電圧増幅部２３ａ又は電圧増幅部２３ｂに供給されるようになっている。
【００５６】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂは、入力されるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを増幅し、増幅したセンサ出力を電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐとして切替スイッチ２４に出力するとともに加算部２７に出力する。
切替スイッチ２４は、前記切替スイッチ２２と同期して前記スイッチ切替制御部２５からの前記切替信号に応じて動作し、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂからの電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐの出力先を、切替信号に応じて切り替えて減算部２６に出力する。
【００５７】
減算部２６は、正入力端子及び負入力端子を備え、これら正入力端子及び負入力端子には、切替スイッチ２４を介して電圧信号Ｖｒｐ又はＶｌｐが入力される。つまり、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて切替スイッチ２４が動作することにより、減算部２６の正入力端子及び負入力端子に、電圧信号Ｖｒｐ又はＶｌｐが入力される。
減算部２６は、正入力端子に入力される電圧信号から負入力端子に入力される電圧信号を減算し、減算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの差信号Ｖｓとしてこれを電圧除算出力部２８に出力する。
【００５８】
加算部２７は、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂからの電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐを入力し、これらを加算しその加算結果を、磁気センサ１１ａ、１１ｂの和信号Ｖａとして電圧除算出力部２８に出力する。
電圧除算出力部２８は、減算部２６からの差信号Ｖｓを加算部２７からの和信号Ｖａで除算し、これを磁石１０のＸ軸方向の位置を表す位置検出信号Ｖｏとして出力する。
【００５９】
今、図４において、切替スイッチ２２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ａに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ｂに供給し、且つ、切替スイッチ２４により、電圧増幅部２３ａの出力電圧を減算部２６の正入力端子に供給し、電圧増幅部２３ｂの出力電圧を減算部２６の負入力端子に供給する第３の回路接続を、スイッチ切替制御部２５からの切替信号により、切替スイッチ２２、２４に対して指示する。
【００６０】
磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、電圧増幅部２３ａ、２３ｂで増幅され電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐとして出力されるが、電圧増幅部２３ａ、２３ｂには、内部素子のばらつき等によるオフセット電圧が生じる。
このため、電圧増幅部２３ａ、２３ｂの増幅率をＧｐ、電圧増幅部２３ａのオフセット電圧をＶｒｏ２、電圧増幅部２３ｂのオフセット電圧をＶｌｏ２とすると、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ａで増幅した電圧信号Ｖｒｐ２、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ｂで増幅した電圧信号Ｖｌｐ２は、次式（１０）で表すことができる。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂで生成された電圧信号Ｖｒｐ２、Ｖｌｐ２は減算部２６、加算部２７でそれぞれ減算、加算される。
減算部２６での減算により得られる差信号をＶｓ２、加算部２７での加算により得られる和信号をＶａ２とすると、これら差信号Ｖｓ２、和信号Ｖａ２は、次式（１１）で表すことができる。
【００６３】
【数１１】
【００６４】
減算部２６で演算された差信号Ｖｓ２、加算部２７で演算された和信号Ｖａ２は電圧除算出力部２８で除算される。電圧除算出力部２８の出力電圧をＶｏ２、参照電圧をＶｒｅｆ、コモン電圧をＶｃｏｍとすると、電圧除算出力部２８の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ２は次式（１２）で表すことができる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
次に、図４において、切替スイッチ２２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ｂに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ａに供給し、且つ、切替スイッチ２４により、電圧増幅部２３ｂの出力電圧を減算部２６の正入力端子に供給し、電圧増幅部２３ａの出力電圧を減算部２６の負入力端子に供給する第４の回路接続を、スイッチ切替制御部２５からの切替信号により切替スイッチ２２、２４に対して指示する。
【００６７】
磁気センサ１１ａ、１１ｂで検出されたセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、上記と同様に、電圧増幅部２３ａ、２３ｂで増幅されて電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′として出力される。このとき、電圧増幅部２３ａには磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌが入力され、電圧増幅部２３ｂには磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒが入力されるため、このときの電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′は次式（１３）で表される。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂで生成された電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′は減算部２６、加算部２７でそれぞれ減算、加算される。減算部２６での減算結果である差信号Ｖｓ２′、加算部２７での加算結果である和信号Ｖａ２′は、次式（１４）で表すことができる。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
減算部２６、加算部２７で生成された出力電圧Ｖｓ２′（差信号）、Ｖａ２′（和信号）は電圧除算出力部２８で除算される。このときの電圧除算出力部２８の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ２′は、次式（１５）で表すことができる。なお、式（１５）中のＩｒｅｆは参照電流、Ｖｃｏｍはコモン電圧である。
【００７２】
【数１５】
【００７３】
ここで、切替スイッチ２２、２４により第３の回路接続と第４の回路接続とを切り替えることにより、電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏは、前記（１２）式で表される出力電圧Ｖｏ２と、前記（１５）式で表される出力電圧Ｖｏ２’とを繰り返すことになる。したがって、切替スイッチ２２、２４を周期的に切り替え、且つ第３の回路接続と第４の回路接続の状態の継続時間が同一となるように切り替えることで、電圧除算出力部２８の出力電圧は平均化されることになる。このため、第３の回路接続と第４の回路接続とを周期的に切り替えたときの電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏ２″は、次式（１６）で表すことができる。
【００７４】
【数１６】
【００７５】
ここで、磁石１０が磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央位置にあり位置検出信号Ｖｏとして中心位置信号が出力される状態、つまりＶｈｒ＝Ｖｈｌのときを考える。
上述のような第３の回路接続と第４の回路接続との切り替えを行わない場合、つまり切り替えスイッチ２２、２４を第３の回路接続又は第４の回路接続の何れかの状態に固定した場合、電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏは、前記（１２）式で表すＶｏ２又は（１５）式で表すＶｏ２′のように、分母及び分子にオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏからなる項が存在し、Ｖｏ＝Ｖｃｏｍとはならない。
【００７６】
しかしながら、切替スイッチ２２、２４を周期的に切り替えることにより、上記（１６）式で表されるＶｏ２″のように、電圧除算出力部２８において出力電圧Ｖｏ２、Ｖｏ２′を平均化したことと同等となる。その結果、（１６）式に示すように、分子のオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの項が相殺されることになって、Ｖｏ２″＝Ｖｃｏｍとなる。
つまり、電圧位置検出信号Ｖｏとして中心位置信号が出力されるＶｈｒ＝Ｖｈｌの状態においてはＶｏ（＝Ｖｏ２″）＝Ｖｃｏｍとなる。
【００７７】
さらに、電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏが環境温度変化によって変動しても、（１６）式に示すように、分子にオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの項は現れないため、出力電圧Ｖｏは環境温度変化によるオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの変動の影響を受けない。したがって、その分、出力電圧、すなわち中心位置信号に含まれる出力オフセット電圧を低減できることになる。
【００７８】
したがって、この第２の実施の形態のように、上記第１の実施の形態におけるＶ／Ｉ変換部１３が電圧増幅部２３に置き換わった場合でも、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌに対して増幅処理を行う電圧増幅部２３ａ、２３ｂにおいて、電圧増幅部２３ａでセンサ出力Ｖｈｒ、電圧増幅部２３ｂでセンサ出力Ｖｈｌに対して増幅処理を行う場合と、電圧増幅部２３ａでセンサ出力Ｖｈｌ、電圧増幅部２３ｂでセンサ出力Ｖｈｒに対して増幅処理を行う場合とで切り替えて、電圧除算出力部２８で平均化を行うことによって、上記第１の実施の形態と同様に、出力オフセット電圧を低減することができる。
【００７９】
ここで、例えば、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌが、電圧増幅部２３ａ、２３ｂにおいて、それぞれ１０〔ｍＶ〕に増幅され、その信号電圧に電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセット電圧“１〔ｍＶ〕”、“−１〔ｍＶ〕”がそれぞれ加算されるものとする。
２つの電圧増幅回路２３ａ、２３ｂの出力電圧を減算部２６で減算した差信号Ｖｓ２′及び加算部２７で加算した和信号Ｖａ２′を、参照電圧Ｖｒｅｆを“１〔ｖ〕”として電圧除算出力部２８で除算すると、（１１〔ｍＶ〕−９〔ｍＶ〕）÷（１１〔ｍＶ〕＋９〔ｍＶ〕）×１〔ｖ〕＝１００〔ｍＶ〕が電圧除算出力部２８からオフセット電圧として出力されることになり、すなわち、電圧増幅回路部２３ａ、２３ｂのオフセットが１００倍に増幅されることになり、出力信号としての位置検出信号に対して大きく影響を与えることになる。
【００８０】
しかしながら、上述のように、電圧除算出力部２８で平均化を行うことによって、出力オフセット電圧を低減することができるため、位置検出信号に与える影響を低減することができる。
なお、この第２の実施の形態においても、切替スイッチ２２及び２４の切替周期は上記第１の実施の形態における切替周期と同様の手順で設定すればよい。
また、この第２の実施の形態においても、環境温度変化により電圧増幅部２３におけるオフセット電圧変動の影響を受けることはない。
【００８１】
また、この第２の実施の形態においても、切替スイッチ２２、２４により磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力先及び減算部２６の正負の入力端子への入力を切り替えるだけで実現することができるため、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力の差信号を和信号で除算しこれを位置検出信号として出力するようにした位置検出装置の構成において、切替スイッチ２２、２４及びスイッチ切替制御部２５を設けるだけで、大幅な変更を伴うことなく実現することができる。
【００８２】
したがって、追加する回路規模が小さくてすみ、且つ位置検出装置毎に個別にトリミング等の調整を必要とすることなく、出力オフセット電圧を低減し中心位置検出精度を容易に向上させることができる。
さらに、電圧増幅部２３ａ、２３ｂは、環境温度変化によるオフセット変動の影響を受けないため、位置検出装置を使用する全温度範囲で出力オフセット電圧を低減して中心位置検出精度を上げることができる。その結果、中心位置信号を基準として検出される位置検出の検出精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、上記実施の各実施の形態においては、２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを一軸（Ｘ軸）上に配置し、磁石１０の一軸方向の位置を検出する場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、直交するＸ軸及びＹ軸の各軸上にそれぞれ対称となる位置に対をなす磁気センサを配置し、これら４つの磁気センサが配置された平面と平行な面内において磁石１０を移動させることにより平面内におけるＸ軸方向及びＹ軸方向における磁石１０の位置を検出するように構成する場合であっても適用することができる。
【００８４】
また、平面内で磁石１０を移動させる場合に限るものではなく、三次元空間内で磁石１０を移動させる場合であっても適用することができ、この場合には、対をなす磁気センサを対称配置した軸に対する磁石１０の位置検出を行うことができ、複数の軸上に磁気センサ対を配置することにより複数の軸に対する磁石１０の位置検出を行うことができる。
また、上記各実施の形態においては、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の相対位置を検出する場合について説明したが、これに限るものではなく、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の傾斜角の変化に応じて、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力が変化することを利用して、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の傾斜を検出するようにした傾斜検出装置であっても同様に適用することができる。
【００８５】
また、上記実施の形態においては、センサ出力に対して、Ｖ／Ｉ変換部又は電圧増幅部において信号処理を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、各センサ出力に対して他の信号処理を行う場合であっても適用することができる。例えば、ＡＤ変換を行う処理などであっても適用することができる。
また、例えばＶ／Ｉ変換処理を行うＶ／Ｉ変換部、又は電圧増幅を行う電圧増幅部など、センサ出力に対して一つの信号処理を行う場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、Ｖ／Ｉ変換部の後に電流増幅部を設けた場合等、一つのセンサ信号に対して信号処理を行う信号処理部が複数設けられている場合であっても適用することができる。
【００８６】
この場合には、例えば一方のセンサ出力に対して処理Ａを行う変換処理部Ａ１及び処理Ｂを行う変換処理部Ｂ１を一つの変換処理部α、他方のセンサ出力に対して処理Ａを行う変換処理部Ａ２及び処理Ｂを行う変換処理部Ｂ２を一つの変換処理部βと考え、磁気センサ対のセンサ出力に対して処理を行う変換処理部として、変換処理部αと変換処理部βとで周期的に切り替えるように構成すればよい。
【００８７】
なお、上記第２の実施の形態において、磁石１０が磁性体に対応し、磁気センサ１１ａ、１１ｂが磁気センサ対に対応し、位置検出信号が相対信号に対応している。また、減算部２６が減算部に対応し、加算部２７が加算部に対応し、電圧除算出力部２８が除算部に対応し、電圧増幅部２３ａ、電圧増幅部２３ｂが第１の信号処理部及び第２の信号処理部に対応し、切替スイッチ２２、２４、スイッチ切替制御部２５が切り替え手段に対応している。さらに、切替スイッチ２２が第１の切替スイッチに対応し、切替スイッチ１４が第２の切替スイッチに対応し、スイッチ切替制御部２５がスイッチ切替制御部に対応している。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図５は、本発明の第３の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第３の実施の形態における位置検出装置は、上記第１の実施の形態において、センサ部１に替えて、センサ部１ａを備えている。なお、上記第１の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
第３の実施の形態における位置検出装置におけるセンサ部１ａは、図５に示すように、磁石１０、検出部１１′、磁気センサ駆動部３１、チョッパスイッチ３２、及びチョッパスイッチ制御部３３を備える。また、検出部１１′は、２つの磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′を備え、これら磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′はホール素子で構成される。
磁気センサ駆動部３１は、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′が磁石１０の磁界に応じた出力信号を生成するために、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′に対して所定の駆動電流及び駆動電圧を印加する回路である。
【００９０】
チョッパスイッチ３２は、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の４つある端子ｔ１〜ｔ４のうち、磁気センサ駆動部３１の駆動電流及び駆動電圧を印加する２つの端子を選択し、この選択した端子に駆動電流及び駆動電圧を印加し、且つ、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の出力信号を取り出す２つの端子を選択し、この選択した端子からその出力信号を取り出すものである。
【００９１】
このチョッパスイッチ３２は、例えば、位相として「０°「と「９０°」の２つの選択（切り替え）ができるように構成され、これにより磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の出力に含まれるホール素子自身のオフセットを大部分キャンセルすることができる。例えば、位相として「０°」が選択されると、例えば、端子ｔ１、ｔ３に駆動電流及び駆動電圧が印加され、端子ｔ２、ｔ４から出力信号が取り出される。また、位相として「９０°」が選択されると、端子ｔ２、ｔ４に駆動電流及び駆動電圧が印加され、端子ｔ１、ｔ３から出力信号が取り出される。
【００９２】
チョッパスイッチ制御部３３は、チョッパスイッチ３２の選択（切り替え）の動作を制御するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号をチョッパスイッチ３２に出力する。
そして、チョッパスイッチ制御部３３からのタイミング信号に応じてチョッパスイッチ３２が端子ｔ１〜ｔ４の選択（切り替え）動作を行うことにより、磁気センサ駆動部３１で生成された駆動電流及び駆動電圧を磁気センサ１１ａ′内及び磁気センサ１１ｂ′内で直交する方向に切り替える。これによって、磁気センサオフセットをキャンセルすることができる。この技術は前述の非特許文献１で紹介されている。
この機能をもつセンサ部１ａを上記第１の実施の形態の位置検出装置に組み合わせることで、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂのオフセットだけでなく、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′自身のオフセットも低減することができる。
【００９３】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図６は、第４の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第４の実施の形態における位置検出装置は、上記第２の実施の形態において、センサ部１に替えて、センサ部１ａを備えている。なお、上記第２の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
第４の実施の形態における位置検出装置は、第３の実施の形態における位置検出装置と同様に、センサ部１ａを上記第２の実施の形態の位置検出装置に組み合わせる。上述のように、センサ部１ａを用いることによってホール素子からなる磁気センサ１１ａ′１１ｂのオフセットを低減することができる。したがって、電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセットだけでなく、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′のオフセットも低減することができる。
【００９４】
なお、上記第３及び第４の実施の形態において、チョッパスイッチ３２の切替周期は、要求される位置検出装置の応答速度に依存する。例えば、高速で動作するアプリケーションに対して、位置検出装置が高速に応答することを要求される場合には、チョッパスイッチ３２の切替周期は、要求応答時間よりも短くする必要がある。逆に要求される応答時間が長い場合には、切替周期は長くてもよい。
ここで、第３及び第４の実施の形態において、磁気センサ駆動部３１、チョッパスイッチ３２、及びチョッパスイッチ制御部３３が切替駆動手段に対応している。
【符号の説明】
【００９５】
１、１ａ センサ部
２、２ａ 信号処理装置
１０ 磁石
１１、１１′ 検出部
１１ａ、１１ｂ 磁気センサ
１２、１４、２２、２４ 切替スイッチ
１３ 変換部
１３ａ、１３ｂ Ｖ／Ｉ変換部、
１５、２５ スイッチ切替制御部
１６、２６ 減算部
１７、２７ 加算部
１８ 電流除算部
１９ 出力部
２３ 増幅部
２３ａ、２３ｂ 電圧増幅部
２８ 電圧除算出力部
３１ 磁気センサ駆動部
３２ チョッパスイッチ
３３ チョッパスイッチ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体の移動による周囲の磁界変化を磁気センサで検出することにより、磁気センサに対する磁性体の相対位置や傾斜を検知するようにした磁気センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータのジョイスティックやトラックボールや携帯電話などの入力手段として使用される、座標検知を行う位置検出装置として、光学式、感圧式、可変抵抗式、磁気検出方式等、各種の方式が存在する。
各種方式のうち、小型化、低コスト、低消費電流化等の要請がある場合には、磁石と磁気センサとを用い、磁石の移動による周囲の磁界変化を磁気センサで検出することにより座標検知を行う磁気検出方式の位置検出装置を用いることが好適である。
【０００３】
しかしながら、磁石及び磁気センサは、温度による特性変化が大きく、環境温度に影響を受けやすい。また、磁石及び磁気センサを用いた位置検出装置において、その位置検出精度は、磁石及び磁気センサの特性のばらつきや組立精度の影響を受けやすい。
このような磁石及び磁気センサの特性のばらつきや、組立精度の影響を緩和する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。この技術によれば、２つの磁気センサの差出力を、和出力で除算して磁石の位置検出信号とすることで、環境温度による影響を抑え、磁石及び磁気センサの特性のばらつきや組立精度による影響も抑えることが可能である。
【０００４】
また、磁気センサとしてホール素子を用いた場合、ホール素子の製造ばらつきによるオフセットで位置検出精度の確保が困難となる。このような製造ばらつきをオフセットするオフセットキャンセル方法として、非特許文献１に記載されているように、磁気センサとしてのホール素子の駆動電流をホール素子内で直交する方向に切り替え、ホール素子の出力信号とオフセットとを周波数分離して検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４８１７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】１．R S Popovic著 Hall Effect Devices (ISBN-10:0750300965 Inst of Physics Pub Inc (1991/05)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１に記載の発明は、磁石が２つの磁気センサ間の中央位置にあるとき、出力電圧の基準となるコモン電圧を中心位置信号として出力する必要がある。しかしながら、磁気センサ出力は微小であるため、回路内部の素子の特性ばらつき等の影響を大きく受け、中心位置信号としての前記コモン電圧にオフセットを生じるという問題がある。
【０００８】
特に、磁気センサの出力を受けて信号処理を行う前段回路部で生じる誤差は、後段回路部で増幅されるため、出力オフセットに対して大きく影響を与える。
この課題を解決する一般的な方法として、位置検出信号を生成する出力部において、コモン電圧をトリミングして調整するという方法がある。
しかしながら、この方法を用いるためには、出力部において位置検出信号としての出力信号を補正するための調整用電圧生成回路を新規に追加する必要があり、このため回路規模が大きくなるという問題がある。また、位置検出装置に個別に調整用電圧生成回路を追加してトリミングして調整する必要があるため、コスト面でのデメリットが大きくまた手間がかかる。
【０００９】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁気センサ対の中央に磁性体が位置する場合の磁気センサ対に対する磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号である中心位置信号の精度を上げながら、回路規模が小さく且つ、磁気センサユニットを個別に調整する必要のない磁気センサユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる磁気センサユニットは、任意に設定した一軸上に沿って配設される少なくとも一組の磁気センサ対と、前記磁気センサ対に対して移動自在又は傾斜自在に相対移動可能な磁性体と、を有し、前記磁性体が前記磁気センサ対に対して相対移動することにより生じる磁束の変化を前記磁気センサ対で検知し、前記磁気センサ対の差信号を、前記磁気センサ対の和信号で除算してこれを前記磁気センサ対に対する前記磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号として出力する磁気センサユニットにおいて、前記磁気センサ対のセンサ出力のうち第１のセンサ出力から第２のセンサ出力を減算して前記差信号を演算する減算部と、前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とを加算して前記和信号を演算する加算部と、前記差信号を前記和信号で除算して前記相対信号を演算する除算部と、前記減算部及び前記加算部の上流に設けられ、前記第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う第１の信号処理部及び第２の信号処理部と、前記第１のセンサ出力及び前記第２のセンサ出力に対して前記信号処理を行う前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部を、各センサ出力に対して前記信号処理を行う時間比が同一となるように周期的に切り替える切り替え手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２にかかる磁気センサユニットは、前記切り替え手段は、前記第１及び第２の信号処理部の上流に設けられ、前記第１及び前記第２のセンサ出力の出力先を前記第１及び第２の信号処理部間で切り替える第１の切替スイッチと、前記第１及び第２の信号処理部と前記減算部との間に設けられ、前記第１の切替スイッチと同期して動作する第２の切替スイッチと、前記第１及び第２の切替スイッチを制御するスイッチ切替制御部と、を有し、前記第２の切替スイッチは、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第１のセンサ出力を前記減算部の正入力端子に供給し、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第２のセンサ出力を前記減算部の負入力端子に供給するように動作することを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項３にかかる磁気センサユニットは、前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を電流信号に変換する電圧／電流変換部であって、前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電流信号に対して処理を行うことを特徴としている。
さらにまた、請求項４にかかる磁気センサユニットは、前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を増幅する電圧増幅部であって、前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電圧信号に対して処理を行うことを特徴としている。
さらに、請求項５にかかる磁気センサユニットは、前記磁気センサはホール素子であって、前記ホール素子を駆動する電圧及び電流を、前記ホール素子内で直交する方向に切り替える切替駆動手段を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気センサ対の第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う信号処理部を、前記第１又は第２のセンサ出力に対する処理時間が、前記第１の信号処理部と前記第２の信号処理部とで同一時間となるように周期的に切り替え、第１のセンサ出力に対して第１の信号処理部且つ第２のセンサ出力に対して第２の信号処理部で前記信号処理を行う状態と、第１のセンサ出力に対して第２の信号処理部且つ第２のセンサ出力に対して第１の信号処理部で前記信号処理を行う状態とを構成し、結果的に各状態における、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号の平均値が相対信号として出力されるように構成したため、相対信号に含まれる、第１及び第２の信号処理部におけるオフセット成分を低減することができる。このため、磁性体が磁気センサ間の中央位置に存在するときの相対信号である中心位置信号の検出精度を向上させることができ、結果的に相対信号の検出精度を向上させることができる。
また、このとき、切り替え手段を設けるだけで実現することができるため、磁気センサ対のセンサ出力の差信号を和信号で除算して相対信号を得るようにした従来の磁気センサユニットにおいて、大幅な変更を伴うことなく容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】センサ部の一例を示す概略構成図である。
【図３】磁石と磁気センサとの相対位置に応じた磁気センサの出力電圧の出力特性を表す特性図である。
【図４】第２の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施の形態における位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明における磁気センサユニットを適用した、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置を検出するようにした位置検出装置の一例を示すブロック図である。
図中１はセンサ部、２はセンサ部１からのセンサ出力に対して信号処理を行い、磁気センサ対に対する磁性体の相対位置を位置検出信号として演算する信号処理装置である。
センサ部１は、磁石（より詳細には永久磁石）１０と検出部１１とで構成され、検出部１１は２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを備える。
磁気センサ１１ａ、１１ｂとして、例えば、ホール素子、半導体磁気抵抗素子、感磁性耐磁気抵抗素子、ＧＭＲ素子等を適用することができる。また、磁石１０として、電磁石や磁気フィルム等を適用することができる。
【００１６】
２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂは、図２に示すように、一軸上、例えばＸ軸上に沿って２個対称に固定配置されている。この磁気センサ１１ａ、１１ｂが固定配置された図示しない固定部材に対して移動する、図示しない移動部材に磁石１０が取り付けられている。そして移動部材に取り付けられた磁石１０は、固定部材に取り付けられた磁気センサ１１ａ、１１ｂに対して図の矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸方向）に移動可能に構成される。より詳細には、磁石１０は、磁気センサ１１ａ、１１ｂの配置面に平行な面内において、磁気センサ１１ａ、１１ｂが配置された軸方向、すなわちＸ軸方向に移動可能に構成されている。この磁石１０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に上面側がＳ極、下面側がＮ極に着磁されている。そして、磁石１０が磁気センサ１１ａ及び１１ｂの配置面に平行な面内において矢印ＡＲ１方向に移動すると磁界が変化し、磁石１０の移動量に応じて磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧が変化するように構成されている。
【００１７】
図３は、磁気センサ１１ａの出力電圧をＶｈｒ、磁気センサ１１ｂの出力電圧をＶｈｌとし、磁石１０の位置と各磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧の大きさとの関係を表したものであって、磁石１０が、磁気センサ１１ａ、１１ｂが配置されたＸ軸方向に移動した場合の各位置における、各出力電圧Ｖｈｒ、Ｖｈｌの大きさを表している。
図３に示すように、磁石１０が磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央に位置し、磁石１０の着磁方向が鉛直方向にあるときに、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧が一致するように構成されている。そして、磁石１０が磁気センサ１１ａに近づく方向に移動すると、磁気センサ１１ｂと磁石１０との間の距離が大きくなるほど磁気センサ１１ｂの出力電圧は減少する。一方、磁気センサ１１ａの出力電圧は、磁気センサ１１ａと磁石１０との間の距離が短くなるほど増加し、その後、磁気センサ１１ａと磁石１０との間の距離が増加するようになると増加するに応じて磁気センサ１１ａの出力電圧は減少する。
【００１８】
このように、磁石１０と磁気センサ１１ａ、１１ｂとの相対位置に応じて、磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧Ｖｈｒ、Ｖｈｌが変化することから、これら磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力電圧を利用して磁石１０のＸ軸上における位置を特定できる。
図１に戻って信号処理装置２は、切替スイッチ１２、変換部１３、切替スイッチ１４、スイッチ切替制御部１５、減算部１６、加算部１７、電流除算部１８、及び出力部１９を備える。
検出部１１の磁気センサ１１ａ及び１１ｂの出力電圧からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、切替スイッチ１２に入力される。
【００１９】
切替スイッチ１２はスイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて動作し、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの出力先を切替信号に応じて切り替えて変換部１３に出力する。
変換部１３は、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂを備える。これらＶ／Ｉ変換部１３ａ及び１３ｂはそれぞれ、切替スイッチ１２を介して、磁気センサ１１ａ又は１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを入力する。つまり、スイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて切替スイッチ１２が動作することにより、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、ＶｈｌがＶ／Ｉ変換部１３ａ又はＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給されるようになっている。
【００２０】
Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂは、入力した磁気センサ１１ａ又は１１ｂからの電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌに変換し、変換した電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌを切替スイッチ１４に出力すると共に加算部１７に出力する。
切替スイッチ１４は、前記切替スイッチ１２と同期して前記スイッチ切替制御部１５からの前記切替信号に応じて動作し、入力されるＶ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂからの電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌの出力先を切り替えて減算部１６に出力する。
【００２１】
減算部１６は、正入力端子及び負入力端子を備え、これら正入力端子及び負入力端子には、切替スイッチ１４を介して電流信号Ｉｈｒ又はＩｈｌが入力される。つまり、スイッチ切替制御部１５からの切替信号に応じて切替スイッチ１４が動作することにより、減算部１６の正入力端子及び負入力端子に電流信号Ｉｈｒ又はＩｈｌが入力される。
減算部１６は、正入力端子に入力される電流信号から負入力端子に入力される電流信号を減算し、減算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの差信号Ｉｓとしてこれを電流除算部１８に出力する。
【００２２】
加算部１７は、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ及びＶ／Ｉ変換部１３ｂからの電流信号を入力し、これらを加算しその加算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの和信号Ｉａとしてこれを電流除算部１８に出力する。
電流除算部１８は、減算部１６からの差信号Ｉｓを加算部１７からの和信号Ｉａで除算し、除算結果Ｉｏを出力部１９に出力する。
出力部１９は、例えばＩ／Ｖ変換器で構成され、電流除算部１８での除算結果Ｉｏを電圧信号に変換しこれを磁石１０のＸ軸方向の位置を表す位置検出信号Ｖｏとして出力する。
【００２３】
今、図１において、切替スイッチ１２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給し、且つ、切替スイッチ１４により、Ｖ／Ｉ変換部１３ａの出力電流を減算部１６の正入力端子に供給し、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂの出力電流を減算部１６の負入力端子に供給する第１の回路接続を、スイッチ切替制御部１５からの切替信号により切替スイッチ１２及び１４に対して指示する。
【００２４】
磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌに変換されるが、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂには内部素子のばらつき等によるオフセット電流が生じる。
Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂにおけるＶ／Ｉ変換係数を１／Ｒｃ、Ｖ／Ｉ変換部１３ａのオフセット電流をＩｒｏ１、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂのオフセット電流をＩｌｏ１とし、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ａで変換したときの電流信号をＩｈｒ１、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ｂで変換したときの電流信号をＩｈｌ１とすると、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂから出力される電流信号Ｉｈｒ１、Ｉｈｌ１は、次式（１）で表すことができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで生成された電流信号Ｉｈｒ１、Ｉｈｌ１は減算部１６、加算部１７でそれぞれ減算、加算される。
減算部１６での減算により得られる差信号をＩｓ１、加算部１７での加算により得られる和信号をＩａ１とすると、これら差信号Ｉｓ１、和信号Ｉａ１は、次式（２）で表すことができる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
減算部１６で生成された差信号Ｉｓ１及び加算部１７で生成された和信号Ｉａ１は電流除算部１８で除算される。電流除算部１８の除算結果をＩｏ１、参照電流をＩｒｅｆとすると、除算結果Ｉｏ１は、次式（３）で表すことができる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
電流除算部１８で生成された除算結果Ｉｏ１は出力部１９で電圧信号に変換される。出力部１９のＩ／Ｖ変換係数をＲｏ、コモン電圧をＶｃｏｍ、出力電圧、すなわち位置検出信号をＶｏ１とすると、位置検出信号Ｖｏ１は次式（４）で表すことができる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
次に、図１において、切替スイッチ１２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力ＶｈｒをＶ／Ｉ変換部１３ｂに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力ＶｈｌをＶ／Ｉ変換部１３ａに供給し、且つ、切替スイッチ１４により、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂの出力電流を減算部１６の正入力端子に供給し、Ｖ／Ｉ変換部１３ａの出力電流を減算部１６の負入力端子に供給する第２の回路接続を、スイッチ切替制御部１５からの切替信号により切替スイッチ１２、１４に対して指示する。
【００３３】
磁気センサ１１ａ、１１ｂで検出されたセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、上記と同様に、Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで電流信号に変換され、電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′として出力される。このとき、Ｖ／Ｉ変換部１３ａには磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌが入力され、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂには磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒが入力されるため、電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′は次式（５）で表すことができる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
Ｖ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂで変換された電流信号Ｉｈｒ１′、Ｉｈｌ１′は減算部１６で減算されると共に加算部１７で加算される。このとき、減算部１６の正入力端子にはＶ/Ｉ変換部１３ｂで変換された電流信号Ｉｈｌ１′が入力され、減算部１６の負入力端子にはＶ/Ｉ変換部１３ａで変換された電流信号Ｉｈｒ１′が入力されるため、減算部１６から出力される差信号Ｉｓ１′、加算部１７から出力される和信号Ｉａ１′は、次式（６）で表すことができる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
このようにして減算部１６で生成された差信号Ｉｓ１′及び加算部１７で生成された和信号Ｉａ１′は電流除算部１８で除算される。このときの、電流除算部１８の出力電流Ｉｏ１′は次式（７）で表すことができる。
【００３８】
【数７】
【００３９】
電流除算部１８で生成された除算電流Ｉｏ１′は出力部１９で電圧信号に変換される。出力部１９の出力電圧Ｖｏ１′は次式（８）で表すことができる。
【００４０】
【数８】
【００４１】
ここで、切替スイッチ１２、１４により第１の回路接続と第２の回路接続とを切り替えることにより、出力部１９の出力電圧である位置検出信号Ｖｏは、前記（４）式で表される出力電圧Ｖｏ１と、前記（８）式で表される出力電圧Ｖｏ１′とを繰り返すことになる。したがって、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替え、且つ第１の回路接続の継続時間と第２の回路接続の継続時間とが同一となるように切り替えることで、出力部１９の出力電圧は平均化されることになる。したがって、第１の回路接続と第２の回路接続とを周期的に切り替えたときの出力部１９の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ１″は、次式（９）で表すことができる。
【００４２】
【数９】
【００４３】
ここで中心位置信号が出力される状態、すなわち、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌのときを考える。
上述のような第１の回路接続と第２の回路接続との切り替えを行わない場合、つまり切替スイッチ１２、１４を第１の回路接続、又は第２の回路接続の何れかの状態に固定した場合、出力部１９の出力電圧は前記（４）式で表すＶｏ１又は（８）式で表すＶｏ１′のように、分母及び分子にオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏからなる項が存在し、Ｖｏ（＝Ｖｏ１又はＶｏ１′）＝Ｖｃｏｍとはならない。
【００４４】
しかしながら上記（９）式で表されるＶｏ１″のように、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替えることにより、出力部１９において出力電圧を平均化したことと同等となり、その結果、（９）式に示すように、分子のオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの項が相殺されることになる。その結果、中心位置信号が出力される、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌの状態においては、Ｖｏ１″＝Ｖｃｏｍとなる。
【００４５】
さらに、オフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏが環境温度変化によって変動したとしても、（９）式に示すように、分子にオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの項は現れないため、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌの状態においては、Ｖｏ１″＝Ｖｃｏｍとなる。したがって、環境温度変化によるオフセット電流Ｉｒｏ、Ｉｌｏの変動の影響を受けないため、温度環境変化に関わらずＶｏ１″＝Ｖｃｏｍとすることができる。すなわち、出力電圧Ｖｏに含まれる出力オフセット電圧を低減することができる。
【００４６】
ここで、センサ部１として、磁石１０及び磁気センサ１１ａ、１１ｂを用いた位置検出装置においては、中心位置検出精度は非常に重要な性能の１つである。つまり、磁石１０の中心位置が２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央位置にある状態を基準状態とし、この基準状態における磁石１０の位置を基準位置とし、磁石１０が基準位置にあるときの出力部１９の出力電圧が、位置検出信号としての基準となって、この基準となる出力電圧を、磁石１０の基準位置として現在位置を得るようにしているため、磁石１０の中心位置検出精度を向上させるということはすなわち位置検出装置の精度向上につながることになる。
【００４７】
前記磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力は微小であるため、中心位置信号は回路内部の素子の特性ばらつき等の影響を大きくうけてオフセットを生じる。特に磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力を入力しこれに対して信号処理を行う前段回路部（例えば、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂ）で生じる誤差は、後段回路（例えば、電流除算部１８）で増幅されるため、出力信号としての位置検出信号に含まれるオフセットに対して大きく影響を与える。
【００４８】
しかしながら、上述のように、切替スイッチ１２、１４を周期的に切り替えることにより、出力部１９の出力電圧は、第１の回路接続及び第２の回路接続の平均値と同等となり、この出力電圧にはＶ/Ｉ変換部１３ａ、１３ｂにおける電流オフセット成分を含まない。このため、Ｖｈｒ＝Ｖｈｌであるときの位置検出信号である中心位置信号に含まれる電流オフセット成分を除去することができ、すなわち、高精度な中心位置信号を得ることができる。したがって、この高精度な中心位置信号を基準とする位置検出信号を用いて位置検出を行うことにより高精度な位置検出を行うことができる。
【００４９】
なお、前記スイッチ切替制御部１５における第１の回路接続、第２の回路接続の切替周期は例えば、次の手順で決定すればよい。
すなわち、要求される位置検出装置の応答速度に依存する。
例えば、高速で動作するアプリケーションに対して、位置検出装置が高速に応答することが要求される場合には、切替周期は、要求される応答時間よりも短くする必要がある。逆に要求される応答時間が長い場合には、切替周期は長くてもよい。
【００５０】
また、上述のように、切替スイッチ１２、１４により磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力先及び減算部１６の正負の入力端子に入力される電流信号Ｉｈｒ、Ｉｈｌを切り替えるだけで実現することができるため、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力の差信号を和信号で除算しこれを位置検出信号として出力するようにした従来の位置検出装置において、切替スイッチ１２、１４及びスイッチ切替制御部１５を設けるだけで、大幅な変更を伴うことなく実現することができる。
【００５１】
したがって、追加する回路規模が小さくてすみ、且つ位置検出装置毎に個別にトリミング等の調整を必要とすることなく、出力オフセット電圧を低減し中心位置検出精度を容易に向上させることができる。
さらに、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂは、環境温度変化によるオフセット変動の影響を受けないため、位置検出装置を使用する全温度範囲で出力オフセット電圧を低減して中心位置検出精度を上げることができる。その結果、中心位置検出信号を基準として検出される位置検出の検出精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、上記第１の実施の形態において、磁石１０が磁性体に対応し、磁気センサ１１ａ、１１ｂが磁気センサ対に対応し、位置検出信号が相対信号に対応している。また、減算部１６が減算部に対応し、加算部１７が加算部に対応し、電流除算部１８が除算部に対応し、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、Ｖ／Ｉ変換部１３ｂが第１の信号処理部及び第２の信号処理部に対応し、切替スイッチ１２、１４、スイッチ切替制御部１５が切り替え手段に対応している。さらに、切替スイッチ１２が第１の切替スイッチに対応し、切替スイッチ１４が第２の切替スイッチに対応し、スイッチ切替制御部１５がスイッチ切替制御部に対応している。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第２の実施の形態における位置検出装置は、上記第１の実施の形態において、信号処理装置２に替えて、信号処理装置２ａを備えている。なお、上記第１の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
第２の実施の形態における信号処理装置２ａは、図４に示すように、切替スイッチ２２、増幅部２３、切替スイッチ２４、スイッチ切替制御部２５、減算部２６、加算部２７、及び電圧除算出力部２８を備える。
なお、センサ部１は、上記第１の実施の形態におけるセンサ部１と同様であって、磁石１０と、二つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを備え、これら磁気センサ１１ａ及び１１ｂは電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを出力する。これら磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力は、切替スイッチ２２に入力される。
【００５５】
切替スイッチ２２は、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて動作し、入力される磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌの出力先を、切替信号に応じて切り替えて増幅部２３に出力する。
増幅部２３は、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂを備える。これら電圧増幅部２３ａ及び２３ｂはそれぞれ、切替スイッチ２２を介して、磁気センサ１１ａ又は１１ｂの電圧信号からなるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを入力する。つまり、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて切替スイッチ２２が動作することにより、磁気センサ１１ａ及び磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌが電圧増幅部２３ａ又は電圧増幅部２３ｂに供給されるようになっている。
【００５６】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂは、入力されるセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌを増幅し、増幅したセンサ出力を電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐとして切替スイッチ２４に出力するとともに加算部２７に出力する。
切替スイッチ２４は、前記切替スイッチ２２と同期して前記スイッチ切替制御部２５からの前記切替信号に応じて動作し、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂからの電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐの出力先を、切替信号に応じて切り替えて減算部２６に出力する。
【００５７】
減算部２６は、正入力端子及び負入力端子を備え、これら正入力端子及び負入力端子には、切替スイッチ２４を介して電圧信号Ｖｒｐ又はＶｌｐが入力される。つまり、スイッチ切替制御部２５からの切替信号に応じて切替スイッチ２４が動作することにより、減算部２６の正入力端子及び負入力端子に、電圧信号Ｖｒｐ又はＶｌｐが入力される。
減算部２６は、正入力端子に入力される電圧信号から負入力端子に入力される電圧信号を減算し、減算結果を磁気センサ１１ａ、１１ｂの差信号Ｖｓとしてこれを電圧除算出力部２８に出力する。
【００５８】
加算部２７は、電圧増幅部２３ａ及び２３ｂからの電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐを入力し、これらを加算しその加算結果を、磁気センサ１１ａ、１１ｂの和信号Ｖａとして電圧除算出力部２８に出力する。
電圧除算出力部２８は、減算部２６からの差信号Ｖｓを加算部２７からの和信号Ｖａで除算し、これを磁石１０のＸ軸方向の位置を表す位置検出信号Ｖｏとして出力する。
【００５９】
今、図４において、切替スイッチ２２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ａに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ｂに供給し、且つ、切替スイッチ２４により、電圧増幅部２３ａの出力電圧を減算部２６の正入力端子に供給し、電圧増幅部２３ｂの出力電圧を減算部２６の負入力端子に供給する第３の回路接続を、スイッチ切替制御部２５からの切替信号により、切替スイッチ２２、２４に対して指示する。
【００６０】
磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、電圧増幅部２３ａ、２３ｂで増幅され電圧信号Ｖｒｐ、Ｖｌｐとして出力されるが、電圧増幅部２３ａ、２３ｂには、内部素子のばらつき等によるオフセット電圧が生じる。
このため、電圧増幅部２３ａ、２３ｂの増幅率をＧｐ、電圧増幅部２３ａのオフセット電圧をＶｒｏ２、電圧増幅部２３ｂのオフセット電圧をＶｌｏ２とすると、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ａで増幅した電圧信号Ｖｒｐ２、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ｂで増幅した電圧信号Ｖｌｐ２は、次式（１０）で表すことができる。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂで生成された電圧信号Ｖｒｐ２、Ｖｌｐ２は減算部２６、加算部２７でそれぞれ減算、加算される。
減算部２６での減算により得られる差信号をＶｓ２、加算部２７での加算により得られる和信号をＶａ２とすると、これら差信号Ｖｓ２、和信号Ｖａ２は、次式（１１）で表すことができる。
【００６３】
【数１１】
【００６４】
減算部２６で演算された差信号Ｖｓ２、加算部２７で演算された和信号Ｖａ２は電圧除算出力部２８で除算される。電圧除算出力部２８の出力電圧をＶｏ２、参照電圧をＶｒｅｆ、コモン電圧をＶｃｏｍとすると、電圧除算出力部２８の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ２は次式（１２）で表すことができる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
次に、図４において、切替スイッチ２２により、磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒを電圧増幅部２３ｂに供給し、磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌを電圧増幅部２３ａに供給し、且つ、切替スイッチ２４により、電圧増幅部２３ｂの出力電圧を減算部２６の正入力端子に供給し、電圧増幅部２３ａの出力電圧を減算部２６の負入力端子に供給する第４の回路接続を、スイッチ切替制御部２５からの切替信号により切替スイッチ２２、２４に対して指示する。
【００６７】
磁気センサ１１ａ、１１ｂで検出されたセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌは、上記と同様に、電圧増幅部２３ａ、２３ｂで増幅されて電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′として出力される。このとき、電圧増幅部２３ａには磁気センサ１１ｂのセンサ出力Ｖｈｌが入力され、電圧増幅部２３ｂには磁気センサ１１ａのセンサ出力Ｖｈｒが入力されるため、このときの電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′は次式（１３）で表される。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
電圧増幅部２３ａ、２３ｂで生成された電圧信号Ｖｒｐ２′、Ｖｌｐ２′は減算部２６、加算部２７でそれぞれ減算、加算される。減算部２６での減算結果である差信号Ｖｓ２′、加算部２７での加算結果である和信号Ｖａ２′は、次式（１４）で表すことができる。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
減算部２６、加算部２７で生成された出力電圧Ｖｓ２′（差信号）、Ｖａ２′（和信号）は電圧除算出力部２８で除算される。このときの電圧除算出力部２８の出力電圧、すなわち位置検出信号Ｖｏ２′は、次式（１５）で表すことができる。なお、式（１５）中のＩｒｅｆは参照電流、Ｖｃｏｍはコモン電圧である。
【００７２】
【数１５】
【００７３】
ここで、切替スイッチ２２、２４により第３の回路接続と第４の回路接続とを切り替えることにより、電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏは、前記（１２）式で表される出力電圧Ｖｏ２と、前記（１５）式で表される出力電圧Ｖｏ２’とを繰り返すことになる。したがって、切替スイッチ２２、２４を周期的に切り替え、且つ第３の回路接続と第４の回路接続の状態の継続時間が同一となるように切り替えることで、電圧除算出力部２８の出力電圧は平均化されることになる。このため、第３の回路接続と第４の回路接続とを周期的に切り替えたときの電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏ２″は、次式（１６）で表すことができる。
【００７４】
【数１６】
【００７５】
ここで、磁石１０が磁気センサ１１ａ、１１ｂ間の中央位置にあり位置検出信号Ｖｏとして中心位置信号が出力される状態、つまりＶｈｒ＝Ｖｈｌのときを考える。
上述のような第３の回路接続と第４の回路接続との切り替えを行わない場合、つまり切り替えスイッチ２２、２４を第３の回路接続又は第４の回路接続の何れかの状態に固定した場合、電圧除算出力部２８の出力電圧Ｖｏは、前記（１２）式で表すＶｏ２又は（１５）式で表すＶｏ２′のように、分母及び分子にオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏからなる項が存在し、Ｖｏ＝Ｖｃｏｍとはならない。
【００７６】
しかしながら、切替スイッチ２２、２４を周期的に切り替えることにより、上記（１６）式で表されるＶｏ２″のように、電圧除算出力部２８において出力電圧Ｖｏ２、Ｖｏ２′を平均化したことと同等となる。その結果、（１６）式に示すように、分子のオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの項が相殺されることになって、Ｖｏ２″＝Ｖｃｏｍとなる。
つまり、電圧位置検出信号Ｖｏとして中心位置信号が出力されるＶｈｒ＝Ｖｈｌの状態においてはＶｏ（＝Ｖｏ２″）＝Ｖｃｏｍとなる。
【００７７】
さらに、電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏが環境温度変化によって変動しても、（１６）式に示すように、分子にオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの項は現れないため、出力電圧Ｖｏは環境温度変化によるオフセット電圧Ｖｒｏ、Ｖｌｏの変動の影響を受けない。したがって、その分、出力電圧、すなわち中心位置信号に含まれる出力オフセット電圧を低減できることになる。
【００７８】
したがって、この第２の実施の形態のように、上記第１の実施の形態におけるＶ／Ｉ変換部１３が電圧増幅部２３に置き換わった場合でも、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌに対して増幅処理を行う電圧増幅部２３ａ、２３ｂにおいて、電圧増幅部２３ａでセンサ出力Ｖｈｒ、電圧増幅部２３ｂでセンサ出力Ｖｈｌに対して増幅処理を行う場合と、電圧増幅部２３ａでセンサ出力Ｖｈｌ、電圧増幅部２３ｂでセンサ出力Ｖｈｒに対して増幅処理を行う場合とで切り替えて、電圧除算出力部２８で平均化を行うことによって、上記第１の実施の形態と同様に、出力オフセット電圧を低減することができる。
【００７９】
ここで、例えば、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力Ｖｈｒ、Ｖｈｌが、電圧増幅部２３ａ、２３ｂにおいて、それぞれ１０〔ｍＶ〕に増幅され、その信号電圧に電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセット電圧“１〔ｍＶ〕”、“−１〔ｍＶ〕”がそれぞれ加算されるものとする。
２つの電圧増幅回路２３ａ、２３ｂの出力電圧を減算部２６で減算した差信号Ｖｓ２′及び加算部２７で加算した和信号Ｖａ２′を、参照電圧Ｖｒｅｆを“１〔ｖ〕”として電圧除算出力部２８で除算すると、（１１〔ｍＶ〕−９〔ｍＶ〕）÷（１１〔ｍＶ〕＋９〔ｍＶ〕）×１〔ｖ〕＝１００〔ｍＶ〕が電圧除算出力部２８からオフセット電圧として出力されることになり、すなわち、電圧増幅回路部２３ａ、２３ｂのオフセットが１００倍に増幅されることになり、出力信号としての位置検出信号に対して大きく影響を与えることになる。
【００８０】
しかしながら、上述のように、電圧除算出力部２８で平均化を行うことによって、出力オフセット電圧を低減することができるため、位置検出信号に与える影響を低減することができる。
なお、この第２の実施の形態においても、切替スイッチ２２及び２４の切替周期は上記第１の実施の形態における切替周期と同様の手順で設定すればよい。
また、この第２の実施の形態においても、環境温度変化により電圧増幅部２３におけるオフセット電圧変動の影響を受けることはない。
【００８１】
また、この第２の実施の形態においても、切替スイッチ２２、２４により磁気センサ１１ａ、１１ｂの出力先及び減算部２６の正負の入力端子への入力を切り替えるだけで実現することができるため、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力の差信号を和信号で除算しこれを位置検出信号として出力するようにした位置検出装置の構成において、切替スイッチ２２、２４及びスイッチ切替制御部２５を設けるだけで、大幅な変更を伴うことなく実現することができる。
【００８２】
したがって、追加する回路規模が小さくてすみ、且つ位置検出装置毎に個別にトリミング等の調整を必要とすることなく、出力オフセット電圧を低減し中心位置検出精度を容易に向上させることができる。
さらに、電圧増幅部２３ａ、２３ｂは、環境温度変化によるオフセット変動の影響を受けないため、位置検出装置を使用する全温度範囲で出力オフセット電圧を低減して中心位置検出精度を上げることができる。その結果、中心位置信号を基準として検出される位置検出の検出精度を向上させることができる。
【００８３】
なお、上記実施の各実施の形態においては、２つの磁気センサ１１ａ、１１ｂを一軸（Ｘ軸）上に配置し、磁石１０の一軸方向の位置を検出する場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、直交するＸ軸及びＹ軸の各軸上にそれぞれ対称となる位置に対をなす磁気センサを配置し、これら４つの磁気センサが配置された平面と平行な面内において磁石１０を移動させることにより平面内におけるＸ軸方向及びＹ軸方向における磁石１０の位置を検出するように構成する場合であっても適用することができる。
【００８４】
また、平面内で磁石１０を移動させる場合に限るものではなく、三次元空間内で磁石１０を移動させる場合であっても適用することができ、この場合には、対をなす磁気センサを対称配置した軸に対する磁石１０の位置検出を行うことができ、複数の軸上に磁気センサ対を配置することにより複数の軸に対する磁石１０の位置検出を行うことができる。
また、上記各実施の形態においては、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の相対位置を検出する場合について説明したが、これに限るものではなく、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の傾斜角の変化に応じて、磁気センサ１１ａ、１１ｂのセンサ出力が変化することを利用して、磁気センサ１１ａ、１１ｂに対する磁石１０の傾斜を検出するようにした傾斜検出装置であっても同様に適用することができる。
【００８５】
また、上記実施の形態においては、センサ出力に対して、Ｖ／Ｉ変換部又は電圧増幅部において信号処理を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、各センサ出力に対して他の信号処理を行う場合であっても適用することができる。例えば、ＡＤ変換を行う処理などであっても適用することができる。
また、例えばＶ／Ｉ変換処理を行うＶ／Ｉ変換部、又は電圧増幅を行う電圧増幅部など、センサ出力に対して一つの信号処理を行う場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、Ｖ／Ｉ変換部の後に電流増幅部を設けた場合等、一つのセンサ信号に対して信号処理を行う信号処理部が複数設けられている場合であっても適用することができる。
【００８６】
この場合には、例えば一方のセンサ出力に対して処理Ａを行う変換処理部Ａ１及び処理Ｂを行う変換処理部Ｂ１を一つの変換処理部α、他方のセンサ出力に対して処理Ａを行う変換処理部Ａ２及び処理Ｂを行う変換処理部Ｂ２を一つの変換処理部βと考え、磁気センサ対のセンサ出力に対して処理を行う変換処理部として、変換処理部αと変換処理部βとで周期的に切り替えるように構成すればよい。
【００８７】
なお、上記第２の実施の形態において、磁石１０が磁性体に対応し、磁気センサ１１ａ、１１ｂが磁気センサ対に対応し、位置検出信号が相対信号に対応している。また、減算部２６が減算部に対応し、加算部２７が加算部に対応し、電圧除算出力部２８が除算部に対応し、電圧増幅部２３ａ、電圧増幅部２３ｂが第１の信号処理部及び第２の信号処理部に対応し、切替スイッチ２２、２４、スイッチ切替制御部２５が切り替え手段に対応している。さらに、切替スイッチ２２が第１の切替スイッチに対応し、切替スイッチ１４が第２の切替スイッチに対応し、スイッチ切替制御部２５がスイッチ切替制御部に対応している。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図５は、本発明の第３の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第３の実施の形態における位置検出装置は、上記第１の実施の形態において、センサ部１に替えて、センサ部１ａを備えている。なお、上記第１の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
第３の実施の形態における位置検出装置におけるセンサ部１ａは、図５に示すように、磁石１０、検出部１１′、磁気センサ駆動部３１、チョッパスイッチ３２、及びチョッパスイッチ制御部３３を備える。また、検出部１１′は、２つの磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′を備え、これら磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′はホール素子で構成される。
磁気センサ駆動部３１は、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′が磁石１０の磁界に応じた出力信号を生成するために、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′に対して所定の駆動電流及び駆動電圧を印加する回路である。
【００９０】
チョッパスイッチ３２は、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の４つある端子ｔ１〜ｔ４のうち、磁気センサ駆動部３１の駆動電流及び駆動電圧を印加する２つの端子を選択し、この選択した端子に駆動電流及び駆動電圧を印加し、且つ、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の出力信号を取り出す２つの端子を選択し、この選択した端子からその出力信号を取り出すものである。
【００９１】
このチョッパスイッチ３２は、例えば、位相として「０°「と「９０°」の２つの選択（切り替え）ができるように構成され、これにより磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′の出力に含まれるホール素子自身のオフセットを大部分キャンセルすることができる。例えば、位相として「０°」が選択されると、例えば、端子ｔ１、ｔ３に駆動電流及び駆動電圧が印加され、端子ｔ２、ｔ４から出力信号が取り出される。また、位相として「９０°」が選択されると、端子ｔ２、ｔ４に駆動電流及び駆動電圧が印加され、端子ｔ１、ｔ３から出力信号が取り出される。
【００９２】
チョッパスイッチ制御部３３は、チョッパスイッチ３２の選択（切り替え）の動作を制御するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号をチョッパスイッチ３２に出力する。
そして、チョッパスイッチ制御部３３からのタイミング信号に応じてチョッパスイッチ３２が端子ｔ１〜ｔ４の選択（切り替え）動作を行うことにより、磁気センサ駆動部３１で生成された駆動電流及び駆動電圧を磁気センサ１１ａ′内及び磁気センサ１１ｂ′内で直交する方向に切り替える。これによって、磁気センサオフセットをキャンセルすることができる。この技術は前述の非特許文献１で紹介されている。
この機能をもつセンサ部１ａを上記第１の実施の形態の位置検出装置に組み合わせることで、Ｖ／Ｉ変換部１３ａ、１３ｂのオフセットだけでなく、磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′自身のオフセットも低減することができる。
【００９３】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
図６は、第４の実施の形態における磁気センサユニットを適用した位置検出装置の一例を示す回路ブロック図である。
第４の実施の形態における位置検出装置は、上記第２の実施の形態において、センサ部１に替えて、センサ部１ａを備えている。なお、上記第２の実施の形態と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
第４の実施の形態における位置検出装置は、第３の実施の形態における位置検出装置と同様に、センサ部１ａを上記第２の実施の形態の位置検出装置に組み合わせる。上述のように、センサ部１ａを用いることによってホール素子からなる磁気センサ１１ａ′１１ｂのオフセットを低減することができる。したがって、電圧増幅部２３ａ、２３ｂのオフセットだけでなく、ホール素子からなる磁気センサ１１ａ′、１１ｂ′のオフセットも低減することができる。
【００９４】
なお、上記第３及び第４の実施の形態において、チョッパスイッチ３２の切替周期は、要求される位置検出装置の応答速度に依存する。例えば、高速で動作するアプリケーションに対して、位置検出装置が高速に応答することを要求される場合には、チョッパスイッチ３２の切替周期は、要求応答時間よりも短くする必要がある。逆に要求される応答時間が長い場合には、切替周期は長くてもよい。
ここで、第３及び第４の実施の形態において、磁気センサ駆動部３１、チョッパスイッチ３２、及びチョッパスイッチ制御部３３が切替駆動手段に対応している。
【符号の説明】
【００９５】
１、１ａ センサ部
２、２ａ 信号処理装置
１０ 磁石
１１、１１′ 検出部
１１ａ、１１ｂ 磁気センサ
１２、１４、２２、２４ 切替スイッチ
１３ 変換部
１３ａ、１３ｂ Ｖ／Ｉ変換部、
１５、２５ スイッチ切替制御部
１６、２６ 減算部
１７、２７ 加算部
１８ 電流除算部
１９ 出力部
２３ 増幅部
２３ａ、２３ｂ 電圧増幅部
２８ 電圧除算出力部
３１ 磁気センサ駆動部
３２ チョッパスイッチ
３３ チョッパスイッチ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意に設定した一軸上に沿って配設される少なくとも一組の磁気センサ対と、
前記磁気センサ対に対して移動自在又は傾斜自在に相対移動可能な磁性体と、を有し、
前記磁性体が前記磁気センサ対に対して相対移動することにより生じる磁束の変化を前記磁気センサ対で検知し、
前記磁気センサ対の差信号を、前記磁気センサ対の和信号で除算してこれを前記磁気センサ対に対する前記磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号として出力する磁気センサユニットにおいて、
前記磁気センサ対のセンサ出力のうち第１のセンサ出力から第２のセンサ出力を減算して前記差信号を演算する減算部と、
前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とを加算して前記和信号を演算する加算部と、
前記差信号を前記和信号で除算して前記相対信号を演算する除算部と、
前記減算部及び前記加算部の上流に設けられ、前記第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う第１の信号処理部及び第２の信号処理部と、
前記第１のセンサ出力及び前記第２のセンサ出力に対して前記信号処理を行う前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部を、各センサ出力に対して前記信号処理を行う時間比が同一となるように周期的に切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とする磁気センサユニット。
【請求項２】
前記切り替え手段は、
前記第１及び第２の信号処理部の上流に設けられ、前記第１及び前記第２のセンサ出力の出力先を前記第１及び第２の信号処理部間で切り替える第１の切替スイッチと、
前記第１及び第２の信号処理部と前記減算部との間に設けられ、前記第１の切替スイッチと同期して動作する第２の切替スイッチと、
前記第１及び第２の切替スイッチを制御するスイッチ切替制御部と、を有し、
前記第２の切替スイッチは、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第１のセンサ出力を前記減算部の正入力端子に供給し、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第２のセンサ出力を前記減算部の負入力端子に供給するように動作することを特徴とする請求項１記載の磁気センサユニット。
【請求項３】
前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を電流信号に変換する電圧／電流変換部であって、
前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電流信号に対して処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサユニット。
【請求項４】
前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を増幅する電圧増幅部であって、
前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電圧信号に対して処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサユニット。
【請求項５】
前記磁気センサはホール素子であって、
前記ホール素子を駆動する電圧及び電流を、前記ホール素子内で直交する方向に切り替える切替駆動手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の磁気センサユニット。
【請求項１】
任意に設定した一軸上に沿って配設される少なくとも一組の磁気センサ対と、
前記磁気センサ対に対して移動自在又は傾斜自在に相対移動可能な磁性体と、を有し、
前記磁性体が前記磁気センサ対に対して相対移動することにより生じる磁束の変化を前記磁気センサ対で検知し、
前記磁気センサ対の差信号を、前記磁気センサ対の和信号で除算してこれを前記磁気センサ対に対する前記磁性体の相対位置又は傾斜を表す相対信号として出力する磁気センサユニットにおいて、
前記磁気センサ対のセンサ出力のうち第１のセンサ出力から第２のセンサ出力を減算して前記差信号を演算する減算部と、
前記第１のセンサ出力と前記第２のセンサ出力とを加算して前記和信号を演算する加算部と、
前記差信号を前記和信号で除算して前記相対信号を演算する除算部と、
前記減算部及び前記加算部の上流に設けられ、前記第１のセンサ出力及び第２のセンサ出力に対して所定の信号処理を行う第１の信号処理部及び第２の信号処理部と、
前記第１のセンサ出力及び前記第２のセンサ出力に対して前記信号処理を行う前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部を、各センサ出力に対して前記信号処理を行う時間比が同一となるように周期的に切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とする磁気センサユニット。
【請求項２】
前記切り替え手段は、
前記第１及び第２の信号処理部の上流に設けられ、前記第１及び前記第２のセンサ出力の出力先を前記第１及び第２の信号処理部間で切り替える第１の切替スイッチと、
前記第１及び第２の信号処理部と前記減算部との間に設けられ、前記第１の切替スイッチと同期して動作する第２の切替スイッチと、
前記第１及び第２の切替スイッチを制御するスイッチ切替制御部と、を有し、
前記第２の切替スイッチは、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第１のセンサ出力を前記減算部の正入力端子に供給し、前記第１又は第２の信号処理部で前記信号処理がなされた前記第２のセンサ出力を前記減算部の負入力端子に供給するように動作することを特徴とする請求項１記載の磁気センサユニット。
【請求項３】
前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を電流信号に変換する電圧／電流変換部であって、
前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電流信号に対して処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサユニット。
【請求項４】
前記第１の信号処理部及び前記第２の信号処理部は、電圧信号を増幅する電圧増幅部であって、
前記センサ出力は電圧信号であり且つ前記減算部、加算部及び除算部は電圧信号に対して処理を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサユニット。
【請求項５】
前記磁気センサはホール素子であって、
前記ホール素子を駆動する電圧及び電流を、前記ホール素子内で直交する方向に切り替える切替駆動手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の磁気センサユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６９６９６（Ｐ２０１１−１６９６９６Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２８０１（Ｐ２０１０−３２８０１）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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