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JP5062454B2 - Magnetic sensor - Google Patents

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JP5062454B2 JP2011115355A JP2011115355A JP5062454B2 JP 5062454 B2 JP5062454 B2 JP 5062454B2 JP 2011115355 A JP2011115355 A JP 2011115355A JP 2011115355 A JP2011115355 A JP 2011115355A JP 5062454 B2 JP5062454 B2 JP 5062454B2
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Description

本発明は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor that detects an angle formed by the direction of an external magnetic field with respect to a reference direction.

近年、自動車のステアリングの回転位置の検出等の種々の用途で、対象物の回転位置を検出するために、磁気センサが広く利用されている。また、対象物の直線的な変位を検出するリニアエンコーダにおいても磁気センサが利用されている。このような磁気センサが用いられるシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する外部磁界を発生する手段(例えば磁石)が設けられる。磁気センサは、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する。これにより、対象物の回転位置や直線的な変位が検出される。   In recent years, magnetic sensors have been widely used to detect the rotational position of an object in various applications such as detection of the rotational position of an automobile steering. Magnetic sensors are also used in linear encoders that detect linear displacement of an object. In a system in which such a magnetic sensor is used, generally, means (for example, a magnet) that generates an external magnetic field whose direction rotates in conjunction with the rotation or linear motion of an object is provided. The magnetic sensor detects an angle formed by the direction of the external magnetic field with respect to the reference direction. As a result, the rotational position and linear displacement of the object are detected.

磁気センサとしては、特許文献1ないし4に記載されているように、2つのブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路)を有するものが知られている。この磁気センサにおいて、2つのブリッジ回路は、それぞれ、4つの磁気抵抗効果素子(以下、MR素子とも記す。)を含み、外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。2つのブリッジ回路の出力信号の位相は、各ブリッジ回路の出力信号の周期の1/4だけ異なっている。外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度は、2つのブリッジ回路の出力信号に基づいて算出される。   As a magnetic sensor, one having two bridge circuits (Wheatstone bridge circuits) is known as described in Patent Documents 1 to 4. In this magnetic sensor, each of the two bridge circuits includes four magnetoresistive elements (hereinafter also referred to as MR elements), detects the intensity of a component in one direction of the external magnetic field, and represents the intensity of the signal. Is output. The phases of the output signals of the two bridge circuits differ by ¼ of the period of the output signal of each bridge circuit. The angle formed by the direction of the external magnetic field with respect to the reference direction is calculated based on the output signals of the two bridge circuits.

特開2003−65795号公報JP 2003-65795 A 特表2004−504713号公報JP-T-2004-504713 特開2009−25319号公報JP 2009-25319 A 特許第4273363号公報Japanese Patent No. 4273363

MR素子を用いた磁気センサにおいて、外部磁界の方向が回転する場合には、MR素子の抵抗値に対応する出力信号の波形は、理想的には正弦曲線(サイン(Sine)波形とコサイン(Cosine)波形を含む)となる。しかし、特許文献2に記載されているように、MR素子の出力信号波形は正弦曲線から歪む場合があることが知られている。MR素子の出力信号波形が歪むと、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合がある。MR素子の出力信号波形が歪む原因には、大きく分けて、MR素子によるものと、外部磁界によるものとがある。   In a magnetic sensor using an MR element, when the direction of the external magnetic field rotates, the waveform of the output signal corresponding to the resistance value of the MR element is ideally a sine curve (Sine waveform and cosine (Cosine) ) Including waveform). However, as described in Patent Document 2, it is known that the output signal waveform of the MR element may be distorted from a sine curve. If the output signal waveform of the MR element is distorted, an error may occur in the detection angle by the magnetic sensor. The cause of the distortion of the output signal waveform of the MR element can be broadly divided into an MR element and an external magnetic field.

ここで、MR素子がGMR(巨大磁気抵抗効果)素子またはTMR(トンネル磁気抵抗効果)素子である場合を例にとって、MR素子に起因してMR素子の出力信号波形が歪む場合の例について説明する。GMR素子やTMR素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。MR素子に起因してMR素子の出力信号波形が歪む場合の例としては、磁化固定層の磁化方向が外部磁界等の影響によって変動する場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的大きい場合に発生しやすい。MR素子に起因してMR素子の出力信号波形が歪む場合の他の例としては、自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界の方向と一致しない場合が挙げられる。これは、外部磁界の強度が比較的小さい場合に発生しやすい。   Here, taking as an example the case where the MR element is a GMR (giant magnetoresistive effect) element or a TMR (tunnel magnetoresistive effect) element, an example in which the output signal waveform of the MR element is distorted due to the MR element will be described. . The GMR element and the TMR element include a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, and a nonmagnetic layer disposed between the magnetization fixed layer and the free layer And have. As an example of the case where the output signal waveform of the MR element is distorted due to the MR element, there is a case where the magnetization direction of the magnetization fixed layer varies due to the influence of an external magnetic field or the like. This is likely to occur when the strength of the external magnetic field is relatively large. As another example when the output signal waveform of the MR element is distorted due to the MR element, the magnetization direction of the free layer coincides with the direction of the external magnetic field due to the influence of the free layer shape anisotropy, coercive force, etc. The case where it does not do is mentioned. This is likely to occur when the strength of the external magnetic field is relatively small.

一方、外部磁界に起因してMR素子の出力信号波形が正弦曲線から歪む場合の例としては、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合が挙げられる。これは、1組以上のN極とS極が交互にリング状に配列された回転体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合や、複数組のN極とS極が交互に直線状に配列され、N極とS極が並ぶ方向に移動する移動体の外周部から発生する外部磁界の方向を検出する場合に発生しやすい。   On the other hand, as an example of the case where the output signal waveform of the MR element is distorted from the sine curve due to the external magnetic field, there is a case where the direction of the external magnetic field or the intensity of the component in one direction of the external magnetic field does not change sinusoidally. . This may be the case when detecting the direction of the external magnetic field generated from the outer periphery of a rotating body in which one or more pairs of N poles and S poles are alternately arranged in a ring shape, or when multiple sets of N poles and S poles are alternately arranged. This is likely to occur when detecting the direction of the external magnetic field generated from the outer periphery of the moving body that is arranged in a straight line and moves in the direction in which the N and S poles are arranged.

特許文献2には、主参照磁化軸を持つ主検出素子に、それぞれ主参照磁化軸に対して傾いた参照磁化軸を有する2つの補正検出素子を電気的に接続して、検出角度を補正するようにした磁気抵抗センサが記載されている。しかし、このセンサでは、主検出素子および補正検出素子の抵抗、サイズ、材料や、外部磁界の強度等の設計条件の違いに応じて、補正検出素子のデザインを最適化する必要があり、センサの設計が容易ではないという問題点がある。   In Patent Document 2, two correction detection elements each having a reference magnetization axis inclined with respect to the main reference magnetization axis are electrically connected to a main detection element having a main reference magnetization axis to correct the detection angle. A magnetoresistive sensor is described. However, in this sensor, it is necessary to optimize the design of the correction detection element according to the design conditions such as the resistance, size, material, and external magnetic field strength of the main detection element and the correction detection element. There is a problem that the design is not easy.

なお、ここまでは、MR素子を用いた磁気センサにおいて、磁気センサによる検出角度に誤差が生じる場合があるという問題点について説明してきた。しかし、この問題点は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサ全般に当てはまる。   Until now, the problem that an error may occur in the detection angle of the magnetic sensor in the magnetic sensor using the MR element has been described. However, this problem applies to all magnetic sensors that detect the angle formed by the direction of the external magnetic field with respect to the reference direction.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、検出角度の誤差を低減できるようにした磁気センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is a magnetic sensor for detecting an angle formed by the direction of an external magnetic field with respect to a reference direction, and a magnetic sensor capable of reducing an error in the detected angle. It is to provide a sensor.

本発明の磁気センサは、方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。磁気センサは、第1の位置における外部磁界の方向が第1の方向に対してなす第1の角度を検出するための第1の検出部と、第2の位置における外部磁界の方向が第2の方向に対してなす第2の角度を検出するための第2の検出部とを備えている。   The magnetic sensor of the present invention detects the angle formed by the direction at the reference position of the external magnetic field whose direction rotates with respect to the reference direction. The magnetic sensor includes a first detection unit for detecting a first angle formed by the direction of the external magnetic field at the first position with respect to the first direction, and the direction of the external magnetic field at the second position is the second. And a second detection unit for detecting a second angle formed with respect to the direction.

第1の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第1および第2の検出回路と、第1および第2の検出回路の出力信号に基づいて第1の角度の検出値である第1の検出角度を算出する第1の演算回路とを有し、第1の検出回路の出力信号の位相と第2の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なっている。   The first detection unit detects the intensity of a component in one direction of the external magnetic field and outputs a signal representing the intensity, and outputs of the first and second detection circuits And a first arithmetic circuit that calculates a first detection angle that is a detection value of the first angle based on the signal, the phase of the output signal of the first detection circuit, and the output signal of the second detection circuit Are different by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit.

第2の検出部は、それぞれ外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第3および第4の検出回路と、第3および第4の検出回路の出力信号に基づいて第2の角度の検出値である第2の検出角度を算出する第2の演算回路とを有し、第3の検出回路の出力信号の位相と第4の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なっている。   The second detection unit detects the intensity of a component in one direction of the external magnetic field and outputs a signal representing the intensity, and outputs of the third and fourth detection circuits A second arithmetic circuit that calculates a second detection angle that is a detection value of the second angle based on the signal, and a phase of an output signal of the third detection circuit and an output signal of the fourth detection circuit Are different by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit.

第1の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第1の角度の理論値に対する第1の角度誤差を含んでいる。第2の検出角度は、外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される第2の角度の理論値に対する第2の角度誤差を含んでいる。   The first detection angle includes a first angle error with respect to a theoretical value of the first angle assumed when the direction of the external magnetic field rotates ideally. The second detection angle includes a second angle error with respect to a theoretical value of the second angle assumed when the direction of the external magnetic field rotates ideally.

本発明の磁気センサでは、第1の角度誤差と第2の角度誤差は、外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第1の角度誤差の変化および第2の角度誤差の変化は、外部磁界の方向の変化に依存している。誤差周期は、外部磁界の方向の回転の周期の1/2である。第1の位置と第2の位置は互いに異なる位置であり、第1の位置と第2の位置のずれは、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する。本発明の磁気センサは、更に、第1の検出角度と第2の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第3の演算回路を備えている。   In the magnetic sensor of the present invention, the first angle error and the second angle error periodically change with the same error period as the external magnetic field changes, and the first angle error and the first angle error change. The change in the angle error of 2 depends on the change in the direction of the external magnetic field. The error period is ½ of the rotation period in the direction of the external magnetic field. The first position and the second position are different from each other, and the deviation between the first position and the second position corresponds to an odd multiple of 1/2 of the error period. The magnetic sensor of the present invention further calculates a detected value of an angle formed by the direction of the external magnetic field at the reference position with respect to the reference direction based on the first detection angle and the second detection angle. An arithmetic circuit is provided.

本発明の磁気センサでは、第1の検出部が第1の角度を検出する第1の位置と、第2の検出部が第2の角度を検出する第2の位置とを、誤差周期の1/2の奇数倍に相当するずれ量で異ならせることにより、第1の検出角度と第2の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第1の検出角度に含まれる第1の角度誤差と第2の検出角度に含まれる第2の角度誤差とを相殺することが可能になる。これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になる。   In the magnetic sensor of the present invention, the first position where the first detection unit detects the first angle and the second position where the second detection unit detects the second angle are set to 1 of the error period. Detecting the angle formed by the direction of the external magnetic field at the reference position with respect to the reference direction based on the first detection angle and the second detection angle by making the difference by an amount corresponding to an odd multiple of / 2. When calculating the value, it becomes possible to cancel the first angle error included in the first detection angle and the second angle error included in the second detection angle. Thereby, it is possible to reduce errors in the detection angle of the magnetic sensor.

また、本発明の磁気センサにおいて、第1ないし第4の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含んでいてもよい。この場合、第1ないし第4の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第1の対の磁気検出素子と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有していてもよい。磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であってもよい。磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。また、第2の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第1の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、第4の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、第3の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していてもよい。   In the magnetic sensor of the present invention, each of the first to fourth detection circuits may include a pair of magnetic detection elements connected in series. In this case, each of the first to fourth detection circuits includes a Wheatstone bridge circuit including a first pair of magnetic detection elements connected in series and a second pair of magnetic detection elements connected in series. You may have. The magnetic detection element may be a magnetoresistive element. The magnetoresistive effect element includes a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, a nonmagnetic layer disposed between the magnetization fixed layer and the free layer, You may have. The magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the second detection circuit is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the first detection circuit, and the magnetoresistance in the fourth detection circuit. The magnetization direction of the magnetization fixed layer of the effect element may be orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the third detection circuit.

また、本発明の磁気センサにおいて、第1の角度誤差は、外部磁界の方向の変化に依存して誤差周期で変化する成分と、第1の検出角度の変化に依存して第2の誤差周期で変化する成分とを含み、第2の角度誤差は、外部磁界の方向の変化に依存して誤差周期で変化する成分と、第2の検出角度の変化に依存して第2の誤差周期で変化する成分とを含み、第2の誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の1/4であり、第1の検出角度の位相と第2の検出角度の位相は、第2の誤差周期の1/2の奇数倍だけ異なっていてもよい。   In the magnetic sensor of the present invention, the first angle error includes a component that changes in the error cycle depending on the change in the direction of the external magnetic field, and a second error cycle that depends on the change in the first detection angle. The second angle error includes a component that changes in the error period depending on the change in the direction of the external magnetic field, and a second error period that depends on the change in the second detection angle. The second error period is ¼ of the period of the output signal of each detection circuit, and the phase of the first detection angle and the phase of the second detection angle are the second error. It may be different by an odd multiple of 1/2 of the period.

本発明の磁気センサによれば、第1の検出角度と第2の検出角度とに基づいて、外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する際に、第1の検出角度に含まれる第1の角度誤差と第2の検出角度に含まれる第2の角度誤差とを相殺することが可能になり、これにより、磁気センサの検出角度の誤差を低減することが可能になるという効果を奏する。   According to the magnetic sensor of the present invention, based on the first detection angle and the second detection angle, when calculating the detection value of the angle of the external magnetic field at the reference position with respect to the reference direction, It is possible to cancel the first angle error included in the first detection angle and the second angle error included in the second detection angle, thereby reducing the detection angle error of the magnetic sensor. There is an effect that it becomes possible.

本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnetic sensor according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the definition of the direction and angle in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the magnetic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図3に示した磁気センサにおける4つのブリッジ回路を一体化したユニットの平面図である。It is a top view of the unit which integrated four bridge circuits in the magnetic sensor shown in FIG. 図4における1つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a plurality of lower electrodes provided in one divided region in FIG. 4. 図4における1つのMR素子の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of one MR element in FIG. 図3における検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing an aspect of waveform distortion of an output signal of a detection circuit in FIG. 本発明の第1の実施の形態における第1の検出角度と第1の角度誤差との関係を示す波形図である。It is a wave form chart showing the relation between the 1st detection angle and the 1st angle error in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of angle error reduction in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the detected value of an angle and the angle error in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further another example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の更に他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further another example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る磁気センサの第1の検出部における2つのブリッジ回路を一体化したユニットを示す平面図である。It is a top view which shows the unit which integrated two bridge circuits in the 1st detection part of the magnetic sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the magnetic sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the magnetic sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態における外部磁界、第1の検出角度および第1の角度誤差の関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the external magnetic field in the 5th Embodiment of this invention, a 1st detection angle, and a 1st angle error. 本発明の第5の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of angle error reduction in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the detected value of an angle and the angle error in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る磁気センサの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the magnetic sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of angle error reduction in the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the detected value of an angle and the angle error in the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係る磁気センサの使用方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the usage method of the magnetic sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態における角度誤差低減の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of angle error reduction in the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態における角度の検出値と角度誤差との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the detected value of an angle and the angle error in the 8th Embodiment of this invention.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサの概略の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る磁気センサの概略の構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnetic sensor according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing definitions of directions and angles in the present embodiment.

図1に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ1は、方向が回転する外部磁界MFの、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出するものである。図1には、方向が回転する外部磁界MFを発生する手段の例として、円柱状の磁石2を示している。この磁石2は、円柱の中心軸を含む仮想の平面を中心として対称に配置されたN極とS極とを有している。この磁石2は、円柱の中心軸を中心として回転する。これにより、磁石2が発生する外部磁界MFの方向は、円柱の中心軸を含む回転中心Cを中心として回転する。磁気センサ1は、磁石2の一方の端面に対向するように配置される。なお、後で、磁気センサ1の使用方法の他の例を示すが、方向が回転する外部磁界MFを発生する手段は、図1に示した磁石2に限られるものではない。   As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 1 according to the present embodiment detects an angle formed by the direction at the reference position of the external magnetic field MF whose direction rotates with respect to the reference direction. FIG. 1 shows a cylindrical magnet 2 as an example of means for generating an external magnetic field MF whose direction rotates. The magnet 2 has an N pole and an S pole that are arranged symmetrically about a virtual plane including the central axis of the cylinder. The magnet 2 rotates around the central axis of the cylinder. Thereby, the direction of the external magnetic field MF generated by the magnet 2 rotates around the rotation center C including the central axis of the cylinder. The magnetic sensor 1 is disposed so as to face one end face of the magnet 2. In addition, although the other example of the usage method of the magnetic sensor 1 is shown later, the means to generate the external magnetic field MF whose direction rotates is not limited to the magnet 2 shown in FIG.

磁気センサ1は、第1の位置における外部磁界MFの方向が第1の方向に対してなす第1の角度を検出するための第1の検出部10と、第2の位置における外部磁界の方向が第2の方向に対してなす第2の角度を検出するための第2の検出部20とを備えている。図1では、理解を容易にするために、第1の検出部10と第2の検出部20を別体として描いているが、第1の検出部10と第2の検出部20は一体化されていてもよい。   The magnetic sensor 1 includes a first detector 10 for detecting a first angle formed by the direction of the external magnetic field MF at the first position with respect to the first direction, and the direction of the external magnetic field at the second position. Includes a second detection unit 20 for detecting a second angle formed with respect to the second direction. In FIG. 1, in order to facilitate understanding, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are depicted as separate bodies. However, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are integrated. May be.

ここで、図2を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図1に示した回転中心Cに平行で、磁石2の一方の端面から磁気センサ1に向かう方向をZ方向と定義する。次に、Z方向に垂直な仮想の平面上において、互いに直交する2つの方向をX方向とY方向と定義する。図2では、X方向を右側に向かう方向として表し、Y方向を上側に向かう方向として表している。また、X方向とは反対の方向を−X方向と定義し、Y方向とは反対の方向を−Y方向と定義する。   Here, with reference to FIG. 2, the definition of the direction and angle in this Embodiment is demonstrated. First, a direction parallel to the rotation center C shown in FIG. 1 and directed from one end face of the magnet 2 toward the magnetic sensor 1 is defined as a Z direction. Next, two directions orthogonal to each other on a virtual plane perpendicular to the Z direction are defined as an X direction and a Y direction. In FIG. 2, the X direction is represented as a direction toward the right side, and the Y direction is represented as a direction toward the upper side. In addition, a direction opposite to the X direction is defined as -X direction, and a direction opposite to the Y direction is defined as -Y direction.

基準位置PRは、磁気センサ1が外部磁界MFを検出する位置である。基準位置PRは、例えば、第1の検出部10が配置されている位置とする。基準方向DRは、Y方向とする。基準位置PRにおける外部磁界MFの方向DMが基準方向DRに対してなす角度を記号θで表す。外部磁界MFの方向DMは、図2において時計回り方向に回転するものとする。角度θは、基準方向DRから時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向DRから反時計回り方向に見たときに負の値で表す。   The reference position PR is a position where the magnetic sensor 1 detects the external magnetic field MF. The reference position PR is, for example, a position where the first detection unit 10 is disposed. The reference direction DR is the Y direction. The angle formed by the direction DM of the external magnetic field MF at the reference position PR with respect to the reference direction DR is represented by the symbol θ. The direction DM of the external magnetic field MF is assumed to rotate clockwise in FIG. The angle θ is expressed as a positive value when viewed in the clockwise direction from the reference direction DR, and is expressed as a negative value when viewed in the counterclockwise direction from the reference direction DR.

第1の位置P1は、第1の検出部10が外部磁界MFを検出する位置である。本実施の形態では、第1の位置P1は基準位置PRと一致している。第1の方向D1は、第1の検出部10が外部磁界MFの方向DMを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第1の方向D1は基準方向DRと一致している。外部磁界MFの方向DMが第1の方向D1に対してなす第1の角度を記号θ1で表す。角度θ1の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ1は角度θと一致する。   The first position P1 is a position where the first detection unit 10 detects the external magnetic field MF. In the present embodiment, the first position P1 coincides with the reference position PR. The first direction D1 is a reference direction when the first detection unit 10 represents the direction DM of the external magnetic field MF. In the present embodiment, the first direction D1 coincides with the reference direction DR. A first angle formed by the direction DM of the external magnetic field MF with respect to the first direction D1 is represented by the symbol θ1. The definition of the sign of the angle θ1 is the same as that of the angle θ. In the present embodiment, the angle θ1 matches the angle θ.

第2の位置P2は、第2の検出部20が外部磁界MFを検出する位置である。本実施の形態では、第2の位置P2は、外部磁界MFの回転方向について、第1の位置P1と同じ位置である。本実施の形態では、特に、第2の位置P2は、基準位置PRおよび第1の位置P1と一致している。第2の方向D2は、第2の検出部20が外部磁界MFの方向DMを表すときの基準の方向である。本実施の形態では、第2の方向D2は、XY平面に平行であって、第1の方向D1に対して、外部磁界MFの回転方向について45°傾いている。その理由については、後で詳しく説明する。外部磁界MFの方向DMが第2の方向D2に対してなす第2の角度を記号θ2で表す。角度θ2の正負の定義は、角度θと同様である。本実施の形態では、角度θ2は角度θよりも45°小さい。また、第2の方向D2から90°回転した方向を、記号D3で表す。   The second position P2 is a position where the second detection unit 20 detects the external magnetic field MF. In the present embodiment, the second position P2 is the same position as the first position P1 in the rotation direction of the external magnetic field MF. In the present embodiment, in particular, the second position P2 coincides with the reference position PR and the first position P1. The second direction D2 is a reference direction when the second detection unit 20 represents the direction DM of the external magnetic field MF. In the present embodiment, the second direction D2 is parallel to the XY plane and is inclined by 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field MF with respect to the first direction D1. The reason will be described in detail later. A second angle formed by the direction DM of the external magnetic field MF with respect to the second direction D2 is represented by the symbol θ2. The definition of positive / negative of the angle θ2 is the same as that of the angle θ. In the present embodiment, the angle θ2 is 45 ° smaller than the angle θ. A direction rotated 90 ° from the second direction D2 is represented by a symbol D3.

次に、図3を参照して、磁気センサ1の構成について詳しく説明する。図3は、磁気センサ1の構成を示す回路図である。磁気センサ1は、前述のように、第1の検出部10と第2の検出部20とを備えている。第1の検出部10は、第1および第2の検出回路11,12と、第1の演算回路13とを有している。第1および第2の検出回路11,12は、それぞれ外部磁界MFの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第1の演算回路13は、第1および第2の検出回路11,12の出力信号に基づいて第1の角度θ1の検出値である第1の検出角度θ1sを算出する。第1の検出回路11の出力信号の位相と第2の検出回路12の出力信号の位相は、各検出回路11,12の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なっている。   Next, the configuration of the magnetic sensor 1 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the magnetic sensor 1. As described above, the magnetic sensor 1 includes the first detection unit 10 and the second detection unit 20. The first detection unit 10 includes first and second detection circuits 11 and 12 and a first arithmetic circuit 13. The first and second detection circuits 11 and 12 each detect the intensity of a component in one direction of the external magnetic field MF, and output a signal representing the intensity. The first arithmetic circuit 13 calculates a first detection angle θ1s that is a detection value of the first angle θ1 based on the output signals of the first and second detection circuits 11 and 12. The phase of the output signal of the first detection circuit 11 and the phase of the output signal of the second detection circuit 12 differ by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit 11, 12.

第2の検出部20の構成は、基本的には、第1の検出部10と同様である。すなわち、第2の検出部20は、第3および第4の検出回路21,22と、第2の演算回路23とを有している。第3および第4の検出回路21,22は、それぞれ外部磁界MFの一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。第2の演算回路23は、第3および第4の検出回路21,22の出力信号に基づいて第2の角度θ2の検出値である第2の検出角度θ2sを算出する。第3の検出回路21の出力信号の位相と第4の検出回路22の出力信号の位相は、各検出回路21,22の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なっている。   The configuration of the second detection unit 20 is basically the same as that of the first detection unit 10. That is, the second detection unit 20 includes third and fourth detection circuits 21 and 22 and a second arithmetic circuit 23. The third and fourth detection circuits 21 and 22 each detect the intensity of a component in one direction of the external magnetic field MF, and output a signal representing the intensity. The second arithmetic circuit 23 calculates a second detection angle θ2s that is a detection value of the second angle θ2 based on the output signals of the third and fourth detection circuits 21 and 22. The phase of the output signal of the third detection circuit 21 and the phase of the output signal of the fourth detection circuit 22 differ by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit 21, 22.

磁気センサ1は、更に、第1の検出部10によって得られた第1の検出角度θ1sと第2の検出部20によって得られた第2の検出角度θ2sとに基づいて、外部磁界MFの、基準位置PRにおける方向DMが基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する第3の演算回路30を備えている。本実施の形態では、第3の演算回路30は、下記の式(1)によって、θsを算出する。   The magnetic sensor 1 is further configured based on the first detection angle θ1s obtained by the first detection unit 10 and the second detection angle θ2s obtained by the second detection unit 20, based on the external magnetic field MF. A third arithmetic circuit 30 is provided that calculates a detected value θs of an angle θ formed by the direction DM at the reference position PR with respect to the reference direction DR. In the present embodiment, the third arithmetic circuit 30 calculates θs by the following equation (1).

θs=(θ1s+θ2s+π/4)/2 …(1)   θs = (θ1s + θ2s + π / 4) / 2 (1)

第1の検出回路11は、ホイートストンブリッジ回路14と、差分検出器15とを有している。ホイートストンブリッジ回路14は、電源ポートV1と、グランドポートG1と、2つの出力ポートE11,E12と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R11,R12と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R13,R14とを含んでいる。磁気検出素子R11,R13の各一端は、電源ポートV1に接続されている。磁気検出素子R11の他端は、磁気検出素子R12の一端と出力ポートE11に接続されている。磁気検出素子R13の他端は、磁気検出素子R14の一端と出力ポートE12に接続されている。磁気検出素子R12,R14の各他端は、グランドポートG1に接続されている。電源ポートV1には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートG1はグランドに接続される。差分検出器15は、出力ポートE11,E12の電位差に対応する信号を第1の演算回路13に出力する。   The first detection circuit 11 includes a Wheatstone bridge circuit 14 and a difference detector 15. The Wheatstone bridge circuit 14 includes a power supply port V1, a ground port G1, two output ports E11 and E12, a first pair of magnetic detection elements R11 and R12 connected in series, and a second connected in series. A pair of magnetic detection elements R13 and R14. One end of each of the magnetic detection elements R11 and R13 is connected to the power supply port V1. The other end of the magnetic detection element R11 is connected to one end of the magnetic detection element R12 and the output port E11. The other end of the magnetic detection element R13 is connected to one end of the magnetic detection element R14 and the output port E12. The other ends of the magnetic detection elements R12 and R14 are connected to the ground port G1. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V1. The ground port G1 is connected to the ground. The difference detector 15 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output ports E11 and E12 to the first arithmetic circuit 13.

第2の検出回路12は、ホイートストンブリッジ回路16と、差分検出器17とを有している。ホイートストンブリッジ回路16は、電源ポートV2と、グランドポートG2と、2つの出力ポートE21,E22と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R21,R22と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R23,R24とを含んでいる。磁気検出素子R21,R23の各一端は、電源ポートV2に接続されている。磁気検出素子R21の他端は、磁気検出素子R22の一端と出力ポートE21に接続されている。磁気検出素子R23の他端は、磁気検出素子R24の一端と出力ポートE22に接続されている。磁気検出素子R22,R24の各他端は、グランドポートG2に接続されている。電源ポートV2には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートG2はグランドに接続される。差分検出器17は、出力ポートE21,E22の電位差に対応する信号を第1の演算回路13に出力する。   The second detection circuit 12 includes a Wheatstone bridge circuit 16 and a difference detector 17. The Wheatstone bridge circuit 16 includes a power supply port V2, a ground port G2, two output ports E21 and E22, a first pair of magnetic detection elements R21 and R22 connected in series, and a second connected in series. A pair of magnetic detection elements R23 and R24. One end of each of the magnetic detection elements R21 and R23 is connected to the power supply port V2. The other end of the magnetic detection element R21 is connected to one end of the magnetic detection element R22 and the output port E21. The other end of the magnetic detection element R23 is connected to one end of the magnetic detection element R24 and the output port E22. The other ends of the magnetic detection elements R22 and R24 are connected to the ground port G2. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V2. The ground port G2 is connected to the ground. The difference detector 17 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output ports E21 and E22 to the first arithmetic circuit 13.

第3の検出回路21は、ホイートストンブリッジ回路24と、差分検出器25とを有している。ホイートストンブリッジ回路24は、電源ポートV3と、グランドポートG3と、2つの出力ポートE31,E32と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R31,R32と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R33,R34とを含んでいる。磁気検出素子R31,R33の各一端は、電源ポートV3に接続されている。磁気検出素子R31の他端は、磁気検出素子R32の一端と出力ポートE31に接続されている。磁気検出素子R33の他端は、磁気検出素子R34の一端と出力ポートE32に接続されている。磁気検出素子R32,R34の各他端は、グランドポートG3に接続されている。電源ポートV3には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートG3はグランドに接続される。差分検出器25は、出力ポートE31,E32の電位差に対応する信号を第2の演算回路23に出力する。   The third detection circuit 21 includes a Wheatstone bridge circuit 24 and a difference detector 25. The Wheatstone bridge circuit 24 includes a power supply port V3, a ground port G3, two output ports E31 and E32, a first pair of magnetic detection elements R31 and R32 connected in series, and a second connected in series. A pair of magnetic detection elements R33 and R34. One end of each of the magnetic detection elements R31 and R33 is connected to the power supply port V3. The other end of the magnetic detection element R31 is connected to one end of the magnetic detection element R32 and the output port E31. The other end of the magnetic detection element R33 is connected to one end of the magnetic detection element R34 and the output port E32. The other ends of the magnetic detection elements R32 and R34 are connected to the ground port G3. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V3. The ground port G3 is connected to the ground. The difference detector 25 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output ports E31 and E32 to the second arithmetic circuit 23.

第4の検出回路22は、ホイートストンブリッジ回路26と、差分検出器27とを有している。ホイートストンブリッジ回路26は、電源ポートV4と、グランドポートG4と、2つの出力ポートE41,E42と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R41,R42と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R43,R44とを含んでいる。磁気検出素子R41,R43の各一端は、電源ポートV4に接続されている。磁気検出素子R41の他端は、磁気検出素子R42の一端と出力ポートE41に接続されている。磁気検出素子R43の他端は、磁気検出素子R44の一端と出力ポートE42に接続されている。磁気検出素子R42,R44の各他端は、グランドポートG4に接続されている。電源ポートV4には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートG4はグランドに接続される。差分検出器27は、出力ポートE41,E42の電位差に対応する信号を第2の演算回路23に出力する。   The fourth detection circuit 22 includes a Wheatstone bridge circuit 26 and a difference detector 27. The Wheatstone bridge circuit 26 includes a power supply port V4, a ground port G4, two output ports E41 and E42, a first pair of magnetic detection elements R41 and R42 connected in series, and a second connected in series. A pair of magnetic detection elements R43 and R44. One end of each of the magnetic detection elements R41 and R43 is connected to the power supply port V4. The other end of the magnetic detection element R41 is connected to one end of the magnetic detection element R42 and the output port E41. The other end of the magnetic detection element R43 is connected to one end of the magnetic detection element R44 and the output port E42. The other ends of the magnetic detection elements R42 and R44 are connected to the ground port G4. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V4. The ground port G4 is connected to the ground. The difference detector 27 outputs a signal corresponding to the potential difference between the output ports E41 and E42 to the second arithmetic circuit 23.

本実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路(以下、ブリッジ回路と記す。)14,16,24,26に含まれる全ての磁気検出素子として、MR素子、特にTMR素子を用いている。なお、TMR素子の代りにGMR素子を用いてもよい。TMR素子またはGMR素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、外部磁界MFの方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。TMR素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。GMR素子では、非磁性層は非磁性導電層である。TMR素子またはGMR素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が0°のときに抵抗値は最小値となり、角度が180°のときに抵抗値は最大値となる。以下の説明では、ブリッジ回路14,16,24,26に含まれる磁気検出素子をMR素子と記す。図3において、塗りつぶした矢印は、MR素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、MR素子における自由層の磁化の方向を表している。   In the present embodiment, MR elements, particularly TMR elements, are used as all magnetic detection elements included in the Wheatstone bridge circuit (hereinafter referred to as bridge circuit) 14, 16, 24, and 26. A GMR element may be used in place of the TMR element. The TMR element or the GMR element includes a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field MF, and a nonmagnetic layer disposed between the magnetization fixed layer and the free layer. And have a layer. In the TMR element, the nonmagnetic layer is a tunnel barrier layer. In the GMR element, the nonmagnetic layer is a nonmagnetic conductive layer. In the TMR element or the GMR element, the resistance value changes according to the angle formed by the magnetization direction of the free layer with respect to the magnetization direction of the magnetization fixed layer, and when this angle is 0 °, the resistance value becomes the minimum value. When the angle is 180 °, the resistance value becomes the maximum value. In the following description, the magnetic detection elements included in the bridge circuits 14, 16, 24, and 26 are referred to as MR elements. In FIG. 3, a solid arrow indicates the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR element, and a white arrow indicates the magnetization direction of the free layer in the MR element.

第1の検出回路11では、MR素子R11,R14における磁化固定層の磁化の方向はX方向であり、MR素子R12,R13における磁化固定層の磁化の方向は−X方向である。この場合、外部磁界MFのX方向の成分の強度に応じて、出力ポートE11,E12の電位差が変化する。従って、第1の検出回路11は、外部磁界MFのX方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図2に示した第1の角度θ1が0°のときと180°のときは、外部磁界MFのX方向の成分の強度は0である。第1の角度θ1が0°よりも大きく180゜よりも小さいときは、外部磁界MFのX方向の成分の強度は正の値である。第1の角度θ1が180°よりも大きく360゜よりも小さいときは、外部磁界MFのX方向の成分の強度は負の値である。   In the first detection circuit 11, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R11 and R14 is the X direction, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R12 and R13 is the -X direction. In this case, the potential difference between the output ports E11 and E12 changes according to the intensity of the component in the X direction of the external magnetic field MF. Accordingly, the first detection circuit 11 detects the intensity of the component in the X direction of the external magnetic field MF and outputs a signal representing the intensity. When the first angle θ1 shown in FIG. 2 is 0 ° and 180 °, the intensity of the component in the X direction of the external magnetic field MF is zero. When the first angle θ1 is larger than 0 ° and smaller than 180 °, the intensity of the component in the X direction of the external magnetic field MF is a positive value. When the first angle θ1 is larger than 180 ° and smaller than 360 °, the intensity of the component in the X direction of the external magnetic field MF is a negative value.

第2の検出回路12では、MR素子R21,R24における磁化固定層の磁化の方向はY方向であり、MR素子R22,R23における磁化固定層の磁化の方向は−Y方向である。この場合、外部磁界MFのY方向の成分の強度に応じて、出力ポートE21,E22の電位差が変化する。従って、第2の検出回路12は、外部磁界MFのY方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図2に示した第1の角度θ1が90°のときと270°のときは、外部磁界MFのY方向の成分の強度は0である。第1の角度θ1が0°以上90゜未満のとき、および270°より大きく360°以下のときは、外部磁界MFのY方向の成分の強度は正の値である。第1の角度θ1が90°よりも大きく270゜よりも小さいときは、外部磁界MFのY方向の成分の強度は負の値である。   In the second detection circuit 12, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R21 and R24 is the Y direction, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R22 and R23 is the -Y direction. In this case, the potential difference between the output ports E21 and E22 changes according to the intensity of the component in the Y direction of the external magnetic field MF. Therefore, the second detection circuit 12 detects the intensity of the component in the Y direction of the external magnetic field MF and outputs a signal representing the intensity. When the first angle θ1 shown in FIG. 2 is 90 ° and 270 °, the intensity of the component in the Y direction of the external magnetic field MF is zero. When the first angle θ1 is greater than or equal to 0 ° and less than 90 °, and greater than 270 ° and less than or equal to 360 °, the intensity of the component in the Y direction of the external magnetic field MF is a positive value. When the first angle θ1 is larger than 90 ° and smaller than 270 °, the intensity of the component in the Y direction of the external magnetic field MF is a negative value.

図3に示した例では、第2の検出回路12におけるMRの磁化固定層の磁化方向は、第1の検出回路11におけるMR素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第1の検出回路11の出力信号の波形はサイン(Sine)波形になり、第2の検出回路12の出力信号の波形はコサイン(Cosine)波形になる。この場合、検出回路11,12の出力信号の位相差は、検出回路11,12の出力信号の周期の1/4である。ここで、第1の検出回路11の出力信号をsinθ1sと表し、第2の検出回路12の出力信号をcosθ1sと表すと、第1の検出角度θ1sは、下記の式(2)によって算出することができる。なお、“atan”は、アークタンジェントを表す。   In the example shown in FIG. 3, the magnetization direction of the MR magnetization fixed layer in the second detection circuit 12 is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the MR element in the first detection circuit 11. Ideally, the waveform of the output signal of the first detection circuit 11 is a sine waveform, and the waveform of the output signal of the second detection circuit 12 is a cosine waveform. In this case, the phase difference between the output signals of the detection circuits 11 and 12 is ¼ of the cycle of the output signals of the detection circuits 11 and 12. Here, when the output signal of the first detection circuit 11 is expressed as sin θ1s and the output signal of the second detection circuit 12 is expressed as cos θ1s, the first detection angle θ1s is calculated by the following equation (2). Can do. “Atan” represents an arc tangent.

θ1s=atan(sinθ1s/cosθ1s) …(2)   θ1s = atan (sin θ1s / cos θ1s) (2)

なお、360°の範囲内で、式(2)におけるθ1sの解には、180°異なる2つの値がある。しかし、sinθ1sとcosθ1sの正負の組み合わせにより、θ1sの真の値が、式(2)におけるθ1sの2つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、sinθ1sが正の値のときは、θ1sは0°よりも大きく180゜よりも小さい。sinθ1sが負の値のときは、θ1sは180°よりも大きく360゜よりも小さい。cosθ1sが正の値のときは、θ1sは、0°以上90゜未満、および270°より大きく360°以下の範囲内である。cosθ1sが負の値のときは、θ1sは、90°よりも大きく270゜よりも小さい。第1の演算回路13は、式(2)と、上記のsinθ1sとcosθ1sの正負の組み合わせの判定により、360°の範囲内でθ1sを求める。なお、検出回路11,12の出力信号の位相差が、検出回路11,12の出力信号の周期の1/4の場合に限らず、検出回路11,12の出力信号の位相差が、検出回路11,12の出力信号の周期の1/4の奇数倍であれば、θ1sを求めることができる。   Within the range of 360 °, the solution of θ1s in equation (2) has two values that differ by 180 °. However, it is possible to determine which of the two solutions of θ1s in Equation (2) is the true value of θ1s by the combination of the sign of sin θ1s and cos θ1s. That is, when sin θ1s is a positive value, θ1s is larger than 0 ° and smaller than 180 °. When sin θ1s is a negative value, θ1s is greater than 180 ° and smaller than 360 °. When cos θ1s is a positive value, θ1s is in the range of 0 ° to less than 90 ° and greater than 270 ° to 360 °. When cos θ1s is a negative value, θ1s is greater than 90 ° and smaller than 270 °. The first arithmetic circuit 13 obtains θ1s within a range of 360 ° by determining Expression (2) and the positive / negative combination of sin θ1s and cos θ1s. Note that the phase difference between the output signals of the detection circuits 11 and 12 is not limited to ¼ of the cycle of the output signal of the detection circuits 11 and 12, but the phase difference between the output signals of the detection circuits 11 and 12 is If it is an odd multiple of 1/4 of the period of the output signals 11 and 12, θ1s can be obtained.

第3の検出回路21では、MR素子R31,R34における磁化固定層の磁化の方向は、図2に示した方向D3であり、MR素子R32,R33における磁化固定層の磁化の方向は方向D3とは反対方向である。この場合、外部磁界MFの方向D3の成分の強度に応じて、出力ポートE31,E32の電位差が変化する。従って、第3の検出回路21は、外部磁界MFの方向D3の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図2に示した第2の角度θ2が0°のときと180°のときは、外部磁界MFの方向D3の成分の強度は0である。第2の角度θ2が0°よりも大きく180゜よりも小さいときは、外部磁界MFの方向D3の成分の強度は正の値である。第2の角度θ2が180°よりも大きく360゜よりも小さいときは、外部磁界MFの方向D3の成分の強度は負の値である。   In the third detection circuit 21, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R31 and R34 is the direction D3 shown in FIG. 2, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R32 and R33 is the direction D3. Is the opposite direction. In this case, the potential difference between the output ports E31 and E32 changes according to the intensity of the component in the direction D3 of the external magnetic field MF. Therefore, the third detection circuit 21 detects the intensity of the component in the direction D3 of the external magnetic field MF, and outputs a signal representing the intensity. When the second angle θ2 shown in FIG. 2 is 0 ° and 180 °, the intensity of the component in the direction D3 of the external magnetic field MF is zero. When the second angle θ2 is larger than 0 ° and smaller than 180 °, the intensity of the component in the direction D3 of the external magnetic field MF is a positive value. When the second angle θ2 is larger than 180 ° and smaller than 360 °, the intensity of the component in the direction D3 of the external magnetic field MF is a negative value.

第4の検出回路22では、MR素子R41,R44における磁化固定層の磁化の方向は、図2に示した方向D2であり、MR素子R42,R43における磁化固定層の磁化の方向は方向D2とは反対方向である。この場合、外部磁界MFの方向D2の成分の強度に応じて、出力ポートE41,E42の電位差が変化する。従って、第4の検出回路22は、外部磁界MFの方向D2の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する。図2に示した第2の角度θ2が90°のときと270°のときは、外部磁界MFの方向D2の成分の強度は0である。第2の角度θ2が0°以上90゜未満のとき、および270°より大きく360°以下のときは、外部磁界MFの方向D2の成分の強度は正の値である。第2の角度θ2が90°よりも大きく270゜よりも小さいときは、外部磁界MFの方向D2の成分の強度は負の値である。   In the fourth detection circuit 22, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R41 and R44 is the direction D2 shown in FIG. 2, and the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R42 and R43 is the direction D2. Is the opposite direction. In this case, the potential difference between the output ports E41 and E42 changes according to the intensity of the component in the direction D2 of the external magnetic field MF. Therefore, the fourth detection circuit 22 detects the intensity of the component in the direction D2 of the external magnetic field MF, and outputs a signal representing the intensity. When the second angle θ2 shown in FIG. 2 is 90 ° and 270 °, the intensity of the component in the direction D2 of the external magnetic field MF is zero. When the second angle θ2 is greater than or equal to 0 ° and less than 90 °, and greater than 270 ° and less than or equal to 360 °, the intensity of the component in the direction D2 of the external magnetic field MF is a positive value. When the second angle θ2 is larger than 90 ° and smaller than 270 °, the intensity of the component in the direction D2 of the external magnetic field MF is a negative value.

図3に示した例では、第4の検出回路22におけるMRの磁化固定層の磁化方向は、第3の検出回路21におけるMR素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。理想的には、第3の検出回路21の出力信号の波形はサイン(Sine)波形になり、第4の検出回路22の出力信号の波形はコサイン(Cosine)波形になる。この場合、検出回路21,22の出力信号の位相差は、検出回路21,22の出力信号の周期の1/4である。ここで、第3の検出回路21の出力信号をsinθ2sと表し、第4の検出回路22の出力信号をcosθ2sと表すと、第2の検出角度θ2sは、下記の式(3)によって算出することができる。   In the example shown in FIG. 3, the magnetization direction of the MR magnetization fixed layer in the fourth detection circuit 22 is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the MR element in the third detection circuit 21. Ideally, the waveform of the output signal of the third detection circuit 21 is a sine waveform, and the waveform of the output signal of the fourth detection circuit 22 is a cosine waveform. In this case, the phase difference between the output signals of the detection circuits 21 and 22 is ¼ of the cycle of the output signals of the detection circuits 21 and 22. Here, when the output signal of the third detection circuit 21 is expressed as sin θ2s and the output signal of the fourth detection circuit 22 is expressed as cos θ2s, the second detection angle θ2s is calculated by the following equation (3). Can do.

θ2s=atan(sinθ2s/cosθ2s) …(3)   θ2s = atan (sin θ2s / cos θ2s) (3)

第2の演算回路23は、前述のθ1sの求め方と同様に、式(3)と、sinθ2sとcosθ2sの正負の組み合わせの判定により、360°の範囲内でθ2sを求める。なお、検出回路21,22の出力信号の位相差が、検出回路21,22の出力信号の周期の1/4の場合に限らず、検出回路21,22の出力信号の位相差が、検出回路21,22の出力信号の周期の1/4の奇数倍であれば、θ2sを求めることができる。   The second arithmetic circuit 23 obtains θ2s within a range of 360 ° by the determination of the combination of positive and negative of sin θ2s and cos θ2s as in the above-described method of obtaining θ1s. Note that the phase difference between the output signals of the detection circuits 21 and 22 is not limited to ¼ of the cycle of the output signal of the detection circuits 21 and 22, but the phase difference between the output signals of the detection circuits 21 and 22 is the detection circuit. If it is an odd multiple of 1/4 of the cycle of the output signals of 21 and 22, θ2s can be obtained.

なお、図2に示した第2の方向D2を、第1の方向D1に対して、外部磁界MFの回転方向について−45°傾けてもよい。この場合には、第3および第4の検出回路21,22に含まれる全てのMR素子の磁化固定層の磁化方向は、図3に示した方向から−90°回転させた方向に設定される。この場合には、第3の演算回路30は、式(1)の代りに、下記の式(4)を用いて、θsを算出する。   Note that the second direction D2 shown in FIG. 2 may be inclined by −45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field MF with respect to the first direction D1. In this case, the magnetization directions of the magnetization fixed layers of all the MR elements included in the third and fourth detection circuits 21 and 22 are set to a direction rotated by −90 ° from the direction shown in FIG. . In this case, the third arithmetic circuit 30 calculates θs using the following formula (4) instead of the formula (1).

θs=(θ1s+θ2s−π/4)/2 …(4)   θs = (θ1s + θ2s−π / 4) / 2 (4)

第1ないし第3の演算回路13,23,30は、例えば、1つのマイクロコンピュータによって実現することができる。   The first to third arithmetic circuits 13, 23, and 30 can be realized by a single microcomputer, for example.

次に、図4を参照して、磁気センサ1におけるブリッジ回路14,16,24,26を一体化したユニット40の一例について説明する。図4は、このユニット40の平面図である。このユニット40は、基板41と、この基板41上に設けられたブリッジ回路14,16,24,26とを備えている。ブリッジ回路14,16,24,26の複数のポートは、基板41上において、基板41の周縁の近傍に配置されている。基板41上には、円形のMR素子配置領域が設けられている。このMR素子配置領域は、円周方向に16個の分割領域に分割されている。この16個の分割領域に、それぞれMR素子R11〜R14,R21〜R24,R31〜R34,R41〜R44が配置されている。また、基板41には、複数のMR素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。   Next, an example of the unit 40 in which the bridge circuits 14, 16, 24, and 26 in the magnetic sensor 1 are integrated will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view of the unit 40. The unit 40 includes a substrate 41 and bridge circuits 14, 16, 24, and 26 provided on the substrate 41. A plurality of ports of the bridge circuits 14, 16, 24, 26 are arranged on the substrate 41 in the vicinity of the periphery of the substrate 41. A circular MR element arrangement region is provided on the substrate 41. This MR element arrangement region is divided into 16 divided regions in the circumferential direction. MR elements R11 to R14, R21 to R24, R31 to R34, R41 to R44 are arranged in the 16 divided regions, respectively. In addition, wiring is formed on the substrate 41 to electrically connect a plurality of MR elements and a plurality of ports.

次に、図5および図6を参照して、図4に示したユニット40における任意のMR素子の構成の一例について説明する。図5は、図4における1つの分割領域に設けられた複数の下部電極を示す平面図である。図6は、図4における1つのMR素子の一部を示す斜視図である。この例では、1つのMR素子は、複数の下部電極と、複数のMR膜と、複数の上部電極とを有している。図5に示したように、1つの分割領域において、複数の下部電極42は基板41上に配置されている。個々の下部電極42は細長く、複数の下部電極42は、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。下部電極42の長手方向に隣接する2つの下部電極42の間には、間隙が形成されている。図6に示したように、下部電極42の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれMR膜50が配置されている。MR膜50は、下部電極42側から順に積層された自由層51、非磁性層52、磁化固定層53および反強磁性層54を含んでいる。自由層51は、下部電極42に電気的に接続されている。反強磁性層54は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層53との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層53の磁化の方向を固定する。複数の上部電極43は、複数のMR膜50の上に配置されている。個々の上部電極43は細長く、下部電極42の長手方向に隣接する2つの下部電極42上に配置されて隣接する2つのMR膜50の反強磁性層54同士を電気的に接続する。複数の上部電極43は、複数の下部電極42と同様に、全体としてミアンダ形状となるように配列されている。このような構成により、図5および図6に示したMR素子は、複数の下部電極42と複数の上部電極43とによって直列に接続された複数のMR膜50を有している。なお、MR膜50における層51〜54の配置は、図6に示した配置とは上下が反対でもよい。   Next, an example of the configuration of an arbitrary MR element in the unit 40 shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view showing a plurality of lower electrodes provided in one divided region in FIG. FIG. 6 is a perspective view showing a part of one MR element in FIG. In this example, one MR element has a plurality of lower electrodes, a plurality of MR films, and a plurality of upper electrodes. As shown in FIG. 5, the plurality of lower electrodes 42 are arranged on the substrate 41 in one divided region. The individual lower electrodes 42 are elongated and the plurality of lower electrodes 42 are arranged so as to have a meander shape as a whole. A gap is formed between two lower electrodes 42 adjacent to each other in the longitudinal direction of the lower electrode 42. As shown in FIG. 6, MR films 50 are disposed on the upper surface of the lower electrode 42 in the vicinity of both ends in the longitudinal direction. The MR film 50 includes a free layer 51, a nonmagnetic layer 52, a magnetization fixed layer 53, and an antiferromagnetic layer 54 that are sequentially stacked from the lower electrode 42 side. The free layer 51 is electrically connected to the lower electrode 42. The antiferromagnetic layer 54 is made of an antiferromagnetic material and causes exchange coupling with the magnetization fixed layer 53 to fix the magnetization direction of the magnetization fixed layer 53. The plurality of upper electrodes 43 are disposed on the plurality of MR films 50. Each upper electrode 43 is elongated and is disposed on two lower electrodes 42 adjacent in the longitudinal direction of the lower electrode 42 to electrically connect the antiferromagnetic layers 54 of the two adjacent MR films 50. The plurality of upper electrodes 43 are arranged so as to have a meander shape as a whole, like the plurality of lower electrodes 42. With this configuration, the MR element shown in FIGS. 5 and 6 has a plurality of MR films 50 connected in series by a plurality of lower electrodes 42 and a plurality of upper electrodes 43. The arrangement of the layers 51 to 54 in the MR film 50 may be upside down from the arrangement shown in FIG.

次に、図7ないし図10を参照して、磁気センサ1の作用および効果について説明する。磁気センサ1では、第1の検出部10によって、第1および第2の検出回路11,12の出力信号に基づいて第1の角度θ1の検出値である第1の検出角度θ1sを求める。また、第2の検出部20によって、第3および第4の検出回路21,22の出力信号に基づいて第2の角度θ2の検出値である第2の検出角度θ2sを求める。そして、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sとに基づいて、第3の演算回路30によって、外部磁界MFの、基準位置PRにおける方向DMが基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する。   Next, the operation and effect of the magnetic sensor 1 will be described with reference to FIGS. In the magnetic sensor 1, the first detection unit 10 obtains a first detection angle θ <b> 1 s that is a detection value of the first angle θ <b> 1 based on the output signals of the first and second detection circuits 11 and 12. The second detection unit 20 obtains a second detection angle θ2s that is a detection value of the second angle θ2 based on the output signals of the third and fourth detection circuits 21 and 22. Then, based on the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s, the third arithmetic circuit 30 calculates the angle θ formed by the direction DM of the external magnetic field MF at the reference position PR with respect to the reference direction DR. The detection value θs is calculated.

本実施の形態では、検出回路11,12,21,22の各出力信号の波形は、理想的には正弦曲線となる。しかし、実際には、MR素子に起因してMR素子の出力信号波形が歪むことによって、検出回路11,12,21,22の各出力信号の波形は、正弦曲線から歪む。MR素子に起因してMR素子の出力信号波形が歪む場合としては、例えば、MR素子の磁化固定層の磁化方向が外部磁界MF等の影響によって変動する場合や、MR素子の自由層の磁化方向が、自由層の形状異方性や保磁力等の影響によって、外部磁界MFの方向と一致しない場合がある。図7は、検出回路の出力信号の波形の歪みの態様を示している。図7には、検出回路11,12,21,22を代表して、検出回路12の出力信号の波形を示している。図7において、横軸は角度θを示し、縦軸は検出回路12の出力信号cosθ1sを示している。符号60は、理想的な正弦曲線を示している。符号61,62で示す2つの波形は、MR素子に起因して歪んだ波形を示している。   In the present embodiment, the waveforms of the output signals of the detection circuits 11, 12, 21, 22 are ideally sinusoidal. However, in practice, the output signal waveform of the MR element is distorted due to the MR element, so that the waveform of each output signal of the detection circuits 11, 12, 21, 22 is distorted from the sine curve. As a case where the output signal waveform of the MR element is distorted due to the MR element, for example, the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the MR element varies due to the influence of the external magnetic field MF or the like, or the magnetization direction of the free layer of the MR element However, the direction of the external magnetic field MF may not coincide with the effect of the shape anisotropy of the free layer, coercive force, and the like. FIG. 7 shows an aspect of the waveform distortion of the output signal of the detection circuit. FIG. 7 shows the waveform of the output signal of the detection circuit 12 as a representative of the detection circuits 11, 12, 21, and 22. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the angle θ, and the vertical axis indicates the output signal cos θ1s of the detection circuit 12. Reference numeral 60 denotes an ideal sine curve. Two waveforms denoted by reference numerals 61 and 62 are distorted due to the MR element.

上述のようにMR素子に起因して検出回路11,12の出力信号の波形が歪むために、第1の検出角度θ1sは、外部磁界MFの方向DMが理想的に回転する場合に想定される第1の角度θ1の理論値に対する第1の角度誤差dθ1を含んでいる。同様に、MR素子に起因して検出回路21,22の出力信号の波形が歪むために、第2の検出角度θ2sは、外部磁界MFの方向DMが理想的に回転する場合に想定される第2の角度θ2の理論値に対する第2の角度誤差dθ2を含んでいる。第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2は、外部磁界MFの方向DMの変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ第1の角度誤差dθ1の変化は第1の検出角度θ1sの変化に依存し、第2の角度誤差dθ2の変化は第2の検出角度θ2sの変化に依存している。検出回路の出力信号の波形が図7に示したように歪む場合には、誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の1/4、すなわちπ/2(90°)となる。   Since the waveforms of the output signals of the detection circuits 11 and 12 are distorted due to the MR elements as described above, the first detection angle θ1s is assumed when the direction DM of the external magnetic field MF rotates ideally. The first angle error dθ1 with respect to the theoretical value of one angle θ1 is included. Similarly, since the waveforms of the output signals of the detection circuits 21 and 22 are distorted due to the MR element, the second detection angle θ2s is a second value assumed when the direction DM of the external magnetic field MF rotates ideally. The second angle error dθ2 with respect to the theoretical value of the angle θ2 is included. The first angle error dθ1 and the second angle error dθ2 periodically change with the same error period as the direction DM of the external magnetic field MF changes, and the change in the first angle error dθ1 is the first change. Depending on the change in the detection angle θ1s, the change in the second angle error dθ2 depends on the change in the second detection angle θ2s. When the waveform of the output signal of the detection circuit is distorted as shown in FIG. 7, the error cycle is 1/4 of the cycle of the output signal of each detection circuit, that is, π / 2 (90 °).

図8は、第1の検出角度θ1sと第1の角度誤差dθ1との関係を示している。図8において、横軸は角度θ,θ1を示し、縦軸は角度θ1、第1の検出角度θ1sおよび第1の角度誤差dθ1を示している。なお、図8では、便宜上、縦軸における角度θと第1の検出角度θ1sの値については、実際の角度が90°〜270゜の範囲では180°を引いた値で表し、実際の角度が270°〜360゜の範囲では360°を引いた値で表している。これ以降の説明で使用する図8と同様の図においても、図8と同様の表し方を用いる。第2の検出角度θ2sと第2の角度誤差dθ2との関係は、図8と同様である。   FIG. 8 shows the relationship between the first detected angle θ1s and the first angular error dθ1. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the angles θ and θ1, and the vertical axis indicates the angle θ1, the first detection angle θ1s, and the first angle error dθ1. In FIG. 8, for the sake of convenience, the value of the angle θ and the first detection angle θ1s on the vertical axis is represented by a value obtained by subtracting 180 ° when the actual angle is in the range of 90 ° to 270 °. In the range of 270 ° to 360 °, the value is expressed by subtracting 360 °. In the same figure as FIG. 8 used in the following description, the same notation as in FIG. 8 is used. The relationship between the second detection angle θ2s and the second angle error dθ2 is the same as that in FIG.

本実施の形態では、第1の検出角度θ1sの位相と第2の検出角度θ2sの位相は、誤差周期の1/2すなわちπ/4(45°)だけ異なっている。これを実現するために、本実施の形態では、第2の方向D2を第1の方向D1に対して、外部磁界MFの回転方向について45°傾けている。本実施の形態によれば、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2とを相殺することが可能になる。このことを、図9および図10を参照して説明する。図9において、(a)は、図8に示した第1の検出角度θ1sと第1の角度誤差dθ1との関係を示している。図9において、(b)は、第2の検出角度θ2sと第2の角度誤差dθ2との関係を示している。図9に示した例では、第1の角度誤差dθ1および第2の角度誤差dθ2の振幅は±6.7°である。本実施の形態では、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相を、誤差周期の1/2すなわちπ/4の奇数倍だけずらしている。そして、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sを用いて、角度θの検出値θsを算出する。従って、検出値θsを算出する際に、第1の角度誤差dθ1の位相と第2の角度誤差dθ2の位相は、互いに逆相になる。これにより、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2とが相殺される。   In the present embodiment, the phase of the first detection angle θ1s and the phase of the second detection angle θ2s are different from each other by 1/2 of the error period, that is, π / 4 (45 °). In order to realize this, in the present embodiment, the second direction D2 is inclined by 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field MF with respect to the first direction D1. According to the present embodiment, it is possible to cancel out the first angle error dθ1 and the second angle error dθ2. This will be described with reference to FIG. 9 and FIG. 9A shows the relationship between the first detection angle θ1s and the first angle error dθ1 shown in FIG. In FIG. 9, (b) shows the relationship between the second detection angle θ2s and the second angle error dθ2. In the example shown in FIG. 9, the amplitudes of the first angle error dθ1 and the second angle error dθ2 are ± 6.7 °. In the present embodiment, the phases of the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s are shifted by ½ of the error period, that is, an odd multiple of π / 4. Then, the detection value θs of the angle θ is calculated using the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s. Therefore, when calculating the detection value θs, the phase of the first angle error dθ1 and the phase of the second angle error dθ2 are opposite to each other. As a result, the first angular error dθ1 and the second angular error dθ2 are canceled out.

図10は、上述のようにして算出された検出値θsと、この検出値θsに含まれる角度誤差dθとの関係を表している。図10に示されるように、角度誤差dθは、第1の角度誤差dθ1および第2の角度誤差dθ2に比べて、大幅に小さくなっている。図10に示した例では、角度誤差dθの振幅は±0.3°である。   FIG. 10 shows the relationship between the detected value θs calculated as described above and the angular error dθ included in the detected value θs. As shown in FIG. 10, the angle error dθ is significantly smaller than the first angle error dθ1 and the second angle error dθ2. In the example shown in FIG. 10, the amplitude of the angle error dθ is ± 0.3 °.

なお、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、誤差周期の1/2に限らず、誤差周期の1/2の奇数倍であればよい。この場合に、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2が相殺されて、検出値θsに含まれる角度誤差dθを大幅に低減することができる。本実施の形態では、第1の位置P1と第2の位置P2は、外部磁界MFの回転方向について同じ位置である。この場合、第1の方向D1と第2の方向D2を、外部磁界MFの回転方向について、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する空間上の角度だけ異ならせることにより、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差を、誤差周期の1/2の奇数倍とすることができる。図2に示した例では、第1の方向D1と第2の方向D2を、外部磁界MFの回転方向について、誤差周期の1/2に相当する空間上の角度すなわち45°だけ異ならせている。   Note that the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is not limited to 1/2 of the error period, and may be an odd multiple of 1/2 of the error period. In this case, the first angular error dθ1 and the second angular error dθ2 are canceled out, and the angular error dθ included in the detected value θs can be greatly reduced. In the present embodiment, the first position P1 and the second position P2 are the same position in the rotation direction of the external magnetic field MF. In this case, the first direction D1 and the second direction D2 are different from each other by an angle in a space corresponding to an odd multiple of ½ of the error period with respect to the rotation direction of the external magnetic field MF. The phase difference between the angle θ1s and the second detection angle θ2s can be an odd multiple of 1/2 of the error period. In the example shown in FIG. 2, the first direction D1 and the second direction D2 are made to differ from each other by an angle on the space corresponding to ½ of the error period, that is, 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field MF. .

また、本実施の形態では、MR素子における磁化固定層の磁化の方向以外は全く同じ構成の2つの検出部10,20を用いて検出角度を補正している。そのため、各検出部における角度誤差が温度の関数であったとしても、温度による角度誤差の変動分も含めて各検出部における角度誤差を相殺して、検出角度を補正することができる。そのため、本実施の形態によれば、最終的に、温度による誤差の変動の少ない角度検出値を得ることが可能になる。   In the present embodiment, the detection angle is corrected using the two detection units 10 and 20 having exactly the same configuration except for the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR element. Therefore, even if the angle error in each detection unit is a function of temperature, the detection angle can be corrected by offsetting the angle error in each detection unit including the variation in the angle error due to temperature. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to finally obtain an angle detection value with a small error variation due to temperature.

次に、図11ないし図14を参照して、磁気センサ1の使用方法の他の例について説明する。図11と図12は、それぞれ、1組以上のN極とS極が交互にリング状に配列された回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する例を示している。これらの例では、図11、図12における紙面がXY平面となり、紙面に垂直な方向がZ方向となる。外部磁界は、Z方向を中心として回転する。なお、図11、図12に示した例では、回転体71は、2組のN極とS極とを含んでいる。この場合、回転体71が1回転する間に、外部磁界は2回転する。   Next, another example of how to use the magnetic sensor 1 will be described with reference to FIGS. FIGS. 11 and 12 each show an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 in which one or more pairs of N poles and S poles are alternately arranged in a ring shape. Show. In these examples, the paper surface in FIGS. 11 and 12 is the XY plane, and the direction perpendicular to the paper surface is the Z direction. The external magnetic field rotates around the Z direction. In the example shown in FIGS. 11 and 12, the rotating body 71 includes two sets of N poles and S poles. In this case, the external magnetic field rotates twice while the rotating body 71 rotates once.

図11に示した例では、第1の検出部10が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第1の方向D1を、回転体71の半径方向に設定している。第2の検出部20が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第2の方向D2は、XY平面内において、第1の方向D1に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。   In the example shown in FIG. 11, the first direction D <b> 1 that is a reference direction when the first detection unit 10 represents the direction of the external magnetic field is set in the radial direction of the rotating body 71. The second direction D2, which is a reference direction when the second detection unit 20 represents the direction of the external magnetic field, is inclined by 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction D1 in the XY plane. ing.

図12に示した例では、第1の方向D1と第2の方向D2とがなす角度を45°としながら、第1の方向D1と第2の方向D2を共に、XY平面内において、回転体71の半径方向に対して傾けている。回転体71の半径方向に対して方向D1,D2の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち22.5°と−22.5°であることが好ましい。それは、この場合には、検出部10と外部磁界との位置関係と、検出部20と外部磁界との位置関係とが同様になり、これらの位置関係が異なることによる補正が不要になるためである。   In the example shown in FIG. 12, the first direction D1 and the second direction D2 are both in the XY plane while the angle formed by the first direction D1 and the second direction D2 is 45 °. It is inclined with respect to the radial direction of 71. The angles formed by the directions D1 and D2 with respect to the radial direction of the rotating body 71 are preferably equal in absolute value, that is, 22.5 ° and −22.5 °. This is because in this case, the positional relationship between the detection unit 10 and the external magnetic field is the same as the positional relationship between the detection unit 20 and the external magnetic field, and correction due to the difference in these positional relationships is unnecessary. is there.

図13と図14は、それぞれ、複数組のN極とS極が交互に直線状に配列され、N極とS極が並ぶ方向に移動する移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する例を示している。これらの例では、図13、図14における紙面がXY平面となり、紙面に垂直な方向がZ方向となる。外部磁界は、Z方向を中心として回転する。   FIG. 13 and FIG. 14 show the directions of external magnetic fields generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 in which a plurality of sets of N poles and S poles are alternately arranged in a straight line and move in the direction in which the N poles and S poles are arranged. Is detected by the magnetic sensor 1. In these examples, the paper surface in FIGS. 13 and 14 is the XY plane, and the direction perpendicular to the paper surface is the Z direction. The external magnetic field rotates around the Z direction.

図13に示した例では、第1の方向D1を、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に設定している。第2の方向D2は、XY平面内において、第1の方向D1に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。   In the example illustrated in FIG. 13, the first direction D1 is set in a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. The second direction D2 is inclined 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction D1 in the XY plane.

図14に示した例では、第1の方向D1と第2の方向D2とがなす角度を45°としながら、第1の方向D1と第2の方向D2を共に、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に対して傾けている。図12に示した例と同様に、移動体72の移動方向に直交する方向に対して方向D1,D2の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち22.5°と−22.5°であることが好ましい。   In the example shown in FIG. 14, the first direction D1 and the second direction D2 are both in the XY plane while the angle formed by the first direction D1 and the second direction D2 is 45 °. It is inclined with respect to the direction orthogonal to the moving direction of 72. Similarly to the example shown in FIG. 12, the angles formed by the directions D1 and D2 with respect to the direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 are equal in absolute value, that is, 22.5 ° and −22.5 °. It is preferable that

[第2の実施の形態]
次に、図15ないし図17を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1では、第1の検出部10が外部磁界MFを検出する位置である第1の位置P1と、第2の検出部20が外部磁界MFを検出する位置である第2の位置P2を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第1の検出部10と第2の検出部20は、異なる位置に配置されている。第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する。
[Second Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. In the magnetic sensor 1 according to the present embodiment, the first position P1 where the first detection unit 10 detects the external magnetic field MF, and the position where the second detection unit 20 detects the external magnetic field MF. The second positions P2 are different from each other. That is, in the present embodiment, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are arranged at different positions. The deviation between the first position P1 and the second position P2 corresponds to an odd multiple of 1/2 of the error period.

図15は、第1の実施の形態における図11と図12に示した例と同様に、回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、回転体71は、2組のN極とS極とを含み、回転体71が1回転する間に、外部磁界は2回転する。この場合、検出回路11,12,21,22の出力信号における1周期すなわち電気角の360°は、回転体71の1/2回転すなわち回転体71の回転角の180°に相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の1/4であり、これは、電気角の90°、回転体71の回転角の45°に相当する。本実施の形態では、第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、誤差周期の1/2の奇数倍、すなわち電気角の45°の奇数倍、回転体71の回転角の22.5°の奇数倍である。図15には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、回転体71の回転角の22.5°とした例を示している。   FIG. 15 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 as in the examples shown in FIGS. 11 and 12 in the first embodiment. . In this example, the rotating body 71 includes two sets of N poles and S poles, and the external magnetic field rotates twice while the rotating body 71 rotates once. In this case, one cycle in the output signals of the detection circuits 11, 12, 21, 22, that is, 360 ° of the electrical angle corresponds to 1/2 rotation of the rotating body 71, that is, 180 ° of the rotating angle of the rotating body 71. The error period is ¼ of the period of the output signal of the detection circuit, which corresponds to 90 ° of the electrical angle and 45 ° of the rotation angle of the rotating body 71. In the present embodiment, the shift between the first position P1 and the second position P2 is an odd multiple of 1/2 of the error period, that is, an odd multiple of 45 ° of the electrical angle, and 22. It is an odd multiple of 5 °. FIG. 15 shows an example in which the shift between the first position P1 and the second position P2 is 22.5 ° of the rotation angle of the rotating body 71.

また、図15に示した例では、第1の検出部10が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第1の方向D1と第2の検出部20が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第2の方向D2を、共に回転体71の半径方向に設定している。これにより、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、誤差周期の1/2の奇数倍、すなわち電気角の45°の奇数倍、回転体71の回転角の22.5°の奇数倍となる。   Further, in the example shown in FIG. 15, when the first direction D1 that is a reference direction when the first detection unit 10 represents the direction of the external magnetic field and the second detection unit 20 represent the direction of the external magnetic field. The second direction D2 that is the reference direction is set in the radial direction of the rotating body 71. Accordingly, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is an odd multiple of 1/2 of the error period, that is, an odd multiple of 45 ° of the electrical angle, and 22. An odd multiple of 5 °.

図16は、第1の実施の形態における図13と図14に示した例と同様に、移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、移動体72が、1ピッチ分すなわちN極とS極の1組分だけ移動すると外部磁界が1回転する。この場合、検出回路11,12,21,22の出力信号における1周期すなわち電気角の360°は、移動体72の1ピッチに相当する。誤差周期は、検出回路の出力信号の周期の1/4であり、これは、1/4ピッチに相当する。本実施の形態では、第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、誤差周期の1/2の奇数倍、すなわち1/8ピッチの奇数倍である。図16には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、1/8ピッチとした例を示している。   FIG. 16 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 as in the example shown in FIGS. 13 and 14 in the first embodiment. . In this example, when the moving body 72 moves by one pitch, that is, one set of N and S poles, the external magnetic field rotates once. In this case, one cycle in the output signals of the detection circuits 11, 12, 21, 22, that is, 360 ° of the electrical angle corresponds to one pitch of the moving body 72. The error period is ¼ of the period of the output signal of the detection circuit, which corresponds to ¼ pitch. In the present embodiment, the shift between the first position P1 and the second position P2 is an odd multiple of 1/2 of the error period, that is, an odd multiple of 1/8 pitch. FIG. 16 shows an example in which the shift between the first position P1 and the second position P2 is 1/8 pitch.

また、図16に示した例では、第1の方向D1と第2の方向D2を、共にXY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に設定している。これにより、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、誤差周期の1/2の奇数倍、すなわち電気角の45°の奇数倍、1/8ピッチの奇数倍となる。   In the example shown in FIG. 16, the first direction D1 and the second direction D2 are both set in a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. Thus, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is an odd multiple of 1/2 of the error period, that is, an odd multiple of 45 ° of the electrical angle, and an odd multiple of 1/8 pitch. .

本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差が、誤差周期の1/2の奇数倍であることから、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2が相殺されて、検出値θsに含まれる角度誤差dθを大幅に低減することができる。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is an odd multiple of 1/2 of the error period. The first angle error dθ1 and the second angle error dθ2 are canceled out, and the angle error dθ included in the detected value θs can be greatly reduced.

図17は、第1の検出部10におけるブリッジ回路14,16を一体化したユニット140の一例を示す平面図である。このユニット140は、基板141と、この基板141上に設けられたブリッジ回路14,16とを備えている。ブリッジ回路14,16の複数のポートは、基板141上において、基板141の周縁の近傍に配置されている。基板141上には、円形のMR素子配置領域が設けられている。このMR素子配置領域は、円周方向に8個の分割領域に分割されている。この8個の分割領域に、それぞれMR素子R11〜R14,R21〜R24が配置されている。また、基板141には、複数のMR素子と複数のポートとを電気的に接続するため配線が形成されている。第2の検出部20におけるブリッジ回路24,26を一体化したユニットも、ユニット140と同様に構成することができる。   FIG. 17 is a plan view illustrating an example of the unit 140 in which the bridge circuits 14 and 16 in the first detection unit 10 are integrated. The unit 140 includes a substrate 141 and bridge circuits 14 and 16 provided on the substrate 141. The plurality of ports of the bridge circuits 14 and 16 are arranged on the substrate 141 in the vicinity of the periphery of the substrate 141. A circular MR element arrangement region is provided on the substrate 141. This MR element arrangement region is divided into eight divided regions in the circumferential direction. MR elements R11 to R14 and R21 to R24 are arranged in these eight divided regions, respectively. In addition, wiring is formed on the substrate 141 to electrically connect a plurality of MR elements and a plurality of ports. A unit in which the bridge circuits 24 and 26 in the second detection unit 20 are integrated can also be configured in the same manner as the unit 140.

なお、本実施の形態では、第1の検出部10と第2の検出部20を互いに異なる位置に配置することから、検出部10,20の取り付け精度の問題により、第1の位置P1と第2の位置P2とのずれ量が所望の値からずれて、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差が、所望の値である電気角の45°の奇数倍からずれる可能性がある。ここで、この第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差の所望の値からのずれ量を±αと表す。本実施の形態では、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sのピークの位相差等から、±αの値を見積もることが可能である。そして、式(1)の代りに、下記の式(5)を用いてθsを算出することにより、ずれ量±αの分を補正して、より正確な角度θを検出することが可能になる。   In the present embodiment, since the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are arranged at different positions, the first position P1 and the second detection unit 20 are not attached to each other due to the mounting accuracy of the detection units 10 and 20. 2 is shifted from a desired value, and the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s can be shifted from an odd multiple of 45 ° of the desired electrical angle. There is sex. Here, a deviation amount from a desired value of the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is represented as ± α. In the present embodiment, the value of ± α can be estimated from the phase difference of the peaks of the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s. Then, by calculating θs using the following equation (5) instead of equation (1), it becomes possible to correct the amount of deviation ± α and detect a more accurate angle θ. .

θs=(θ1s+θ2s+π/4±α)/2 …(5)   θs = (θ1s + θ2s + π / 4 ± α) / 2 (5)

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第3の実施の形態]
次に、図18を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図18は、本実施の形態に係る磁気センサ1の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ1では、検出回路11,12,21,22は、いずれも、ホイートストンブリッジ回路の代りにハーフブリッジ回路を有し、差分検出器を有していない。
[Third Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment. In the magnetic sensor 1 according to the present embodiment, each of the detection circuits 11, 12, 21, and 22 has a half bridge circuit instead of the Wheatstone bridge circuit, and does not have a difference detector.

検出回路11は、直列に接続されて、電源ポートV1とグランドポートG1の間に設けられた一対の磁気検出素子(MR素子)R11,R12を有している。磁気検出素子R11,R12の接続点から検出回路11の出力信号が得られる。検出回路12は、直列に接続されて、電源ポートV2とグランドポートG2の間に設けられた一対の磁気検出素子(MR素子)R21,R22を有している。磁気検出素子R21,R22の接続点から検出回路12の出力信号が得られる。   The detection circuit 11 includes a pair of magnetic detection elements (MR elements) R11 and R12 connected in series and provided between the power supply port V1 and the ground port G1. An output signal of the detection circuit 11 is obtained from the connection point of the magnetic detection elements R11 and R12. The detection circuit 12 includes a pair of magnetic detection elements (MR elements) R21 and R22 connected in series and provided between the power supply port V2 and the ground port G2. The output signal of the detection circuit 12 is obtained from the connection point of the magnetic detection elements R21 and R22.

検出回路21は、直列に接続されて、電源ポートV3とグランドポートG3の間に設けられた一対の磁気検出素子(MR素子)R31,R32を有している。磁気検出素子R31,R32の接続点から検出回路21の出力信号が得られる。検出回路22は、直列に接続されて、電源ポートV4とグランドポートG4の間に設けられた一対の磁気検出素子(MR素子)R41,R42を有している。磁気検出素子R41,R42の接続点から検出回路22の出力信号が得られる。   The detection circuit 21 has a pair of magnetic detection elements (MR elements) R31 and R32 connected in series and provided between the power supply port V3 and the ground port G3. The output signal of the detection circuit 21 is obtained from the connection point of the magnetic detection elements R31 and R32. The detection circuit 22 includes a pair of magnetic detection elements (MR elements) R41 and R42 connected in series and provided between the power supply port V4 and the ground port G4. The output signal of the detection circuit 22 is obtained from the connection point of the magnetic detection elements R41 and R42.

各磁気検出素子(MR素子)R11,R12,R21,R22,R31,R32,R41,R42の磁化固定層の磁化の方向は、図3における同じ符号の磁気検出素子(MR素子)の磁化固定層の磁化の方向と同じである。   The magnetization direction of the magnetization fixed layer of each magnetic detection element (MR element) R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42 is the magnetization fixed layer of the magnetic detection element (MR element) of the same sign in FIG. Is the same as the magnetization direction.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

[第4の実施の形態]
次に、図19を参照して、本発明の第4の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。図19は、本実施の形態に係る磁気センサ1の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る磁気センサ1では、ブリッジ回路14,16,24,26における全ての磁気検出素子として、AMR(異方性磁気抵抗効果)素子を用いている。この場合には、外部磁界が1回転する間に、検出回路11,12,21,22の出力信号は2周期分変化する。従って、本実施の形態における検出回路11,12,21,22の出力信号の周期は、外部磁界の1/2回転に相当し、第1の実施の形態における検出回路11,12,21,22の出力信号の周期の1/2となる。また、本実施の形態では、誤差周期も、第1の実施の形態における誤差周期の1/2となる。
[Fourth Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment. In the magnetic sensor 1 according to the present embodiment, an AMR (anisotropic magnetoresistive effect) element is used as all the magnetic detection elements in the bridge circuits 14, 16, 24 and 26. In this case, the output signals of the detection circuits 11, 12, 21, and 22 change by two cycles while the external magnetic field rotates once. Therefore, the period of the output signal of the detection circuits 11, 12, 21, and 22 in the present embodiment corresponds to 1/2 rotation of the external magnetic field, and the detection circuits 11, 12, 21, and 22 in the first embodiment. Becomes 1/2 of the cycle of the output signal. In the present embodiment, the error period is also ½ of the error period in the first embodiment.

本実施の形態では、第2の検出部20が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第2の方向D2は、XY平面内において、第1の検出部10が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第1の方向D1に対して、外部磁界の回転方向について22.5°傾いている。   In the present embodiment, the second direction D2, which is the reference direction when the second detection unit 20 represents the direction of the external magnetic field, is the direction of the external magnetic field by the first detection unit 10 in the XY plane. The rotation direction of the external magnetic field is inclined by 22.5 ° with respect to the first direction D1, which is the reference direction when expressed.

本実施の形態では、第3の演算回路30は、式(1)の代りに、下記の式(6)を用いて、θsを算出する。   In the present embodiment, the third arithmetic circuit 30 calculates θs using the following equation (6) instead of the equation (1).

θs=(θ1s+θ2s+π/8)/2 …(6)   θs = (θ1s + θ2s + π / 8) / 2 (6)

なお、本実施の形態において、第2の方向D2を、XY平面内において、第1の方向D1に対して外部磁界の回転方向について−22.5°傾けてもよい。この場合には、第3の演算回路30は、式(6)の代りに、下記の式(7)を用いて、θsを算出する。   In the present embodiment, the second direction D2 may be inclined by −22.5 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction D1 in the XY plane. In this case, the third arithmetic circuit 30 calculates θs using the following formula (7) instead of the formula (6).

θs=(θ1s+θ2s−π/8)/2 …(7)   θs = (θ1s + θ2s−π / 8) / 2 (7)

第1の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、誤差周期の1/2の奇数倍であり、これにより、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2が相殺されて、検出値θsに含まれる角度誤差dθを大幅に低減することができる。   Similar to the first embodiment, also in the present embodiment, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is an odd multiple of 1/2 of the error period. The first angle error dθ1 and the second angle error dθ2 are canceled out, and the angle error dθ included in the detected value θs can be greatly reduced.

本実施の形態において、図11ないし図14に示した例のように磁気センサ1を使用する場合には、第2の方向D2を、XY平面内において、第1の方向D1に対して、外部磁界の回転方向について22.5°傾ける。図12に示した例のように磁気センサ1を使用する場合には、回転体71の半径方向に対して方向D1,D2の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち11.25°と−11.25°であることが好ましい。同様に、図14に示した例のように磁気センサ1を使用する場合には、移動体72の移動方向に直交する方向に対して方向D1,D2の各々がなす角度は、絶対値が等しい値すなわち11.25°と−11.25°であることが好ましい。   In the present embodiment, when the magnetic sensor 1 is used as in the examples shown in FIGS. 11 to 14, the second direction D2 is set to the outside in the XY plane with respect to the first direction D1. Tilt 22.5 ° in the direction of rotation of the magnetic field. When the magnetic sensor 1 is used as in the example shown in FIG. 12, the angle formed by each of the directions D1 and D2 with respect to the radial direction of the rotating body 71 is equal to the absolute value, that is, 11.25 °. It is preferably −11.25 °. Similarly, when the magnetic sensor 1 is used as in the example shown in FIG. 14, the angles formed by the directions D1 and D2 with respect to the direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 are equal in absolute value. Preferably the values are 11.25 ° and −11.25 °.

また、本実施の形態において、第2の実施の形態と同様に、第1の検出部10と第2の検出部20を異なる位置に配置して、第1の位置P1と第2の位置P2を互いに異なる位置としてもよい。この場合には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する量とする。この場合、図15に示した回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する場合には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、回転体71の回転角の11.25°の奇数倍である。また、図16に示した移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を、磁気センサ1によって検出する場合には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、1/16ピッチの奇数倍とする。   Further, in the present embodiment, similarly to the second embodiment, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are arranged at different positions, and the first position P1 and the second position P2 are arranged. May be different from each other. In this case, the shift between the first position P1 and the second position P2 is set to an amount corresponding to an odd multiple of 1/2 of the error period. In this case, when the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 shown in FIG. 15 is detected by the magnetic sensor 1, the deviation between the first position P1 and the second position P2 is the rotating body. The rotation angle of 71 is an odd multiple of 11.25 °. Further, when the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 shown in FIG. 16 is detected by the magnetic sensor 1, the deviation between the first position P1 and the second position P2 is 1/16. It is an odd multiple of the pitch.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、AMR素子の代りに、ホール素子を用いてもよい。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, a Hall element may be used instead of the AMR element.

[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1は、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減するのに適している。始めに、図20ないし図22を参照して、外部磁界に起因して角度誤差が発生する理由について説明する。図20は、1組以上のN極とS極が交互にリング状に配列された回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例において、回転体71の半径方向の外部磁界の成分をHrとし、XY平面内で、Hrに直交する外部磁界の成分をHθとする。図21は、複数組のN極とS極が交互に直線状に配列され、N極とS極が並ぶ方向に移動する移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例において、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向の外部磁界の成分をHrとし、XY平面内で、Hrに直交する外部磁界の成分をHθとする。
[Fifth Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a fifth embodiment of the invention will be described. The magnetic sensor 1 according to the present embodiment is suitable for reducing an angle error that occurs due to an external magnetic field. First, the reason why an angle error occurs due to an external magnetic field will be described with reference to FIGS. FIG. 20 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 in which one or more sets of N poles and S poles are alternately arranged in a ring shape. In this example, the component of the external magnetic field in the radial direction of the rotating body 71 is Hr, and the component of the external magnetic field orthogonal to Hr in the XY plane is Hθ. In FIG. 21, the magnetic sensor 1 indicates the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 in which a plurality of sets of N poles and S poles are alternately arranged in a straight line and moves in the direction in which the N poles and S poles are arranged. An example of detection is shown. In this example, the external magnetic field component in the direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane is Hr, and the external magnetic field component orthogonal to Hr in the XY plane is Hθ.

ここで、図20または図21に示した例において、第1の検出部10によって外部磁界の方向を検出して第1の検出角度θ1sを得る場合を考える。図22は、この場合におけるHr、Hθ、θ1sならびに第1の角度誤差dθ1の関係の一例を示している。図22において、横軸は、外部磁界MFの方向DMが基準方向DRに対してなす角度θを示し、縦軸は、Hr、Hθ、θ1s、dθ1を示している。図20または図21に示した例では、外部磁界の方向や外部磁界の一方向の成分の強度が正弦関数的に変化しない場合がある。この場合、第1の検出角度θ1sは第1の角度誤差dθ1を含むことになる。この場合における第1の角度誤差dθ1の変化は、外部磁界の方向の変化に依存する。第1の角度誤差dθ1の誤差周期は、外部磁界の方向の回転の周期の1/2である。同様に、第2の検出部20によって外部磁界の方向を検出して第2の検出角度θ2sを得る場合も、第2の検出角度θ2sは、外部磁界の方向の変化に依存して変化する第2の角度誤差dθ2を含むことになる。   Here, in the example shown in FIG. 20 or FIG. 21, consider a case where the first detection unit 10 detects the direction of the external magnetic field to obtain the first detection angle θ1s. FIG. 22 shows an example of the relationship between Hr, Hθ, θ1s and the first angular error dθ1 in this case. In FIG. 22, the horizontal axis indicates the angle θ formed by the direction DM of the external magnetic field MF with respect to the reference direction DR, and the vertical axis indicates Hr, Hθ, θ1s, and dθ1. In the example shown in FIG. 20 or FIG. 21, the direction of the external magnetic field and the intensity of the component in one direction of the external magnetic field may not change sinusoidally. In this case, the first detection angle θ1s includes the first angle error dθ1. In this case, the change in the first angular error dθ1 depends on the change in the direction of the external magnetic field. The error period of the first angle error dθ1 is ½ of the rotation period in the direction of the external magnetic field. Similarly, when the second detection unit 20 detects the direction of the external magnetic field to obtain the second detection angle θ2s, the second detection angle θ2s changes depending on the change in the direction of the external magnetic field. 2 angular errors dθ2.

次に、図20および図21を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ1の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1では、第1の検出部10が外部磁界MFを検出する位置である第1の位置P1と、第2の検出部20が外部磁界MFを検出する位置である第2の位置P2を互いに異なる位置としている。すなわち、本実施の形態では、第1の検出部10と第2の検出部20は、異なる位置に配置されている。第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の1/4の奇数倍に相当する。図20および図21には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、誤差周期の1/2に相当する量とした例を示している。   Next, the configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the magnetic sensor 1 according to the present embodiment, the first position P1 where the first detection unit 10 detects the external magnetic field MF, and the position where the second detection unit 20 detects the external magnetic field MF. The second positions P2 are different from each other. That is, in the present embodiment, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are arranged at different positions. The deviation between the first position P1 and the second position P2 corresponds to an odd multiple of 1/2 of the error period. This corresponds to an odd multiple of 1/4 of the period of rotation in the direction of the external magnetic field. 20 and 21 show an example in which the shift between the first position P1 and the second position P2 is an amount corresponding to 1/2 of the error period.

また、図20に示した例では、第1の検出部10が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第1の方向D1と第2の検出部20が外部磁界の方向を表すときの基準の方向である第2の方向D2を、共に回転体71の半径方向に設定している。図21に示した例では、第1の方向D1と第2の方向D2を、共にXY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に設定している。これらの例では、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、外部磁界の方向の回転の周期の1/4(電気角90°)となる。これらの例では、第3の演算回路30は、下記の式(8)によって、θsを算出する。   Further, in the example shown in FIG. 20, when the first detection unit 10 represents the direction of the external magnetic field, the first direction D1, which is a reference direction, and the second detection unit 20 represents the direction of the external magnetic field. The second direction D2 that is the reference direction is set in the radial direction of the rotating body 71. In the example shown in FIG. 21, both the first direction D1 and the second direction D2 are set in a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. In these examples, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is ¼ of the rotation period in the direction of the external magnetic field (electrical angle 90 °). In these examples, the third arithmetic circuit 30 calculates θs by the following equation (8).

θs=(θ1s+θ2s+π/2)/2 …(8)   θs = (θ1s + θ2s + π / 2) / 2 (8)

次に、図23および図24を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ1によって、外部磁界に起因して発生する角度誤差を低減できることを説明する。図23において、(a)は、第1の検出角度θ1sと第1の角度誤差dθ1との関係を示している。図23において、(b)は、第2の検出角度θ2sと第2の角度誤差dθ2との関係を示している。図23に示した例では、第1の角度誤差dθ1および第2の角度誤差dθ2の振幅は±5.45°である。本実施の形態では、第1の位置P1と第2の位置P2を、誤差周期の1/2(電気角90°)の奇数倍に相当する量だけずらしている。そして、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sを用いて、角度θの検出値θsを算出する。従って、検出値θsを算出する際に、第1の角度誤差dθ1の位相と第2の角度誤差dθ2の位相は、互いに逆相になる。これにより、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2とが相殺される。   Next, with reference to FIG. 23 and FIG. 24, it will be described that the angle error generated due to the external magnetic field can be reduced by the magnetic sensor 1 according to the present embodiment. In FIG. 23, (a) shows the relationship between the first detected angle θ1s and the first angular error dθ1. In FIG. 23, (b) shows the relationship between the second detection angle θ2s and the second angle error dθ2. In the example shown in FIG. 23, the amplitudes of the first angle error dθ1 and the second angle error dθ2 are ± 5.45 °. In the present embodiment, the first position P1 and the second position P2 are shifted by an amount corresponding to an odd multiple of 1/2 of the error period (electrical angle 90 °). Then, the detection value θs of the angle θ is calculated using the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s. Therefore, when calculating the detection value θs, the phase of the first angle error dθ1 and the phase of the second angle error dθ2 are opposite to each other. As a result, the first angular error dθ1 and the second angular error dθ2 are canceled out.

図24は、上述のようにして算出された検出値θsと、この検出値θsに含まれる角度誤差dθとの関係を表している。図24に示されるように、角度誤差dθは、第1の角度誤差dθ1および第2の角度誤差dθ2に比べて、大幅に小さくなっている。図24に示した例では、角度誤差dθの振幅は±0.6°である。   FIG. 24 shows the relationship between the detected value θs calculated as described above and the angle error dθ included in the detected value θs. As shown in FIG. 24, the angle error dθ is significantly smaller than the first angle error dθ1 and the second angle error dθ2. In the example shown in FIG. 24, the amplitude of the angle error dθ is ± 0.6 °.

なお、第1の位置P1と第2の位置P2のずれ量は、誤差周期の1/2に相当する量に限らず、誤差周期の1/2の奇数倍に相当する量であればよい。この場合に、第1の角度誤差dθ1と第2の角度誤差dθ2が相殺されて、検出値θsに含まれる角度誤差dθを大幅に低減することができる。   The shift amount between the first position P1 and the second position P2 is not limited to an amount corresponding to 1/2 of the error period, but may be an amount corresponding to an odd multiple of 1/2 of the error period. In this case, the first angular error dθ1 and the second angular error dθ2 are canceled out, and the angular error dθ included in the detected value θs can be greatly reduced.

また、本実施の形態では、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、電気角90°に限らず任意の大きさでよい。第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差をβとすると、第3の演算回路30は、下記の式(9)によって、θsを算出する。   In the present embodiment, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is not limited to the electrical angle of 90 °, and may be an arbitrary magnitude. When the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s is β, the third arithmetic circuit 30 calculates θs by the following equation (9).

θs=(θ1s+θ2s+β)/2 …(9)   θs = (θ1s + θ2s + β) / 2 (9)

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路11,12,21,22を第3または第4の実施の形態における構成としてもよい。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. In the present embodiment, the detection circuits 11, 12, 21, and 22 may be configured in the third or fourth embodiment.

[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1は、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
[Sixth Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a sixth embodiment of the invention will be described. The magnetic sensor 1 according to the present embodiment makes it possible to reduce both an angular error component caused by an MR element and an angular error component caused by an external magnetic field. .

初めに、図25および図26を参照して、角度誤差が、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分とを含む場合があることについて説明する。図25は、図20に示した例と同様に、回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。図26は、図21に示した例と同様に、移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。これらの例では、第5の実施の形態で説明したように、第1および第2の検出角度θ1s,θ2sは、それぞれ、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。また、第1の実施の形態で説明したように、第1および第2の検出角度θ1s,θ2sは、それぞれ、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分を含む場合がある。   First, referring to FIG. 25 and FIG. 26, the angular error may include an angular error component caused by the MR element and an angular error component caused by the external magnetic field. Will be described. FIG. 25 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 as in the example shown in FIG. FIG. 26 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 as in the example shown in FIG. In these examples, as described in the fifth embodiment, the first and second detection angles θ1s and θ2s may each include an angular error component generated due to an external magnetic field. In addition, as described in the first embodiment, the first and second detection angles θ1s and θ2s may each include an angular error component generated due to the MR element.

従って、第1の検出角度θ1sにおける第1の角度誤差dθ1と第2の検出角度θ2sにおける第2の角度誤差dθ2は、それぞれ、外部磁界に起因して発生する第1の誤差成分と、MR素子に起因して発生する第2の誤差成分とを含む場合がある。第1の誤差成分は、外部磁界の方向の変化に依存して、外部磁界の方向の回転の周期の1/2すなわち電気角180°の第1の誤差周期で変化する。第2の誤差成分は、検出回路11,12,21,22の出力信号の周期の1/4すなわち電気角90°の第2の誤差周期で変化する。   Therefore, the first angle error dθ1 at the first detection angle θ1s and the second angle error dθ2 at the second detection angle θ2s are respectively the first error component generated due to the external magnetic field and the MR element. And a second error component generated due to the error. The first error component changes with a first error period of 1/2 of the rotation period in the direction of the external magnetic field, that is, an electrical angle of 180 °, depending on the change in the direction of the external magnetic field. The second error component changes with a second error cycle of ¼ of the cycle of the output signals of the detection circuits 11, 12, 21, and 22, that is, an electrical angle of 90 °.

次に、本実施の形態に係る磁気センサ1の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1では、第5の実施の形態と同様に、第1の検出部10と第2の検出部20を異なる位置に配置して、第1の位置P1と第2の位置P2を互いに異なる位置としている。第1の位置P1と第2の位置P2のずれは、第1の誤差周期の1/2(電気角90°)の奇数倍に相当する。これは、外部磁界の方向の回転の周期の1/4の奇数倍に相当する。図25および図26には、第1の位置P1と第2の位置P2のずれを、第1の誤差周期の1/2(電気角90°)に相当する量とした例を示している。   Next, the configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment will be described. In the magnetic sensor 1 according to the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, the first detection unit 10 and the second detection unit 20 are arranged at different positions, and the first position P1 and the second detection unit 20 are arranged. The positions P2 are different from each other. The shift between the first position P1 and the second position P2 corresponds to an odd multiple of ½ of the first error period (electrical angle 90 °). This corresponds to an odd multiple of 1/4 of the period of rotation in the direction of the external magnetic field. 25 and 26 show an example in which the shift between the first position P1 and the second position P2 is set to an amount corresponding to 1/2 of the first error period (electrical angle 90 °).

また、本実施の形態では、第1の検出角度θ1sの位相と第2の検出角度θ2sの位相を、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)の奇数倍だけ異ならせている。具体的には、図25に示した例では、第2の方向D2を、XY平面内において、回転体71の半径方向から45°傾けている。これにより、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)の3倍である電気角135°となる。また、図26に示した例では、第2の方向D2を、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向から45°傾けている。この場合も、第1の検出角度θ1sと第2の検出角度θ2sの位相差は、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)の3倍である電気角135°となる。   In the present embodiment, the phase of the first detection angle θ1s and the phase of the second detection angle θ2s are different by an odd multiple of ½ of the second error period (electrical angle 45 °). . Specifically, in the example shown in FIG. 25, the second direction D2 is inclined 45 ° from the radial direction of the rotating body 71 in the XY plane. As a result, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s becomes an electrical angle of 135 °, which is three times 1/2 of the second error period (electrical angle of 45 °). In the example shown in FIG. 26, the second direction D2 is inclined 45 ° from the direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. Also in this case, the phase difference between the first detection angle θ1s and the second detection angle θ2s becomes an electrical angle of 135 °, which is three times 1/2 of the second error period (electrical angle of 45 °).

図25および図26に示した例では、第3の演算回路30は、下記の式(10)によって、θsを算出する。   In the example shown in FIGS. 25 and 26, the third arithmetic circuit 30 calculates θs by the following equation (10).

θs=(θ1s+θ2s+π/2+π/4)/2 …(10)   θs = (θ1s + θ2s + π / 2 + π / 4) / 2 (10)

以上説明したように、本実施の形態では、第1の位置P1と第2の位置P2を、第1の誤差周期の1/2(電気角90°)の奇数倍に相当する量だけずらしている。これにより、検出値θsを算出する際に、第1の角度誤差dθ1中の第1の誤差成分の位相と第2の角度誤差dθ2中の第1の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第1の角度誤差dθ1中の第1の誤差成分と第2の角度誤差dθ2中の第1の誤差成分とが相殺される。   As described above, in the present embodiment, the first position P1 and the second position P2 are shifted by an amount corresponding to an odd multiple of 1/2 of the first error period (electrical angle 90 °). Yes. Thereby, when calculating the detection value θs, the phase of the first error component in the first angle error dθ1 and the phase of the first error component in the second angle error dθ2 are opposite to each other. . As a result, the first error component in the first angular error dθ1 and the first error component in the second angular error dθ2 are canceled out.

更に、本実施の形態では、第1の検出角度θ1sの位相と第2の検出角度θ2sの位相を、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)の奇数倍だけ異ならせている。これにより、検出値θsを算出する際に、第1の角度誤差dθ1中の第2の誤差成分の位相と第2の角度誤差dθ2中の第2の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、第1の角度誤差dθ1中の第2の誤差成分と第2の角度誤差dθ2中の第2の誤差成分とが相殺される。   Further, in the present embodiment, the phase of the first detection angle θ1s and the phase of the second detection angle θ2s are different by an odd multiple of 1/2 of the second error period (electrical angle 45 °). . Thereby, when calculating the detection value θs, the phase of the second error component in the first angle error dθ1 and the phase of the second error component in the second angle error dθ2 are opposite to each other. . As a result, the second error component in the first angular error dθ1 and the second error component in the second angular error dθ2 are canceled out.

以上の作用により、本実施の形態によれば、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。   With the above operation, according to the present embodiment, it is possible to reduce both the angular error component caused by the MR element and the angular error component caused by the external magnetic field.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1または第5の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路11,12,21,22を第3または第4の実施の形態における構成としてもよい。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first or fifth embodiment. In the present embodiment, the detection circuits 11, 12, 21, and 22 may be configured in the third or fourth embodiment.

[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1は、第6の実施の形態と同様に、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
[Seventh Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to a seventh embodiment of the invention will be described. As in the sixth embodiment, the magnetic sensor 1 according to the present embodiment has both an angular error component caused by the MR element and an angular error component caused by the external magnetic field. It is possible to reduce.

図27は、本実施の形態に係る磁気センサ1の構成を示すブロック図である。図27に示したように、本実施の形態に係る磁気センサ1は、第1および第2の複合検出部110A,110Bと、第4の演算回路111とを備えている。第4の演算回路111は、例えばマイクロコンピュータによって実現することができる。   FIG. 27 is a block diagram showing a configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 27, the magnetic sensor 1 according to the present embodiment includes first and second composite detection units 110A and 110B and a fourth arithmetic circuit 111. The fourth arithmetic circuit 111 can be realized by a microcomputer, for example.

複合検出部110A,110Bの構成は、それぞれ、第5の実施の形態に係る磁気センサ1の構成と同様である。具体的には、複合検出部110Aは、第1の検出部10、第2の検出部20および第3の演算回路30と同様の構成の第1の検出部10A、第2の検出部20Aおよび第3の演算回路30Aを備えている。同様に、複合検出部110Bは、第1の検出部10、第2の検出部20および第3の演算回路30と同様の構成の第1の検出部10B、第2の検出部20Bおよび第3の演算回路30Bを備えている。   The configuration of the composite detection units 110A and 110B is the same as that of the magnetic sensor 1 according to the fifth embodiment. Specifically, the composite detection unit 110 </ b> A includes the first detection unit 10 </ b> A, the second detection unit 20 </ b> A, and the first detection unit 10 </ b> A, the second detection unit 20, and the third arithmetic circuit 30. A third arithmetic circuit 30A is provided. Similarly, the composite detection unit 110B includes the first detection unit 10B, the second detection unit 20B, and the third configuration having the same configuration as the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the third arithmetic circuit 30. The arithmetic circuit 30B is provided.

第1の複合検出部110Aは、第1の基準位置PRAにおける外部磁界の方向が第1の基準方向DRAに対してなす角度θAの検出値θAsを求める。同様に、第2の複合検出部110Bは、第2の基準位置PRBにおける外部磁界の方向が第2の基準方向DRBに対してなす角度θBの検出値θBsを求める。第4の演算回路111は、複合検出部110A,110Bによって得られた検出値θAs,θBsに基づいて、基準位置PRにおける外部磁界の方向が基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する。   The first composite detection unit 110A obtains a detection value θAs of the angle θA that the direction of the external magnetic field at the first reference position PRA forms with respect to the first reference direction DRA. Similarly, the second composite detection unit 110B obtains the detected value θBs of the angle θB that the direction of the external magnetic field at the second reference position PRB forms with respect to the second reference direction DRB. Based on the detection values θAs and θBs obtained by the composite detection units 110A and 110B, the fourth arithmetic circuit 111 calculates the detection value θs of the angle θ that the direction of the external magnetic field at the reference position PR forms with respect to the reference direction DR. calculate.

検出部10A,20Aの相対的な位置関係は、第5の実施の形態における検出部10,20の相対的な位置関係と同様である。検出部10B,20Bの相対的な位置関係も、第5の実施の形態における検出部10,20の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/8すなわち電気角45°に相当する量だけずれた位置に配置されている。   The relative positional relationship between the detection units 10A and 20A is the same as the relative positional relationship between the detection units 10 and 20 in the fifth embodiment. The relative positional relationship between the detection units 10B and 20B is the same as the relative positional relationship between the detection units 10 and 20 in the fifth embodiment. In the present embodiment, detection units 10B and 20B are arranged at positions shifted from detection units 10A and 20A by an amount corresponding to 1/8 of the rotation period in the direction of the external magnetic field, that is, an electrical angle of 45 °. ing.

図28は、図20に示した例と同様に、回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、検出部10A,20Aは、図20に示した検出部10,20と同じ位置に配置されている。検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/8(電気角の45°)に相当する量、すなわち回転体71の回転角の22.5°だけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部10A,20A,10B,20Bが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも回転体71の半径方向に設定している。   FIG. 28 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 as in the example shown in FIG. In this example, the detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. The detection units 10B and 20B are compared with the detection units 10A and 20A by an amount corresponding to 1/8 of the rotation period in the direction of the external magnetic field (45 ° of the electrical angle), that is, the rotation angle of the rotating body 71 is 22. It is arranged at a position shifted by 5 °. In this example, the reference direction when the detection units 10A, 20A, 10B, and 20B indicate the direction of the external magnetic field is set to the radial direction of the rotating body 71.

図29は、図21に示した例と同様に、移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、検出部10A,20Aは、図21に示した検出部10,20と同じ位置に配置されている。検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/8(電気角の45°)に相当する量、すなわち移動体72の1/8ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部10A,20A,10B,20Bが外部磁界の方向を表すときの基準の方向を、いずれも、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に設定している。   FIG. 29 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 as in the example shown in FIG. In this example, the detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. The detection units 10B and 20B are compared with the detection units 10A and 20A by an amount corresponding to 1/8 of the rotation period in the direction of the external magnetic field (45 ° of electrical angle), that is, 1/8 pitch of the moving body 72. It is arranged at a shifted position. In this example, the reference direction when the detection units 10A, 20A, 10B, and 20B indicate the direction of the external magnetic field is set to a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. ing.

図28および図29に示した例では、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、電気角45°だけ異なる。   In the example shown in FIGS. 28 and 29, the phase of the detection value θAs and the phase of the detection value θBs differ by an electrical angle of 45 °.

次に、図30および図31を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ1の作用および効果について説明する。第6の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部10A,20A,10B,20Bの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第1の誤差成分と、MR素子に起因して発生する第2の誤差成分とを含むものとする。   Next, operations and effects of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 30 and 31. FIG. Similar to the sixth embodiment, also in this embodiment, the angle error in the detection angle of the detection units 10A, 20A, 10B, and 20B is the first error component generated due to the external magnetic field and the MR. And a second error component generated due to the element.

第1の複合検出部110Aは、第1の基準位置PRAにおける外部磁界の方向が第1の基準方向DRAに対してなす角度θAの検出値θAsを求める。第2の複合検出部110Bは、第2の基準位置PRBにおける外部磁界の方向が第2の基準方向DRBに対してなす角度θBの検出値θBsを求める。第5の実施の形態において説明した原理により、検出値θAs,θBsにおいては、第1の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θAs,θBsには、第2の誤差成分が含まれている。   The first composite detection unit 110A obtains a detection value θAs of the angle θA that the direction of the external magnetic field at the first reference position PRA forms with respect to the first reference direction DRA. The second composite detection unit 110B obtains a detection value θBs of the angle θB that the direction of the external magnetic field at the second reference position PRB forms with respect to the second reference direction DRB. Based on the principle described in the fifth embodiment, the first error component is reduced in the detected values θAs and θBs. However, the detected values θAs and θBs include the second error component.

本実施の形態では、複合検出部110A,110Bによって得られた検出値θAs,θBsに基づいて、第4の演算回路111によって、基準位置PRにおける外部磁界の方向が基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する。その際、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)だけ異なっている。第4の演算回路111は、下記の式(11)によって、θsを算出する。   In the present embodiment, an angle formed by the fourth arithmetic circuit 111 with respect to the reference direction DR by the direction of the external magnetic field based on the detection values θAs and θBs obtained by the composite detection units 110A and 110B. A detected value θs of θ is calculated. At this time, the phase of the detected value θAs and the phase of the detected value θBs differ by 1/2 of the second error period (electrical angle 45 °). The fourth arithmetic circuit 111 calculates θs by the following equation (11).

θs=(θAs+θBs+π/4)/2 …(11)   θs = (θAs + θBs + π / 4) / 2 (11)

本実施の形態では、検出値θsを算出する際に、検出値θAs中の第2の誤差成分の位相と検出値θBs中の第2の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θAs中の第2の誤差成分と検出値θBs中の第2の誤差成分が相殺される。このことを、図30および図31を参照して説明する。   In the present embodiment, when the detection value θs is calculated, the phase of the second error component in the detection value θAs and the phase of the second error component in the detection value θBs are opposite to each other. As a result, the second error component in the detection value θAs and the second error component in the detection value θBs are canceled out. This will be described with reference to FIGS. 30 and 31. FIG.

図30において、(a)は、検出値θAsとそれに含まれる角度誤差dθAとの関係を示している。図30において、(b)は、検出値θBsとそれに含まれる角度誤差dθBとの関係を示している。角度誤差dθA,dθBの主要な成分は、第2の誤差成分である。そのため、角度誤差dθA,dθBの周期は、第2の誤差周期(電気角90°)になっている。図30に示した例では、角度誤差dθA,dθBの振幅は±0.6°である。本実施の形態では、前述のように、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、第2の誤差周期の1/2(電気角45°)だけ異なっている。従って、検出値θsを算出する際に、角度誤差dθAの位相と角度誤差dθBの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差dθAと角度誤差dθBとが相殺される。   In FIG. 30, (a) shows the relationship between the detected value θAs and the angular error dθA included therein. In FIG. 30, (b) shows the relationship between the detected value θBs and the angular error dθB included therein. The main component of the angle errors dθA and dθB is the second error component. Therefore, the period of the angle errors dθA and dθB is the second error period (electrical angle 90 °). In the example shown in FIG. 30, the amplitudes of the angle errors dθA and dθB are ± 0.6 °. In the present embodiment, as described above, the phase of the detection value θAs and the phase of the detection value θBs are different from each other by ½ of the second error period (electrical angle 45 °). Therefore, when calculating the detection value θs, the phase of the angle error dθA and the phase of the angle error dθB are opposite to each other. Thereby, the angle error dθA and the angle error dθB are canceled out.

図31は、上述のようにして算出された検出値θsと、この検出値θsに含まれる角度誤差dθとの関係を表している。図31に示されるように、角度誤差dθは、角度誤差dθA,dθBに比べて、大幅に小さくなっている。図31に示した例では、角度誤差dθの振幅は±0.09°である。なお、検出値θAsと検出値θBsの位相差は、第2の誤差周期の1/2に限らず、第2の誤差周期の1/2の奇数倍であればよい。   FIG. 31 shows the relationship between the detected value θs calculated as described above and the angle error dθ included in the detected value θs. As shown in FIG. 31, the angle error dθ is significantly smaller than the angle errors dθA and dθB. In the example shown in FIG. 31, the angular error dθ has an amplitude of ± 0.09 °. Note that the phase difference between the detected value θAs and the detected value θBs is not limited to ½ of the second error period, but may be an odd multiple of ½ of the second error period.

以上の作用により、本実施の形態によれば、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。   With the above operation, according to the present embodiment, it is possible to reduce both the angular error component caused by the MR element and the angular error component caused by the external magnetic field.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1または第5の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第3または第4の実施の形態における構成としてもよい。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first or fifth embodiment. In the present embodiment, the detection circuit may be configured as in the third or fourth embodiment.

[第8の実施の形態]
次に、本発明の第8の実施の形態に係る磁気センサについて説明する。本実施の形態に係る磁気センサ1は、第6および第7の実施の形態と同様に、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することを可能にするものである。
[Eighth Embodiment]
Next, a magnetic sensor according to an eighth embodiment of the invention will be described. As in the sixth and seventh embodiments, the magnetic sensor 1 according to the present embodiment has an angular error component caused by the MR element and an angular error component caused by the external magnetic field. Both of them can be reduced.

本実施の形態に係る磁気センサ1は、第7の実施の形態と同様に、第1および第2の複合検出部110A,110Bと、第4の演算回路111とを備えている。本実施の形態に係る磁気センサ1の基本的な構成は、図27に示した通りである。ただし、以下で説明するように、本実施の形態における複合検出部110A,110Bは、第7の実施の形態における複合検出部110A,110Bとは異なる点もある。   As in the seventh embodiment, the magnetic sensor 1 according to the present embodiment includes first and second composite detection units 110A and 110B and a fourth arithmetic circuit 111. The basic configuration of the magnetic sensor 1 according to the present embodiment is as shown in FIG. However, as described below, the composite detection units 110A and 110B in the present embodiment are different from the composite detection units 110A and 110B in the seventh embodiment.

本実施の形態における複合検出部110A,110Bの構成は、それぞれ、第1の実施の形態に係る磁気センサ1の構成と同様である。具体的には、複合検出部110Aは、第1の検出部10、第2の検出部20および第3の演算回路30と同様の構成の第1の検出部10A、第2の検出部20Aおよび第3の演算回路30Aを備えている。同様に、複合検出部110Bは、第1の検出部10、第2の検出部20および第3の演算回路30と同様の構成の第1の検出部10B、第2の検出部20Bおよび第3の演算回路30Bを備えている。   The configuration of the composite detection units 110A and 110B in the present embodiment is the same as that of the magnetic sensor 1 according to the first embodiment. Specifically, the composite detection unit 110 </ b> A includes the first detection unit 10 </ b> A, the second detection unit 20 </ b> A, and the first detection unit 10 </ b> A, the second detection unit 20, and the third arithmetic circuit 30. A third arithmetic circuit 30A is provided. Similarly, the composite detection unit 110B includes the first detection unit 10B, the second detection unit 20B, and the third configuration having the same configuration as the first detection unit 10, the second detection unit 20, and the third arithmetic circuit 30. The arithmetic circuit 30B is provided.

第1の複合検出部110Aは、第1の基準位置PRAにおける外部磁界の方向が第1の基準方向DRAに対してなす角度θAの検出値θAsを求める。同様に、第2の複合検出部110Bは、第2の基準位置PRBにおける外部磁界の方向が第2の基準方向DRBに対してなす角度θBの検出値θBsを求める。第4の演算回路111は、複合検出部110A,110Bによって得られた検出値θAs,θBsに基づいて、基準位置PRにおける外部磁界の方向が基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する。   The first composite detection unit 110A obtains a detection value θAs of the angle θA that the direction of the external magnetic field at the first reference position PRA forms with respect to the first reference direction DRA. Similarly, the second composite detection unit 110B obtains the detected value θBs of the angle θB that the direction of the external magnetic field at the second reference position PRB forms with respect to the second reference direction DRB. Based on the detection values θAs and θBs obtained by the composite detection units 110A and 110B, the fourth arithmetic circuit 111 calculates the detection value θs of the angle θ that the direction of the external magnetic field at the reference position PR forms with respect to the reference direction DR. calculate.

検出部10A,20Aの相対的な位置関係は、第1の実施の形態における検出部10,20の相対的な位置関係と同様である。検出部10B,20Bの相対的な位置関係も、第1の実施の形態における検出部10,20の相対的な位置関係と同様である。本実施の形態では、検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/4すなわち電気角90°に相当する量だけずれた位置に配置されている。   The relative positional relationship between the detection units 10A and 20A is the same as the relative positional relationship between the detection units 10 and 20 in the first embodiment. The relative positional relationship between the detection units 10B and 20B is the same as the relative positional relationship between the detection units 10 and 20 in the first embodiment. In the present embodiment, the detection units 10B and 20B are arranged at positions shifted from the detection units 10A and 20A by an amount corresponding to ¼ of the rotation period in the direction of the external magnetic field, that is, an electrical angle of 90 °. ing.

図32は、図11に示した例と同様に、回転体71の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、検出部10A,20Aは、図11に示した検出部10,20と同じ位置に配置されている。検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/4(電気角の90°)に相当する量、すなわち回転体71の回転角の45°だけずれた位置に配置されている。   FIG. 32 shows an example in which the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the rotating body 71 is detected by the magnetic sensor 1 as in the example shown in FIG. In this example, the detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. The detection units 10B and 20B are compared with the detection units 10A and 20A by an amount corresponding to ¼ of the rotation period in the direction of the external magnetic field (90 ° of the electrical angle), that is, 45 ° It is arranged at a position shifted by only.

また、図32に示した例では、検出部10A,10Bのそれぞれにおける第1の方向を、回転体71の半径方向に設定している。検出部20Aにおける第2の方向は、XY平面内において、検出部10Aにおける第1の方向に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。同様に、検出部20Bにおける第2の方向は、XY平面内において、検出部10Bにおける第1の方向に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。なお、検出部10A,20Aを、図12に示した検出部10,20と同じ位置に配置し、この検出部10A,20Aに対して、検出部10B,20Bを、外部磁界の方向の回転の周期の1/4(電気角の90°)に相当する量、すなわち回転体71の回転角の45°だけずれた位置に配置してもよい。   In the example shown in FIG. 32, the first direction in each of the detection units 10 </ b> A and 10 </ b> B is set to the radial direction of the rotating body 71. The second direction in the detection unit 20A is inclined 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction in the detection unit 10A in the XY plane. Similarly, the second direction in the detection unit 20B is inclined by 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction in the detection unit 10B in the XY plane. The detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. 12, and the detection units 10B and 20B are rotated in the direction of the external magnetic field with respect to the detection units 10A and 20A. You may arrange | position in the position shifted | deviated by the quantity equivalent to 1/4 (90 degrees of electrical angles) of the period, ie, 45 degrees of the rotation angle of the rotary body 71. FIG.

図33は、図13に示した例と同様に、移動体72の外周部から発生する外部磁界の方向を磁気センサ1によって検出する例を示している。この例では、検出部10A,20Aは、図13に示した検出部10,20と同じ位置に配置されている。検出部10B,20Bは、検出部10A,20Aに対して、外部磁界の方向の回転の周期の1/4(電気角の90°)に相当する量、すなわち移動体72の1/4ピッチだけずれた位置に配置されている。また、この例では、検出部10A,10Bのそれぞれにおける第1の方向を、XY平面内において、移動体72の移動方向に直交する方向に設定している。検出部20Aにおける第2の方向は、XY平面内において、検出部10Aにおける第1の方向に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。同様に、検出部20Bにおける第2の方向は、XY平面内において、検出部10Bにおける第1の方向に対して、外部磁界の回転方向について45°傾いている。なお、検出部10A,20Aを、図14に示した検出部10,20と同じ位置に配置し、この検出部10A,20Aに対して、検出部10B,20Bを、外部磁界の方向の回転の周期の1/4(電気角の90°)に相当する量、すなわち移動体72の1/4ピッチだけずれた位置に配置してもよい。   FIG. 33 shows an example in which the magnetic sensor 1 detects the direction of the external magnetic field generated from the outer peripheral portion of the moving body 72 as in the example shown in FIG. 13. In this example, the detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. The detection units 10B and 20B have an amount corresponding to ¼ of the rotation period in the direction of the external magnetic field (90 ° of the electrical angle), that is, the ¼ pitch of the moving body 72 with respect to the detection units 10A and 20A. It is arranged at a shifted position. In this example, the first direction in each of the detection units 10A and 10B is set to a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 72 in the XY plane. The second direction in the detection unit 20A is inclined 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction in the detection unit 10A in the XY plane. Similarly, the second direction in the detection unit 20B is inclined by 45 ° with respect to the rotation direction of the external magnetic field with respect to the first direction in the detection unit 10B in the XY plane. The detection units 10A and 20A are arranged at the same positions as the detection units 10 and 20 shown in FIG. 14, and the detection units 10B and 20B are rotated with respect to the detection units 10A and 20A. You may arrange | position in the position which shifted | deviated by the quantity equivalent to 1/4 (90 degrees of electrical angles) of the period, ie, the 1/4 pitch of the moving body 72. FIG.

図32および図33に示した例では、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、電気角90°だけ異なる。   In the example shown in FIGS. 32 and 33, the phase of the detection value θAs and the phase of the detection value θBs differ by an electrical angle of 90 °.

次に、図34および図35を参照して、本実施の形態に係る磁気センサ1の作用および効果について説明する。第6および第7の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、検出部10A,20A,10B,20Bの検出角度における角度誤差は、外部磁界に起因して発生する第1の誤差成分と、MR素子に起因して発生する第2の誤差成分とを含むものとする。   Next, with reference to FIG. 34 and FIG. 35, the effect | action and effect of the magnetic sensor 1 which concern on this Embodiment are demonstrated. Similar to the sixth and seventh embodiments, in the present embodiment, the angle error in the detection angles of the detection units 10A, 20A, 10B, and 20B is the first error component generated due to the external magnetic field. And a second error component generated due to the MR element.

第1の複合検出部110Aは、第1の基準位置PRAにおける外部磁界の方向が第1の基準方向DRAに対してなす角度θAの検出値θAsを求める。第2の複合検出部110Bは、第2の基準位置PRBにおける外部磁界の方向が第2の基準方向DRBに対してなす角度θBの検出値θBsを求める。第1の実施の形態において説明した原理により、検出値θAs,θBsにおいては、第2の誤差成分は低減されている。しかし、検出値θAs,θBsには、第1の誤差成分が含まれている。   The first composite detection unit 110A obtains a detection value θAs of the angle θA that the direction of the external magnetic field at the first reference position PRA forms with respect to the first reference direction DRA. The second composite detection unit 110B obtains a detection value θBs of the angle θB that the direction of the external magnetic field at the second reference position PRB forms with respect to the second reference direction DRB. Based on the principle described in the first embodiment, the second error component is reduced in the detected values θAs and θBs. However, the detected values θAs and θBs include the first error component.

本実施の形態では、複合検出部110A,110Bによって得られた検出値θAs,θBsに基づいて、第4の演算回路111によって、基準位置PRにおける外部磁界の方向が基準方向DRに対してなす角度θの検出値θsを算出する。その際、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、第1の誤差周期の1/2(電気角90°)だけ異なっている。第4の演算回路111は、下記の式(12)によって、θsを算出する。   In the present embodiment, an angle formed by the fourth arithmetic circuit 111 with respect to the reference direction DR by the direction of the external magnetic field based on the detection values θAs and θBs obtained by the composite detection units 110A and 110B. A detected value θs of θ is calculated. At this time, the phase of the detected value θAs and the phase of the detected value θBs differ by 1/2 of the first error period (electrical angle 90 °). The fourth arithmetic circuit 111 calculates θs by the following equation (12).

θs=(θAs+θBs+π/2)/2 …(12)   θs = (θAs + θBs + π / 2) / 2 (12)

本実施の形態では、検出値θsを算出する際に、検出値θAs中の第1の誤差成分の位相と検出値θBs中の第1の誤差成分の位相は、互いに逆相になる。これにより、検出値θAs中の第1の誤差成分と検出値θBs中の第1の誤差成分が相殺される。このことを、図34および図35を参照して説明する。   In the present embodiment, when the detection value θs is calculated, the phase of the first error component in the detection value θAs and the phase of the first error component in the detection value θBs are opposite to each other. As a result, the first error component in the detection value θAs and the first error component in the detection value θBs are canceled out. This will be described with reference to FIGS. 34 and 35. FIG.

図34において、(a)は、検出値θAsとそれに含まれる角度誤差dθAとの関係を示している。図34において、(b)は、検出値θBsとそれに含まれる角度誤差dθBとの関係を示している。角度誤差dθA,dθBの主要な成分は、第1の誤差成分である。そのため、角度誤差dθA,dθBの周期は、第1の誤差周期(電気角180°)になっている。本実施の形態では、前述のように、検出値θAsの位相と検出値θBsの位相は、第1の誤差周期の1/2(電気角90°)だけ異なっている。従って、検出値θsを算出する際に、角度誤差dθAの位相と角度誤差dθBの位相は、互いに逆相になる。これにより、角度誤差dθAと角度誤差dθBとが相殺される。   In FIG. 34, (a) shows the relationship between the detected value θAs and the angle error dθA included in the detected value θAs. In FIG. 34, (b) shows the relationship between the detected value θBs and the angular error dθB included therein. The main component of the angle errors dθA and dθB is the first error component. Therefore, the period of the angle errors dθA and dθB is the first error period (electrical angle 180 °). In the present embodiment, as described above, the phase of the detection value θAs and the phase of the detection value θBs are different from each other by ½ of the first error period (electrical angle 90 °). Therefore, when calculating the detection value θs, the phase of the angle error dθA and the phase of the angle error dθB are opposite to each other. Thereby, the angle error dθA and the angle error dθB are canceled out.

図35は、上述のようにして算出された検出値θsと、この検出値θsに含まれる角度誤差dθとの関係を表している。図35に示されるように、角度誤差dθは、角度誤差dθA,dθBに比べて、大幅に小さくなっている。なお、検出値θAsと検出値θBsの位相差は、第1の誤差周期の1/2に限らず、第1の誤差周期の1/2の奇数倍であればよい。   FIG. 35 shows the relationship between the detected value θs calculated as described above and the angle error dθ included in the detected value θs. As shown in FIG. 35, the angle error dθ is significantly smaller than the angle errors dθA and dθB. Note that the phase difference between the detected value θAs and the detected value θBs is not limited to 1/2 of the first error period, but may be an odd multiple of 1/2 of the first error period.

以上の作用により、本実施の形態によれば、MR素子に起因して発生する角度誤差の成分と、外部磁界に起因して発生する角度誤差の成分の両方を低減することが可能になる。   With the above operation, according to the present embodiment, it is possible to reduce both the angular error component caused by the MR element and the angular error component caused by the external magnetic field.

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1または第5の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態において、検出回路を第3または第4の実施の形態における構成としてもよい。   Other configurations, operations, and effects in the present embodiment are the same as those in the first or fifth embodiment. In the present embodiment, the detection circuit may be configured as in the third or fourth embodiment.

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態における複数の検出部の配置は一例であり、複数の検出部の配置は、特許請求の範囲に記載された要件を満たす範囲内で種々の変更が可能である。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various change is possible. For example, the arrangement of the plurality of detection units in each embodiment is an example, and the arrangement of the plurality of detection units can be variously changed within a range that satisfies the requirements described in the claims.

1…磁気センサ、10…第1の検出部、11…第1の検出回路、12…第2の検出回路、13…第1の演算回路、14,16,24,26…ホイートストンブリッジ回路、20…第2の検出部、21…第3の検出回路、22…第4の検出回路、23…第2の演算回路、30…第3の演算回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic sensor, 10 ... 1st detection part, 11 ... 1st detection circuit, 12 ... 2nd detection circuit, 13 ... 1st arithmetic circuit, 14, 16, 24, 26 ... Wheatstone bridge circuit, 20 ... 2nd detection part, 21 ... 3rd detection circuit, 22 ... 4th detection circuit, 23 ... 2nd arithmetic circuit, 30 ... 3rd arithmetic circuit.

Claims (7)

方向が回転する外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度を検出する磁気センサであって、
第1の位置における前記外部磁界の方向が第1の方向に対してなす第1の角度を検出するための第1の検出部と、
第2の位置における前記外部磁界の方向が第2の方向に対してなす第2の角度を検出するための第2の検出部とを備え、
前記第1の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第1および第2の検出回路と、前記第1および第2の検出回路の出力信号に基づいて前記第1の角度の検出値である第1の検出角度を算出する第1の演算回路とを有し、前記第1の検出回路の出力信号の位相と第2の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なり、
前記第2の検出部は、それぞれ前記外部磁界の一方向の成分の強度を検出して、その強度を表す信号を出力する第3および第4の検出回路と、前記第3および第4の検出回路の出力信号に基づいて前記第2の角度の検出値である第2の検出角度を算出する第2の演算回路とを有し、前記第3の検出回路の出力信号の位相と第4の検出回路の出力信号の位相は、各検出回路の出力信号の周期の1/4の奇数倍だけ異なり、
前記第1の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第1の角度の理論値に対する第1の角度誤差を含み、
前記第2の検出角度は、前記外部磁界の方向が理想的に回転する場合に想定される前記第2の角度の理論値に対する第2の角度誤差を含み、
前記第1の角度誤差と第2の角度誤差は、前記外部磁界の方向の変化に伴って互いに等しい誤差周期で周期的に変化し、且つ前記第1の角度誤差の変化および前記第2の角度誤差の変化は、前記外部磁界の方向の変化に依存し、
前記誤差周期は、前記外部磁界の方向の回転の周期の1/2であり、
前記第1の位置と第2の位置は互いに異なる位置であり、前記第1の位置と第2の位置のずれは、前記誤差周期の1/2の奇数倍に相当し、
磁気センサは、更に、前記第1の検出角度と第2の検出角度とに基づいて、前記外部磁界の、基準位置における方向が基準方向に対してなす角度の検出値を算出する第3の演算回路を備えたことを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor for detecting an angle of an external magnetic field whose direction rotates with respect to a reference direction at a reference position,
A first detection unit for detecting a first angle formed by the direction of the external magnetic field at the first position with respect to the first direction;
A second detection unit for detecting a second angle formed by the direction of the external magnetic field at the second position with respect to the second direction;
The first detection unit detects first and second detection circuits for detecting the intensity of a component in one direction of the external magnetic field and outputs a signal representing the intensity; and the first and second detection circuits A first arithmetic circuit that calculates a first detection angle that is a detection value of the first angle based on an output signal of the circuit, and a phase of the output signal of the first detection circuit and a second The phase of the output signal of the detection circuit differs by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit,
The second detection unit detects the intensity of a component in one direction of the external magnetic field, and outputs a signal representing the intensity, and the third and fourth detection circuits A second arithmetic circuit that calculates a second detection angle that is a detection value of the second angle based on an output signal of the circuit, and a phase of an output signal of the third detection circuit and a fourth The phase of the output signal of the detection circuit differs by an odd multiple of 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit,
The first detection angle includes a first angle error with respect to a theoretical value of the first angle assumed when the direction of the external magnetic field rotates ideally,
The second detection angle includes a second angle error with respect to a theoretical value of the second angle assumed when the direction of the external magnetic field rotates ideally,
The first angle error and the second angle error periodically change with the same error period with a change in the direction of the external magnetic field, and the change in the first angle error and the second angle. The change in error depends on the change in the direction of the external magnetic field,
The error period is ½ of the rotation period in the direction of the external magnetic field,
The first position and the second position are different from each other, and a shift between the first position and the second position corresponds to an odd multiple of 1/2 of the error period,
The magnetic sensor further calculates a detected value of an angle formed by a direction at a reference position of the external magnetic field with respect to a reference direction based on the first detection angle and the second detection angle. A magnetic sensor comprising a circuit.
前記第1ないし第4の検出回路は、それぞれ、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むことを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。   2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein each of the first to fourth detection circuits includes a pair of magnetic detection elements connected in series. 前記第1ないし第4の検出回路は、それぞれ、直列に接続された第1の対の磁気検出素子と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子とを含むホイートストンブリッジ回路を有することを特徴とする請求項2記載の磁気センサ。   Each of the first to fourth detection circuits has a Wheatstone bridge circuit including a first pair of magnetic detection elements connected in series and a second pair of magnetic detection elements connected in series. The magnetic sensor according to claim 2. 前記磁気検出素子は磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項2または3記載の磁気センサ。   4. The magnetic sensor according to claim 2, wherein the magnetic detection element is a magnetoresistive effect element. 前記磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、前記磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有することを特徴とする請求項4記載の磁気センサ。   The magnetoresistive effect element includes a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, and a non-magnetic layer disposed between the magnetization fixed layer and the free layer. The magnetic sensor according to claim 4, further comprising a magnetic layer. 前記第2の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第1の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交し、
前記第4の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向は、前記第3の検出回路における磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化方向に直交していることを特徴とする請求項5記載の磁気センサ。
The magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the second detection circuit is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the first detection circuit,
The magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the fourth detection circuit is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element in the third detection circuit. 5. The magnetic sensor according to 5.
前記第1の角度誤差は、前記外部磁界の方向の変化に依存して前記誤差周期で変化する成分と、前記第1の検出角度の変化に依存して第2の誤差周期で変化する成分とを含み、
前記第2の角度誤差は、前記外部磁界の方向の変化に依存して前記誤差周期で変化する成分と、前記第2の検出角度の変化に依存して前記第2の誤差周期で変化する成分とを含み、
前記第2の誤差周期は、各検出回路の出力信号の周期の1/4であり、
前記第1の検出角度の位相と前記第2の検出角度の位相は、前記第2の誤差周期の1/2の奇数倍だけ異なることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の磁気センサ。
The first angle error includes a component that changes in the error cycle depending on a change in the direction of the external magnetic field, and a component that changes in a second error cycle depending on the change in the first detection angle. Including
The second angle error is a component that changes in the error period depending on a change in the direction of the external magnetic field, and a component that changes in the second error period depending on a change in the second detection angle. Including
The second error period is 1/4 of the period of the output signal of each detection circuit;
The phase of the first detection angle and the phase of the second detection angle are different from each other by an odd multiple of ½ of the second error period. Magnetic sensor.
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