(57)【要約】【課題】簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界に起因する角度誤差を低減する。【解決手段】角度センサシステムは、検出対象の角度に応じて方向が変化する回転磁界を発生する磁界発生部と、回転磁界を検出して角度検出値を生成する角度センサ２を備えている。回転磁界は、互いに直交する第１および第２の磁界成分を含んでいる。検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、第１および第２の磁界成分の各々は、理想磁界成分と、理想磁界成分の第５高調波に相当する誤差成分とを含む。角度センサ２は、第１および第２の検出信号生成部１１，１２を含んでいる。第１および第２の検出信号生成部１１，１２の各々は、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を含んでいる。磁性層には、第１および第２の磁界成分の誤差成分に起因する角度誤差が低減されるように、磁気異方性が設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の角度に応じて所定の検出位置における磁界の方向が変化する回転磁界を発生する磁界発生部と、
前記検出位置において前記回転磁界を検出して、前記検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度センサとを備えた角度センサシステムであって、
前記検出位置における前記回転磁界は、第１の方向の第１の磁界成分と、前記第１の方向に対して直交する第２の方向の第２の磁界成分とを含み、
前記角度センサは、
前記検出位置における前記回転磁界の方向が前記第１の方向に対してなす角度の余弦と対応関係を有する第１の検出信号を生成する第１の検出信号生成部と、
前記検出位置における前記回転磁界の方向が前記第１の方向に対してなす角度の正弦と対応関係を有する第２の検出信号を生成する第２の検出信号生成部と、
前記第１および第２の検出信号に基づいて前記角度検出値を生成する角度検出部とを有し、
前記第１の検出信号生成部は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含み、
前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、前記検出位置における前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する第１の磁性層を含み、
前記第１の磁性層には、第１の磁気異方性が設定され、
前記第２の検出信号生成部は、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含み、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、前記検出位置における前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する第２の磁性層を含み、
前記第２の磁性層には、第２の磁気異方性が設定され、
前記検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、前記第１および第２の磁界成分の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想磁界成分と、前記理想磁界成分の第５高調波に相当する誤差成分である第５高調波磁界成分とを含み、
前記第５高調波磁界成分は、前記角度検出値に、前記所定の周期の１／４で変化する誤差を生じさせ、
前記検出対象の角度が所定の周期で変化する場合において、前記第１および第２の磁界成分の各々が前記理想磁界成分のみからなると仮定した場合には、前記第１および第２の検出信号の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想信号成分と、前記理想信号成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波信号成分とを含み、
前記第３高調波信号成分は、前記第１および第２の磁気異方性に起因するものであると共に、前記角度検出値に、前記所定の周期の１／４で変化する誤差を生じさせ、
前記第５高調波磁界成分のみに起因して前記角度検出値に生じる誤差と前記第３高調波信号成分のみに起因して前記角度検出値に生じる誤差のいずれと比べても、前記角度検出値における、前記所定の周期の１／４で変化する誤差が低減されるように、前記第１および第２の磁気異方性が設定されていることを特徴とする角度センサシステム。
【請求項２】
前記第５高調波磁界成分のみに起因して前記角度検出値に生じる誤差と前記第３高調波信号成分のみに起因して前記角度検出値に生じる誤差の位相差は、４５°であることを特徴とする請求項１記載の角度センサシステム。
【請求項３】
前記第１および第２の磁気異方性は、いずれも形状磁気異方性であることを特徴とする請求項１または２記載の角度センサシステム。
【請求項４】
前記第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と、前記第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、互いに直交している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角度センサシステム。
【請求項５】
前記検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、前記第１および第２の磁界成分の各々は、更に、前記理想磁界成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波磁界成分を含み、
前記第３高調波磁界成分は、前記角度検出値に、前記所定の周期の１／２で変化する誤差を生じさせ、
前記角度センサは、前記第３高調波磁界成分に起因して前記角度検出値に生じる誤差の補正を行う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角度センサシステム。
【請求項６】
前記第３高調波磁界成分に起因して前記角度検出値に生じる誤差の補正は、前記角度検出部において行われる補正処理によって実現されることを特徴とする請求項５記載の角度センサシステム。
【請求項７】
前記補正処理は、前記第１および第２の検出信号を、前記角度検出値を算出する角度演算に用いられる第１および第２の演算用信号に変換する変換演算を行うことを含み、
前記変換演算は、前記第１および第２の検出信号を用いて前記角度演算を行って前記角度検出値を算出する場合に比べて、前記角度検出値における、前記所定の周期の１／２で変化する誤差が低減されるように、前記第１および第２の検出信号を前記第１および第２の演算用信号に変換することを特徴とする請求項６記載の角度センサシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、前記検出位置における前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化すると共に第３の磁気異方性が設定された磁性層を含み、
前記第３高調波磁界成分に起因して前記角度検出値に生じる誤差の補正は、前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子の他方における前記第１または第２の磁気異方性と、前記第３の磁気異方性とによって実現されることを特徴とする請求項５記載の角度センサシステム。
【請求項９】
前記第３の磁気異方性は、形状磁気異方性であることを特徴とする請求項８記載の角度センサシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、前記第１または第２の磁性層とは別に、前記第３の磁気異方性が設定された磁性層を含むことを特徴とする請求項８または９記載の角度センサシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方において、前記第３の磁気異方性は、第１または第２の磁性層に設定されていることを特徴とする請求項８または９記載の角度センサシステム。
【請求項１２】
前記第３高調波磁界成分に起因して前記角度検出値に生じる誤差の補正を実現するための前記第１または第２の磁気異方性と前記第３の磁気異方性は、磁化容易軸方向が同じ方向であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の角度センサシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含むことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の角度センサシステム。
【請求項１４】
前記磁界発生部は、中心軸を中心として回転可能な磁石であり、
前記検出位置は、前記中心軸から外れた位置であり、
前記検出対象の角度は、前記磁石の回転位置に対応することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の角度センサシステム。
【請求項１５】
前記磁界発生部は、複数組のＮ極とＳ極が交互に第１の方向に配列された磁石であり、
前記検出位置に対する前記磁石の相対的な位置は、前記第１の方向に変化可能であり、
前記検出対象の角度は、前記磁石の１ピッチを３６０°として前記検出位置に対する前記磁石の相対的な位置を角度で表したときのその角度であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の角度センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界発生部と角度センサとを含む角度センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車におけるステアリングホイールまたはパワーステアリングモータの回転位置の検出等の種々の用途で、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度センサが広く利用されている。角度センサとしては、例えば磁気式の角度センサがある。磁気式の角度センサが用いられる角度センサシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する回転磁界を発生する磁界発生部が設けられる。磁界発生部は、例えば回転する磁石である。磁気式の角度センサにおける検出対象の角度は、例えば磁石の回転位置に対応する。
【０００３】
磁気式の角度センサとしては、特許文献１に記載されているように、互いに位相が異なる複数の検出信号を生成する複数の検出回路を備え、複数の検出信号を用いた演算によって角度検出値を生成するものが知られている。複数の検出回路の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。磁気検出素子は、例えば、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有するスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を含んでいる。
【０００４】
磁気式の角度センサでは、検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、複数の検出信号の各々の波形は、理想的には、正弦曲線（サイン（Sine）波形とコサイン（Cosine）波形を含む）になる。しかし、各検出信号の波形は、正弦曲線から歪む場合がある。各検出信号の波形が歪むと、角度検出値に誤差が生じる場合がある。以下、角度検出値に生じる誤差を、角度誤差と言う。
【０００５】
各検出信号の波形が歪む場合、各検出信号は、理想的な正弦曲線を描くように変化する理想成分と、それ以外の誤差成分とを含む。各検出信号が理想成分のみからなる場合に算出される角度検出値は、角度センサの真の検出対象の角度に相当する。以下、各検出信号が理想成分のみからなる場合に算出される角度検出値を理想角度と言う。角度誤差は、理想角度と角度検出値との差である。
【０００６】
角度誤差が生じる原因には、大きく分けて、磁界発生部が発生する回転磁界による第１の原因と、磁気検出素子による第２の原因とがある。理想的な角度センサシステムでは、検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、各検出回路の位置における回転磁界の一方向の成分の強度の変化を示す波形（以下、磁界強度波形と言う。）が正弦曲線になり、且つ各検出回路によって生成される各検出信号の波形も正弦曲線になる。第１の原因による角度誤差は、磁界強度波形が正弦曲線から歪むことによって生じる。
【０００７】
第２の原因による角度誤差は、磁界強度波形が正弦曲線になる場合であっても、各検出信号の波形が正弦曲線から歪むことによって生じる。第２の原因による角度誤差は、例えば、磁気検出素子としての磁気抵抗効果素子の自由層が磁気異方性を有する場合に生じる。なお、第１の原因と第２の原因が複合して、角度誤差が生じる場合もある。
【０００８】
特許文献１には、第１の原因による角度誤差を低減できるようにした磁気センサが記載されている。この磁気センサは、互いに異なる位置に配置された第１の検出部と第２の検出部を備えている。第１の検出部は、第１の検出回路と、第２の検出回路と、第１および第２の検出回路の出力信号に基づいて第１の検出角度を算出する第１の演算回路を有している。第２の検出部は、第３の検出回路と、第４の検出回路と、第３および第４の検出回路の出力信号に基づいて第２の検出角度を算出する第２の演算回路を有している。磁気センサは、更に、第１および第２の検出角度に基づいて角度検出値を算出する第３の演算回路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１５８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された磁気センサでは、多くの検出回路と多くの演算回路が必要になり、構成が複雑になるという問題点があった。
【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、簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界に起因する角度誤差を低減できるようにした角度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】
本発明の角度センサシステムは、磁界発生部と角度センサとを備えている。磁界発生部は、検出対象の角度に応じて所定の検出位置における磁界の方向が変化する回転磁界を発生する。角度センサは、検出位置において回転磁界を検出して、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する。検出位置における回転磁界は、第１の方向の第１の磁界成分と、第１の方向に対して直交する第２の方向の第２の磁界成分とを含んでいる。
【００１３】
角度センサは、第１の検出信号生成部と第２の検出信号生成部と角度検出部とを有している。第１の検出信号生成部は、検出位置における回転磁界の方向が第１の方向に対してなす角度の余弦と対応関係を有する第１の検出信号を生成する。第２の検出信号生成部は、検出位置における回転磁界の方向が第１の方向に対してなす角度の正弦と対応関係を有する第２の検出信号を生成する。角度検出部は、第１および第２の検出信号に基づいて角度検出値を生成する。
【００１４】
第１の検出信号生成部は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、検出位置における回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する第１の磁性層を含んでいる。第１の磁性層には、第１の磁気異方性が設定されている。
【００１５】
第２の検出信号生成部は、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、検出位置における回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する第２の磁性層を含んでいる。第２の磁性層には、第２の磁気異方性が設定されている。
【００１６】
検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、第１および第２の磁界成分の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想磁界成分と、理想磁界成分の第５高調波に相当する誤差成分である第５高調波磁界成分とを含む。第５高調波磁界成分は、角度検出値に、所定の周期の１／４で変化する誤差を生じさせる。
【００１７】
検出対象の角度が所定の周期で変化する場合において、第１および第２の磁界成分の各々が理想磁界成分のみからなると仮定した場合には、第１および第２の検出信号の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想信号成分と、理想信号成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波信号成分とを含む。第３高調波信号成分は、第１および第２の磁気異方性に起因するものであると共に、角度検出値に、所定の周期の１／４で変化する誤差を生じさせる。
【００１８】
本発明の角度センサシステムでは、第５高調波磁界成分のみに起因して角度検出値に生じる誤差と第３高調波信号成分のみに起因して角度検出値に生じる誤差のいずれと比べても、角度検出値における、所定の周期の１／４で変化する誤差が低減されるように、第１および第２の磁気異方性が設定されている。
【００１９】
本発明の角度センサシステムにおいて、第５高調波磁界成分のみに起因して角度検出値に生じる誤差と第３高調波信号成分のみに起因して角度検出値に生じる誤差の位相差は、４５°であってもよい。
【００２０】
また、本発明の角度センサシステムにおいて、第１および第２の磁気異方性は、いずれも形状磁気異方性であってもよい。また、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、互いに直交していてもよい。
【００２１】
また、本発明の角度センサシステムにおいて、検出対象の角度が所定の周期で変化する場合、第１および第２の磁界成分の各々は、更に、理想磁界成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波磁界成分を含んでいてもよい。第３高調波磁界成分は、角度検出値に、所定の周期の１／２で変化する誤差を生じさせる。角度センサは、第３高調波磁界成分に起因して角度検出値に生じる誤差の補正を行ってもよい。
【００２２】
第３高調波磁界成分に起因して角度検出値に生じる誤差の補正は、角度検出部において行われる補正処理によって実現されてもよい。補正処理は、第１および第２の検出信号を、角度検出値を算出する角度演算に用いられる第１および第２の演算用信号に変換する変換演算を行うことを含んでいてもよい。変換演算は、第１および第２の検出信号を用いて角度演算を行って角度検出値を算出する場合に比べて、角度検出値における、所定の周期の１／２で変化する誤差が低減されるように、第１および第２の検出信号を第１および第２の演算用信号に変換してもよい。
【００２３】
また、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、検出位置における回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化すると共に第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいてもよい。そして、第３高調波磁界成分に起因して角度検出値に生じる誤差の補正は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の他方における第１または第２の磁気異方性と、第３の磁気異方性とによって実現されてもよい。第３の磁気異方性は、形状磁気異方性であってもよい。
【００２４】
少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、第１または第２の磁性層とは別に、第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいてもよい。あるいは、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方において、第３の磁気異方性は、第１または第２の磁性層に設定されていてもよい。
【００２５】
また、第３高調波磁界成分に起因して角度検出値に生じる誤差の補正を実現するための第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性は、磁化容易軸方向が同じ方向であってもよい。
【００２６】
また、本発明の角度センサシステムにおいて、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。
【００２７】
また、本発明の角度センサシステムにおいて、磁界発生部は、中心軸を中心として回転可能な磁石であってもよい。この場合、検出位置は、中心軸から外れた位置であってもよい。また、検出対象の角度は、磁石の回転位置に対応していてもよい。
【００２８】
また、本発明の角度センサシステムにおいて、磁界発生部は、複数組のＮ極とＳ極が交互に第１の方向に配列された磁石であってもよい。この場合、検出位置に対する磁石の相対的な位置は、第１の方向に変化可能であってもよい。また、検出対象の角度は、磁石の１ピッチを３６０°として検出位置に対する磁石の相対的な位置を角度で表したときのその角度であってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の角度センサシステムでは、第５高調波磁界成分に起因して生じる角度誤差を、第１および第２の磁気異方性を利用して低減することができる。従って、本発明によれば、簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界に起因する角度誤差を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る角度センサシステムの概略の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る角度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方向と角度の定義を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における検出部の構成の第１の例を示す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における検出部の構成の第２の例を示す回路図である。
【図６】図４における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における角度検出部の構成を示す機能ブロック図である。
【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の磁界成分の波形の一例を示す波形図である。
【図９】図８に示した第１および第２の磁界成分に起因する角度誤差の波形を示す波形図である。
【図１０】図８に示した第１および第２の磁界成分のそれぞれの第３高調波磁界成分の波形を示す波形図である。
【図１１】図１０に示した第３高調波磁界成分のみに起因する角度誤差の波形を示す波形図である。
【図１２】図８に示した第１および第２の磁界成分のそれぞれの第５高調波磁界成分の波形を示す波形図である。
【図１３】図１２に示した第５高調波磁界成分のみに起因する角度誤差の波形を示す波形図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態において第１および第２の磁界成分の各々が理想磁界成分のみからなる場合における第１および第２の検出信号の波形の一例を示す波形図である。
【図１５】図１４に示した第１および第２の検出信号の第３高調波信号成分のみに起因する角度誤差の波形を示す波形図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態において第１および第２の検出信号を用いて角度演算を行って算出した角度検出値に生じる角度誤差の波形の一例を示す波形図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態において第１および第２の演算用信号を用いて角度演算を行って算出した角度検出値に生じる角度誤差の波形の一例を示す波形図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態における検出部の構成の第１の例を示す回路図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態における角度検出部の構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態における第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性とに起因する角度誤差の波形を示す波形図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態における角度センサの検出部の構成を示す回路図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態に係る角度センサシステムの第１の状態を示す説明図である。
【図２３】本発明の第４の実施の形態に係る角度センサシステムの第２の状態を示す説明図である。
【図２４】本発明の第４の実施の形態に係る角度センサシステムの第３の状態を示す説明図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態に係る角度センサシステムの第４の状態を示す説明図である。
【００３１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る角度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角度センサシステムの概略の構成を示す側面図である。図２は、本実施の形態に係る角度センサシステムの概略の構成を示す平面図である。本実施の形態に係る角度センサシステム１は、磁界発生部と角度センサ２を備えている。
【００３２】
本実施の形態における磁界発生部は、回転位置を検出する対象物である回転軸６に取り付けられたリング状の磁石５である。磁石５は、回転軸６に連動し、中心軸Ｃを中心として回転方向Ｄに回転する。本実施の形態における検出対象の角度は、回転軸６の回転位置であり、且つ磁石５の回転位置に対応する。以下、検出対象の角度を、対象角度と言い、記号θで表す。
【００３３】
磁界発生部である磁石５は、図２において符号５Ｍを付した矢印で示した方向の磁化を有している。磁石５は、この磁化により、対象角度θに応じて所定の検出位置ＰＲにおける磁界の方向が変化する回転磁界ＭＦを発生する。以下、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定の基準方向ＤＲに対してなす角度を回転磁界角度と言い、記号θＭで表す。
【００３４】
角度センサ２は、特に、磁気式の角度センサである。角度センサ２は、検出位置ＰＲにおいて回転磁界ＭＦを検出して、対象角度θと対応関係を有する角度検出値θｓを生成する。
【００３５】
検出位置ＰＲは、磁石５の一方の端面に平行で且つ中心軸Ｃに垂直な仮想の平面である基準平面Ｐ内に位置する。この基準平面Ｐ内において、回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、検出位置ＰＲを中心として回転する。基準方向ＤＲは、基準平面Ｐ内に位置して、検出位置ＰＲと交差する。以下の説明において、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭとは、基準平面Ｐ内に位置する方向を指す。
【００３６】
角度センサ２は、検出部１０と角度検出部２０とを備えている。角度検出部２０は、図１および図２には示されていないが、後で説明する図７に示されている。検出部１０は、基準平面Ｐと接するか交差する位置に配置されている。検出部１０に対する磁石５の相対的な位置は、中心軸Ｃを中心として回転方向Ｄに変化する。
【００３７】
ここで、図１ないし図３を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図１に示した中心軸Ｃに平行で、図１における下から上に向かう方向をＺ方向とする。図２および図３において、Ｚ方向は奥から手前に向かう方向である。次に、Ｚ方向に垂直な２つの方向であって、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向とする。図１では、Ｘ方向は右に向かう方向であり、Ｙ方向は手前から奥に向かう方向である。図２および図３では、Ｘ方向は右に向かう方向であり、Ｙ方向は上に向かう方向である。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方向とする。
【００３８】
検出位置ＰＲは、角度センサ２が回転磁界ＭＦを検出する位置である。基準方向ＤＲはＸ方向とする。回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、図３において反時計回り方向に回転するものとする。対象角度θおよび回転磁界角度θＭは、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに負の値で表す。
【００３９】
また、基準平面Ｐ内に位置して互いに直交する２つの方向を第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とする。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１はＸ方向であり、第２の方向Ｄ２はＹ方向である。
【００４０】
図３に示したように、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦは、第１の方向Ｄ１の第１の磁界成分ＭＦ１と、第２の方向Ｄ２の第２の磁界成分ＭＦ２とを含んでいる。
【００４１】
次に、図４および図５を参照して、検出部１０の構成について詳しく説明する。図４は、検出部１０の構成の第１の例を示す回路図である。図５は、検出部１０の構成の第２の例を示す回路図である。検出部１０は、第１の検出信号生成部１１と第２の検出信号生成部１２を有している。
【００４２】
第１の検出信号生成部１１は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが第１の方向Ｄ１に対してなす角度の余弦と対応関係を有する第１の検出信号Ｓ１を生成する。第２の検出信号生成部１２は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが第１の方向Ｄ１に対してなす角度の正弦と対応関係を有する第２の検出信号Ｓ２を生成する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１は、基準方向ＤＲと同じ方向である。そのため、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが第１の方向Ｄ１に対してなす角度は、回転磁界角度θＭと等しい。
【００４３】
第１の検出信号生成部１１は、回転磁界ＭＦを検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する第１の磁性層を含んでいる。第１の磁性層には、第１の磁気異方性が設定されている。
【００４４】
第２の検出信号生成部１２は、回転磁界ＭＦを検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する第２の磁性層を含んでいる。第２の磁性層には、第２の磁気異方性が設定されている。
【００４５】
第１および第２の磁気異方性は、いずれも例えば形状磁気異方性である。第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、互いに直交している。
【００４６】
少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。磁気抵抗効果素子は、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子でもよい。
【００４７】
対象角度θが所定の周期で変化することによって回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定の周期で回転すると、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、いずれも、上記所定の周期と等しい信号周期で周期的に変化する。第２の検出信号Ｓ２の位相は、第１の検出信号Ｓ１の位相に対して９０°だけ異なっていることが好ましい。ただし、磁気検出素子の作製の精度等の観点から、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との位相差は、９０°から、わずかにずれていてもよい。以下の説明では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２との位相差が９０°であるものとする。
【００４８】
以下、図４および図５を参照して、第１および第２の検出信号生成部１１，１２の具体的な構成の一例について詳しく説明する。この例では、第１の検出信号生成部１１は、ホイートストンブリッジ回路１４と、差分検出器１５とを有している。また、第２の検出信号生成部１２は、ホイートストンブリッジ回路１６と、差分検出器１７とを有している。
【００４９】
ホイートストンブリッジ回路１４，１６の各々は、それぞれ、４つの磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、電源ポートＶと、グランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ１は、電源ポートＶと第１の出力ポートＥ１との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ２は、第１の出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。磁気検出素子Ｒ３は、電源ポートＶと第２の出力ポートＥ２との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ４は、第２の出力ポートＥ２とグランドポートＧとの間に設けられている。電源ポートＶ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Ｇはグランドに接続される。
【００５０】
磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々は、直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）を含んでいてもよい。複数のＭＲ素子の各々は、例えばスピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、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。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。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。図４および図５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。
【００５１】
第１の検出信号生成部１１では、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第１の方向Ｄ１（Ｘ方向）であり、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第１の方向Ｄ１とは反対の方向である。この場合、回転磁界角度θＭの余弦に応じて、ホイートストンブリッジ回路１４の出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差が変化する。差分検出器１５は、ホイートストンブリッジ回路１４の出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号を第１の検出信号Ｓ１として出力する。従って、第１の検出信号生成部１１は、回転磁界角度θＭの余弦と対応関係を有する第１の検出信号Ｓ１を生成する。
【００５２】
第２の検出信号生成部１２では、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第２の方向Ｄ２（Ｙ方向）であり、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第２の方向Ｄ２とは反対の方向である。この場合、回転磁界角度θＭの正弦に応じて、ホイートストンブリッジ回路１６の出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差が変化する。差分検出器１７は、ホイートストンブリッジ回路１６の出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号を第２の検出信号Ｓ２として出力する。従って、第２の検出信号生成部１２は、回転磁界角度θＭの正弦と対応関係を有する第２の検出信号Ｓ２を生成する。
【００５３】
なお、検出信号生成部１１，１２内の複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子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。
【００５４】
第１の検出信号生成部１１内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々は、第１の磁気異方性が設定された自由層を含むＭＲ素子を少なくとも１つ含んでいる。第１の磁気異方性が設定された自由層は、第１の磁性層に対応する。本実施の形態では特に、第１の検出信号生成部１１に含まれる全てのＭＲ素子の自由層に、第１の磁気異方性が設定されている。
【００５５】
第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々は、第２の磁気異方性が設定された自由層を含むＭＲ素子を少なくとも１つ含んでいる。第２の磁気異方性が設定された自由層は、第２の磁性層に対応する。本実施の形態では特に、第２の検出信号生成部１２に含まれる全てのＭＲ素子の自由層に、第２の磁気異方性が設定されている。
【００５６】
次に、図４に示した第１の例の検出部１０と図５に示した第２の例の検出部１０の違いについて説明する。図４および図５において、第１の検出信号生成部１１内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々を表す楕円の長軸方向は、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向を表している。また、第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々を表す楕円の長軸方向は、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向を表している。
【００５７】
図４に示した検出部１０の第１の検出信号生成部１１では、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向は、Ｘ方向に平行な方向である。この第１の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第１の検出信号生成部１１内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向と平行である。また、図４に示した検出部１０の第２の検出信号生成部１２では、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、Ｙ方向に平行な方向である。この第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向と平行である。
【００５８】
図５に示した検出部１０の第１の検出信号生成部１１では、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向は、Ｙ方向に平行な方向である。この第１の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第１の検出信号生成部１１内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向に対して直交している。また、図５に示した検出部１０の第２の検出信号生成部１２では、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、Ｘ方向に平行な方向である。この第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向に対して直交している。
【００５９】
本実施の形態では、前述の通り、第１および第２の磁気異方性は、いずれも例えば形状磁気異方性である。この場合、自由層と非磁性層の界面に垂直な方向から見たＭＲ素子の形状を、楕円形状等の一方向に長い形状とすることによって、ＭＲ素子の長手方向が磁化容易軸方向になるように、第１および第２の磁気異方性を設定することができる。
【００６０】
なお、上述の磁化容易軸方向は、ＭＲ素子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。
【００６１】
本実施の形態では、前述の第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の各々に含まれる誤差成分に応じて、図４に示した第１の例と図５に示した第２の例の一方が選択されると共に、第１および第２の磁気異方性の各々の大きさが決定される。これについては、後で詳しく説明する。
【００６２】
ここで、図６を参照して、磁気検出素子の構成の一例について説明する。図６は、図４または図５に示した角度センサ２における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つの磁気検出素子は、複数の下部電極１６２と、複数のＭＲ素子１５０と、複数の上部電極１６３とを有している。複数の下部電極１６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極１６２は細長い形状を有している。下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２の間には、間隙が形成されている。図６に示したように、下部電極１６２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１５０が配置されている。ＭＲ素子１５０は、下部電極１６２側から順に積層された自由層１５１、非磁性層１５２、磁化固定層１５３および反強磁性層１５４を含んでいる。自由層１５１は、下部電極１６２に電気的に接続されている。反強磁性層１５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極１６３は、複数のＭＲ素子１５０の上に配置されている。個々の上部電極１６３は細長い形状を有し、下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子１５０の反強磁性層１５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図６に示した磁気検出素子は、複数の下部電極１６２と複数の上部電極１６３とによって直列に接続された複数のＭＲ素子１５０を有している。なお、ＭＲ素子１５０における層１５１〜１５４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。
【００６３】
図６に示した例では、自由層１５１に前述の形状磁気異方性を付与するために、自由層１５１と非磁性層１５２の界面に垂直な方向から見たＭＲ素子１５０の形状を楕円形状にしている。
【００６４】
次に、図７を参照して、角度検出部２０について説明する。角度検出部２０は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて角度検出値θｓを生成する。角度検出部２０は、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）２１，２２と、補正処理部２３と、角度演算部２４とを有している。
【００６５】
Ａ／Ｄ変換器２１は、第１の検出信号Ｓ１をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２は、第２の検出信号Ｓ２をデジタル信号に変換する。補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換器２１，２２によってデジタル信号に変換された第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いた補正処理を行って、第１の演算用信号Ｓａと第２の演算用信号Ｓｂを生成する。以下、補正処理において用いられる、デジタル信号に変換された第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を、単に第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２と言う。
【００６６】
角度演算部２４は、第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂを用いて角度演算を行って角度検出値θｓを算出する。補正処理部２３および角度演算部２４は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはマイクロコンピュータによって実現することができる。
【００６７】
次に、補正処理部２３が行う補正処理の内容について説明する。補正処理は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を、角度検出値θｓを算出する角度演算に用いられる第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂに変換する変換演算を行うことを含んでいる。
【００６８】
変換演算では、まず、オフセットおよび振幅を補正するための関数を用いた演算を行って、信号Ｓ１，Ｓ２に対応する信号Ｓ１ａ，Ｓ２ａを生成する。具体的には、補正処理では、下記の式（１）で表される関数によって信号Ｓ１ａを生成し、下記の式（２）で表される関数によって信号Ｓ２ａを生成する。
【００６９】
Ｓ１ａ＝（Ｓ１−Ｓ１off）／Ｓ１amp／ＣＰ１    …（１）
Ｓ２ａ＝（Ｓ２−Ｓ２off）／Ｓ２amp・ＣＰ１    …（２）
【００７０】
式（１）において、Ｓ１offとＳ１ampは、それぞれ、信号Ｓ１のオフセットと振幅を表している。式（２）においてＳ２offとＳ２ampは、それぞれ、信号Ｓ２のオフセットと振幅を表している。オフセットＳ１offと振幅Ｓ１ampは、少なくとも１周期分の信号Ｓ１の波形から求めることができる。オフセットＳ２offと振幅Ｓ２ampは、少なくとも１周期分の信号Ｓ２の波形から求めることができる。少なくとも１周期分の信号Ｓ１，Ｓ２の波形は、角度センサシステム１の出荷前または使用前に生成することができる。
【００７１】
式（１）、（２）は、補正パラメータＣＰ１を含んでいる。補正パラメータＣＰ１は、１または１に近い値である。補正パラメータＣＰ１が１の場合には、式（１）、（２）は、信号Ｓ１，Ｓ２の各々のオフセットおよび振幅を補正するための基本的な演算を表す。補正パラメータＣＰ１が１の場合には、信号Ｓ１ａ，Ｓ２ａの振幅は等しくなるが、補正パラメータＣＰ１が１以外の場合には、信号Ｓ１ａ，Ｓ２ａの振幅は等しくならない。
【００７２】
変換演算では、次に、下記の式（３）で表される関数によって第１の初期演算用信号Ｓａｐを生成し、下記の式（４）で表される関数によって第２の初期演算用信号Ｓｂｐを生成する。
【００７３】
Ｓａｐ＝Ｓ１ａ−Ｓ２ａ    …（３）
Ｓｂｐ＝Ｓ１ａ＋Ｓ２ａ    …（４）
【００７４】
変換演算では、次に、下記の式（５）で表される関数によって第１の演算用信号Ｓａを生成し、下記の式（６）で表される関数によって第２の演算用信号Ｓｂを生成する。
【００７５】
Ｓａ＝Ｓａｐ／Ｓａｐamp／ＣＰ２    …（５）
Ｓｂ＝Ｓｂｐ／Ｓｂｐamp・ＣＰ２    …（６）
【００７６】
式（５）において、Ｓａｐampは、第１の初期演算用信号Ｓａｐの振幅を表している。式（６）においてＳｂｐampは、第２の初期演算用信号Ｓｂｐの振幅を表している。振幅Ｓａｐamp，Ｓｂｐampは、それぞれ、少なくとも１周期分の第１および第２の初期演算用信号Ｓａｐ，Ｓｂｐの波形から求めることができる。少なくとも１周期分の第１および第２の初期演算用信号Ｓａｐ，Ｓｂｐの波形は、角度センサシステム１の出荷前または使用前に生成することができる。
【００７７】
式（５）、（６）は、補正パラメータＣＰ２を含んでいる。補正パラメータＣＰ２は、１または１に近い値である。
【００７８】
補正パラメータＣＰ１，ＣＰ２が共に１の場合には、式（１）〜（６）は、第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂの位相差を９０°にし、且つ第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂの振幅を等しくするための基本的な演算を表す。補正パラメータＣＰ１が１以外の場合には、第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂの位相差は、正確な９０°にはならないが、９０°に近い値になる。また、補正パラメータＣＰ２が１以外の場合には、第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂの振幅は等しくならない。補正パラメータＣＰ１，ＣＰ２の決定方法については、後で詳しく説明する。
【００７９】
次に、角度演算部２４が行う角度演算について説明する。角度演算では、第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂを用いて、下記の式（７）によって、角度検出値θｓを算出する。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。
【００８０】
θｓ＝ａｔａｎ（Ｓｂ／Ｓａ）−α    …（７）
【００８１】
式（７）においてαは、ａｔａｎ（Ｓｂ／Ｓａ）の演算によって求まる角度と角度検出値θｓとの位相差を表している。
【００８２】
θｓが０°以上３６０°未満の範囲内では、式（７）におけるθｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、Ｓａ，Ｓｂの正負の組み合わせにより、θｓの真の値が、式（７）におけるθｓの２つの解のいずれであるかを判別することができる。角度演算部２４は、式（７）と、上記のＳａ，Ｓｂの正負の組み合わせの判定により、０°以上３６０°未満の範囲内でθｓを求める。
【００８３】
以下、本実施の形態に係る角度センサシステム１の作用および効果について説明する。本実施の形態において、角度検出値θｓに生じる角度誤差には、回転磁界ＭＦに起因するものと、角度センサ２に起因するものとがある。本実施の形態では、角度センサ２に起因する角度誤差は、主に第１および第２の磁気異方性に起因するものである。なお、角度誤差は、角度検出値θｓから対象角度θを引いた値である。
【００８４】
始めに、回転磁界ＭＦのみに起因して角度検出値θｓに生じる角度誤差について説明する。対象角度θが所定の周期で変化する場合、回転磁界ＭＦの第１の磁界成分ＭＦ１と第２の磁界成分ＭＦ２の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想磁界成分と、理想磁界成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波磁界成分と、理想磁界成分の第５高調波に相当する誤差成分である第５高調波磁界成分とを含んでいる。以下、第１の磁界成分ＭＦ１の理想磁界成分、第３高調波磁界成分、第５高調波磁界成分を、それぞれ記号ＭＦ１０，ＭＦ１ａ，ＭＦ１ｂで表す。また、第２の磁界成分ＭＦ２の理想磁界成分、第３高調波磁界成分、第５高調波磁界成分を、それぞれ記号ＭＦ２０，ＭＦ２ａ，ＭＦ２ｂで表す。
【００８５】
第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａは、角度検出値θｓに、所定の周期の１／２で変化する角度誤差Ｅａを生じさせる。第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂは、角度検出値θｓに、所定の周期の１／４で変化する角度誤差Ｅｂを生じさせる。
【００８６】
本実施の形態では、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の各々が第３高調波磁界成分と第５高調波磁界成分を含むことにより、角度検出値θｓには、上記の角度誤差Ｅａと角度誤差Ｅｂとが複合した角度誤差Ｅａｂが生じる。
【００８７】
図８は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の波形の一例を示している。図８において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２を示している。図８における縦軸の単位は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０の最大値を１とした任意単位である。図８において、記号ＭＦ１を付した曲線は第１の磁界成分ＭＦ１の波形を示し、記号ＭＦ２を付した曲線は第２の磁界成分ＭＦ２の波形を示している。また、記号ＭＦ１０を付した曲線は第１の磁界成分ＭＦ１の理想磁界成分の波形を示し、記号ＭＦ２０を付した曲線は第２の磁界成分ＭＦ２の理想磁界成分の波形を示している。
【００８８】
図９は、図８に示した第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２に起因する角度誤差Ｅａｂの波形を示している。図９において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅａｂを示している。
【００８９】
図１０は、図８に示した第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２のそれぞれの第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａの波形を示している。図１０において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａを示している。図１０における縦軸の単位は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０の最大値を１とした任意単位である。図１０において、記号ＭＦ１ａを付した曲線は第３高調波磁界成分ＭＦ１ａの波形を示し、記号ＭＦ２ａを付した曲線は第３高調波磁界成分ＭＦ２ａの波形を示している。
【００９０】
図１１は、図１０に示した第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａのみに起因する角度誤差Ｅａの波形を示している。図１１において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅａを示している。
【００９１】
図１２は、図８に示した第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２のそれぞれの第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂの波形を示している。図１２において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂを示している。図１２における縦軸の単位は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０の最大値を１とした任意単位である。図１２において、記号ＭＦ１ｂを付した曲線は第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂの波形を示し、記号ＭＦ２ｂを付した曲線は第５高調波磁界成分ＭＦ２ｂの波形を示している。
【００９２】
図１３は、図１２に示した第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂのみに起因する角度誤差Ｅｂの波形を示している。図１３において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｂを示している。
【００９３】
図８に示した第１の磁界成分ＭＦ１の理想磁界成分ＭＦ１０の波形はｃｏｓθで表すことができ、図８に示した第２の磁界成分ＭＦ２の理想磁界成分ＭＦ２０の波形はｓｉｎθで表すことができる。
【００９４】
図１０に示した第１の磁界成分ＭＦ１の第３高調波磁界成分ＭＦ１ａの波形はＡ1・ｃｏｓ３θで表すことができ、図１０に示した第２の磁界成分ＭＦ２の第３高調波磁界成分ＭＦ２ａの波形はＡ1・ｓｉｎ３θで表すことができる。ここで、Ａ1は実数である。図１０に示した例では、Ａ1は正の値である。
【００９５】
図１２に示した第１の磁界成分ＭＦ１の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂの波形はＢ1・ｃｏｓ５θで表すことができ、図１２に示した第２の磁界成分ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ２ｂの波形はＢ1・ｓｉｎ５θで表すことができる。ここで、Ｂ1は実数である。図１２に示した例では、Ｂ1は正の値である。
【００９６】
ここで、検出値θｓに生じる角度誤差が角度誤差Ｅａｂのみであると仮定すると、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ下記の式（８）、（９）で表すことができる。
【００９７】
Ｓ１＝ｃｏｓθ＋Ａ1・ｃｏｓ３θ＋Ｂ1・ｃｏｓ５θ    …（８）
Ｓ２＝ｓｉｎθ＋Ａ1・ｓｉｎ３θ＋Ｂ1・ｓｉｎ５θ    …（９）
【００９８】
次に、第１および第２の磁気異方性に起因して角度検出値θｓに生じる角度誤差について説明する。まず、対象角度θが所定の周期で変化する場合において、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２がそれぞれ理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０のみからなると仮定する。この場合、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想信号成分と、理想信号成分の第３高調波に相当する誤差成分である第３高調波信号成分とを含む。以下、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の理想信号成分を、それぞれ記号Ｓ１０，Ｓ２０で表す。第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の第３高調波信号成分は、それぞれ第１および第２の磁気異方性に起因するものである。また、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の第３高調波信号成分は、角度検出値θｓに、所定の周期の１／４で変化する角度誤差Ｅｃを生じさせる。
【００９９】
図１４は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２が理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０のみからなると仮定した場合における第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の波形の一例を示している。図１４において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を示している。図１４において、記号Ｓ１を付した曲線は第１の検出信号Ｓ１の波形を示し、記号Ｓ２を付した曲線は第２の検出信号Ｓ２の波形を示している。また、記号Ｓ１０を付した曲線は第１の検出信号Ｓ１の理想信号成分Ｓ１０の波形を示し、記号Ｓ２０を付した曲線は第２の検出信号Ｓ２の理想磁界成分Ｓ２０の波形を示している。
【０１００】
図１５は、図１４に示した第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の第３高調波信号成分のみに起因する角度誤差Ｅｃの波形を示している。図１５において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｃを示している。
【０１０１】
図１４に示した第１の検出信号Ｓ１の理想信号成分Ｓ１０の波形はｃｏｓθで表すことができ、図１４に示した第２の検出信号Ｓ２の理想信号成分Ｓ２０の波形はｓｉｎθで表すことができる。図１４に示した第１の検出信号Ｓ１の第３高調波信号成分は、Ｃ1・ｃｏｓ３θで表すことができ、図１４に示した第２の検出信号Ｓ２の第３高調波信号成分は−Ｃ1・ｓｉｎ３θで表すことができる。ここで、Ｃ1は実数である。図１４に示した例では、Ｃ1は正の値である。
【０１０２】
検出値θｓに生じる角度誤差が角度誤差Ｅｃのみであると仮定すると、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ下記の式（１０）、（１１）で表すことができる。
【０１０３】
Ｓ１＝ｃｏｓθ＋Ｃ1・ｃｏｓ３θ    …（１０）
Ｓ２＝ｓｉｎθ−Ｃ1・ｓｉｎ３θ    …（１１）
【０１０４】
図１３に示したように、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂのみに起因する角度誤差Ｅｂは、所定の周期の１／４で変化する。図１５に示したように、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の第３高調波信号成分のみに起因する角度誤差Ｅｃも、所定の周期の１／４で変化する。Ｃ1の正負の符号をＢ1の正負の符号と同じにすると、角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃの位相差は４５°になる。特に、Ｃ1をＢ1と等しくすると、角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃの位相差は４５°になると共に、角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃの振幅が等しくなる。角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃがこのような関係になるようにすれば、理論的には、角度検出値θｓにおける、所定の周期の１／４で変化する角度誤差を完全に０にすることができる。
【０１０５】
Ｃ1の正負の符号は、第１および第２の磁気異方性の磁化容易軸方向によって変えることができる。例えば、図４に示した構成ではＣ1は負の値になり、図５に示した構成ではＣ1は正の値になる。また、Ｃ1の絶対値は、第１および第２の磁気異方性の大きさによって変えることができる。
【０１０６】
本実施の形態では、上記の性質を利用して、以下のようにして、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂに起因する角度誤差Ｅｂを、第１および第２の磁気異方性を利用して低減することができる。すなわち、本実施の形態では、角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃのいずれと比べても、角度検出値θｓにおける、所定の周期の１／４で変化する角度誤差が低減されるように、第１および第２の磁気異方性が設定されている。
【０１０７】
本実施の形態において、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａおよび第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂと、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の第３高調波信号成分の全てを考慮すると、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ下記の式（１２）、（１３）で表すことができる。
【０１０８】
Ｓ１＝ｃｏｓθ＋Ａ1・ｃｏｓ３θ＋Ｂ1・ｃｏｓ５θ＋Ｃ1・ｃｏｓ３θ  …（１２）
Ｓ２＝ｓｉｎθ＋Ａ1・ｓｉｎ３θ＋Ｂ1・ｓｉｎ５θ−Ｃ1・ｓｉｎ３θ  …（１３）
【０１０９】
ここで、式（１２）、（１３）で表される第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いて、下記の式（１４）で表される角度演算を行って角度検出値θｓを算出する場合について考える。
【０１１０】
θｓ＝ａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１）    …（１４）
【０１１１】
この場合に、角度検出値θｓに生じる角度誤差を記号Ｅａｂｃで表す。図１６は、角度誤差Ｅａｂｃの波形の一例を示している。図１６において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅａｂｃを示している。この例では、Ｃ1をＢ1と等しくしている。
【０１１２】
図１６に示した角度誤差Ｅａｂｃにおいて、所定の周期の１／４で変化する角度誤差成分は、図１３に示した角度誤差Ｅｂと図１５に示した角度誤差Ｅｃのいずれと比べても小さい。このことから、本実施の形態によれば、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２の第５高調波磁界成分ＭＦ１ｂ，ＭＦ２ｂに起因する角度誤差Ｅｂを、第１および第２の磁気異方性を利用して低減することができることが分かる。
【０１１３】
ここで、Ｃ1と、第１および第２の磁気異方性の磁化容易軸方向および大きさの決定方法の一例について説明する。まず、角度誤差Ｅｂの波形はＢ1によって決まる。従って、角度誤差Ｅｂの波形からＢ1を求めることができる。
【０１１４】
角度誤差Ｅｂと角度誤差Ｅｃのいずれと比べても、角度検出値θｓにおける、所定の周期の１／４で変化する角度誤差が低減されるようにするためには、Ｃ1の正負の符号をＢ1の正負の符号と同じにし、且つＢ1−Ｃ1の絶対値がＢ1の絶対値よりも小さくなるように、Ｃ1を決定すればよい。Ｂ1−Ｃ1の絶対値は、小さいほど好ましい。Ｂ1−Ｃ1の絶対値は、Ｂ1の絶対値の１／２以下であることが好ましい。
【０１１５】
前述のように、Ｃ1の正負の符号は、第１および第２の磁気異方性の磁化容易軸方向によって変えることができる。また、Ｃ1の絶対値は、第１および第２の磁気異方性の大きさと相関がある。予め、Ｃ1と、第１および第２の磁気異方性の磁化容易軸方向および大きさとの関係を求めておけば、この関係に基づいて、所望のＣ1が得られるように、第１および第２の磁気異方性の磁化容易軸方向および大きさを決定することができる。
【０１１６】
第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２が第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａを含んでいる場合には、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いて角度演算を行って角度検出値θｓを算出すると、図１６に示したように、角度検出値θｓには、所定の周期の１／２で変化する角度誤差成分を含む角度誤差Ｅａｂｃが生じる。この所定の周期の１／２で変化する角度誤差成分は、第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａに起因して、角度検出値θｓに生じる誤差に対応する。以下、この角度誤差成分を、磁界起因２次角度誤差と言う。
【０１１７】
本実施の形態では、図７に示した補正処理部２３が行う補正処理によって、磁界起因２次角度誤差の補正が実現される。なお、磁界起因２次角度誤差の補正は、角度検出値θｓにおける、所定の周期の１／２で変化する角度誤差成分を低減することである。
【０１１８】
ここで、磁界起因２次角度誤差と補正パラメータＣＰ１，ＣＰ２との関係について説明する。磁界起因２次角度誤差は、第１の成分と第２の成分とを含んでいる。第１の成分と第２の成分の位相差は４５°である。第１の成分の振幅は、補正パラメータＣＰ１の値に依存して変化する。そのため、第１の成分の振幅に応じて補正パラメータＣＰ１の値を調整することによって、第１の成分を低減することができる。また、第２の成分の振幅は、補正パラメータＣＰ２の値に依存して変化する。そのため、第２の成分の振幅に応じて補正パラメータＣＰ２の値を調整することによって、第２の成分を低減することができる。第１の成分の振幅と第２の成分の振幅は、例えば、磁界起因２次角度誤差に対してフーリエ変換を行うことによって求めることができる。
【０１１９】
以下、補正処理部２３から出力される第１および第２の信号Ｓａ，Ｓｂを用いて、角度演算部２４によって算出した角度検出値θｓにおける角度誤差を記号Ｅｓで表す。図１７は、角度誤差Ｅｓの波形の一例を示している。この例は、補正パラメータＣＰ１の値を０．９２とし、補正パラメータＣＰ２の値を１として、補正処理を行った場合の例である。図１７において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。図１７に示したように、角度誤差Ｅｓは、図９に示した角度誤差Ｅａｂに比べて十分に小さくなっており、図１６に示したＥａｂｃに比べても小さくなっている。
【０１２０】
以上のことから、本実施の形態によれば、磁界発生部が発生する回転磁界ＭＦに起因する角度誤差を低減することができる。また、本実施の形態では、角度センサ２は、検出信号生成部１１，１２の対を、複数必要とせず、１つだけ含んでいればよい。従って、本実施の形態によれば、簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界ＭＦに起因する角度誤差を低減することができる。
【０１２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１８は、本実施の形態における検出部の構成の第１の例を示す回路図である。図１９は、本実施の形態における角度検出部の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る角度センサシステム１では、角度センサ２の構成が第１の実施の形態と異なっている。
【０１２２】
本実施の形態における角度センサ２の検出部１０は、第１の実施の形態における第１の検出信号生成部１１と第２の検出信号生成部１２の代わりに、第１の検出信号生成部１１１と第２の検出信号生成部１１２を有している。
【０１２３】
第１の検出信号生成部１１１は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第１の磁気検出素子は第１の磁性層を含んでいる。第１の磁性層には、第１の磁気異方性が設定されている。
【０１２４】
第２の検出信号生成部１１２は、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含んでいる。少なくとも１つの第２の磁気検出素子は第２の磁性層を含んでいる。第２の磁性層には、第２の磁気異方性が設定されている。
【０１２５】
第１および第２の磁気異方性は、いずれも例えば形状磁気異方性である。第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向は、互いに直交している。
【０１２６】
本実施の形態では、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化すると共に第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。第３の磁気異方性は、例えば形状磁気異方性である。
【０１２７】
本実施の形態では特に、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、第１または第２の磁性層とは別に、第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。
【０１２８】
また、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した第３高調波磁界成分ＭＦ１ａ，ＭＦ２ａに起因して角度検出値θｓに生じる誤差、すなわち磁界起因２次角度誤差の補正は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の他方における第１または第２の磁気異方性と、上記の第３の磁気異方性とによって実現される。磁界起因２次角度誤差の補正を実現するための第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性は、磁化容易軸方向が同じ方向である。
【０１２９】
以下、図１８を参照して、第１および第２の検出信号生成部１１１，１１２の構成の第１の例について詳しく説明する。第１の例では、第１の検出信号生成部１１１は、第１の実施の形態におけるホイートストンブリッジ回路１４の代わりに、ホイートストンブリッジ回路１１４を有している。また、第２の検出信号生成部１１２は、第１の実施の形態におけるホイートストンブリッジ回路１６の代わりに、ホイートストンブリッジ回路１１６を有している。
【０１３０】
ホイートストンブリッジ回路１１４，１１６の各々は、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２と、電源ポートＶと、グランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。
【０１３１】
磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２は、直列に接続されて電源ポートＶと第１の出力ポートＥ１との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２は、直列に接続されて第１の出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。磁気検出素子Ｒ３１，Ｒ３２は、直列に接続されて電源ポートＶと第２の出力ポートＥ２との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ４１，Ｒ４２は、直列に接続されて第２の出力ポートＥ２とグランドポートＧとの間に設けられている。電源ポートＶ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Ｇはグランドに接続される。
【０１３２】
磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２の各々は、少なくとも１つのＭＲ素子を含んでいる。このＭＲ素子の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１３３】
第１の検出信号生成部１１１では、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ４１，Ｒ４２に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第１の方向Ｄ１（Ｘ方向）であり、磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第１の方向Ｄ１とは反対の方向である。
【０１３４】
第２の検出信号生成部１１２では、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ４１，Ｒ４２に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第２の方向Ｄ２（Ｙ方向）であり、磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第２の方向Ｄ２とは反対の方向である。
【０１３５】
なお、検出信号生成部１１１，１１２内の複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子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。
【０１３６】
第１の例では、第１の検出信号生成部１１１内の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層には、第１の磁気異方性が設定されている。第１の磁気異方性が設定された自由層は、第１の磁性層に対応する。
【０１３７】
第２の検出信号生成部１１２内の磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１，Ｒ４１の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層には、第２の磁気異方性が設定されている。第２の磁気異方性が設定された自由層は、第２の磁性層に対応する。
【０１３８】
第２の検出信号生成部１１２内の磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２，Ｒ４２の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層には、第３の磁気異方性が設定されている。
【０１３９】
図１８において、各磁気検出素子を表す楕円の長軸方向は、磁気異方性による磁化容易軸方向を表している。第１の例では、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向はＸ方向に平行な方向であり、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向はＹ方向に平行な方向である。また、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｘ方向に平行な方向である。
【０１４０】
以下、第１および第２の検出信号生成部１１１，１１２の構成の第２ないし第４の例について説明する。第２の例では、第１の検出信号生成部１１１内の第１の磁気検出素子が、第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、例えば、第１の検出信号生成部１１１内の磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２，Ｒ４２の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層に第３の磁気異方性が設定され、第２の検出信号生成部１１２内の磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ２２，Ｒ３２，Ｒ４２の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層に第２の磁気異方性が設定される。この場合の第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｙ方向に平行な方向である。
【０１４１】
第３および第４の例では、第１の実施の形態における図５に示した例のように、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向がＹ方向に平行な方向であり、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向がＸ方向に平行な方向である。
【０１４２】
第３の例では、第２の検出信号生成部１１２内の第２の磁気検出素子が、第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｙ方向に平行な方向である。
【０１４３】
第４の例では、第１の検出信号生成部１１１内の第１の磁気検出素子が、第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は第２の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｘ方向に平行な方向である。
【０１４４】
上述の第１ないし第４の例において、磁化容易軸方向は、ＭＲ素子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。
【０１４５】
次に、図１９を参照して、本実施の形態における角度検出部２０の構成について説明する。本実施の形態における角度検出部２０は、第１の実施の形態における角度検出部２０から補正処理部２３を除いた構成を有している。本実施の形態における角度検出部２０では、Ａ／Ｄ変換器２１，２２によってデジタル信号に変換された第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、角度演算部２４に入力される。角度演算部２４は、この検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いて、前出の式（１４）で表される角度演算を行って角度検出値θｓを算出する。
【０１４６】
次に、本実施の形態に係る角度センサシステム１の作用および効果について説明する。
まず、対象角度θが所定の周期で変化する場合において、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２がそれぞれ理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０のみからなると仮定する。この場合、磁界起因２次角度誤差の補正を実現するための第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性は、角度検出値θｓに、所定の周期の１／２で変化する角度誤差を生じさせる。以下、この角度誤差を、素子起因２次角度誤差と言い、記号Ｅｄで表す。
【０１４７】
図２０は、図１８に示した第１の例の場合における素子起因２次角度誤差Ｅｄの波形の一例を示している。図２０において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は素子起因２次角度誤差Ｅｄを示している。
【０１４８】
第１および第４の例のように、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向がＸ方向に平行な方向の場合には、素子起因２次角度誤差Ｅｄの位相は、図２０に示した波形の位相になる。第２および第３の例のように、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向がＹ方向に平行な方向の場合には、素子起因２次角度誤差Ｅｄの位相は、図２０に示した波形の位相に対して９０°ずれた位相になる。また、素子起因２次角度誤差Ｅｄの振幅は、磁界起因２次角度誤差の補正を実現するための第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性の大きさによって変えることができる。
【０１４９】
本実施の形態では、磁界起因２次角度誤差と素子起因２次角度誤差Ｅｄの位相差が９０°またはそれに近い値になり、且つ磁界起因２次角度誤差と素子起因２次角度誤差Ｅｄの振幅が互い等しいか近い値になるように、磁界起因２次角度誤差の補正を実現するための第１または第２の磁気異方性と第３の磁気異方性を設定することによって、磁界起因２次角度誤差の補正を実現することができる。
【０１５０】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態における補正処理部２３が不要になり、より簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界ＭＦに起因する角度誤差を低減することができる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図２１は、本実施の形態における検出部の構成の第１の例を示す回路図である。本実施の形態に係る角度センサシステム１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。
【０１５３】
本実施の形態に係る角度センサシステム１の角度センサ２では、第１の検出信号生成部１１に含まれる少なくとも１つの第１の磁気検出素子と第２の検出信号生成部１２に含まれる少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方は、検出位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化すると共に第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。第３の磁気異方性は、例えば形状磁気異方性である。
【０１５４】
本実施の形態では、特に、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と少なくとも１つの第２の磁気検出素子の一方において、第３の磁気異方性は、第１または第２の磁性層に設定されている。第１ないし第３の異方性の内容は、第２の実施の形態と同様である。
【０１５５】
また、本実施の形態では、第１の実施の形態における角度検出部２０に代わりに、図１９に示した第２の実施の形態における角度検出部２０を備えている。
【０１５６】
以下、図２１を参照して、第１および第２の検出信号生成部１１，１２の構成の第１の例について詳しく説明する。第１の例では、第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々は、第２の磁気異方性が設定された自由層を含むＭＲ素子を少なくとも１つ含んでいる。第２の磁気異方性が設定された自由層は、第２の磁性層に対応する。第１の例では、この第２の磁性層である自由層に、第２の磁気異方性の他に第３の磁気異方性が設定されている。図２１には、第２の磁性層の形状の一例を示している。この例のように、第２の磁性層の形状を、Ｙ方向に平行な方向の第１の長軸と、Ｘ方向に平行な方向の第２の長軸とを有する形状、すなわち十字に近い形状にすることにより、第２の磁性層に、共に形状磁気異方性による第２の磁気異方性と第３の磁気異方性を設定することができる。この場合の第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｘ方向に平行な方向である。
【０１５７】
次に、第１および第２の検出信号生成部１１，１２の構成の第２ないし第４の例について説明する。第２の例では、第１の検出信号生成部１１内の第１の磁気検出素子が、第１の磁気異方性と第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、例えば、第１の検出信号生成部１１内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層に第１の磁気異方性と第３の磁気異方性が設定され、第２の検出信号生成部１２内の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々に含まれる１つ以上のＭＲ素子の自由層には第２の磁気異方性のみが設定される。この場合の第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｙ方向に平行な方向である。
【０１５８】
第３および第４の例では、第１の実施の形態における図５に示した例のように、第１の磁気異方性による磁化容易軸方向がＹ方向に平行な方向であり、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向がＸ方向に平行な方向である。
【０１５９】
第３の例では、第２の検出信号生成部１２内の第２の磁気検出素子が、第２の磁気異方性と第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は第１の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｙ方向に平行な方向である。
【０１６０】
第４の例では、第１の検出信号生成部１１内の第１の磁気検出素子が、第１の磁気異方性と第３の磁気異方性が設定された磁性層を含んでいる。この場合は、第３の磁気異方性による磁化容易軸方向は第２の磁気異方性による磁化容易軸方向と同じく、Ｘ方向に平行な方向である。
【０１６１】
上述の第１ないし第４の例において、磁化容易軸方向は、ＭＲ素子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。
【０１６２】
本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、磁界起因２次角度誤差の補正は、第１または第２の磁気異方性と、第３の磁気異方性とによって実現される。本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、第１の実施の形態における補正処理部２３が不要になり、より簡単な構成で、磁界発生部が発生する回転磁界ＭＦに起因する角度誤差を低減することができる。
【０１６３】
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。
【０１６４】
［第４の実施の形態］
次に、図２２ないし図２５を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図２２ないし図２５は、それぞれ本実施の形態に係る角度センサシステム１の第１ないし第４の状態を示している。
【０１６５】
本実施の形態に係る角度センサシステム１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角度センサシステム１における磁界発生部は、第１の実施の形態における磁石５とは異なり、複数組のＮ極とＳ極が交互に第１の方向に配列された磁石８である。第１の方向はＸ方向である。
【０１６６】
図２２ないし図２５において、Ｘ方向は右に向かう方向であり、Ｙ方向は上に向かう方向であり、Ｚ方向は奥から手前に向かう方向である。磁石８は、Ｘ方向に平行な側面８ａを有している。本実施の形態では、角度センサ２の検出部１０は、磁石８の側面８ａに対向するように配置されている。図２２ないし図２５において、磁石８の側面８ａの近傍に描かれた複数の曲線は、磁力線を表している。
【０１６７】
角度センサ２と磁石８の一方は、図示しない動作体に連動して、第１の方向（Ｘ方向）に平行な方向ＤＬに直線的に移動可能である。すなわち、検出位置ＰＲに対する磁石８の相対的な位置は、第１の方向（Ｘ方向）に変化可能である。図２２に示した例では、方向ＤＬは、Ｘ方向である。
【０１６８】
本実施の形態における基準平面は、Ｚ方向に垂直である。検出位置ＰＲに対する磁石８の相対的な位置が方向ＤＬに移動すると、回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、図２２において反時計回り方向に回転する。対象角度θおよび回転磁界角度θＭは、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに負の値で表す。第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、第１の磁界成分ＭＦ１および第２の磁界成分ＭＦ２の定義は、第１の実施の形態と同じである。
【０１６９】
角度センサ２は、検出位置ＰＲにおいて回転磁界ＭＦを検出して、対象角度θと対応関係を有する角度検出値θｓを生成する。本実施の形態では、対象角度θは、磁石８の１ピッチを３６０°として検出位置ＰＲに対する磁石８の相対的な位置を角度で表したときのその角度である。
【０１７０】
図２２に示した第１の状態は、検出位置ＰＲが、磁石８における隣り合うＮ極とＳ極の境界を含む仮想の平面上に位置している状態である。第１の状態は、対象角度θが０°の状態である。
【０１７１】
図２３に示した第２の状態は、第１の状態から磁石８が方向ＤＬに１／４ピッチだけ移動した後の状態である。第２の状態は、対象角度θが９０°の状態である。
【０１７２】
図２４に示した第３の状態は、第２の状態から磁石８が方向ＤＬに１／４ピッチだけ移動した後の状態である。第３の状態は、対象角度θが１８０°の状態である。
【０１７３】
図２５に示した第４の状態は、第３の状態から磁石８が方向ＤＬに１／４ピッチだけ移動した後の状態である。第４の状態は、対象角度θが２７０°の状態である。
【０１７４】
第４の状態から磁石８が方向ＤＬに１／４ピッチだけ移動すると、図２２に示した第１の状態になる。
【０１７５】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、対象角度θが所定の周期で変化する場合、回転磁界ＭＦの第１の磁界成分ＭＦ１と第２の磁界成分ＭＦ２の各々は、理想磁界成分と第３高調波磁界成分と第５高調波磁界成分とを含んでいる。
【０１７６】
本実施の形態における角度センサ２の構成は、第１の実施の形態と同じでもよいし、第２の実施の形態と同じでもよいし、第３の実施の形態と同じでもよい。
【０１７７】
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の実施の形態のいずれかと同様である。
【０１７８】
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、本発明における磁気検出素子としては、スピンバルブ型のＭＲ素子（ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子）やＡＭＲ素子に限らず、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を有するものであればよい。例えば、磁気検出素子としては、強磁性層を含み、強磁性ホール効果を用いたホール素子を用いてもよい。
【０１７９】
また、磁性層に設定された磁気異方性は、形状磁気異方性に限らず、例えば、結晶磁気異方性や応力磁気異方性であってもよい。
【符号の説明】
【０１８０】
１…角度センサシステム、２…角度センサ、５…磁石、１０…検出部、１１…第１の検出信号生成部、１２…第２の検出信号生成部、２０…角度検出部、２３…補正処理部、２４…角度演算部。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月12日(2018.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
図１４は、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２が理想磁界成分ＭＦ１０，ＭＦ２０のみからなると仮定した場合における第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の波形の一例を示している。図１４において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を示している。図１４において、記号Ｓ１を付した曲線は第１の検出信号Ｓ１の波形を示し、記号Ｓ２を付した曲線は第２の検出信号Ｓ２の波形を示している。また、記号Ｓ１０を付した曲線は第１の検出信号Ｓ１の理想信号成分Ｓ１０の波形を示し、記号Ｓ２０を付した曲線は第２の検出信号Ｓ２の理想信号成分Ｓ２０の波形を示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
以下、補正処理部２３から出力される第１および第２の演算用信号Ｓａ，Ｓｂを用いて、角度演算部２４によって算出した角度検出値θｓにおける角度誤差を記号Ｅｓで表す。図１７は、角度誤差Ｅｓの波形の一例を示している。この例は、補正パラメータＣＰ１の値を０．９２とし、補正パラメータＣＰ２の値を１として、補正処理を行った場合の例である。図１７において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。図１７に示したように、角度誤差Ｅｓは、図９に示した角度誤差Ｅａｂに比べて十分に小さくなっており、図１６に示したＥａｂｃに比べても小さくなっている。