(57)【要約】      （修正有）【課題】回転体および検出装置を小型にしても、精度よく回転体の回転動作を磁気抵抗素子を用いて検出する。【解決手段】被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する第１感磁部２１０および第２感磁部３１０を備え、第１感磁部２１０は、被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４を有し、第２感磁部３１０は、被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４を有し、同一磁場に対する抵抗値に関して、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値に対する第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値の大小関係は、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値に対する第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値の大小関係と同じである、検出装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する第１感磁部および第２感磁部を備え、
前記第１感磁部は、前記被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第１磁気抵抗素子および第３磁気抵抗素子を有し、
前記第２感磁部は、前記被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第２磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子を有し、
前記第２磁気抵抗素子は、前記移動方向において前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の間に配置され、
前記第３磁気抵抗素子は、前記移動方向において前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の間に配置され、
同一磁場に対する抵抗値に関して、前記第１磁気抵抗素子の抵抗値に対する前記第３磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係は、前記第４磁気抵抗素子の抵抗値に対する前記第２磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係と同じである、
検出装置。
【請求項２】
前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子の形状とは異なる形状に形成され、
前記第２磁気抵抗素子は、前記第４磁気抵抗素子の形状とは異なる形状に形成される、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記第３磁気抵抗素子の少なくとも一部は、前記第１磁気抵抗素子と比較して、前記被検出ユニットの移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成され、
前記第２磁気抵抗素子の少なくとも一部は、前記第４磁気抵抗素子と比較して、前記被検出ユニットの移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される、請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、
前記第２磁気抵抗素子は、前記第４磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が小さい、請求項１から３の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記第１磁気抵抗素子の少なくとも一部は、前記第３磁気抵抗素子と比較して、前記被検出ユニットの移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成され、
前記第４磁気抵抗素子の少なくとも一部は、前記第２磁気抵抗素子と比較して、前記被検出ユニットの移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される、請求項２に記載の検出装置。
【請求項６】
前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が大きく、
前記第２磁気抵抗素子は、前記第４磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が大きい、請求項１、２および５の何れか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
基板を備え、
前記第１感磁部および前記第２感磁部は基板上に形成され、
前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子は、前記基板上の前記被検出ユニットの移動方向において、感磁面の中心位置が等間隔となるように配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項８】
前記第１磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子は、同一磁場に対する抵抗値が等しく、
前記第２磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子は、同一磁場に対する抵抗値が等しい、請求項１から７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項９】
被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する第１感磁部および第２感磁部を備え、
前記第１感磁部は、前記被検出ユニットの移動方向に配列される第１磁気抵抗素子および第３磁気抵抗素子と、前記第１磁気抵抗素子に電気的に接続される第１抵抗とを有し、
前記第２感磁部は、前記被検出ユニットの移動方向に配列される第２磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子と、前記第４磁気抵抗素子に電気的に接続される第２抵抗とを有し、
前記第２磁気抵抗素子は、前記移動方向において前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の間に配置され、
前記第３磁気抵抗素子は、前記移動方向において前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の間に配置され、
前記第１抵抗、前記第１磁気抵抗素子、および前記第３磁気抵抗素子は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続され、
前記第２磁気抵抗素子、前記第４磁気抵抗素子、および前記第２抵抗は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続され、
同一磁場に対する抵抗値に関して、前記第１抵抗および前記第１磁気抵抗素子の合成抵抗値に対する前記第３磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係は、前記第２抵抗および前記第４磁気抵抗素子の合成抵抗値に対する前記第２磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係と同じである、
検出装置。
【請求項１０】
前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子は、同一磁場に対する抵抗値が等しい、請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
当該検出装置に磁場が入力しないゼロ磁場の環境において、
前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第１オフセット電圧だけ異なる電位となり、
前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第２オフセット電圧だけ異なる電位となる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記第１抵抗および前記第１磁気抵抗素子の合成抵抗は、前記第３磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が大きく、
前記第２抵抗および前記第４磁気抵抗素子の合成抵抗は、前記第２磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が大きい、請求項９または１０に記載の検出装置。
【請求項１３】
当該検出装置に磁場が入力しないゼロ磁場の環境において、
前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第１オフセット電圧だけ異なる電位となり、
前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第２オフセット電圧だけ異なる電位となり、
前記第１感磁部および前記第２感磁部に対して、磁束密度が前記相対移動方向に漸増または漸減する磁界を印加する磁界印加部が設けられ、
前記第１磁気抵抗素子に入力する磁束密度に対する、前記第３磁気抵抗素子に入力する磁束密度の割合が増加し、
前記第４磁気抵抗素子に入力する磁束密度に対する、前記第２磁気抵抗素子に入力する磁束密度の割合が増加する場合、
前記第１オフセット電圧および前記第２オフセット電圧は、０Ｖの電位の方向に変化する、請求項４または１２に記載の検出装置。
【請求項１４】
当該検出装置が前記被検出ユニットに近接して、前記磁界印加部から前記被検出ユニットの間に発生する磁場を検出した場合、前記第１オフセット電圧および前記第２オフセット電圧は、ゼロ磁場におけるオフセット電圧と比較して、０Ｖの電位の方向に変化する、請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記第１抵抗および前記第１磁気抵抗素子の合成抵抗は、前記第３磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、
前記第２抵抗および前記第４磁気抵抗素子の合成抵抗は、前記第２磁気抵抗素子よりも同一磁場に対する抵抗値が小さい、請求項９または１０に記載の検出装置。
【請求項１６】
当該検出装置に磁場が入力しないゼロ磁場の環境において、
前記第１磁気抵抗素子および前記第３磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第１オフセット電圧だけ異なる電位となり、
前記第２磁気抵抗素子および前記第４磁気抵抗素子の間の電位は、第１電位および第２電位の中間電位とは第２オフセット電圧だけ異なる電位となり、
前記第１感磁部および前記第２感磁部に対して、磁束密度が前記相対移動方向に漸増または漸減する磁界を印加する磁界印加部が設けられ、
前記第１磁気抵抗素子に入力する磁束密度に対する、前記第３磁気抵抗素子に入力する磁束密度の割合が減少し、
前記第４磁気抵抗素子に入力する磁束密度に対する、前記第２磁気抵抗素子に入力する磁束密度の割合が減少する場合、
前記第１オフセット電圧および前記第２オフセット電圧は、０Ｖの電位の方向に変化する、請求項６または１５に記載の検出装置。
【請求項１７】
前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子のうち少なくとも１つの磁気抵抗素子は、磁気抵抗が可変の素子である、請求項１から１６のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１８】
前記第１磁気抵抗素子、前記第２磁気抵抗素子、前記第３磁気抵抗素子、および前記第４磁気抵抗素子は、感磁領域に半導体磁気抵抗素子を含む請求項１から１７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１９】
前記被検出ユニットと、
前記被検出ユニットに対向して設けられた請求項１から１８のいずれか一項に記載の検出装置と
を備える検出システム。
【請求項２０】
前記被検出ユニットは、前記検出装置側に前記相対移動方向に沿って交互に配列された凹部および凸部を有する請求項１９に記載の検出システム。
【請求項２１】
前記被検出ユニットは、歯車である請求項２０に記載の検出システム。
【請求項２２】
前記被検出ユニットは、前記相対移動方向に沿って前記検出装置側に対向する複数の貫通孔が配列された板部を有する請求項１９に記載の検出システム。
【請求項２３】
前記検出装置における、前記被検出ユニットの反対側に設けられた磁場発生部を更に備
える請求項１９から２２のいずれか一項に記載の検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体薄膜で形成された感磁領域を有する磁気抵抗素子を用いて、回転体の回転速度等の回転動作を検出する検出装置が知られていた（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１  特許第４２４０３０６号公報
特許文献２  特許第４３０８０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような検出装置は、回転体に対して磁石等の磁場発生部と複数の磁気抵抗素子とを設け、回転体の相対移動に伴う磁束密度の変化を検出することで当該回転体の回転動作を検出していた。しかしながら、回転体および検出装置を小型にすると、複数の磁気抵抗素子の位置に応じて異なる磁場がそれぞれ印加されることになり、回転の検出結果に誤差を生じさせることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、被検出ユニットの相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する第１感磁部および第２感磁部を備え、第１感磁部は、被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第１磁気抵抗素子および第３磁気抵抗素子を有し、第２感磁部は、被検出ユニットの移動方向に配列され、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される第２磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子を有し、第２磁気抵抗素子は、移動方向において第１磁気抵抗素子および第３磁気抵抗素子の間に配置され、第３磁気抵抗素子は、移動方向において第２磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子の間に配置され、同一磁場に対する抵抗値に関して、第１磁気抵抗素子の抵抗値に対する第３磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係は、第４磁気抵抗素子の抵抗値に対する第２磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係と同じである、検出装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、被検出ユニットと、被検出ユニットに対向して設けられた第１の態様の検出装置とを備える検出システムを提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る被検出ユニットの動作を検出する検出システム１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係る検出システム１００のより詳細な構成例を示す。
【図３】図２に示す回転体１０が移動方向に移動した場合の、検出システム１００の構成例を示す。
【図４】図３に示す回転体１０が移動方向に移動した場合の、検出システム１００の構成例を示す。
【図５】本実施形態に係る検出装置１１０が出力する検出信号の一例を示す。
【図６】検出装置１１０の構成例を示す。
【図７】小型化された検出システム１００の構成例を示す。
【図８】検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。
【図９】本実施形態に係る検出装置１１０の構成例を示す。
【図１０】本実施形態に係る検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。
【図１１】本実施形態に係る検出装置１１０の変形例を示す。
【図１２】図１１に示す変形例の検出装置１１０に対応する増幅回路５３０の一例を示す。
【図１３】第２実施形態による、小型化された検出システム１００の構成例を示す。
【図１４】第２実施形態による、検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。
【図１５】第２実施形態による、検出装置１１０の構成例を示す。
【図１６】第２実施形態による、検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る被検出ユニットの動作を検出する検出システム１００の構成例を示す。本実施形態において、被検出ユニットが回転体１０である例を説明する。この場合、検出システム１００は、回転体１０の回転角度、回転速度、回転方向、および回転数等の回転動作を検出する。検出システム１００は、回転体１０および磁石の間に磁気抵抗素子を有する検出装置１１０を配置し、磁気抵抗素子の抵抗の変化に基づき、回転体１０の回転動作を検出する。なお、本実施形態において、磁気抵抗素子は、磁気センサの一例である。検出システム１００は、回転体１０と、磁場発生部２０と、検出装置１１０と、を備える。
【００１０】
回転体１０は、凸部および／または凹部を有し、回転軸を中心に回転する。回転体１０は、例えば、回転軸に対して略直交する断面形状が円形である。また、回転体１０の当該断面形状は、一部が円形であってもよい。回転体１０は、検出装置１１０側に相対移動方向に沿って交互に配列された凹部および凸部を有してよい。回転体１０は、例えば、歯車である。図１は、回転体１０が円盤状の形状を有し、当該円盤の円周における回転の移動方向に沿って凹部および凸部が交互に配列された例を示す。
【００１１】
磁場発生部２０は、予め定められた略一定の磁場を発生させる。磁場発生部２０は、例えば、磁石を有し、Ｎ極またはＳ極が回転体１０の方向を向くように配置される。磁場発生部２０は、検出装置１１０において、回転体１０とは反対側に設けられる。磁場発生部２０は、回転体１０が有する凸部および／または凹部に対して、発生させた磁場が届く程度に、回転体１０に近接して配置される。磁場発生部２０は、一例として、フェライト、サマリウムコバルト、およびネオジム等の材料を含む永久磁石である。
【００１２】
検出装置１１０は、回転体１０に対向して設けられる。検出装置１１０は、回転体１０および磁場発生部２０の間に設けられ、回転体１０が有する凸部および／または凹部に対向する。検出装置１１０は、磁場発生部２０から発生し、回転体１０の凸部および／または凹部で変化する磁束密度を検出する。検出装置１１０は、回転体１０の回転に応じて変化する磁束密度に基づき、回転体１０の回転動作を検出する。このような検出システム１００の詳細について、次に説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る検出システム１００のより詳細な構成例を示す。図２の検出システム１００において、図１に示された検出システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図２において、回転体１０の移動方向の例を矢印で示す。図２は、検出システム１００が、電源４０を更に備える例を示す。
【００１４】
電源４０は、第１電位の一方の端子と、第２電位の他方の端子を有し、第１電位および第２電位の電位差を電源電圧として、検出装置１１０に供給する。図２は、第１電位が第２電位よりも高電位の例を示す。第２電位は、接地電位（グラウンド電位）でよい。
【００１５】
また、図２は、回転体１０の歯車の一部である、第１の歯１２および第２の歯１４を示す。また、図２は、検出装置１１０が、第１感磁部２１０、第１端子２５０、第２感磁部３１０、および第２端子３５０を備える例を示す。
【００１６】
第１感磁部２１０および第２感磁部３１０は、回転体１０の相対移動に伴う磁束密度の変化を検出する。なお、図１および図２の検出システム１００は、磁場発生部２０および検出装置１１０が固定され、回転体１０が回転する例を示す。即ち、回転体１０の相対移動は、回転体１０の円周方向の移動である。第１感磁部２１０および第２感磁部３１０は、回転体１０の回転角度、回転速度および回転数を検出してよい。また、第１感磁部２１０および第２感磁部３１０を用いて、回転体１０の回転方向を検出してよい。
【００１７】
第１端子２５０および第２端子３５０は、検出結果を出力する。第１感磁部２１０および第２感磁部３１０は、電源４０から電源電圧を受け取る。第１感磁部２１０は、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４を有する。第１磁気抵抗素子２１２は、第１端子２５０および電源４０の第１電位の間に接続される。第３磁気抵抗素子２１４は、第１端子２５０および電源４０の第２電位の間に接続される。
【００１８】
第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４は、回転体１０の移動方向に配列され、電源４０に接続される。即ち、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される。この場合、第１端子２５０は、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４によって電源電圧を分圧した電圧を出力することになる。
【００１９】
第２感磁部３１０は、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４を有する。第２磁気抵抗素子３１２は、第２端子３５０および電源４０の第１電位の間に接続される。第４磁気抵抗素子３１４は、第２端子３５０および電源４０の第２電位の間に接続される。
【００２０】
第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４は、回転体１０の移動方向に配列され、電源４０に接続される。即ち、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続される。この場合、第２端子３５０は、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４によって電源電圧を分圧した電圧を出力することになる。
【００２１】
ここで、第２磁気抵抗素子３１２は、回転体１０の移動方向において第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の間に配置される。また、第３磁気抵抗素子２１４は、回転体１０の移動方向において第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の間に配置される。
【００２２】
第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４といった磁気抵抗素子は、磁場発生部２０から回転体１０の相対移動に伴う磁束密度に応じて抵抗値を変化させる。例えば、磁気抵抗素子は、入力する磁場の磁束密度の大きさが増加すると、抵抗値も増加する。磁気抵抗素子は、半導体磁気抵抗素子を感磁領域に含んでよい。半導体磁気抵抗素子は、一例として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含む。
【００２３】
第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、回転体１０の凸部および／または凹部の周期に応じて、配列されてよい。例えば、図２に示すように、第３磁気抵抗素子２１４が回転体１０の凸部である第１の歯１２に対向した場合、第１磁気抵抗素子２１２が第１の歯１２および第２の歯１４の間に対向するように、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４は配置される。なお、第１の歯１２および第２の歯１４の間は、回転体１０の凹部または２つの凸部の中間部である。
【００２４】
磁場発生部２０が回転体１０に対向するので、図２において、第１の歯１２および磁場発生部２０の間の距離が、回転体１０および磁場発生部２０の最小距離となりうる。即ち、第１の歯１２の軸方向に垂直な歯先の歯面と、磁場発生部２０との間の領域は、磁束密度の変化のうち最大値となる領域である。ここで、歯先の歯面を歯先面とする。したがって、図２の例のように、当該領域に第３磁気抵抗素子２１４が位置することにより、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となる。
【００２５】
また、回転体１０の凹部および磁場発生部２０の間の距離は、回転体１０および磁場発生部２０の間の距離が大きくなる。即ち、回転体１０の凹部と、磁場発生部２０との間の領域は、磁束密度の変化のうち最小値となりうる領域となる。即ち、当該領域に第１磁気抵抗素子２１２が位置することにより、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。したがって、図２の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、第１端子２５０から出力する。
【００２６】
同様に、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４は、回転体１０の周期的に配列された凸部および／または凹部の周期に応じて、回転体１０の移動方向に沿って配列される。図２において、第２磁気抵抗素子３１２は、回転体１０の凸部および凹部の間に位置する。また、第４磁気抵抗素子３１４も、回転体１０の凸部および凹部の間に位置する。
【００２７】
したがって、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の磁束密度は、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の磁束密度の中間の磁束密度となる。例えば、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４の順に、回転体１０の移動方向において等間隔に配置された場合、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の略中間の値となる。
【００２８】
なお、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、ゼロ磁場に対する略同一の初期抵抗値と、磁束密度に対して略同一の抵抗の変化率とを有する磁気抵抗素子とする。これにより、図２の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧の略中間値を、第２端子３５０から出力する。このような検出装置１１０に対して、図２に示す矢印の移動方向に回転体１０が移動するので、各磁気抵抗素子に入力する磁束密度は、回転体１０の凸部および／または凹部の位置に応じて増減し、第１端子２５０および第２端子３５０から出力される電圧も増減する。
【００２９】
図３は、図２に示す回転体１０が移動方向に移動した場合の、検出システム１００の構成例を示す。図３の検出システム１００において、図２に示された検出システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図３は、第２磁気抵抗素子３１２が凹部に対向し、第４磁気抵抗素子３１４が凸部である第１の歯１２に対向する位置まで、回転体１０が移動した例を示す。
【００３０】
即ち、第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値は最小値となり、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値は最大値となる。したがって、図３の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、第２端子３５０から出力する。即ち、検出装置１１０は、図２の例において第１端子２５０から出力した電圧と略同一の電圧を、図３の例において第２端子３５０から出力する。
【００３１】
また、図３において、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４は、回転体１０の凸部および凹部の間にそれぞれ位置する。即ち、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の略中間の値となる。したがって、図３の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧の略中間値を、第１端子２５０から出力する。
【００３２】
図４は、図３に示す回転体１０が移動方向に移動した場合の、検出システム１００の構成例を示す。図４の検出システム１００において、図２および図３に示された検出システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図４は、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４が回転体１０の凸部および凹部の間にそれぞれ位置するまで、回転体１０が移動した例を示す。
【００３３】
即ち、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の略中間の値となる。したがって、図４の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧の略中間値を、第２端子３５０から出力する。即ち、検出装置１１０は、図３の例において第１端子２５０から出力した電圧と略同一の電圧を、図４の例において第２端子３５０から出力する。
【００３４】
また、図４において、第１磁気抵抗素子２１２は、凸部である第２の歯１４に対向し、第３磁気抵抗素子２１４は、凹部に対向する。即ち、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値は最大値となり、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値は最小値となる。したがって、図４の例に示すような回転体１０の位置においては、検出装置１１０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最小値を、第２端子３５０から出力する。
【００３５】
図５は、検出装置１１０が出力する検出信号の一例を示す。図５の横軸は時間ｔを示し、縦軸は検出信号の電圧値Ｖを示す。図５は、第１端子２５０および第２端子３５０から出力される検出信号電圧をそれぞれプロットした例を示す。例えば、時刻ｔ１は、回転体１０の検出装置１１０に対する位置が図２に示す配置する時点の例である。この場合、第１端子２５０は、電圧変化の最大値である電圧Ｖ１が出力され、第２端子３５０は、電圧変化の中間値である電圧Ｖ２を出力する。
【００３６】
次に、時刻ｔ２は、回転体１０の検出装置１１０に対する位置が図２から図３に示す配置に移動した時点の例である。この場合、第１端子２５０は、電圧変化の中間値である電圧Ｖ２が出力され、第２端子３５０は、電圧変化の最大値である電圧Ｖ１が出力される。次に、時刻ｔ３は、回転体１０の検出装置１１０に対する位置が図３から図４に示す配置に移動した時点の例である。この場合、第１端子２５０は、電圧変化の最小値である電圧Ｖ３が出力され、第２端子３５０は、電圧変化の中間値である電圧Ｖ２を出力する。
【００３７】
このように、回転体１０が回転軸を中心に等速円運動をした場合、第１端子２５０および第２端子３５０からそれぞれ出力される検出信号は、余弦波信号および正弦波信号となる。したがって、検出装置１１０は、第１端子２５０および第２端子３５０が出力する検出信号の電圧から逆正接を求めることにより、隣接する歯の間の回転角度（電気角）を検出することができる。また、検出装置１１０は、第１端子２５０および／または第２端子３５０が出力する検出信号の周期から、回転体１０の回転速度を検出することができる。また、検出装置１１０は、例えば、正弦波信号のピーク値等の検出回数から、回転体１０の回転数を検出することができる。また、回転体１０の回転が等速運動ではなくても、回転して歯の位置が移動することにより、検出信号は変化する。したがって、当該検出信号の変化によって、検出装置１１０は、回転体１０が相対的に移動したことを検出することができる。
【００３８】
また、図２から図４に示すように、回転体１０の回転により、新たな歯車の歯に最初に対向する磁気抵抗素子は、第１磁気抵抗素子２１２となるので、第１端子２５０の検出信号は、第２端子３５０の検出信号よりも位相が進むことになる。なお、回転体１０の回転方向が逆向きとなった場合、回転体１０の回転により、新たな歯車の歯に最初に対向する磁気抵抗素子は、第４磁気抵抗素子３１４となる。したがって、逆回転の場合、第１端子２５０の検出信号は、第２端子３５０の検出信号よりも位相が遅れることになる。したがって、検出装置１１０は、第１端子２５０および第２端子３５０の検出信号の位相比較によって、回転体１０の回転方向を検出することができる。
【００３９】
図６は、検出装置１１０の構成例を示す。図６は、回転体１０の移動方向をＸ軸とし、当該移動方向と直交する方向をＹ軸とする。検出装置１１０は、基板３０を有し、当該基板３０上のＸＹ平面と略平行な面に感磁領域等が形成される。基板３０は、例えば、半導体、ガラス、およびセラミック等で形成された基板である。基板３０は、第１電位端子２０２、第２電位端子２０４、第１磁気抵抗素子２１２、第３磁気抵抗素子２１４、第１端子２５０、第２磁気抵抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１４、および第２端子３５０が、表面に形成される。
【００４０】
第１電位端子２０２は、電源４０の一方の端子に接続され、第１電位が供給される。第２電位端子２０４は、電源４０の他方の端子に接続され、第２電位が供給される。また、第１端子２５０は検出信号ＶＡを出力し、第２端子３５０は検出信号ＶＡとは位相が異なる検出信号ＶＢを出力する。
【００４１】
図６において、矢印で示した方向が、回転体１０の移動方向である。第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、基板３０の回転体１０に対向すべき面に設けられる。第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、回転体１０の移動方向と直交する幅方向（Ｙ方向）において、感磁領域が設けられる範囲が少なくとも一部重なるように形成される。
【００４２】
図６は、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４が、それぞれ４つの感磁領域を含む例を示す。ここで、感磁領域のそれぞれは、幅方向に延伸する略長方形の形状で示した。図６は、各抵抗素子が含むそれぞれの感磁領域が、回転体１０の移動方向において、略等間隔に配列された例を示す。一例として、図６は、それぞれの感磁領域が、回転体１０の移動方向に平行移動した位置に配置された例を示す。この場合、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、幅方向において、感磁領域が設けられる範囲が全部重なることになる。
【００４３】
第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、基板３０上に等間隔に並ぶ第１領域５１２、第２領域５１４、第３領域５１６、および第４領域５１８に、それぞれ形成される。第１領域５１２、第２領域５１４、第３領域５１６、および第４領域５１８の中心間隔は、回転体１０の歯車の歯の円ピッチの１／４に、回転体１０および検出装置１１０の間の距離に応じた係数を乗じた値に略等しい。ここで、例えば、歯車の歯の大きさをモジュールｍ＝ｄ／ｚとすると、歯車の円ピッチｐはｐ＝ｍπとなる。なお、ｄは基準ピッチ円直径、ｚは歯数とし、円ピッチｐは、円周（πｄ）を歯数ｚで割って算出した結果である。
【００４４】
回転体１０の移動方向において、複数の抵抗素子が歯車の円ピッチに対応して配列されるので、それぞれの抵抗素子は、歯車の回転中の対応する時点において、対応する歯先面に対向することができる。図６は、第１領域５１２に第１磁気抵抗素子２１２が、第２領域５１４に第２磁気抵抗素子３１２が、第３領域５１６に第３磁気抵抗素子２１４が、第４領域５１８に第４磁気抵抗素子３１４が、それぞれ形成された例を示す。
【００４５】
また、各磁気抵抗素子の感磁領域全体（感磁面）の中心位置の例を×印で示す。例えば、第１磁気抵抗素子２１２の感磁面の中心は位置５２２であり、第２磁気抵抗素子３１２の感磁面の中心は位置５２４であり、第３磁気抵抗素子２１４の感磁面の中心は位置５２６であり、第４磁気抵抗素子３１４の感磁面の中心は位置５２８である。そして、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、基板３０上の回転体１０の移動方向において、感磁面の中心位置が等間隔となるように配置される。
【００４６】
これにより、例えば、回転体１０が回転している場合、第１の時点において、第１磁気抵抗素子２１２が歯車の第１の歯の歯先面に対向し、次の第２の時点において、第２磁気抵抗素子３１２が歯車の第１の歯の歯先面に対向することができる。このように、複数の磁気抵抗素子は、時間が進む毎に移動方向に配列した順序で、領域毎に、歯車の第１の歯の歯先面に対向することができる。同様に、複数の磁気抵抗素子は、時間が進む毎に移動方向に配列した順に、領域毎に、回転体１０の凹部に対向することができる。これによって、検出装置１１０は、回転体１０の移動を正確に検出して、検出結果を検出信号として出力することができる。
【００４７】
以上のように、検出システム１００は、回転体１０の回転動作を検出することができる。しかしながら、このような検出システム１００は、小型であることが要求されることがある。また、被検出ユニットである回転体１０がより小型となることがある。この場合、複数の磁気抵抗素子に対して磁場発生部２０によって印加される磁場の大きさが、磁気抵抗素子の位置に応じて変化してしまうことがある。このような例について次に説明する。
【００４８】
図７は、小型化された検出システム１００の構成例を示す。図７の検出システム１００において、図２から図４に示された検出システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図７は、回転体１０の直径が図２から図４に示された検出システム１００の回転体１０の直径よりも小さくなった例を示す。
【００４９】
このように、小型の回転体１０の動作を、検出装置１１０を用いて検出できることが望ましい。ここで、磁場発生部２０が発生させる磁場は、磁束密度が検出装置１１０の感磁部領域において略一定の磁束密度となることが望ましい。しかしながら、磁場発生部２０の外縁部は、中心部と比較して、磁束密度が小さくなることがある。例えば、磁場発生部２０が直方体の永久磁石の場合、回転体１０に向く長方形表面の中心部分から発生させる磁束密度が最も大きく、外縁部に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場が検出装置１１０に印加される。回転体１０が小型化されることにより、このような傾向が強くなる。図７は、磁場発生部２０が発生させる磁場の磁束密度が、回転体１０の移動方向において分布を有する例を示す。
【００５０】
ここで、回転体１０の移動方向において、検出装置１１０の中心部は、磁場発生部２０の中心部と略一致することが望ましい。図７は、検出装置１１０の中心と磁場発生部２０の中心とが、一点鎖線で示す位置で略一致する例を示す。この場合、回転体１０の移動方向において、当該中心位置から第１磁気抵抗素子２１２までの距離よりも、当該中心位置から第３磁気抵抗素子２１４までの距離の方が短くなる。
【００５１】
したがって、検出装置１１０が回転体１０から離間して、回転体１０に基づく磁束密度の変化がない場合においても、磁場発生部２０から第１磁気抵抗素子２１２および第２磁気抵抗素子３１２にそれぞれ入力する磁束密度の大きさが異なってしまうことになる。この場合、検出装置１１０が回転体１０に近接しなくても、第１端子２５０から出力される電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧とは異なる電圧となる。このように、検出装置１１０に磁場発生部２０が発生させる磁場を印加し場合に発生する電圧と、第１電位および第２電位の中間電圧との差分を、オフセット電圧とする。
【００５２】
同様に、回転体１０の移動方向において、当該中心位置から第４磁気抵抗素子３１４までの距離よりも、当該中心位置から第２磁気抵抗素子３１２までの距離の方が短くなる。したがって、第２端子３５０から出力される電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧にオフセット電圧が加わった電圧となる。なお、第１端子２５０および第２端子３５０からそれぞれ出力される電位に含まれるオフセット電圧は、絶対値が略同一で、正負の符号が異なる。例えば、図５に示す第１端子２５０からの検出信号ＶＡは、プラスのオフセットが重畳され、第２端子３５０からの検出信号ＶＢは、マイナスのオフセットが重畳される。なお、磁場発生部２０の磁石サイズを規定し、感磁部領域での磁束密度を平坦化することで、磁石と組み合わせたことによるこのようなオフセット電圧を低減できる（例えば、特許第４３０８０８４号等）。
【００５３】
回転体１０が小型化されると、当該回転体１０の曲率が大きくなるので、回転体１０および検出装置１１０の平均距離は、磁気抵抗素子の位置に応じて大きく異なる傾向にある。図７には、点線で回転体１０の基準ピッチ円１６を示す。検出装置１１０および基準ピッチ円１６の間の距離は、例えば、中心位置に近い位置における距離Ｌ１よりも中心位置から遠い位置における距離Ｌ２の方が大きくなる。したがって、磁場発生部２０から回転体１０に向く磁場の磁束密度は、回転体１０に凹凸が無いと仮定した場合、中心位置に近い位置ほど大きくなる。このような、磁束密度の位置に応じた分布は、回転体１０の曲率が大きくなるほど、また、磁場発生部２０および回転体１０の間の距離が近くなるほど、大きくなる。このような場合においては、磁場発生部２０の磁石サイズの規定のみでは、オフセット電圧を低減することは難しい。
【００５４】
以上において、検出装置１１０に磁場発生部２０が発生させる磁場を印加した場合に発生する電圧と、第１電位および第２電位の中間電圧との差分を、オフセット電圧とした。ここで、回転体１０が検出装置１１０に近接し、移動した際の第１端子２５０および第２端子３５０からの検出信号は図５となるので、当該検出信号の時間的平均電圧と第１電位および第２電位の中間電圧との差分を、オフセット電圧と再定義することにする。したがって、第１端子２５０および第２端子３５０のオフセット電圧の絶対値は、磁場発生部２０および回転体１０の間の距離が近くなるほど、大きくなる傾向となる。ここで、第１端子２５０から出力される検出信号を第１信号とし、第２端子３５０から出力される検出信号を第２信号とする。第１信号および第２信号のオフセット電圧の傾向について、次に説明する。
【００５５】
図８は、検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。なお、図８は、歯車の歯数を６４、モジュールを０．４、材質をＳ４５Ｃとし、磁石材質をＳｍＣｏとしたシミュレーション結果の一例である。図８の横軸は、回転体１０および検出装置１１０の間の距離をギャップとして示す。また、図８の縦軸は、オフセット電圧を示す。なお、図８のシミュレーションは、検出装置１１０が磁場発生部２０および回転体１０から離間し、磁場発生部２０がないゼロ磁場の環境において、オフセット電圧の初期値が０Ｖであることを初期条件とした。
【００５６】
図８は、このような検出装置１１０に回転体１０からは離間したまま、磁場発生部２０を近傍に設けることにより、オフセット電圧が生じる例を示す。この場合のオフセット電圧は、横軸のギャップが∞の場合のオフセット電圧に対応する。ここで、第１信号のオフセット電圧は正側に発生し、第２信号のオフセット電圧は負側に発生する例を示す。
【００５７】
そして、検出装置１１０および回転体１０の間の距離が近づくことにより、当該オフセット電圧の絶対値が大きくなることがわかる。このように、数十ｍＶを超えるようなオフセット電圧が発生すると、検出装置１１０の回転動作の検出結果に誤差が発生することがある。また、ダイナミックレンジおよびＳ／Ｎ等を悪化させる原因になる場合もある。そこで、本実施形態に係る検出装置１１０は、このようなオフセット電圧の発生を低減あるいは抑制させる。
【００５８】
図９は、本実施形態に係る検出装置１１０の構成例を示す。図９の検出装置１１０において、図６に示された検出装置１１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本実施形態に係る検出装置１１０は、回転体１０の移動方向において、当該検出装置１１０の中心軸に近い位置の磁気抵抗素子を、中心軸から遠い位置の磁気抵抗素子と比較して、同一磁場に対する抵抗値を小さくする。
【００５９】
即ち、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく形成される。この場合、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２の形状とは異なる形状に形成され、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４の形状とは異なる形状に形成されてよい。これに代えて、それぞれの磁気抵抗素子の厚さおよび／または材質を変えてもよい。
【００６０】
例えば、第３磁気抵抗素子２１４の少なくとも一部は、第１磁気抵抗素子２１２と比較して、回転体１０の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される。図９は、第３磁気抵抗素子２１４が感磁領域２１４ａ、感磁領域２１４ｂ、感磁領域２１４ｃ、および感磁領域２１４ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域２１４ａおよび感磁領域２１４ｄのＹ方向の長さを短くした例を示す。これにより、回転体１０の移動方向において、感磁面の中心の位置５２６をほとんど変化させずに、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２６は、例えば、Ｙ方向に相当する第３領域５１６の中心線ＥＦ上であれば、移動してもよい。
【００６１】
同様に、第２磁気抵抗素子３１２の少なくとも一部は、第４磁気抵抗素子３１４と比較して、回転体１０の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される。図９は、第２磁気抵抗素子３１２が感磁領域３１２ａ、感磁領域３１２ｂ、感磁領域３１２ｃ、および感磁領域３１２ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域３１２ａおよび感磁領域３１２ｄのＹ方向の長さを短くした例を示す。これにより、回転体１０の移動方向において、感磁面の中心の位置５２４をほとんど変化させずに、第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２４は、例えば、Ｙ方向に相当する第２領域５１４の中心線ＣＤ上であれば、移動してもよい。
【００６２】
これにより、本実施形態に係る検出装置１１０は、磁気抵抗素子の抵抗値を調節しつつ、基板３０上の回転体１０の移動方向において、複数の磁気抵抗素子の感磁面の中心位置が等間隔となるように配置することができる。なお、第２磁気抵抗素子３１２および第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値の調節は、図９の例に限定されることはない。感磁面の中心の位置が回転体１０の移動方向に移動しなければよく、例えば、４つの感磁面の全てを短くしてもよい。また、例えば、各領域における中心軸側の感磁領域（一例として、感磁領域２１４ｂおよび感磁領域２１４ｃ）を短くしてもよい。
【００６３】
なお、このような感磁領域を形成する場合、予め定められた複数の長さの感磁領域を基板３０上にそれぞれ形成してよい。また、予め定められた略一定の長さの感磁領域を基板３０上に形成した後に、形成された感磁領域の少なくとも一部をトリミングして長さを微調整してもよい。このような検出装置１１０のオフセット電圧について、次に説明する。
【００６４】
図１０は、本実施形態に係る検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。図１０は、図８と同様に、歯車の歯数を６４、モジュールを０．４、材質をＳ４５Ｃとし、磁石材質をＳｍＣｏとしたシミュレーション結果の一例である。図１０の横軸は、磁場発生部２０および回転体１０の間の距離を示す。また、図１０の縦軸は、オフセット電圧を示す。
【００６５】
なお、図１０において、検出装置１１０が磁場発生部２０および回転体１０から離間したゼロ磁場の環境におけるオフセット電圧を、横軸に「ゼロ磁場」と示してプロットした。ここで、検出装置１１０に磁場が入力しないゼロ磁場の環境における、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値をＲ１、第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値をＲ２、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値をＲ３、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値をＲ４とする。
【００６６】
本実施形態に係る検出装置１１０は、Ｒ１＞Ｒ３およびＲ２＜Ｒ４となるように、それぞれの磁気抵抗素子が形成される。これにより、ゼロ磁場における第１端子２５０の電圧ＶＡおよび第２端子３５０の電圧ＶＢは、次式のように、第１電位Ｖｄｄおよび第２電位Ｖｓｓの中間電圧とは異なる電圧となる。
（数１）
ＶＡ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）＜（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
ＶＢ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）・Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）＞（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
【００６７】
なお、第１磁気抵抗素子２１２および第４磁気抵抗素子３１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。また、第２磁気抵抗素子３１２および第３磁気抵抗素子２１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。即ち、検出装置１１０は、Ｒ１＝Ｒ４およびＲ２＝Ｒ３となるように、それぞれの磁気抵抗素子が形成されてよい。この場合、第１端子２５０の第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２端子３５０のオフセット電圧ＶＯＳ２は次式のように算出され、符号が異なり、絶対値が等しいオフセット電圧となることがわかる。ここで、第１電位Ｖｄｄおよび第２電位Ｖｓｓの中間電圧をＶＭとした。
（数２）
ＶＯＳ１＝ＶＡ−ＶＭ＝ＶＭ・（Ｒ３−Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）＜０
ＶＯＳ２＝ＶＢ−ＶＭ＝ＶＭ・（Ｒ４−Ｒ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）＝−ＶＯＳ１＞０
ＶＭ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
【００６８】
以上のように、検出装置１１０に磁場が入力しないゼロ磁場の環境において、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の間の第１端子２５０の電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧とは第１オフセット電圧ＶＯＳ１だけ異なる電位となる。ここで、Ｒ１＞Ｒ３であるから、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は負側の電位となる。図１０は、第１オフセット電圧ＶＯＳ１が−２０ｍＶ未満となる例を示す。
【００６９】
また、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の間の第２端子３５０の電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧とは第２オフセット電圧ＶＯＳ２だけ異なる電位となる。ここで、Ｒ４＞Ｒ２であるから、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は正側の電位となる。図１０は、第２オフセット電圧ＶＯＳ２が＋２０ｍＶを超える例を示す。
【００７０】
図１０において、回転体１０からは離間したまま、検出装置１１０の近傍に磁場発生部２０が設けられた環境におけるオフセット電圧を、横軸に「∞」と示してプロットした。図７および図８でも説明したように、磁場発生部２０は、第１感磁部２１０および第２感磁部３１０に対して、磁束密度が相対移動方向に漸増または漸減する磁界を印加する。
【００７１】
即ち、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度は、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度よりも小さい。したがって、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２と比較して、磁場発生部２０によって増加する抵抗値が大きくなる。これにより、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は、正の電位側にシフトする。図１０は、第１オフセット電圧ＶＯＳ１が−１３ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【００７２】
また、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度は、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度よりも小さい。したがって、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４と比較して、磁場発生部２０によって増加する抵抗値が大きくなる。これにより、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、負の電位側にシフトする。図１０は、第２オフセット電圧ＶＯＳ２が＋１３ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【００７３】
このように、本実施形態に係る検出装置１１０は、ゼロ磁場の初期オフセット電圧を予め発生させることにより、磁場発生部２０の磁場が印加されることによって、第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２オフセット電圧ＶＯＳ２を０Ｖの電位の方向に変化させることができる。即ち、検出装置１１０は、磁場発生部２０の磁場を印加すると、初期オフセットの絶対値を小さくする方向に変化させる。
【００７４】
図１０において、回転体１０および磁場発生部２０を検出装置１１０の近傍に設け、検出システム１００を構成した場合のオフセット電圧を、横軸に「０．１５」から「０．８５」と示した範囲にプロットした。図７および図８でも説明したように、回転体１０の曲率が大きくなることにより、回転体１０および磁場発生部２０の間に発生する磁場の磁束密度は、検出装置１１０の位置に応じて分布を有する。
【００７５】
この場合においても、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度は、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度よりも小さくなる。したがって、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は、更に正の電位側にシフトする。図１０は、回転体１０および検出装置１１０の間の距離が０．４５ｍｍにした場合に、第１オフセット電圧ＶＯＳ１が０ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【００７６】
同様に、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度は、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度よりも小さくなる。したがって、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、更に負の電位側にシフトする。図１０は、回転体１０および検出装置１１０の間の距離が０．４５ｍｍにした場合に、第２オフセット電圧ＶＯＳ２が０ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【００７７】
このように、本実施形態に係る検出装置１１０は、磁場発生部２０の磁場が印加された場合に発生するオフセット電圧よりも、絶対値が大きい初期オフセット電圧を予め発生させる。これにより、検出装置１１０が回転体１０に近接して、磁場発生部２０から回転体１０の間に発生する磁場を検出した場合、すなわち、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度に対する、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度の割合が増加し、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度に対する、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度の割合が増加する場合、第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、ゼロ磁場におけるオフセット電圧と比較して、０Ｖの電位の方向に変化させることができる。即ち、検出装置１１０は、磁場発生部２０の磁場を印加すると、初期オフセットの絶対値を更に小さくする方向に変化させる。
【００７８】
即ち、本実施形態に係る当該検出システム１００は、検出装置１１０の磁気抵抗素子の抵抗値を調節することで、検出信号のオフセット電圧を低減あるいは抑制することができ、精度よく回転体１０の回転動作を検出することができる。検出システム１００は、一例として、回転体１０および検出装置１１０の間の距離を０．４５ｍｍにすることで、オフセット電圧を略０Ｖに低減することができることを示した。これに代えて、回転体１０および検出装置１１０の間の距離を任意の異なる値でオフセット電圧を略０Ｖとなるように、各パラメータを調節しても構わない。
【００７９】
以上の本実施形態に係る検出装置１１０は、磁気抵抗素子の抵抗値を予め定められた値となるように形成して、初期オフセット電圧を発生させることを説明した。これに加えて、検出装置１１０は、形成された複数の磁気抵抗素子の電気的な接続等を切り換えることにより、磁気抵抗素子の抵抗値を調節してもよい。即ち、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４のうち少なくとも１つの磁気抵抗素子は、同一磁場に対する磁気抵抗が可変の素子でよい。
【００８０】
これにより、検出装置１１０は、当該検出装置１１０の製造後に初期オフセット電圧を微調整することができる。また、検出装置１１０は、検出システム１００を構成して、実際にオフセット電圧を低減させた結果を確認してから、更にオフセット電圧を調節することもできる。
【００８１】
以上の本実施形態に係る検出装置１１０は、検出システム１００に複数設けられてもよい。例えば、第１電位および第２電位が互いに逆に印加される２つの検出装置１１０が、検出システム１００に設けられてよい。これにより、検出システム１００は、差動信号として出力することができる。このような２つの検出装置１１０について次に説明する。
【００８２】
図１１は、本実施形態に係る検出装置１１０の変形例を示す。図１１は、図９に示す検出装置１１０が、回転体１０の移動方向に対して直交する方向に２つ並列に配列された例を示す。即ち、図１１に示す検出装置１１０は、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４に加えて、第５磁気抵抗素子２２２、第６磁気抵抗素子３２２、第７磁気抵抗素子２２４、および第８磁気抵抗素子３２４を有する。
【００８３】
第１磁気抵抗素子２１２および第５磁気抵抗素子２２２は、同一磁場に対する抵抗値が略同一で、回転体１０の移動方向において、感磁領域が設けられる範囲がＹ方向に全部重なるように形成されてよい。第２磁気抵抗素子３１２および第６磁気抵抗素子３２２と、第３磁気抵抗素子２１４および第７磁気抵抗素子２２４と、第４磁気抵抗素子３１４および第８磁気抵抗素子３２４も、それぞれ、同一磁場に対する抵抗値が略同一で、感磁領域が設けられる範囲がＹ方向に全部重なるように形成されてよい。
【００８４】
また、第５磁気抵抗素子２２２および第７磁気抵抗素子２２４の間に、第３信号を出力する第３端子２６０が設けられ、第６磁気抵抗素子３２２および第８磁気抵抗素子３２４の間に、第４信号を出力する第４端子３６０が設けられる。そして、第１電位および第３端子２６０の間に第７磁気抵抗素子２２４が設けられ、第１電位および第４端子３６０の間に第８磁気抵抗素子３２４が設けられる。同様に、第２電位および第３端子２６０の間に第５磁気抵抗素子２２２が設けられ、第２電位および第４端子３６０の間に第６磁気抵抗素子３２２が設けられる。
【００８５】
これにより、第３端子２６０は、第１端子２５０から出力される第１信号とは逆相の第３信号を出力することができる。また、第４端子３６０は、第２端子３５０から出力される第２信号とは逆相の第４信号を出力することができる。したがって、本変形例の検出装置１１０を用いて検出システム１００を構成することにより、当該検出システム１００は、検出信号を差動信号として出力することができる。
【００８６】
図１２は、図１１に示す変形例の検出装置１１０に対応する増幅回路５３０の一例を示す。図１２は、第１端子２５０および第３端子２６０から出力される差動信号を入力する増幅回路５３０の例を示す。検出システム１００は、このような増幅回路５３０を備えてよい。図１２は、増幅回路５３０が、入力する差動信号をシングルエンド信号に変換する例を示す。
【００８７】
即ち、増幅回路５３０は、２入力１出力の増幅回路であり、一例として、オペアンプ等を含む増幅回路である。増幅回路５３０は、一方の入力端子に第１端子２５０からの正側の検出信号ＶＡ＋が入力し、他方の入力端子に第２端子３５０からの負側の検出信号ＶＡ−が入力する。増幅回路５３０は、検出信号ＶＡ＋および検出信号ＶＡ−に重畳する同相ノイズを低減させつつ、１８０度位相が異なる信号成分を増幅することができる。
【００８８】
同様に、検出システム１００は、変形例の検出装置１１０の第２端子３５０および第４端子３６０の組が出力する差動信号をシングルエンド出力にする増幅回路を更に有してよい。即ち、検出システム１００は、変形例の検出装置１１０が出力する２つの差動信号にそれぞれ対応する２つの増幅回路を有し、２つの検出信号の信号強度の増幅と同相ノイズの低減を実現できる。これにより、検出システム１００は、回転体１０の回転動作をより正確に検出することができる。
【００８９】
図１３は、第２実施形態による、小型化された検出システム１００の構成例を示す。第２実施形態による検出システム１００は、図１から１０を用いて説明した実施形態による検出システム１００における回転体１０に代えて、回転体１１を被検出ユニットに用いる。図１３の検出システム１００において、図７に示された検出システム１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、相違点を除き、重複する説明を省略する。
【００９０】
第２実施形態による検出システム１００は、回転体１１と、磁場発生部２０と、検出装置１１０と、を備える。回転体１１は、円盤の内周において回転の移動方向に沿って凹部および凸部が交互に配列された歯車である。
【００９１】
磁場発生部２０は、一例として、磁場発生部２０が直方体の永久磁石の場合であって、被検出ユニットが図７に示した外側に歯のある小型の回転体１０の場合には、回転体１０に向く長方形表面の中心部分から発生させる磁束密度が最も大きく、外縁部に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場を検出装置１１０に印加する傾向がある。以降の説明において、当該傾向を第１傾向と呼ぶ場合がある。
【００９２】
一方で、磁場発生部２０は、一例として、磁場発生部２０が直方体の永久磁石の場合であって、被検出ユニットが第２実施形態の回転体１１のように内側に歯のある歯車の場合には、磁場発生部２０の中心部分よりも外縁部の方が歯車との距離が小さいことによって上記の第１傾向が打ち消される方向に働き、回転体１１に向く長方形表面の全体に亘って略一様な磁束密度を有する磁場を検出装置１１０に印加する傾向がある。更に、回転体１１のように歯車が小型化されると、磁場発生部２０は、第１傾向が打ち消されるだけでなく、逆の傾向、すなわち、回転体１１に向く長方形表面の外縁部から発生させる磁束密度が最も大きく、中心部分に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場を検出装置１１０に印加する傾向に転じることがある。以降の説明において、当該傾向を第２傾向と呼ぶ場合がある。
【００９３】
第２傾向について、より具体的には、回転体１１が小型化されると、当該回転体１１の曲率が大きくなるので、回転体１１および検出装置１１０の平均距離は、磁気抵抗素子の位置に応じて大きく異なる傾向にある。図１３には、点線で回転体１１の基準ピッチ円１６を示す。検出装置１１０および基準ピッチ円１６の間の距離は、例えば、中心位置に近い位置における距離Ｌ１よりも中心位置から遠い位置における距離Ｌ２の方が小さくなる。したがって、磁場発生部２０から回転体１１に向く磁場の磁束密度は、回転体１１に凹凸が無いと仮定した場合、中心位置から遠い位置ほど大きくなる。このような、磁束密度の位置に応じた分布は、回転体１１の曲率が大きくなるほど、また、磁場発生部２０および回転体１１の間の距離が近くなるほど、大きくなる。図１３は、磁場発生部２０が発生させる磁場の磁束密度が、回転体１１の移動方向において分布を有する例を示す。
【００９４】
検出装置１１０は、第１感磁部２１０に含まれる第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４と、第１端子２５０と、第２感磁部３１０に含まれる第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４と、第２端子３５０とを有する。ここで、回転体１１の移動方向において、検出装置１１０の中心部は、磁場発生部２０の中心部と略一致することが望ましい。図１３は、検出装置１１０の中心と磁場発生部２０の中心とが、一点鎖線で示す位置で略一致する例を示す。この場合、回転体１１の移動方向において、当該中心位置から第１磁気抵抗素子２１２までの距離よりも、当該中心位置から第３磁気抵抗素子２１４までの距離の方が短くなる。したがって、第１端子２５０から出力される電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧にオフセット電圧が加わった電圧となる。
【００９５】
同様に、回転体１１の移動方向において、当該中心位置から第４磁気抵抗素子３１４までの距離よりも、当該中心位置から第２磁気抵抗素子３１２までの距離の方が短くなる。したがって、第２端子３５０から出力される電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧にオフセット電圧が加わった電圧となる。なお、第１端子２５０および第２端子３５０からそれぞれ出力される電位に含まれるオフセット電圧は、絶対値が略同一で、正負の符号が異なる。例えば、図５に示す第１端子２５０からの検出信号ＶＡは、プラスのオフセットが重畳され、第２端子３５０からの検出信号ＶＢは、マイナスのオフセットが重畳される。
【００９６】
図１４は、第２実施形態による、検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。なお、図１４は、歯車の歯数を３６、モジュールを０．４、材質をＳ４５Ｃとし、磁石材質をＳｍＣｏとしたシミュレーション結果の一例である。図１４の横軸は、回転体１１および検出装置１１０の間の距離をギャップとして示す。当該距離は、一例として回転体１１および検出装置１１０の間の平均距離であってもよく、検出装置１１０における代表点、例えば検出装置１１０の中心点と回転体１１の基準ピッチ円１６との間の距離であってもよい。また、図１４の縦軸は、オフセット電圧を示す。なお、図１４のシミュレーションは、検出装置１１０が磁場発生部２０および回転体１１から離間し、磁場発生部２０がないゼロ磁場の環境において、オフセット電圧の初期値が０Ｖであることを初期条件とした。
【００９７】
図１４は、このような検出装置１１０に対して、検出装置１１０が回転体１１から離間したまま、磁場発生部２０を近傍に設けることにより、オフセット電圧が生じる例を示す。この場合のオフセット電圧は、横軸のギャップが∞の場合のオフセット電圧に対応する。ここで、第１信号のオフセット電圧は、ギャップが大きい場合は上記の第１傾向により正側に発生し、ギャップが小さい場合は上記の第２傾向により負側に発生する。第２信号のオフセット電圧は、ギャップが大きい場合は上記の第１傾向により負側に発生し、ギャップが小さい場合は上記の第２傾向により正側に発生する例を示す。
【００９８】
磁場発生部２０は、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが∞の場合には、回転体１１に向く長方形表面の中心部分から発生させる磁束密度が最も大きく、外縁部に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場を検出装置１１０に印加する第１傾向にあるが、検出装置１１０および回転体１１の間の距離が近づくことにより、当該オフセット電圧の絶対値は減少していく。しかし、さらに近づくと極性が反転し、絶対値が増加していくことがわかる。数十ｍＶを超えるようなオフセット電圧が発生すると、検出装置１１０の回転動作の検出結果に誤差が発生することがある。また、ダイナミックレンジおよびＳ／Ｎ等を悪化させる原因になる場合もある。そこで、第２実施形態による検出装置１１０は、このようなオフセット電圧の発生を低減あるいは抑制させる。
【００９９】
図１５は、第２実施形態による、検出装置１１０の構成例を示す。図１５の検出装置１１０において、図６および図９に示された検出装置１１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【０１００】
第２実施形態による検出装置１１０は、同一磁場に対する抵抗値に関して、検出装置１１０の第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値に対する第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値の大小関係、および、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値に対する第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値の大小関係が、図１から１０の実施形態と逆である。より具体的には、図１から１０の実施形態では、第３磁気抵抗素子２１４は第１磁気抵抗素子２１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、且つ、第２磁気抵抗素子３１２は第４磁気抵抗素子３１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さい、という大小関係である。その一方で、第２実施形態では、第３磁気抵抗素子２１４は第１磁気抵抗素子２１２よりも同一磁場に対する抵抗値が大きく、且つ、第２磁気抵抗素子３１２は第４磁気抵抗素子３１４よりも同一磁場に対する抵抗値が大きい、という大小関係である。更に具体的には、第２実施形態による検出装置１１０は、回転体１１の移動方向において、当該検出装置１１０の中心軸から遠い位置の磁気抵抗素子を、中心軸に近い位置の磁気抵抗素子と比較して、同一磁場に対する抵抗値を小さくする。
【０１０１】
即ち、第１磁気抵抗素子２１２は、第３磁気抵抗素子２１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、第４磁気抵抗素子３１４は、第２磁気抵抗素子３１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく形成される。この場合、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２の形状とは異なる形状に形成され、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４の形状とは異なる形状に形成されてよい。これに代えて、それぞれの磁気抵抗素子の厚さおよび／または材質を変えてもよい。
【０１０２】
例えば、第１磁気抵抗素子２１２の少なくとも一部は、第３磁気抵抗素子２１４と比較して、回転体１１の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される。図１６は、第１磁気抵抗素子２１２が感磁領域２１２ａ、感磁領域２１２ｂ、感磁領域２１２ｃ、および感磁領域２１２ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域２１２ａおよび感磁領域２１２ｄのＹ方向の長さを短くした例を示す。これにより、回転体１１の移動方向において、感磁面の中心の位置５２２をほとんど変化させずに、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２２は、例えば、Ｙ方向に相当する第１領域５１２の中心線ＡＢ上であれば、移動してもよい。
【０１０３】
同様に、第４磁気抵抗素子３１４の少なくとも一部は、第２磁気抵抗素子３１２と比較して、回転体１１の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成される。図１５は、第４磁気抵抗素子３１４が感磁領域３１４ａ、感磁領域３１４ｂ、感磁領域３１４ｃ、および感磁領域３１４ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域３１４ａおよび感磁領域３１４ｄのＹ方向の長さを短くした例を示す。これにより、回転体１１の移動方向において、感磁面の中心の位置５２８をほとんど変化させずに、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２８は、例えば、Ｙ方向に相当する第４領域５１８の中心線ＧＨ上であれば、移動してもよい。
【０１０４】
これにより、第２実施形態による検出装置１１０は、磁気抵抗素子の抵抗値を調節しつつ、基板３０上の回転体１１の移動方向において、複数の磁気抵抗素子の感磁面の中心位置が等間隔となるように配置することができる。なお、第１磁気抵抗素子２１２および第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値の調節は、図１５の例に限定されることはない。感磁面の中心の位置が回転体１１の移動方向に移動しなければよく、例えば、４つの感磁面の全てを短くしてもよい。また、例えば、各領域における中心軸側の感磁領域（一例として、感磁領域３１４ｂおよび感磁領域３１４ｃ）を短くしてもよい。
【０１０５】
なお、このような感磁領域を形成する場合、予め定められた複数の長さの感磁領域を基板３０上にそれぞれ形成してよい。また、予め定められた略一定の長さの感磁領域を基板３０上に形成した後に、形成された感磁領域の少なくとも一部をトリミングして長さを微調整してもよい。
【０１０６】
図１６は、第２実施形態による、検出装置１１０から出力される第１信号および第２信号のオフセット電圧の一例を示す。図１６は、図１４と同様に、歯車の歯数を３６、モジュールを０．４、材質をＳ４５Ｃとし、磁石材質をＳｍＣｏとしたシミュレーション結果の一例である。図１６の横軸は、磁場発生部２０および回転体１１の間の距離を示す。また、図１６の縦軸は、オフセット電圧を示す。
【０１０７】
なお、図１６において、図１０と同様に、検出装置１１０が磁場発生部２０および回転体１１から離間したゼロ磁場の環境におけるオフセット電圧を、横軸に「ゼロ磁場」と示してプロットした。ここで、検出装置１１０に磁場が入力しないゼロ磁場の環境における、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値をＲ１、第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値をＲ２、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値をＲ３、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値をＲ４とする。
【０１０８】
第２実施形態による検出装置１１０は、Ｒ１＜Ｒ３およびＲ２＞Ｒ４となるように、それぞれの磁気抵抗素子が形成される。これにより、ゼロ磁場における第１端子２５０の電圧ＶＡおよび第２端子３５０の電圧ＶＢは、次式のように、第１電位Ｖｄｄおよび第２電位Ｖｓｓの中間電圧とは異なる電圧となる。
（数３）
ＶＡ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）＞（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
ＶＢ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）・Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）＜（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
【０１０９】
なお、第２磁気抵抗素子２１４および第３磁気抵抗素子３１２は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。また、第１磁気抵抗素子２１２および第４磁気抵抗素子３１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。即ち、検出装置１１０は、Ｒ１＝Ｒ４およびＲ２＝Ｒ３となるように、それぞれの磁気抵抗素子が形成されてよい。この場合、第１端子２５０の第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２端子３５０のオフセット電圧ＶＯＳ２は次式のように算出され、符号が異なり、絶対値が等しいオフセット電圧となることがわかる。ここで、第１電位Ｖｄｄおよび第２電位Ｖｓｓの中間電圧をＶＭとした。
（数４）
ＶＯＳ１＝ＶＡ−ＶＭ＝ＶＭ・（Ｒ３−Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）＞０
ＶＯＳ２＝ＶＢ−ＶＭ＝ＶＭ・（Ｒ４−Ｒ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）＝−ＶＯＳ１＜０
ＶＭ＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）／２
【０１１０】
以上のように、検出装置１１０に磁場が入力しないゼロ磁場の環境において、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の間の第１端子２５０の電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧とは第１オフセット電圧ＶＯＳ１だけ異なる電位となる。ここで、Ｒ１＜Ｒ３であるから、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は正側の電位となる。
【０１１１】
また、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の間の第２端子３５０の電圧は、第１電位および第２電位の中間電圧とは第２オフセット電圧ＶＯＳ２だけ異なる電位となる。ここで、Ｒ４＜Ｒ２であるから、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は負側の電位となる。
【０１１２】
図１６において、図１０と同様に、回転体１０からは離間したまま、検出装置１１０の近傍に磁場発生部２０が設けられた環境におけるオフセット電圧を、横軸に「∞」と示してプロットした。図１３および図１４でも説明したように、磁場発生部２０は、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが∞の場合には、回転体１１に向く磁場発生部２０の長方形表面の中心部分から発生させる磁束密度が最も大きく、外縁部に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場を検出装置１１０に印加する第１傾向にあるが、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが小さくなるに連れて、磁場発生部２０の長方形表面の外縁部から発生させる磁束密度が最も大きく、中心部分に近づくにつれて磁束密度が減少するような磁場を検出装置１１０に印加する第２傾向に転じる。
【０１１３】
即ち、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが∞の場合には、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度は、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度よりも小さく、したがって、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２と比較して、同一磁場に対する抵抗値が大きく形成されていて且つ磁場発生部２０によって増加する抵抗値が大きいため、ゼロ磁場に比べて第１オフセット電圧ＶＯＳ１が一時的に正の電位側にシフトする。しかしながら、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが小さくなるに連れて、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度は、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度よりも大きくなり、したがって、第３磁気抵抗素子２１４は、第１磁気抵抗素子２１２と比較して、磁場発生部２０によって増加する抵抗値が小さくなる。これにより、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は、負の電位側にシフトする。
【０１１４】
また、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが∞の場合には、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度は、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度よりも小さく、したがって、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４と比較して、同一磁場に対する抵抗値が大きく形成されていて且つ磁場発生部２０によって増加する抵抗値が大きいため、ゼロ磁場に比べて第２オフセット電圧ＶＯＳ２が一時的に負の電位側にシフトする。しかしながら、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップが小さくなるに連れて、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度は、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度よりも大きくなり、したがって、第２磁気抵抗素子３１２は、第４磁気抵抗素子３１４と比較して、磁場発生部２０によって増加する抵抗値が小さくなる。これにより、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、正の電位側にシフトする。
【０１１５】
このように、第２実施形態による検出装置１１０は、ゼロ磁場の初期オフセット電圧を予め発生させることにより、磁場発生部２０の磁場が印加されることによって、第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２オフセット電圧ＶＯＳ２を、回転体１１を離した状態では一時的に０Ｖの電位の方向とは反対方向に変化させるが、回転体１１と検出装置１１０との間のギャップを小さくさせるに連れて、０Ｖの電位の方向に変化させることができる。即ち、検出装置１１０は、磁場発生部２０の磁場を印加して回転体１１との距離を小さくすると、初期オフセットの絶対値を小さくする方向に変化させる。
【０１１６】
図１６において、回転体１１および磁場発生部２０を検出装置１１０の近傍に設け、検出システム１００を構成した場合のオフセット電圧を、横軸に「０．０５」から「０．８５」と示した範囲にプロットした。図１３および図１４でも説明したように、回転体１１の曲率が大きくなることにより、回転体１１および磁場発生部２０の間に発生する磁場の磁束密度は、検出装置１１０の位置に応じて分布を有する。
【０１１７】
この場合、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度は、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度よりも大きくなる。したがって、第１オフセット電圧ＶＯＳ１は、負の電位側にシフトする。図１６は、回転体１１および検出装置１１０の間の距離が０．４５ｍｍにした場合に、第１オフセット電圧ＶＯＳ１が０ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【０１１８】
同様に、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度は、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度よりも大きくなる。したがって、第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、正の電位側にシフトする。図１６は、回転体１１および検出装置１１０の間の距離が０．４５ｍｍにした場合に、第２オフセット電圧ＶＯＳ２が０ｍＶ程度にシフトした例を示す。
【０１１９】
このように、第２実施形態による検出装置１１０は、初期オフセット電圧を予め発生させる。これにより、検出装置１１０が回転体１１に近接して、磁場発生部２０から回転体１１の間に発生する磁場を検出した場合、すなわち、第１磁気抵抗素子２１２に入力する磁束密度に対する、第３磁気抵抗素子２１４に入力する磁束密度の割合が減少し、第４磁気抵抗素子３１４に入力する磁束密度に対する、第２磁気抵抗素子３１２に入力する磁束密度の割合が減少する場合、第１オフセット電圧ＶＯＳ１および第２オフセット電圧ＶＯＳ２は、ゼロ磁場におけるオフセット電圧と比較して、０Ｖの電位の方向に変化させることができる。
【０１２０】
即ち、第２実施形態による当該検出システム１００は、検出装置１１０の磁気抵抗素子の抵抗値を調節することで、検出信号のオフセット電圧を低減あるいは抑制することができ、精度よく回転体１１の回転動作を検出することができる。検出システム１００は、一例として、回転体１１および検出装置１１０の間の距離を０．４５ｍｍにすることで、オフセット電圧を略０Ｖに低減することができることを示した。これに代えて、回転体１１および検出装置１１０の間の距離を任意の異なる値でオフセット電圧を略０Ｖとなるように、各パラメータを調節しても構わない。
【０１２１】
以上の複数の実施形態に係る検出装置１１０では、同一磁場に対する抵抗値に関して、前記第１磁気抵抗素子の抵抗値に対する前記第３磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係は、前記第４磁気抵抗素子の抵抗値に対する前記第２磁気抵抗素子の抵抗値の大小関係と同じである。
【０１２２】
第１実施形態においては、第３磁気抵抗素子２１４が、第１磁気抵抗素子２１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、第２磁気抵抗素子３１２が、第４磁気抵抗素子３１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さい関係を満たすことを目的として、第３磁気抵抗素子２１４および第２磁気抵抗素子３１２のそれぞれの少なくとも一部を、第１磁気抵抗素子２１２および第４磁気抵抗素子３１４のそれぞれと比較して、回転体１１の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成するものとして説明した。これに代えて又は加えて、例えば、第３磁気抵抗素子２１４の少なくとも一部は、第１磁気抵抗素子２１２と比較して、膜厚が厚く形成されてもよい。第３磁気抵抗素子２１４が感磁領域２１４ａ、感磁領域２１４ｂ、感磁領域２１４ｃ、および感磁領域２１４ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域２１４ａおよび感磁領域２１４ｄの膜厚を厚くすればよい。これにより、回転体１０の移動方向において、感磁面の中心の位置５２６をほとんど変化させずに、第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２６は、例えば、Ｙ方向に相当する第３領域５１６の中心線ＥＦ上であれば、移動してもよい。
【０１２３】
同様に、第２磁気抵抗素子３１２の少なくとも一部は、第４磁気抵抗素子３１４と比較して、膜厚が厚く形成されてもよい。第２磁気抵抗素子３１２が感磁領域３１２ａ、感磁領域３１２ｂ、感磁領域３１２ｃ、および感磁領域３１２ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域３１２ａおよび感磁領域３１２ｄの膜厚を厚くすればよい。これにより、回転体１０の移動方向において、感磁面の中心の位置５２４をほとんど変化させずに、第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２４は、例えば、Ｙ方向に相当する第２領域５１４の中心線ＣＤ上であれば、移動してもよい。
【０１２４】
これにより、磁気抵抗素子の抵抗値を調節しつつ、基板３０上の回転体１０の移動方向において、複数の磁気抵抗素子の感磁面の中心位置が等間隔となるように配置することができる。なお、第２磁気抵抗素子３１２および第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値の調節は、この例に限定されることはない。感磁面の中心の位置が回転体１０の移動方向に移動しなければよく、例えば、４つの感磁面の全ての膜厚を厚くしてもよい。また、例えば、各領域における中心軸側の感磁領域（一例として、感磁領域２１４ｂおよび感磁領域２１４ｃ）を厚くしてもよい。
【０１２５】
第２実施形態においては、第１磁気抵抗素子２１２が、第３磁気抵抗素子２１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく、第４磁気抵抗素子３１４が、第２磁気抵抗素子３１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さい関係を満たすことを目的として、第１磁気抵抗素子２１２および第４磁気抵抗素子３１４のそれぞれの少なくとも一部を、第３磁気抵抗素子２１４および第２磁気抵抗素子３１２のそれぞれと比較して、回転体１１の移動方向に対して直交する方向の長さが短い形状に形成するものとして説明した。これに代えて又は加えて、例えば、第１磁気抵抗素子２１２の少なくとも一部は、第３磁気抵抗素子２１４と比較して、膜厚が厚く形成されてもよい。第１磁気抵抗素子２１２が感磁領域２１２ａ、感磁領域２１２ｂ、感磁領域２１２ｃ、および感磁領域２１２ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域２１２ａおよび感磁領域２１２ｄの膜厚を厚くすればよい。これにより、回転体１１の移動方向において、感磁面の中心の位置５２２をほとんど変化させずに、第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２２は、例えば、Ｙ方向に相当する第１領域５１２の中心線ＡＢ上であれば、移動してもよい。
【０１２６】
同様に、第４磁気抵抗素子３１４の少なくとも一部は、第２磁気抵抗素子３１２と比較して、膜厚が厚く形成されてもよい。第４磁気抵抗素子３１４が感磁領域３１４ａ、感磁領域３１４ｂ、感磁領域３１４ｃ、および感磁領域３１４ｄの４つの感磁領域を含み、感磁領域３１４ａおよび感磁領域３１４ｄの膜厚を厚くすればよい。これにより、回転体１１の移動方向において、感磁面の中心の位置５２８をほとんど変化させずに、第４磁気抵抗素子３１４の抵抗値を小さくすることができる。なお、感磁面の中心の位置５２８は、例えば、Ｙ方向に相当する第４領域５１８の中心線ＧＨ上であれば、移動してもよい。
【０１２７】
これにより、磁気抵抗素子の抵抗値を調節しつつ、基板３０上の回転体１１の移動方向において、複数の磁気抵抗素子の感磁面の中心位置が等間隔となるように配置することができる。なお、第４磁気抵抗素子３１４および第１磁気抵抗素子２１２の抵抗値の調節は、この例に限定されることはない。感磁面の中心の位置が回転体１１の移動方向に移動しなければよく、例えば、４つの感磁面の全ての膜厚を厚くしてもよい。また、例えば、各領域における中心軸側の感磁領域（一例として、感磁領域２１２ｂおよび感磁領域２１２ｃ）を厚くしてもよい。
【０１２８】
なお、互いに膜厚が異なる複数の感磁領域を形成する場合、予め定められた複数の厚さの感磁領域を基板３０上にそれぞれ形成してよい。また、予め定められた略一定の厚さの感磁領域を基板３０上に形成した後に、形成された感磁領域の少なくとも一部をトリミングして抵抗値を微調整してもよい。
【０１２９】
以上の複数の実施形態に係る検出装置１１０において、初期オフセット電圧の調整は、磁気抵抗素子の抵抗値による調整に限定するものではない。検出装置１１０は、例えば、磁気抵抗素子に直列または並列に抵抗を接続して、初期オフセット電圧を調整してもよい。この場合、例えば、第１感磁部２１０は、回転体１０の移動方向に配列される第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４と、第１磁気抵抗素子２１２に電気的に接続される第１抵抗とを有してよい。同様に、第２感磁部３１０は、回転体１０の移動方向に配列される第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４と、第４磁気抵抗素子３１４に電気的に接続される第２抵抗とを有してよい。
【０１３０】
そして、第１抵抗、第１磁気抵抗素子２１２、および第３磁気抵抗素子２１４は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続され、第２磁気抵抗素子３１２、第４磁気抵抗素子３１４、および第２抵抗は、第１電位および第２電位の間に電気的に直列に接続されてもよい。更に、同一磁場に対する抵抗値に関して、第１抵抗および第１磁気抵抗素子２１２の合成抵抗値に対する第３磁気抵抗素子２１４の抵抗値の大小関係は、第２抵抗および第４磁気抵抗素子３１４の合成抵抗値に対する第２磁気抵抗素子３１２の抵抗値の大小関係と同じであってもよい。
【０１３１】
例えば、第１抵抗および第１磁気抵抗素子２１２の合成抵抗は、第３磁気抵抗素子２１４よりも同一磁場に対する抵抗値が大きく形成され、且つ、第２抵抗および第４磁気抵抗素子３１４の合成抵抗は、第２磁気抵抗素子３１２よりも同一磁場に対する抵抗値が大きく形成される。また、例えば、第１抵抗および第１磁気抵抗素子２１２の合成抵抗は、第３磁気抵抗素子２１４よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく形成され、且つ、第２抵抗および第４磁気抵抗素子３１４の合成抵抗は、第２磁気抵抗素子３１２よりも同一磁場に対する抵抗値が小さく形成される。
【０１３２】
なお、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。これにより、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の間の電圧は、第１抵抗の抵抗値に応じた初期オフセット電圧を発生させることができる。また、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてよい。これにより、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の間の電圧は、第２抵抗の抵抗値に応じた初期オフセット電圧を発生させることができる。
【０１３３】
なお、第１磁気抵抗素子２１２、第２磁気抵抗素子３１２、第３磁気抵抗素子２１４、および第４磁気抵抗素子３１４は、同一磁場に対する抵抗値が等しく形成されてもよい。以上により、第１磁気抵抗素子２１２および第３磁気抵抗素子２１４の間の電圧は、第１抵抗の抵抗値に応じた初期オフセット電圧を発生させることができ、第２磁気抵抗素子３１２および第４磁気抵抗素子３１４の間の電圧は、第２抵抗の抵抗値に応じた初期オフセット電圧を発生させることができる。したがって、検出装置１１０は、磁気抵抗素子の抵抗値の調節なしに、初期オフセット電圧を発生することもできる。また、検出装置１１０は、磁気抵抗素子の抵抗値の調節と、抵抗の追加による調整とを組み合わせて、初期オフセット電圧を発生させてもよい。
【０１３４】
以上の複数の実施形態に係る検出装置１１０は、基板３０上に形成される感磁領域の形状を、回転体１０、１１の移動方向に対して垂直方向に延伸する長方形として説明したが、これに限定されることはない。感磁領域の形状は、三角形、正方形、台形、多角形、円形、および楕円形等でよい。また、それぞれの磁気抵抗素子が当該感磁領域を４つずつ有する例を説明したが、これに限定されることはない。それぞれの磁気抵抗素子は、１または複数の感磁領域を有してよい。
【０１３５】
また、以上の複数の実施形態に係る検出システム１００は、被検出ユニットとして、歯車である回転体１０、１１を備えることを説明したが、これに限定されることはない。回転体１０、１１は、検出システム１００に設けられた検出対象である被検出ユニットの一例である。被検出ユニットは、検出装置１１０側に移動方向に沿って交互に配列された凹部および／または凸部を有し、検出装置１１０が当該凹部および／または凸部と対向して設けられ、感磁部に入力する磁磁束密度が変化するように構成できる部材であればよい。
【０１３６】
被検出ユニットは、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、かさ歯車、内歯車、冠歯車、ねじ歯車、ウォームギヤ、スプロケット、および、ラックまたはピニオン等でよい。また、被検出ユニットは、単に、円盤状の板部に凸部および／または凹部が形成された部材でよい。また、被検出ユニットは、検出装置１１０との移動方向に沿って検出装置１１０側に対向する複数の貫通孔が配列された板部を有してもよい。
【０１３７】
なお、以上の複数の実施形態において、被検出ユニットが回転動作することを説明したが、これに限定されることはない。被検出ユニットがラック等である場合、一方向に凸部および／または凹部が移動してよい。また、被検出ユニットが固定され、検出装置１１０が移動してもよい。この場合、検出装置１１０は被検出ユニットが相対移動するものとして、動作してよい。即ち、以上の複数の実施形態において、回転体１０、１１の「移動」の表現に代えて、回転体１０、１１の「相対移動」と表現してよい。
【０１３８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１３９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１４０】
１０、１１  回転体、１２  第１の歯、１４  第２の歯、１６  ピッチ円、２０  磁場発生部、３０  基板、４０  電源、１００  検出システム、１１０  検出装置、２０２  第１電位端子、２０４  第２電位端子、２１０  第１感磁部、２１２  第１磁気抵抗素子、２１４  第３磁気抵抗素子、２１４ａ  感磁領域、２１４ｂ  感磁領域、２１４ｃ  感磁領域、２１４ｄ  感磁領域、２２２  第５磁気抵抗素子、２２４  第７磁気抵抗素子、２５０  第１端子、２６０  第３端子、３１０  第２感磁部、３１２  第２磁気抵抗素子、３１２ａ  感磁領域、３１２ｂ  感磁領域、３１２ｃ  感磁領域、３１２ｄ  感磁領域、３１４  第４磁気抵抗素子、３２２  第６磁気抵抗素子、３２４  第８磁気抵抗素子、３５０  第２端子、３６０  第４端子、５１２  第１領域、５１４  第２領域、５１６  第３領域、５１８  第４領域、５２２  位置、５２４  位置、５２６  位置、５２８  位置、５３０  増幅回路
【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】
2019066462.tif 000014
【図１３】
2019066462.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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