(57)【要約】  磁気式位置検出装置の信号の歪みを低減し、精度の良い正確な位置情報が得られるようにする。磁気式位置検出装置１００は、磁性移動体１０と、ブリッジ回路２０と、補正回路３０と、検出回路４０を備える。磁性移動体１０は、Ｎ極とＳ極が交互に現れるように着磁され、Ｎ極−Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有している。ブリッジ回路２０は、第１，第２，第３，第４の磁界検出部２Ｒ１、２Ｒ２、２Ｒ３、２Ｒ４から成る。補正回路３０は、第５及び第６の磁界検出部２Ｒ５、２Ｒ６から成る。検出回路４０は、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔに基づいて磁性移動体１０の位置を検出する。
2013161027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で構成され、Ｎ極とＳ極が交互に現れるように着磁され、Ｎ極−Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有している磁性移動体と、
前記磁性移動体の移動に伴う磁界の変化によって電気抵抗値が変化する第１から第６の磁界検出部とを備え、
前記第１から第６の磁界検出部は、印加磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、印加磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、前記磁化固定層と磁化自由層との間に挟まれた非磁性体の中間層とを含みスピンバルブ構造を有する磁気抵抗素子で構成され、
前記第１から第４の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子であり、
前記第１から第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子のそれぞれの前記磁化固定層の磁化方向は前記磁性移動体の移動方向に対して全て同じ方向であり、
前記第１及び第３の磁界検出部は領域Ａの検出位置に配置され、
前記第２及び第４の磁界検出部は領域Ｂの検出位置に配置され、
前記第５の磁界検出部は領域Ｃの検出位置に配置され、
前記第６の磁界検出部は領域Ｄの検出位置に配置され、
前記磁性移動体のＮ極−Ｎ極間あるいはＳ極−Ｓ極間の一定の距離λに対して、
前記領域Ａと前記領域Ｂの検出位置間の距離Ｌ(A-B)は、Ｌ(A-B)＝Ｌ＝λ／ｎ、
前記領域Ｃは前記領域Ａと前記領域Ｂとの間に配置され、前記領域Ａと前記領域Ｃの検出位置間の距離Ｌ(A-C)は、Ｌ(A-C)＝Ｌ／ｍ＝λ／（ｍｎ）、
前記領域Ｄは前記領域Ｃから前記領域Ｂの方向に配置され、前記領域Ｃと前記領域Ｄの検出位置間の距離Ｌ(C-D)は、Ｌ(C-D)＝λ／２、
ｎは２以上の自然数、ｍは自然数の関係を満足し、
第１基準電位と第２基準電位との間に、
直列接続された前記第１と第２の磁界検出部と、直列接続された前記第３と第４の磁界検出部との第１並列接続体と、
前記第５と第６の磁界検出部の第２並列接続体とが直列接続されて、
前記第１と第２の磁界検出部の中点電位Ｖ1と、前記第３と第４の磁界検出部の中点電位Ｖ2との差Ｖｏｕｔを基に、磁性移動体の移動に対応した信号を出力することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気式位置検出装置において、ｍ＝ｎを満足することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気式位置検出装置において、前記第５と第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気式位置検出装置において、前記第５と第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が非磁性金属体である巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気式位置検出装置において、前記磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向のなす角が同じ場合に、
前記第５と第６の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成されることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項６】
請求項５記載の磁気式位置検出装置において、前記磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向のなす角が同じ場合に、
前記第１から第４の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成されて、
前記第５の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ5は、前記第１の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ1に対して、０＜Ｒ5／Ｒ1≦１の関係を満足することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項７】
磁性体で構成され、Ｎ極とＳ極が交互に現れるように着磁され、Ｎ極−Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有している磁性移動体と、
前記磁性移動体の移動に伴う磁界の変化によって電気抵抗値が変化する第１から第１２の磁界検出部とを備え、
前記第１から第１２の磁界検出部は、印加磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、印加磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層と、前記磁化固定層と磁化自由層との間に挟まれた非磁性体の中間層とを含みスピンバルブ構造を有する磁気抵抗素子で構成され、
前記第１から第４の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子と、前記第７から第１０の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子であり、
前記第１から第１２の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子のそれぞれの磁化固定層の磁化方向は磁性移動体の移動方向に対して全て同じ方向であり、
前記第１及び第３の磁界検出部は領域Ａの検出位置に配置され、
前記第２及び第４の磁界検出部は領域Ｂの検出位置に配置され、
前記第５の磁界検出部は領域Ｃの検出位置に配置され、
前記第６の磁界検出部は領域Ｄの検出位置に配置され、
前記第７及び第９の磁界検出部は領域Ｅの検出位置に配置され、
前記第８及び第１０の磁界検出部は領域Ｆの検出位置に配置され、
前記第１１の磁界検出部は領域Ｇの検出位置に配置され、
前記第１２の磁界検出部は領域Ｈの検出位置に配置され、
前記磁性移動体のＮ極−Ｎ極間あるいはＳ極−Ｓ極間の一定の距離λに対して、
前記領域Ａと前記領域Ｂの検出位置間の距離Ｌ(A-B)は、Ｌ(A-B)＝Ｌ1＝λ／ｎ1、
前記領域Ｃは前記領域Ａと前記領域Ｂとの間に配置され、前記領域Ａと前記領域Ｃの検出位置間の距離Ｌ(A-C)は、Ｌ(A-C)＝Ｌ1／ｍ1＝λ／（ｍ1ｎ1）、
前記領域Ｄは前記領域Ｃから前記領域Ｂの方向に配置され、前記領域Ｃと前記領域Ｄの検出位置間の距離Ｌ(C-D)は、Ｌ(C-D)＝λ／２、
前記領域Ｅは前記領域Ａから前記領域Ｂの方向に配置され、前記領域Ａと前記領域Ｅの検出位置間の距離Ｌ(A-E)は、Ｌ(A-E)＝Ｌ2＝λ／ｎ2、
前記領域Ｆは前記領域Ｅから前記領域Ｄの方向に配置され、前記領域Ｅと前記領域Ｆの検出位置間の距離Ｌ(E-F)は、Ｌ(E-F)＝Ｌ1＝λ／ｎ1、
前記領域Ｇは前記領域Ｅと前記領域Ｆとの間に配置され、前記領域Ｅと前記領域Ｇの検出位置間の距離Ｌ(E-G)は、Ｌ(E-G)＝Ｌ1／ｍ2＝λ／（ｍ2ｎ1）、
前記領域Ｈは前記領域Ｇから前記領域Ｆの方向に配置され、前記領域Ｇと前記領域Ｈの検出位置間の距離Ｌ(G-H)は、Ｌ(G-H)＝λ／２
ｎ1、ｎ2は２以上の自然数、ｍ1、ｍ2は自然数の関係を満足し、
第１基準電位と第２基準電位との間に、
直列接続された前記第１と第２の磁界検出部と、直列接続された前記第３と第４の磁界検出部との第１並列接続体と、前記第５と第６の磁界検出部の第２並列接続体とが直列接続され、
第３基準電位と第４基準電位との間に、
直列接続された前記第７と第８の磁界検出部と、直列接続された前記第９と第１０の磁界検出部との第３並列接続体と、前記第１１と第１２の磁界検出部の第４並列接続体とが直列接続され、
前記第１と第２の磁界検出部の中点電位Ｖ1と、前記第３と第４の磁界検出部の中点電位Ｖ2との差Ｖ12と、前記第７と第８の磁界検出部の中点電位Ｖ3と、前記第９と第１０の磁界検出部の中点電位Ｖ4との差Ｖ34との差Ｖｏｕｔを基に、磁性移動体の移動に対応した信号を出力することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項８】
請求項７記載の磁気式位置検出装置において、ｎ1≠ｎ2、ｍ1＝ｎ1の関係を満足することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の磁気式位置検出装置において、ｎ1＞ｎ2、ｍ2＝ｎ2の関係を満足することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項７記載の磁気式位置検出装置において、前記第５と第６の磁界検出部と、前記第１１と第１２の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項７記載の磁気式位置検出装置において、前記第５と第６の磁界検出部と、前記第１１と第１２の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が非磁性金属体である、巨大磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項１２】
請求項７記載の磁気式位置検出装置において、前記磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向のなす角が同じ場合に、
前記第５と第６の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成され、
前記第１１と第１２の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成されることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の磁気式位置検出装置において、  前記磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の磁化固定層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向のなす角が同じ場合に、
前記第１から第４の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成され、
前記第７から第１０の磁界検出部はそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成されて、
前記第５の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ5は、前記第１の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ1に対して、０＜Ｒ5／Ｒ1≦１の関係を満足し、
前記第１１の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ11は、前記第７の磁界検出部の電気抵抗値Ｒ7に対して、０＜Ｒ11／Ｒ7≦１の関係を満足することを特徴とする磁気式位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性移動体の移動を磁気的に検出する磁気式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性移動体の移動を磁気的に検出する装置としては、磁電変換素子と磁石とで構成される検出装置が知られている。ここで磁電変換素子とは、ＭＲ（磁気抵抗：Magneto-Resistance）素子など印加される磁界に応じて電気抵抗値が変化する素子をいう。磁性移動体の移動に伴って、磁電変換素子に印加される磁界が変化するため、磁性移動体の移動を電気抵抗値の変化として検出することができる。【０００３】
例えば、特許文献１の磁界センサーは、磁電変換素子としてスピンバルブＭＲ素子を開示している。スピンバルブＭＲ素子は、非磁性体の薄膜層で仕切られた強磁性体の第１及び第２薄膜層を有する。強磁性体の第２薄膜層の磁化方向は固定されている（磁化固定層）。磁化を固定する手段としては、反強磁性体の薄膜層（ピンニング層）を磁化固定層に直接に接触する。一方、強磁性体の第１薄膜層の磁化方向は印加される磁界に応じて自由に変化する（磁化自由層）。【０００４】
スピンバルブＭＲ素子は、代表的なＭＲ素子であるＡＭＲ（異方性磁気抵抗：Anisotropic  Magneto-Resistance）素子と比較して、電気抵抗値の変化（磁気抵抗変化率：ＭＲ比）が大きいため、高感度な検出が可能である。スピンバルブＭＲ素子には、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗：Giant  Magneto-Resistance）素子やＴＭＲ（トンネル磁気抵抗：Tunneling  Magneto-Resistance）素子があり、特にＴＭＲ素子はＭＲ比が大きく、近年注目されている。【０００５】
図２０はスピンバルブＭＲ素子３の電気抵抗値の変化を示している。スピンバルブＭＲ素子３の電気抵抗値は、磁化固定層３ｂの磁化方向と磁化自由層３ａの磁化方向とのなす角度に応じて変化する。従って、スピンバルブＭＲ素子３に印加される磁界の方向が回転すると、スピンバルブＭＲ素子３の電気抵抗値の変化は余弦波あるいは正弦波となる。【０００６】
次に、図２１は従来の磁気式位置検出装置の一例を示す構成図である。図２１に示したスピンバルブＭＲ素子３を用いた磁気式位置検出装置の一例の動作原理について説明する。磁性移動体１０は、Ｎ極とＳ極が交互に現れるように着磁され、Ｎ極−Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有している。スピンバルブＭＲ素子３は磁性移動体１０から距離ｄ離れた磁界検出部２の領域Ａ及び領域Ｂに配置する。領域Ａ−Ｂ間の距離は、磁性移動体１０の着磁ピッチ（Ｎ極−Ｎ極間距離）λに対して、λ／２とする。また、領域Ａには磁界検出部Ｒａ１，Ｒａ２を、領域Ｂには磁界検出部Ｒｂ１，Ｒｂ２を配置する。磁界検出部Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒｂ１，Ｒｂ２は、それぞれを構成するスピンバルブＭＲ素子３の磁化固定層３ｂの磁化方向を磁性移動体１０の移動方向に対して全て同じ方向とし、図２２に示すように、ブリッジ回路２０を構成するように接続する。【０００７】
磁性移動体１０の移動（回転）に伴い、スピンバルブＭＲ素子３に印加される磁界の方向が回転すると、図２０に示したように、スピンバルブＭＲ素子３の電気抵抗値は変化するため、図２２に示した当該装置のブリッジ回路２０の差動出力Ｖｏｕｔは、図２３に示したような余弦波あるいは正弦波に近い波形となる。磁性移動体１０の移動距離ｓ（回転角度β）は、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔが余弦波あるいは正弦波になると仮定することで算出される。なお、図２２の４０は検出回路、４１は差動増幅回路、４２は信号処理回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０１７０６１号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０９９０５４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の磁気式位置検出装置において、検出精度を高精度化するためには、当該装置のブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔは振幅が大きく、余弦波あるいは正弦波に対して歪みの小さいことが望ましい。ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの振幅を大きくするためには、ＭＲ比の大きいＴＭＲ素子の適用が良い。スピンバルブＭＲ素子３は、その動作原理上、電気抵抗値の波形の歪みは磁化自由層３ａの特性に依るところが大きく、磁化自由層３ａの磁化に関わる磁化自由層３ａの材料や磁化自由層３ａの下地を最適化することで所望の特性が得られることが特長であるが、ＴＭＲ素子もその特長を具備する。【００１０】
一方、ＴＭＲ素子は特有の課題を有する。ＴＭＲ素子は図２４のようなＭＲ比の電圧依存性を示す。ＴＭＲ素子は印加される電圧の増加に伴いＭＲ比が減少するため、ブリッジ回路２０をＴＭＲ素子で構成すると各素子に印加される電圧の変化に伴ってＭＲ比が変化してしまい、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みとして表出する。【００１１】
この課題に対する対策の一つは、ブリッジ回路２０を構成する各ＴＭＲ素子を、複数個の素子を連結して一つの素子に印加される電圧を下げる工夫が考えられる。但し、素子の連結数はブリッジ回路２０の電気抵抗値を決める因子であり、実際には制限が設けられる。この方法による対策を講じた上で、更なる対策が求められる。【００１２】
また、前述の磁気式位置検出装置は特有の課題を有する。磁性移動体１０の発生磁界の分布によるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形への影響である。図２１に示した当該装置の動作において、磁性移動体１０からの距離ｄの点での、磁性移動体１０の発生磁界Ｈの移動方向（図２１のｘ方向）の強度をＱ、半径方向（図２１のｙ方向）の強度をＰとする。磁性移動体１０の移動距離ｓに対する、磁性移動体１０の磁極と磁界検出部２の領域Ａとの位相角度θは、領域Ａに印加される磁界の角度αと以下の関係にある。
[式１]
θ＝（ｓ／λ）・２π
Ｈｘ＝Ｑ・ｓｉｎθ
Ｈｙ＝Ｐ・ｃｏｓθ
ｔａｎα＝（Ｑ／Ｐ）・ｔａｎθ【００１３】
Ｑ／Ｐ＝１の場合は、位相角度θは印加磁界角度αと一致する。このため、当該装置のブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みは生じない。しかし、Ｑ／Ｐが１でない場合（大体０．５〜０．９）があり、位相角度θと印加磁界角度αとは一致しない。図２５に例えば、Ｑ／Ｐ＝１、０．７及び０．５の場合の位相角度θと印加磁界角度αの関係を示す。Ｑ／Ｐ＝０．７及び０．５の場合は、ＴＭＲ素子の電気抵抗値の波形が歪むため、図２６に示すようにブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形は歪む。【００１４】
例えば、特許文献２は、この課題に対する対策を示している。開示された回転角度検出装置は、検出した回転方向、半径方向の磁界の強度をアナログ−デジタル変換（Ａ−Ｄ変換）し、それぞれＶｘ信号、Ｖｙ信号を得て、それぞれの振幅が同じになるように、Ｖｘ信号に補正係数ｋを乗算する。この装置によれば、歪みが抑制され、より正確な回転角度を得られるが、Ａ−Ｄ変換器、係数ｋの演算回路と乗算器等により回路規模が大きくなってしまう。【００１５】
このように、前述の磁気式位置検出装置においては、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みの原因として、ＴＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性（ＭＲ比の低下）と磁性移動体１０の発生磁界の分布（Ｑ／Ｐ＜１）がある。【００１６】
本発明の目的は、信号の歪みを低減し、精度の良い正確な位置情報が得られる磁気式位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の磁気式位置検出装置は、磁性移動体と、ブリッジ回路と、補正回路と、検出回路を備える。磁性移動体は、Ｎ極とＳ極が交互に現れるように着磁され、Ｎ極−Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有している。ブリッジ回路は、第１，第２，第３，第４の磁界検出部から成る。補正回路は、第５及び第６の磁界検出部から成る。検出回路は、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔに基づいて磁性移動体の位置を検出する。磁界検出部は、磁性移動体の移動に伴なう磁界の変化によって電気抵抗値が変化するスピンバルブＭＲ素子で構成する。第１から第６の磁界検出部のスピンバルブＭＲ素子におけるそれぞれの磁化固定層の磁化方向を磁性移動体の移動方向に対して全て同じ方向にして、第１及び第３の磁界検出部は領域Ａの検出位置に配置され、第２及び第４の磁界検出部は領域Ｂの検出位置に配置され、第５の磁界検出部は領域Ｃの検出位置に配置され、第６の磁界検出部は領域Ｄの検出位置に配置され、磁性移動体のＮ極−Ｎ極間あるいはＳ極−Ｓ極間の一定の距離λに対して、
[式２]
ＡとＢの検出位置間の距離Ｌ(A-B)は、Ｌ(A-B)＝Ｌ＝λ／ｎ、
ＡとＣの検出位置間の距離Ｌ(A-C)は、Ｌ(A-C)＝Ｌ／ｍ＝λ／（ｍｎ）
ＣとＤの検出位置間の距離Ｌ(C-D)は、Ｌ(C-D)＝λ／２
ｎは２以上の自然数、ｍは自然数の関係を満足する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る磁気式位置検出装置によれば、ブリッジ回路を構成する磁界検出部は、磁性移動体の発生磁界の分布によるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みを低減するように、配置される。また、補正回路を構成する磁界検出部は、スピンバルブＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性によるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みを低減するように、配置される。従って、より高精度な位置情報を得ることができる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の本発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態による磁気式位置検出装置を示し、磁性移動体に対する配置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態による別の磁気式位置検出装置を示し、磁性移動体に対する配置の別例を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態による磁気式位置検出装置における各磁界検出部を構成するＴＭＲ素子の構成図である。
【図４】実施の形態１による磁気式位置検出装置における磁界検出部が配置される位置（検出位置）を示す平面図である。
【図５】実施の形態１による磁気式位置検出装置における磁界検出部の配線を示す配線図である。
【図６】実施の形態１による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力を示す波形図である。
【図７】実施の形態１による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号を、磁界検出部の配置を規定するパラメータｍの値毎に示している。
【図８】実施の形態１及びその比較の形態による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図である。
【図９】実施の形態１による磁気式位置検出装置におけるブリッジ回路の電気抵抗値に対する補正回路の電気抵抗値の比ｒに対する出力波形の歪みの関係を示す特性図である。
【図１０】実施の形態２による磁気式位置検出装置おける磁性移動体の移動による出力を示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔを、磁界検出部の配置を規定するパラメータｎの値毎に示している。
【図１１】実施の形態２による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号を、磁界検出部の配置を規定するパラメータｍとｎの値毎に示している。
【図１２】実施の形態２及び補正回路なしの形態による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号を示している。
【図１３】実施の形態３による磁気式位置検出装置における磁界検出部が配置される位置（検出位置）を示す平面図である。
【図１４】実施の形態３による磁気式位置検出装置における磁界検出部の配線を示す配線図である。
【図１５】実施の形態３による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力を示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔを、磁界検出部の配置を規定するパラメータｎ1とｎ2の値毎に示している。
【図１６】実施の形態３による磁気式位置検出装置おける磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図であり、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号を、磁界検出部の配置を規定するパラメータｎ1，ｎ2，ｍ1，ｍ2の値毎に示している。
【図１７】実施の形態３及び補正回路なしの形態による磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形の歪みを示す波形図である。
【図１８】実施の形態３による磁気式位置検出装置におけるブリッジ回路の電気抵抗値に対する補正回路の電気抵抗値の比ｒに対する出力波形の歪みの関係を示す特性図である。
【図１９】従来の形態、実施の形態２、実施の形態３及びそれぞれの補正回路なしの形態による磁気式位置検出装置の特性比較図である。
【図２０】スピンバルブＭＲ素子の電気抵抗値の変化を示す図である。
【図２１】従来の磁気式位置検出装置の一例を示す構成図である。
【図２２】従来の磁気式位置検出装置におけるブリッジ回路を構成する磁界検出部の配線を示す配線図である。
【図２３】従来の磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力波形図である。
【図２４】ＴＭＲ素子のＭＲ比の電圧依存性を示す特性図である。
【図２５】本発明で扱う磁気式位置検出装置の、磁性移動体の発生磁界の分布を示すパラメータＱ／Ｐと、位相角度θと印加磁界角度αの関係を示す相関図である。
【図２６】従来の磁気式位置検出装置における磁性移動体の移動による出力を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
【００２１】
図１は、本発明の磁気式位置検出装置１００の代表例を示した構成図である。磁気式位置検出装置１００は磁性移動体１０と、磁界センサ１とを備える。磁性移動体１０はＮ極とＳ極が表面に交互に現れるように着磁され、Ｎ極―Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有し、着磁ピッチ（Ｎ極−Ｎ極間距離）がλである。また、磁界センサ１は磁性移動体１０から所定の距離ｄを隔てて対向して配置する。磁界センサ１に対向する磁性移動体１０の表面には、磁性移動体１０の移動により、Ｎ極とＳ極が交互に現れる。
【００２２】
図２は、本発明の磁気式位置検出装置１００の別の代表例を示し、磁性移動体１０の構成及び磁性移動体１０に対する磁界センサ１の配置の別の一例を示した構成図である。磁性移動体１０は、円筒磁石を有し、Ｎ極とＳ極が周面に交互に現れるように着磁されて、Ｎ極―Ｓ極間が一定の距離となっている領域を有し、着磁ピッチ（Ｎ極−Ｎ極間距離）がλである２ｉ極を有する。（この図では、ｉ＝５である。）
【００２３】
図１及び図２は、磁性移動体１０の移動形態に違いがあるが、本質的な差異はない。即ち、図１において磁性移動体１０は磁界センサ１の近傍で直線上を移動し、図２において磁性移動体１０は磁性移動体１０の中心軸の周りを回転するが、磁性移動体１０の移動距離ｓに対して、磁性移動体１０の磁極と磁界検出部２との位相角度θは、[式１]で示したように、θ＝（ｓ／λ）・２π  の関係がある。従って、以下では、図１の構成を用いて説明する。
【００２４】
図３は、本発明の磁気式位置検出装置１００における各磁界検出部２を構成するＴＭＲ素子３Ｔ（スピンバルブＭＲ素子）の構成図である。ＴＭＲ素子３Ｔは、絶縁体の薄膜層３ｉ（非磁性体）で仕切られた強磁性体の第１及び第２薄膜層３ａ，３ｂを有するトンネル磁気抵抗素子である。強磁性体の第２薄膜層３ｂの磁化方向は固定されている（磁化固定層）。磁化を固定する手段としては、反強磁性体の薄膜層３ｄ（ピンニング層）を磁化固定層３ｂに直接に接触する。一方、強磁性体の第１薄膜層３ａの磁化方向は印加される磁界に応じて自由に変化する（磁化自由層）。ＴＭＲ素子３Ｔの電気抵抗値は、磁化固定層３ｂの磁化方向と磁化自由層３ａの磁化方向とのなす角度に応じて変化する。本発明における磁化固定層３ｂの磁化方向は、磁性移動体１０の移動方向に対して全て同じ方向である。
【００２５】
実施の形態１．
図４は、実施の形態１による磁気式位置検出装置１００における磁界検出部２が配置される位置（検出位置）を示している。検出位置は、領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの４つが設けられている。領域Ａと領域Ｂは距離Ｌを隔てて配置され、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂとの間に領域Ａから距離Ｌ／ｍ（ｍは自然数）を隔てて配置され、領域Ｄは領域Ｃから領域Ｂの方向に領域Ｃに対して距離λ／２を隔てて配置される。このとき、距離Ｌは、距離λに対して下式で表される。
[式３]
Ｌ＝λ／ｎ
従って、
ＡとＢの検出位置間の距離Ｌ(A-B)は、Ｌ(A-B)＝Ｌ＝λ／ｎ
ＡとＣの検出位置間の距離Ｌ(A-C)は、Ｌ(A-C)＝Ｌ／ｍ＝λ／（ｍｎ）
ｎは２以上の自然数、ｍは自然数
また、領域Ａに第１及び第３の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ３が、領域Ｂに第２及び第４の磁界検出部２Ｒ２，２Ｒ４が、領域Ｃに第５の磁界検出部２Ｒ５が、領域Ｄに第６の磁界検出部２Ｒ６がそれぞれ配置される。
【００２６】
図５は、実施の形態１による磁気式位置検出装置１００における磁界検出部２の配線を示している。電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に、ブリッジ回路２０と補正回路３０が直列接続されている。ブリッジ回路２０は、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２が直列接続され、第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４が直列接続され、これらが並列接続されている。補正回路３０は、第５と第６の磁界検出部２Ｒ５，２Ｒ６が並列接続されている。本装置はまた、ブリッジ回路２０の中点電位の差、即ち、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２の中点電位Ｖ1と第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４の中点電位Ｖ2との差を差動増幅回路４１に導入しその出力Ｖｏｕｔを基に、磁性移動体１０の位置を検出する検出回路４０を備える。
【００２７】
実施の形態１による磁気式位置検出装置１００における磁性移動体１０の発生磁界の分布は、Ｑ／Ｐ≒１である。（換言すれば、Ｑ／Ｐ≒１の場合について検討する。）この場合は、磁性移動体１０の発生磁界の分布によるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みは極めて小さく、[式３]において、ｎ＝２が適切である（つまり、ｎ＝２は素子の２箇所の配置において、互いに逆位相（１８０°配置）となるので、Ｖｏｕｔの振幅が最大となる。）。この場合は、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性が出力波形の歪みとして表出する。図６に、実施の形態１における磁性移動体１０の移動に伴うブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの代表例を示す。[式３]において、ｍ＝２である。また、図中には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔとの差分が最も小さくなるように、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した”余弦波”も示している。
【００２８】
図７には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを、[式３]のｍの値毎に例示している。ｍ＝２の差分信号ΔＶｏｕｔが最も振幅が小さく、歪みが抑えられて、“余弦波”に近づいていることが分かる。即ち、補正回路３０を構成する磁界検出部２の検出位置は、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂの間に領域Ａから距離Ｌ／２を隔てて配置されるのが良い。
【００２９】
［実施の形態１の比較の形態］
実施の形態１の効果を示すため、実施の形態１の比較の形態について説明する。
【００３０】
実施の形態１は、補正回路３０の効果を端的に示す形態である。従って、比較の形態による磁気式位置検出装置１００は、実施の形態１から補正回路３０を取り去ったものとする。図４より領域Ｃと領域Ｄが、図５より第５と第６の磁界検出部２Ｒ５、２Ｒ６が除かれた従来の形態である。なお、比較において、実施の形態１におけるｍ及びｎはそれぞれ、ｍ＝２、ｎ＝２であり、比較の形態におけるｎは、ｎ＝２である。
【００３１】
図８に、実施の形態１及びその比較の形態におけるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを示している。実施の形態１の方が比較の形態より差分信号ΔＶｏｕｔの振幅が小さく、補正回路３０により“余弦波”からの歪みが除かれていることが分かる。
【００３２】
この結果は、ブリッジ回路２０の合成抵抗が、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性により一定ではなく位相を持つが、補正回路３０の合成抵抗の位相が逆位相であって、ブリッジ回路２０の合成抵抗の位相を打ち消すために得られる。
【００３３】
更には、ブリッジ回路２０の合成抵抗の波形の振幅が、補正回路３０の合成抵抗の波形の振幅と同程度であることが、出力波形の歪みの低減に必要である。ブリッジ回路２０を構成する４つの磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２，２Ｒ３，２Ｒ４は、磁界検出部２を構成するＴＭＲ素子３Ｔの磁化固定層３ｂの磁化方向と磁化自由層３ａの磁化方向のなす角が同じ場合に、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２の電気抵抗値が同じになるように、また、第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４の電気抵抗値が同じになるように構成する。更には、これら４つの磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２，２Ｒ３，２Ｒ４におけるそれぞれの電気抵抗値が同じになるように構成するのが望ましい。補正回路３０を構成する２つの磁界検出部２Ｒ５，２Ｒ６も、磁界検出部２を構成するＴＭＲ素子３Ｔの磁化固定層３ｂの磁化方向と磁化自由層３ａの磁化方向のなす角が同じ場合に、それぞれの電気抵抗値が同じになるように構成するのが良い。第１〜第４の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子を用いたが、第５と第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子においても、前記中間層が絶縁体であるトンネル磁気抵抗素子を用いると良い。さらに、前記第５と第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子は、前記中間層が非磁性金属体である巨大磁気抵抗素子を用いるとよい。図９に、ブリッジ回路２０を構成する一つの磁界検出部２の電気抵抗値に対する補正回路３０を構成する一つの磁界検出部２の電気抵抗値の比ｒ（ここでは、第１の磁界検出部２Ｒ１と第５の磁界検出部２Ｒ５の電気抵抗値の比）＝Ｒ５／Ｒ１と、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪み（“余弦波”との差分信号の振幅）との関係を示す。ｒ＝０は、補正回路３０なしの、即ち、従来の形態（比較の形態）である。この形態のブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みを１として、実施の形態１の出力波形の歪みを規格化して示してある。０＜ｒ≦１、つまり、０＜（Ｒ５／Ｒ１）≦１の範囲のｒについて補正回路３０の効果が認められたが、実施の形態１において、ｒ＝０．３〜０．５が最も効果があった。
【００３４】
［磁性移動体１０の発生磁界の分布がＱ／Ｐ≒１である場合の特性比較］
図９は、従来の磁気式位置検出装置に対する、本発明の磁気式位置検出装置１００の効果を示すものである。実施の形態１は出力波形の歪みの低減に効果があることがわかる。従って、本発明によると、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性による出力波形の歪みを効果的に低減でき、精度の良い正確な位置情報が得られる磁気式位置検出装置１００が提供される。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態２による磁気式位置検出装置１００における検出位置の数及び各検出位置における磁界検出部２の配置は、実施の形態１と同じである。検出位置は、領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの４つが設けられる。領域Ａと領域Ｂは距離Ｌを隔てて配置され、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂとの間に領域Ａから距離Ｌ／ｍ（ｍは自然数）を隔てて配置され、領域Ｄは領域Ｃから領域Ｂの方向に領域Ｃに対して距離λ／２を隔てて配置される。このとき、距離Ｌは、距離λに対して[式３]に示したように、Ｌ＝λ／ｎ（ｎは２以上の自然数）である。また、領域Ａに第１及び第３の磁界検出部２Ｒ１,２Ｒ３が、領域Ｂに第２及び第４の磁界検出部２Ｒ２，２Ｒ４が、領域Ｃに第５の磁界検出部２Ｒ５が、領域Ｄに第６の磁界検出部２Ｒ６がそれぞれ配置される。
【００３６】
実施の形態２による磁気式位置検出装置１００における磁界検出部２の配線は、実施の形態１と同じである。電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に、ブリッジ回路２０と補正回路３０が直列接続されている。ブリッジ回路２０は、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２が直列接続され、第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４が直列接続され、これらが並列接続されている。補正回路３０は、第５と第６の磁界検出部２Ｒ５，２Ｒ６が並列接続されている。本装置はまた、ブリッジ回路２０の中点電位の差、即ち、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２の中点電位Ｖ1と第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４の中点電位Ｖ2との差Ｖｏｕｔを基に、磁性移動体１０の位置を検出する検出回路４０を備える。
【００３７】
実施の形態２による磁気式位置検出装置１００における磁性移動体１０の発生磁界の分布は、Ｑ／Ｐ＝０．７である。（換言すれが、Ｑ／Ｐ＝０．７の場合について検討する。）この場合は、磁性移動体１０の発生磁界の分布と、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性が、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みとして表出する。実施の形態２は、磁性移動体１０の発生磁界の分布による出力波形の歪みに対応し、実施の形態１に対して、検出位置を変えている。図１０に、実施の形態２における磁性移動体１０の移動に伴うブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔを、[式３]のｎの値毎に例示する。ここで、ｍ＝２である。また、図中には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔとの差分が最も小さくなるように、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した“余弦波”も示している。
【００３８】
図１１には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを、[式３]のｍとｎの値毎に例示している。ｍ＝ｎ＝３の差分信号ΔＶｏｕｔが最も振幅が小さく、歪みが抑えられて、“余弦波”に近づいていることが分かる。Ｑ／Ｐ＝０．７の場合は、図１０に示すようにブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔは３次の高調波成分が付加されて、ｎ＝２では波形が歪む。ｎ＝３、即ち、領域Ａと領域Ｂは距離Ｌ＝λ／３を隔てて配置されることにより、３次の高調波成分が抑制されて、歪みが小さくなる。
【００３９】
［実施の形態２の補正回路なしの形態］
実施の形態２の補正回路なしの形態は、実施の形態２から補正回路３０を取り去ったものとする。図４より領域Ｃと領域Ｄが、図５より第５と第６の磁界検出部２Ｒ５，２Ｒ６が除かれた形態である。なお、実施の形態２におけるｍ及びｎはそれぞれ、ｍ＝３、ｎ＝３であり、補正回路なしの形態におけるｎは、ｎ＝３である。従来の形態と異なるのは、検出位置が、ｎ＝２ではなくｎ＝３の配置を取り、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔにおける３次の高調波成分が抑制されている点である。
【００４０】
図１２に、実施の形態２及び補正回路なしの形態におけるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを示している。両形態の比較から、補正回路３０により“余弦波”からの歪みが除かれていることが分かる。実施の形態２においても補正回路３０の効果が認められる。一方で、磁性移動体１０の発生磁界の分布による出力波形の歪みが残っている。
【００４１】
実施の形態３．
図１３は実施の形態３による磁気式位置検出装置１００における磁界検出部２が配置される位置（検出位置）を示している。検出位置は、領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄ，領域Ｅ，領域Ｆ，領域Ｇ，領域Ｈの８つが設けられている。領域Ａと領域Ｂは距離Ｌ1を隔てて配置され、領域Ｃは領域Ａと領域Ｂとの間に領域Ａから距離Ｌ1／ｍ1（ｍ1は自然数）を隔てて配置され、領域Ｄは領域Ｃから領域Ｂの方向に領域Ｃに対して距離λ／２を隔てて配置され、加えて、領域Ｅは領域Ａから領域Ｂの方向に配置され、領域Ａと領域Ｅは距離Ｌ2を隔てて配置される。領域Ｆは領域Ｅから領域Ｄの方向に配置され、領域Ｅと領域Ｆは距離Ｌ1を隔てて配置され、領域Ｇは領域Ｅと領域Ｆとの間に領域Ｅから距離Ｌ1／ｍ2（ｍ2は自然数）を隔てて配置され、領域Ｈは領域Ｇから領域Ｆの方向に領域Ｇに対して距離λ／２を隔てて配置される。また、このとき、距離Ｌ1及びＬ2は、距離λに対して下式で表される。
[式４]
Ｌ＝λ／ｎ
従って、
ＡとＢの検出位置間の距離Ｌ(A-B)は、Ｌ(A-B)＝Ｌ1＝λ／ｎ1
ＡとＣの検出位置間の距離Ｌ(A-C)は、Ｌ(A-C)＝Ｌ1／ｍ1＝λ／（ｍ1ｎ1）
ＡとＥの検出位置間の距離Ｌ(A-E)は、Ｌ(A-E)＝Ｌ2＝λ／ｎ2
ＥとＦの検出位置間の距離Ｌ(E-F)は、Ｌ(E-F)＝Ｌ1＝λ／ｎ1
ＥとＧの検出位置間の距離Ｌ(E-G)は、Ｌ(E-G)＝Ｌ1／ｍ2＝λ／（ｍ2ｎ1）
ｎ1、ｎ2は２以上の自然数、ｍ1、ｍ2は自然数
また、領域Ａに第１及び第３の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ３が、領域Ｂに第２及び第４の磁界検出部２Ｒ２，２Ｒ４が、領域Ｃに第５の磁界検出部２Ｒ５が、領域Ｄに第６の磁界検出部２Ｒ６がそれぞれ配置され、加えて、領域Ｅに第７及び第９の磁界検出部２Ｒ７，２Ｒ９が、領域Ｆに第８及び第１０の磁界検出部２Ｒ８，２Ｒ１０が、領域Ｇに第１１の磁界検出部２Ｒ１１が、領域Ｈに第１２の磁界検出部２Ｒ１２がそれぞれ配置される。なお、第１〜第６の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の構成は、実施の形態１で説明した構成と同じであり、それぞれ、第７〜第１２の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子の構成に対応している。第１から第１２の磁界検出部を構成する磁気抵抗素子のそれぞれの磁化固定層の磁化方向は磁性移動体の移動方向に対して全て同じ方向である。
【００４２】
図１４は、実施の形態３による磁気式位置検出装置１００における磁界検出部２の配線を示している。電源Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に、直列接続されたブリッジ回路と補正回路が２系統ある。第１の系統は第１のブリッジ回路２１と第１の補正回路３１から構成される。第１のブリッジ回路２１は、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２が直列接続され、第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４が直列接続され、これらが並列接続されている。第１の補正回路３１は、第５と第６の磁界検出部２Ｒ５、２Ｒ６が並列接続されている。第２の系統は第２のブリッジ回路２２と第２の補正回路３２から構成される。第２のブリッジ回路２２は、第７と第９の磁界検出部２Ｒ７，２Ｒ９が直列接続され、第８と第１０の磁界検出部２Ｒ８，２Ｒ１０が直列接続され、これらが並列接続されている。第２の補正回路３２は、第１１と第１２の磁界検出部２Ｒ１１，２Ｒ１２が並列接続されている。本装置はまた、ブリッジ回路２１，２２の中点電位の差、即ち、第１と第２の磁界検出部２Ｒ１，２Ｒ２の中点電位Ｖ1と第３と第４の磁界検出部２Ｒ３，２Ｒ４の中点電位Ｖ2との差Ｖ12と、第７と第８の磁界検出部２Ｒ７，２Ｒ８の中点電位Ｖ3と第９と第１０の磁界検出部２Ｒ９，２Ｒ１０の中点電位Ｖ4との差Ｖ34との差Ｖｏｕｔを基に、磁性移動体１０の位置を検出する検出回路４０を備える。
【００４３】
実施の形態３による磁気式位置検出装置１００における磁性移動体１０の発生磁界の分布は、Ｑ／Ｐ＝０．７である。（換言すれが、Ｑ／Ｐ＝０．７の場合について検討する。）この場合は、磁性移動体１０の発生磁界の分布と、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性が、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みとして表出する。実施の形態３は、磁性移動体１０の発生磁界の分布による出力波形の歪みに対応し、実施の形態２に対して、ｎ1及びｎ2の２種類の次数の高調波成分が抑制できるように、２系統のブリッジ回路２１、２２を有している。図１５に、実施の形態３における磁性移動体１０の移動に伴うブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔを、[式４]のｎ1とｎ2の値毎に例示する。ここで、ｎ1＝ｍ1、ｎ2＝ｍ2である。また、図中には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔとの差分が最も小さくなるように、直流成分、振幅、周波数及び位相を調整した“余弦波”も示している。
【００４４】
図１６には、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを、[式４]のｎ1、ｎ2、ｍ1、ｍ2の値毎に例示している。実施の形態３は、ｎ1＝２、ｎ2＝３、即ち、２次及び３次の、２種類の次数の高調波成分が抑制され、歪みが抑えられている。図１６の（ａ）ではｎ1＞ｎ2、ｍ2＝ｎ2となっています。ｍ2＝３の差分信号ΔＶｏｕｔが最も振幅が小さく、歪みが抑えられて、“余弦波”に近づいていることが分かる。第２の補正回路３２を構成する磁界検出部２の検出位置は、２系統のブリッジ回路２１、２２の距離ｎ2に関わり、ｎ2＝ｍ2、即ち、領域Ｇは領域Ｅと領域Ｆとの間に領域Ｅから距離Ｌ／３を隔てて配置されるのが良い。
【００４５】
［実施の形態３の補正回路なしの形態］
実施の形態３の補正回路なしの形態は、実施の形態３から補正回路３１、３２を取り去ったものとする。図１３より領域Ｃと領域Ｄ及び領域Ｇと領域Ｈが、図１４より第５と第６の磁界検出部２Ｒ５，２Ｒ６及び第１１と第１２の磁界検出部２Ｒ１１，２Ｒ１２が除かれた形態である。なお、実施の形態３におけるｍ及びｎはそれぞれ、ｍ1＝２、ｍ2＝３、ｎ1＝２、ｎ2＝３であり、補正回路なしの形態におけるｎは、ｎ1＝２、ｎ2＝３である。実施の形態２の補正回路なしの形態と異なるのは、ブリッジ回路２２が追加されて、検出位置が、ｎ＝３に加えてｎ＝２の２種類の配置を取り、ブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔにおける２次及び３次の高調波成分が抑制されている点である。
【００４６】
図１７に、実施の形態３及びその補正回路なしの形態におけるブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔと“余弦波”との差分信号ΔＶｏｕｔを示している。両形態の比較から、補正回路３１、３２により”余弦波”からの歪みが除かれていることが分かる。
【００４７】
図１８に、ブリッジ回路２１，２２を構成する一つの磁界検出部２の電気抵抗値に対する補正回路３１，３２を構成する一つの磁界検出部２の電気抵抗値の比ｒ（ここでは、第１の磁界検出部２Ｒ１と第５の磁界検出部２Ｒ５の電気抵抗値の比と、第７の磁界検出部２Ｒ７と第１１の磁界検出部２Ｒ１１の電気抵抗値の比）＝Ｒ５／Ｒ１とＲ１１／Ｒ７、とブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪み（“余弦波”との差分信号の振幅）との関係を示す。ｒ＝０は、補正回路３１、３２なしの形態である。この形態のブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪みを１として、実施の形態３の出力波形の歪みを規格化して示してある。０＜ｒ≦１、つまり、０＜（Ｒ５／Ｒ１）≦１，０＜（Ｒ１１／Ｒ７）≦１の範囲のｒについて補正回路３１、３２の効果が認められたが、実施の形態３において、ｒ＝０．５〜０．８が最も効果があった。
【００４８】
［磁性移動体１０の発生磁界の分布がＱ／Ｐ＜１である場合の特性比較］
図１９は、従来の磁気式位置検出装置に対する、本発明の磁気式位置検出装置１００の効果を示すものである。磁性移動体１０の発生磁界の分布は、Ｑ／Ｐ＝０．７である。従来の形態は、実施の形態１の比較の形態として示した形態である。この形態のブリッジ回路の差動出力Ｖｏｕｔの波形の歪み（“余弦波”との差分信号の振幅）を１として、本発明の各形態の出力波形の歪みを規格化して示してある。比較した形態は、実施の形態２の補正回路なしの形態、実施の形態２、実施の形態３の補正回路なしの形態、実施の形態３である。本発明の各形態は出力波形の歪みを低減する効果があることがわかる。実施の形態３においては、従来の形態と比較し、出力波形の歪みが約１／１０となっている。従って、本発明によると、磁性移動体１０の発生磁界の分布と、ＴＭＲ素子３ＴのＭＲ比の電圧依存性とによる、出力波形の歪みを効果的に低減でき、精度の良い正確な位置情報が得られる磁気式位置検出装置１００が提供される。
【００４９】
（磁性移動体１０）
本発明の磁気式位置検出装置１００を構成する磁性移動体１０には、着磁された磁性体で構成されて、対向する磁界センサ１に対してＮ極とＳ極が交互に現れるようになっていればよい。２極でもよい。また、形状は角型のもの（図１）やリング型のもの（図２）を示したが、円柱型や球型のものでもよい。発生磁界の分布Ｑ／Ｐについても制限はなく、通常は０．５〜１である。
【００５０】
（磁気抵抗素子３）
本発明の磁気式位置検出装置１００を構成する磁電変換素子には、上述したように、スピンバルブＭＲ素子が用いられる。特に、本発明の磁気式位置検出装置１００を構成するブリッジ回路２０、２１、２２には、スピンバルブＭＲ素子の中でもＭＲ比の大きいＴＭＲ素子３Ｔが用いられる。また、本発明の磁気式位置検出装置１００を構成する補正回路３０、３１、３２には、ＴＭＲ素子３Ｔ以外のＭＲ素子が用いられてもよい。例えば、ＧＭＲ素子も用いることができる。
【００５１】
本発明の磁気式位置検出装置１００は、図２に示したように、回転体の回転角度の検出にも用いられる。モーターの回転軸の角度を検出する等の用途に好適である。車載用としての用途は広く、例えばステアリングの角度センサなどの角度検出装置である。本発明は装置の構成上、回転軸の端部にアクセスできない場合などに有効で、レゾルバ技術に対抗し得る点も特徴である。
【００５２】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。例えば、距離について、上記したλ、Ｌなど、あるいはこれらを定めるパラメータｎ、ｍなどは、本発明で示した効果が得られれば例示した値と近似的に同値と扱うことができる。その他、磁性移動体１０の移動方向やＴＭＲ素子３Ｔの磁化方向などの方向、あるいは磁界検出部２やＴＭＲ素子３Ｔの電気抵抗値などの特性値についても同様の扱いが可能である。本発明の範囲は上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【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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【国際調査報告】
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