(57)【要約】【課題】スケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステムにおいて、磁気センサの異常の判別を可能にする。【解決手段】磁気センサシステムは、第１の方向に相対的位置関係が変化し得るスケールおよび磁気センサと、演算部３０を備えている。磁気センサは、第１の位置に配置された第１の検出回路１０と、第２の位置に配置された第２の検出回路２０を有している。第１の検出回路１０と第２の検出回路２０の各々は、スピンバルブ型のＭＲ素子を含んでいる。第１の方向についての第１の位置と第２の位置との差は、スケールと磁気センサの相対的位置関係の変化における１ピッチの１．２５％以下である。演算部は、第１および第２の検出回路１０，２０のそれぞれの検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いた演算によって、磁気センサの異常の有無を示す異常判別信号Ｓａを生成する。【選択図】図６
2014199182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に相対的位置関係が変化し得るスケールと磁気センサとを備え、前記スケールと前記磁気センサとの相対的位置関係に関連する物理量を検出するための磁気センサシステムであって、
前記磁気センサは、第１の位置に配置された第１の検出回路と、第２の位置に配置された第２の検出回路を有し、
前記第１の検出回路は、第１の検出回路に印加される第１の磁界に応じて変化する第１の検出信号を出力し、
前記第２の検出回路は、第２の検出回路に印加される第２の磁界に応じて変化する第２の検出信号を出力し、
前記第１の検出回路と前記第２の検出回路の各々は、磁気抵抗効果素子を含み、
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、印加される磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記第１の磁界の方向と前記第２の磁界の方向は、前記スケールと前記磁気センサの相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化し、
前記第１の磁界の方向と前記第２の磁界の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときの前記スケールと前記磁気センサの相対的位置関係の変化量を１ピッチとしたとき、前記第１の方向についての前記第１の位置と前記第２の位置との差は、前記１ピッチの１．２５％以下であり、
前記磁気センサシステムは、更に、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号を用いた演算によって、前記磁気センサの異常の有無を示す異常判別信号を生成する演算部を備えたことを特徴とする磁気センサシステム。
【請求項２】
前記第１の検出信号に対する前記第２の検出信号の位相差は、１７５．５°〜１８４．５°の範囲内であり、
前記演算部における演算は、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の和を求めることを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサシステム。
【請求項３】
前記第１の検出信号に対する前記第２の検出信号の位相差は、−４．５°〜４．５°の範囲内であり、
前記演算部における演算は、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の差を求めることを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気センサシステム。
【請求項４】
前記第１の方向についての前記第１の位置と前記第２の位置は同じであることを特徴とする請求項１記載の磁気センサシステム。
【請求項５】
前記スケールは、所定の中心軸を中心として回転する回転体であり、
前記回転体が回転することによって、前記スケールと前記磁気センサとの相対的位置関係が変化し、
前記第１の方向は、前記回転体の回転方向であり、
前記１ピッチは、前記回転体の回転方向における角度で表され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磁気センサシステム。
【請求項６】
前記回転体は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有し、
前記第１および第２の磁界は、前記回転体によって発生され、且つ前記第１および第２の磁界の方向は、前記回転体の回転に伴って変化し、
前記１ピッチは、前記回転体における隣接する２つのＮ極の中心と前記中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサシステム。
【請求項７】
前記回転体は、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車であり、
前記磁気センサシステムは、更に、前記磁気センサに対する位置関係が一定である磁石を備え、
前記第１および第２の磁界は、前記磁石によって発生され、且つ前記第１および第２の磁界の方向は、前記歯車の回転に伴って変化し、
前記１ピッチは、隣接する２つの歯の中心と前記中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度であることを特徴とする請求項５記載の磁気センサシステム。
【請求項８】
前記スケールは、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有し、
第１の方向は、前記スケールのＮ極とＳ極が並ぶ方向であり、
前記第１および第２の磁界は、前記スケールによって発生され、
前記１ピッチは、前記スケールにおける隣接する２つのＮ極の中心間の距離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磁気センサシステム。
【請求項９】
前記非磁性層は、トンネルバリア層であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の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、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する物理量を検出するための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、動作体の回転動作や直線的動作に関連する物理量を検出する磁気センサシステムが用いられている。一般的に、磁気センサシステムは、スケールと磁気センサとを備え、磁気センサによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する信号を生成するようになっている。
【０００３】
動作体が回転動作をするものである場合に用いられる磁気センサシステムのスケールは、一般的には、動作体に連動する回転体である。この回転体は、例えば、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石や、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車である。この場合、磁気センサシステムは、前記物理量として、回転体の回転位置や回転速度等を検出する。
【０００４】
動作体が直線的動作をするものである場合に用いられる磁気センサシステムのスケールは、例えば、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有するリニアスケールである。この場合、リニアスケールと磁気センサの一方が動作体に連動し、磁気センサシステムは、前記物理量として、磁気センサに対するリニアスケールの相対的な位置や速度を検出する。
【０００５】
磁気センサシステムは、例えば、自動車において、車軸の回転速度や、クランク角や、カム角の検出等のために用いられる。特に自動車に用いられる磁気センサシステムでは、磁気センサの異常を検知する手段を備えることが求められる。
【０００６】
特許文献１には、物理量の変化に応じた出力値が互いに反対の出力特性を有する第１および第２のセンサの出力値を加算して得られる合計出力値が一定値でないときに、一方のセンサが異常であると判定する異常検出装置が記載されている。特許文献１において、第１のセンサは第１の検出回路を備え、第２のセンサは第２の検出回路を備えている。第１の検出回路と第２の検出回路は、同一平面上において隣接するように配置されている。各検出回路は、４つの抵抗体によって構成されたブリッジ回路を含んでいる。各抵抗体は、ＮｉＣｏ薄膜を基板に対して折れ線状に成膜したものであり、これは、異方性磁気抵抗効果素子と言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９４５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された異常検出装置では、第１の検出回路を通過する磁束の方向と第２の検出回路を通過する磁束の方向が同じであることを前提として、第１のセンサの出力値と第２のセンサの出力値が互いに反対の出力特性を有するように構成されている。各検出回路に含まれる４つの抵抗体（異方性磁気抵抗効果素子）は、比較的広い配置面積を要する。そのため、第１の検出回路と第２の検出回路の位置の差は比較的大きくなる。この異常検出装置は、第１の検出回路を通過する磁束の方向と第２の検出回路を通過する磁束の方向が同じになるように、広い範囲にわたって同じ方向の磁束が通過する系には適しているが、前述のスケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステムに適用することは、事実上困難である。以下、その理由について説明する。
【０００９】
上記磁気センサシステムでは、スケールと磁気センサの相対的位置関係が連続的に変化すると、磁気センサ中のある点における磁界の方向が周期的に変化する。ここで、磁気センサ中のある点における磁界の方向が１周期だけ変化するときのスケールと磁気センサの相対的位置関係の変化量を１ピッチと言う。この磁気センサシステムに、特許文献１に記載された異常検出装置を適用して、磁気センサが特許文献１における第１の検出回路と第２の検出回路を含むようにすると、第１の検出回路と第２の検出回路の位置の差は、上記１ピッチに比べて無視できない大きさになる。この場合、第１の検出回路を通過する磁束の方向と第２の検出回路を通過する磁束の方向が大きく異なることになり、その結果、第１のセンサの出力値と第２のセンサの出力値が互いに反対の出力特性にならなくなる。すると、第１および第２のセンサに異常がない場合においても合計出力値は一定値ではなくなり、第１または第２のセンサの異常の有無を判別することができなくなる。
【００１０】
そこで、同じ構成の第１および第２のセンサを互いに１／２ピッチだけ離れた位置に配置することによって、第１および第２のセンサの出力値が互いに反対の出力特性を有するように構成し、合計出力値によって第１または第２のセンサの異常の有無を判別することが考えられる。しかし、この場合には、以下のような問題点がある。磁気センサシステムでは、それが適用される系に応じてスケールが異なって、それにより１ピッチの大きさが変わる可能性がある。そのため、あるスケールに合わせて１／２ピッチだけ離れた位置に第１および第２のセンサを配置して磁気センサを構成しても、スケールが変わって１ピッチの大きさが変わると、第１および第２のセンサの位置の差は１／２ピッチではなくなる。すると、第１および第２のセンサに異常がない場合においても合計出力値は一定値ではなくなり、第１または第２のセンサの異常の有無を判別することができなくなる。
【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、スケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステムであって、磁気センサの異常の判別を可能にした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】
本発明の磁気センサシステムは、第１の方向に相対的位置関係が変化し得るスケールと磁気センサとを備え、スケールと磁気センサとの相対的位置関係に関連する物理量を検出するためのものである。本発明の磁気センサシステムにおいて、磁気センサは、第１の位置に配置された第１の検出回路と、第２の位置に配置された第２の検出回路を有している。第１の検出回路は、第１の検出回路に印加される第１の磁界に応じて変化する第１の検出信号を出力する。第２の検出回路は、第２の検出回路に印加される第２の磁界に応じて変化する第２の検出信号を出力する。第１の検出回路と第２の検出回路の各々は、磁気抵抗効果素子を含んでいる。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、印加される磁界に応じて磁化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。第１の磁界の方向と第２の磁界の方向は、スケールと磁気センサの相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化する。第１の磁界の方向と第２の磁界の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときのスケールと磁気センサの相対的位置関係の変化量を１ピッチとしたとき、第１の方向についての第１の位置と第２の位置との差は、１ピッチの１．２５％以下である。磁気センサシステムは、更に、第１の検出信号と第２の検出信号を用いた演算によって、磁気センサの異常の有無を示す異常判別信号を生成する演算部を備えている。
【００１３】
本発明の磁気センサシステムにおいて、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は、１７５．５°〜１８４．５°の範囲内であってもよい。この場合、演算部における演算は、第１の検出信号と第２の検出信号の和を求めることを含んでいてもよい。
【００１４】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は、−４．５°〜４．５°の範囲内であってもよい。この場合、演算部における演算は、第１の検出信号と第２の検出信号の差を求めることを含んでいてもよい。
【００１５】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、第１の方向についての第１の位置と第２の位置は同じであってもよい。
【００１６】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、スケールは、所定の中心軸を中心として回転する回転体であってもよい。この場合、回転体が回転することによって、スケールと磁気センサとの相対的位置関係が変化する。第１の方向は、回転体の回転方向である。また、１ピッチは、回転体の回転方向における角度で表される。
【００１７】
上記回転体は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有していてもよい。この場合、第１および第２の磁界は、回転体によって発生され、且つ第１および第２の磁界の方向は、上記回転体の回転に伴って変化する。また、１ピッチは、回転体における隣接する２つのＮ極の中心と中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度である。
【００１８】
上記回転体は、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車であってもよい。また、磁気センサシステムは、更に、磁気センサに対する位置関係が一定である磁石を備えていてもよい。この場合、第１および第２の磁界は、磁石によって発生され、且つ第１および第２の磁界の方向は、歯車の回転に伴って変化する。また、１ピッチは、隣接する２つの歯の中心と中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度である。
【００１９】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、スケールは、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有していてもよい。この場合、第１の方向は、スケールのＮ極とＳ極が並ぶ方向である。第１および第２の磁界は、スケールによって発生される。また、１ピッチは、スケールにおける隣接する２つのＮ極の中心間の距離である。
【００２０】
また、本発明の磁気センサシステムにおいて、磁気抵抗効果素子の非磁性層は、トンネルバリア層であってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の磁気センサシステムでは、第１の検出回路と第２の検出回路の各々は、磁化固定層、自由層および非磁性層を有する磁気抵抗効果素子いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を含んでいる。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、異方性磁気抵抗効果素子に比べて、配置面積を非常に小さくすることができる。そのため、本発明によれば、１ピッチの大きさが実用的な範囲内であれば、第１の方向についての第１の位置と第２の位置との差が１ピッチの１．２５％以下になるように第１および第２の検出回路を配置することが可能である。これにより、本発明によれば、スケールと磁気センサを備えた磁気センサシステムにおいて、第１の検出信号と第２の検出信号を用いた演算によって生成した異常判別信号によって、磁気センサの異常の判別が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるスケールと第１および第２の検出回路を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における第１および第２の検出回路を示す平面図である。
【図５】図４における１つのＭＲ素子を示す側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の第１の例を示す回路図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の第２の例を示す回路図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における第１および第２の検出信号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正常時の異常判別信号を示す波形図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における異常時の異常判別信号の一例を示す波形図である。
【図１１】比較例の磁気センサシステムにおけるスケールと第１および第２の検出部を示す側面図である。
【図１２】比較例の磁気センサシステムにおける第１および第２の検出部を示す回路図である。
【図１３】比較例の磁気センサシステムにおける正常時と異常時の異常判別信号の一例を示す波形図である。
【図１４】比較例の磁気センサシステムにおいてスケールを変えた場合におけるスケールと第１および第２の検出部を示す側面図である。
【図１５】比較例の磁気センサシステムにおいてスケールを変えた場合における正常時と異常時の異常判別信号の一例を示す波形図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る磁気センサシステムの動作を示す説明図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の一例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システムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態におけるスケールと第１および第２の検出回路を示す側面図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態における第１および第２の検出回路を示す平面図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態における第１の位置と第２の位置との差と、第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差との関係を示す特性図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態における正常時と異常時の異常判別信号の一例を示す波形図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態における正常時の異常判別信号の最小値と異常時の異常判別信号の最大値との関係を示す特性図である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明の第６の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［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ないし図３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システム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システムの概略の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す平面図である。図３は、本実施の形態におけるスケールと第１および第２の検出回路を示す側面図である。
【００２４】
図１ないし図３に示したように、本実施の形態に係る磁気センサシステムは、第１の方向Ｄ１に相対的位置関係が変化し得るスケール１と磁気センサ２とを備え、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係に関連する物理量を検出するためのものである。本実施の形態では、スケール１は、回転動作をする図示しない動作体に連動し、所定の中心軸Ｃを中心として回転する回転体である。この回転体が回転することによって、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係が変化する。第１の方向Ｄ１は、回転体の回転方向である。磁気センサシステムは、上記物理量として、回転体の回転位置や回転速度等を検出する。
【００２５】
図１および図２に示したように、本実施の形態では、回転体は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石５である。図１および図２に示した例では、磁石５は、１２組のＮ極とＳ極を有している。磁気センサ２は、磁石５の外周面に対向する位置に配置されている。
【００２６】
ここで、図１および図２を参照して、本実施の形態における方向の定義について説明する。まず、図１に示した中心軸Ｃに平行で、図１における下から上に向かう方向をＺ方向と定義する。図２では、Ｚ方向を図２における奥から手前に向かう方向として表している。次に、Ｚ方向に垂直な２方向であって、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。
【００２７】
磁気センサ２は、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０を有している。なお、図１および図２では、理解を容易にするために、図３に比べて第１および第２の検出回路１０，２０を大きく描いている。また、図１ないし図３では、第１および第２の検出回路１０，２０を別体として描いているが、第１および第２の検出回路１０，２０は一体化されていてもよい。また、第１および第２の検出回路１０，２０は、図１および図３における上下方向に並べて配置されているが、その順序は図１および図３に示した例とは逆でもよい。
【００２８】
第１の検出回路１０は、第１の位置Ｐ１に配置され、第１の検出回路１０に印加される第１の磁界ＭＦ１を検出し、第１の磁界ＭＦ１に応じて変化する第１の検出信号Ｓ１を出力する。第２の検出回路２０は、第２の位置Ｐ２に配置され、第２の検出回路２０に印加される第２の磁界ＭＦ２を検出し、第２の磁界ＭＦ２に応じて変化する第２の検出信号Ｓ２を出力する。図１ないし図３では、第１の位置Ｐ１を第１の検出回路１０の中心の位置として表し、第２の位置Ｐ２を第２の検出回路２０の中心の位置として表している。
【００２９】
図２および図３に示したように、本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。そのため、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向はほぼ同じ方向になる。図２および図３に示した例では、Ｘ方向およびＹ方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じであり、Ｚ方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は異なっている。
【００３０】
第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向は、スケール１と磁気センサ２の相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化する。本実施の形態では、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２は、磁石５によって発生され、且つ第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、回転体である磁石５の回転に伴って変化する。図２において、符号ＭＦ１，ＭＦ２を付した白抜きの矢印は、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の磁界の方向を表している。また、破線の矢印は、図２に示した位置から磁石５が回転した場合における、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の磁界の方向を表している。第１の磁界ＭＦ１の方向は、ＸＹ平面内において第１の位置Ｐ１を中心として回転する。第２の磁界ＭＦ２の方向は、ＸＹ平面内において第２の位置Ｐ２を中心として回転する。
【００３１】
ここで、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときのスケール１と磁気センサ２の相対的位置関係の変化量を１ピッチと定義する。本実施の形態では、１ピッチは、回転体である磁石５の回転方向における角度で表される。具体的には、１ピッチは、磁石５における隣接する２つのＮ極の中心と中心軸Ｃとを結ぶ２つの直線がなす角度である。図１および図２では、上記２つの直線を破線の直線で表し、上記２つの直線がなす角度を記号αで表している。図１および図２に示した例では、角度αは３０°である。この例では、磁石５が１回転すると、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向は、それぞれ１２回転すなわち１２周期変化する。また、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２における１周期すなわち電気角の３６０°は、磁石５の１／１２回転すなわち磁石５の回転角の３０°に相当する。
【００３２】
本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との差（以下、位置差とも言う。）は、回転体である磁石５の回転方向における角度であって、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２と中心軸Ｃとを結ぶ２つの直線がなす角度で定義される。後で、他の実施の形態で説明するように、上記位置差は、１ピッチの１．２５％以下である必要がある。図１および図２に示した例では、１ピッチすなわち角度αが３０°であることから、位置差は、０．３７５°以下である必要がある。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が同じであることから、位置差は０°であり、上記の条件を満たしている。なお、磁気センサシステムの作製の精度等の観点から、位置差が１ピッチの１．２５％以下になるような範囲で、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は、わずかにずれていてもよい。
【００３３】
また、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０の各々は、磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）を含んでいる。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、第１および第２の検出回路１０，２０に含まれる全てのＭＲ素子として、スピンバルブ型のＭＲ素子を用いている。このＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁界に応じて磁化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。第１の検出回路１０は、そのＭＲ素子を構成する各層の面が、第１の位置Ｐ１と中心軸Ｃとを結ぶ直線に対して垂直になるように配置されている。第２の検出回路２０は、そのＭＲ素子を構成する各層の面が、第２の位置Ｐ２と中心軸Ｃとを結ぶ直線に対して垂直になるように配置されている。本実施の形態では、第２の検出回路２０のＭＲ素子を構成する各層の面は、第１の検出回路１０のＭＲ素子を構成する各層の面に平行である。
【００３４】
異方性磁気抵抗効果素子は、磁性材料よりなり長く延びる導電路によって構成されるため、比較的広い配置面積を要する。これに対し、スピンバルブ型のＭＲ素子は、積層された複数の層を有し、これらの層の面に対して垂直な方向に電流を流すことができるため、異方性磁気抵抗効果素子に比べて、配置面積を非常に小さくすることができる。また、スピンバルブ型のＭＲ素子は、小さくても、磁界に対して高い感度を有する。そのため、本実施の形態によれば、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０を、前述の条件を満たすように、十分に近づけることが可能である。
【００３５】
磁気センサシステムは、更に、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２を用いた演算によって、磁気センサ２の異常の有無を示す異常判別信号を生成する演算部３０を備えている。演算部３０については、後で詳しく説明する。
【００３６】
次に、図４を参照して、第１および第２の検出回路１０，２０の構成について詳しく説明する。図４は、第１および第２の検出回路１０，２０を示す平面図である。第１の検出回路１０は、直列に接続されたＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２と、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、出力ポートＥ１とを有している。ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２の各々は、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含んでいる。ＭＲ素子列Ｒ１１の一端は、電源ポートＶ１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１２の他端は、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。出力ポートＥ１は、第１の検出信号Ｓ１を出力する。
【００３７】
第２の検出回路２０の回路構成は、第１の検出回路１０と同様である。すなわち、第２の検出回路２０は、直列に接続されたＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２２と、電源ポートＶ２と、グランドポートＧ２と、出力ポートＥ２とを有している。ＭＲ素子列Ｒ２１，Ｒ２２の各々は、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含んでいる。ＭＲ素子列Ｒ２１の一端は、電源ポートＶ２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ２１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ２２の一端と出力ポートＥ２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ２２の他端は、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。出力ポートＥ２は、第２の検出信号Ｓ２を出力する。
【００３８】
図４に示したように、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２は、Ｚ方向に並ぶように配置されている。なお、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の配置は、図４に示した例に限られない。
【００３９】
本実施の形態では、ＭＲ素子５０は、磁化固定層、自由層および非磁性層を有するスピンバルブ型のＭＲ素子である。ＭＲ素子５０は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。ＭＲ素子５０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層はトンネルバリア層である。ＭＲ素子５０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層は非磁性導電層である。ＭＲ素子５０では、自由層に印加される磁界に応じて、自由層の磁化が変化する。より詳しく説明すると、自由層に印加される磁界の方向および大きさに応じて、自由層の磁化の方向および大きさが変化する。そして、ＭＲ素子５０の抵抗値は、自由層の磁化の方向および大きさによって変化する。例えば、自由層の磁化の大きさが一定の場合には、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向と同じであるときに、ＭＲ素子の抵抗値は最小値となり、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向とは反対方向であるときに、ＭＲ素子５０の抵抗値は最大値となる。図４において、ＭＲ素子５０内に描かれた矢印は、ＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を表している。
【００４０】
第１の検出回路１０では、ＭＲ素子列Ｒ１１に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、ＭＲ素子列Ｒ１２に含まれる複数のＭＲ素子５０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、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第１の磁界ＭＦ１の成分の強度に応じて、出力ポートＥ１の電位が変化する。従って、第１の検出回路１０は、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第１の磁界ＭＦ１の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の検出信号Ｓ１を出力する。
【００４１】
第２の検出回路２０では、ＭＲ素子列Ｒ２１に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向であり、ＭＲ素子列Ｒ２２に含まれる複数のＭＲ素子５０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、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第２の磁界ＭＦ２の成分の強度に応じて、出力ポートＥ２の電位が変化する。従って、第２の検出回路２０は、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第２の磁界ＭＦ２の成分の強度を検出して、その強度を表す第２の検出信号Ｓ２を出力する。
【００４２】
ＭＲ素子列Ｒ１１とＭＲ素子列Ｒ２１では、それらに含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向が互いに反対方向である。また、ＭＲ素子列Ｒ１２とＭＲ素子列Ｒ２２では、それらに含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向が互いに反対方向である。そのため、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°になる。
【００４３】
なお、検出回路１０，２０内の複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子５０の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。
【００４４】
ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々は、更に、複数のＭＲ素子５０を電気的に接続する図示しない複数の下部電極および複数の上部電極を含んでいる。ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々において、複数の下部電極は、全体としてミアンダ形状となるように、図示しない基板上に、互いに間隔を開けて配列されている。個々の下部電極は一方向に長い形状を有している。下部電極の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子５０が配置されている。複数の上部電極は、複数のＭＲ素子５０の上に配置されている。個々の上部電極は一方向に長い形状を有し、下部電極の長手方向に隣接する２つの下部電極上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子５０を電気的に接続する。このような構成により、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々において、複数のＭＲ素子５０は、複数の下部電極と複数の上部電極とによって直列に接続されている。
【００４５】
次に、図５を参照して、ＭＲ素子５０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ＭＲ素子５０を示している。図５に示したＭＲ素子５０は、下部電極側から順に積層された下地層５１、反強磁性層５２、磁化固定層５３、非磁性層５４、自由層５５および保護層５６を有している。下地層５１と保護層５６は、導電性を有している。下地層５１は、図示しない基板の結晶軸の影響を排除し、下地層５１の上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるために用いられる。下地層５１の材料としては、例えばＴａやＲｕが用いられる。反強磁性層５２は、磁化固定層５３との交換結合により、磁化固定層５３における磁化の方向を固定する層である。反強磁性層５２は、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等の反強磁性材料によって形成されている。
【００４６】
磁化固定層５３では、反強磁性層５２との界面における交換結合により、磁化の方向が固定されている。図５に示した例では、磁化固定層５３は、反強磁性層５２の上に順に積層されたアウター層５３１、非磁性中間層５３２およびインナー層５３３を有し、いわゆるシンセティック固定層になっている。アウター層５３１とインナー層５３３は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。アウター層５３１は、反強磁性層５２との交換結合により、磁化の方向が固定されている。アウター層５３１とインナー層５３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。非磁性中間層５３２は、アウター層５３１とインナー層５３３の間に反強磁性交換結合を生じさせ、アウター層５３１の磁化の方向とインナー層５３３の磁化の方向を互いに逆方向に固定する。非磁性中間層５３２は、例えばＲｕ等の非磁性材料によって形成されている。磁化固定層５３がアウター層５３１、非磁性中間層５３２およびインナー層５３３を有する場合には、磁化固定層５３の磁化の方向とは、インナー層５３３の磁化の方向を指す。
【００４７】
ＭＲ素子５０がＴＭＲ素子である場合には、非磁性層５４はトンネルバリア層である。トンネルバリア層は、例えば、マグネシウム層の一部または全体を酸化させて形成したものであってもよい。ＭＲ素子５０がＧＭＲ素子である場合には、非磁性層５４は非磁性導電層である。自由層５５は、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ等の軟磁性材料によって形成されている。保護層５６は、その下の各層を保護するための層である。保護層５６の材料としては、Ｔａ、Ｒｕ、Ｗ、Ｔｉ等が用いられる。
【００４８】
下地層５１は下部電極に接続され、保護層５６は上部電極に接続されている。ＭＲ素子５０には、これら下部電極および上部電極によって、電流が供給されるようになっている。この電流は、ＭＲ素子５０を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５０を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。
【００４９】
次に、図６および図７を参照して、本実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成と、演算部３０について説明する。図６は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の第１の例を示す回路図である。図７は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の第２の例を示す回路図である。
【００５０】
図６に示した第１の例では、演算部３０は、２つの演算回路３１，３２と、ウインドウコンパレータ（以下、単にコンパレータと記す。）３３と、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）３４と、データ処理回路３５とを有している。演算回路３１は、２つの入力端と出力端とを有している。演算回路３１の２つの入力端は、それぞれ、第１の検出回路１０の出力ポートＥ１と第２の検出回路２０の出力ポートＥ２に接続されている。演算回路３１は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いた演算によって、磁気センサ２の異常の有無を示す異常判別信号Ｓａを生成する。異常判別信号Ｓａを生成するための演算は、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の和を求めることを含んでいてもよい。
【００５１】
演算回路３２は、２つの入力端と出力端とを有している。演算回路３２の２つの入力端は、それぞれ、第１の検出回路１０の出力ポートＥ１と第２の検出回路２０の出力ポートＥ２に接続されている。演算回路３２は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いた演算によって、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係と対応関係を有する第３の検出信号Ｓｂを生成する。
【００５２】
コンパレータ３３は、入力端と出力端とを有している。コンパレータ３３の入力端は、演算回路３１の出力端に接続されている。コンパレータ３３は、異常判別信号Ｓａが所定の範囲内に入っているか否かを示す信号を出力する。異常判別信号Ｓａが所定の範囲内に入っている場合には、磁気センサ２は正常であると判断され、異常判別信号Ｓａが所定の範囲内に入っていない場合には、磁気センサ２に異常があると判断される。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換器３４は、入力端と出力端とを有している。Ａ／Ｄ変換器３４の入力端は、演算回路３２の出力端に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３４は、第３の検出信号Ｓｂをデジタル信号に変換して出力する。
【００５４】
データ処理回路３５は、２つの入力端を有している。データ処理回路３５の２つの入力端は、それぞれ、コンパレータ３３の出力端とＡ／Ｄ変換器３４の出力端に接続されている。データ処理回路３５は、コンパレータ３３の出力信号に基づいて、磁気センサ２の異常を通知したり、第３の検出信号Ｓｂを用いた演算によって、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係の変化量や変化速度、すなわち回転体である磁石５の回転位置や回転速度を算出する処理を行ったりするための回路である。データ処理回路３５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。
【００５５】
図７に示した第２の例では、演算部３０は、コンパレータ３３の代わりに、Ａ／Ｄ変換器３６を有している。Ａ／Ｄ変換器３６は、入力端と出力端とを有している。Ａ／Ｄ変換器３６の入力端は、演算回路３１の出力端に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３６の出力端は、データ処理回路３５の２つの入力端のうちの一方に接続されている。Ａ／Ｄ変換器３６は、異常判別信号Ｓａをデジタル信号に変換して出力する。データ処理回路３５は、デジタル信号に変換された異常判別信号Ｓａを用いて、磁気センサ２に異常があるか否かを判別する。
【００５６】
次に、図８を参照して、第１ないし第３の検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓｂについて説明する。図８は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を示す波形図である。図８において、横軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の電気角を示し、縦軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の電位を示している。
【００５７】
前述のように、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°になる。なお、本発明では、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°に限られない。後で、他の実施の形態で説明するように、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は、１７５．５°〜１８４．５°の範囲内または−４．５°〜４．５°の範囲内であってもよい。
【００５８】
演算回路３２は、例えば、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の差（Ｓ１−Ｓ２）に所定の大きさのオフセット電圧を加えた値を、第３の検出信号Ｓｂとして生成する。上記オフセット電圧は、第３の検出信号Ｓｂの中心レベルを、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の中心レベルと等しくするためのものである。図８に示した例では、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の中心レベルは、いずれも２５００ｍＶである。この場合、上記オフセット電圧は、２５００ｍＶになる。
【００５９】
本実施の形態では、上記のように第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の差を求めることを含む演算によって第３の検出信号Ｓｂを生成する。これにより、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２に同じ位相のノイズが重畳した場合に、ノイズが低減された第３の検出信号Ｓｂを生成することができる。
【００６０】
次に、図９および図１０を参照して、異常判別信号Ｓａと、本実施の形態に係る磁気センサシステムの効果について説明する。図９は、正常時の異常判別信号Ｓａを示す波形図である。図１０は、異常時の異常判別信号Ｓａの一例を示す波形図である。図９および図１０において、横軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の電気角を示し、縦軸は異常判別信号Ｓａの電位を示している。
【００６１】
演算回路３１は、例えば、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）を２で割った値を、異常判別信号Ｓａとして生成する。異常判別信号Ｓａの中心レベルは、第１ないし第３の検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓｂの中心レベルと等しい。
【００６２】
磁気センサ２に異常がない場合、すなわち正常時には、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°であることから、異常判別信号Ｓａは一定値になる。図９に示した例では、異常判別信号Ｓａの値は、２５００ｍＶになっている。
【００６３】
一方、第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合には、第１の検出信号Ｓ１または第２の検出信号Ｓ２が正常時とは異なるようになる。その結果、異常判別信号Ｓａの値は一定値ではなくなる。第１または第２の検出回路１０，２０における異常の原因としては、主に、ＭＲ素子５０がＴＭＲ素子である場合におけるＭＲ素子５０のショートと、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２のいずれかの内部での断線とがある。ＭＲ素子５０のショートとは、具体的には、ＴＭＲ素子における磁化固定層５３と自由層５５との間のショートである。いずれの原因の場合でも、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２のいずれかの抵抗値が正常時とは異なるようになり、その結果、第１の検出信号Ｓ１または第２の検出信号Ｓ２が正常時とは異なるようになる。以下、ＭＲ素子５０のショートによって第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合を例にとって、異常時の異常判別信号Ｓａについて具体的に説明する。
【００６４】
図１０は、図４に示したＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々が２０個のＭＲ素子５０を含み、ＭＲ素子列Ｒ２１のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって第２の検出回路２０に異常が発生した場合の例を示している。この場合には、図１０に示したように、異常判別信号Ｓａの値は、第１の検出信号Ｓ１と同じ位相で周期的に変化すると共に、異常判別信号Ｓａの中心レベルは、図９に示した正常時よりも大きくなる。ＭＲ素子列Ｒ２１のうちの２個以上のＭＲ素子５０がショートした場合には、異常判別信号Ｓａの振幅が図１０に示した例よりも大きくなる。
【００６５】
ＭＲ素子列Ｒ１１のうちの１個以上のＭＲ素子５０がショートすることによって第１の検出回路１０に異常が発生した場合には、異常判別信号Ｓａの値は、第２の検出信号Ｓ２と同じ位相で周期的に変化すると共に、異常判別信号Ｓａの中心レベルは、図９に示した正常時よりも大きくなる。
【００６６】
ＭＲ素子列Ｒ１２のうちの１個以上のＭＲ素子５０がショートすることによって第１の検出回路１０に異常が発生した場合には、異常判別信号Ｓａの値は、第２の検出信号Ｓ２と同じ位相で周期的に変化すると共に、異常判別信号Ｓａの中心レベルは、図９に示した正常時よりも小さくなる。
【００６７】
ＭＲ素子列Ｒ２２のうちの１個以上のＭＲ素子５０がショートすることによって第２の検出回路２０に異常が発生した場合には、異常判別信号Ｓａの値は、第１の検出信号Ｓ１と同じ位相で周期的に変化すると共に、異常判別信号Ｓａの中心レベルは、図９に示した正常時よりも小さくなる。
【００６８】
本実施の形態によれば、上述の異常判別信号Ｓａの特性によって、第１または第２の検出回路１０，２０の異常の有無を判別して、磁気センサ２の異常を判別することが可能になる。具体的には、例えば、第１および第２の検出回路１０，２０に異常がないと判断できる異常判別信号Ｓａの値の上限と下限を設定し、異常判別信号Ｓａの値がこの上限と下限で規定される範囲内に入っているか否かを監視することによって、磁気センサ２の異常の有無を判別することができる。このような判別は、図６に示した第１の例ではコンパレータ３３によって行われ、図７に示した第２の例ではデータ処理回路３５によって行われる。
【００６９】
次に、比較例の磁気センサシステムと比較しながら、本実施の形態の効果について更に詳しく説明する。始めに、図１１および図１２を参照して、比較例の磁気センサシステムの構成について説明する。図１１は、比較例の磁気センサシステムにおけるスケールと第１および第２の検出部を示す側面図である。図１２は、比較例の磁気センサシステムにおける第１および第２の検出部を示す回路図である。図１１および図１２は、比較例の磁気センサシステムにおいて、本実施の形態と同じスケール１すなわち磁石５を用いた場合の例を示している。
【００７０】
比較例の磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサ２の代わりに、磁気センサ１０２を備えている。磁気センサ１０２は、磁石５の外周面に対向する位置に配置されている。また、磁気センサ１０２は、第１の位置Ｐ１０１に配置された第１の検出部１１０と、第２の位置Ｐ１０２に配置された第２の検出部１２０を有している。比較例の磁気センサシステムでは、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２は異なっている。図１１に示した例では、Ｘ方向についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２は異なり、Ｚ方向についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２は同じである。なお、図示しないが、Ｙ方向についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２は同じである。第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２との差である位置差ｄａは、磁石５の１ピッチを表す角度αの１／２、すなわち磁石５の１／２ピッチと等しい。
【００７１】
第１の検出部１１０には第１の磁界ＭＦ１０１が印加され、第２の検出部１２０には第２の磁界ＭＦ１０２が印加される。図１２において、符号ＭＦ１０１，ＭＦ１０２を付した白抜きの２つの矢印は、それぞれ、図１１に示した状態における磁界ＭＦ１０１，ＭＦ１０２の方向を表している。図１２に示したように、第１の磁界ＭＦ１０１の方向と第２の磁界ＭＦ１０２の方向は、互いに反対方向になる。
【００７２】
第１の検出部１１０と第２の検出部１２０の各々は、複数のＭＲ素子５０を含んでいる。ＭＲ素子５０の構成は、本実施の形態に係る磁気センサシステムおけるＭＲ素子５０と同じである。第１の検出部１１０は、そのＭＲ素子５０を構成する各層の面が、第１の位置Ｐ１０１と中心軸Ｃ（図１および図２参照）とを結ぶ直線に対して垂直になるように配置されている。同様に、第２の検出部１２０は、そのＭＲ素子５０を構成する各層の面が、第２の位置Ｐ１０２と中心軸Ｃとを結ぶ直線に対して垂直になるように配置されている。
【００７３】
第１の検出部１１０は、ＭＲ素子列Ｒ１１１，Ｒ１１２と、電源ポートＶ１０１と、グランドポートＧ１０１と、出力ポートＥ１０１とを有している。第２の検出部１２０は、ＭＲ素子列Ｒ１２１，Ｒ１２２と、電源ポートＶ１０２と、グランドポートＧ１０２と、出力ポートＥ１０２とを有している。ＭＲ素子列Ｒ１１１の一端は、電源ポートＶ１０１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１１１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ１２２の一端と出力ポートＥ１０１に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１２２の他端は、グランドポートＧ１０２に接続されている。電源ポートＶ１０１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Ｇ１０２はグランドに接続される。
【００７４】
ＭＲ素子列Ｒ１２１の一端は、電源ポートＶ１０２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１２１の他端は、ＭＲ素子列Ｒ１１２の一端と出力ポートＥ１０２に接続されている。ＭＲ素子列Ｒ１１２の他端は、グランドポートＧ１０１に接続されている。電源ポートＶ１０２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Ｇ１０１はグランドに接続される。
【００７５】
ＭＲ素子列Ｒ１１１，Ｒ１１２，Ｒ１２１，Ｒ１２２の各々は、直列に接続された複数のＭＲ素子５０を含んでいる。図１２において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子５０における磁化固定層５３の磁化の方向を表している。図１２に示したように、全てのＭＲ素子列Ｒ１１１，Ｒ１１２，Ｒ１２１，Ｒ１２２に含まれるＭＲ素子５０における磁化固定層５３の磁化の方向はＸ方向である。
【００７６】
出力ポートＥ１０１は第１の検出信号Ｓ１０１を出力し、出力ポートＥ１０２は第２の検出信号Ｓ１０２を出力する。図１１に示したスケール１と検出部１１０，１２０の配置では、第１の検出信号Ｓ１０１に対する第２の検出信号Ｓ１０２の位相差は１８０°になる。
【００７７】
比較例の磁気センサシステムは、本実施の形態に係る磁気センサシステムと同じ演算部３０を備えている。この演算部３０は、第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２を用いた演算によって、第３の検出信号を生成する。具体的には、演算部３０は、第１の検出信号Ｓ１０１と第２の検出信号Ｓ１０２の差（Ｓ１０１−Ｓ１０２）に所定の大きさのオフセット電圧を加えた値を、第３の検出信号として生成する。この第３の検出信号は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの第３の検出信号Ｓｂに対応する。
【００７８】
次に、図１３を参照して、比較例の磁気センサシステムにおける異常判別信号について説明する。図１３は、比較例の磁気センサシステムにおける正常時と異常時の異常判別信号を示す波形図である。図１３において、横軸は第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２の電気角を示し、縦軸は異常判別信号の電位を示している。また、図１３において、Ｓａ１は正常時の異常判別信号を示し、Ｓａ２は異常時の異常判別信号を示している。また、ＶＨ，ＶＬは、第１および第２の検出部１１０，１２０に異常がないと判断できる異常判別信号の値の上限と下限を示している。図１３には、図１２に示したＭＲ素子列Ｒ１１１，Ｒ１１２，Ｒ１２１，Ｒ１２２の各々が２０個のＭＲ素子５０を含み、ＭＲ素子列Ｒ１１２またはＲ１２２のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって磁気センサ１０２に異常が発生した場合の例を示している。
【００７９】
比較例の磁気センサシステムでは、演算部３０は、第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２を用いた演算によって、異常判別信号を生成する。具体的には、演算部３０は、第１の検出信号Ｓ１０１と第２の検出信号Ｓ１０２の和（Ｓ１０１＋Ｓ１０２）を２で割った値を、異常判別信号として生成する。本実施の形態に係る磁気センサシステムの異常判別信号Ｓａと同様に、磁気センサ１０２に異常がない場合には、第１の検出信号Ｓ１０１に対する第２の検出信号Ｓ１０２の位相差は１８０°であることから、異常判別信号Ｓａ１は、一定値になり、上限ＶＨと下限ＶＬで規定される範囲内に収まる。
【００８０】
磁気センサ１０２に異常が発生した場合には、異常判別信号Ｓａ２は、上限ＶＨと下限ＶＬで規定される範囲内に収まらなくなる。図１３に示した例では、異常判別信号Ｓａ２の値は、下限ＶＬよりも小さくなっている。なお、ＭＲ素子列Ｒ１１１またはＲ１２１のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって磁気センサ１０２に異常が発生した場合には、図１３に示した例とは逆に、異常判別信号Ｓａ２の値は、上限ＶＨよりも大きくなる。このように、異常判別信号の値が、上限ＶＨと下限ＶＬで規定される範囲内に入っているか否かを監視することによって、磁気センサ１０２の異常の有無を判別することができる。
【００８１】
次に、比較例の磁気センサシステムにおいて、第１および第２の検出部１１０，１２０の構成を変えずに、スケールを変えたことによって１ピッチの大きさが変わった場合の問題点について説明する。ここでは、スケール１をスケール１０１に変えたものとする。図１４は、スケール１０１と第１および第２の検出部１１０，１２０を示す側面図である。スケール１０１は、磁石５と同様に、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有する多極着磁磁石１０５である。磁石１０５の１ピッチを表す角度は、磁石５における角度αよりも小さいβである。
【００８２】
第１および第２の検出部１１０，１２０は、図１１と同じ位置に配置されている。そのため、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１０１と第２の位置Ｐ１０２との差である位置差ｄａは、磁石１０５の１ピッチβの１／２よりも大きくなる。図１１では、位置差ｄａは、第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２の電気角の１８０°に相当する角度である。図１４では、位置差ｄａは、第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２の電気角の１８８°に相当する角度である。
【００８３】
次に、図１５を参照して、比較例の磁気センサシステムにおいてスケール１０１を用いた場合の異常判別信号について説明する。図１５は、比較例の磁気センサシステムにおいてスケール１０１を用いた場合における正常時と異常時の異常判別信号を示す波形図である。図１５において、横軸は第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２の電気角を示し、縦軸は異常判別信号の電位を示している。また、図１５において、Ｓａ３はスケール１０１を用いた場合における正常時の異常判別信号の波形を示し、Ｓａ４はスケール１０１を用いた場合における異常時の異常判別信号の波形を示している。また、図１５には、図１３に示した上限ＶＨおよび下限ＶＬも示している。
【００８４】
図１５に示したように、スケール１０１を用いた場合には、正常時の異常判別信号Ｓａ３は一定値ではなくなる。図１５に示した例では、正常時の異常判別信号Ｓａ３の値は、上限ＶＨと下限ＶＬで規定される範囲内に収まらず、正常時の異常判別信号Ｓａ３の最小値が、異常時の異常判別信号Ｓａ４の最大値よりも小さくなっている。この場合には、正常時の異常判別信号Ｓａ３の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ４の範囲が重複するため、異常判別信号を用いて、磁気センサ１０２の異常の有無を判別することができない。
【００８５】
以上説明したように、比較例の磁気センサシステムでは、特定のスケール１（磁石５）における１／２ピッチだけ離れた位置に第１および第２の検出部１１０，１２０を配置して磁気センサ２を構成しても、スケール１を、１ピッチの大きさがスケール１とは異なるスケール１０１（磁石１０５）に変えると、位置差ｄａは、スケール１０１の１／２ピッチに一致しなくなる。その結果、磁気センサ１０２に異常がない場合においても、異常判別信号は一定値ではなくなり、正常時と異常時の異常判別信号の範囲が重複して、磁気センサ１０２の異常の有無を判別することができなくなるという問題が生じる。なお、比較例の磁気センサシステムでは、スケールを変えたことによって１ピッチの大きさが大きくなった場合にも同様の問題が生じることは明らかである。
【００８６】
これに対し、本実施の形態では、第１の方向Ｄ１について、第１の検出回路１０が配置される第１の位置Ｐ１と、第２の検出回路２０が配置される第２の位置Ｐ２は同じである。そのため、スケール１を、１ピッチの大きさがスケール１とは異なる他のスケールに変えても、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は変わらず、正常時の異常判別信号Ｓａは一定値になる。このように、本実施の形態によれば、１ピッチの大きさに関わらずに、異常判別信号Ｓａによって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能になる。
【００８７】
なお、後で他の実施の形態で説明するように、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が異なる場合であっても、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の差である位置差が、１ピッチの１．２５％以下である場合には、異常判別信号Ｓａによって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能である。
【００８８】
［第２の実施の形態］
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１６は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図１７は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの動作を示す説明図である。
【００８９】
本実施の形態に係る磁気センサシステムの構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサシステムでは、スケール１は、第１の実施の形態と同様に所定の中心軸Ｃを中心として回転する回転体であるが、本実施の形態における回転体は、磁性材料によって構成された複数の歯６ａを有する歯車６である。磁気センサ２は、歯車６の外周面に対向する位置に配置されている。
【００９０】
本実施の形態に係る磁気センサシステムは、磁気センサ２に対する位置関係が一定である磁石７を備えている。図１６に示した例では、磁石７は、歯車６との間で磁気センサ２を挟む位置に配置されている。また、磁石７のＮ極が、歯車６に向いている。図１７において、符号ＭＦ７を付した矢印は、磁石７より発生される磁束を表している。
【００９１】
磁気センサ２の第１の検出回路１０は、第１の位置Ｐ１に配置され、第１の検出回路１０に印加される第１の磁界ＭＦ１を検出する。磁気センサ２の第２の検出回路２０は、第２の位置Ｐ２に配置され、第２の検出回路２０に印加される第２の磁界ＭＦ２を検出する。本実施の形態では、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２は、磁石７によって発生され、且つ第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、歯車６の回転に伴って変化する。図１７において、符号ＭＦ１，ＭＦ２を付した白抜きの矢印は、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の磁界の方向を表している。第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、第１および第２の検出回路１０，２０を通過する際の磁束ＭＦ７の方向に対応している。
【００９２】
第１の実施の形態で説明したように、１ピッチとは、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときのスケール１と磁気センサ２の相対的位置関係の変化量である。本実施の形態では、１ピッチは、回転体である歯車６の回転方向における角度で表される。具体的には、１ピッチは、歯車６における隣接する２つの歯６ａの中心と中心軸Ｃとを結ぶ２つの直線がなす角度である。図１６では、上記２つの直線を破線の直線で表し、上記２つの直線がなす角度を記号γで表している。図１６に示した例では、角度γは１５°である。この例では、歯車６が１回転すると、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向は、それぞれ２４周期変化する。また、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２における１周期すなわち電気角の３６０°は、歯車６の１／２４回転すなわち歯車６の回転角の１５°に相当する。
【００９３】
第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。第１の実施の形態で説明したように、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との差である位置差は、１ピッチの１．２５％以下である必要がある。図１６に示した例では、１ピッチすなわち角度γが１５°であることから、位置差は、０．１８７５°以下である必要がある。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が同じであることから、位置差は０°であり、上記の条件を満たしている。なお、図１６に示した例では、中心軸Ｃに平行な方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は異なっている。
【００９４】
図１７における（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、スケール１と磁気センサ２の４つ相対的位置関係を示している。（ａ）は、歯車６の任意の１つの歯６ａの中心が磁石７に最も近い位置にある状態を示している。（ｂ）は、（ａ）に示した状態から歯車６が反時計回り方向に３°だけ回転した状態を示している。（ｃ）は、（ｂ）に示した状態から歯車６が反時計回り方向に４．５°だけ回転した状態、すなわち（ａ）に示した状態から歯車６が反時計回り方向に１／２ピッチ（７．５°）だけ回転した状態を示している。（ｄ）は、（ｃ）に示した状態から歯車６が反時計回り方向に４．５°だけ回転した状態を示している。
【００９５】
第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、歯車６の回転に伴って以下のように変化する。ここでは、歯車６における隣接する２つの歯６ａ１，６ａ２に着目する。図１７において、（ａ）、（ｂ）に示した状態では、歯６ａ１と磁石７との距離は、歯６ａ２と磁石７との距離よりも小さく、（ｃ）に示した状態では、歯６ａ１と磁石７との距離と歯６ａ２と磁石７との距離は等しく、（ｄ）に示した状態では、歯６ａ２と磁石７との距離は、歯６ａ１と磁石７との距離よりも小さい。
【００９６】
まず、（ａ）に示した状態では、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２から歯６ａ１に向く方向、すなわち図１７における下方向に向く。次に、歯車６が回転して、（ｂ）に示した状態になると、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２から歯６ａ１に向く方向、すなわち図１７における左下方向に向く。次に、歯車６が回転して、（ｃ）に示した状態になると、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２から歯６ａ１と歯６ａ２との間に向く方向、すなわち図１７における下方向に向く。次に、歯車６が回転して、（ｄ）に示した状態になると、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２から歯６ａ２に向く方向、すなわち図１７における右下方向に向く。
【００９７】
このように、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、歯車６の回転に伴って、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２から、磁石７との距離が最も小さい歯６ａに向くように変化する。図１７に示した例では、第１および第２の磁界ＭＦ１，ＭＦ２の方向は、下方向、左下方向、下方向、右下方向の順に、周期的に変化する。
【００９８】
第１の検出回路１０は、例えば、第１の磁界ＭＦ１の、図１７における左右方向の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の検出信号を出力する。第２の検出回路２０は、例えば、第２の磁界ＭＦ２の、図１７における左右方向の成分の強度を検出して、その強度を表す第２の検出信号を出力する。第１の検出信号に対する第２の検出信号の位相差は１８０°である。
【００９９】
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。
【０１００】
［第３の実施の形態］
次に、図１８を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１８は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成の一例を示す回路図である。本実施の形態では、第２の検出回路２０に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向が、第１の実施の形態とは逆になっている。すなわち、図１８に示したように、第２の検出回路２０では、ＭＲ素子列Ｒ２１に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、ＭＲ素子列Ｒ２２に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向である。本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は０°になる。
【０１０１】
図１８には、第１の実施の形態における図６に示した演算部３０と同様の構成の演算部３０を示している。ただし、本実施の形態では、演算部３０における演算の内容が第１の実施の形態とは異なっている。演算回路３１は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いた演算によって異常判別信号Ｓａを生成する。本実施の形態では、異常判別信号Ｓａを生成するための演算は、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の差を求めることを含んでいる。具体的には、演算回路３１は、例えば、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の差（Ｓ１−Ｓ２）に所定のオフセット電圧を加えた値を、異常判別信号Ｓａとして生成する。また、演算回路３２は、例えば、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）を２で割った値を、第３の検出信号Ｓｂとして生成する。
【０１０２】
なお、本実施の形態におけるスケール１としての回転体は、第１の実施の形態で説明した磁石５であってもよいし、第２の実施の形態で説明した歯車６であってもよい。また、本実施の形態における演算部３０の構成は、第１の実施の形態における図７に示した演算部３０と同様の構成であってもよい。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２の実施の形態と同様である。
【０１０３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。始めに、図１９および図２０を参照して、本実施の形態に係る磁気センサシステムの構成について説明する。図１９は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。図２０は、本実施の形態におけるスケールと第１および第２の検出回路を示す側面図である。
【０１０４】
本実施の形態に係る磁気センサシステムの構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。図１９および図２０に示したように、本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が異なっている。なお、図１９では、理解を容易にするために、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２を実際よりも離して描いている。図２０に示した例では、Ｘ方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は異なり、Ｚ方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。なお、図示しないが、Ｙ方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。
【０１０５】
第１の検出回路１０と第２の検出回路２０の各々は、第１の実施の形態で説明したＭＲ素子５０（図５参照）を含んでいる。第１および第２の検出回路１０，２０は、例えば、それらのＭＲ素子５０を構成する各層の面が、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２の中点と中心軸Ｃとを結ぶ直線に垂直になるように配置されている。
【０１０６】
図２０には、磁石５の１ピッチを表す角度αを示している。ここで、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との差である位置差を、符号ｄｐで表す。本実施の形態では、位置差ｄｐは、回転体である磁石５の回転方向における角度であって、第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２と中心軸Ｃとを結ぶ２つの直線がなす角度で定義される。この位置差ｄｐは、１ピッチの１．２５％以下である必要がある。例えば、第１の実施の形態と同様に、角度αが３０°の場合、位置差ｄｐは、０．３７５°以下である必要がある。
【０１０７】
多極着磁磁石５では、Ｎ極とＳ極が円周方向に交互に配列されるように着磁する必要があることから、磁石５の外周面において隣接する２つのＮ極の中心間の距離は、ある程度の大きさが必要になる。実用的には、隣接する２つのＮ極の中心間の距離としては、４ｍｍ以上を見込んでおけば十分である。隣接する２つのＮ極の中心間の距離を４ｍｍとすると、本実施の形態では、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の距離を５０μｍ以下にする必要がある。第１の実施の形態で説明したように、第１および第２の検出回路１０，２０の各々は、スピンバルブ型のＭＲ素子５０を含んでいる。スピンバルブ型のＭＲ素子５０は、異方性磁気抵抗効果素子に比べて、配置面積を非常に小さくすることができる。そのため、本実施の形態によれば、隣接する２つのＮ極の中心間の距離すなわち１ピッチの大きさが実用的な範囲内であれば、位置差ｄｐが１ピッチの１．２５％以下になるように、第１および第２の検出回路１０，２０を配置することが可能である。仮に、隣接する２つのＮ極の中心間の距離が４ｍｍよりも小さい場合であっても、第１の実施の形態のように、第１および第２の検出回路１０，２０をＺ方向にずらして配置することにより、位置差ｄｐが１ピッチの１．２５％以下になるように、第１および第２の検出回路１０，２０を配置することが可能である。
【０１０８】
次に、図２１を参照して、第１および第２の検出回路１０，２０の構成について説明する。図２１は、第１および第２の検出回路１０，２０を示す平面図である。本実施の形態では、第１および第２の検出回路１０，２０の配置が、第１の実施の形態と異なっている。図２１に示したように、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０は、Ｘ方向に並ぶように配置されている。第１の検出回路１０のＭＲ素子列Ｒ１１とＭＲ素子列Ｒ１２は、Ｚ方向に並ぶように配置されている。また、第２の検出回路２０のＭＲ素子列Ｒ２１とＭＲ素子列Ｒ２２は、Ｚ方向に並ぶように配置されている。
【０１０９】
第１の検出回路１０は、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第１の磁界ＭＦ１の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の検出信号Ｓ１を出力する。第２の検出回路２０は、Ｘ方向および−Ｘ方向に平行な方向についての第２の磁界ＭＦ２の成分の強度を検出して、その強度を表す第２の検出信号Ｓ２を出力する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が異なっていることから、第１の磁界ＭＦ１の方向と第２の磁界ＭＦ２の方向も異なっており、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は、１８０°にはならない。
【０１１０】
次に、本実施の形態における異常判別信号Ｓａについて説明する。本実施の形態における異常判別信号Ｓａの生成方法は、第１の実施の形態と同じである。すなわち、本実施の形態では、例えば、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）を２で割った値を、異常判別信号Ｓａとして生成する。本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差が１８０°にはならないことから、第１および第２の検出回路１０，２０に異常がない場合であっても、異常判別信号Ｓａは一定値にはならない。ただし、位置差ｄｐが１ピッチの１．２５％以下であり、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差が１７５．５°〜１８４．５°の範囲内である場合には、異常判別信号Ｓａを用いて、第１または第２の検出回路１０，２０の異常の有無を判別することができる。以下、これについて詳しく説明する。
【０１１１】
始めに、図２２を参照して、位置差ｄｐと、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差との関係について説明する。図２２は、位置差ｄｐと、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差との関係を示す特性図である。図２２において、横軸は位置差ｄｐを角度αで割った値ｄｐ／αを示し、縦軸は第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差を示している。なお、図２２では、ｄｐ／αを百分率で示している。図２２は、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に向かう方向に磁石５が回転している場合の例を示している。
【０１１２】
図２２から分かるように、上記の例では、角度αが一定である場合、位置差ｄｐが０より大きければ、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°よりも大きく、且つ位置差ｄｐが大きくなるに従って上記位相差と１８０゜との差が大きくなる。なお、第２の位置Ｐ２から第１の位置Ｐ１に向かう方向に磁石５が回転している場合には、位置差ｄｐが０より大きければ、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差は１８０°よりも小さく、且つ位置差ｄｐが大きくなるに従って上記位相差と１８０゜との差が大きくなる。
【０１１３】
次に、図２３を参照して、異常判別信号の一例について説明する。図２３は、正常時と異常時の異常判別信号の一例を示す波形図である。図２３において、横軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の電気角を示し、縦軸は異常判別信号の電位を示している。また、図２３において、Ｓａ５は正常時の異常判別信号を示し、Ｓａ６は異常時の異常判別信号を示し、Ｖａは異常判別信号Ｓａ５の最小値を示し、Ｖｂは異常判別信号Ｓａ６の最大値を示している。なお、図２３に示した異常時の異常判別信号Ｓａ６は、図２１に示したＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々が２０個のＭＲ素子５０を含み、ＭＲ素子列Ｒ１２またはＲ２２のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合の例を示している。
【０１１４】
図２３に示した例では、異常時の異常判別信号Ｓａ６の値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の値よりも小さい。また、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最小値Ｖａは、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最大値Ｖｂよりも小さく、正常時の異常判別信号Ｓａ５の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ６の範囲は重複しない。なお、図示しないが、ＭＲ素子列Ｒ１１またはＲ２１のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合には、図２３に示した例とは逆に、異常時の異常判別信号Ｓａ６の値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の値よりも大きくなる。この場合、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最小値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最大値よりも大きく、正常時の異常判別信号Ｓａ５の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ６の範囲は重複しない。
【０１１５】
このように、正常時の異常判別信号Ｓａ５の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ６の範囲が重複しない場合には、第１の実施の形態と同様に、異常判別信号によって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能である。
【０１１６】
次に、図２２および図２４を参照して、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差の範囲と、位置差ｄｐの範囲について説明する。図２４は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最小値Ｖａと異常時の異常判別信号Ｓａ６の最大値Ｖｂとの関係を示している。図２４において、横軸は第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差と１８０°との差（以下、位相ずれ量と言う。）を示し、縦軸は最小値Ｖａおよび最大値Ｖｂを示している。なお、図２４における最大値Ｖｂを求めた際の条件は、位相ずれ量を除いて、図２３に示した例と同じである。
【０１１７】
図２４に示したように、位相ずれ量が大きくなるに従って、最小値Ｖａは小さくなり、最大値Ｖｂは大きくなる。最小値Ｖａが最大値Ｖｂ以下なると、異常判別信号によって磁気センサ２の異常の有無を判別することができなくなる。従って、位相ずれ量は、最小値Ｖａが最大値Ｖｂよりも大きくなるような値であることが必要である。図２４に示した例では、位相ずれ量は、４．５°以下である必要がある。
【０１１８】
なお、前述のように、ＭＲ素子列Ｒ１１またはＲ２１のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合には、異常時の異常判別信号Ｓａ６の値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の値よりも大きくなる。この場合には、位相ずれ量が大きくなるに従って、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最大値は大きくなり、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最小値は小さくなる。この場合でも、位相ずれ量が４．５°以下であれば、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最大値は、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最小値よりも小さくなり、異常判別信号によって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能である。
【０１１９】
４．５°の位相ずれ量は、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差の１７５．５°または１８４．５°に相当する。図２２において破線で示したように、１８４．５°の位相差は、ｄｐ／αの１．２５％に相当する。従って、位相差が１７５．５°〜１８４．５°の範囲内となるように、位置差ｄｐは、角度αすなわち１ピッチの１．２５％以下である必要がある。このように位置差ｄｐを規定することにより、異常判別信号によって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能になる。
【０１２０】
なお、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２のいずれかの内部での断線が原因で、第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合には、１個のＭＲ素子５０がショートした場合に比べて、正常時の異常判別信号Ｓａ５の中心レベルと異常時の異常判別信号Ｓａ６の中心レベルとの差が大きくなる。すなわち、正常時の異常判別信号Ｓａ５と異常時の異常判別信号Ｓａ６の領域が重複しにくくなる。また、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々を構成するＭＲ素子５０の数が少なくなるほど、また、ショートしたＭＲ素子５０の数が多くなるほど、正常時の異常判別信号Ｓａ５の中心レベルと異常時の異常判別信号Ｓａ６の中心レベルとの差が大きくなる。すなわち、正常時の異常判別信号Ｓａ５と異常時の異常判別信号Ｓａ６の領域が重複しにくくなる。ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々を構成するＭＲ素子５０の数としては、通常、２０個程度までを考えれば十分である。そのため、ＭＲ素子列Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２の各々を構成するＭＲ素子５０の数が２０個、ショートしたＭＲ素子５０の数が１個という条件で求めた４．５°以下という位相ずれ量は、許容できる位相ずれ量としては適当な値である。
【０１２１】
なお、本実施の形態において、第２の検出回路２０に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を第３の実施の形態と同じにして、第３の実施の形態と同様の演算によって異常判別信号Ｓａと第３の検出信号Ｓｂを生成してもよい。この場合には、位置差ｄｐと、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差との関係は、図２２に示した縦軸の各値が１８０°だけ小さい値になる点を除いて、図２２に示した関係と同じになる。また、最小値Ｖａと最大値Ｖｂとの関係は、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差が図２４における位相ずれ量になる点を除いて、図２４に示した関係と同じになる。従って、この場合には、異常判別信号によって磁気センサ２の異常の有無を判別することが可能になる条件は、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の位相差が−４．５°〜４．５°の範囲内となることである。
【０１２２】
また、本実施の形態におけるスケール１としての回転体は、第２の実施の形態で説明した歯車６であってもよい。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ないし第３のいずれかの実施の形態と同様である。
【０１２３】
［第５の実施の形態］
次に、図２５を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。図２５は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気センサシステムは、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサシステムでは、スケール１は、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有するリニアスケール８である。図２５に示した例では、リニアスケール８は、Ｎ極とＳ極とが並ぶ方向に平行な側面８ａを有している。磁気センサ２は、リニアスケール８の側面８ａに対向する位置に配置されている。
【０１２４】
リニアスケール８と磁気センサ２の一方は、図示しない動作体に連動して、直線的に移動する。これにより、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係が変化する。磁気センサシステムは、スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係に関連する物理量として、磁気センサ２に対するリニアスケール８の相対的な位置や速度を検出する。スケール１と磁気センサ２との相対的位置関係が変化する方向である第１の方向Ｄ１は、リニアスケール８のＮ極とＳ極が並ぶ方向である。
【０１２５】
磁気センサ２の第１の検出回路１０は、第１の位置Ｐ１に配置され、第１の検出回路１０に印加される第１の磁界を検出する。磁気センサ２の第２の検出回路２０は、第２の位置Ｐ２に配置され、第２の検出回路２０に印加される第２の磁界を検出する。第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。なお、図２５に示した例では、側面８ａに直交する方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じであり、図２５における上下方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は異なっている。
【０１２６】
本実施の形態では、第１および第２の磁界は、リニアスケール８によって発生され、且つ第１および第２の磁界の方向は、リニアスケール８の移動に伴って変化する。図示しないが、第１の磁界の方向は、側面８ａに垂直で第１の方向Ｄ１に平行な平面内において第１の位置Ｐ１を中心として回転する。また、第２の磁界の方向は、側面８ａに垂直で第１の方向Ｄ１に平行な平面内において第２の位置Ｐ２を中心として回転する。
【０１２７】
第１の実施の形態で説明したように、１ピッチとは、第１の磁界の方向と第２の磁界の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときのスケール１と磁気センサ２の相対的位置関係の変化量である。本実施の形態では、１ピッチは、リニアスケール８おける隣接する２つのＮ極の中心間の距離Ｌである。
【０１２８】
第１の検出回路１０と第２の検出回路２０の各々は、第１の実施の形態で説明したＭＲ素子５０（図５参照）を含んでいる。第１および第２の検出回路１０，２０は、それらのＭＲ素子５０を構成する各層の面が、リニアスケール８の側面８ａに対して平行になるように配置されている。
【０１２９】
本実施の形態における第１および第２の検出回路１０，２０の構成は、第１の実施の形態における図４に示した例と同じであってもよい。この場合、図４に示したＸ方向と本実施の形態における第１の方向Ｄ１が平行になり、図４に示したＹ方向とリニアスケール８の側面８ａに直交する方向が平行になるように、第１および第２の検出回路１０，２０を配置してもよい。また、本実施の形態に係る磁気センサシステムの回路構成は、第１の実施の形態における図６または図７に示した例と同じであってもよい。
【０１３０】
また、本実施の形態において、第２の検出回路２０に含まれる複数のＭＲ素子５０における磁化固定層の磁化の方向を第３の実施の形態の形態における図１８に示した例と同じにして、第３の実施の形態と同様の演算によって異常判別信号Ｓａと第３の検出信号Ｓｂを生成してもよい。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３の実施の形態と同様である。
【０１３１】
［第６の実施の形態］
次に、図２６を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。図２６は、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。以下、本実施の形態に係る磁気センサシステムが、第５の実施の形態と異なる点について説明する。図２６に示したように、本実施の形態では、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２が異なっている。なお、図２６に示した例では、リニアスケール８の側面８ａに直交する方向と、図２６における上下方向についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２は同じである。
【０１３２】
第４の実施の形態と同様に、第１の方向Ｄ１についての第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との差である位置差ｄｐは、１ピッチすなわち距離Ｌの１．２５％以下である。
【０１３３】
本実施の形態における第１および第２の検出回路１０，２０の構成は、第４の実施の形態における図２１に示した例と同じであってもよい。この場合、図２１に示したＸ方向と本実施の形態における第１の方向Ｄ１が平行になり、図２１に示したＹ方向とリニアスケール８の側面８ａに直交する方向が平行になるように、第１および第２の検出回路１０，２０を配置してもよい。
【０１３４】
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４または第５の実施の形態と同様である。
【０１３５】
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、請求の範囲の要件を満たす限り、第１および第２の検出回路１０，２０の配置は、各実施の形態に示した例に限らず任意である。例えば、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０は、積層されていてもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１…スケール、２…磁気センサ、５，７…磁石、６…歯車、８…リニアスケール、１０…第１の検出回路、２０…第２の検出回路、３０…演算部、３１，３２…演算回路、３３…コンパレータ、３４，３６…Ａ／Ｄ変換器、３５…データ処理回路、５０…ＭＲ素子、５３…磁化固定層、５４…非磁性層、５５…自由層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月7日(2014.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
図２３に示した例では、異常時の異常判別信号Ｓａ６の値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の値よりも小さい。また、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最小値Ｖａは、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最大値Ｖｂよりも大きく、正常時の異常判別信号Ｓａ５の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ６の範囲は重複しない。なお、図示しないが、ＭＲ素子列Ｒ１１またはＲ２１のうちの１個のＭＲ素子５０がショートすることによって第１または第２の検出回路１０，２０に異常が発生した場合には、図２３に示した例とは逆に、異常時の異常判別信号Ｓａ６の値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の値よりも大きくなる。この場合、異常時の異常判別信号Ｓａ６の最小値は、正常時の異常判別信号Ｓａ５の最大値よりも大きく、正常時の異常判別信号Ｓａ５の範囲と異常時の異常判別信号Ｓａ６の範囲は重複しない。
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月14日(2014.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に相対的位置関係が変化し得るスケールと磁気センサとを備え、前記スケールと前記磁気センサとの相対的位置関係に関連する物理量を検出するための磁気センサシステムであって、
前記磁気センサは、第１の位置に配置された第１の検出回路と、第２の位置に配置された第２の検出回路を有し、
前記第１の検出回路は、第１の検出回路に印加される第１の磁界に応じて変化する第１の検出信号を出力し、
前記第２の検出回路は、第２の検出回路に印加される第２の磁界に応じて変化する第２の検出信号を出力し、
前記第１の検出回路と前記第２の検出回路の各々は、直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子を含み、
前記複数の磁気抵抗効果素子の各々は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁界に応じて磁化が変化する自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記第１の磁界の方向と前記第２の磁界の方向は、前記スケールと前記磁気センサの相対的位置関係の変化に応じて周期的に変化し、
前記第１の磁界の方向と前記第２の磁界の方向がそれぞれ１周期だけ変化するときの前記スケールと前記磁気センサの相対的位置関係の変化量を１ピッチとしたとき、前記第１の方向についての前記第１の位置と前記第２の位置との差は、前記１ピッチの１．２５％以下であり、
前記磁気センサシステムは、更に、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号を用いた演算によって、前記磁気センサの異常の有無を示す異常判別信号を生成する演算部を備え、
前記第１の検出信号に対する前記第２の検出信号の位相差は、−４．５°〜４．５°の範囲内であり、
前記演算部における演算は、前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の差を求めることを含むことを特徴とする磁気センサシステム。
【請求項２】
前記第１の方向についての前記第１の位置と前記第２の位置は同じであることを特徴とする請求項１記載の磁気センサシステム。
【請求項３】
前記スケールは、所定の中心軸を中心として回転する回転体であり、
前記回転体が回転することによって、前記スケールと前記磁気センサとの相対的位置関係が変化し、
前記第１の方向は、前記回転体の回転方向であり、
前記１ピッチは、前記回転体の回転方向における角度で表されることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサシステム。
【請求項４】
前記回転体は、円周方向に交互に配列された複数組のＮ極とＳ極を有し、
前記第１および第２の磁界は、前記回転体によって発生され、且つ前記第１および第２の磁界の方向は、前記回転体の回転に伴って変化し、
前記１ピッチは、前記回転体における隣接する２つのＮ極の中心と前記中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度であることを特徴とする請求項３記載の磁気センサシステム。
【請求項５】
前記回転体は、磁性材料によって構成された複数の歯を有する歯車であり、
前記磁気センサシステムは、更に、前記磁気センサに対する位置関係が一定である磁石を備え、
前記第１および第２の磁界は、前記磁石によって発生され、且つ前記第１および第２の磁界の方向は、前記歯車の回転に伴って変化し、
前記１ピッチは、隣接する２つの歯の中心と前記中心軸とを結ぶ２つの直線がなす角度であることを特徴とする請求項３記載の磁気センサシステム。
【請求項６】
前記スケールは、交互に直線状に配列された複数組のＮ極とＳ極を有し、
第１の方向は、前記スケールのＮ極とＳ極が並ぶ方向であり、
前記第１および第２の磁界は、前記スケールによって発生され、
前記１ピッチは、前記スケールにおける隣接する２つのＮ極の中心間の距離であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサシステム。
【請求項７】
前記非磁性層は、トンネルバリア層であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気センサシステム。