磁気センサ
【課題】外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサにおける検出角度の誤差を低減する。
【解決手段】磁気センサ１は、第１の位置における外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の検出部１０と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の検出部２０を備えている。第１の検出角度は第１の角度誤差を含み、第２の検出角度は第２の角度誤差を含んでいる。第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相は、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なる。
【解決手段】磁気センサ１は、第１の位置における外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の検出部１０と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の検出部２０を備えている。第１の検出角度は第１の角度誤差を含み、第２の検出角度は第２の角度誤差を含んでいる。第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相は、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のステアリングの回転位置の検出等の種々の用途で、対象物の回転位置を検出するために、磁気センサが広く利用されている。また、対象物の直線的な変位を検出するリニアエンコーダにおいても磁気センサが利用されている。このような磁気センサが用いられるシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する外部磁界を発生する手段（例えば磁石）が設けられる。磁気センサは、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する。これにより、対象物の回転位置や直線的な変位が検出される。
【０００３】
磁気センサとしては、特許文献１ないし４に記載されているように、２つのブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を有するものが知られている。この磁気センサにおいて、２つのブリッジ回路は、それぞれ、４つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を含み、外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。２つのブリッジ回路の出力信号の位相は、各ブリッジ回路の出力信号の周期の１／４だけ異なっている。外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度は、２つのブリッジ回路の出力信号に基づいて算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５７９５号公報
【特許文献２】特表２００４−５０４７１３号公報
【特許文献３】特開２００９−２５３１９号公報
【特許文献４】特許第４２７３３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＲ素子を用いた磁気センサにおいて、外部磁界の方向が回転する場合には、ＭＲ素子の抵抗値に対応する出力信号の波形は、理想的には正弦曲線（サイン（Sine）波形とコサイン（Cosine）波形を含む）となる。しかし、特許文献２に記載されているように、ＭＲ素子の出力信号波形は正弦曲線から歪む場合があることが知られている。ＭＲ素子の出力信号波形が歪むと、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合がある。ＭＲ素子の出力信号波形が歪む原因には、大きく分けて、ＭＲ素子によるものと、外部磁界によるものとがある。
【０００６】
ここで、ＭＲ素子がＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子またはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子である場合を例にとって、ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の例について説明する。ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の例としては、磁化固定層の磁化方向が外部磁界等の影響によって変動する場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的大きい場合に発生しやすい。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の他の例としては、自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界の方向と一致しない場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的小さい場合に発生しやすい。
【０００７】
一方、外部磁界に起因してＭＲ素子の出力信号波形が正弦曲線から歪む場合の例としては、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合が挙げられる。これは、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合や、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合に発生しやすい。
【０００８】
特許文献２には、主参照磁化軸を持つ主検出素子に、それぞれ主参照磁化軸に対して傾いた参照磁化軸を有する２つの補正検出素子を電気的に接続して、検出角度を補正するようにした磁気抵抗センサが記載されている。しかし、このセンサでは、主検出素子および補正検出素子の抵抗、サイズ、材料や、外部磁界の強度等の設計条件の違いに応じて、補正検出素子のデザインを最適化する必要があり、センサの設計が容易ではないという問題点がある。
【０００９】
なお、ここまでは、ＭＲ素子を用いた磁気センサにおいて、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合があるという問題点について説明してきた。しかし、この問題点は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサ全般に当てはまる。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、検出角度の誤差を低減できるようにした磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気センサは、方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。磁気センサは、第１の位置における外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部とを備えている。
【００１２】
第１の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第１および第２の検出回路と、第１および第２の検出回路の出力信号に基づいて第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の演算回路とを有し、第１の検出回路の出力信号の位相と第２の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００１３】
第２の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第３および第４の検出回路と、第３および第４の検出回路の出力信号に基づいて第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の演算回路とを有し、第３の検出回路の出力信号の位相と第４の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００１４】
第１の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第１の角度の理論値に対する第１の角度誤差を含んでいる。第２の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第２の角度の理論値に対する第２の角度誤差を含んでいる。
【００１５】
本発明の磁気センサでは、第１の角度誤差と第２の角度誤差は、外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第１の角度誤差の変化は第１の検出角度の変化に依存し、第２の角度誤差の変化は第２の検出角度の変化に依存している。誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４である。第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相は、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なる。本発明の磁気センサは、更に、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第３の演算回路を備えている。
【００１６】
本発明の磁気センサでは、第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相を、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異ならせることにより、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第１の検出角度に含まれる第１の角度誤差と第２の検出角度に含まれる第２の角度誤差とを相殺することが可能になる。これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になる。
【００１７】
本発明の磁気センサにおいて、第１の位置と第２の位置は、外部磁界の回転方向について同じ位置であり、第１の方向と第２の方向は、外部磁界の回転方向について、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異なっていてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気センサにおいて、第１の位置と第２の位置は互いに異なる位置であり、第１の位置と第２の位置のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当するものであってもよい。
【００１９】
また、本発明の磁気センサにおいて、第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合、第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第１の対の磁気検出素子と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有していてもよい。磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であってもよい。磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。また、第２の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第１の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、第４の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第３の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁気センサによれば、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第１の検出角度に含まれる第１の角度誤差と第２の検出角度に含まれる第２の角度誤差とを相殺することが可能になり、これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図４】図３に示した磁気センサにおける４つのブリッジ回路を一体化したユニットの平面図である。
【図５】図４における１つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。
【図６】図４における１つのＭＲ素子の一部を示す斜視図である。
【図７】図３における検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示す波形図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における第１の検出角度と第１の角度誤差との関係を示す波形図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの第１の検出部における２つのブリッジ回路を一体化したユニットを示す平面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における外部磁界、第１の検出角度および第１の角度誤差の関係を示す波形図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図２４】本発明の第５の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図２５】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２６】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２９】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図３０】本発明の第７の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図３１】本発明の第７の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図３２】本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図３３】本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図３４】本発明の第８の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図３５】本発明の第８の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
【００２３】
図１に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、方向が回転する外部磁界ＭＦの、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。図１には、方向が回転する外部磁界ＭＦを発生する手段の例として、円柱状の磁石２を示している。この磁石２は、円柱の中心軸を含む仮想の平面を中心として対称に配置されたＮ極とＳ極とを有している。この磁石２は、円柱の中心軸を中心として回転する。これにより、磁石２が発生する外部磁界ＭＦの方向は、円柱の中心軸を含む回転中心Ｃを中心として回転する。磁気センサ１は、磁石２の一方の端面に対向するように配置される。なお、後で、磁気センサ１の使用方法の他の例を示すが、方向が回転する外部磁界ＭＦを発生する手段は、図１に示した磁石２に限られるものではない。
【００２４】
磁気センサ１は、第１の位置における外部磁界ＭＦの方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部１０と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部２０とを備えている。図１では、理解を容易にするために、第１の検出部１０と第２の検出部２０を別体として描いているが、第１の検出部１０と第２の検出部２０は一体化されていてもよい。
【００２５】
ここで、図２を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図１に示した回転中心Ｃに平行で、磁石２の一方の端面から磁気センサ１に向かう方向をＺ方向と定義する。次に、Ｚ方向に垂直な仮想の平面上において、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向と定義する。図２では、Ｘ方向を右側に向かう方向として表し、Ｙ方向を上側に向かう方向として表している。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向と定義し、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向と定義する。
【００２６】
基準位置ＰＲは、磁気センサ１が外部磁界ＭＦを検出する位置である。基準位置ＰＲは、例えば、第１の検出部１０が配置されている位置とする。基準方向ＤＲは、Ｙ方向とする。基準位置ＰＲにおける外部磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度を記号θで表す。外部磁界ＭＦの方向ＤＭは、図２において時計回り方向に回転するものとする。角度θは、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときに負の値で表す。
【００２７】
第１の位置Ｐ１は、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１は基準位置ＰＲと一致している。第１の方向Ｄ１は、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦの方向ＤＭを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１は基準方向ＤＲと一致している。外部磁界ＭＦの方向ＤＭが第１の方向Ｄ１に対してなす第１の角度を記号θ１で表す。角度θ１の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ１は角度θと一致する。
【００２８】
第２の位置Ｐ２は、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である。本実施の形態では、第２の位置Ｐ２は、外部磁界ＭＦの回転方向について、第１の位置Ｐ１と同じ位置である。本実施の形態では、特に、第２の位置Ｐ２は、基準位置ＰＲおよび第１の位置Ｐ１と一致している。第２の方向Ｄ２は、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦの方向ＤＭを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面に平行であって、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について４５°傾いている。その理由については、後で詳しく説明する。外部磁界ＭＦの方向ＤＭが第２の方向Ｄ２に対してなす第２の角度を記号θ２で表す。角度θ２の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ２は角度θよりも４５°小さい。また、第２の方向Ｄ２から９０°回転した方向を、記号Ｄ３で表す。
【００２９】
次に、図３を参照して、磁気センサ１の構成について詳しく説明する。図３は、磁気センサ１の構成を示す回路図である。磁気センサ１は、前述のように、第１の検出部１０と第２の検出部２０とを備えている。第１の検出部１０は、第１および第２の検出回路１１，１２と、第１の演算回路１３とを有している。第１および第２の検出回路１１，１２は、それぞれ外部磁界ＭＦの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第１の演算回路１３は、第１および第２の検出回路１１，１２の出力信号に基づいて第１の角度θ１の検出値である第１の検出角度θ１ｓを算出する。第１の検出回路１１の出力信号の位相と第２の検出回路１２の出力信号の位相は、各検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００３０】
第２の検出部２０の構成は、基本的には、第１の検出部１０と同様である。すなわち、第２の検出部２０は、第３および第４の検出回路２１，２２と、第２の演算回路２３とを有している。第３および第４の検出回路２１，２２は、それぞれ外部磁界ＭＦの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第２の演算回路２３は、第３および第４の検出回路２１，２２の出力信号に基づいて第２の角度θ２の検出値である第２の検出角度θ２ｓを算出する。第３の検出回路２１の出力信号の位相と第４の検出回路２２の出力信号の位相は、各検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００３１】
磁気センサ１は、更に、第１の検出部１０によって得られた第１の検出角度θ１ｓと第２の検出部２０によって得られた第２の検出角度θ２ｓとに基づいて、外部磁界ＭＦの、基準位置ＰＲにおける方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する第３の演算回路３０を備えている。本実施の形態では、第３の演算回路３０は、下記の式（１）によって、θｓを算出する。
【００３２】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／４）／２ …（１）
【００３３】
第１の検出回路１１は、ホイートストンブリッジ回路１４と、差分検出器１５とを有している。ホイートストンブリッジ回路１４は、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１３の各一端は、電源ポートＶ１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１１の他端は、磁気検出素子Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１３の他端は、磁気検出素子Ｒ１４の一端と出力ポートＥ１２に接続されている。磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１４の各他端は、グランドポートＧ１に接続されている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ１はグランドに接続される。差分検出器１５は、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差に対応する信号を第１の演算回路１３に出力する。
【００３４】
第２の検出回路１２は、ホイートストンブリッジ回路１６と、差分検出器１７とを有している。ホイートストンブリッジ回路１６は、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２３の各一端は、電源ポートＶ２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２１の他端は、磁気検出素子Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２１に接続されている。磁気検出素子Ｒ２３の他端は、磁気検出素子Ｒ２４の一端と出力ポートＥ２２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２４の各他端は、グランドポートＧ２に接続されている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ２はグランドに接続される。差分検出器１７は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号を第１の演算回路１３に出力する。
【００３５】
第３の検出回路２１は、ホイートストンブリッジ回路２４と、差分検出器２５とを有している。ホイートストンブリッジ回路２４は、電源ポートＶ３と、グランドポートＧ３と、２つの出力ポートＥ３１，Ｅ３２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ３３，Ｒ３４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３３の各一端は、電源ポートＶ３に接続されている。磁気検出素子Ｒ３１の他端は、磁気検出素子Ｒ３２の一端と出力ポートＥ３１に接続されている。磁気検出素子Ｒ３３の他端は、磁気検出素子Ｒ３４の一端と出力ポートＥ３２に接続されている。磁気検出素子Ｒ３２，Ｒ３４の各他端は、グランドポートＧ３に接続されている。電源ポートＶ３には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ３はグランドに接続される。差分検出器２５は、出力ポートＥ３１，Ｅ３２の電位差に対応する信号を第２の演算回路２３に出力する。
【００３６】
第４の検出回路２２は、ホイートストンブリッジ回路２６と、差分検出器２７とを有している。ホイートストンブリッジ回路２６は、電源ポートＶ４と、グランドポートＧ４と、２つの出力ポートＥ４１，Ｅ４２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ４３，Ｒ４４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４３の各一端は、電源ポートＶ４に接続されている。磁気検出素子Ｒ４１の他端は、磁気検出素子Ｒ４２の一端と出力ポートＥ４１に接続されている。磁気検出素子Ｒ４３の他端は、磁気検出素子Ｒ４４の一端と出力ポートＥ４２に接続されている。磁気検出素子Ｒ４２，Ｒ４４の各他端は、グランドポートＧ４に接続されている。電源ポートＶ４には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ４はグランドに接続される。差分検出器２７は、出力ポートＥ４１，Ｅ４２の電位差に対応する信号を第２の演算回路２３に出力する。
【００３７】
本実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と記す。）１４，１６，２４，２６に含まれる全ての磁気検出素子として、ＭＲ素子、特にＴＭＲ素子を用いている。なお、ＴＭＲ素子の代りにＧＭＲ素子を用いてもよい。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界ＭＦの方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。以下の説明では、ブリッジ回路１４，１６，２４，２６に含まれる磁気検出素子をＭＲ素子と記す。図３において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子における自由層の磁化の方向を表している。
【００３８】
第１の検出回路１１では、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、ＭＲ素子Ｒ１２，Ｒ１３における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向である。この場合、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差が変化する。従って、第１の検出回路１１は、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第１の角度θ１が０°のときと１８０°のときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は０である。第１の角度θ１が０°よりも大きく１８０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は正の値である。第１の角度θ１が１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は負の値である。
【００３９】
第２の検出回路１２では、ＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の磁化の方向はＹ方向であり、ＭＲ素子Ｒ２２，Ｒ２３における磁化固定層の磁化の方向は−Ｙ方向である。この場合、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差が変化する。従って、第２の検出回路１２は、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第１の角度θ１が９０°のときと２７０°のときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は０である。第１の角度θ１が０°以上９０゜未満のとき、および２７０°より大きく３６０°以下のときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は正の値である。第１の角度θ１が９０°よりも大きく２７０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は負の値である。
【００４０】
図３に示した例では、第２の検出回路１２におけるＭＲの磁化固定層の磁化方向は、第１の検出回路１１におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第１の検出回路１１の出力信号の波形はサイン（Sine）波形になり、第２の検出回路１２の出力信号の波形はコサイン（Cosine）波形になる。この場合、検出回路１１，１２の出力信号の位相差は、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４である。ここで、第１の検出回路１１の出力信号をｓｉｎθ１ｓと表し、第２の検出回路１２の出力信号をｃｏｓθ１ｓと表すと、第１の検出角度θ１ｓは、下記の式（２）によって算出することができる。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。
【００４１】
θ１ｓ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθ１ｓ／ｃｏｓθ１ｓ） …（２）
【００４２】
なお、３６０°の範囲内で、式（２）におけるθ１ｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、ｓｉｎθ１ｓとｃｏｓθ１ｓの正負の組み合わせにより、θ１ｓの真の値が、式（２）におけるθ１ｓの２つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、ｓｉｎθ１ｓが正の値のときは、θ１ｓは０°よりも大きく１８０゜よりも小さい。ｓｉｎθ１ｓが負の値のときは、θ１ｓは１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さい。ｃｏｓθ１ｓが正の値のときは、θ１ｓは、０°以上９０゜未満、および２７０°より大きく３６０°以下の範囲内である。ｃｏｓθ１ｓが負の値のときは、θ１ｓは、９０°よりも大きく２７０゜よりも小さい。第１の演算回路１３は、式（２）と、上記のｓｉｎθ１ｓとｃｏｓθ１ｓの正負の組み合わせの判定により、３６０°の範囲内でθ１ｓを求める。なお、検出回路１１，１２の出力信号の位相差が、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の場合に限らず、検出回路１１，１２の出力信号の位相差が、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の奇数倍であれば、θ１ｓを求めることができる。
【００４３】
第３の検出回路２１では、ＭＲ素子Ｒ３１，Ｒ３４における磁化固定層の磁化の方向は、図２に示した方向Ｄ３であり、ＭＲ素子Ｒ３２，Ｒ３３における磁化固定層の磁化の方向は方向Ｄ３とは反対方向である。この場合、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度に応じて、出力ポートＥ３１，Ｅ３２の電位差が変化する。従って、第３の検出回路２１は、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第２の角度θ２が０°のときと１８０°のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は０である。第２の角度θ２が０°よりも大きく１８０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は正の値である。第２の角度θ２が１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は負の値である。
【００４４】
第４の検出回路２２では、ＭＲ素子Ｒ４１，Ｒ４４における磁化固定層の磁化の方向は、図２に示した方向Ｄ２であり、ＭＲ素子Ｒ４２，Ｒ４３における磁化固定層の磁化の方向は方向Ｄ２とは反対方向である。この場合、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度に応じて、出力ポートＥ４１，Ｅ４２の電位差が変化する。従って、第４の検出回路２２は、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第２の角度θ２が９０°のときと２７０°のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は０である。第２の角度θ２が０°以上９０゜未満のとき、および２７０°より大きく３６０°以下のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は正の値である。第２の角度θ２が９０°よりも大きく２７０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は負の値である。
【００４５】
図３に示した例では、第４の検出回路２２におけるＭＲの磁化固定層の磁化方向は、第３の検出回路２１におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第３の検出回路２１の出力信号の波形はサイン（Sine）波形になり、第４の検出回路２２の出力信号の波形はコサイン（Cosine）波形になる。この場合、検出回路２１，２２の出力信号の位相差は、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４である。ここで、第３の検出回路２１の出力信号をｓｉｎθ２ｓと表し、第４の検出回路２２の出力信号をｃｏｓθ２ｓと表すと、第２の検出角度θ２ｓは、下記の式（３）によって算出することができる。
【００４６】
θ２ｓ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθ２ｓ／ｃｏｓθ２ｓ） …（３）
【００４７】
第２の演算回路２３は、前述のθ１ｓの求め方と同様に、式（３）と、ｓｉｎθ２ｓとｃｏｓθ２ｓの正負の組み合わせの判定により、３６０°の範囲内でθ２ｓを求める。なお、検出回路２１，２２の出力信号の位相差が、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の場合に限らず、検出回路２１，２２の出力信号の位相差が、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の奇数倍であれば、θ２ｓを求めることができる。
【００４８】
なお、図２に示した第２の方向Ｄ２を、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について−４５°傾けてもよい。この場合には、第３および第４の検出回路２１，２２に含まれる全てのＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、図３に示した方向から−９０°回転させた方向に設定される。この場合には、第３の演算回路３０は、式（１）の代りに、下記の式（４）を用いて、θｓを算出する。
【００４９】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ−π／４）／２ …（４）
【００５０】
第１ないし第３の演算回路１３，２３，３０は、例えば、１つのマイクロコンピュータによって実現することができる。
【００５１】
次に、図４を参照して、磁気センサ１におけるブリッジ回路１４，１６，２４，２６を一体化したユニット４０の一例について説明する。図４は、このユニット４０の平面図である。このユニット４０は、基板４１と、この基板４１上に設けられたブリッジ回路１４，１６，２４，２６とを備えている。ブリッジ回路１４，１６，２４，２６の複数のポートは、基板４１上において、基板４１の周縁の近傍に配置されている。基板４１上には、円形のＭＲ素子配置領域が設けられている。このＭＲ素子配置領域は、円周方向に１６個の分割領域に分割されている。この１６個の分割領域に、それぞれＭＲ素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，Ｒ４１〜Ｒ４４が配置されている。また、基板４１には、複数のＭＲ素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。
【００５２】
次に、図５および図６を参照して、図４に示したユニット４０における任意のＭＲ素子の構成の一例について説明する。図５は、図４における１つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。図６は、図４における１つのＭＲ素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つのＭＲ素子は、複数の下部電極と、複数のＭＲ膜と、複数の上部電極とを有している。図５に示したように、１つの分割領域において、複数の下部電極４２は基板４１上に配置されている。個々の下部電極４２は細長く、複数の下部電極４２は、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。下部電極４２の長手方向に隣接する２つの下部電極４２の間には、間隙が形成されている。図６に示したように、下部電極４２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ膜５０が配置されている。ＭＲ膜５０は、下部電極４２側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３および反強磁性層５４を含んでいる。自由層５１は、下部電極４２に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極４３は、複数のＭＲ膜５０の上に配置されている。個々の上部電極４３は細長く、下部電極４２の長手方向に隣接する２つの下部電極４２上に配置されて隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。複数の上部電極４３は、複数の下部電極４２と同様に、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。このような構成により、図５および図６に示したＭＲ素子は、複数の下部電極４２と複数の上部電極４３とによって直列に接続された複数のＭＲ膜５０を有している。なお、ＭＲ膜５０における層５１〜５４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。
【００５３】
次に、図７ないし図１０を参照して、磁気センサ１の作用および効果について説明する。磁気センサ１では、第１の検出部１０によって、第１および第２の検出回路１１，１２の出力信号に基づいて第１の角度θ１の検出値である第１の検出角度θ１ｓを求める。また、第２の検出部２０によって、第３および第４の検出回路２１，２２の出力信号に基づいて第２の角度θ２の検出値である第２の検出角度θ２ｓを求める。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓとに基づいて、第３の演算回路３０によって、外部磁界ＭＦの、基準位置ＰＲにおける方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【００５４】
本実施の形態では、検出回路１１，１２，２１，２２の各出力信号の波形は、理想的には正弦曲線となる。しかし、実際には、ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪むことによって、検出回路１１，１２，２１，２２の各出力信号の波形は、正弦曲線から歪む。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合としては、例えば、ＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向が外部磁界ＭＦ等の影響によって変動する場合や、ＭＲ素子の自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界ＭＦの方向と一致しない場合がある。図７は、検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示している。図７には、検出回路１１，１２，２１，２２を代表して、検出回路１２の出力信号の波形を示している。図７において、横軸は角度θを示し、縦軸は検出回路１２の出力信号ｃｏｓθ１ｓを示している。符号６０は、理想的な正弦曲線を示している。符号６１，６２で示す２つの波形は、ＭＲ素子に起因して歪んだ波形を示している。
【００５５】
上述のようにＭＲ素子に起因して検出回路１１，１２の出力信号の波形が歪むために、第１の検出角度θ１ｓは、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが理想的に回転する場合に想定される第１の角度θ１の理論値に対する第１の角度誤差ｄθ１を含んでいる。同様に、ＭＲ素子に起因して検出回路２１，２２の出力信号の波形が歪むために、第２の検出角度θ２ｓは、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが理想的に回転する場合に想定される第２の角度θ２の理論値に対する第２の角度誤差ｄθ２を含んでいる。第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２は、外部磁界ＭＦの方向ＤＭの変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第１の角度誤差ｄθ１の変化は第１の検出角度θ１ｓの変化に依存し、第２の角度誤差ｄθ２の変化は第２の検出角度θ２ｓの変化に依存している。検出回路の出力信号の波形が図７に示したように歪む場合には、誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４、すなわちπ／２（９０°）となる。
【００５６】
図８は、第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図８において、横軸は角度θ，θ１を示し、縦軸は角度θ１、第１の検出角度θ１ｓおよび第１の角度誤差ｄθ１を示している。なお、図８では、便宜上、縦軸における角度θと第１の検出角度θ１ｓの値については、実際の角度が９０°〜２７０゜の範囲では１８０°を引いた値で表し、実際の角度が２７０°〜３６０゜の範囲では３６０°を引いた値で表している。これ以降の説明で使用する図８と同様の図においても、図８と同様の表し方を用いる。第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係は、図８と同様である。
【００５７】
本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相は、誤差周期の１／２すなわちπ／４（４５°）だけ異なっている。これを実現するために、本実施の形態では、第２の方向Ｄ２を第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について４５°傾けている。本実施の形態によれば、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とを相殺することが可能になる。このことを、図９および図１０を参照して説明する。図９において、（ａ）は、図８に示した第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図９において、（ｂ）は、第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係を示している。図９に示した例では、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２の振幅は±６．７°である。本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相を、誤差周期の１／２すなわちπ／４の奇数倍だけずらしている。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓを用いて、角度θの検出値θｓを算出する。従って、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１の位相と第２の角度誤差ｄθ２の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とが相殺される。
【００５８】
図１０は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図１０に示されるように、角度誤差ｄθは、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２に比べて、大幅に小さくなっている。図１０に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．３°である。
【００５９】
なお、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２に限らず、誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。この場合に、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は、外部磁界ＭＦの回転方向について同じ位置である。この場合、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、外部磁界ＭＦの回転方向について、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異ならせることにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差を、誤差周期の１／２の奇数倍とすることができる。図２に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、外部磁界ＭＦの回転方向について、誤差周期の１／２に相当する空間上の角度すなわち４５°だけ異ならせている。
【００６０】
また、本実施の形態では、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向以外は全く同じ構成の２つの検出部１０，２０を用いて検出角度を補正している。そのため、各検出部における角度誤差が温度の関数であったとしても、温度による角度誤差の変動分も含めて各検出部における角度誤差を相殺して、検出角度を補正することができる。そのため、本実施の形態によれば、最終的に、温度による誤差の変動の少ない角度検出値を得ることが可能になる。
【００６１】
次に、図１１ないし図１４を参照して、磁気センサ１の使用方法の他の例について説明する。図１１と図１２は、それぞれ、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、図１１、図１２における紙面がＸＹ平面となり、紙面に垂直な方向がＺ方向となる。外部磁界は、Ｚ方向を中心として回転する。なお、図１１、図１２に示した例では、回転体７１は、２組のＮ極とＳ極とを含んでいる。この場合、回転体７１が１回転する間に、外部磁界は２回転する。
【００６２】
図１１に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１を、回転体７１の半径方向に設定している。第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。
【００６３】
図１２に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を４５°としながら、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を共に、ＸＹ平面内において、回転体７１の半径方向に対して傾けている。回転体７１の半径方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち２２．５°と−２２．５°であることが好ましい。それは、この場合には、検出部１０と外部磁界との位置関係と、検出部２０と外部磁界との位置関係とが同様になり、これらの位置関係が異なることによる補正が不要になるためである。
【００６４】
図１３と図１４は、それぞれ、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、図１３、図１４における紙面がＸＹ平面となり、紙面に垂直な方向がＺ方向となる。外部磁界は、Ｚ方向を中心として回転する。
【００６５】
図１３に示した例では、第１の方向Ｄ１を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。
【００６６】
図１４に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を４５°としながら、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を共に、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して傾けている。図１２に示した例と同様に、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち２２．５°と−２２．５°であることが好ましい。
【００６７】
［第２の実施の形態］
次に、図１５ないし図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第１の位置Ｐ１と、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０は、異なる位置に配置されている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する。
【００６８】
図１５は、第１の実施の形態における図１１と図１２に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、回転体７１は、２組のＮ極とＳ極とを含み、回転体７１が１回転する間に、外部磁界は２回転する。この場合、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号における１周期すなわち電気角の３６０°は、回転体７１の１／２回転すなわち回転体７１の回転角の１８０°に相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の１／４であり、これは、電気角の９０°、回転体７１の回転角の４５°に相当する。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、回転体７１の回転角の２２．５°の奇数倍である。図１５には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、回転体７１の回転角の２２．５°とした例を示している。
【００６９】
また、図１５に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１と第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２を、共に回転体７１の半径方向に設定している。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、回転体７１の回転角の２２．５°の奇数倍となる。
【００７０】
図１６は、第１の実施の形態における図１３と図１４に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、移動体７２が、１ピッチ分すなわちＮ極とＳ極の１組分だけ移動すると外部磁界が１回転する。この場合、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号における１周期すなわち電気角の３６０°は、移動体７２の１ピッチに相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の１／４であり、これは、１／４ピッチに相当する。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち１／８ピッチの奇数倍である。図１６には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、１／８ピッチとした例を示している。
【００７１】
また、図１６に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、共にＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、１／８ピッチの奇数倍となる。
【００７２】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差が、誤差周期の１／２の奇数倍であることから、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【００７３】
図１７は、第１の検出部１０におけるブリッジ回路１４，１６を一体化したユニット１４０の一例を示す平面図である。このユニット１４０は、基板１４１と、この基板１４１上に設けられたブリッジ回路１４，１６とを備えている。ブリッジ回路１４，１６の複数のポートは、基板１４１上において、基板１４１の周縁の近傍に配置されている。基板１４１上には、円形のＭＲ素子配置領域が設けられている。このＭＲ素子配置領域は、円周方向に８個の分割領域に分割されている。この８個の分割領域に、それぞれＭＲ素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４が配置されている。また、基板１４１には、複数のＭＲ素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。第２の検出部２０におけるブリッジ回路２４，２６を一体化したユニットも、ユニット１４０と同様に構成することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０を互いに異なる位置に配置することから、検出部１０，２０の取り付け精度の問題により、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とのずれ量が所望の値からずれて、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差が、所望の値である電気角の４５°の奇数倍からずれる可能性がある。ここで、この第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差の所望の値からのずれ量を±αと表す。本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓのピークの位相差等から、±αの値を見積もることが可能である。そして、式（１）の代りに、下記の式（５）を用いてθｓを算出することにより、ずれ量±αの分を補正して、より正確な角度θを検出することが可能になる。
【００７５】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／４±α）／２ …（５）
【００７６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
［第３の実施の形態］
次に、図１８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図１８は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ１では、検出回路１１，１２，２１，２２は、いずれも、ホイートストンブリッジ回路の代りにハーフブリッジ回路を有し、差分検出器を有していない。
【００７８】
検出回路１１は、直列に接続されて、電源ポートＶ１とグランドポートＧ１の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ１１，Ｒ１２を有している。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点から検出回路１１の出力信号が得られる。検出回路１２は、直列に接続されて、電源ポートＶ２とグランドポートＧ２の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ２１，Ｒ２２を有している。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点から検出回路１２の出力信号が得られる。
【００７９】
検出回路２１は、直列に接続されて、電源ポートＶ３とグランドポートＧ３の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ３１，Ｒ３２を有している。磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２の接続点から検出回路２１の出力信号が得られる。検出回路２２は、直列に接続されて、電源ポートＶ４とグランドポートＧ４の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ４１，Ｒ４２を有している。磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４２の接続点から検出回路２２の出力信号が得られる。
【００８０】
各磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２の磁化固定層の磁化の方向は、図３における同じ符号の磁気検出素子（ＭＲ素子）の磁化固定層の磁化の方向と同じである。
【００８１】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
［第４の実施の形態］
次に、図１９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図１９は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ１では、ブリッジ回路１４，１６，２４，２６における全ての磁気検出素子として、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子を用いている。この場合には、外部磁界が１回転する間に、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号は２周期分変化する。従って、本実施の形態における検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期は、外部磁界の１／２回転に相当し、第１の実施の形態における検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期の１／２となる。また、本実施の形態では、誤差周期も、第１の実施の形態における誤差周期の１／２となる。
【００８３】
本実施の形態では、第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について２２．５°傾いている。
【００８４】
本実施の形態では、第３の演算回路３０は、式（１）の代りに、下記の式（６）を用いて、θｓを算出する。
【００８５】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／８）／２ …（６）
【００８６】
なお、本実施の形態において、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して外部磁界の回転方向について−２２．５°傾けてもよい。この場合には、第３の演算回路３０は、式（６）の代りに、下記の式（７）を用いて、θｓを算出する。
【００８７】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ−π／８）／２ …（７）
【００８８】
第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍であり、これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【００８９】
本実施の形態において、図１１ないし図１４に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について２２．５°傾ける。図１２に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、回転体７１の半径方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち１１．２５°と−１１．２５°であることが好ましい。同様に、図１４に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち１１．２５°と−１１．２５°であることが好ましい。
【００９０】
また、本実施の形態において、第２の実施の形態と同様に、第１の検出部１０と第２の検出部２０を異なる位置に配置して、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としてもよい。この場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する量とする。この場合、図１５に示した回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、回転体７１の回転角の１１．２５°の奇数倍である。また、図１６に示した移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、１／１６ピッチの奇数倍とする。
【００９１】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、ＡＭＲ素子の代りに、ホール素子を用いてもよい。
【００９２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減するのに適している。始めに、図２０ないし図２２を参照して、外部磁界に起因して角度誤差が発生する理由について説明する。図２０は、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例において、回転体７１の半径方向の外部磁界の成分をＨｒとし、ＸＹ平面内で、Ｈｒに直交する外部磁界の成分をＨθとする。図２１は、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例において、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向の外部磁界の成分をＨｒとし、ＸＹ平面内で、Ｈｒに直交する外部磁界の成分をＨθとする。
【００９３】
ここで、図２０または図２１に示した例において、第１の検出部１０によって外部磁界の方向を検出して第１の検出角度θ１ｓを得る場合を考える。図２２は、この場合におけるＨｒ、Ｈθ、θ１ｓならびに第１の角度誤差ｄθ１の関係の一例を示している。図２２において、横軸は、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θを示し、縦軸は、Ｈｒ、Ｈθ、θ１ｓ、ｄθ１を示している。図２０または図２１に示した例では、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合がある。この場合、第１の検出角度θ１ｓは第１の角度誤差ｄθ１を含むことになる。この場合における第１の角度誤差ｄθ１の変化は、外部磁界の方向の変化に依存する。第１の角度誤差ｄθ１の誤差周期は、外部磁界の方向の回転の周期の１／２である。同様に、第２の検出部２０によって外部磁界の方向を検出して第２の検出角度θ２ｓを得る場合も、第２の検出角度θ２ｓは、外部磁界の方向の変化に依存して変化する第２の角度誤差ｄθ２を含むことになる。
【００９４】
次に、図２０および図２１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第１の位置Ｐ１と、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０は、異なる位置に配置されている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の１／４の奇数倍に相当する。図２０および図２１には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、誤差周期の１／２に相当する量とした例を示している。
【００９５】
また、図２０に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１と第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２を、共に回転体７１の半径方向に設定している。図２１に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、共にＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。これらの例では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角９０°）となる。これらの例では、第３の演算回路３０は、下記の式（８）によって、θｓを算出する。
【００９６】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／２）／２ …（８）
【００９７】
次に、図２３および図２４を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１によって、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減できることを説明する。図２３において、（ａ）は、第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図２３において、（ｂ）は、第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係を示している。図２３に示した例では、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２の振幅は±５．４５°である。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を、誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する量だけずらしている。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓを用いて、角度θの検出値θｓを算出する。従って、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１の位相と第２の角度誤差ｄθ２の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とが相殺される。
【００９８】
図２４は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図２４に示されるように、角度誤差ｄθは、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２に比べて、大幅に小さくなっている。図２４に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．６°である。
【００９９】
なお、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれ量は、誤差周期の１／２に相当する量に限らず、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する量であればよい。この場合に、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【０１００】
また、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、電気角９０°に限らず任意の大きさでよい。第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差をβとすると、第３の演算回路３０は、下記の式（９）によって、θｓを算出する。
【０１０１】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋β）／２ …（９）
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路１１，１２，２１，２２を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１０３】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１０４】
初めに、図２５および図２６を参照して、角度誤差が、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分とを含む場合があることについて説明する。図２５は、図２０に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。図２６は、図２１に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、第５の実施の形態で説明したように、第１および第２の検出角度θ１ｓ，θ２ｓは、それぞれ、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。また、第１の実施の形態で説明したように、第１および第２の検出角度θ１ｓ，θ２ｓは、それぞれ、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。
【０１０５】
従って、第１の検出角度θ１ｓにおける第１の角度誤差ｄθ１と第２の検出角度θ２ｓにおける第２の角度誤差ｄθ２は、それぞれ、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含む場合がある。第１の誤差成分は、外部磁界の方向の変化に依存して、外部磁界の方向の回転の周期の１／２すなわち電気角１８０°の第１の誤差周期で変化する。第２の誤差成分は、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期の１／４すなわち電気角９０°の第２の誤差周期で変化する。
【０１０６】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第５の実施の形態と同様に、第１の検出部１０と第２の検出部２０を異なる位置に配置して、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の１／４の奇数倍に相当する。図２５および図２６には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）に相当する量とした例を示している。
【０１０７】
また、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相を、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の奇数倍だけ異ならせている。具体的には、図２５に示した例では、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、回転体７１の半径方向から４５°傾けている。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の３倍である電気角１３５°となる。また、図２６に示した例では、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向から４５°傾けている。この場合も、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の３倍である電気角１３５°となる。
【０１０８】
図２５および図２６に示した例では、第３の演算回路３０は、下記の式（１０）によって、θｓを算出する。
【０１０９】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／２＋π／４）／２ …（１０）
【０１１０】
以上説明したように、本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する量だけずらしている。これにより、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１中の第１の誤差成分の位相と第２の角度誤差ｄθ２中の第１の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１中の第１の誤差成分と第２の角度誤差ｄθ２中の第１の誤差成分とが相殺される。
【０１１１】
更に、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相を、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の奇数倍だけ異ならせている。これにより、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１中の第２の誤差成分の位相と第２の角度誤差ｄθ２中の第２の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１中の第２の誤差成分と第２の角度誤差ｄθ２中の第２の誤差成分とが相殺される。
【０１１２】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１１３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路１１，１２，２１，２２を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１１４】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、第６の実施の形態と同様に、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１１５】
図２７は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示すブロック図である。図２７に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、第１および第２の複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂと、第４の演算回路１１１とを備えている。第４の演算回路１１１は、例えばマイクロコンピュータによって実現することができる。
【０１１６】
複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂの構成は、それぞれ、第５の実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同様である。具体的には、複合検出部１１０Ａは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ａ、第２の検出部２０Ａおよび第３の演算回路３０Ａを備えている。同様に、複合検出部１１０Ｂは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ｂ、第２の検出部２０Ｂおよび第３の演算回路３０Ｂを備えている。
【０１１７】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。同様に、第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第４の演算回路１１１は、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【０１１８】
検出部１０Ａ，２０Ａの相対的な位置関係は、第５の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。検出部１０Ｂ，２０Ｂの相対的な位置関係も、第５の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８すなわち電気角４５°に相当する量だけずれた位置に配置されている。
【０１１９】
図２８は、図２０に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図２０に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８（電気角の４５°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の２２．５°だけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも回転体７１の半径方向に設定している。
【０１２０】
図２９は、図２１に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図２１に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８（電気角の４５°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／８ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。
【０１２１】
図２８および図２９に示した例では、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、電気角４５°だけ異なる。
【０１２２】
次に、図３０および図３１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。第６の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含むものとする。
【０１２３】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第５の実施の形態において説明した原理により、検出値θＡｓ，θＢｓにおいては、第１の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θＡｓ，θＢｓには、第２の誤差成分が含まれている。
【０１２４】
本実施の形態では、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、第４の演算回路１１１によって、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。その際、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）だけ異なっている。第４の演算回路１１１は、下記の式（１１）によって、θｓを算出する。
【０１２５】
θｓ＝（θＡｓ＋θＢｓ＋π／４）／２ …（１１）
【０１２６】
本実施の形態では、検出値θｓを算出する際に、検出値θＡｓ中の第２の誤差成分の位相と検出値θＢｓ中の第２の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θＡｓ中の第２の誤差成分と検出値θＢｓ中の第２の誤差成分が相殺される。このことを、図３０および図３１を参照して説明する。
【０１２７】
図３０において、（ａ）は、検出値θＡｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＡとの関係を示している。図３０において、（ｂ）は、検出値θＢｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＢとの関係を示している。角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの主要な成分は、第２の誤差成分である。そのため、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの周期は、第２の誤差周期（電気角９０°）になっている。図３０に示した例では、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの振幅は±０．６°である。本実施の形態では、前述のように、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）だけ異なっている。従って、検出値θｓを算出する際に、角度誤差ｄθＡの位相と角度誤差ｄθＢの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差ｄθＡと角度誤差ｄθＢとが相殺される。
【０１２８】
図３１は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図３１に示されるように、角度誤差ｄθは、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢに比べて、大幅に小さくなっている。図３１に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．０９°である。なお、検出値θＡｓと検出値θＢｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２に限らず、第２の誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。
【０１２９】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１３０】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１３１】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、第６および第７の実施の形態と同様に、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１３２】
本実施の形態に係る磁気センサ１は、第７の実施の形態と同様に、第１および第２の複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂと、第４の演算回路１１１とを備えている。本実施の形態に係る磁気センサ１の基本的な構成は、図２７に示した通りである。ただし、以下で説明するように、本実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂは、第７の実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂとは異なる点もある。
【０１３３】
本実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂの構成は、それぞれ、第１の実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同様である。具体的には、複合検出部１１０Ａは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ａ、第２の検出部２０Ａおよび第３の演算回路３０Ａを備えている。同様に、複合検出部１１０Ｂは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ｂ、第２の検出部２０Ｂおよび第３の演算回路３０Ｂを備えている。
【０１３４】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。同様に、第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第４の演算回路１１１は、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【０１３５】
検出部１０Ａ，２０Ａの相対的な位置関係は、第１の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。検出部１０Ｂ，２０Ｂの相対的な位置関係も、第１の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４すなわち電気角９０°に相当する量だけずれた位置に配置されている。
【０１３６】
図３２は、図１１に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図１１に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の４５°だけずれた位置に配置されている。
【０１３７】
また、図３２に示した例では、検出部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおける第１の方向を、回転体７１の半径方向に設定している。検出部２０Ａにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ａにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。同様に、検出部２０Ｂにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ｂにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。なお、検出部１０Ａ，２０Ａを、図１２に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置し、この検出部１０Ａ，２０Ａに対して、検出部１０Ｂ，２０Ｂを、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の４５°だけずれた位置に配置してもよい。
【０１３８】
図３３は、図１３に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図１３に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／４ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおける第１の方向を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。検出部２０Ａにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ａにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。同様に、検出部２０Ｂにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ｂにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。なお、検出部１０Ａ，２０Ａを、図１４に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置し、この検出部１０Ａ，２０Ａに対して、検出部１０Ｂ，２０Ｂを、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／４ピッチだけずれた位置に配置してもよい。
【０１３９】
図３２および図３３に示した例では、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、電気角９０°だけ異なる。
【０１４０】
次に、図３４および図３５を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。第６および第７の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含むものとする。
【０１４１】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第１の実施の形態において説明した原理により、検出値θＡｓ，θＢｓにおいては、第２の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θＡｓ，θＢｓには、第１の誤差成分が含まれている。
【０１４２】
本実施の形態では、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、第４の演算回路１１１によって、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。その際、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）だけ異なっている。第４の演算回路１１１は、下記の式（１２）によって、θｓを算出する。
【０１４３】
θｓ＝（θＡｓ＋θＢｓ＋π／２）／２ …（１２）
【０１４４】
本実施の形態では、検出値θｓを算出する際に、検出値θＡｓ中の第１の誤差成分の位相と検出値θＢｓ中の第１の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θＡｓ中の第１の誤差成分と検出値θＢｓ中の第１の誤差成分が相殺される。このことを、図３４および図３５を参照して説明する。
【０１４５】
図３４において、（ａ）は、検出値θＡｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＡとの関係を示している。図３４において、（ｂ）は、検出値θＢｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＢとの関係を示している。角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの主要な成分は、第１の誤差成分である。そのため、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの周期は、第１の誤差周期（電気角１８０°）になっている。本実施の形態では、前述のように、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）だけ異なっている。従って、検出値θｓを算出する際に、角度誤差ｄθＡの位相と角度誤差ｄθＢの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差ｄθＡと角度誤差ｄθＢとが相殺される。
【０１４６】
図３５は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図３５に示されるように、角度誤差ｄθは、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢに比べて、大幅に小さくなっている。なお、検出値θＡｓと検出値θＢｓの位相差は、第１の誤差周期の１／２に限らず、第１の誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。
【０１４７】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１４８】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１４９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態における複数の検出部の配置は一例であり、複数の検出部の配置は、特許請求の範囲に記載された要件を満たす範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５０】
１…磁気センサ、１０…第１の検出部、１１…第１の検出回路、１２…第２の検出回路、１３…第１の演算回路、１４，１６，２４，２６…ホイートストンブリッジ回路、２０…第２の検出部、２１…第３の検出回路、２２…第４の検出回路、２３…第２の演算回路、３０…第３の演算回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のステアリングの回転位置の検出等の種々の用途で、対象物の回転位置を検出するために、磁気センサが広く利用されている。また、対象物の直線的な変位を検出するリニアエンコーダにおいても磁気センサが利用されている。このような磁気センサが用いられるシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する外部磁界を発生する手段（例えば磁石）が設けられる。磁気センサは、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する。これにより、対象物の回転位置や直線的な変位が検出される。
【０００３】
磁気センサとしては、特許文献１ないし４に記載されているように、２つのブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を有するものが知られている。この磁気センサにおいて、２つのブリッジ回路は、それぞれ、４つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を含み、外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。２つのブリッジ回路の出力信号の位相は、各ブリッジ回路の出力信号の周期の１／４だけ異なっている。外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度は、２つのブリッジ回路の出力信号に基づいて算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５７９５号公報
【特許文献２】特表２００４−５０４７１３号公報
【特許文献３】特開２００９−２５３１９号公報
【特許文献４】特許第４２７３３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＭＲ素子を用いた磁気センサにおいて、外部磁界の方向が回転する場合には、ＭＲ素子の抵抗値に対応する出力信号の波形は、理想的には正弦曲線（サイン（Sine）波形とコサイン（Cosine）波形を含む）となる。しかし、特許文献２に記載されているように、ＭＲ素子の出力信号波形は正弦曲線から歪む場合があることが知られている。ＭＲ素子の出力信号波形が歪むと、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合がある。ＭＲ素子の出力信号波形が歪む原因には、大きく分けて、ＭＲ素子によるものと、外部磁界によるものとがある。
【０００６】
ここで、ＭＲ素子がＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子またはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子である場合を例にとって、ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の例について説明する。ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の例としては、磁化固定層の磁化方向が外部磁界等の影響によって変動する場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的大きい場合に発生しやすい。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合の他の例としては、自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界の方向と一致しない場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的小さい場合に発生しやすい。
【０００７】
一方、外部磁界に起因してＭＲ素子の出力信号波形が正弦曲線から歪む場合の例としては、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合が挙げられる。これは、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合や、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合に発生しやすい。
【０００８】
特許文献２には、主参照磁化軸を持つ主検出素子に、それぞれ主参照磁化軸に対して傾いた参照磁化軸を有する２つの補正検出素子を電気的に接続して、検出角度を補正するようにした磁気抵抗センサが記載されている。しかし、このセンサでは、主検出素子および補正検出素子の抵抗、サイズ、材料や、外部磁界の強度等の設計条件の違いに応じて、補正検出素子のデザインを最適化する必要があり、センサの設計が容易ではないという問題点がある。
【０００９】
なお、ここまでは、ＭＲ素子を用いた磁気センサにおいて、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合があるという問題点について説明してきた。しかし、この問題点は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサ全般に当てはまる。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、検出角度の誤差を低減できるようにした磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気センサは、方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。磁気センサは、第１の位置における外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部とを備えている。
【００１２】
第１の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第１および第２の検出回路と、第１および第２の検出回路の出力信号に基づいて第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の演算回路とを有し、第１の検出回路の出力信号の位相と第２の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００１３】
第２の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第３および第４の検出回路と、第３および第４の検出回路の出力信号に基づいて第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の演算回路とを有し、第３の検出回路の出力信号の位相と第４の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００１４】
第１の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第１の角度の理論値に対する第１の角度誤差を含んでいる。第２の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第２の角度の理論値に対する第２の角度誤差を含んでいる。
【００１５】
本発明の磁気センサでは、第１の角度誤差と第２の角度誤差は、外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第１の角度誤差の変化は第１の検出角度の変化に依存し、第２の角度誤差の変化は第２の検出角度の変化に依存している。誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４である。第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相は、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なる。本発明の磁気センサは、更に、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第３の演算回路を備えている。
【００１６】
本発明の磁気センサでは、第１の検出角度の位相と第２の検出角度の位相を、誤差周期の１／２の奇数倍だけ異ならせることにより、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第１の検出角度に含まれる第１の角度誤差と第２の検出角度に含まれる第２の角度誤差とを相殺することが可能になる。これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になる。
【００１７】
本発明の磁気センサにおいて、第１の位置と第２の位置は、外部磁界の回転方向について同じ位置であり、第１の方向と第２の方向は、外部磁界の回転方向について、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異なっていてもよい。
【００１８】
また、本発明の磁気センサにおいて、第１の位置と第２の位置は互いに異なる位置であり、第１の位置と第２の位置のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当するものであってもよい。
【００１９】
また、本発明の磁気センサにおいて、第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合、第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第１の対の磁気検出素子と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有していてもよい。磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であってもよい。磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。また、第２の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第１の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、第４の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第３の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁気センサによれば、第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第１の検出角度に含まれる第１の角度誤差と第２の検出角度に含まれる第２の角度誤差とを相殺することが可能になり、これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図４】図３に示した磁気センサにおける４つのブリッジ回路を一体化したユニットの平面図である。
【図５】図４における１つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。
【図６】図４における１つのＭＲ素子の一部を示す斜視図である。
【図７】図３における検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示す波形図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における第１の検出角度と第１の角度誤差との関係を示す波形図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサの第１の検出部における２つのブリッジ回路を一体化したユニットを示す平面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における外部磁界、第１の検出角度および第１の角度誤差の関係を示す波形図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図２４】本発明の第５の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図２５】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２６】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図２９】本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図３０】本発明の第７の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図３１】本発明の第７の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【図３２】本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。
【図３３】本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。
【図３４】本発明の第８の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。
【図３５】本発明の第８の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
【００２３】
図１に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、方向が回転する外部磁界ＭＦの、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。図１には、方向が回転する外部磁界ＭＦを発生する手段の例として、円柱状の磁石２を示している。この磁石２は、円柱の中心軸を含む仮想の平面を中心として対称に配置されたＮ極とＳ極とを有している。この磁石２は、円柱の中心軸を中心として回転する。これにより、磁石２が発生する外部磁界ＭＦの方向は、円柱の中心軸を含む回転中心Ｃを中心として回転する。磁気センサ１は、磁石２の一方の端面に対向するように配置される。なお、後で、磁気センサ１の使用方法の他の例を示すが、方向が回転する外部磁界ＭＦを発生する手段は、図１に示した磁石２に限られるものではない。
【００２４】
磁気センサ１は、第１の位置における外部磁界ＭＦの方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部１０と、第２の位置における外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部２０とを備えている。図１では、理解を容易にするために、第１の検出部１０と第２の検出部２０を別体として描いているが、第１の検出部１０と第２の検出部２０は一体化されていてもよい。
【００２５】
ここで、図２を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図１に示した回転中心Ｃに平行で、磁石２の一方の端面から磁気センサ１に向かう方向をＺ方向と定義する。次に、Ｚ方向に垂直な仮想の平面上において、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向と定義する。図２では、Ｘ方向を右側に向かう方向として表し、Ｙ方向を上側に向かう方向として表している。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向と定義し、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向と定義する。
【００２６】
基準位置ＰＲは、磁気センサ１が外部磁界ＭＦを検出する位置である。基準位置ＰＲは、例えば、第１の検出部１０が配置されている位置とする。基準方向ＤＲは、Ｙ方向とする。基準位置ＰＲにおける外部磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度を記号θで表す。外部磁界ＭＦの方向ＤＭは、図２において時計回り方向に回転するものとする。角度θは、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときに負の値で表す。
【００２７】
第１の位置Ｐ１は、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１は基準位置ＰＲと一致している。第１の方向Ｄ１は、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦの方向ＤＭを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１は基準方向ＤＲと一致している。外部磁界ＭＦの方向ＤＭが第１の方向Ｄ１に対してなす第１の角度を記号θ１で表す。角度θ１の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ１は角度θと一致する。
【００２８】
第２の位置Ｐ２は、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である。本実施の形態では、第２の位置Ｐ２は、外部磁界ＭＦの回転方向について、第１の位置Ｐ１と同じ位置である。本実施の形態では、特に、第２の位置Ｐ２は、基準位置ＰＲおよび第１の位置Ｐ１と一致している。第２の方向Ｄ２は、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦの方向ＤＭを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面に平行であって、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について４５°傾いている。その理由については、後で詳しく説明する。外部磁界ＭＦの方向ＤＭが第２の方向Ｄ２に対してなす第２の角度を記号θ２で表す。角度θ２の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ２は角度θよりも４５°小さい。また、第２の方向Ｄ２から９０°回転した方向を、記号Ｄ３で表す。
【００２９】
次に、図３を参照して、磁気センサ１の構成について詳しく説明する。図３は、磁気センサ１の構成を示す回路図である。磁気センサ１は、前述のように、第１の検出部１０と第２の検出部２０とを備えている。第１の検出部１０は、第１および第２の検出回路１１，１２と、第１の演算回路１３とを有している。第１および第２の検出回路１１，１２は、それぞれ外部磁界ＭＦの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第１の演算回路１３は、第１および第２の検出回路１１，１２の出力信号に基づいて第１の角度θ１の検出値である第１の検出角度θ１ｓを算出する。第１の検出回路１１の出力信号の位相と第２の検出回路１２の出力信号の位相は、各検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００３０】
第２の検出部２０の構成は、基本的には、第１の検出部１０と同様である。すなわち、第２の検出部２０は、第３および第４の検出回路２１，２２と、第２の演算回路２３とを有している。第３および第４の検出回路２１，２２は、それぞれ外部磁界ＭＦの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第２の演算回路２３は、第３および第４の検出回路２１，２２の出力信号に基づいて第２の角度θ２の検出値である第２の検出角度θ２ｓを算出する。第３の検出回路２１の出力信号の位相と第４の検出回路２２の出力信号の位相は、各検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なっている。
【００３１】
磁気センサ１は、更に、第１の検出部１０によって得られた第１の検出角度θ１ｓと第２の検出部２０によって得られた第２の検出角度θ２ｓとに基づいて、外部磁界ＭＦの、基準位置ＰＲにおける方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する第３の演算回路３０を備えている。本実施の形態では、第３の演算回路３０は、下記の式（１）によって、θｓを算出する。
【００３２】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／４）／２ …（１）
【００３３】
第１の検出回路１１は、ホイートストンブリッジ回路１４と、差分検出器１５とを有している。ホイートストンブリッジ回路１４は、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ１３，Ｒ１４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１３の各一端は、電源ポートＶ１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１１の他端は、磁気検出素子Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１に接続されている。磁気検出素子Ｒ１３の他端は、磁気検出素子Ｒ１４の一端と出力ポートＥ１２に接続されている。磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１４の各他端は、グランドポートＧ１に接続されている。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ１はグランドに接続される。差分検出器１５は、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差に対応する信号を第１の演算回路１３に出力する。
【００３４】
第２の検出回路１２は、ホイートストンブリッジ回路１６と、差分検出器１７とを有している。ホイートストンブリッジ回路１６は、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ２３，Ｒ２４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２３の各一端は、電源ポートＶ２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２１の他端は、磁気検出素子Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２１に接続されている。磁気検出素子Ｒ２３の他端は、磁気検出素子Ｒ２４の一端と出力ポートＥ２２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２４の各他端は、グランドポートＧ２に接続されている。電源ポートＶ２には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ２はグランドに接続される。差分検出器１７は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号を第１の演算回路１３に出力する。
【００３５】
第３の検出回路２１は、ホイートストンブリッジ回路２４と、差分検出器２５とを有している。ホイートストンブリッジ回路２４は、電源ポートＶ３と、グランドポートＧ３と、２つの出力ポートＥ３１，Ｅ３２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ３３，Ｒ３４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３３の各一端は、電源ポートＶ３に接続されている。磁気検出素子Ｒ３１の他端は、磁気検出素子Ｒ３２の一端と出力ポートＥ３１に接続されている。磁気検出素子Ｒ３３の他端は、磁気検出素子Ｒ３４の一端と出力ポートＥ３２に接続されている。磁気検出素子Ｒ３２，Ｒ３４の各他端は、グランドポートＧ３に接続されている。電源ポートＶ３には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ３はグランドに接続される。差分検出器２５は、出力ポートＥ３１，Ｅ３２の電位差に対応する信号を第２の演算回路２３に出力する。
【００３６】
第４の検出回路２２は、ホイートストンブリッジ回路２６と、差分検出器２７とを有している。ホイートストンブリッジ回路２６は、電源ポートＶ４と、グランドポートＧ４と、２つの出力ポートＥ４１，Ｅ４２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ４３，Ｒ４４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４３の各一端は、電源ポートＶ４に接続されている。磁気検出素子Ｒ４１の他端は、磁気検出素子Ｒ４２の一端と出力ポートＥ４１に接続されている。磁気検出素子Ｒ４３の他端は、磁気検出素子Ｒ４４の一端と出力ポートＥ４２に接続されている。磁気検出素子Ｒ４２，Ｒ４４の各他端は、グランドポートＧ４に接続されている。電源ポートＶ４には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧ４はグランドに接続される。差分検出器２７は、出力ポートＥ４１，Ｅ４２の電位差に対応する信号を第２の演算回路２３に出力する。
【００３７】
本実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と記す。）１４，１６，２４，２６に含まれる全ての磁気検出素子として、ＭＲ素子、特にＴＭＲ素子を用いている。なお、ＴＭＲ素子の代りにＧＭＲ素子を用いてもよい。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界ＭＦの方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。以下の説明では、ブリッジ回路１４，１６，２４，２６に含まれる磁気検出素子をＭＲ素子と記す。図３において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子における自由層の磁化の方向を表している。
【００３８】
第１の検出回路１１では、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、ＭＲ素子Ｒ１２，Ｒ１３における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向である。この場合、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差が変化する。従って、第１の検出回路１１は、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第１の角度θ１が０°のときと１８０°のときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は０である。第１の角度θ１が０°よりも大きく１８０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は正の値である。第１の角度θ１が１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＸ方向の成分の強度は負の値である。
【００３９】
第２の検出回路１２では、ＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の磁化の方向はＹ方向であり、ＭＲ素子Ｒ２２，Ｒ２３における磁化固定層の磁化の方向は−Ｙ方向である。この場合、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差が変化する。従って、第２の検出回路１２は、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第１の角度θ１が９０°のときと２７０°のときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は０である。第１の角度θ１が０°以上９０゜未満のとき、および２７０°より大きく３６０°以下のときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は正の値である。第１の角度θ１が９０°よりも大きく２７０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦのＹ方向の成分の強度は負の値である。
【００４０】
図３に示した例では、第２の検出回路１２におけるＭＲの磁化固定層の磁化方向は、第１の検出回路１１におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第１の検出回路１１の出力信号の波形はサイン（Sine）波形になり、第２の検出回路１２の出力信号の波形はコサイン（Cosine）波形になる。この場合、検出回路１１，１２の出力信号の位相差は、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４である。ここで、第１の検出回路１１の出力信号をｓｉｎθ１ｓと表し、第２の検出回路１２の出力信号をｃｏｓθ１ｓと表すと、第１の検出角度θ１ｓは、下記の式（２）によって算出することができる。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。
【００４１】
θ１ｓ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθ１ｓ／ｃｏｓθ１ｓ） …（２）
【００４２】
なお、３６０°の範囲内で、式（２）におけるθ１ｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、ｓｉｎθ１ｓとｃｏｓθ１ｓの正負の組み合わせにより、θ１ｓの真の値が、式（２）におけるθ１ｓの２つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、ｓｉｎθ１ｓが正の値のときは、θ１ｓは０°よりも大きく１８０゜よりも小さい。ｓｉｎθ１ｓが負の値のときは、θ１ｓは１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さい。ｃｏｓθ１ｓが正の値のときは、θ１ｓは、０°以上９０゜未満、および２７０°より大きく３６０°以下の範囲内である。ｃｏｓθ１ｓが負の値のときは、θ１ｓは、９０°よりも大きく２７０゜よりも小さい。第１の演算回路１３は、式（２）と、上記のｓｉｎθ１ｓとｃｏｓθ１ｓの正負の組み合わせの判定により、３６０°の範囲内でθ１ｓを求める。なお、検出回路１１，１２の出力信号の位相差が、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の場合に限らず、検出回路１１，１２の出力信号の位相差が、検出回路１１，１２の出力信号の周期の１／４の奇数倍であれば、θ１ｓを求めることができる。
【００４３】
第３の検出回路２１では、ＭＲ素子Ｒ３１，Ｒ３４における磁化固定層の磁化の方向は、図２に示した方向Ｄ３であり、ＭＲ素子Ｒ３２，Ｒ３３における磁化固定層の磁化の方向は方向Ｄ３とは反対方向である。この場合、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度に応じて、出力ポートＥ３１，Ｅ３２の電位差が変化する。従って、第３の検出回路２１は、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第２の角度θ２が０°のときと１８０°のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は０である。第２の角度θ２が０°よりも大きく１８０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は正の値である。第２の角度θ２が１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ３の成分の強度は負の値である。
【００４４】
第４の検出回路２２では、ＭＲ素子Ｒ４１，Ｒ４４における磁化固定層の磁化の方向は、図２に示した方向Ｄ２であり、ＭＲ素子Ｒ４２，Ｒ４３における磁化固定層の磁化の方向は方向Ｄ２とは反対方向である。この場合、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度に応じて、出力ポートＥ４１，Ｅ４２の電位差が変化する。従って、第４の検出回路２２は、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図２に示した第２の角度θ２が９０°のときと２７０°のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は０である。第２の角度θ２が０°以上９０゜未満のとき、および２７０°より大きく３６０°以下のときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は正の値である。第２の角度θ２が９０°よりも大きく２７０゜よりも小さいときは、外部磁界ＭＦの方向Ｄ２の成分の強度は負の値である。
【００４５】
図３に示した例では、第４の検出回路２２におけるＭＲの磁化固定層の磁化方向は、第３の検出回路２１におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第３の検出回路２１の出力信号の波形はサイン（Sine）波形になり、第４の検出回路２２の出力信号の波形はコサイン（Cosine）波形になる。この場合、検出回路２１，２２の出力信号の位相差は、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４である。ここで、第３の検出回路２１の出力信号をｓｉｎθ２ｓと表し、第４の検出回路２２の出力信号をｃｏｓθ２ｓと表すと、第２の検出角度θ２ｓは、下記の式（３）によって算出することができる。
【００４６】
θ２ｓ＝ａｔａｎ（ｓｉｎθ２ｓ／ｃｏｓθ２ｓ） …（３）
【００４７】
第２の演算回路２３は、前述のθ１ｓの求め方と同様に、式（３）と、ｓｉｎθ２ｓとｃｏｓθ２ｓの正負の組み合わせの判定により、３６０°の範囲内でθ２ｓを求める。なお、検出回路２１，２２の出力信号の位相差が、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の場合に限らず、検出回路２１，２２の出力信号の位相差が、検出回路２１，２２の出力信号の周期の１／４の奇数倍であれば、θ２ｓを求めることができる。
【００４８】
なお、図２に示した第２の方向Ｄ２を、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について−４５°傾けてもよい。この場合には、第３および第４の検出回路２１，２２に含まれる全てのＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、図３に示した方向から−９０°回転させた方向に設定される。この場合には、第３の演算回路３０は、式（１）の代りに、下記の式（４）を用いて、θｓを算出する。
【００４９】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ−π／４）／２ …（４）
【００５０】
第１ないし第３の演算回路１３，２３，３０は、例えば、１つのマイクロコンピュータによって実現することができる。
【００５１】
次に、図４を参照して、磁気センサ１におけるブリッジ回路１４，１６，２４，２６を一体化したユニット４０の一例について説明する。図４は、このユニット４０の平面図である。このユニット４０は、基板４１と、この基板４１上に設けられたブリッジ回路１４，１６，２４，２６とを備えている。ブリッジ回路１４，１６，２４，２６の複数のポートは、基板４１上において、基板４１の周縁の近傍に配置されている。基板４１上には、円形のＭＲ素子配置領域が設けられている。このＭＲ素子配置領域は、円周方向に１６個の分割領域に分割されている。この１６個の分割領域に、それぞれＭＲ素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，Ｒ４１〜Ｒ４４が配置されている。また、基板４１には、複数のＭＲ素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。
【００５２】
次に、図５および図６を参照して、図４に示したユニット４０における任意のＭＲ素子の構成の一例について説明する。図５は、図４における１つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。図６は、図４における１つのＭＲ素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つのＭＲ素子は、複数の下部電極と、複数のＭＲ膜と、複数の上部電極とを有している。図５に示したように、１つの分割領域において、複数の下部電極４２は基板４１上に配置されている。個々の下部電極４２は細長く、複数の下部電極４２は、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。下部電極４２の長手方向に隣接する２つの下部電極４２の間には、間隙が形成されている。図６に示したように、下部電極４２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ膜５０が配置されている。ＭＲ膜５０は、下部電極４２側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３および反強磁性層５４を含んでいる。自由層５１は、下部電極４２に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極４３は、複数のＭＲ膜５０の上に配置されている。個々の上部電極４３は細長く、下部電極４２の長手方向に隣接する２つの下部電極４２上に配置されて隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。複数の上部電極４３は、複数の下部電極４２と同様に、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。このような構成により、図５および図６に示したＭＲ素子は、複数の下部電極４２と複数の上部電極４３とによって直列に接続された複数のＭＲ膜５０を有している。なお、ＭＲ膜５０における層５１〜５４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。
【００５３】
次に、図７ないし図１０を参照して、磁気センサ１の作用および効果について説明する。磁気センサ１では、第１の検出部１０によって、第１および第２の検出回路１１，１２の出力信号に基づいて第１の角度θ１の検出値である第１の検出角度θ１ｓを求める。また、第２の検出部２０によって、第３および第４の検出回路２１，２２の出力信号に基づいて第２の角度θ２の検出値である第２の検出角度θ２ｓを求める。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓとに基づいて、第３の演算回路３０によって、外部磁界ＭＦの、基準位置ＰＲにおける方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【００５４】
本実施の形態では、検出回路１１，１２，２１，２２の各出力信号の波形は、理想的には正弦曲線となる。しかし、実際には、ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪むことによって、検出回路１１，１２，２１，２２の各出力信号の波形は、正弦曲線から歪む。ＭＲ素子に起因してＭＲ素子の出力信号波形が歪む場合としては、例えば、ＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向が外部磁界ＭＦ等の影響によって変動する場合や、ＭＲ素子の自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界ＭＦの方向と一致しない場合がある。図７は、検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示している。図７には、検出回路１１，１２，２１，２２を代表して、検出回路１２の出力信号の波形を示している。図７において、横軸は角度θを示し、縦軸は検出回路１２の出力信号ｃｏｓθ１ｓを示している。符号６０は、理想的な正弦曲線を示している。符号６１，６２で示す２つの波形は、ＭＲ素子に起因して歪んだ波形を示している。
【００５５】
上述のようにＭＲ素子に起因して検出回路１１，１２の出力信号の波形が歪むために、第１の検出角度θ１ｓは、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが理想的に回転する場合に想定される第１の角度θ１の理論値に対する第１の角度誤差ｄθ１を含んでいる。同様に、ＭＲ素子に起因して検出回路２１，２２の出力信号の波形が歪むために、第２の検出角度θ２ｓは、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが理想的に回転する場合に想定される第２の角度θ２の理論値に対する第２の角度誤差ｄθ２を含んでいる。第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２は、外部磁界ＭＦの方向ＤＭの変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第１の角度誤差ｄθ１の変化は第１の検出角度θ１ｓの変化に依存し、第２の角度誤差ｄθ２の変化は第２の検出角度θ２ｓの変化に依存している。検出回路の出力信号の波形が図７に示したように歪む場合には、誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４、すなわちπ／２（９０°）となる。
【００５６】
図８は、第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図８において、横軸は角度θ，θ１を示し、縦軸は角度θ１、第１の検出角度θ１ｓおよび第１の角度誤差ｄθ１を示している。なお、図８では、便宜上、縦軸における角度θと第１の検出角度θ１ｓの値については、実際の角度が９０°〜２７０゜の範囲では１８０°を引いた値で表し、実際の角度が２７０°〜３６０゜の範囲では３６０°を引いた値で表している。これ以降の説明で使用する図８と同様の図においても、図８と同様の表し方を用いる。第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係は、図８と同様である。
【００５７】
本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相は、誤差周期の１／２すなわちπ／４（４５°）だけ異なっている。これを実現するために、本実施の形態では、第２の方向Ｄ２を第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界ＭＦの回転方向について４５°傾けている。本実施の形態によれば、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とを相殺することが可能になる。このことを、図９および図１０を参照して説明する。図９において、（ａ）は、図８に示した第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図９において、（ｂ）は、第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係を示している。図９に示した例では、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２の振幅は±６．７°である。本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相を、誤差周期の１／２すなわちπ／４の奇数倍だけずらしている。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓを用いて、角度θの検出値θｓを算出する。従って、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１の位相と第２の角度誤差ｄθ２の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とが相殺される。
【００５８】
図１０は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図１０に示されるように、角度誤差ｄθは、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２に比べて、大幅に小さくなっている。図１０に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．３°である。
【００５９】
なお、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２に限らず、誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。この場合に、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は、外部磁界ＭＦの回転方向について同じ位置である。この場合、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、外部磁界ＭＦの回転方向について、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異ならせることにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差を、誤差周期の１／２の奇数倍とすることができる。図２に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、外部磁界ＭＦの回転方向について、誤差周期の１／２に相当する空間上の角度すなわち４５°だけ異ならせている。
【００６０】
また、本実施の形態では、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向以外は全く同じ構成の２つの検出部１０，２０を用いて検出角度を補正している。そのため、各検出部における角度誤差が温度の関数であったとしても、温度による角度誤差の変動分も含めて各検出部における角度誤差を相殺して、検出角度を補正することができる。そのため、本実施の形態によれば、最終的に、温度による誤差の変動の少ない角度検出値を得ることが可能になる。
【００６１】
次に、図１１ないし図１４を参照して、磁気センサ１の使用方法の他の例について説明する。図１１と図１２は、それぞれ、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、図１１、図１２における紙面がＸＹ平面となり、紙面に垂直な方向がＺ方向となる。外部磁界は、Ｚ方向を中心として回転する。なお、図１１、図１２に示した例では、回転体７１は、２組のＮ極とＳ極とを含んでいる。この場合、回転体７１が１回転する間に、外部磁界は２回転する。
【００６２】
図１１に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１を、回転体７１の半径方向に設定している。第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。
【００６３】
図１２に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を４５°としながら、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を共に、ＸＹ平面内において、回転体７１の半径方向に対して傾けている。回転体７１の半径方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち２２．５°と−２２．５°であることが好ましい。それは、この場合には、検出部１０と外部磁界との位置関係と、検出部２０と外部磁界との位置関係とが同様になり、これらの位置関係が異なることによる補正が不要になるためである。
【００６４】
図１３と図１４は、それぞれ、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、図１３、図１４における紙面がＸＹ平面となり、紙面に垂直な方向がＺ方向となる。外部磁界は、Ｚ方向を中心として回転する。
【００６５】
図１３に示した例では、第１の方向Ｄ１を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。
【００６６】
図１４に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を４５°としながら、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を共に、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して傾けている。図１２に示した例と同様に、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち２２．５°と−２２．５°であることが好ましい。
【００６７】
［第２の実施の形態］
次に、図１５ないし図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第１の位置Ｐ１と、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０は、異なる位置に配置されている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する。
【００６８】
図１５は、第１の実施の形態における図１１と図１２に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、回転体７１は、２組のＮ極とＳ極とを含み、回転体７１が１回転する間に、外部磁界は２回転する。この場合、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号における１周期すなわち電気角の３６０°は、回転体７１の１／２回転すなわち回転体７１の回転角の１８０°に相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の１／４であり、これは、電気角の９０°、回転体７１の回転角の４５°に相当する。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、回転体７１の回転角の２２．５°の奇数倍である。図１５には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、回転体７１の回転角の２２．５°とした例を示している。
【００６９】
また、図１５に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１と第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２を、共に回転体７１の半径方向に設定している。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、回転体７１の回転角の２２．５°の奇数倍となる。
【００７０】
図１６は、第１の実施の形態における図１３と図１４に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、移動体７２が、１ピッチ分すなわちＮ極とＳ極の１組分だけ移動すると外部磁界が１回転する。この場合、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号における１周期すなわち電気角の３６０°は、移動体７２の１ピッチに相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の１／４であり、これは、１／４ピッチに相当する。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち１／８ピッチの奇数倍である。図１６には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、１／８ピッチとした例を示している。
【００７１】
また、図１６に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、共にＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍、すなわち電気角の４５°の奇数倍、１／８ピッチの奇数倍となる。
【００７２】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差が、誤差周期の１／２の奇数倍であることから、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【００７３】
図１７は、第１の検出部１０におけるブリッジ回路１４，１６を一体化したユニット１４０の一例を示す平面図である。このユニット１４０は、基板１４１と、この基板１４１上に設けられたブリッジ回路１４，１６とを備えている。ブリッジ回路１４，１６の複数のポートは、基板１４１上において、基板１４１の周縁の近傍に配置されている。基板１４１上には、円形のＭＲ素子配置領域が設けられている。このＭＲ素子配置領域は、円周方向に８個の分割領域に分割されている。この８個の分割領域に、それぞれＭＲ素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４が配置されている。また、基板１４１には、複数のＭＲ素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。第２の検出部２０におけるブリッジ回路２４，２６を一体化したユニットも、ユニット１４０と同様に構成することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０を互いに異なる位置に配置することから、検出部１０，２０の取り付け精度の問題により、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とのずれ量が所望の値からずれて、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差が、所望の値である電気角の４５°の奇数倍からずれる可能性がある。ここで、この第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差の所望の値からのずれ量を±αと表す。本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓのピークの位相差等から、±αの値を見積もることが可能である。そして、式（１）の代りに、下記の式（５）を用いてθｓを算出することにより、ずれ量±αの分を補正して、より正確な角度θを検出することが可能になる。
【００７５】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／４±α）／２ …（５）
【００７６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００７７】
［第３の実施の形態］
次に、図１８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図１８は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ１では、検出回路１１，１２，２１，２２は、いずれも、ホイートストンブリッジ回路の代りにハーフブリッジ回路を有し、差分検出器を有していない。
【００７８】
検出回路１１は、直列に接続されて、電源ポートＶ１とグランドポートＧ１の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ１１，Ｒ１２を有している。磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点から検出回路１１の出力信号が得られる。検出回路１２は、直列に接続されて、電源ポートＶ２とグランドポートＧ２の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ２１，Ｒ２２を有している。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点から検出回路１２の出力信号が得られる。
【００７９】
検出回路２１は、直列に接続されて、電源ポートＶ３とグランドポートＧ３の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ３１，Ｒ３２を有している。磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２の接続点から検出回路２１の出力信号が得られる。検出回路２２は、直列に接続されて、電源ポートＶ４とグランドポートＧ４の間に設けられた一対の磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ４１，Ｒ４２を有している。磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４２の接続点から検出回路２２の出力信号が得られる。
【００８０】
各磁気検出素子（ＭＲ素子）Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２の磁化固定層の磁化の方向は、図３における同じ符号の磁気検出素子（ＭＲ素子）の磁化固定層の磁化の方向と同じである。
【００８１】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
［第４の実施の形態］
次に、図１９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図１９は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ１では、ブリッジ回路１４，１６，２４，２６における全ての磁気検出素子として、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子を用いている。この場合には、外部磁界が１回転する間に、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号は２周期分変化する。従って、本実施の形態における検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期は、外部磁界の１／２回転に相当し、第１の実施の形態における検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期の１／２となる。また、本実施の形態では、誤差周期も、第１の実施の形態における誤差周期の１／２となる。
【００８３】
本実施の形態では、第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２は、ＸＹ平面内において、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について２２．５°傾いている。
【００８４】
本実施の形態では、第３の演算回路３０は、式（１）の代りに、下記の式（６）を用いて、θｓを算出する。
【００８５】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／８）／２ …（６）
【００８６】
なお、本実施の形態において、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して外部磁界の回転方向について−２２．５°傾けてもよい。この場合には、第３の演算回路３０は、式（６）の代りに、下記の式（７）を用いて、θｓを算出する。
【００８７】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ−π／８）／２ …（７）
【００８８】
第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、誤差周期の１／２の奇数倍であり、これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【００８９】
本実施の形態において、図１１ないし図１４に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、第１の方向Ｄ１に対して、外部磁界の回転方向について２２．５°傾ける。図１２に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、回転体７１の半径方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち１１．２５°と−１１．２５°であることが好ましい。同様に、図１４に示した例のように磁気センサ１を使用する場合には、移動体７２の移動方向に直交する方向に対して方向Ｄ１，Ｄ２の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち１１．２５°と−１１．２５°であることが好ましい。
【００９０】
また、本実施の形態において、第２の実施の形態と同様に、第１の検出部１０と第２の検出部２０を異なる位置に配置して、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としてもよい。この場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する量とする。この場合、図１５に示した回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、回転体７１の回転角の１１．２５°の奇数倍である。また、図１６に示した移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ１によって検出する場合には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、１／１６ピッチの奇数倍とする。
【００９１】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、ＡＭＲ素子の代りに、ホール素子を用いてもよい。
【００９２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減するのに適している。始めに、図２０ないし図２２を参照して、外部磁界に起因して角度誤差が発生する理由について説明する。図２０は、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例において、回転体７１の半径方向の外部磁界の成分をＨｒとし、ＸＹ平面内で、Ｈｒに直交する外部磁界の成分をＨθとする。図２１は、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列され、Ｎ極とＳ極が並ぶ方向に移動する移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例において、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向の外部磁界の成分をＨｒとし、ＸＹ平面内で、Ｈｒに直交する外部磁界の成分をＨθとする。
【００９３】
ここで、図２０または図２１に示した例において、第１の検出部１０によって外部磁界の方向を検出して第１の検出角度θ１ｓを得る場合を考える。図２２は、この場合におけるＨｒ、Ｈθ、θ１ｓならびに第１の角度誤差ｄθ１の関係の一例を示している。図２２において、横軸は、外部磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θを示し、縦軸は、Ｈｒ、Ｈθ、θ１ｓ、ｄθ１を示している。図２０または図２１に示した例では、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合がある。この場合、第１の検出角度θ１ｓは第１の角度誤差ｄθ１を含むことになる。この場合における第１の角度誤差ｄθ１の変化は、外部磁界の方向の変化に依存する。第１の角度誤差ｄθ１の誤差周期は、外部磁界の方向の回転の周期の１／２である。同様に、第２の検出部２０によって外部磁界の方向を検出して第２の検出角度θ２ｓを得る場合も、第２の検出角度θ２ｓは、外部磁界の方向の変化に依存して変化する第２の角度誤差ｄθ２を含むことになる。
【００９４】
次に、図２０および図２１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第１の検出部１０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第１の位置Ｐ１と、第２の検出部２０が外部磁界ＭＦを検出する位置である第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第１の検出部１０と第２の検出部２０は、異なる位置に配置されている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の１／４の奇数倍に相当する。図２０および図２１には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、誤差周期の１／２に相当する量とした例を示している。
【００９５】
また、図２０に示した例では、第１の検出部１０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第１の方向Ｄ１と第２の検出部２０が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第２の方向Ｄ２を、共に回転体７１の半径方向に設定している。図２１に示した例では、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２を、共にＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。これらの例では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角９０°）となる。これらの例では、第３の演算回路３０は、下記の式（８）によって、θｓを算出する。
【００９６】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／２）／２ …（８）
【００９７】
次に、図２３および図２４を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１によって、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減できることを説明する。図２３において、（ａ）は、第１の検出角度θ１ｓと第１の角度誤差ｄθ１との関係を示している。図２３において、（ｂ）は、第２の検出角度θ２ｓと第２の角度誤差ｄθ２との関係を示している。図２３に示した例では、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２の振幅は±５．４５°である。本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を、誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する量だけずらしている。そして、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓを用いて、角度θの検出値θｓを算出する。従って、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１の位相と第２の角度誤差ｄθ２の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２とが相殺される。
【００９８】
図２４は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図２４に示されるように、角度誤差ｄθは、第１の角度誤差ｄθ１および第２の角度誤差ｄθ２に比べて、大幅に小さくなっている。図２４に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．６°である。
【００９９】
なお、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれ量は、誤差周期の１／２に相当する量に限らず、誤差周期の１／２の奇数倍に相当する量であればよい。この場合に、第１の角度誤差ｄθ１と第２の角度誤差ｄθ２が相殺されて、検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθを大幅に低減することができる。
【０１００】
また、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、電気角９０°に限らず任意の大きさでよい。第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差をβとすると、第３の演算回路３０は、下記の式（９）によって、θｓを算出する。
【０１０１】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋β）／２ …（９）
【０１０２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路１１，１２，２１，２２を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１０３】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１０４】
初めに、図２５および図２６を参照して、角度誤差が、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分とを含む場合があることについて説明する。図２５は、図２０に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。図２６は、図２１に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。これらの例では、第５の実施の形態で説明したように、第１および第２の検出角度θ１ｓ，θ２ｓは、それぞれ、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。また、第１の実施の形態で説明したように、第１および第２の検出角度θ１ｓ，θ２ｓは、それぞれ、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。
【０１０５】
従って、第１の検出角度θ１ｓにおける第１の角度誤差ｄθ１と第２の検出角度θ２ｓにおける第２の角度誤差ｄθ２は、それぞれ、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含む場合がある。第１の誤差成分は、外部磁界の方向の変化に依存して、外部磁界の方向の回転の周期の１／２すなわち電気角１８０°の第１の誤差周期で変化する。第２の誤差成分は、検出回路１１，１２，２１，２２の出力信号の周期の１／４すなわち電気角９０°の第２の誤差周期で変化する。
【０１０６】
次に、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１では、第５の実施の形態と同様に、第１の検出部１０と第２の検出部２０を異なる位置に配置して、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を互いに異なる位置としている。第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれは、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の１／４の奇数倍に相当する。図２５および図２６には、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２のずれを、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）に相当する量とした例を示している。
【０１０７】
また、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相を、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の奇数倍だけ異ならせている。具体的には、図２５に示した例では、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、回転体７１の半径方向から４５°傾けている。これにより、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の３倍である電気角１３５°となる。また、図２６に示した例では、第２の方向Ｄ２を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向から４５°傾けている。この場合も、第１の検出角度θ１ｓと第２の検出角度θ２ｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の３倍である電気角１３５°となる。
【０１０８】
図２５および図２６に示した例では、第３の演算回路３０は、下記の式（１０）によって、θｓを算出する。
【０１０９】
θｓ＝（θ１ｓ＋θ２ｓ＋π／２＋π／４）／２ …（１０）
【０１１０】
以上説明したように、本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）の奇数倍に相当する量だけずらしている。これにより、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１中の第１の誤差成分の位相と第２の角度誤差ｄθ２中の第１の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１中の第１の誤差成分と第２の角度誤差ｄθ２中の第１の誤差成分とが相殺される。
【０１１１】
更に、本実施の形態では、第１の検出角度θ１ｓの位相と第２の検出角度θ２ｓの位相を、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）の奇数倍だけ異ならせている。これにより、検出値θｓを算出する際に、第１の角度誤差ｄθ１中の第２の誤差成分の位相と第２の角度誤差ｄθ２中の第２の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第１の角度誤差ｄθ１中の第２の誤差成分と第２の角度誤差ｄθ２中の第２の誤差成分とが相殺される。
【０１１２】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１１３】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路１１，１２，２１，２２を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１１４】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、第６の実施の形態と同様に、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１１５】
図２７は、本実施の形態に係る磁気センサ１の構成を示すブロック図である。図２７に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、第１および第２の複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂと、第４の演算回路１１１とを備えている。第４の演算回路１１１は、例えばマイクロコンピュータによって実現することができる。
【０１１６】
複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂの構成は、それぞれ、第５の実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同様である。具体的には、複合検出部１１０Ａは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ａ、第２の検出部２０Ａおよび第３の演算回路３０Ａを備えている。同様に、複合検出部１１０Ｂは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ｂ、第２の検出部２０Ｂおよび第３の演算回路３０Ｂを備えている。
【０１１７】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。同様に、第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第４の演算回路１１１は、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【０１１８】
検出部１０Ａ，２０Ａの相対的な位置関係は、第５の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。検出部１０Ｂ，２０Ｂの相対的な位置関係も、第５の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８すなわち電気角４５°に相当する量だけずれた位置に配置されている。
【０１１９】
図２８は、図２０に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図２０に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８（電気角の４５°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の２２．５°だけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも回転体７１の半径方向に設定している。
【０１２０】
図２９は、図２１に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図２１に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／８（電気角の４５°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／８ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。
【０１２１】
図２８および図２９に示した例では、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、電気角４５°だけ異なる。
【０１２２】
次に、図３０および図３１を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。第６の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含むものとする。
【０１２３】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第５の実施の形態において説明した原理により、検出値θＡｓ，θＢｓにおいては、第１の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θＡｓ，θＢｓには、第２の誤差成分が含まれている。
【０１２４】
本実施の形態では、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、第４の演算回路１１１によって、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。その際、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）だけ異なっている。第４の演算回路１１１は、下記の式（１１）によって、θｓを算出する。
【０１２５】
θｓ＝（θＡｓ＋θＢｓ＋π／４）／２ …（１１）
【０１２６】
本実施の形態では、検出値θｓを算出する際に、検出値θＡｓ中の第２の誤差成分の位相と検出値θＢｓ中の第２の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θＡｓ中の第２の誤差成分と検出値θＢｓ中の第２の誤差成分が相殺される。このことを、図３０および図３１を参照して説明する。
【０１２７】
図３０において、（ａ）は、検出値θＡｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＡとの関係を示している。図３０において、（ｂ）は、検出値θＢｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＢとの関係を示している。角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの主要な成分は、第２の誤差成分である。そのため、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの周期は、第２の誤差周期（電気角９０°）になっている。図３０に示した例では、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの振幅は±０．６°である。本実施の形態では、前述のように、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第２の誤差周期の１／２（電気角４５°）だけ異なっている。従って、検出値θｓを算出する際に、角度誤差ｄθＡの位相と角度誤差ｄθＢの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差ｄθＡと角度誤差ｄθＢとが相殺される。
【０１２８】
図３１は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図３１に示されるように、角度誤差ｄθは、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢに比べて、大幅に小さくなっている。図３１に示した例では、角度誤差ｄθの振幅は±０．０９°である。なお、検出値θＡｓと検出値θＢｓの位相差は、第２の誤差周期の１／２に限らず、第２の誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。
【０１２９】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１３０】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１３１】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ１は、第６および第７の実施の形態と同様に、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
【０１３２】
本実施の形態に係る磁気センサ１は、第７の実施の形態と同様に、第１および第２の複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂと、第４の演算回路１１１とを備えている。本実施の形態に係る磁気センサ１の基本的な構成は、図２７に示した通りである。ただし、以下で説明するように、本実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂは、第７の実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂとは異なる点もある。
【０１３３】
本実施の形態における複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂの構成は、それぞれ、第１の実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同様である。具体的には、複合検出部１１０Ａは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ａ、第２の検出部２０Ａおよび第３の演算回路３０Ａを備えている。同様に、複合検出部１１０Ｂは、第１の検出部１０、第２の検出部２０および第３の演算回路３０と同様の構成の第１の検出部１０Ｂ、第２の検出部２０Ｂおよび第３の演算回路３０Ｂを備えている。
【０１３４】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。同様に、第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第４の演算回路１１１は、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。
【０１３５】
検出部１０Ａ，２０Ａの相対的な位置関係は、第１の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。検出部１０Ｂ，２０Ｂの相対的な位置関係も、第１の実施の形態における検出部１０，２０の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４すなわち電気角９０°に相当する量だけずれた位置に配置されている。
【０１３６】
図３２は、図１１に示した例と同様に、回転体７１の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図１１に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の４５°だけずれた位置に配置されている。
【０１３７】
また、図３２に示した例では、検出部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおける第１の方向を、回転体７１の半径方向に設定している。検出部２０Ａにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ａにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。同様に、検出部２０Ｂにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ｂにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。なお、検出部１０Ａ，２０Ａを、図１２に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置し、この検出部１０Ａ，２０Ａに対して、検出部１０Ｂ，２０Ｂを、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち回転体７１の回転角の４５°だけずれた位置に配置してもよい。
【０１３８】
図３３は、図１３に示した例と同様に、移動体７２の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ１によって検出する例を示している。この例では、検出部１０Ａ，２０Ａは、図１３に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置されている。検出部１０Ｂ，２０Ｂは、検出部１０Ａ，２０Ａに対して、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／４ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおける第１の方向を、ＸＹ平面内において、移動体７２の移動方向に直交する方向に設定している。検出部２０Ａにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ａにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。同様に、検出部２０Ｂにおける第２の方向は、ＸＹ平面内において、検出部１０Ｂにおける第１の方向に対して、外部磁界の回転方向について４５°傾いている。なお、検出部１０Ａ，２０Ａを、図１４に示した検出部１０，２０と同じ位置に配置し、この検出部１０Ａ，２０Ａに対して、検出部１０Ｂ，２０Ｂを、外部磁界の方向の回転の周期の１／４（電気角の９０°）に相当する量、すなわち移動体７２の１／４ピッチだけずれた位置に配置してもよい。
【０１３９】
図３２および図３３に示した例では、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、電気角９０°だけ異なる。
【０１４０】
次に、図３４および図３５を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ１の作用および効果について説明する。第６および第７の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部１０Ａ，２０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第１の誤差成分と、ＭＲ素子に起因して発生する第２の誤差成分とを含むものとする。
【０１４１】
第１の複合検出部１１０Ａは、第１の基準位置ＰＲＡにおける外部磁界の方向が第１の基準方向ＤＲＡに対してなす角度θＡの検出値θＡｓを求める。第２の複合検出部１１０Ｂは、第２の基準位置ＰＲＢにおける外部磁界の方向が第２の基準方向ＤＲＢに対してなす角度θＢの検出値θＢｓを求める。第１の実施の形態において説明した原理により、検出値θＡｓ，θＢｓにおいては、第２の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θＡｓ，θＢｓには、第１の誤差成分が含まれている。
【０１４２】
本実施の形態では、複合検出部１１０Ａ，１１０Ｂによって得られた検出値θＡｓ，θＢｓに基づいて、第４の演算回路１１１によって、基準位置ＰＲにおける外部磁界の方向が基準方向ＤＲに対してなす角度θの検出値θｓを算出する。その際、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）だけ異なっている。第４の演算回路１１１は、下記の式（１２）によって、θｓを算出する。
【０１４３】
θｓ＝（θＡｓ＋θＢｓ＋π／２）／２ …（１２）
【０１４４】
本実施の形態では、検出値θｓを算出する際に、検出値θＡｓ中の第１の誤差成分の位相と検出値θＢｓ中の第１の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θＡｓ中の第１の誤差成分と検出値θＢｓ中の第１の誤差成分が相殺される。このことを、図３４および図３５を参照して説明する。
【０１４５】
図３４において、（ａ）は、検出値θＡｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＡとの関係を示している。図３４において、（ｂ）は、検出値θＢｓとそれに含まれる角度誤差ｄθＢとの関係を示している。角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの主要な成分は、第１の誤差成分である。そのため、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢの周期は、第１の誤差周期（電気角１８０°）になっている。本実施の形態では、前述のように、検出値θＡｓの位相と検出値θＢｓの位相は、第１の誤差周期の１／２（電気角９０°）だけ異なっている。従って、検出値θｓを算出する際に、角度誤差ｄθＡの位相と角度誤差ｄθＢの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差ｄθＡと角度誤差ｄθＢとが相殺される。
【０１４６】
図３５は、上述のようにして算出された検出値θｓと、この検出値θｓに含まれる角度誤差ｄθとの関係を表している。図３５に示されるように、角度誤差ｄθは、角度誤差ｄθＡ，ｄθＢに比べて、大幅に小さくなっている。なお、検出値θＡｓと検出値θＢｓの位相差は、第１の誤差周期の１／２に限らず、第１の誤差周期の１／２の奇数倍であればよい。
【０１４７】
以上の作用により、本実施の形態によれば、ＭＲ素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。
【０１４８】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１または第５の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第３または第４の実施の形態における構成としてもよい。
【０１４９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態における複数の検出部の配置は一例であり、複数の検出部の配置は、特許請求の範囲に記載された要件を満たす範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５０】
１…磁気センサ、１０…第１の検出部、１１…第１の検出回路、１２…第２の検出回路、１３…第１の演算回路、１４，１６，２４，２６…ホイートストンブリッジ回路、２０…第２の検出部、２１…第３の検出回路、２２…第４の検出回路、２３…第２の演算回路、３０…第３の演算回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、
第１の位置における前記外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部と、
第２の位置における前記外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部とを備え、
前記第１の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第１および第２の検出回路と、前記第１および第２の検出回路の出力信号に基づいて前記第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の演算回路とを有し、前記第１の検出回路の出力信号の位相と第２の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なり、
前記第２の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第３および第４の検出回路と、前記第３および第４の検出回路の出力信号に基づいて前記第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の演算回路とを有し、前記第３の検出回路の出力信号の位相と第４の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なり、
前記第１の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第１の角度の理論値に対する第１の角度誤差を含み、
前記第２の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第２の角度の理論値に対する第２の角度誤差を含み、
前記第１の角度誤差と第２の角度誤差は、前記外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ前記第１の角度誤差の変化は前記第１の検出角度の変化に依存し、前記第２の角度誤差の変化は前記第２の検出角度の変化に依存し、
前記誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４であり、
前記第１の検出角度の位相と前記第２の検出角度の位相は、前記誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なり、
磁気センサは、更に、前記第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、前記外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第３の演算回路を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の位置と第２の位置は、前記外部磁界の回転方向について同じ位置であり、前記第１の方向と第２の方向は、前記外部磁界の回転方向について、前記誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異なることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の位置と第２の位置は互いに異なる位置であり、前記第１の位置と第２の位置のずれは、前記誤差周期の１／２の奇数倍に相当することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第１の対の磁気検出素子と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項４または５記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、前記磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有することを特徴とする請求項６記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第１の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、
前記第４の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第３の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していることを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。
【請求項１】
方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、
第１の位置における前記外部磁界の方向が第１の方向に対してなす第１の角度を検出するための第１の検出部と、
第２の位置における前記外部磁界の方向が第２の方向に対してなす第２の角度を検出するための第２の検出部とを備え、
前記第１の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第１および第２の検出回路と、前記第１および第２の検出回路の出力信号に基づいて前記第１の角度の検出値である第１の検出角度を算出する第１の演算回路とを有し、前記第１の検出回路の出力信号の位相と第２の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なり、
前記第２の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第３および第４の検出回路と、前記第３および第４の検出回路の出力信号に基づいて前記第２の角度の検出値である第２の検出角度を算出する第２の演算回路とを有し、前記第３の検出回路の出力信号の位相と第４の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の１／４の奇数倍だけ異なり、
前記第１の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第１の角度の理論値に対する第１の角度誤差を含み、
前記第２の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第２の角度の理論値に対する第２の角度誤差を含み、
前記第１の角度誤差と第２の角度誤差は、前記外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ前記第１の角度誤差の変化は前記第１の検出角度の変化に依存し、前記第２の角度誤差の変化は前記第２の検出角度の変化に依存し、
前記誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の１／４であり、
前記第１の検出角度の位相と前記第２の検出角度の位相は、前記誤差周期の１／２の奇数倍だけ異なり、
磁気センサは、更に、前記第１の検出角度と第２の検出角度とに基づいて、前記外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第３の演算回路を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の位置と第２の位置は、前記外部磁界の回転方向について同じ位置であり、前記第１の方向と第２の方向は、前記外部磁界の回転方向について、前記誤差周期の１／２の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異なることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の位置と第２の位置は互いに異なる位置であり、前記第１の位置と第２の位置のずれは、前記誤差周期の１／２の奇数倍に相当することを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１ないし第４の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第１の対の磁気検出素子と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項４または５記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、前記磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有することを特徴とする請求項６記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第１の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、
前記第４の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第３の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していることを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。
【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３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【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３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１１−１５８４８７（Ｐ２０１１−１５８４８７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５３５４（Ｐ２０１１−１１５３５４）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【分割の表示】特願２００９−１８５１６７（Ｐ２００９−１８５１６７）の分割
【原出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【分割の表示】特願２００９−１８５１６７（Ｐ２００９−１８５１６７）の分割
【原出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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