(57)【要約】【課題】本発明は、磁電変換の精度を向上させた非接触回転角センサそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法を提供することを目的とする。【解決手段】磁気センサ信号処理回路１０は、回転磁界のＸ成分から磁電変換して得られう出力信号ＶｓｉｇＸを取得するＸｃｈ信号増幅回路１０１と、回転磁界のＺ成分から磁電変換して得られる出力信号ＶｓｉｇＺｃｈを取得するＺｃｈ信号増幅回路１１１と、出力信号ＶｓｉｇＺｃｈと出力信号ＶｓｉｇＸとをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＺｘと、出力信号ＶｓｉｇＸに基づく時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺとを出力する時分割結合部１０３と、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸをＡＤ変換するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７と、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺをＡＤ変換するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７とを備えている。【選択図】図７
2016053547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸の磁場成分から磁電変換して得られる第１の電気信号を取得する第１の取得部と、
第２の軸の磁場成分から磁電変換して得られる第２の電気信号を取得する第２の取得部と、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた第３の電気信号と、前記第２の電気信号と同じ又は基づく第４の電気信号とを出力する時分割結合部と、
前記第３の電気信号をＡＤ変換する第１のＡＤ変換器と、
前記第４の電気信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器と、
を備える磁気センサ信号処理回路。
【請求項２】
前記時分割結合部は、さらに、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させて前記第４の電気信号を出力する
請求項１に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項３】
前記時分割結合部は、
前記第１の軸の磁場成分が入力されて前記第２の磁場成分が入力されない場合に、前記第３の電気信号が前記第１の軸の磁場成分に応じた値となって前記第４の電気信号が略零となり、前記第１の軸の磁場成分が入力されず前記第２の磁場成分が入力された場合に、前記第３の電気信号が略零となって前記第４の電気信号が前記第２の磁場成分に応じた値となるように、前記時分割と前記時間軸上での結合を行う
請求項１又は２に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項４】
前記第１及び第２のＡＤ変換器は、ΔΣ変調器である
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項５】
前記時分割結合部は、
前記ΔΣ変調器のサンプリングクロックに同期して前記時分割と前記時間軸上での結合を行う
請求項４に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項６】
前記時分割結合部は、
所定の期間において、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時間軸上で所定の割合で配置して前記第３及び第４の電気信号を出力する
請求項５に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項７】
前記時分割結合部は、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時分割で択一的に選択する選択回路を有する
請求項６に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項８】
前記ΔΣ変調器は、１ビットΔΣ変調器である
請求項４から７のいずれか１項に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項９】
前記第１のＡＤ変換器から出力される第１の１ビットΔΣ変調信号と、前記第２のＡＤ変換器から出力される第２の１ビットΔΣ変調信号とを入力し、前記磁場成分の角度を示す角度信号を出力するサーボループ回路をさらに備えた
請求項８に記載の磁気センサ信号処理回路。
【請求項１０】
上部に回転磁石が配置され、前記回転磁石の第１及び第２の軸の磁場成分を検出する磁気センサと、
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気センサ信号処理回路と、
を備える非接触回転角センサ。
【請求項１１】
第１の軸の磁場成分に応じた第１の電気信号を取得し、
第２の軸の磁場成分に応じた第２の電気信号を取得し、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合する、
磁気センサの他軸感度調整方法。
【請求項１２】
第１の軸の磁場成分に応じた第１の電気信号を取得し、
第２の軸の磁場成分に応じた第２の電気信号を取得し、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時分割で択一的に選択する、
磁気センサの他軸感度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の空間内又は２次元の平面内における磁界を検出する非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーター制御において、ローターの回転位置情報を検出する非接触回転角センサ（ロータリーエンコーダー）による回転角の検出方式は大別して、光学式と磁気式とがある。磁気式の非接触回転角センサは、光学式の非接触回転角センサと比較して、汚れに対する耐久性に優れており、車載モーター分野を中心に多く使用されている。このような非接触回転角センサは、回転体に取り付けられた磁石が作る磁界ベクトルの回転角度を検出するようになっている。非接触回転角センサの１つとして３次元回転角センサが知られている。３次元回転角センサは、３次元空間において磁石が作る磁界ベクトルの角度を、ＸＹＺ直交座標系のＸＹ面、ＹＺ面及びＺＸ面に分けて検出できる。
【０００３】
検出対象の物体に取り付けられた磁石と磁気センサとを用いて位置を検出する非接触センサには、検出対象の物体の回転位置情報を検出する非接触回転角センサだけでなく、検出対象の物体の直線的位置検出（直動位置検出）を行う３次元リニアセンサもある。
【０００４】
ホール素子やＧＭＲ素子を使用して構成される非接触回転角センサでは、回転体に取り付けられた磁石が作る２次元の回転磁界から互いに直交する２つの磁界成分に対応した電気信号を生成する磁電変換が実行される。また、３次元リニアセンサでは、３次元空間内で可動する磁石の位置情報を非接触手段で検出するうえで、３次元の磁界ベクトルから３次元の電気信号ベクトルを生成する磁電変換が実行される。回転体の位置を高精度に検出するためには、この磁電変換を高精度に実行する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、ＧＭＲ素子を用いた非接触回転角センサについて、角度誤差要因をキャリブレーションする方法が開示されている。特許文献２及び３には、空間内の１つの軸方向の磁場成分に対応した１チャネルのホール起電力信号の磁気感度を調整する技術が開示されている。また、特許文献２及び３には、ΔΣ変調器におけるオーバーサンプリングを利用して高い分解能で磁気感度を調整することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２９０５４５号明細書
【特許文献２】特開２０１２−１８１１８８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５６０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転体の位置を高精度に検出できない一因として、回転磁界における互いに直交する２つの磁界成分のいずれか一方のみに基づく電気信号を得ることができず、磁電変換の精度が劣化するというという問題がある。特許文献１から３に記載されたキャリブレーションなどを用いても、磁電変換の精度が十分でなく、回転磁界における互いに直交する２つの磁界成分のいずれか一方のみに基づく電気信号を得るのが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、磁電変換の精度を向上させた非接触回転角センサそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による磁気センサ信号処理回路は、第１の軸の磁場成分に応じた第１の電気信号を取得する第１の取得部と、第２の軸の磁場成分に応じた第２の電気信号を取得する第２の取得部と、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた第３の電気信号と、前記第２の電気信号と同じ又は基づく第４の電気信号とを出力する時分割結合部と、前記第３の電気信号をＡＤ変換する第１のＡＤ変換器と、前記第４の電気信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記時分割結合部は、さらに、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させて前記第４の電気信号を出力してもよい。
【００１１】
前記時分割結合部は、前記第１の軸の磁場成分が入力されて前記第２の磁場成分が入力されない場合に、前記第３の電気信号が前記第１の軸の磁場成分に応じた値となって前記第４の電気信号が略零となり、前記第１の軸の磁場成分が入力されず前記第２の磁場成分が入力された場合に、前記第３の電気信号が略零となって前記第４の電気信号が前記第２の磁場成分に応じた値となるように、前記時分割と前記時間軸上での結合を行うことが望ましい。
【００１２】
前記第１及び第２のＡＤ変換器は、ΔΣ変調器であってもよい。
【００１３】
前記時分割結合部は、前記ΔΣ変調器のサンプリングクロックに同期して前記時分割と前記時間軸上での結合を行うことが望ましい。
【００１４】
前記時分割結合部は、所定の期間において、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時間軸上で所定の割合で配置して前記第３及び第４の電気信号を出力してもよい。
【００１５】
前記時分割結合部は、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時分割で択一的に選択する選択回路を有していてもよい。
【００１６】
前記ΔΣ変調器は、１ビットΔΣ変調器であることが望ましい。
【００１７】
前記第１のＡＤ変換器から出力される第１の１ビットΔΣ変調信号と、前記第２のＡＤ変換器から出力される第２の１ビットΔΣ変調信号とを入力し、前記磁場成分の角度を示す角度信号を出力するサーボループ回路をさらに備えていてもよい。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による非接触回転角センサは、上部に回転磁石が配置され、前記回転磁石の第１及び第２の軸の磁場成分を検出する磁気センサと、上記本発明の一態様による磁気センサ信号処理回路と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による磁気センサの他軸感度調整方法は、第１の軸の磁場成分に応じた第１の電気信号を取得し、第２の軸の磁場成分に応じた第２の電気信号を取得し、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合する、ことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の他の態様による磁気センサの他軸感度調整方法は、第１の軸の磁場成分に応じた第１の電気信号を取得し、第２の軸の磁場成分に応じた第２の電気信号を取得し、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを時分割で択一的に選択する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁電変換の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１の外観を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１を拡大して示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１において、回転磁界Ｈ（Ｈｘ，０，０）が入力されたときの磁束線Ｂの状態を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１において、回転磁界Ｈ（０，０，Ｈｚ）が入力されたときの磁束線Ｂの状態を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における磁気収束板５とＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２とが本来の相対位置関係からずれた状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１の磁電変換を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ１に備えられた磁気センサ信号処理回路１０の回路ブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０におけるサンプリングクロック信号の信号波形と各スイッチ制御信号の信号波形との一例を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０に備えられた角度計算回路１２７の回路ブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０による他軸感度の補正について説明する図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による磁気センサ信号処理回路２０の回路ブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による磁気センサ信号処理回路２０による他軸感度の補正について説明する図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による非接触回転角センサに備えられた磁気センサの概略構成を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態による磁気センサ信号処理回路４０の回路ブロック図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態による非接触回転角センサとしての３次元リニアセンサを説明する図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態による非接触回転角センサとしての３次元リニアセンサにおける他軸感度補正について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法について図１から図１０を用いて説明する。図１は、本実施形態による非接触回転角センサ１を用いて回転軸９の回転位置情報を検出するセンサの構成の一例を模式的に示す図である。図１（ａ）は、非接触角回転センサ１と、回転軸９に取り付けられた回転磁石１１とを組み合わせた状態を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、非接触回転角センサ１が検出したホール起電力信号の信号ベクトル（以下、「ホール起電力信号ベクトル」と称する場合がある）を示す図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、非接触回転角センサ１は、磁気センサ信号処理回路１０（図１では不図示）が形成されたＩＣ（集積回路）チップ３と、磁性体で構成された磁気収束板５とを有している。ＩＣチップ３はプリント回路基板７に実装されている。磁気収束坂５は薄板円盤形状を有している。磁気収束板５はＩＣチップ３上に配置されている。磁気収束板５の上部には、回転軸９に固定された回転磁石１１が配置されている。回転磁石１１は、半円柱形状のＮ極及びＳ極を備え、全体として円柱形状を有している。回転磁石１１は、回転磁石１１の周囲にＮ極からＳ極に向かう磁界を発生する。回転磁石１１によって発生する磁界の強度は、Ｎ極及びＳ極の境界近傍で最も弱く、回転磁石１１の外表面においてこの境界近傍から離れていくに従って強くなる。すなわち、回転磁石１１によって発生する磁界の強度は、回転磁石１１のＮ極及びＳ極の境界面に直交する仮想平面が回転磁石１１の外表面と交差するＮ極及びＳ極の各表面において最も強くなる。さらに、回転磁石１１によって発生する磁界Ｈの方向は、この仮想平面を挟んで反対向きとなる。
【００２５】
ここで、図１（ａ）に示すように、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈに関し、磁界信号用ＸＹＺ直交座標（以下、「磁界信号用座標」と略記する場合がある）を設定する。ＩＣチップ３上であって磁気収束板５の中心を原点とし、ＩＣチップ３の短手方向にＸ軸をとり、長手方向にＹ軸をとり、法線方向にＺ軸をとる。Ｘ軸の正方向は、原点における回転磁石１１の回転方向に接する方向に設定され、Ｙ軸の正方向は回転軸９から遠ざかる方向に設定され、Ｚ軸の正方向は非接触回転角センサ１から回転磁石１１に向かう方向に設定される。
【００２６】
回転磁石１１は、回転軸９に固定されているので、回転軸９の回転に従って回転軸９と同方向に回転する。非接触回転角センサ１に入力されるＺＸ座標平面内の磁界（Ｈｘ，０，  Ｈｚ）は、回転軸９の回転位置θに応じて変化する。このため、非接触回転角センサ１は、回転磁石１１が回転して発生する回転磁界Ｈを検出することにより、回転軸９の回転位置θを検出することができる。図１（ｂ）に示すように、非接触回転角センサ１は、回転磁石１１の発生する回転磁界Ｈを電気信号に変換してホール起電力信号ベクトルＶを得る。ホール起電力信号Ｖは、磁界信号用ＸＹＺ直交座標の各座標軸と同方向に設定されたホール起電力用ＸＹＺ直交座標（以下、「ホール起電力用座標」と略記する場合がある）によって表される。例えば、図１（ｂ）に示すように、回転軸９の回転位置θは、ホール起電力用座標においてホール起電力信号ベクトルＶ（Ｖｘ，０，Ｖｚ）と表される。
【００２７】
図１（ａ）に示す非接触回転角センサ１と同様の磁気センサ構造を有する非接触回転角センサは、ＸＹ面内で回転する磁界とＹＺ面内で回転する磁界とを検出することができる。このため、非接触回転角センサ１のような構造を有する非接触回転角センサは一般に、３次元回転角センサという名称で呼ばれる。
【００２８】
図２は、図１に示す非接触回転角センサ１を拡大して示す図である。図２に示すように、非接触回転角センサ１は、４つのホール素子３１，３２，３３，３４を有している。４つのホール素子３１，３２，３３，３４は、ＩＣチップ３の表面上に形成されている。４つのホール素子３１，３２，３３，３４と、磁気収束板５とは、ＩＣチップ３の同一面上に配置されている。４つのホール素子３１，３２，３３，３４は、磁気収束板５の外周部近傍に配置されている。Ｘ１ホール素子３１及びＸ２ホール素子３２は一直線上に配置され、Ｙ１ホール素子３３及びＹ２ホール素子３４は一直線上に配置されている。Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２の並ぶ方向と、Ｙ１及びＹ２ホール素子３３，３４の並ぶ方向とは直交している。Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２は、磁界信号用座標のＸ軸上に配置され、Ｙ１及びＹ２ホール素子３３，３４は、磁界信号用座標のＹ軸上に配置されている。Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２は、磁気収束板５の中心（すなわち、磁界信号用座標の原点Ｏに関して互いに点対称となる位置に配置されている。同様に、Ｙ１及びＹ２ホール素子３３，３４は、磁気収束板５の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されている。非接触回転角センサ１は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２と、Ｙ１及びＹ２ホール素子３３，３４によって回転磁石１１が発生する回転磁界Ｈ（図１（ａ）参照）を検出するようになっている。
【００２９】
次に、非接触回転角センサ１の磁界検出について図１を参照しつつ図３及び図４を用いて説明する。図３は、磁界信号用ＸＹＺ直交座標において、回転磁石１１が発生する回転磁界ＨのＸ軸方向の回転磁界Ｈ（Ｈｘ，０，０）が非接触回転角センサ１に入力されたときの磁束線Ｂの状態を模式的に示している。図４は、磁界信号用ＸＹＺ直交座標において、回転磁石１１が発生する回転磁界ＨのＺ軸方向の回転磁界Ｈ（０，０，Ｈｚ）が、非接触回転角センサ１に入力されたときの磁束線Ｂの状態を模式的に示している。図３及び図４中の中央には、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２が形成されたＩＣチップ３の素子形成面の面内方向の一の方向（Ｙ軸の負方向）に見た状態を示し、図３及び図４中の右側には、磁界信号用座標が原点Ｏの位置をずらして示されている。また、図３及び図４には、理解を容易にするため、非接触回転角センサ１とともに回転磁界Ｈ及び回転磁界Ｈに基づく磁束線Ｂが図示されている。
【００３０】
磁気収束板５は、磁性体で形成されているため、非接触回転角センサ１が配置されている空気中よりも透磁率が高い。このため、回転磁界Ｈに基づく磁束線Ｂは空気中よりも磁気収束板５に分布し易くなる。これにより、磁束線Ｂは磁気収束板５に収束される。また、Ｘ１ホール素子３１は磁束線Ｂの上流側に配置され、Ｘ２ホール素子３２は磁束線Ｂの下流側に配置されている。このため、図３に示すように、磁束線Ｂは、Ｘ１ホール素子３１を介して磁気収束板５に収束し、Ｘ２ホール素子３２を介して非接触回転角センサ１が配置された空間に発散する。Ｘ軸上のＸ＜０の位置に配置されたＸ１ホール素子３１における磁束密度Ｂ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と、非接触回転角センサ１に入力する回転磁界Ｈとの間の関係は、以下の式（１）のように表すことができる。式（１）は、回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）が磁気収束板５に入力されたときに、Ｘ１ホール素子３１の位置において生成される磁束密度ベクトル（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）を表す式である。
【数１】
2016053547.tif 000003
・・・（１）
【００３１】
式（１）において、Ｘ１ホール素子３１の位置における透磁率は、２階のテンソル（３行３列の行列）Ｍｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）で表されている。２階のテンソルＭｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、回転磁界Ｈと回転磁界Ｈに起因してＸ１ホール素子３１の位置において生じる磁束密度との関係を示す。
【００３２】
同様に、Ｘ軸上のＸ＞０の位置に配置されたＸ２ホール素子３２における磁束密度Ｂ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）と非接触回転角センサ１に入力する回転磁界Ｈとの間の関係は、以下の式（２）で表すことができる。式（２）は、回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）が磁気収束板５に入力されたときに、Ｘ２ホール素子３２の位置において生成される磁束密度ベクトル（Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）を表す式である。
【数２】
2016053547.tif 000004
・・・（２）
【００３３】
式（２）において、Ｘ２ホール素子３２の位置における透磁率は、２階のテンソル（３行３列の行列）Ｍｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）で表されている。２階のテンソルＭｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、回転磁界Ｈと回転磁界Ｈに起因してＸ２ホール素子３２の位置において生じる磁束密度との関係を示している。
【００３４】
Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２は、磁束線ＢのＺ成分に対応してホール起電力信号を生成する。このため、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２の位置における磁束線ＢのＺ成分Ｂｚが重要となる。ここで、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２並びに磁気収束板５がともに理想的に形成された場合について説明する。
Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２が理想的に形成された場合、Ｘ１ホール素子３１の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と、Ｘ２ホール素子３２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、完全に整合して等しい値となる。磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）及び磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の値を「Ｓ」とすると、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２が理想的に形成された場合には、磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）及び磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との関係は、以下の式（３）のように表すことができる。
Ｓ＝Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）
＝Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）  ・・・（３）
【００３５】
Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２と同様に、磁気収束板５が理想的に形成された場合、非接触回転角センサ１に入力する回転磁界のＸ成分から磁束のＺ成分への変換に関する行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは絶対値が等しくなる。すなわち、「Ｍｕ，ｚｘ＝｜Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）｜＝｜Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）｜」という関係が成り立つ。より詳細に説明すると、「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）＝＋Ｍｕ，ｚｘ」及び「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）＝−Ｍｕ，ｚｘ）」という関係が成り立つ。したがって、回転磁界ＨのＸ成分から磁束線ＢのＺ成分への磁気収束板５による変換がＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２において整合している場合、回転磁界ＨのＸ成分から磁束線ＢのＺ成分への変換係数は、以下の式（４）のように表すことができる。
【数３】
2016053547.tif 000005
・・・（４）
【００３６】
また、磁気収束板５に関して、非接触回転角センサ１に入力する回転磁界ＨのＺ成分から磁束線ＢのＺ成分への変換に関する行列成分「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と行列成分「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは値が等しくなる。すなわち、「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）＝Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）＝Ｍｕ，ｚｚ」という関係が成り立つ。したがって、回転磁界ＨのＺ成分から磁束線ＢのＺ成分への磁気収束板５による変換がＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２において整合している場合、回転磁界ＨのＺ成分から磁束線ＢのＺ成分への変換係数は、以下の式（５）のように表すことができる。
【数４】
2016053547.tif 000006
・・・（５）
【００３７】
ここで、式（４）において、行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」との間で符号が逆符号となる理由について説明する。図３に示すように、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘが存在するとき、Ｘ１ホール素子３１が形成された場所に生じる磁束線ＢのＺ成分Ｂｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、ＩＣチップ３側から磁気収束板５側に向かう方向にＸ１ホール素子３１を貫く。一方、Ｘ２ホール素子３２が形成された場所に生じる磁束線ＢのＺ成分Ｂｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、磁気収束板５側からＩＣチップ３側に向かう方向にＸ２ホール素子３２を貫く。このように、Ｘ１ホール素子３１の位置とＸ２ホール素子３２の位置とで磁束線ＢのＺ成分Ｂｚの向きが異なる。このため、行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは逆符号となる。
【００３８】
上述のように、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２並びに磁気収束板５のいずれも理想的に形成されていると、２次元のホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）は、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚのいずれかに基づいて検出される。より具体的に、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘに比例するホール起電力信号Ｖｘ（以下、「ホール起電力信号Ｖｘ」と略記する）は、Ｘ１ホール素子３１において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と、Ｘ２ホール素子３２において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との間の差の信号（以下、２つの信号間の差の信号を「差信号」と称する場合がある）を計算することによって検出することができる。ホール起電力信号Ｖｘは、式（４）及び式（５）より、以下の式（６）によって求めることができる。
【数５】
2016053547.tif 000007
・・・（６）
【００３９】
式（６）に示すように、ホール起電力信号Ｖｘは、「Ｖｘ＝２×Ｓ×Ｍｕ、ｚｘ×Ｈｘ」により求めることができる。ホール起電力信号Ｖｘを求めるための式（６）には回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚの係数が含まれない。このように、ホール起電力信号Ｖｘには、Ｘ成分Ｈｘに対して他軸となるＺ成分Ｈｚは含まれず、ホール起電力信号Ｖｘは、検出対象のＸ成分Ｈｘのみを変換して得られる信号となる。
【００４０】
次に、回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚに比例するホール起電力信号Ｖｚ（以下、「ホール起電力信号Ｖｚ」と略記する）の検出について説明する。図４に示すように、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚが存在するとき、Ｘ１ホール素子３１が形成された場所に生じる磁束線ＢのＺ成分Ｂｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、ＩＣチップ３側から磁気収束板５側に向かう方向にＸ１ホール素子３１を貫く。同様に、Ｘ２ホール素子３２が形成された場所に生じる磁束線ＢのＺ成分Ｂｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、ＩＣチップ３側から磁気収束板５側に向かう方向にＸ２ホール素子３２を貫く。一方、式（４）に示すように、行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と行列成分「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは逆符号となる。
【００４１】
ホール起電力信号Ｖｚは、Ｘ１ホール素子３１において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と、Ｘ２ホール素子３２において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との和の信号（以下、２つの信号の和の信号を「和信号」と称する場合がある）を計算することによって検出することができる。ホール起電力信号Ｖｚは、式（４）及び式（５）より、以下の式（７）によって求めることができる。
【数６】
2016053547.tif 000008
・・・（７）
【００４２】
式（７）に示すように、ホール起電力信号Ｖｚは、「Ｖｚ＝２×Ｓ×Ｍｕ，ｚｚ×Ｈｚ」により求めることができる。ホール起電力信号Ｖｚを求めるための式（７）には、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘの係数が含まれない。このように、ホール起電力信号Ｖｚには、検出対象のＺ成分Ｈｚに対して他軸となるＸ成分Ｈｘは含まれず、ホール起電力信号Ｖｚは、検出対象のＺ成分Ｈｚのみを変換して得られる信号となる。
【００４３】
このように、非接触回転角センサ１のＸ軸上に配置されたＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２において発生するホール起電力信号をもとに、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚを検出することができる。
【００４４】
図示は省略するが、Ｘ軸に直交するＹ軸上に配置されたＹ１ホール素子３３及びＹ２ホール素子３４についても同様に考えることができる。すなわち、図３における回転磁界ＨのＸ成分ＨｘをＹ成分Ｈｙと読み替え、Ｘ軸をＹ軸と読み替え、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２をＹ１及びＹ２ホール素子３３，３４と読み替える。そうすると、回転磁界ＨのＹ成分Ｈｙに比例するホール起電力信号Ｖｙ（以下、「ホール起電力信号Ｖｙ」と略記する場合がある）は、Ｙ１ホール素子３３において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）と、Ｙ２ホール素子３４において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）との間の差信号として以下の式（８）により検出できる。
【数７】
2016053547.tif 000009
・・・（８）
【００４５】
このように、自機の上方に回転磁石１１を配置した構造を有する非接触回転角センサ１は、４つのホール素子３１〜３４及び磁気収束板５が理想的に形成される限りは、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ、Ｙ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚに対応したホール起電力信号Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚを他軸の影響を受けずに検出することが可能となる。
【００４６】
次に、検出対象の磁界成分以外の磁界成分の影響が磁電変換した電気信号に生じる現象である他軸感度が発生する要因について図５を用いて説明する。図５は、磁気収束板５とＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２とが本来の相対位置関係からずれた状態を示す図である。一般に、磁気収束板は、半導体製造プロセスの前工程で製造されたＩＣチップに対して、後工程において磁性体の加工が行われて形成される。このため、磁気収束板は、製造上の加工誤差によってホール素子に対して位置ずれが発生しやすい。
【００４７】
図５に示すように、整合上の加工誤差によって、磁気収束版５が本来の位置よりもＸ軸の負方向にずれて形成されたとする。図３に示すのと同様に、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２には、Ｘ軸方向の回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘが入力される。図３に示す回転磁界ＨのＸ成分ＨｘがＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２に入力する状態と異なり、図５に示す状態では、磁気収束板５の位置ずれによって、Ｘ１ホール素子３１の位置における磁束線Ｂの磁束分布と、Ｘ２ホール素子３２の位置における磁束線Ｂの磁束分布とが異なる。このため、Ｘ１ホール素子３１におけるＺ軸方向の磁束線Ｂｘの発生を示すテンソル係数「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と、Ｘ２ホール素子３２におけるＺ軸方向の磁束線Ｂｘの発生を示すテンソル係数「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは、絶対値が異なる。したがって、両テンソル係数「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」，「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」の間には、以下の式（９）の関係が成り立つ。
【数８】
2016053547.tif 000010
・・・（９）
【００４８】
この場合、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈが、Ｚ軸方向の成分だけを持つＺ成分Ｈｚである場合にも、式（９）に示すように「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」との絶対値が異なることから、式（７）における「Ｈｘ」項の「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは同じ値であっても、式（７）における「Ｈｘ」項がゼロにならず、ホール起電力信号ＶｚにＸ成分Ｈｘが含まれる。すなわち、ホール起電力信号Ｖｚには、検出対象のＺ成分Ｈｚに対して他軸となるＸ成分Ｈｘが含まれてしまう。
【００４９】
図５では、磁気収束板５の位置ずれに起因して、テンソル係数「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」の絶対値とテンソル係数「Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」の絶対値とが異なってしまう。その結果、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘからホール起電力信号Ｖｚへの他軸感度が発生する。
【００５０】
同様に、磁気収束板５の位置ずれが生じると、これに起因して、テンソル係数「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」の値と、テンソル係数「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」の値とが異なる。したがって、両テンソル係数Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１），Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の間には、以下の式（１０）の関係が成り立つ。
【数９】
2016053547.tif 000011
・・・（１０）
【００５１】
式（６）における「Ｈｚ」項の「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」とは同じ値であるものの、式（１０）に示すように「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」との値が異なる。このため、「Ｈｚ」項がゼロにならず、ホール起電力信号ＶｘにＺ成分Ｈｚが含まれる。すなわち、ホール起電力信号Ｖｘには、検出対象のＸ成分Ｈｘに対して他軸となるＺ成分Ｈｚが含まれてしまう。
【００５２】
このように、磁気収束板５に製造上の位置ずれが生じると、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ）からホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を生成する磁電変換において他軸感度が発生する。他軸感度は、磁気収束板５の製造上の位置ずれだけでなく、磁気収束板５が本来の円盤形状から変形した形状に形成されても発生する。また、以下の式（１１）に示すように、他軸感度は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２の間での磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の不整合が生じるときにも発生する。
【数１０】
2016053547.tif 000012
・・・（１１）
【００５３】
Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２の間での磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の不整合が生じて、式（６）における「Ｈｚ」項の「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」は、式（１１）に示すように絶対値が異なる場合がある。この場合、式（６）における「Ｈｚ」項がゼロにならず、ホール起電力信号ＶｘにＺ成分Ｈｚが含まれる。すなわち、ホール起電力信号Ｖｘには、検出対象のＸ成分Ｈｘに対して他軸となるＺ成分Ｈｚが含まれてしまう。
Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２の間での磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の不整合が生じて、式（７）における「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）」と「Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）」との絶対値は、式（１１）に示すように異なる場合がある。この場合、式（７）における「Ｈｘ」項がゼロにならず、ホール起電力信号ＶｚにＸ成分Ｈｘが含まれる。すなわち、ホール起電力信号Ｖｚには、検出対象のＺ成分Ｈｚに対して他軸となるＸ成分Ｈｘが含まれてしまう。
【００５４】
図５を用いて説明したように、図１及び図２に示す磁気収束板５とＸ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４ホール素子３１〜３４とを組合せて構成された非接触回転角センサ１では、製造上の各種の原因によって、回転磁界ＨのＸ成分、Ｙ成分及びＺ成分からホール起電力信号Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚを生成する磁電変換において他軸感度が発生する。
【００５５】
次に、非接触回転角センサ１において設定した磁界信号用ＸＹＺ直交座標のＸＺ座標平面を用いて他軸感度の発生について説明する。図６は、ＸＺ座標平面において、非接触回転角センサ１に入力する回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）からホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）を検出するための磁電変換を示す図である。図６（ａ）は、磁界信号用座標のＸＺ座標平面における２次元の回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）の一例を示している。図６（ｂ）は、ホール起電力用ＸＹＺ直交座標（以下、「ホール起電力用座標」と略記する場合がある）のＸＺ座標平面における２次元のホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ、Ｖｚ）の一例を示している。なお、図６（ｂ）には、図６（ａ）に示す２次元の回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）を磁電変換して検出された２次元のホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）の一例が図示されている。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、磁界信号用ＸＹＺ直交座標のＸＺ座標平面における２次元磁界（Ｈｘ、Ｈｚ）のＸ方向の座標は（１，０）となる。なお、図６（ａ）では、２次元磁界（Ｈｘ，Ｈｚ）を単位磁界として図示している。回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ（１，０）が非接触回転角センサ１に入力されるとき、他軸感度が発生しない場合には、検出されるＸ成分のホール起電力信号Ｖｘは、ホール起電力用座標のＸ軸に重なる。しかしながら、上述のとおり、他軸感度が発生すると、ホール起電力信号Ｖｘには、検出対象の成分でないＺ成分の磁界も含まれてしまう。Ｘ成分Ｈｘ（１，０）からホール起電力信号Ｖｚ成分への他軸感度によって、ホール起電力信号ＶｘにおいてＺ成分のホール起電力信号Ｖｚがゼロでなくなる。このため、図６（ｂ）に示すように、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｚ（１，０）に対応するホール起電力信号Ｖｘの向きはホール起電力用座標のＸ軸と重ならず、Ｘ軸から測って角度αだけずれた方向となる。なお、図６（ｂ）では、α＞０となる状態が図示されている。このときの磁電変換によるホール起電力信号発生の磁気感度をＡｘとすると、磁界信号用座標における回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）とホール起電力用座標におけるホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）との関係は、以下の式（１２）で表すことができる。
【数１１】
2016053547.tif 000013
・・・（１２）
つまり、式（１２）は、非接触回転角センサ１にＸ軸方向の単位磁界が入力されたときのホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）の発生を表す磁電変換の関係式である。磁界信号用座標は、図１に示すように、非接触回転角センサ１、回転軸９及び回転磁石１１の設置空間に設定した直交座標系である。一方、ホール起電力用座標は、この設置空間とは異なる空間に設定された直交座標系である。
【００５７】
図６（ｂ）中の角度αは、式（６）及び式（７）より、以下の式（１３）のように表すことができる。
【数１２】
2016053547.tif 000014
・・・（１３）
つまり、式（１３）は、回転磁界ＨのＸ成分ＨｘからＺ成分のホール起電力信号Ｖｚへの他軸感度を表す角度αを算出する式である。
【００５８】
同様に、磁界信号用座標のＸＺ座標平面内における回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚ（０，１）が非接触回転角センサ１に入力されるとき、回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚからホール起電力信号Ｖｘへの他軸感度によって、検出されるホール起電力信号中のホール起電力信号Ｖｘ成分がゼロでなくなる。このため、Ｚ成分Ｈｚ（０，１）を磁電変換したホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）の向きは、ホール起電力用座標のＺ軸と重ならず、Ｚ軸から測って角度βだけずれた方向となる。なお、図６（ｂ）では、β＜０となる状態が図示されている。このときの磁電変換によるホール起電力信号発生の磁気感度をＡｚとすると、回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）とホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）との関係は、以下の式（１４）で表すことができる。
【数１３】
2016053547.tif 000015
・・・（１４）
つまり、式（１４）は、非接触回転角センサ１にＺ軸方向の単位磁界が入力されたときのホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）の発生を表す磁電変換の関係式である。
【００５９】
図６（ｂ）中の角度βは、式（６）及び式（７）より、以下の式（１５）のように表すことができる。
【数１４】
2016053547.tif 000016
・・・（１５）
つまり、式（１５）は、回転磁界ＨのＺ成分ＨｚからＸ成分のホール起電力信号Ｖｘへの他軸感度を表す角度βを算出する式である。
【００６０】
図６を用いて説明したように、磁気収束板５並びにＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２が理想的に形成されない状況では、一般に他軸感度を表す角度α，βの値が等しくならない。このため、図６に示すように、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚが直交性を有していても、Ｘ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚを磁電変換して得られるホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚは直交性を有さない。このように、磁電変換によってＸ成分とＺ成分との直交性が失われ、非直交性誤差が生じる。したがって、他軸感度の発生や非直交性誤差の結果、非接触回転角センサ１は、検出するホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）の補正計算を行わない限り、高精度な磁界検出や回転体の回転位置検出を行うことは不可能となる。
【００６１】
上述のとおり、回転磁界Ｈの磁界ベクトルのＸ成分Ｈｘ，Ｙ成分Ｈｙ，Ｚ成分Ｈｚからホール起電力信号のＸ成分Ｖｘ，Ｙ成分Ｖｙ，Ｚ成分Ｖｚを生成する際には、磁気収束板及びホール素子が理想的に形成されない限り、他軸感度が発生する。図２に示す磁気センサ構造を持つ非接触回転角センサ１を製造する場合、磁気収束板５及びＸ１からＹ２ホール素子３１〜３４の各製造工程において、製造上の誤差の発生をゼロにすることは現実的に不可能である。これにより、非接触回転角センサ１では他軸感度の発生が不可避となる。このため、この他軸感度を効率的に補正するための信号処理回路が必要となる。つまり、非接触回転角センサ１は、高精度な角度検出を実現するためには、他軸感度及び非直交性誤差を補正する信号処理回路が必要となる。
【００６２】
次に、図６を用いて説明した他軸感度及び非直交性誤差を補正する信号処理について、数式を用いて説明する。式（１２）及び式（１４）で表される他軸感度特性を持つ磁電変換は、磁界ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）とホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｖｚ）との間の関係式として、２行２列の行列Ｓを用いて以下の式（１６）及び式（１７）のように表すことができる。
【数１５】
2016053547.tif 000017
・・・（１６）
【数１６】
2016053547.tif 000018
・・・（１７）
つまり、磁界ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）とホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｖｚ）との間の関係式は線形変換となる。
【００６３】
他軸感度及び非直交性誤差の補正計算を行う信号処理回路は、式（１６）及び式（１７）の行列Ｓによって与えられる線形変換の逆変換を行う信号処理回路であればよい。この逆変換は、Ｓの逆行列を用いて、以下の式（１８）及び式（１９）のように表すことができる。
【数１７】
2016053547.tif 000019
・・・（１８）
【数１８】
2016053547.tif 000020
・・・（１９）
【００６４】
つまり、他軸感度及び非直交性誤差を含んだホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｖｚ）に対して、式（１８）及び式（１９）に表される線形変換を行うと、他軸感度及び非直交性誤差が補正された磁界ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）が得られる。
【００６５】
次に、２つのホール起電力信号成分の間での線形結合について説明する。式（１８）及び式（１９）に表される変換式は、他軸感度及び非直交性誤差を補正する変換式となっている。この変換式は線形変換であるため、非接触回転角センサ１が生成するホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚを線形結合、すなわちこの２つのホール起電力信号Ｖｘ，Ｖｚを混ぜ合わせる信号処理回路が必要となる。
【００６６】
また、非接触回転角センサ１が生成するホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚを線形結合する信号処理回路は、高分解能であることが要求される。すなわち、この信号処理回路は、非接触回転角センサ１を製品出荷時にキャリブレーション（補正）する上で、高い分解能で線形結合の係数を設定できることが望ましい。図６（ｂ）中の角度α及び角度βの数値例として、２次元磁界の一方の磁界成分から他方の磁界成分への他軸感度が１％発生した場合について検討する。図６中の角度α、βの値はａｔａｎ（０．０１）＝約０．５７°となり、非接触回転角センサ１において０．５７°の角度誤差が発生する。したがって、非接触回転角センサ１の角度誤差が０．１°以下となる高精度の角度検出を実現するためには、２つの信号成分の線形結合を行う際の係数は、０．１％以上の高分解能（０．１％以下の刻み幅）であることが必要となる。したがって、非接触回転角センサ１が生成するホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚの信号処理回路の分解能は、例えば１０ビット以上、つまり刻み幅が０．１％以下であることが求められる。
【００６７】
次に、２つのホール起電力信号を高分解能で線形結合して他軸感度及び非直交性誤差を補正する信号処理回路について、図１及び図２を参照しつつ図７から図１０を用いて説明する。非接触回転角センサ１は、３次元回転角センサと呼ばれ、磁界信号用座標のＸＹ座標面内、ＹＺ座標面内、ＺＸ座標面内での回転磁界を検出できる。各座標面内での回転磁界は同原理で検出できるので以下、ＸＺ座標面内での回転磁界の検出を例にとって説明を行う。
【００６８】
図７は、本実施形態による非接触回転角センサ１に備えられた磁気センサ信号処理回路１０の回路ブロック図である。磁気センサ信号処理回路１０はＩＣチップ３に形成されている。
図７に示すように、磁気センサ信号処理回路１０は、正電圧信号Ｖｈ１（＋）と、負電圧信号Ｖｈ１（−）とを出力するＸ１ホール素子３１と、正電圧信号Ｖｈ２（＋）と、負電圧信号Ｖｈ２（−）とを出力するＸ２ホール素子３２とを有している。ホール起電力信号Ｖｘは差動信号Ｖｈ１から差動信号Ｖｈ２を減算した差信号として得られる。ホール起電力信号Ｖｚは差動信号Ｖｈ１と差動信号Ｖｈ２とを加算した和信号として得られる。
【００６９】
磁気センサ信号処理回路１０は、Ｘ１ホール素子３１が出力する正電圧信号Ｖｈ１（＋）及び負電圧信号Ｖｈ１（−）と、Ｘ２ホール素子３２が出力する正電圧信号Ｖｈ２（＋）及び負電圧信号Ｖｈ２（−）とが入力するＸｃｈ信号増幅回路１０１と、Ｚｃｈ信号増幅回路１１１とを有している。Ｘｃｈ信号増幅回路１０１は、Ｘ軸（第２の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ）から磁電変換して得られるホール起電力信号Ｖｘ（第２の電気信号の一例）を取得する第２の取得部に相当する。また、Ｚｃｈ信号増幅回路１１１は、Ｚ軸（第１の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚ）から磁電変換して得られるホール起電力信号Ｖｚ（第１の電気信号の一例）を取得する第１の取得部に相当する。
【００７０】
Ｘｃｈ信号増幅回路１０１は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２において発生する正電圧信号Ｖｈ１（＋），Ｖｈ２（＋）及び負電圧信号Ｖｈ１（−），Ｖｈ２（−）の差信号であるホール起電力信号Ｖｘを信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は第２の電気信号の一例に相当する。出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は、式（６）に示すホール起電力信号Ｖｘを所定の増幅率で増幅した信号に相当する。Ｘｃｈ信号増幅回路１０１が出力する出力信号の参照符号の「＋」及び「−」は、この出力信号が差動信号であることを表している。なお、後述するＺｃｈ信号増幅回路１１１も同様に差動信号を出力するため、この差動信号も同様の表記方法に従って参照符号が付されている。
【００７１】
Ｚｃｈ信号増幅回路１１１は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２において発生する正電圧信号Ｖｈ１（＋），Ｖｈ２（＋）及び負電圧信号Ｖｈ１（−），Ｖｈ２（−）の和信号であるホール起電力信号Ｖｚを信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−は第１の電気信号の一例に相当する。出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−は、式（７）に示すホール起電力信号Ｖｚを所定の増幅率で増幅した信号に相当する。時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−及び出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−を時分割で択一的に選択するＸｃｈスイッチ回路１０３ａ，１０３ｂ及びＺｃｈスイッチ回路１０３ｃ，１０３ｄで構成されている。
【００７２】
磁気センサ信号処理回路１０は、Ｘｃｈ信号増幅回路１０１が出力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−と、Ｚｃｈ信号増幅回路１１１が出力する出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−とが入力する時分割結合部１０３を有している。時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−が入力する第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ及び第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂと、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−が入力する第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄとを有している。第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは同期して開閉が制御され、第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｂは同期して開閉が制御されるようになっている。
【００７３】
第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａがオン状態（閉状態）になると第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄがオフ状態（開状態）になり、第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａがオフ状態（開状態）になると第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄがオン状態（閉状態）になる。第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａは、２入力２出力のスイッチ回路である。第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ−を他方の出力端子から出力する。第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、２入力２出力のスイッチ回路である。第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ−を他方の出力端子から出力する。第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａの一方の出力端子と第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄの一方の出力端子とは接続されている。第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａの他方の出力端子と第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄの他方の出力端子とは接続されている。
【００７４】
第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、開閉状態が逆になるように制御されるため、一方の出力端子同士が接続された接続部１０３ｅにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋又は出力信号ＶｓｉｇＺ＋のいずれかとなる。同様に、他方の出力端子同士が接続された接続部１０３ｆにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＸ−又は出力信号ＶｓｉｇＺ−のいずれかとなる。このため、出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ＋は、接続部１０３ｅ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７）において時分割され時間軸上で結合される。同様に、出力信号ＶｓｉｇＸ−及び出力信号ＶｓｉｇＺ−は、接続部１０３ｆ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７）において時分割され時間軸上で結合される。このように、第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−と出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−とを時分割で択一的に選択する選択回路としての機能を発揮する。
【００７５】
第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃがオン状態（閉状態）になると第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂがオフ状態（開状態）になり、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃがオフ状態（開状態）になると第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂがオン状態（閉状態）になる。第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃは、２入力２出力のスイッチ回路である。第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ−を他方の出力端子から出力する。第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂは、２入力２出力のスイッチ回路である。第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｄは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ−を他方の出力端子から出力する。第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃの一方の出力端子と第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂの一方の出力端子とは接続されている。第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃの他方の出力端子と第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂの他方の出力端子とは接続されている。
【００７６】
第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂは、開閉状態が逆になるように制御されるため、一方の出力端子同士が接続された接続部１０３ｇにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＺ＋又は出力信号ＶｓｉｇＸ＋のいずれかとなる。同様に、他方の出力端子同士が接続された接続部１０３ｈにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＺ−又は出力信号ＶｓｉｇＸ−のいずれかとなる。このため、出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ＋は、接続部１０３ｅ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７）において時分割され時間軸上で結合される。同様に、出力信号ＶｓｉｇＺ−及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は、接続部１０３ｈ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７）において時分割され時間軸上で結合される。このように、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂは、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−と出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−とを時分割で択一的に選択する選択回路としての機能を発揮する。
【００７７】
第１及び第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ，１０３ｂと第１及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ，１０３ｄとを備えた時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋と出力信号ＶｓｉｇＺ＋とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋（第４の電気信号の一例）を出力する。また、時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ−と出力信号ＶｓｉｇＺ−とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ−（第４の電気信号の一例）を出力する。時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−は、時間軸上で出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−を含んでいるため、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−に基づく信号と見ることもできる。
同様に、時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＺ＋と出力信号ＶｓｉｇＸ＋とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋（第３の電気信号の一例）を出力する。また、時分割結合部１０３は、出力信号ＶｓｉｇＺ−と出力信号ＶｓｉｇＸ−とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ−（第３の電気信号の一例）を出力する。
【００７８】
また、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２にＺ軸の磁場成分（例えば回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚ）が入力されてＸ軸の磁場成分（例えば回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ）が入力されない場合であっても、ホール起電力信号Ｖｘは略零とならない場合がある。この場合には、ホール起電力信号Ｖｘを増幅した出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−も略零とならない。
そこで、時分割結合部１０３は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２にＺ軸の磁場成分が入力されてＸ軸の磁場成分が入力されない場合に、時分割信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−がＺ軸の磁場成分に応じた値となり、時分割信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−が略零となるように時分割と時間軸上での結合を行う。
一方、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２にＺ軸の磁場成分が入力されずＸ軸の磁場成分が入力された場合、ホール起電力信号Ｖｚは略零とならない場合がある。この場合には、ホール起電力信号Ｖｚを増幅した出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−も略零とならない。
そこで、時分割結合部１０３は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２にＺ軸の磁場成分が入力されずＸ軸の磁場成分が入力された場合に、時分割信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が略零となって時分割信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−がＸ軸の磁場成分に応じた値となるように時分割と時間軸上での結合を行う。
【００７９】
磁気センサ信号処理回路１０は、時分割結合部１０３に備えられた各スイッチ回路１０３ａ〜１０３ｄの開閉を制御するスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御信号生成回路１２３と、スイッチ制御信号のデューティ比を決定するための補正パラメータを記憶する不揮発性メモリ１２１とを有している。
【００８０】
不揮発性メモリ１２１は、非接触回転角センサ１自体が持つ他軸感度を補正する補正パラメータを記憶している。補正パラメータは、非接触回転角センサ１を出荷する際の出荷検査において検査されて不揮発性メモリ１２１に記憶される。補正パラメータには、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−を生成するための第１補正パラメータＤＸｃｈと、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−を生成するための第２補正パラメータＤＺｃｈとが含まれる。なお、補正パラメータの詳細は後述する。
【００８１】
スイッチ制御信号生成回路１２３は、不揮発性メモリ１２１に記憶された補正パラメータＤＸｃｈ，ＤＺｃｈを読み出して、読み出した補正パラメータＤＸｃｈ，ＤＺｃｈに基づいて所定のデューティ比を有するスイッチ制御信号を生成するようになっている。スイッチ制御信号生成回路１２３は、第１補正パラメータＤＸｃｈに基づいて、第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａの開閉を制御する第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷを生成し第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａに出力する。また、スイッチ制御信号生成回路１２３は、第１補正パラメータＤＸｃｈに基づいて、第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄの開閉を制御する第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷを生成し第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄに出力する。第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷと第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷとは逆位相の信号波形を有している。
【００８２】
スイッチ制御信号生成回路１２３は、第２補正パラメータＤＺｃｈに基づいて、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃの開閉を制御する第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷを生成し第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃに出力する。また、スイッチ制御信号生成回路１２３は、第２補正パラメータＤＺｃｈに基づいて、第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂの開閉を制御する第２Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ２ＳＷを生成し第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂに出力する。第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷと第２Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ２ＳＷとは逆位相の信号波形を有している。各スイッチ制御信号の詳細については後述する。
【００８３】
磁気センサ信号処理回路１０は、時分割結合部１０３が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−が入力するＸｃｈ符号切替スイッチ回路１０５を有している。また、磁気センサ信号処理回路１０は、時分割結合部１０３が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が入力するＺｃｈ符号切替スイッチ回路１１５を有している。
【００８４】
Ｘｃｈ符号切替スイッチ回路１０５は２入力２出力のスイッチ回路である。Ｘｃｈ符号切替スイッチ回路１０５は、一方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋を一方又は他方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ−を他方又は一方の出力端子から出力できるようになっている。すなわち、Ｘｃｈ符号切替スイッチ回路１０５は、入力する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−が出力する出力端子を切り替え可能に構成されている。
【００８５】
Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路１１５は２入力２出力のスイッチ回路である。Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路１１５は、一方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋を一方又は他方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ−を他方又は一方の出力端子から出力できるようになっている。すなわち、Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路１１５は、入力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が出力する出力端子を切り替え可能に構成されている。
【００８６】
磁気センサ信号処理回路１０は、符号切替スイッチ回路１０５が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−が入力するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ（アナログデジタル）変換回路（第２のＡＤ変換器の一例）１０７を有している。また、磁気センサ信号処理回路１０は、符号切替スイッチ回路１１５が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が入力するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路（第１のＡＤ変換器の一例）１１７を有している。
【００８７】
ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７は、入力するアナログ信号の時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−をＡＤ変換する。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７は、入力するサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫに同期して時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−をサンプリングしてデジタル信号に変換するようになっている。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸは１ビットのデジタル信号であり、第２の１ビットΔΣ変調信号の一例に相当する。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７は１ビットΔΣ変調器である。
【００８８】
ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７は、入力するアナログ信号の時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−をＡＤ変換する。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７は、入力するサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫに同期して時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−をサンプリングしてデジタル信号に変換するようになっている。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺは１ビットのデジタル信号であり、第１の１ビットΔΣ変調信号の一例に相当する。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７は１ビットΔΣ変調器である。
【００８９】
磁気センサ信号処理回路１０は、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫを生成するサンプリングクロック信号生成回路１２５を有している。サンプリングクロック信号生成回路１２５は、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫを生成してＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７のそれぞれに出力する。
【００９０】
ここで、サンプリングクロック信号生成回路１２５が生成するサンプリングクロック信号と、スイッチ制御信号生成回路１２３が生成する各スイッチ制御信号とについて図８を用いて説明する。図８は、サンプリングクロック信号の信号波形と各スイッチ制御信号の信号波形との一例を示すタイミングチャートである。図８中の１段目の「ＳＰＣＬＫ」はサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫの信号波形を示し、２段目の「Ｘ１ＳＷ」は第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷの信号波形を示し、３段目の「Ｚ２ＳＷ」は第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷの信号波形を示し、４段目の「Ｚ１ＳＷ」は第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷの信号波形を示し、５段目の「Ｘ２ＳＷ」は第２Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ２ＳＷの信号波形を示している。
【００９１】
図８中の２段目及び３段目に示すように、第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷは、高レベルの期間と低レベルの期間との比率が７：１となるように生成されている。一方、第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷは、高レベルの期間と低レベルの期間との比率が１：７となるように生成されている。例えば第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、入力するスイッチ制御信号が高レベルのときにオン状態となり、入力するスイッチ制御信号が低レベルのときにオフ状態となるように形成されている。このため、第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａは、７：１の時間比率でオン状態及びオフ状態を繰り返す。一方、第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄは、１：７の時間比率でオン状態及びオフ状態を繰り返す。したがって、ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７に入力される時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−は、時間軸領域での重み付け平均値として見ることができる。第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷにおいて、高レベルと低レベルとが繰り返される繰返し周期を１周期とし、この１周期に対する低レベルの第１デューティ比をＤ１とすると、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−の重み付け平均値ＡｖｅＸＺは、以下の式（２０）で表すことができる。
【数１９】
2016053547.tif 000021
・・・（２０）
【００９２】
図８に示す例では、第１デューティ比Ｄ１は０．１２５（＝１／８）であるため、式（２０）は、「ＡｖｇＸＺ＝０．８７５×ＶｓｉｇＸ＋０．１２５×ＶｓｉｇＺ」と表される。つまり、図８に示す例では、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＸＺ−の重み付け平均値ＡｖｇＸＺは、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−の値を８７．５％、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−の値を１２．５％の割合で混ぜ合わせた（すなわち線形結合あるいは線形和した）値となる。
【００９３】
ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７に入力されて、ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７によってサンプリングされるアナログ信号は、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−となっている。時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−は、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−と出力信号ＶｓｉｇＸ＋、ＶｓｉｇＸ−とを第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２スイッチ回路１０３ｂを通じて時間分割処理によって接続切替することに得られる。
【００９４】
図８中の４段目及び５段目に示すように、第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷは、高レベルの期間と低レベルの期間との比率が９：１となるように生成されている。一方、第２Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ２ＳＷは、高レベルの期間と低レベルの期間との比率が１：９となるように生成されている。例えば第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂは、入力するスイッチ制御信号が高レベルのときにオン状態となり、入力するスイッチ制御信号が低レベルのときにオフ状態となるように形成されている。このため、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃは、９：１の時間比率でオン状態及びオフ状態を繰り返す。一方、第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂは、１：９の時間比率でオン状態及びオフ状態を繰り返す。したがって、、ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７に入力される時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−は、時間軸領域での重み付け平均値として見ることができる。第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷにおいて、高レベルと低レベルとが繰り返される繰返し周期を１周期とし、この１周期に対する低レベルの第２デューティ比をＤ２とすると、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−の重み付け平均値ＡｖｅＺＸは、以下の式（２１）で表すことができる。
【数２０】
2016053547.tif 000022
・・・（２１）
【００９５】
図８に示す例では、第２デューティ比Ｄ２は０．１（＝１／１０）であるため、式（２１）は、「ＡｖｇＺＸ＝０．１×ＶｓｉｇＸ＋０．９×ＶｓｉｇＺ」と表される。つまり、図８に示す例では、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ＋，ＶｓｉｇＺＸ−の重み付け平均値ＡｖｇＺＸは、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−の値を１０％、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−の値を９０％の割合で混ぜ合わせた（すなわち線形結合あるいは線形和した）値となる。
【００９６】
第１及び第２デューティ比Ｄ１，Ｄ２の値は、他軸感度を補正する式（１７）及び式（１９）で表される線形変換を実現するように、非接触回転角センサ１の出荷キャリブレーション時に決定され、第１及び第２補正パラメータとして不揮発性メモリ１２１に記憶される。図７に示すように、スイッチ制御信号生成回路１２３は、不揮発性メモリ１２１から第１デューティ比Ｄ１を読み出し、読み出した第１デューティ比Ｄ１に基づいて第１Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ１ＳＷ及び第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷを生成する。また、スイッチ制御信号生成回路１２３は、不揮発性メモリ１２１から第２デューティ比Ｄ２を読み出し、読み出した第２デューティ比Ｄ２に基づいて第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷ及び第２Ｘｃｈスイッチ制御信号Ｘ２ＳＷを生成する。
【００９７】
サンプリングクロック信号生成回路１２５は、スイッチ制御信号生成回路１２３が各スイッチ制御信号Ｘ１ＳＷ，Ｘ２ＳＷ，Ｚ１ＳＷ，Ｚ２ＳＷを時分割結合部１０３に出力するのに同期して、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫをＸｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７に出力する。図８に示すように、各スイッチ制御信号Ｘ１ＳＷ，Ｘ２ＳＷ，Ｚ１ＳＷ，Ｚ２ＳＷは、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫの１クロック分だけ反転するようになっている。これにより、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸを生成するための時分割結合の結合割合（デューティ比Ｄ１，Ｄ２）と、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７においてＡＤ変換された時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺにおける時分割結合の結合割合とが同一となる。その結果、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７に入力される時分割結合信号ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺの値と、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７から出力される時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺの値は等しくなる。
【００９８】
このように、非接触回転角センサ１は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−及び出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−という２次元のホール起電力信号を時間分割でサンプリングすることによりＸｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７に入力される時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸを生成する。以下、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−を総称してホール起電力信号ＶｓｉｇＸと称する場合があり、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−を総称してホール起電力信号ＶｓｉｇＺと称する場合がある。これにより、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸは、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸ及びホール起電力信号ＶｓｉｇＺを時間軸上で重み付け平均した線形和として得られる信号となる。
【００９９】
ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７に入力する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺは、第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａがオン状態になる期間と第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄがオン状態になる期間との比率（デューティサイクル）を指定する第１デューティ比Ｄ１に基づいて生成される。同様に、ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７に入力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸは、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃがオン状態になる期間と第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂがオン状態になる期間との比率（デューティサイクル）を示す第２デューティ比Ｄ２に基づいて生成される。
【０１００】
図７に戻って、磁気センサ信号処理回路１０は、ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸと、ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺとが入力する角度計算回路１２７を有している。角度計算回路１２７は、入力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺに基づいて、回転軸９の回転角度の検出結果である角度検出信号Ｓθ（ｎ）を出力する。非接触回転角センサ１が出力する角度検出信号Ｓθ（ｎ）が１２ビットのデジタル数となる場合、角度検出信号Ｓθ（ｎ）は、以下の式（２２）で与えられる。
【数２１】
2016053547.tif 000023
・・・（２２）
但し、「ｎ」は０より大きく４０９６より小さい値である。
【０１０１】
ここで、角度計算回路として好適な閉ループ方式の角度計算回路１２７について図９を用いて説明する。図９は、角度計算回路１２７の回路ブロック図の一例である。
図９に示すように、角度計算回路１２７は、入力する角度検出信号Ｓθ（ｎ）に応じた余弦データと正弦データとを出力する正弦波データＲＯＭ１２７ｄを有している。角度計算回路１２７は、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺと、正弦波データＲＯＭ１２７ｄが出力する余弦データ及び正弦データとを外積演算して角度誤差信号θｅｒｒｏｒを出力する外積演算回路１２７ａを有している。
【０１０２】
正弦波データＲＯＭ１２７ｄは、入力した角度信号に応じそれぞれ１２ビットの余弦データ及び正弦データを出力するようになっている。正弦波データＲＯＭ１２７に入力する角度信号は、後述する積分回路１２７ｃが出力する角度検出信号Ｓθ（ｎ）である。正弦波データＲＯＭ１２７は、入力する角度検出信号Ｓθ（ｎ）が表す角度θ（ｎ）に応じた余弦データｃｏｓ（θ（ｎ））及び正弦データｓｉｎ（θ（ｎ））を外積演算回路１２７ａに出力する。
【０１０３】
外積演算回路１２７ａは、入力する２次元信号の時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺと、入力する余弦データｃｏｓ（θ（ｎ））及び正弦データｓｉｎ（θ（ｎ））とを外積演算して角度誤差信号θｅｒｒｏｒを出力する。余弦データｃｏｓ（θ（ｎ））及び正弦データｓｉｎ（θ（ｎ））は、時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺが表す値「ｎ」をアドレスとして正弦波データＲＯＭ１２７ｄから読み出される。角度誤差信号θｅｒｒｏｒは、以下の式（２３）で表すことができる。
【数２２】
2016053547.tif 000024
・・・（２３）
【０１０４】
角度計算回路１２７は、外積演算回路１２７ａが出力する角度誤差信号θｅｒｒｏｒが入力する位相補償回路１２７ｂと、位相補償回路１２７ｂが出力する角度誤差信号θｅｒｒｒｏｒを積分して角度検出信号Ｓθ（ｎ）を出力する積分回路１２７ｃとを有している。
【０１０５】
位相補償回路１２７ｂは、オールパスフィルタ特性を有している。このため、位相補償回路１２７ｂが出力する角度誤差信号θｅｒｒｏｒは、外積演算回路１２７ａが出力する角度誤差信号θｅｒｒｏｒに対して位相が異なるだけで振幅特性は同じである。位相補償回路１２７ｂは、外積演算回路１２７ａ、位相補償回路１２７ｂ、積分回路１２７ｃ及び正弦波データＲＯＭ１２７ｄによって構成される閉ループＬの発振を防ぐために配置されている。角度計算回路１２７は、ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７から出力される時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸと、時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺとを入力し、磁場成分の角度を示す角度信号を出力するサーボループ回路である。
【０１０６】
また、積分回路１２７ｃが出力する角度検出信号Ｓθ（ｎ）は、閉ループＬによって正弦波データＲＯＭ１２７ｄを経由して積分回路１２７ｃの入力へフィードバックされる。これにより、角度誤差信号θｅｒｒｏｒは０に収束される。
【０１０７】
図９に示す角度計算回路１２７に入力される２次元信号（時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺ）を１ビット信号にしておくことにより、外積演算回路１２７ａは、乗算回路で構成する必要がなく、回路規模の小さい加減算回路だけで構成することができる。時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺは、１ビット信号であるため、「＋１」又は「−１」のいずれかの値となる。このため、時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，ＤＶｓｉｇＺの「＋１」及び「−１」の組み合わせに応じて式（２３）は、以下の式（２４）のように表すことができる。
【数２３】
2016053547.tif 000025
・・・（２４）
【０１０８】
外積演算回路１２７ａは回路規模の小さい加減算回路だけで構成できるので、２次元信号（時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺ）を１ビット信号として扱うことは非常に望ましい。しかしながら、この２次元信号が１ビット信号である限り、ＡＤ変換回路の後段で他軸感度の補正計算を行うことは困難である。
本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０は、２つのホール素子対（図７に示す例では、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２）から出力される２次元のホール起電力信号を、１ビット量子化器であるＸｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７で１ビット信号に変換する前に、高分解能の他軸感度補正を行うことができる。また、磁気センサ信号処理回路１０は、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換器１０７，１１７の後段に閉ループ方式の角度計算回路１２７を備えることにより、他軸感度を補正した１ビット信号を用いて角度検出ができる。これにより、磁気センサ信号処理回路１０は、回路規模の抑制された極めて好適な信号処理回路となる。
【０１０９】
次に、本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０を用いて、磁界信号用ＸＹＺ座標空間内のＸ軸及びＺ軸の磁場成分Ｈｘ、Ｈｚに対応したホール起電力信号ＶｓｉｇＸ、ＶｓｉｇＺ間の他軸感度の補正について図６から図８を参照しつつ図１０を用いて説明する。図１０は、磁気センサ信号処理回路１０による他軸感度の補正について説明する図である。図１０（ａ）は、他軸感度が発生した状態の２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）をホール起電力用座標上に示す図であり、図１０（ｂ）は、他軸感度の補正後の２次元ホール起電力信号（ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸ）をホール起電力用座標上に示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）中の上段にはホール起電力用座標が示され、下段には磁界信号用座標が示されている。
【０１１０】
図１０（ａ）に示す２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｙ）は、図６（ｂ）に示す２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｙ）と同様の状態が示されている。すなわち、図１０（ａ）に示すように、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（１，０）に対して、磁電変換によって生成されるホール起電力信号ベクトルＶ（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺ）は、ホール起電力用座標のＸ軸から正方向に角度αずれている。なお、左回り（反時計回り）の方向を正方向とし、右回り（時計回り）の方向を負方向とする。また、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（０，１）に対して、磁電変換によって生成されるホール起電力信号ベクトルＶ（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺ）は、ホール起電力用座標のＺ軸から負方向に角度βずれている。
【０１１１】
磁気センサ信号処理回路１０は、他軸感度を含んで発生される２次元のホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺ）に対して、式（１８）及び式（１９）で表される線形変換を施し、他軸感度補正後の２次元ホール起電力信号である時分割結合信号（ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸ）を得る。これにより、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（１，０）に対して磁電変換によって生成される時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺのベクトルは、図１０（ｂ）に示すように、ホール起電力用座標のＸ軸に重なる。また、非接触回転角センサ１に入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（０，１）に対して磁電変換によって生成される時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸのベクトルは、ホール起電力用座標のＺ軸に重なる。その結果、２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）における他軸感度及び非直交性誤差が補正される。
【０１１２】
次に、非接触回転角センサ１の出荷検査における他軸感度の補正について図６及び図７を再び用いて説明する。非接触回転角センサ１の出荷検査において、直交する回転磁界Ｈ（Ｈｘ，０，０）及び回転磁界Ｈ（０，０，Ｈｚ）を非接触回転角センサ１に入力して、各回転磁界Ｈにおいて非接触回転角センサ１が生成するホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｚ）を測定する。これにより、図６（ｂ）に示す角度α，βで表される他軸感度に関する誤差パラメータを実測して取得できる。出荷検査時に、角度αで表される他軸感度に関する誤差パラメータより第１補正パラメータＤＸｃｈが算出され、角度βで表される他軸感度に関する誤差パラメータより第２補正パラメータＤＺｃｈの値が算出される。非接触回転角センサ１は、算出された第１及び第２補正パラメータＤＸｃｈ，ＤＺｘｈが不揮発性メモリ１２１に書き込まれた後に出荷される。これにより、他軸感度が補正（キャリブレーション）された非接触回転角センサ１が出荷される。角度α，βの値は、製造された非接触回転角センサごとに異なるものの、各非接触回転角センサごとに最適な補正パラメータを算出することができる。このため、非接触回転角センサはいずれも、他軸感度が補正された状態で出荷される。
【０１１３】
式（１８）及び式（１９）は、回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｈｚ）からホール起電力信号Ｖ（Ｖｘ，Ｖｚ）への磁電変換を表す２行２列の行列Ｓの逆行列を用いて他軸感度を補正する計算式である。ここで、図７の磁気センサ信号処理回路１０の動作に関する式（２０）及び式（２１）は、２行２列の行列Ｍ１を使って以下の式（２５）及び式（２６）のように表すことができる。
【数２４】
2016053547.tif 000026
・・・（２５）
【数２５】
2016053547.tif 000027
・・・（２６）
【０１１４】
他軸感度を補正するためには、この行列Ｍ１の係数が、行列Ｓの逆行列と比例するように、第１及び第２補正パラメータＤＸｃｈ，ＤＺｃｈを決めればよい。なお、行列Ｓの逆行列の係数のなかには、正の値だけでなく、負の値を取る係数が現れる。しかしながら、磁気センサ信号処理回路１０は、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７のそれぞれの前段に配置された符号切替スイッチ回路１０５，１１５において符号を反転することにより負の値を取る行列係数を実現することができる。
【０１１５】
磁気センサ信号処理回路１０は、不揮発性メモリ１２１に記憶する第１及び第２補正パラメータＤＸｃｈ，ＤＺｃｈの値を適切に設定することによって、非接触回転角センサ１の他軸感度を補正する線形変換（式（２５）及び式（２６））を実現できる。本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０は、第１及び第２補正パラメータＤＸｃｈ、ＤＺｃｈに基づいて２次元の磁界に対応した２つのホール起電力信号を時間分割でサンプリングすることにより、ホール起電力信号を時間軸上で重み付けした線形和を計算できる。これにより、磁気センサ信号処理回路１０は、図６（ａ）に示す２次元磁界ベクトルから図６（ｂ）に示す２次元電気信号への磁電変換を行う際に発生する他軸感度を補正することができる。
【０１１６】
図７及び図８を用いて説明したように、他軸感度の補正を行うために用意されている時分割結合部１０３は、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７のサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫに同期して時分割結合を行う。例えば、非接触回転角センサ１の検出対象の回転軸９の回転周波数は１ｋＨｚ（＝６万ｒｐｍ）以下であるのに対し、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７のサンプリング周波数は、例えば１ＭＨｚ以上である。このため、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７のサンプリング周波数は、回転軸９の回転周波数に対して１０００倍以上になる。このように、非接触回転角センサ１への入力信号の周波数帯域（１ｋＨｚ）と、Ｘｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換器１０７，１１７のサンプリング周波数（＞１ＭＨｚ）とは、大きな周波数比となる。このため、他軸感度の補正を行うための時分割結合部１０３の各スイッチ回路１０３ａ〜１０３ｄのデューティサイクルは、１／１０００単位（０．１％刻み）の高分解能で容易に設定できる。
【０１１７】
このように、本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０は、２次元のホール起電力信号における他軸感度を、非常に高い分解能で補正することが可能となる。磁気センサ信号処理回路１０は、他軸感度が補正された２次元信号（時分割結合信号ＶｓｉｇＸ，時分割結合信号ＶｓｉｇＺ）をＸｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７においてＡＤ変換し、２次元のデジタル信号（時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＸ，時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺ）を得る。１ビット量子化するＸｃｈ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７，１１７は、ＡＤ変換器の非線形性の問題がなく、理想的な直線性を持つＡＤ変換が実現できるため、好適なＡＤ変換回路となる。
【０１１８】
ここで、本実施形態における時間領域での線形結合を利用しない場合に、乗算型ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）回路を使用するアナログ信号処理の問題点について説明する。本実施形態における時間領域でのホール起電力信号間の線形結合を利用しない場合、アナログ信号ＶｓｉｇＸ、ＶｓｉｇＺに対して、例えば乗算型ＤＡＣ回路を用いて線形変換の行列係数を実現する方法が考えられる。先に説明したように、高精度の非接触回転角センサを実現するためには、線形結合の係数を約０．１％刻みという高分解能で設定する必要がある。約０．１％刻みという高分解能を実現するための乗算型ＤＡＣ回路は１０ビット以上のＤＡＣ回路となる。１０ビットの乗算型ＤＡＣ回路は、抵抗ストリング又はキャパシタアレイを１０２４個並べて実現する回路構成となる。この回路構成では、抵抗ストリングやキャパシタアレイの不整合による非線形性誤差が避けられない。また、半導体集積回路の中で抵抗ストリングやキャパシタアレイが占めるチップ面積が大きくなり、非接触回転角センサを低コストで製造することが困難となる。
【０１１９】
本実施形態のように時間領域でのホール起電力信号間の線形結合を利用しない別の方法として、ΔΣ変調ＡＤ変換回路の後段にデシメーションフィルタ回路を配置する方法が考えられる。デシメーションフィルタ回路から出力されるデジタル信号は１ビット信号ではなく多ビット信号であり、この多ビット信号をデジタル信号処理によって２次元の線形変換を行う。この場合、本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０と異なり、ΔΣ変調ＡＤ変換器から出力される１ビット信号と閉ループ方式での角度検出回路とを組み合わせる回路構成を実現できなくなる。さらに、デシメーションフィルタ回路による信号処理遅延時間が長くなり、高速応答性を備えた非接触回転角センサを実現することが不可能となる。
【０１２０】
小型モーター制御において、ローターの回転位置情報を取得するための回転角センサとしてレゾルバが広く使用されている。レゾルバは、その構成部材がモーターのローターと同じ材質となるコイルである。このため、レゾルバは、高温での動作や外乱ノイズに強いといった耐環境性能に優れている。しかしながら、レゾルバは、コイルで構成されているため、サイズが大きくかつ重量が重いという欠点を有している。これに対し、本実施形態による非接触回転角センサ１は、モーターのローター軸端に配置された磁石に対向する位置に半導体チップを配置するという簡単な構成で実現できる。このため、半導体部品で構成された非接触回転角センサ１は、コイルで構成されたレゾルバと比較して、小型、軽量であり、かつ低コストで製造できるという利点がある。これにより、非接触回転角センサ１は、車載モーターのなかでもＥＰＳ（電動パワーステアリング）システムで使用されるモーターや各種の補機モーターといった比較的小型のモーターの位置検出として好適である。
【０１２１】
次に、本実施形態による磁気センサの他軸感度調整方法について簡述する。本実施形態による磁気センサの他軸感度調整方法は、検出対象の回転体の回転に基づく回転磁界ＨのＸ成分に応じた出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−を取得し、回転磁界ＨのＺ成分に応じた出力信号ＶｓｉｇＺ＋、ＶｓｉｇＺ−を取得し、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−と出力信号ＶｓｉｇＺ＋、ＶｓｉｇＺ−とを時分割して時間軸上で結合し、時分割結合により得られた時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸに基づいて検出対象の回転体の回転角を得る。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法によれば、他軸感度及びホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚの非直交性を補正することができる。これにより、本実施形態によれば、磁電変換の精度が向上し、検出対象の回転位置を高精度に検出できる。さらに、本実施形態による磁気センサ信号処理回路１０及びそれを備えた非接触回転角センサ１は、時間領域でのホール起電力信号の間の線形結合を行うように構成されているため、上述の乗算型ＤＡＣ回路やデジタル信号処理といった従来の信号処理回路と比較して、高精度かつ低コスト化を図ることができ、さらに従来の信号処理回路にはない利点を有する。
【０１２３】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法について図１１及び図１２を用いて説明する。本実施形態による非接触回転角センサの概略構成は、上記第１の実施形態による非接触回転角センサ１の概略構成と同様であるため、説明は省略する。なお、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０及び非接触回転角センサ１と同様の機能・作用を奏する構成要素には、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【０１２４】
図１１は、本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０の回路ブロック図である。磁気センサ信号処理回路２０は、磁気センサ信号処理回路１０と同様に、非接触回転角センサに設けられたＩＣチップに形成さている。磁気センサ信号処理回路２０は、磁気センサ信号処理回路１０と同様に、他軸感度の発生した２次元のホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺ）に基づいて非直交性誤差を補正した２次元信号（ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸ）を生成するようになっている。
【０１２５】
図１１に示すように、磁気センサ信号処理回路２０は、Ｘ１ホール素子３１と、Ｘ２ホール素子３２とを有している。
【０１２６】
磁気センサ信号処理回路２０は、Ｘ１ホール素子３１が出力する正電圧信号Ｖｈ１（＋）及び負電圧信号Ｖｈ１（−）と、Ｘ２ホール素子３２が出力する正電圧信号Ｖｈ２（＋）及び負電圧信号Ｖｈ２（−）とが入力するＸｃｈ信号増幅回路２０１及びＺｃｈ信号増幅回路２１１を有している。Ｘｃｈ信号増幅回路２０１は、Ｘ軸（第２の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界ＨのＸ成分Ｈｘ）から磁電変換して得られるホール起電力信号Ｖｘ（第２の電気信号の一例）を取得する第２の取得部に相当する。また、Ｚｃｈ信号増幅回路２１１は、Ｚ軸（第１の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界ＨのＺ成分Ｈｚ）から磁電変換して得られるホール起電力信号Ｖｚ（第１の電気信号の一例）を取得する第１の取得部に相当する。
【０１２７】
Ｘｃｈ信号増幅回路２０１は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２において発生する正電圧信号及び負電圧信号の差信号であるホール起電力信号を信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は第２の電気信号の一例に相当する。出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は、式（６）に示すホール起電力信号Ｖｘを所定の増幅率で増幅した信号に相当する。Ｘｃｈ信号増幅回路２０１が出力する出力信号の参照符号の「＋」及び「−」は、この出力信号が差動信号であることを表している。なお、後述するＺｃｈ信号増幅回路２１１も同様に差動信号を出力するため、この差動信号も同様の表記方法に従って参照符号が付されている。
【０１２８】
Ｚｃｈ信号増幅回路２１１は、Ｘ１及びＸ２ホール素子３１，３２において発生する正電圧信号及び負電圧信号の和信号であるホール起電力信号を信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−は第１の電気信号の一例に相当する。出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＺ−は、式（７）に示すホール起電力信号Ｖｚを所定の増幅率で増幅した信号に相当する。
【０１２９】
磁気センサ信号処理回路２０は、Ｘｃｈ信号増幅回路２０１が出力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−と、Ｚｃｈ信号増幅回路２１１が出力する出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−とが入力する時分割結合部２０３を有している。時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−が入力するＸｃｈスイッチ回路２０３ｂと、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−が入力するＺｃｈスイッチ回路２０３ａとを有している。Ｘｃｈスイッチ回路２０３ｂ及びＺｃｈスイッチ回路２０３ａは同期して開閉が制御されるようになっている。時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−及び出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−を時分割で択一的に選択するＸｃｈスイッチ回路２０３ｂ及びＺｃｈスイッチ回路１０３ａで構成されている。
【０１３０】
Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａがオン状態（閉状態）になるとＸｃｈスイッチ回路２０３ｂがオフ状態（開状態）になり、Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａがオフ状態（開状態）になるとＸｃｈスイッチ回路２０３ｂがオン状態（閉状態）になる。Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａは、２入力２出力のスイッチ回路である。Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＺ−を他方の出力端子から出力する。Ｘｃｈスイッチ回路２０３ｂは、２入力２出力のスイッチ回路である。Ｘｃｈスイッチ回路２０３ｂは、一方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋を一方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ−を他方の出力端子から出力する。Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａの一方の出力端子とＸｃｈスイッチ回路２０３ｂの一方の出力端子とは接続されている。Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａの他方の出力端子とＸｃｈスイッチ回路２０３ｂの他方の出力端子とは接続されている。
【０１３１】
Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａ及びＸｃｈスイッチ回路２０３ｂは、開閉状態が逆になるように制御されるため、一方の出力端子同士が接続された接続部２０３ｃにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＺ＋又は出力信号ＶｓｉｇＸ＋のいずれかとなる。同様に、他方の出力端子同士が接続された接続部２０３ｄにおいて観測される信号は、出力信号ＶｓｉｇＺ−又は出力信号ＶｓｉｇＸ−のいずれかとなる。このため、出力信号ＶｓｉｇＺ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ＋は、接続部２０３ｃ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７）において時分割され時間軸上で結合される。同様に、出力信号ＶｓｉｇＺ−及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は、接続部２０３ｄ以降に配置される構成要素（例えば、後述するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７）において時分割され時間軸上で結合される。このように、Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａ及びＸｃｈスイッチ回路２０３ｂは、出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−と出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−とを時分割で択一的に選択する選択回路としての機能を発揮する。
【０１３２】
Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａとＸｃｈスイッチ回路２０３ｂとを備えた時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＺ＋と出力信号ＶｓｉｇＸ＋とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋（第３の電気信号の一例）を出力する。また、時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＺ−と出力信号ＶｓｉｇＸ−とをそれぞれ時分割して時間軸上で結合させた時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ−（第３の電気信号の一例）を出力する。
時分割結合部２０３は、Ｘｃｈ信号増幅回路２０１が出力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−をＸｃｈスイッチ回路２０３ｂ及び後述するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７のそれぞれに分岐する分岐部２０３ｅ，２０３ｆを有している。時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ＋と同じ出力信号ＶｓｉｇＸ＋（第４の電気信号の一例）を分岐部２０３ｅから出力する。また、時分割結合部２０３は、出力信号ＶｓｉｇＸ−と同じ出力信号ＶｓｉｇＸ−（第４の電気信号の一例）を分岐部２０３ｆから出力する。
【０１３３】
磁気センサ信号処理回路２０は、時分割結合部２０３に備えられた各スイッチ回路２０３ａ，２０３ｂの開閉を制御するスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御信号生成回路２２３と、スイッチ制御信号のデューティ比を決定するための補正パラメータを記憶する不揮発性メモリ２２１とを有している。
【０１３４】
不揮発性メモリ２２１は、磁気センサ信号処理回路２０が備えられた非接触回転角センサ自体が持つ他軸感度を補正する補正パラメータを記憶している。補正パラメータは、この非接触回転角センサを出荷する際の出荷検査において検査されて不揮発性メモリ２２１に記憶される。補正パラメータには、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−を生成するための補正パラメータＤＺｃｈが含まれる。本実施形態では、上記第１の実施形態と異なり、他軸感度の補正対象は、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−のみであるため、補正パラメータは１種類となる。なお、補正パラメータの詳細は後述する。
【０１３５】
スイッチ制御信号生成回路２２３は、不揮発性メモリ２２１に記憶された補正パラメータＤＺｃｈを読み出して、読み出した補正パラメータＤＺｃｈに基づいて所定のデューティ比を有するスイッチ制御信号を生成するようになっている。スイッチ制御信号生成回路２２３は、補正パラメータＤＺｃｈに基づいて、Ｚｃｈスイッチ回路２０３ａの開閉を制御するＺｃｈスイッチ制御信号ＺＳＷを生成しＺｃｈスイッチ回路２０３ａに出力する。また、スイッチ制御信号生成回路２２３は、補正パラメータＤＺｃｈに基づいて、Ｘｃｈスイッチ回路２０３ｂの開閉を制御するＸｃｈスイッチ制御信号ＸＳＷを生成しＸｃｈスイッチ回路２０３ｂに出力する。Ｚｃｈスイッチ制御信号ＺＳＷとＸｃｈスイッチ制御信号ＸＳＷとは逆位相の信号波形を有している。
【０１３６】
磁気センサ信号処理回路２０は、時分割結合部２０３が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が入力するＺｃｈ符号切替スイッチ回路２１５を有している。Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路２１５は２入力２出力のスイッチ回路である。Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路２１５は、一方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋を一方又は他方の出力端子から出力し、他方の入力端子に入力した時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ−を他方又は一方の出力端子から出力できるようになっている。すなわち、Ｚｃｈ符号切替スイッチ回路２１５は、入力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が出力する出力端子を切り替え可能に構成されている。
【０１３７】
磁気センサ信号処理回路２０は、Ｘｃｈ信号増幅回路２０１が出力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−が分岐部２０３ｅ，２０３ｆを介して入力するＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路（第２のＡＤ変換器の一例）２０７を有している。また、磁気センサ信号処理回路２０は、符号切替スイッチ回路２１５が出力する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−が入力するＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路（第１のＡＤ変換器の一例）２１７を有している。
【０１３８】
ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７は、入力するアナログ信号の出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−をＡＤ変換する。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７は、入力するサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫに同期して出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−をサンプリングしてデジタル信号に変換するようになっている。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７が出力するデジタル出力信号ＤＶｓｉｇＸは１ビットのデジタル信号であり、第２の１ビットΔΣ変調信号の一例に相当する。ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７は１ビットΔΣ変調器である。
【０１３９】
ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７は、入力するアナログ信号の時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−をＡＤ変換する。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７は、入力するサンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫに同期して時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸ＋，ＶｓｉｇＺＸ−をサンプリングしてデジタル信号に変換するようになっている。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺは１ビットのデジタル信号であり、第１の１ビットΔΣ変調信号の一例に相当する。ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７は１ビットΔΣ変調器である。
【０１４０】
磁気センサ信号処理回路２０は、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫを生成するサンプリングクロック信号生成回路２２５を有している。サンプリングクロック信号生成回路２２５は、サンプリングクロック信号ＳＰＣＬＫを生成してＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７のそれぞれに出力する。サンプリングクロック信号生成回路２２５が生成するサンプリングクロック信号と、スイッチ制御信号生成回路２２３が生成するＸｃｈ及びＺｃｈスイッチ制御信号ＸＳＷ，Ｚｃｈとの関係は、Ｘｃｈ及びＺｃｈスイッチ制御信号ＸＳＷ，Ｚｃｈのデューティ比が異なるだけで、上記第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。また、ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７が出力するデジタル出力信号ＤＶｓｉｇＸ及びＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２１７が出力する時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺが入力する角度計算回路１２７は、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０に備えられた角度計算回路１２７と同じ構成を有しているため、説明は省略する。
【０１４１】
本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０は、出力信号ＶｓｉｇＸと出力信号ＶｓｉｇＺとの間での時間軸上の重みつけ平均を行って、時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸを生成する。しかしながら、磁気センサ信号処理回路２０は、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０と異なり、時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺを生成しない。したがって、磁気センサ信号処理回路２０における非直交性誤差を補正する線形変換は、行列Ｍ２及び補正パラメータＤＺｃｈを用いて、以下の式（２７）及び式（２８）によって表すことができる。
【数２６】
2016053547.tif 000028
・・・（２７）
【数２７】
2016053547.tif 000029
・・・（２８）
【０１４２】
次に、本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０を用いて、磁界信号用ＸＹＺ座標空間内のＸ軸及びＺ軸の磁場成分Ｈｘ、Ｈｚに対応したホール起電力信号ＶｓｉｇＸ、ＶｓｉｇＺ間の他軸感度の補正について図１１を参照しつつ図１２を用いて説明する。図１２は、磁気センサ信号処理回路２０による他軸感度の補正について説明する図である。図１２（ａ）は、他軸感度が発生した状態の２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，Ｖｙ）をホール起電力用座標上に示す図であり、図１２（ｂ）は、他軸感度の補正後の２次元ホール起電力信号（Ｖｘ，ＶｓｉｇＺＸ）をホール起電力用座標上に示す図である。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）中の上段にはホール起電力用座標が示され、下段には磁界信号用座標が示されている。
【０１４３】
磁気センサ信号処理回路２０を備えた非接触回転角センサに入力する回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）のＸ軸方向の単位入力磁界が（１，０）であり、Ｚ軸方向の単位入力磁界が（０，１）であるとする。図１２（ａ）に示すように、非接触回転角センサに入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（１，０）に対して磁電変換によって生成されるホール起電力信号Ｖｘのベクトルは、ホール起電力用座標のＸ軸から正方向に角度αずれている。また、非接触回転角センサに入力される回転磁界Ｈ（Ｈｘ，Ｘｚ）の単位入力磁界（０，１）に対して磁電変換によって生成されるホール起電力信号Ｖｚのベクトルは、ホール起電力用座標のＺ軸から負方向に角度βずれている。
【０１４４】
図１１に示すように、磁気センサ信号処理回路２０は、Ｘｃｈ信号増幅回路２０１から出力されＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路２０７に入力する出力信号ＶｓｉｇＸ＋，Ｖｓｉｇ−に対して出力信号ＶｓｉｇＺ＋，ＶｓｉｇＺ−を時分割結合しない。このため、磁気センサ信号処理回路２０を備えた非接触回転角センサに対して、磁界信号用座標のＸ軸方向の単位入力磁界（１，０）が入力されると、磁気センサ信号処理回路２０によって磁電変換された２次元ベクトル信号Ｖｘ１は、ホール起電力用座標のＸ軸と重ならない。図１２（ｂ）に示すように、磁気センサ信号処理回路２０によって磁電変換された２次元ベクトル信号Ｖｘ１は、ホール起電力用座標のＸ軸から測って角度αだけずれた向きのベクトルとなる。２次元ベクトル信号Ｖｘ１は、ホール起電力信号Ｖｘと同一の信号である。
【０１４５】
一方、磁気センサ信号処理回路２０を備えた非接触回転角センサに対して、磁界信号用座標のＺ軸方向の単位入力磁界（０，１）が入力されると、磁気センサ信号処理回路２０によって磁電変換された時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸのベクトルは、２次元ベクトル信号Ｖｘ１から反時計回りに９０°だけ回転した向きとなる。つまり、図１２（ｂ）に示すように、磁気センサ信号処理回路２０によって磁電変換された時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸのベクトルは、ホール起電力用座標のＸ軸から測って角度（α＋９０°）の向きになる。
【０１４６】
したがって、磁界信号用座標のＸ軸方向の単位入力磁界（１，０）が入力されたときに磁電変換によって得られる２次元ベクトル信号Ｖｘ１と、磁界信号用座標のＺ軸方向の単位入力磁界（０，１）が入力されたときに磁電変換によって得られる時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸとは、直交性を保持する。このように、磁気センサ信号処理回路２０は、出力信号Ｖｓｉｇ，Ｘ，ＶｓｉｇＺを２次元ベクトル信号Ｖｘ１及び時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸに線形変換する際に非直交性誤差を補正する。
【０１４７】
上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０は、２次元ベクトル信号（ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸ）の向きが磁界信号用座標のＸ軸及びＺ軸と一致する。例えば、磁界信号用座標のＸ軸方向の単位入力磁界（１，０）及びＺ軸方向の単位入力磁界（０，１）が、非接触回転角センサ１に入力されると、磁気センサ信号処理回路１０は、ホール起電力用座標のＸ軸に一致する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺと、ホール起電力用座標のＺ軸に一致する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸとを生成する。図１０（ｂ）に示すように、ホール起電力用座標のＸ軸及びＺ軸と、磁界信号用座標のＸ軸及びＺ軸は一致している。このため、磁気センサ信号処理回路１０が生成する時分割結合信号ＶｓｉｇＸＺ，ＶｓｉｇＺＸは、磁界信号用座標のＸ軸及びＺ軸は一致する。
【０１４８】
一方、本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０は、２次元ベクトル信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺＸ）の向きが磁界信号用座標のＸ軸及びＺ軸に一致しない。図１２（ｂ）に示すように、磁気センサ信号処理回路２０が生成し２次元ベクトル信号である出力信号ＶｓｉｇＸのベクトルとホール起電力用座標のＸ軸との間には、角度αの角度差がある。ホール起電力用座標のＸ軸及びＺ軸と、磁界信号用座標のＸ軸及びＺ軸は一致している。このため、磁気センサ信号処理回路２０が生成する出力信号ＶｓｉｇＸの向きと、磁界信号用座標のＸ軸との間にも、角度αの角度差がある。出力信号ＶｓｉｇＸのベクトルは、ホール起電力用座標のＸ軸に一致していないが、磁気センサ信号処理回路２０が生成する出力信号ＶｓｉｇＸ及び時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸは、互いのベクトルに９０°の角度差がある。このように、磁気センサ信号処理回路２０は、磁電変換を実行することにより出力信号ＶｓｉｇＸ及び出力信号ＶｓｉｇＺとに生じる非直交性誤差を補正する。
【０１４９】
磁界信号用ＸＹＸ座標系を特別な基準座標系として扱う必要がない場合には、磁気センサ信号処理回路２０は、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０と比較して、簡単な回路構成でホール起電力信号の非直交性誤差を補正することができる。このため、磁気センサ信号処理回路２０は、半導体集積回路として利用される場合に、磁気センサ信号処理回路１０と比較して、ＩＣ回路面積を低減することが可能となるため、有効な回路構成となる。
【０１５０】
本実施形態による非接触回転角センサは、図１に示すのと同様の構成を有している。図１には、磁界信号用ＸＹＺ直交座標系が図示されているが、実際に非接触回転角センサが組み立てられる際には、各種の組立誤差があるため、非接触回転角センサが出力する角度信号に関して角度＝０°となる位置は実用上、あまり意味を持たない。つまり、非接触回転角センサが出力する角度信号は、その絶対値が重要なのではなく、３６０°周期での角度検出における角度非線形性誤差だけが重要となる場合がある。したがって、非接触回転角センサによる検出角度が０°となる角度位置は、非接触回転角センサを使用する上位システム側で角度オフセットの調整が可能な基準位置情報として扱われる。このため、非接触回転角センサによる検出角度が０°となる角度位置は、非接触回転角センサを含むシステムの組立て後にキャリブレーションされることが多い。こうした、非接触回転角センサの実使用上の状況を考慮すると、本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０は、検出角度が０°となる角度位置を補正せずに非直交性誤差だけを補正するように回路構成が簡略化されている。このため、本実施形態による磁気センサ信号処理回路２０は、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０と比較して利用価値が高い場合がある。
【０１５１】
以上説明したように、本実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法によれば、ホール起電力信号Ｖｘ及びホール起電力信号Ｖｚの非直交性を補正することにより、実質的に他軸感度をも調整することができる。これにより、本実施形態によれば、磁電変換の精度が向上し、検出対象の回転位置を高精度に検出できる。さらに、本実施形態による磁気センサ信号処理回路は、検出角度が０°となる角度位置を補正せずに非直交性誤差だけを補正するように構成されているため、回路構成が簡略化されかつ部品点数の削減を図ることができる。
【０１５２】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法について図１３及び図１４を用いて説明する。本実施形態による非接触回転角センサは、磁気センサとしてホール素子に代えてＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ：巨大磁気抵抗効果）素子を備えている点に特徴を有している。
【０１５３】
図１３は、本実施形態による非接触回転角センサに備えられた磁気センサの概略構成を模式的に示す図である。図１３中の左側には、磁気センサに印加される回転磁界のＸ軸方向の磁界を検出するＸ磁気センサ５０が示され、図１３中の右側には、磁気センサに印加される回転磁界のＹ軸方向の磁界を検出するＹ磁気センサ５１が示されている。また、図１３中の右上方には、Ｘ磁気センサ５０及びＹ磁気センサ５１に印加される回転磁界に設定されたＸＹ直交座標のＸ軸及びＹ軸が図示されている。
【０１５４】
図１３に示すように、Ｘ磁気センサ５０は、電源端子５３及びグランド端子５４との間に直列接続された第１ＧＭＲ素子５０ａ及び第２ＧＭＲ素子５０ｂを有している。また、Ｘ磁気センサ５０は、電源端子５３及びグランド端子５４との間に直列接続された第３ＧＭＲ素子５０ｃ及び第４ＧＭＲ素子５０ｄを有している。第１及び第２ＧＭＲ素子５０ａ，５０ｂと、第３及び第４ＧＭＲ素子５０ｃ，５０ｄとは、電源端子５３及びグランド端子５４との間で並列接続されている。Ｘ磁気センサ５０は、第１から第４ＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄによって形成されるブリッジ回路の構成を有している。
【０１５５】
Ｙ磁気センサ５１は、電源端子５３及びグランド端子５４との間に直列接続された第１ＧＭＲ素子５１ａ及び第２ＧＭＲ素子５１ｂを有している。また、Ｙ磁気センサ５１は、電源端子５３及びグランド端子５４との間に直列接続された第３ＧＭＲ素子５１ｃ及び第４ＧＭＲ素子５１ｄを有している。第１及び第２ＧＭＲ素子５１ａ，５１ｂと、第３及び第４ＧＭＲ素子５１ｃ，５１ｄとは、電源端子５３及びグランド端子５４との間で並列接続されている。Ｙ磁気センサ５１は、第１から第４ＧＭＲ素子５１ａ〜５１ｄによって形成されるブリッジ回路の構成を有している。
【０１５６】
Ｘ磁気センサ５０に備えられた第１から第４ＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄのピン層の磁化の向きはＸ軸方向になる。図１３では、第１から第４ＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄを表す四角枠内の矢印の向きがピン層の磁化の向きを表している。図１３に示す例では、第１及び第４ＧＭＲ素子５０ａ，５０ｄのピン層はＸ軸の負方向に磁化されており、第２及び第３ＧＭＲ素子５０ｂ，５０ｃのピン層はＸ軸の正方向に磁化されている。図１３中に示すＸＹ直交座標に示すように、角度θの向きの回転磁界がＸ磁気センサ５０に入力されると、Ｘ磁気センサ５０は、ｃｏｓθに対応した第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＸ１，ＶＧＭＲＸ２を出力する。検出信号ＶＧＭＲＸ１は、第１及び第２ＧＭＲ素子５０ａ，５０ｂの接続部における検出信号である。また検出信号ＶＧＭＲＸ２は、第３及び第４ＧＭＲ素子５０ｃ，５０ｄの接続部における検出信号である。
【０１５７】
Ｙ磁気センサ５１に備えられた第１から第４ＧＭＲ素子５１ａ〜５１ｄのピン層の磁化の向きはＹ軸方向になる。図１３では、第１から第４ＧＭＲ素子５１ａ〜５１ｄを表す四角枠内の矢印の向きがピン層の磁化の向きを表している。図１３に示す例では、第１及び第４ＧＭＲ素子５１ａ，５１ｄのピン層はＹ軸の負方向に磁化されており、第２及び第３ＧＭＲ素子５１ｂ，５１ｃのピン層はＹ軸の正方向に磁化されている。図１３中に示すＸＹ直交座標に示すように、角度θの向きの回転磁界がＹ磁気センサ５１に入力されると、Ｙ磁気センサ５１は、ｓｉｎθに対応した第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＹ１，ＶＧＭＲＹ２を出力する。検出信号ＶＧＭＲＹ１は、第１及び第２ＧＭＲ素子５１ａ，５１ｂの接続部における検出信号である。また検出信号ＶＧＭＲＹ２は、第３及び第４ＧＭＲ素子５１ｃ，５１ｄの接続部における検出信号である。
【０１５８】
次に、本実施形態による磁気センサ信号処理回路について図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による磁気センサ信号処理回路４０の回路ブロック図である。磁気センサ信号処理回路４０は、Ｘ磁気センサ５０及びＹ磁気センサ５１が検出する検出信号を処理する回路である。
【０１５９】
図１４に示すように、磁気センサ信号処理回路４０は、Ｘ磁気センサ５０が検出する第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＸ１，ＶＧＭＲＸ２が入力するＸｃｈ信号増幅回路４０１を有している。Ｘｃｈ信号増幅回路４０１は、Ｘ軸（第２の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界のＸ成分）から磁電変換して得られる第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＸ１，ＶＧＭＲＸ２（第２の電気信号の一例）を取得する第２の取得部に相当する。磁気センサ信号処理回路４０は、Ｙ磁気センサ５１が検出する第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＹ１，ＶＧＭＲＹ２が入力するＹｃｈ信号増幅回路４１１を有している。Ｙｃｈ信号増幅回路４１１は、Ｙ軸（第１の軸の一例）の磁場成分（例えば、回転磁界のＺ成分）から磁電変換して得られる第１及び第２検出信号ＶＧＭＲＹ１，ＶＧＭＲＹ２（第１の電気信号の一例）を取得する第１の取得部に相当する。
【０１６０】
Ｘｃｈ信号増幅回路４０１は、Ｘ磁気センサ５０が検出する第１検出信号ＶＧＭＲＸ１及び第２検出信号ＶＧＭＲＸ２の差信号を信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＸ＋及び出力信号ＶｓｉｇＸ−は第２の電気信号の一例に相当する。Ｘｃｈ信号増幅回路４０１は、第２検出信号ＶＧＭＲＸ２から第１検出信号ＶＧＭＲＸ１を差し引くようになっている。Ｘｃｈ信号増幅回路４０１が出力する出力信号の参照符号の「＋」及び「−」は、この出力信号が差動信号であることを表している。なお、後述するＹｃｈ信号増幅回路４１１も同様に差動信号を出力するため、この差動信号も同様の表記方法に従って参照符号が付されている。
【０１６１】
Ｙｃｈ信号増幅回路４１１は、Ｙ磁気センサ５１が検出する第１検出信号ＶＧＭＲＹ１及び第２検出信号ＶＧＭＲＹ２の差信号を信号増幅し、出力信号ＶｓｉｇＹ＋及び出力信号ＶｓｉｇＹ−を出力するようになっている。出力信号ＶｓｉｇＹ＋及び出力信号ＶｓｉｇＹ−は第１の電気信号の一例に相当する。Ｙｃｈ信号増幅回路４１１は、入力する第２検出信号ＶＧＭＲＹ２から第１検出信号ＶＧＭＲＹ１を差し引くようになっている。
【０１６２】
磁気センサ信号処理回路４０のＸｃｈ及びＹｃｈ信号増幅回路４０１，４１１以降の回路構成及び機能は、「Ｙ」を「Ｚ」に読み替えることにより、上記第１の実施形態による磁気センサ信号処理回路１０のＸｃｈ及びＺｃｈ信号増幅回路１０１，１１１以降の回路構成及び機能と同様である。磁気センサ信号処理回路４０に備えられた時分割結合部４０３は、磁気センサ信号処理回路１０に備えられた時分割結合部１０３に対応する。時分割結合部４０３に備えられた第１Ｘｃｈスイッチ回路４０３ａ、第２Ｘｃｈスイッチ回路４０３ｂ、第１Ｙｃｈスイッチ回路４０３ｃ及び第２Ｙｃｈスイッチ回路４０３ｄは、時分割結合部１０３に備えられた第１Ｘｃｈスイッチ回路１０３ａ、第２Ｘｃｈスイッチ回路１０３ｂ、第１Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｃ及び第２Ｚｃｈスイッチ回路１０３ｄに対応する。時分割結合部４０３に備えられた接続部４０３ｅ、接続部４０３ｆ、接続部４０３ｇ及び接続部４０３ｈは、時分割結合部１０３に備えられた接続部１０３ｅ、接続部１０３ｆ、接続部１０３ｇ及び接続部１０３ｈに対応する。時分割信号ＶｓｉｇＸＹ＋は時分割信号ＶｓｉｇＸＺ＋に対応し、時分割信号ＶｓｉｇＸＹ−は時分割信号ＶｓｉｇＸＺ−に対応する。時分割信号ＶｓｉｇＹＸ＋は時分割信号ＶｓｉｇＺＸ＋に対応し、時分割信号ＶｓｉｇＹＸ−は時分割信号ＶｓｉｇＺＸ−に対応する。
【０１６３】
磁気センサ信号処理回路４０に備えられたスイッチ制御信号生成回路４２３及び不揮発性メモリ４２１は、磁気センサ信号処理回路１０に備えられたスイッチ制御信号生成回路１２３及び不揮発性メモリ１２１に対応する。補正パラメータＤＹｃｈは補正パラメータＤＺｃｈに対応する。第１Ｙｃｈスイッチ制御信号Ｙ１ＳＷは第１Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ１ＳＷに対応し、第２Ｙｃｈスイッチ制御信号Ｙ２ＳＷは第２Ｚｃｈスイッチ制御信号Ｚ２ＳＷに対応する。
磁気センサ信号処理回路４０に備えられたＸｃｈ符号切替スイッチ回路４０５及びＹｃｈ符号切替スイッチ回路４１５は、磁気センサ信号処理回路１０に備えられたＸｃｈ符号切替スイッチ回路１０５及びＺｃｈ符号切替スイッチ回路１１５に対応する。
磁気センサ信号処理回路４０に備えられたＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路４０７、ＹｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路４１７及びサンプリングクロック信号生成回路４２５は、磁気センサ信号処理回路１０に備えられたＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１０７、ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路１１７及びサンプリングクロック信号生成回路１２５に対応する。時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＹは時分割結合デジタル信号ＤＶｓｉｇＺに対応する。
磁気センサ信号処理回路４０に備えられた角度計算回路４２７は、磁気センサ信号処理回路１０に備えられた角度計算回路１２７に対応する。また、図示は省略するが、角度計算回路４２７は、角度計算回路１２７と同様に、外積演算回路、ループフィルタ回路、積分回路及び正弦波データＲＯＭによって形成された閉ループ回路構成を有している。
【０１６４】
このように、磁気センサ信号処理回路４０は、回転磁界を検出する磁気検出部が磁気センサ信号処理回路１０と異なるものの、磁気検出部で磁電変換された電気信号を増幅した出力信号ＶｓｉｇＸ＋，ＶｓｉｇＸ−，ＶｓｉｇＹ＋，ＶｓｉｇＹ−を不揮発性メモリ４２１に記憶された補正パラメータＤＸｃｈ、ＤＹｃｈに従って時間分割でサンプリングできる。これにより、磁気センサ信号処理回路４０は、２つの出力信号ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹの間で線形和をとり、２次元ベクトル信号（ＶｓｉｇＸＹ，ＶｓｉｇＹＸ）を得ることができる。このようにして得られた２次元ベクトル信号（ＶｓｉｇＸＹ，ＶｓｉｇＹＺ）は、第１から第４ＧＭＲ素子５０ａ〜５０ｄ及び第１から第４ＧＭＲ素子５１ａ〜５１ｄが持つ他軸感度及び非直交性誤差を補正した直交信号となっている。これにより、磁気センサ信号処理回路４０は、磁気センサ信号処理回路１０と同様に、他軸感度及び非直交性誤差が補正された２次元ベクトル信号（ＶｓｉｇＸＹ，ＶｓｉｇＹＺ）を後段の角度計算回路４２７に入力し、高精度に角度検出信号Ｓθ（ｎ）を得ることができる。
【０１６５】
本実施形態による磁気センサの他軸感度調整方法は、上記第１の実施形態による磁気センサの他軸感度調整方法と同様であるため、説明は省略する。
【０１６６】
従来のＧＭＲ素子を用いた非接触回転角センサは、出力信号に大きな他軸感度が発生することが知られている。本実施形態による磁気センサ信号処理回路４０は、簡易な回路構成でＧＭＲ素子を用いた非接触回転角センサにおいて生じる他軸感度を補正して、高精度に角度検出信号を得ることができる。
【０１６７】
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法について図１５及び図１６を用いて説明する。本実施形態による非接触角回転センサは、３次元空間での物体の位置情報を検出する３次元リニアセンサである点に特徴を有している。
【０１６８】
磁石と磁気センサを用いて非接触手段によって物体（磁石）の位置情報を検出する非接触位置センサには３次元リニアセンサがある。３次元リニアセンサは、図３に示す磁気収束板とホール素子とを組合せた構成が最も好適であると考えられている。このような非接触位置センサがホール素子を利用して実現される場合、磁石が作る磁界（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を磁電変換してホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）が生成される。
【０１６９】
図１５は、３次元リニアセンサを説明する図である。図１５（ａ）は、磁石６１及び磁石６１が作る磁界Ｈを模式的に示す図であり、図１５（ｂ）は、比較例としての３次元回転角センサが検出する磁界の角度を説明する図であり、図１５（ｃ）は、３次元リニアセンサが検出する磁界の角度を説明する図である。
【０１７０】
図１５（ａ）に示すように、磁石６１は、図１５（ａ）中の直線矢印で示すように、所定方向に直動する。磁石６１の周りにはＮ極からＳ極に向かう磁界Ｈが発生する。図１５（ｂ）に示すように、ホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）のなかの２つの成分を利用して、磁界信号用ＸＹＺ直交座標のＸＹ面、ＹＺ面及びＺＸ面における磁界の角度θを検出する場合には、非接触位置センサは３次元回転角センサとなる。一方、図１５（ｃ）に示すように、３次元リニアセンサは、ホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）を検出して出力する非接触位置センサである。
【０１７１】
図１５（ｂ）に示す例では、磁石６１がＸＹＺ直交座標のなかでＹ軸方向に可動するため、３次元リニアセンサはＹ軸方向の直動位置検出を行う。３次元リニアセンサは、Ｙ軸方向だけでなく、３次元（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）における磁石６１の位置情報をリニアセンサとして検出することが可能である。
【０１７２】
図１６は、３次元リニアセンサにおける他軸感度補正について説明する図である。図１６（ａ）は、他軸感度補正前のホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）を示し、図１６（ｂ）は、他軸感度補正後のホール起電力信号を示している。図１６（ａ）中及び図１６（ｂ）中に示すＸＹＺ直交座標は、３次元リニアセンサに入力する磁界を示す座標である。
【０１７３】
３次元リニアセンサに入力する磁界（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を磁電変換したホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）には他軸感度が生じる。このため、図１６（ａ）に示すように、ホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）の向きは、ＸＹＺ直交座標のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の向きにそれぞれに一致しない。さらに、ホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹ，ＶｓｉｇＺ）には、直交性誤差も発生している。
【０１７４】
図１６（ｂ）は、本実施形態による磁気センサ信号処理回路を利用して他軸感度を補正した後のホール起電力信号（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）を図示している。本実施形態による磁気センサ信号処理回路は、上記第２の実施形態による磁気センサ信号処理回路２０と同様に、ホール起電力信号（ＶＸ，ＶＹ，ＶＺ）の非直交性誤差の補正のみを行って実質的に他軸感度を補正するようになっている。図１６（ｂ）に示すように、ホール起電力信号ＶＸ、ＶＹ、ＶＺの間で直交性を持たせるために、磁気センサ信号処理回路２０とほぼ同様の回路を用いて２段階での他軸感度補正を行う。
【０１７５】
（第１段階）
まず、Ｘ軸及びＹ軸に関して、磁気センサ信号処理回路２０の「Ｚ」を「Ｙ」に読み替えた信号処理回路を用いて、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹの他軸感度補正を行う。このとき、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸは時分割結合しないのに対し、ホール起電力信号ＶｓｉｇＹはホール起電力信号ＶｓｉｇＸと時分割結合して時分割結合信号ＶｓｉｇＹＸを得る。この他軸感度補正は、以下の式（２９）のように表すことができる。
【数２８】
2016053547.tif 000030
・・・（２９）
これにより、図１６（ｂ）に示すように、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸと、ホール起電力信号ＶｓｉｇＹとの非直交性誤差は補正される。これにより、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸと直交性を有する時分割結合信号ＶｓｉｇＹＸが得られる。
【０１７６】
（第２段階）
次に、第２段階として、Ｘ軸及びＺ軸に関し、磁気センサ信号処理回路２０と同様の信号処理回路を用いて、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＺの他軸感度補正を行う。このとき、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸは時分割結合しないのに対し、ホール起電力信号ＶｓｉｇＺはホール起電力信号ＶｓｉｇＸと時分割結合して時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸを得る。この他軸感度補正は、以下の式（３０）のように表すことができる。
【数２９】
2016053547.tif 000031
・・・（３０）
これにより、図１６（ｂ）に示すように、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸと、ホール起電力信号ＶｓｉｇＺとの非直交性誤差は補正される。これにより、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸと直交性を有する時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸが得られる。
【０１７７】
このように、本実施形態による磁気センサ信号処理回路を用いて、第１段階及び第２段階の非直交性誤差の補正を行うことにより、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸとホール起電力信号ＶｓｉｇＹとの間の非直交性誤差と、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸとホール起電力信号ＶｓｉｇＺとの間の非直交性誤差が補正される。
【０１７８】
図３に示す非接触回転角センサの構造に関して、図３中に示すＸ軸上に配置された２つのＸ１ホール素子３１及びＸ２ホール素子３２において発生するホール起電力信号の差信号及び和信号は、式（６）及び式（７）を用いて説明したように、ホール起電力信号ＶｓｉｇＸ及びホール起電力信号ＶｓｉｇＺとの間で非直交性誤差が発生する。しかしながら、図３に示すＹ軸上に配置された２つのＹ１ホール素子３３及びＹ２ホール素子３４において発生するホール起電力信号の差信号は、Ｘ軸上のＸ１及びＸ２ホール素子３１，３２と無関係に生成される。このため、ホール起電力信号ＶｓｉｇＹとホール起電力信号ＶｓｉｇＺとの間の非直交性誤差は元々検出精度に対して問題にならない程度に小さい。したがって、時分割結合信号ＶｓｉｇＹＸと時分割結合信号ＶｓｉｇＺＸとの間の非直交性誤差も検出精度に対して問題にならない程度に小さい。
【０１７９】
以上説明したように、本実施形態による非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法によれば、磁気センサ信号処理回路が生成する３次元のホール起電力信号（ＶｓｉｇＸ，ＶｓｉｇＹＸ，ＶｓｉｇＺＸ）は他軸感度による非直交性誤差が補正された３次元のホール起電力信号となる。これにより、磁電変換の精度が向上し、検出対象の位置を高精度に検出できる。
【符号の説明】
【０１８０】
１  非接触回転角センサ
３  ＩＣチップ
５  磁気収束板
７  プリント回路基板
９  回転軸
１０，２０，４０  磁気センサ信号処理回路
１１  回転磁石
３１  Ｘ１ホール素子
３２  Ｘ２ホール素子
３３  Ｙ１ホール素子
３４  Ｙ２ホール素子
５０  Ｘ磁気センサ
５０ａ，５１ａ  第１ＧＭＲ素子
５０ｂ，５１ｂ  第２ＧＭＲ素子
５０ｃ，５１ｃ  第３ＧＭＲ素子
５０ｄ、５１ｄ  第４ＧＭＲ素子
５１  Ｙ磁気センサ
５３  電源端子
５４  グランド端子
６１  磁石
１０１，２０１，４０１  Ｘｃｈ信号増幅回路
１０３，２０３，４０３  時分割結合部
１０３ａ，４０３ａ  第１Ｘｃｈスイッチ回路
１０３ｂ，４０３ｂ  第２Ｘｃｈスイッチ回路
１０３ｃ，４０３ｃ  第１Ｚｃｈスイッチ回路
１０３ｄ，４０３ｄ  第２Ｚｃｈスイッチ回路
１０３ｅ，１０３ｆ，１０３ｇ，１０３ｈ，２０３ｃ，２０３ｄ，４０３ｅ，４０３ｆ，４０３ｇ，４０３ｈ  接続部
１０５，１１５，２１５，４０５，４１５  符号切替スイッチ回路
１０７，２０７，４０７  ＸｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路
１１１，２１１，４１１  Ｚｃｈ信号増幅回路
１１７，２１７，４１７  ＺｃｈΔΣ変調ＡＤ変換回路
１２１，２２１，４２１  不揮発性メモリ
１２３，２２３，４２３  スイッチ制御信号生成回路
１２５，２２５，４２５  サンプリングクロック信号生成回路
１２７，２４７  角度計算回路
１２７ａ  外積演算回路
１２７ｂ  位相補償回路
１２７ｃ  積分回路
１２７ｄ  正弦波データＲＯＭ
２０３ａ  Ｚｃｈスイッチ回路
２０３ｂ  Ｘｃｈスイッチ回路
２０３ｅ，２０３ｆ  分岐部
【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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