(57)【要約】【課題】３つの検出信号のオフセットの変化を速やかに検出する。【解決手段】磁気センサシステム３は、磁気センサ装置４と信号処理回路５を備えている。磁気センサ装置４は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が変化可能な磁界発生器が発生する磁界の３つの方向の成分に対応する第１ないし第３の検出信号を生成する。信号処理回路５は、第１のプロセッサ７および第２のプロセッサ８を備えている。第２のプロセッサ８は、球体情報を生成し、第１のプロセッサ７に送信する。球体情報は、直交座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標のデータを含む。第１のプロセッサ７は、第２のプロセッサ８から送信された球体情報を用いて第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出する。【選択図】図４
2020153663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の磁界を発生する磁界発生器と、
磁気センサ装置と、
信号処理回路とを備えた位置検出装置であって、
前記磁界発生器は、前記磁気センサ装置に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能であり、
前記磁気センサ装置は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成し、
前記信号処理回路は、前記第１ないし第３の検出信号に関する第１の処理を行う第１のプロセッサと、前記第１ないし第３の検出信号に関する第２の処理を行う第２のプロセッサとを備え、
前記第１の処理は、球体情報受信・保持処理と、オフセット変化検出処理とを含み、
前記球体情報受信・保持処理は、前記第２のプロセッサから送信される球体情報を受信すると共に保持し、
前記球体情報は、前記第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系において、あるタイミングにおける前記第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含み、
前記オフセット変化検出処理は、前記第１ないし第３の検出信号と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報とを用いて前記第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出し、前記オフセットの変化を検出したときに、そのことを示す通知信号を出力し、
前記第２の処理は、球体情報生成処理と、球体情報送信処理と、オフセット補正処理と、位置情報生成処理とを含み、
前記球体情報生成処理は、前記第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって前記球体情報を生成し、
前記球体情報送信処理は、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報を前記第１のプロセッサに送信し、
前記オフセット補正処理は、前記第１ないし第３の検出信号と、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報のうちの前記中心座標のデータとを用いて、前記第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成し、
前記位置情報生成処理は、前記第１ないし第３の補正後信号に基づいて、前記磁気センサ装置に対する前記磁界発生器の相対的な位置を表す位置情報を生成することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記オフセット変化検出処理は、前記第１ないし第３の検出信号に基づく前記測定点と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報による前記中心座標との間の距離を求め、この距離と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報による前記半径との差の絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して前記通知信号を出力することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記球体情報生成処理は、前記オフセット変化検出処理によって出力される前記通知信号を受信可能であり、前記通知信号を受信したら最新の球体情報の生成を開始することを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気センサ装置は、前記第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、前記第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、前記第３の検出信号を生成する第３の磁気センサと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位置検出装置。
【請求項５】
前記第１のプロセッサは前記磁気センサ装置と一体化され、前記第２のプロセッサは前記磁気センサ装置および前記第１のプロセッサとは別体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項６】
基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する磁気センサ装置から出力される前記第１ないし第３の検出信号を処理する信号処理回路であって、
前記第１ないし第３の検出信号に関する第１の処理を行う第１のプロセッサと、
前記第１ないし第３の検出信号に関する第２の処理を行う第２のプロセッサとを備え、
前記第１の処理は、球体情報受信・保持処理と、オフセット変化検出処理とを含み、
前記球体情報受信・保持処理は、前記第２のプロセッサから送信される球体情報を受信すると共に保持し、
前記球体情報は、前記第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系において、あるタイミングにおける前記第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含み、
前記オフセット変化検出処理は、前記第１ないし第３の検出信号と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報とを用いて前記第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出し、前記オフセットの変化を検出したときに、そのことを示す通知信号を出力し、
前記第２の処理は、球体情報生成処理と、球体情報送信処理とを含み、
前記球体情報生成処理は、前記第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって前記球体情報を生成し、
前記球体情報送信処理は、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報を前記第１のプロセッサに送信することを特徴とする信号処理回路。
【請求項７】
前記オフセット変化検出処理は、前記第１ないし第３の検出信号に基づく前記測定点と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報による前記中心座標との間の距離を求め、この距離と、前記球体情報受信・保持処理によって保持されている前記球体情報による前記半径との差の絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して前記通知信号を出力することを特徴とする請求項６記載の信号処理回路。
【請求項８】
前記球体情報生成処理は、前記オフセット変化検出処理によって出力される前記通知信号を受信可能であり、前記通知信号を受信したら最新の球体情報の生成を開始することを特徴とする請求項６または７記載の信号処理回路。
【請求項９】
前記第２の処理は、更に、オフセット補正処理を含み、
前記オフセット補正処理は、前記第１ないし第３の検出信号と、前記球体情報生成処理によって生成された前記球体情報のうちの前記中心座標のデータとを用いて、前記第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の信号処理回路。
【請求項１０】
磁気センサ装置と、請求項６ないし９のいずれかに記載の信号処理回路とを備え、
前記磁気センサ装置は、前記第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、前記第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、前記第３の検出信号を生成する第３の磁気センサとを含むことを特徴とする磁気センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサ装置から出力され、磁気センサ装置に印加される磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する３つの検出信号を処理する信号処理回路、ならびにこの信号処理回路を含む位置検出装置および磁気センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、印加される磁界の複数の方向の成分を検出する磁気センサ装置が用いられている。この磁気センサ装置の用途の１つとしては、特許文献１、２に記載されているような、３次元的に移動可能な磁石の位置を検出する磁気式の位置検出装置がある。
【０００３】
磁気式の位置検出装置は、例えば、磁気センサ装置と、この磁気センサ装置を中心とする所定の球面に沿って移動可能な磁石と、信号処理回路とを備えている。磁気センサ装置は、磁石によって発生されて磁気センサ装置に印加される磁界の互いに直交する３つの方向の３成分を検出し、この３成分に対応する３つの検出信号を生成する。信号処理回路は、３つの検出信号に基づいて磁石の位置を表す位置情報を生成する。
【０００４】
このような磁気式の位置検出装置では、磁石が発生する磁界以外の外乱磁界が磁気センサ装置に印加されたり、磁気センサ装置と磁石との位置関係が所望の位置関係からずれたりすると、３つの検出信号にオフセットが生じ、その結果、位置情報が不正確になる場合がある。
【０００５】
３つの検出信号に生じたオフセットを補正する方法は、従来から知られている。その一般的な方法では、三次元の直交座標系において、あるタイミングにおける３つの検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体を求め、この仮想の球体の中心座標を用いてオフセットを補正する。
【０００６】
特許文献３には、以下のように、オフセットが変化したときに新たな仮想の球体の中心座標を求める技術が記載されている。特許文献３には、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサおよびＺ軸センサを含む磁気検知部と、演算部とを有する磁界検知装置が記載されている。演算部は、Ｘ軸センサ、Ｙ軸センサおよびＺ軸センサの検知出力に基づいて、磁気ベクトルを、三次元座標上に中心点を有する球面座標上の座標点として求め、先に設定された球面座標から外れたシフト座標点が所定数以上検出されたら、複数のシフト座標点を用いて新たな球面座標の中心点を求める。球面座標の中心点は、磁気ベクトルを球面座標上の座標点として表す際の基準原点である。特許文献３における球面座標は、前述の仮想の球体に対応する。特許文献３における球面座標の中心点は、前述の仮想の球体の中心座標に対応する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２４５４２１号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８９５１２号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下、磁気センサ装置と磁石と信号処理回路とを備えた前述の磁気式の位置検出装置において、オフセットの補正に関する処理を行う場合について考える。オフセットの補正に関する処理には、オフセットの変化を検出する処理と、新たな仮想の球体の中心座標を求める処理と、仮想の球体の中心座標を用いてオフセットを補正する処理が含まれる。一般的には、位置情報を生成する処理とオフセットの補正に関する処理は、１つのプロセッサによって実行される。
【０００９】
この位置検出装置では、オフセットが変化して仮想の球体の中心座標が変化したときに、オフセットを補正する処理で用いる中心座標を更新しないと、補正が不正確になる。そのため、位置検出装置では、オフセットの変化を速やかに検出できることが望まれる。
【００１０】
前述のように、位置情報を生成する処理とオフセットの補正に関する処理を全て１つのプロセッサによって実行する場合には、プロセッサの負荷が大きくなる。この場合には、オフセットの変化を検出する処理を実行する頻度を多くすることが難しくなり、その結果、オフセットの変化を速やかに検出することができなくなるという問題点がある。
【００１１】
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、磁気センサ装置が検出する磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する３つの検出信号のオフセットの変化を速やかに検出することを可能にした位置検出装置、信号処理回路および磁気センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の位置検出装置は、所定の磁界を発生する磁界発生器と、磁気センサ装置と、信号処理回路とを備えている。磁界発生器は、磁気センサ装置に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能である。磁気センサ装置は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する。信号処理回路は、第１ないし第３の検出信号に関する第１の処理を行う第１のプロセッサと、第１ないし第３の検出信号に関する第２の処理を行う第２のプロセッサとを備えている。
【００１３】
第１の処理は、球体情報受信・保持処理と、オフセット変化検出処理とを含んでいる。球体情報受信・保持処理は、第２のプロセッサから送信される球体情報を受信すると共に保持する。球体情報は、第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号の値の組を表す座標を測定点としたときに、複数のタイミングにおける複数の測定点の分布を近似した球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含んでいる。オフセット変化検出処理は、第１ないし第３の検出信号と、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報とを用いて第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出し、オフセットの変化を検出したときに、そのことを示す通知信号を出力する。
【００１４】
第２の処理は、球体情報生成処理と、球体情報送信処理と、オフセット補正処理と、位置情報生成処理とを含んでいる。球体情報生成処理は、第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって球体情報を生成する。球体情報送信処理は、球体情報生成処理によって生成された球体情報を第１のプロセッサに送信する。オフセット補正処理は、第１ないし第３の検出信号と、球体情報生成処理によって生成された球体情報のうちの中心座標のデータとを用いて、第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成する。位置情報生成処理は、第１ないし第３の補正後信号に基づいて、磁気センサ装置に対する磁界発生器の相対的な位置を表す位置情報を生成する。
【００１５】
本発明の位置検出装置において、オフセット変化検出処理は、第１ないし第３の検出信号に基づく測定点と、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報による中心座標との間の距離を求め、この距離と、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報による半径との差の絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して通知信号を出力してもよい。
【００１６】
また、本発明の位置検出装置において、球体情報生成処理は、オフセット変化検出処理によって出力される通知信号を受信可能であってもよく、通知信号を受信したら最新の球体情報の生成を開始してもよい。
【００１７】
また、本発明の位置検出装置において、磁気センサ装置は、第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、第３の検出信号を生成する第３の磁気センサとを含んでいてもよい。
【００１８】
また、本発明の位置検出装置において、第１のプロセッサは磁気センサ装置と一体化されていてもよいし、第２のプロセッサは磁気センサ装置および第１のプロセッサとは別体であってもよい。
【００１９】
本発明の信号処理回路は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する磁気センサ装置から出力される第１ないし第３の検出信号を処理する。本発明の信号処理回路は、第１ないし第３の検出信号に関する第１の処理を行う第１のプロセッサと、第１ないし第３の検出信号に関する第２の処理を行う第２のプロセッサとを備えている。
【００２０】
第１の処理の内容は、前述の通りである。第２の処理は、球体情報生成処理と、球体情報送信処理とを含んでいる。球体情報生成処理は、第１ないし第３の検出信号を用いた計算によって球体情報を生成する。球体情報送信処理は、球体情報生成処理によって生成された球体情報を第１のプロセッサに送信する。
【００２１】
本発明の信号処理回路において、オフセット変化検出処理は、第１ないし第３の検出信号に基づく測定点と、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報による中心座標との間の距離を求め、この距離と、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報による半径との差の絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して通知信号を出力してもよい。
【００２２】
また、本発明の信号処理回路において、球体情報生成処理は、オフセット変化検出処理によって出力される通知信号を受信可能であってもよく、通知信号を受信したら最新の球体情報の生成を開始してもよい。
【００２３】
また、本発明の信号処理回路において、第２の処理は、更に、オフセット補正処理を含んでいてもよい。オフセット補正処理は、第１ないし第３の検出信号と、球体情報生成処理によって生成された球体情報のうちの中心座標のデータとを用いて、第１ないし第３の検出信号のオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成してもよい。
【００２４】
本発明の磁気センサシステムは、磁気センサ装置と、本発明の信号処理回路とを備えている。磁気センサ装置は、第１の検出信号を生成する第１の磁気センサと、第２の検出信号を生成する第２の磁気センサと、第３の検出信号を生成する第３の磁気センサとを含んでいる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の位置検出装置、信号処理回路および磁気センサシステムでは、第１のプロセッサは、自らは球体情報を生成する処理を行わずに、第２のプロセッサによって生成された球体情報を利用して第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を検出する。そのため、本発明によれば、第１ないし第３の検出信号のオフセットの変化を速やかに検出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】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含む関節機構の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した関節機構の概略の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置における基準座標系を説明するため説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態における磁気センサ組立体を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】本発明の一実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における磁界変換部と第３の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における第１ないし第３の磁気センサと軟磁性構造体のそれぞれの一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置１が適用された関節機構３００について説明する。関節機構３００は、関節を含む機構である。図１は、関節機構３００の概略の構成を示す斜視図である。図２は、関節機構３００の概略の構成を示す断面図である。図３は、位置検出装置１における基準座標系を説明するための説明図である。図４は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【００２８】
図１および図２に示したように、関節機構３００は、第１の部材３１０と、第２の部材３２０と、位置検出装置１を含んでいる。
【００２９】
第１の部材３１０は、軸部３１１と、この軸部３１１の長手方向の一端に連結された球状部３１２とを含んでいる。球状部３１２は、凸面３１２ａを有している。凸面３１２ａは、第１の球面の一部によって構成されている。第１の球面のうち、凸面３１２ａに含まれない部分は、軸部３１１と球状部３１２の境界部分である。
【００３０】
第２の部材３２０は、軸部３２１と、この軸部３２１の長手方向の一端に連結された受け部３２２とを含んでいる。受け部３２２は、凹面３２２ａを有している。凹面３２２ａは、第２の球面の一部によって構成されている。凹面３２２ａは、第２の球面のうちの半分または半分に近い部分によって構成されていてもよい。
【００３１】
第１の部材３１０と第２の部材３２０は、球状部３１２が受け部３２２に嵌り込んだ姿勢で、互いの位置関係が変化可能に連結されている。第２の球面の半径は、第１の球面の半径と等しいか、それよりもわずかに大きい。凸面３１２ａと凹面３２２ａは、接触していてもよいし、潤滑剤を介して対向していてもよい。第２の球面の中心は、第１の球面の中心と一致しているか、ほぼ一致している。第１の部材３１０と第２の部材３２０の連結部分が関節である。本実施の形態では特に、この関節は球関節である。
【００３２】
位置検出装置１は、磁界発生器２と磁気センサ装置４とを備えている。位置検出装置１は、更に、図４に示した、本実施の形態に係る信号処理回路５を備えている。図４に示したように、磁気センサ装置４と信号処理回路５は、本実施の形態に係る磁気センサシステム３を構成している。従って、位置検出装置１は、磁界発生器２と磁気センサシステム３とを備えていると言える。
【００３３】
磁界発生器２は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が所定の球面に沿って変化可能である。位置検出装置１は、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を検出するための装置である。
【００３４】
磁界発生器２は、所定の磁界を発生する。磁界発生器２は、例えば磁石である。磁気センサ装置４は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する。基準位置については、後で詳しく説明する。
【００３５】
信号処理回路５は、第１ないし第３の検出信号を処理して、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表す位置情報を生成する。
【００３６】
図１および図２に示したように、磁界発生器２は、凹面３２２ａから突出しないように受け部３２２に埋め込まれている。磁気センサ装置４は、球状部３１２の内部に配置されている。以下、第１の球面の中心の位置を基準位置と言う。磁気センサ装置４は、基準位置における磁界を検出するように構成されている。
【００３７】
以下、磁界発生器２によって発生された磁界のうちの基準位置における磁界を対象磁界と言う。対象磁界の方向は、例えば、基準位置と磁界発生器２とを通過する仮想の直線に平行である。図２に示した例では、磁界発生器２は、上記の仮想の直線に沿って並ぶＮ極とＳ極を有する磁石である。Ｓ極は、Ｎ極よりも基準位置により近い。図２に示した矢印付きの複数の破線は、磁界発生器２が発生する磁界に対応する磁力線を表している。
【００３８】
図１および図２に示した関節機構３００では、球状部３１２が受け部３２２に嵌り込んだ姿勢で、第１の部材３１０に対する第２の部材３２０の相対的位置が変化可能である。これにより、磁界発生器２は、磁気センサ装置４に対する相対的な位置が、前述の所定の球面に沿って変化可能である。本実施の形態では、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を、磁界発生器２のうちの基準位置に最も近い点の位置とする。所定の球面の中心は、第１の球面の中心と一致しているか、ほぼ一致している。所定の球面の半径は、第１の球面の半径以上である。所定の球面の半径は、第１の球面の半径または第２の球面の半径と一致していてもよい。
【００３９】
ここで、図３を参照して、本実施の形態における基準座標系について説明する。基準座標系は、磁気センサ装置４を基準とした座標系であって、第１ないし第３の検出信号の値を表すための３つの軸によって定義された直交座標系である。基準座標系では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が定義されている。図３に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。
【００４０】
前述の通り、磁気センサ装置４は、基準位置における磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号、第２の検出信号および第３の検出信号を生成する。本実施の形態では特に、上記の互いに異なる３つの方向は、Ｘ方向に平行な方向と、Ｙ方向に平行な方向と、Ｚ方向に平行な方向である。基準座標系を定義する３つの軸は、Ｘ方向に平行な軸と、Ｙ方向に平行な軸と、Ｚ方向に平行な軸である。
【００４１】
基準座標系における磁気センサ装置４の位置は変化しない。磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が変化すると、基準座標系における磁界発生器２の位置は、前述の所定の球面に沿って変化する。図３において、符号９は、所定の球面を示している。基準座標系における磁界発生器２の位置は、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表している。以下、基準座標系における磁界発生器２の位置を、単に磁界発生器２の位置と言う。また、基準位置を含むＸＹ平面を基準平面と言う。
【００４２】
位置検出装置１を含む関節機構３００では、位置検出装置１によって、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を検出することによって、第１の部材３１０に対する第２の部材３２０の相対的位置を検出することができる。関節機構３００は、ロボット、産業機器、医療機器、アミューズメント機器等に利用される。
【００４３】
位置検出装置１は、関節機構３００の他に、ジョイスティックや、トラックボールにも適用することができる。
【００４４】
ジョイスティックは、例えば、レバーと、このレバーを揺動可能に支持する支持部とを含んでいる。位置検出装置１を、ジョイスティックに適用する場合には、例えば、レバーの揺動に伴って、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が所定の球面に沿って変化するように、支持部の内部に磁界発生器２を設け、レバーの内部に磁気センサ装置４を設ける。
【００４５】
トラックボールは、例えば、ボールと、このボールを回転可能に支持する支持部とを含んでいる。位置検出装置１を、トラックボールに適用する場合には、例えば、ボールの回転に伴って、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が所定の球面に沿って変化するように、支持部の内部に磁界発生器２を設け、ボールの内部に磁気センサ装置４を設ける。
【００４６】
次に、図４を参照して、磁気センサ装置４と信号処理回路５の構成について説明する。磁気センサ装置４は、対象磁界の互いに異なる３つの方向の成分と対応関係を有する第１の検出信号Ｓｘ、第２の検出信号Ｓｙおよび第３の検出信号Ｓｚを生成する。本実施の形態では、第１の検出信号Ｓｘは、対象磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の成分と対応関係を有する。第２の検出信号Ｓｙは、対象磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の成分と対応関係を有する。第３の検出信号Ｓｚは、対象磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の成分と対応関係を有する。
【００４７】
本実施の形態では、磁気センサ装置４は、第１の検出信号Ｓｘを生成する第１の磁気センサ１０と、第２の検出信号Ｓｙを生成する第２の磁気センサ２０と、第３の検出信号Ｓｚを生成する第３の磁気センサ３０とを備えている。第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。
【００４８】
信号処理回路５は、第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８とを備えている。第１のプロセッサ７は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚに関する第１の処理を行う。第２のプロセッサ８は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚに関する第２の処理を行う。
【００４９】
本実施の形態では、第１のプロセッサ７を構成するハードウェアは、第２のプロセッサ８を構成するハードウェアとは異なっている。第１のプロセッサ７は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって構成されている。第２のプロセッサ８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
【００５０】
次に、磁気センサ装置４と第１のプロセッサ７の構成について説明する。本実施の形態では、磁気センサ装置４は、第１のチップの形態を有している。また、第１のプロセッサ７は、第１のチップとは異なる第２のチップの形態を有している。第１のプロセッサ７は、磁気センサ装置４と一体化されていてもよい。第２のプロセッサ８は、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７とは別体であってもよい。本実施の形態では、一体化された磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７を、磁気センサ組立体２００と言う。
【００５１】
図５は、磁気センサ組立体２００を示す斜視図である。図５に示したように、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７は、いずれも直方体形状を有している。また、磁気センサ装置４および第１のプロセッサ７は、いずれも外面を有している。
【００５２】
磁気センサ装置４の外面は、互いに反対側に位置する上面４ａおよび下面４ｂと、上面４ａと下面４ｂを接続する４つの側面を含んでいる。第１のプロセッサ７の外面は、互いに反対側に位置する上面７ａおよび下面７ｂと、上面７ａと下面７ｂを接続する４つの側面を含んでいる。磁気センサ装置４は、下面４ｂが第１のプロセッサ７の上面７ａに対向する姿勢で、上面７ａ上に実装されている。
【００５３】
磁気センサ装置４は、上面４ａに設けられた端子群を備えている。第１のプロセッサ７は、上面７ａに設けられた端子群を備えている。磁気センサ装置４の端子群は、例えば複数のボンディングワイヤによって、第１のプロセッサ７の端子群に接続されている。
【００５４】
次に、図６を参照して、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の配置について説明する。図６は、磁気センサ装置４を示す平面図である。図６に示したように、磁気センサ装置４は、前述の第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０を支持する基板５１と、端子群とを備えている。基板５１は、上面５１ａと下面５１ｂを有している。なお、下面５１ｂは、後で説明する図１２に示されている。
【００５５】
ここで、図６を参照して、基準座標系および基準平面と磁気センサ装置４の構成要素との関係について説明する。前述のように、基準座標系では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向、−Ｚ方向が定義されている。Ｘ方向とＹ方向は基板５１の上面５１ａに平行な方向である。Ｚ方向は、基板５１の上面５１ａに垂直な方向であって、基板５１の下面５１ｂから上面５１ａに向かう方向である。以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。また、磁気センサ装置４の構成要素に関して、Ｚ方向の端に位置する面を「上面」と言い、−Ｚ方向の端に位置する面を「下面」と言う。
【００５６】
本実施の形態では、基板５１の上面５１ａが基準平面である。以下、基準平面を記号ＲＰで表す。基準平面ＲＰは、互いに異なる第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０と第３の領域Ａ３０を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０を垂直投影してできる領域である。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０を垂直投影してできる領域である。第３の領域Ａ３０は、基準平面ＲＰに第３の磁気センサ３０を垂直投影してできる領域である。
【００５７】
ここで、基準平面ＲＰ内に位置して、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を通り、Ｚ方向に垂直で且つ互いに直交する２つの直線を第１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２とする。本実施の形態では特に、第１の直線Ｌ１はＸ方向に平行であり、第２の直線Ｌ２はＹ方向に平行である。
【００５８】
本実施の形態では、第１の磁気センサ１０は、Ｘ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分１１と第２の部分１２を含んでいる。第１の領域Ａ１０は、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第１の部分１１を垂直投影してできる第１の部分領域Ａ１１と、基準平面ＲＰに第１の磁気センサ１０の第２の部分１２を垂直投影してできる第２の部分領域Ａ１２を含んでいる。第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、第１の直線Ｌ１に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００５９】
また、第２の磁気センサ２０は、Ｙ方向の互いに異なる位置に配置された第１の部分２１と第２の部分２２を含んでいる。第２の領域Ａ２０は、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第１の部分２１を垂直投影してできる第３の部分領域Ａ２１と、基準平面ＲＰに第２の磁気センサ２０の第２の部分２２を垂直投影してできる第４の部分領域Ａ２２を含んでいる。第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、第２の直線Ｌ２に平行な方向における第３の領域Ａ３０の両側に位置している。
【００６０】
本実施の形態では、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２は、いずれも第１の直線Ｌ１と交差する位置にある。また、第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２は、いずれも第２の直線Ｌ２と交差する位置にある。
【００６１】
第１の領域Ａ１０のいかなる部分も第２の直線Ｌ２とは交差しないことが好ましい。同様に、第２の領域Ａ２０のいかなる部分も第１の直線Ｌ１とは交差しないことが好ましい。
【００６２】
本実施の形態では特に、第１の領域Ａ１０と第２の領域Ａ２０は、上方から見て、第３の領域Ａ３０の重心Ｃ３０を中心として第１の領域Ａ１０を９０°回転すると第２の領域Ａ２０に重なる位置関係である。図６において、重心Ｃ３０を中心として反時計回り方向に第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２を９０°回転すると、第１および第２の部分領域Ａ１１，Ａ１２はそれぞれ第３および第４の部分領域Ａ２１，Ａ２２に重なる。
【００６３】
次に、図７および図８を参照して、磁気センサ装置４の構成の一例について説明する。図７は、磁気センサ装置４の構成を示す説明図である。図８は、磁気センサ装置４の回路構成の一例を示す回路図である。
【００６４】
前述のように、第１の磁気センサ１０は、対象磁界の、第１の感磁方向の成分である第１の成分と対応関係を有する第１の検出信号Ｓｘを生成する。第２の磁気センサ２０は、対象磁界の、第２の感磁方向の成分である第２の成分と対応関係を有する第２の検出信号Ｓｙを生成する。第３の磁気センサ３０は、対象磁界の、第３の感磁方向の成分である第３の成分と対応関係を有する第３の検出信号Ｓｚを生成する。
【００６５】
本実施の形態では特に、第１の感磁方向は、Ｘ方向に平行な方向である。第１の感磁方向は、Ｘ方向と−Ｘ方向とを含む。第２の感磁方向は、Ｙ方向に平行な方向である。第２の感磁方向は、Ｙ方向と−Ｙ方向とを含む。第３の感磁方向は、Ｚ方向に平行な方向である。第３の感磁方向は、Ｚ方向と−Ｚ方向とを含む。
【００６６】
また、図７に示したように、磁気センサ装置４の端子群は、第１の磁気センサ１０に対応する電源端子Ｖｘおよび出力端子Ｖｘ＋，Ｖｘ−と、第２の磁気センサ２０に対応する電源端子Ｖｙおよび出力端子Ｖｙ＋，Ｖｙ−と、第３の磁気センサ３０に対応する電源端子Ｖｚおよび出力端子Ｖｚ＋，Ｖｚ−と、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０で共通に使用されるグランド端子Ｇとを含んでいる。
【００６７】
図８に示した例では、第１の磁気センサ１０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４を含んでいる。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の各々は、対象磁界の第１の成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｘ１は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ２は、出力端子Ｖｘ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｘ３は、電源端子Ｖｘと出力端子Ｖｘ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｘ４は、出力端子Ｖｘ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６８】
第２の磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４を含んでいる。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の各々は、対象磁界の第２の成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｙ１は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ２は、出力端子Ｖｙ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｙ３は、電源端子Ｖｙと出力端子Ｖｙ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｙ４は、出力端子Ｖｙ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００６９】
第３の磁気センサ３０は、ホイートストンブリッジ回路を構成する４つの抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４を含んでいる。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々は、後述する磁界変換部から出力される出力磁界成分に応じて変化する抵抗値を有する。抵抗部Ｒｚ１は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ＋との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ２は、出力端子Ｖｚ＋とグランド端子Ｇとの間に設けられている。抵抗部Ｒｚ３は、電源端子Ｖｚと出力端子Ｖｚ−との間に設けられている。抵抗部Ｒｚ４は、出力端子Ｖｚ−とグランド端子Ｇとの間に設けられている。
【００７０】
以下、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４，Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のうちの任意の１つを抵抗部Ｒと言う。抵抗部Ｒは、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。本実施の形態では特に、少なくとも１つの磁気検出素子は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子である。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。
【００７１】
本実施の形態では特に、ＭＲ素子は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ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。各ＭＲ素子において、自由層は、磁化容易軸方向が、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向となる形状異方性を有している。
【００７２】
図８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ている。図８に示した例では、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｘ方向である。抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｘ方向である。
【００７３】
また、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｙ方向である。抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｙ方向である。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の各々におけるＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向については、後で説明する。
【００７４】
出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差は、対象磁界の第１の成分と対応関係を有する。第１の磁気センサ１０は、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対応する第１の検出信号Ｓｘを生成する。第１の検出信号Ｓｘは、出力端子Ｖｘ＋と出力端子Ｖｘ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７５】
出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差は、対象磁界の第２の成分と対応関係を有する。第２の磁気センサ２０は、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対応する第２の検出信号Ｓｙを生成する。第２の検出信号Ｓｙは、出力端子Ｖｙ＋と出力端子Ｖｙ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７６】
出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差は、対象磁界の第３の成分と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号Ｓｚを生成する。第３の検出信号Ｓｚは、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００７７】
ここで、図７を参照して、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の配置の一例について説明する。この例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１は抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ４を含み、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２は抵抗部Ｒｘ２，Ｒｘ３を含んでいる。また、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１は抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ４を含み、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２は抵抗部Ｒｙ２，Ｒｙ３を含んでいる。
【００７８】
図７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ている。図７に示した例では、第１の磁気センサ１０の第１の部分１１と、第１の磁気センサ１０の第２の部分１２と、第２の磁気センサ２０の第１の部分２１と、第２の磁気センサ２０の第２の部分２２の各々において、そこに含まれる複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向が同じ方向になる。そのため、この例によれば、複数のＭＲ素子の磁化固定層の磁化の方向の設定が容易になる。
【００７９】
次に、図９を参照して、ＭＲ素子の構成の一例について説明する。図９に示したＭＲ素子１００は、基板５１側から順に積層された反強磁性層１０１、磁化固定層１０２、ギャップ層１０３および自由層１０４を含んでいる。反強磁性層１０１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１０２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１０２の磁化の方向を固定する。
【００８０】
なお、ＭＲ素子１００における層１０１〜１０４の配置は、図９に示した配置とは上下が反対でもよい。また、磁化固定層１０２は、単一の強磁性層ではなく、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層とを含む人工反強磁性構造であってもよい。また、ＭＲ素子１００は、反強磁性層１０１を含まない構成であってもよい。また、磁気検出素子は、ホール素子、磁気インピーダンス素子等、ＭＲ素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。
【００８１】
次に、図１０を参照して、抵抗部Ｒの構成の一例について説明する。この例では、抵抗部Ｒは、直列に接続された複数のＭＲ素子１００を含んでいる。抵抗部Ｒは、更に、複数のＭＲ素子１００が直列に接続されるように、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する１つ以上の接続層を含んでいる。図１０に示した例では、抵抗部Ｒは、１つ以上の接続層として、１つ以上の下部接続層１１１と、１つ以上の上部接続層１１２とを含んでいる。下部接続層１１１は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の下面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。上部接続層１１２は、回路構成上隣接する２つのＭＲ素子１００の上面に接し、この２つのＭＲ素子１００を電気的に接続する。
【００８２】
次に、図１１を参照して、第３の磁気センサ３０の構成の一例について説明する。第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の他に、軟磁性材料よりなる軟磁性構造体４０を含んでいる。軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、少なくとも１つの軟磁性層を含んでいる。磁界変換部４２は、対象磁界の第３の成分を受けて第３の感磁方向に垂直な方向の出力磁界成分を出力する。出力磁界成分の強度は、対象磁界の第３の成分の強度と対応関係を有する。第３の磁気センサ３０は、出力磁界成分の強度を検出することによって、対象磁界の第３の成分の強度を検出する。
【００８３】
図１１に示した例では、磁界変換部４２は、抵抗部Ｒｚ１に対応する下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１と、抵抗部Ｒｚ２に対応する下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２と、抵抗部Ｒｚ３に対応する下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３と、抵抗部Ｒｚ４に対応する下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４とを含んでいる。
【００８４】
下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の各々は、Ｚ方向に垂直な方向に長い直方体形状を有している。
【００８５】
下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ１は、抵抗部Ｒｚ１よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ１は、下部ヨーク４２Ｂ１と上部ヨーク４２Ｔ１の間に位置している。
【００８６】
下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ２は、抵抗部Ｒｚ２よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ２は、下部ヨーク４２Ｂ２と上部ヨーク４２Ｔ２の間に位置している。
【００８７】
下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ３は、抵抗部Ｒｚ３よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ３は、下部ヨーク４２Ｂ３と上部ヨーク４２Ｔ３の間に位置している。
【００８８】
下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４の近傍に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａにより近い位置に配置されている。上部ヨーク４２Ｔ４は、抵抗部Ｒｚ４よりも、基板５１の上面５１ａからより遠い位置に配置されている。上方から見たときに、抵抗部Ｒｚ４は、下部ヨーク４２Ｂ４と上部ヨーク４２Ｔ４の間に位置している。
【００８９】
磁界変換部４２が出力する出力磁界成分は、下部ヨーク４２Ｂ１および上部ヨーク４２Ｔ１によって生成されて抵抗部Ｒｚ１に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ２および上部ヨーク４２Ｔ２によって生成されて抵抗部Ｒｚ２に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ３および上部ヨーク４２Ｔ３によって生成されて抵抗部Ｒｚ３に印加される磁界成分と、下部ヨーク４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ４によって生成されて抵抗部Ｒｚ４に印加される磁界成分を含んでいる。
【００９０】
図１１において、４つの白抜きの矢印は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向を表している。また、図１１において、４つの塗りつぶした矢印は、それぞれ、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向を表している。抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４に印加される磁界成分の方向と同じ方向である。抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００の磁化固定層１０２の磁化の方向は、それぞれ、対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときに抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３に印加される磁界成分の方向とは反対方向である。
【００９１】
ここで、第３の磁気センサ３０の作用について説明する。対象磁界の第３の成分が存在しない状態では、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のＭＲ素子１００の自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直である。
【００９２】
対象磁界の第３の成分の方向がＺ方向であるときには、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向に向かって傾く。このとき、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３のＭＲ素子１００では、自由層１０４の磁化の方向は、磁化固定層１０２の磁化の方向に対して垂直な方向から、磁化固定層１０２の磁化の方向とは反対方向に向かって傾く。その結果、対象磁界の第３の成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は減少し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は増加する。
【００９３】
対象磁界の第３の成分の方向が−Ｚ方向の場合は、上述の場合とは逆に、対象磁界の第３の成分が存在しない状態と比べて、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値は増加し、抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値は減少する。
【００９４】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の抵抗値の変化量は、対象磁界の第３の成分の強度に依存する。
【００９５】
対象磁界の第３の成分の方向と強度が変化すると、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４のそれぞれの抵抗値は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が増加すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が減少するか、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値が減少すると共に抵抗部Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値が増加するように変化する。これにより、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差が変化する。従って、この電位差に基づいて、対象磁界の第３の成分を検出することができる。第３の磁気センサ３０は、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対応する第３の検出信号Ｓｚを生成する。第３の検出信号Ｓｚは、出力端子Ｖｚ＋と出力端子Ｖｚ−との間の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
【００９６】
次に、図１２を参照して、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０の構造の一例について説明する。図１２は、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０のそれぞれの一部を示している。この例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０は、基板５１の上に配置されている。基板５１は、上面５１ａと下面５１ｂを有している。
【００９７】
第１の磁気センサ１０は、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ａ，６７Ａ，６８Ａを含んでいる。絶縁層６６Ａは、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、絶縁層６６Ａの上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ａは、絶縁層６６Ａの上面の上において抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ａは、抵抗部Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４および絶縁層６７Ａを覆っている。
【００９８】
第２の磁気センサ２０の構造は、第１の磁気センサ１０と同様である。すなわち、第２の磁気センサ２０は、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６６Ｂ，６７Ｂ，６８Ｂを含んでいる。絶縁層６６Ｂは、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、絶縁層６６Ｂの上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６７Ｂは、絶縁層６６Ｂの上面の上において抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４の周囲に配置されている。絶縁層６８Ｂは、抵抗部Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４および絶縁層６７Ｂを覆っている。
【００９９】
第３の磁気センサ３０は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および軟磁性構造体４０の他に、それぞれ絶縁材料よりなる絶縁層６１，６２，６３，６４を含んでいる。図１２に示した例では、軟磁性構造体４０は、磁界変換部４２と、２つの軟磁性層４１，４３を含んでいる。
【０１００】
磁界変換部４２は、図１１に示した下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４を含んでいる。図１２では、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４のうちの１つを符号４２Ｂで示し、それに対応する上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４のうちの１つを符号４２Ｔで示している。
【０１０１】
軟磁性層４１は、基板５１の上面５１ａの上に配置されている。下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４は、軟磁性層４１の上に配置されている。絶縁層６１は、軟磁性層４１の上において下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４の周囲に配置されている。
【０１０２】
抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、絶縁層６１の上に配置されている。図１２には、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４に含まれる複数のＭＲ素子１００のうちの１つと、それに接続された下部接続層１１１および上部接続層１１２を示している。絶縁層６２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４および絶縁層６１の上において抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の周囲に配置されている。
【０１０３】
上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４は、絶縁層６２の上に配置されている。絶縁層６３は、抵抗部Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および絶縁層６２の上において上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の周囲に配置されている。
【０１０４】
軟磁性層４３は、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４および絶縁層６３の上に配置されている。絶縁層６４は、軟磁性層４３を覆っている。
【０１０５】
上方から見たときに、軟磁性層４１，４３は、第３の磁気センサ３０の全域またはほぼ全域にわたって存在する。言い換えると、基準平面ＲＰに軟磁性層４１を垂直投影してできる領域と、基準平面ＲＰに軟磁性層４３を垂直投影してできる領域は、いずれも、第３の領域Ａ３０と一致するかほぼ一致する。
【０１０６】
図１２に示した例では、第１ないし第３の磁気センサ１０，２０，３０に含まれる全ての磁気検出素子すなわちＭＲ素子１００は、基板５１の上面５１ａすなわち基準平面ＲＰから等しい距離の位置に配置されている。
【０１０７】
なお、磁界変換部４２は、下部ヨーク４２Ｂ１，４２Ｂ２，４２Ｂ３，４２Ｂ４と、上部ヨーク４２Ｔ１，４２Ｔ２，４２Ｔ３，４２Ｔ４の一方のみを含んでいてもよい。また、軟磁性構造体４０は、軟磁性層４１，４３の一方のみを含んでいてもよい。
【０１０８】
次に、図４を参照して、第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８について説明する。第１のプロセッサ７は、第１の処理を行う。第１の処理は、球体情報受信・保持処理と、オフセット変化検出処理とを含んでいる。第１のプロセッサ７は、オフセット変化検出処理を行うオフセット変化検出部７１と、球体情報受信・保持処理を行う球体情報受信・保持部７２とを含んでいる。
【０１０９】
第２のプロセッサ８は、第２の処理を行う。第２の処理は、球体情報生成処理と、球体情報送信処理と、オフセット補正処理と、位置情報生成処理とを含んでいる。第２のプロセッサ８は、オフセット補正処理を行うオフセット補正部８１と、球体情報生成処理を行う球体情報生成部８２と、球体情報送信処理を行う球体情報送信部８３と、位置情報生成処理を行う位置情報生成部８４と含んでいる。
【０１１０】
オフセット変化検出部７１、球体情報受信・保持部７２、オフセット補正部８１、球体情報生成部８２、球体情報送信部８３および位置情報生成部８４は、それぞれ上述の処理を行う機能ブロックである。
【０１１１】
第１のプロセッサ７は、更に、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを含んでいる。Ａ／Ｄ変換器７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃは、それぞれ、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚをデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、オフセット変化検出部７１、オフセット補正部８１および球体情報生成部８２に入力される。
【０１１２】
球体情報受信・保持処理、オフセット変化検出処理、球体情報生成処理、球体情報送信処理、オフセット補正処理および位置情報生成処理は、それぞれ、位置検出装置１の使用時に、繰り返し実行される。
【０１１３】
ここで、前述の基準座標系において、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を表す座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を測定点とする。前述のように、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置が変化すると、基準座標系における磁界発生器２の位置は、所定の球面に沿って変化する。従って、複数のタイミングにおける複数の測定点を取得し、複数の測定点を基準座標系にプロットすると、複数の測定点の分布は、球面で近似することができる。本実施の形態では、この複数の測定点の分布を近似した球面を近似球面と言う。複数の測定点は、近似球面上または近似球面の近傍に分布する。球体情報Ｓｓは、近似球面を有する仮想の球体の中心座標および半径のデータを含む。
【０１１４】
球体情報受信・保持部７２による球体情報受信・保持処理は、第２のプロセッサ８から送信される球体情報Ｓｓを受信すると共に保持する。
【０１１５】
第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚには、対象磁界すなわち磁界発生器２によって発生された磁界以外の要因に起因してオフセットが生じる。オフセット変化検出部７１によるオフセット変化検出処理は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚと、球体情報受信・保持処理によって保持されている球体情報Ｓｓとを用いて第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を検出し、オフセットの変化を検出したときに、そのことを示す通知信号Ｓｎを出力する。
【０１１６】
球体情報生成部８２による球体情報生成処理は、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを用いた計算によって球体情報Ｓｓを生成する。球体情報Ｓｓすなわち仮想の球体の中心座標および半径は、例えば、４つの測定点と球面の方程式を用いて、４つの測定点を含む近似球面を決定することによって求めてもよい。あるいは、仮想の球体の中心座標および半径は、５つ以上の測定点と球面の方程式と最小二乗法とを用いて、５つ以上の測定点に最も近い近似球面を決定することによって求めてもよい。本実施の形態では特に、球体情報生成処理は、第１のプロセッサ７のオフセット変化検出処理によって出力される通知信号Ｓｎを受信可能であり、通知信号Ｓｎを受信したら最新の球体情報Ｓｓの生成を開始する。
【０１１７】
球体情報送信部８３による球体情報送信処理は、球体情報生成処理が実行された後に、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓを第１のプロセッサ７に送信する。
【０１１８】
なお、第１のプロセッサ７と第２のプロセッサ８では、位置検出装置１の使用開始後における最初の球体情報生成処理が実行される前に、以下のような初期処理を実行してもよい。この初期処理では、球体情報送信部８３は、初期球体情報を第１のプロセッサ７に送信する。初期球体情報は、前記の仮想の球体の中心座標の初期値および半径の初期値のデータを含んでいる。中心座標の初期値および半径の初期値のデータは、例えば、位置検出装置１が適用される関節機構３００の構成に基づいて、関節機構３００を含む機器の出荷前に決定される。球体情報受信・保持部７２は、初期球体情報を受信すると共に保持する。最初の球体情報生成処理が実行される前においては、オフセット変化検出部７１は、球体情報Ｓｓの代わりに初期球体情報を用いてオフセットの変化を検出する。
【０１１９】
オフセット補正部８１によるオフセット補正処理は、球体情報生成処理が実行された後に、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚと、球体情報生成処理によって生成された球体情報Ｓｓのうちの中心座標のデータとを用いて、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットを補正して、第１ないし第３の補正後信号を生成し、位置情報生成部８４に対して出力する。なお、最初の球体情報生成処理が実行される前においては、オフセット補正部８１は、中心座標のデータの代わりに前記の中心座標の初期値のデータを用いてオフセット補正処理を行ってもよい。
【０１２０】
位置情報生成部８４における位置情報生成処理は、第１ないし第３の補正後信号に基づいて、磁気センサ装置４に対する磁界発生器２の相対的な位置を表す位置情報を生成する。
【０１２１】
オフセット変化検出部７１は、オフセットの変化を検出したときに、通知信号Ｓｎを球体情報生成部８２に対して出力すると共に、オフセット変化検出処理を停止する。球体情報生成部８２による球体情報生成処理は、通知信号Ｓｎを受信したら、最新の球体情報Ｓｓの生成を開始する。球体情報受信・保持部７２による球体情報受信・保持処理は、新しい球体情報Ｓｓを受信したら、保持している球体情報Ｓｓを更新する。オフセット変化検出部７１は、通知信号Ｓｎの出力後に、球体情報受信・保持部７２において球体情報Ｓｓが更新されたら、オフセット変化検出処理を再開する。
【０１２２】
次に、オフセット補正部８１によるオフセット補正処理と位置情報生成部８４における位置情報生成処理について具体的に説明する。以下の説明では、第１の補正後信号を記号ＣＳｘで表し、第２の補正後信号を記号ＣＳｙで表し、第３の補正後信号を記号ＣＳｚで表し、仮想の球体の中心座標を（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）と表す。
【０１２３】
前述のように、基準座標系における磁界発生器２の位置は、所定の球面に沿って変化し、複数の測定点は、近似球面上または近似球面の近傍に分布する。また、所定の球面の中心は、第１の球面の中心すなわち基準位置と一致しているか、ほぼ一致している。従って、オフセットが生じていなければ、近似球面を有する仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）は、基準位置と一致するか、ほぼ一致する。しかし、オフセットが生じると、仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）は、基準位置からずれてしまう。
【０１２４】
基準座標系の原点は、基準位置であってもよい。この場合、オフセット補正処理は、例えば、球体情報生成処理において算出した仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）が基準座標系の原点（０，０，０）になるように、測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を点（Ｓｘ−ｃｘ，Ｓｙ−ｃｙ，Ｓｚ−ｃｚ）に変換する処理であってもよい。この場合、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚは、それぞれ下記の式（１）〜（３）で表される。
【０１２５】
ＣＳｘ＝Ｓｘ−ｃｘ    …（１）
ＣＳｙ＝Ｓｙ−ｃｙ    …（２）
ＣＳｚ＝Ｓｚ−ｃｚ    …（３）
【０１２６】
基準座標系における点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）は、基準座標系における磁界発生器２の座標と対応関係を有している。位置情報生成処理は、例えば、点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）の各成分すなわち第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚを補正して、基準座標系における磁界発生器２の座標を求める処理であってもよい。第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚの補正は、例えば、基準座標系における原点から点（ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚ）までの距離が、磁気センサ装置４から磁界発生器２までの実際の距離と等しくなるように、第１ないし第３の補正後信号ＣＳｘ，ＣＳｙ，ＣＳｚの各々に所定の補正係数を乗算することによって行われる。
【０１２７】
次に、オフセット変化検出部７１によるオフセット変化検出処理について具体的に説明する。以下の説明では、仮想の球体の半径を記号ｒで表す。
【０１２８】
オフセット変化検出処理では、例えば、以下のようにしてオフセットが変化したと判断する。まず、あるタイミングにおける第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得することによって、前述の測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）を得る。また、球体情報受信・保持部７２によって保持されている球体情報Ｓｓを取得する。次に、測定点（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）と球体情報Ｓｓによる仮想の球体の中心座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）との間の距離と、この距離と球体情報Ｓｓによる仮想の球体の半径ｒとの差Ｄを求める。差Ｄは、下記の式（４）で表される。
【０１２９】
Ｄ＝√（（Ｓｘ−ｃｘ）2＋（Ｓｙ−ｃｙ）2＋（Ｓｚ−ｃｚ）2）−ｒ    …（４）
【０１３０】
次に、差Ｄの絶対値と、所定の閾値とを比較する。所定の閾値は、オフセットの変化を検出するための閾値である。オフセット変化検出処理では、差Ｄの絶対値が所定の閾値以上の場合に、オフセットが変化したと判断して、通知信号Ｓｎを出力する。
【０１３１】
オフセット変化検出部７１が第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得するタイミングは、第１のプロセッサ７のサンプリング周期と同期する。オフセット変化検出部７１は、オフセット変化検出部７１が第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値の組を取得するたびに、オフセット変化検出処理を行ってもよい。この場合、第１のプロセッサ７のサンプリング周期を短くすると、オフセット変化検出処理の実行間隔も短くなる。
【０１３２】
次に、図１３を参照して、オフセット変化検出処理と球体情報受信・保持処理に関する第１のプロセッサ７の動作について説明する。図１３は、第１のプロセッサ７の動作を示すフローチャートである。図１３に示した動作では、まず、オフセット変化検出部７１が、前述のように、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚに基づく測定点と球体情報Ｓｓによる中心座標との間の距離と、この距離と球体情報Ｓｓによる半径ｒとの差Ｄを求める（ステップＳ１１）。
【０１３３】
オフセット変化検出部７１は、次に、差Ｄの絶対値が所定の閾値以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において差Ｄが所定の閾値以上ではない場合（ＮＯ）には、第１のプロセッサ７は、図１３に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図１３に示した動作を終了する。図１３に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第１のプロセッサ７に入力されることによって終了する。ステップＳ１３において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１２において差Ｄが所定の閾値以上の場合（ＹＥＳ）には、オフセット変化検出部７１は、通知信号Ｓｎを出力すると共に、オフセット変化検出処理を停止する（ステップＳ１４）。
【０１３４】
図１３に示した動作では、次に、球体情報受信・保持部７２が、新しい球体情報Ｓｓを受信したか否かを確認する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において新しい球体情報Ｓｓを受信していない場合（ＮＯ）には、第１のプロセッサ７は、図１３に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図１３に示した動作を終了する。ステップＳ１６において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、所定の時間経過後、再度、ステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５において新しい球体情報Ｓｓを受信した場合（ＹＥＳ）には、球体情報受信・保持部７２は、保持している球体情報Ｓｓを更新する（ステップＳ１７）。
【０１３５】
図１３に示した動作では、次に、オフセット変化検出部７１が、オフセット変化検出処理を再開し（ステップＳ１８）、ステップＳ１１に戻る。
【０１３６】
次に、図１４を参照して、球体情報Ｓｓの生成と送信に関連する第２のプロセッサ８の動作について説明する。図１４は、球体情報Ｓｓの生成と送信に関連する第２のプロセッサ８の動作を示すフローチャートである。図１４に示した動作では、まず、球体情報生成部８２が、通知信号Ｓｎを受信したか否かを確認する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において通知信号Ｓｎを受信していない場合（ＮＯ）には、第２のプロセッサ８は、図１４に示した動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において終了すると判断された場合（ＹＥＳ）には、図１４に示した動作を終了する。図１４に示した動作は、例えば、終了を指示する信号が第２のプロセッサ８に入力されることによって終了する。ステップＳ２２において終了しないと判断された場合（ＮＯ）には、所定の時間経過後、再度、ステップＳ２１を実行する。
【０１３７】
ステップＳ２１において通知信号Ｓｎを受信した場合（ＹＥＳ）には、球体情報生成部８２は、球体情報Ｓｓを生成する（ステップＳ２３）。次に、球体情報送信部８３が、球体情報Ｓｓを球体情報受信・保持部７２に送信する（ステップＳ２４）。図１４に示した動作では、ステップＳ２４を実行したら、ステップＳ２１に戻る。
【０１３８】
以上説明したように、本実施の形態に係る位置検出装置１、信号処理回路５および磁気センサシステム３では、第１のプロセッサ７は、自らは球体情報Ｓｓを生成する処理を行わずに、第２のプロセッサ８によって生成された球体情報Ｓｓを利用して第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を検出する。球体情報Ｓｓを生成する処理は、比較的複雑な演算が必要であり、ある程度時間を要する。従って、本実施の形態によれば、第１のプロセッサ７が自ら球体情報Ｓｓを生成する処理を行うと共に、この球体情報Ｓｓを用いてオフセット変化検出処理を行う場合に比べて、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を速やかに検出することが可能になる。
【０１３９】
また、本実施の形態によれば、第１のプロセッサ７が自ら球体情報Ｓｓを生成する処理を行う場合に比べて、第１のプロセッサ７の負荷を低減して、オフセット変化検出処理を実行する頻度を多くすることができ、その結果、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を速やかに検出することが可能になる。
【０１４０】
また、前述のように、球体情報Ｓｓすなわち仮想の球体の中心座標および半径を求めるためには、少なくとも４つの測定点が必要である。これに対し、本実施の形態では、前述のように、差Ｄの絶対値と所定の閾値とを比較することによって、オフセット変化検出処理を行う。式（４）から、差Ｄを算出するのに必要な測定点の数は１つである。従って、本実施の形態によれば、１つの測定点を得るたびに、オフセット変化検出処理を行うことが可能である。この点からも、本実施の形態によれば、第１のプロセッサ７が自ら球体情報Ｓｓを生成する処理を行うと共に、この球体情報Ｓｓを用いてオフセット変化検出処理を行う場合に比べて、オフセット変化検出処理を実行する頻度を多くすることができ、その結果、第１ないし第３の検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオフセットの変化を速やかに検出することが可能になる。
【０１４１】
また、本実施の形態では、球体情報生成処理は、通知信号Ｓｎを受信したら最新の球体情報Ｓｓの生成を開始する。そのため、本実施の形態では、球体情報生成処理を実行する頻度は、オフセット変化検出処理を実行する頻度よりも少なくなる。これにより、本実施の形態によれば、第２のプロセッサ８の負荷を低減することができる。
【０１４２】
なお、本発明は、上記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、本発明の信号処理回路および磁気センサシステムは、磁気センサ装置に対する磁界発生器の相対的な位置を検出する場合に限らず、所定の磁界の中で回転可能に構成された磁気センサ装置の姿勢を検出する場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１…位置検出装置、２…磁界発生器、３…磁気センサシステム、４…磁気センサ装置、５…信号処理回路、７…第１のプロセッサ、８…第２のプロセッサ、１０…第１の磁気センサ、２０…第２の磁気センサ、３０…第３の磁気センサ、７１…オフセット変化検出部、７２…球体情報受信・保持部、８１…オフセット補正部、８２…球体情報生成部、８３…球体情報送信部、８４…位置情報生成部、２００…磁気センサ組立体、３００…関節機構。
【図１】
2020153663.tif 000003
【図２】
2020153663.tif 000004
【図３】
2020153663.tif 000005
【図４】
2020153663.tif 000006
【図５】
2020153663.tif 000007
【図６】
2020153663.tif 000008
【図７】
2020153663.tif 000009
【図８】
2020153663.tif 000010
【図９】
2020153663.tif 000011
【図１０】
2020153663.tif 000012
【図１１】
2020153663.tif 000013
【図１２】
2020153663.tif 000014
【図１３】
2020153663.tif 000015
【図１４】
2020153663.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含む関節機構の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した関節機構の概略の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置における基準座標系を説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態における磁気センサ組立体を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態における磁気センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。
【図９】本発明の一実施の形態における磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における磁界変換部と第３の磁気センサの構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における第１ないし第３の磁気センサと軟磁性構造体のそれぞれの一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における第１のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施の形態における第２のプロセッサの動作を示すフローチャートである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2020153663.tif 000017