CN116892961A - 磁编码器和测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供磁编码器和测距装置。磁编码器包括产生包含磁场分量的对象磁场的磁场发生器和检测对象磁场的磁传感器。磁传感器包括电阻值分别响应磁场分量的强度的变化而变化的多个电阻体。磁场发生器是多组N极和S极交替地排列的磁尺。作为隔着一个S极相邻的两个N极的中心间距离的磁极节距与设计节距不同，所述设计节距是多个电阻体中包括的一个电阻体内的规定位置与另一个电阻体内的规定位置的间隔的4倍。

Description

磁编码器和测距装置
技术领域
本发明涉及包括磁场发生器和磁传感器的磁编码器、和包括磁编码器的测距装置。
背景技术
使用磁传感器的磁编码器，用于检测位置在规定方向上发生变化的可动物体的位置。规定方向是直线方向或旋转方向。用于检测可动物体的位置的磁编码器构成为，磁尺(magnetic scale，也称为磁栅尺)等磁场发生器和磁传感器中的至少一者与可动物体的位置的变化相应地动作。
当磁传感器和磁场发生器中的至少一者工作(动作)时，由磁场发生器产生并施加到磁传感器的对象磁场的一个方向的分量的强度发生变化。磁传感器例如检测对象磁场的一个方向的分量的强度，生成与该一个方向的分量的强度对应且相位互不相同的两个检测信号。磁编码器基于两个检测信号产生与可动物体的位置具有对应关系的检测值。
作为磁编码器用的磁传感器，采用使用了多个磁阻效应元件的磁传感器。例如，国际公开第2009/031558号、国际公开第2009/119471号中，公开有在磁铁和磁传感器的相对移动方向和与该相对移动方向正交的方向上配置了多个GMR(巨磁阻效应)元件作为磁阻效应元件的磁传感器。
在磁编码器用的磁传感器中，通常，为了生成相位互不相同的两个检测信号，将用于生成一个检测信号的第一磁阻效应元件组和用于生成另一检测信号的第二磁阻效应元件组在一个方向上错开配置。例如，在国际公开第2009/119471号公开的磁传感器中，由多个GMR元件构成A相的桥式电路(Bridge circuit)和B相的桥式电路。在该磁传感器中，在令磁铁的N极和S极的中心间距离(pitch，节距)为λ时，将多个GMR元件在相对移动方向上以λ、λ/2或λ/4的中心间距离配置。能够从A相的桥式电路和B相的桥式电路获得相位错开λ/2的量的输出波形。
如国际公开第2009/119471号所公开的磁传感器那样，第一磁阻效应元件组和第二磁阻效应元件组的偏移量，与使用的磁场发生器的磁极节距(例如相邻的两个N极的中心间距离)具有对应关系。在磁极节距与上述偏移量的4倍相等或大致相等的情况下，相当于检测信号中所包含的二次谐波的高次谐波分量最小。因此，通常不设想将磁编码器的磁场发生器改变为磁极的节距不同的磁场发生器。
但是，在适用于产生较大振动的装置的磁编码器中，为了防止磁传感器与磁场发生器的碰撞，有时要求增大磁传感器和磁场发生器的间隔。如果不改变磁场发生器的磁极节距而增大上述间隔，则担心施加于磁传感器的磁场变弱，磁传感器的检测信号变小。因此，在上述情况下，优选使用磁极节距大的磁场发生器。但是，因为上述偏移量即磁阻效应元件的节距不能简单地改变，所以当在维持磁阻效应元件的节距的状态下，与磁极节距大的磁场发生器组合使用磁传感器时，磁阻效应元件的检测值的误差变大。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够降低因磁场发生器的磁极节距的不同而发生的误差的磁编码器、和包括该磁编码器的测距装置。
本发明的磁编码器包括：磁场发生器，其产生包含第一方向的磁场分量的对象磁场；和磁传感器，其构成为检测对象磁场。磁传感器和磁场发生器构成为，在磁传感器和磁场发生器的至少一者工作时，基准位置处的磁场分量的强度发生变化。磁场发生器是多组N极和S极交替地排列的磁尺。磁传感器构成为，包括各自的电阻值与磁场分量的强度的变化相应地变化的多个电阻体，并且分别生成与磁场分量的强度的变化对应的第一检测信号和第二检测信号。
多个电阻体包含两个电阻体。两个电阻体中的一个电阻体的电阻值与第一检测信号具有对应关系。两个电阻体中另一个电阻体的电阻值与第二检测信号具有对应关系。一个电阻体和另一个电阻体以使得第一检测信号的相位和第二检测信号的相位互不相同的方式配置于第一方向上互不相同的位置。在磁尺中，在将隔着一个S极相邻的两个N极的中心间距离设为磁极节距、且将一个电阻体内的规定位置与另一个电阻体内的规定位置在第一方向上的间隔的4倍设为设计节距时，磁极节距比设计节距大。
第一检测信号和第二检测信号各自包含：以描绘理想的正弦曲线的方式周期性地变化的理想分量和分别相当于理想分量的高次谐波的多个高次谐波分量。多个电阻体构成为能够降低多个高次谐波分量中的、至少相当于二次谐波的高次谐波分量。
在本发明的磁编码器中，磁极节距也可以大于设计节距的1.1倍。另外，磁极节距也可以大于设计节距的1.25倍、且小于设计节距的1.75倍。
另外，在本发明的磁编码器中，磁传感器还可以包括：电源端口、接地端口、第一输出端口和第二输出端口。多个电阻体也可以包括第一电阻体、第二电阻体、第三电阻体、第四电阻体、第五电阻体、第六电阻体、第七电阻体、和第八电阻体。第一电阻体和第二电阻体也可以在将电源端口和第一输出端口连接的第一路径上从电源端口侧起依次设置。第三电阻体和第四电阻体也可以在将接地端口和第一输出端口连接的第二路径上从接地端口侧起依次设置。第五电阻体和第六电阻体也可以在将接地端口和第二输出端口连接的第三路径上从接地端口侧起依次设置。第七电阻体和第八电阻体也可以在将电源端口和第二输出端口连接的第四路径上从电源端口侧起依次设置。
第一方向上的第一电阻体内的第一位置和第二电阻体内的第二位置的间隔、第一方向上的第三电阻体内的第三位置和第四电阻体内的第四位置的间隔、第一方向上的第五电阻体内的第五位置和第六电阻体内的第六位置的间隔、和第一方向上的第七电阻体内的第七位置和第八电阻体内的第八位置的间隔，也可以分别等于设计节距的1/2的奇数倍。第一方向上的第一位置和第三位置的间隔、第一方向上的第五位置和第七位置的间隔，也可以分别等于零或设计节距的整数倍。第一方向上的第一位置和第五位置的间隔也可以等于设计节距的1/4。
磁传感器还可以包括多个磁阻效应元件。多个磁阻效应元件各自也可以包括磁化固定层、自由层、和配置于磁化固定层和自由层之间的间隔层。磁化固定层也可以具有方向被固定的第一磁化。自由层也可以具有方向能够在与第一方向和正交于第一方向的第二方向两者平行的平面内发生变化的第二磁化。磁化固定层、自由层和间隔层也可以在与第一方向和第二方向正交的第三方向上层叠。第一电阻体至第八电阻体也可以使用多个磁阻效应元件构成。第一、第四、第六和第七电阻体中的磁化固定层的第一磁化也可以包含作为与第一方向平行一个方向的第一磁化方向的分量。第二、第三、第五和第八电阻体中的磁化固定层的第一磁化也可以包含与第一磁化方向相反的第二磁化方向的分量。
在多个电阻体包括第一至第八电阻体的情况下，第一位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第一电阻体的重心。第二位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第二电阻体的重心。第三位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第三电阻体的重心。第四位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第四电阻体的重心。第五位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第五电阻体的重心。第六位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第六电阻体的重心。第七位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第七电阻体的重心。第八位置也可以是从与第三方向平行的一个方向观察时的第八电阻体的重心。
另外，在多个电阻体包括第一至第八电阻体的情况下，第一电阻体和第三电阻体也可以在第二方向上相邻。第二电阻体和第四电阻体也可以在第二方向上相邻。第五电阻体和第七电阻体也可以在第二方向上相邻。第六电阻体和第八电阻体也可以在第二方向上相邻。
另外，在多个电阻体包括第一至第八电阻体的情况下，也可以是，第一电阻体与第七电阻体相邻，但与第八电阻体不相邻。也可以是，第八电阻体与第二电阻体相邻，但与第一电阻体不相邻。另外，第三电阻体也可以配置于在其与第七电阻体之间夹着第一电阻体的位置。第四电阻体也可以配置于在其与第八电阻体之间夹着第二电阻体的位置。第五电阻体也可以配置于在其与第一电阻体之间夹着第七电阻体的位置。第六电阻体也可以配置于在其与第二电阻体之间夹着第八电阻体的位置。
在磁传感器包括多个磁阻效应元件的情况下，多个磁阻效应元件分别也可以构成为能够对自由层施加与第一方向交叉的方向的偏置磁场。间隔层也可以是隧道势垒层。
另外，在本发明的磁编码器中，也可以是，磁场发生器构成为以旋转轴为中心进行旋转，并且具有位于与旋转轴平行的一个方向的端部的端面。多组N极和S极也可以绕旋转轴交替地排列，并且被设置于端面。基准位置处的磁场分量的强度也可以随着磁场发生器的旋转而变化。磁传感器也可以被配置为与端面相对。磁场发生器也可以构成为，与使用于测量距对象物的距离的光的行进方向变化的光学元件联动地旋转。
另外，在本发明的磁编码器中，磁场发生器也可以构成为以旋转轴为中心旋转，并且具有朝向远离旋转轴的方向的外周面。多组N极和S极也可以绕旋转轴交替地排列，并且被设置于外周面。基准位置处的磁场分量的强度也可以随着磁场发生器的旋转而变化。磁传感器也可以被配置为与外周面相对。磁场发生器也可以构成为，与使用于测量距对象物的距离的光的行进方向变化的光学元件联动地旋转。
本发明的测距装置是通过检测所照射的光来测量距对象物的距离的测距装置。测距装置包括：光学元件，其构成为能够一边使光的行进方向变化，一边进行旋转；和本发明的磁编码器。磁场发生器构成为与光学元件联动地以旋转轴为中心进行旋转。多组N极和S极绕旋转轴交替地排列。基准位置处的磁场分量的强度随着磁场发生器的旋转而变化。
在本发明的测距装置中，磁场发生器也可以具有位于与旋转轴平行的一个方向的端部的端面。在此情况下，多组N极和S极也可以设置于端面。磁传感器也可以被配置为与端面相对。或者，磁场发生器也可以具有朝向远离旋转轴的方向的外周面。在此情况下，多组N极和S极也可以设置于外周面。磁传感器也可以被配置为与外周面相对。
在本发明的磁编码器和测距装置中，多个电阻体构成为能够降低多个谐波分量中的、至少相当于二次谐波的高次谐波分量。由此，根据本发明，能够降低磁场发生器的磁极节距的不同引起的误差。
本发明的其它目的、特征和优点通过以下的说明将变得充分清楚。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的测距装置的立体图。
图2是表示本发明的一个实施方式的磁编码器的立体图。
图3是表示本发明的一个实施方式的磁编码器的俯视图。
图4是表示本发明的一个实施方式的磁编码器的主视图。
图5是表示本发明的一个实施方式的磁传感器的俯视图。
图6是表示本发明的一个实施方式的磁传感器的结构的电路图。
图7是用于说明本发明的一个实施方式中的第一至第八电阻体的配置的说明图。
图8是表示本发明的一个实施方式的第一电阻体的俯视图。
图9是表示本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件的第一例的立体图。
图10是表示本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件的第二例的立体图。
图11是表示比较例的磁传感器的俯视图。
图12是表示比较例的磁传感器的结构的电路图。
图13是表示通过模拟求得的比较例的模型的振幅比的特性图。
图14是表示通过模拟求得的实施例的模型的振幅比的特性图。
图15是表示通过模拟求得的比较例的模型和实施例的模型各自的检测值的误差的特性图。
图16是表示本发明的一个实施方式的磁编码器的变形例的磁场发生器的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。首先，参照图1说明本实施方式的测距装置。图1是表示本实施方式的测距装置401的立体图。
图1所示的测距装置401是通过检测所照射的光来测量距对象物的距离的装置，例如构成车载用的LIDAR(Light Detection and Ranging：光探测和测距)的一部分。在图1所示的例子中，测距装置401包括光电单元411、光学元件412和未图示的驱动装置。
光电单元411包括照射光411a的光学元件和检测来自对象物的反射光411b的检测元件。光学元件412例如可以是由支承体413支承的反射镜。光学元件412相对于光学元件的出射面倾斜，以使光411a和反射光411b各自的行进方向变化。另外，光学元件412构成为通过未图示的驱动装置以规定的旋转轴为中心进行旋转。
本实施方式的磁编码器1被用作用于检测光学元件412的旋转位置的位置检测装置。以下，参照图2～图4对磁编码器1的概略结构进行说明。图2是表示磁编码器1的立体图。图3是表示磁编码器1的俯视图。图4是表示磁编码器1的主视图。
本实施方式的磁编码器1包括磁传感器2和磁场发生器3。磁场发生器3以旋转轴C为中心，与图1所示的光学元件412联动地旋转。
磁场发生器3产生作为位置检测用的磁场的、磁传感器2应检测的磁场(检测对象磁场)即对象磁场MF。对象磁场MF包含与假想(虚拟)的直线平行的方向的磁场分量。磁传感器2和磁场发生器3构成为，当磁传感器2和磁场发生器3中的至少一者动作(工作)时，基准位置处的磁场分量的强度发生变化。基准位置可以是配置有磁传感器2的位置。磁传感器2检测包含上述的磁场分量的对象磁场MF，分别生成与磁场分量的强度对应的第一和第二检测信号。
在本实施方式中尤其是，磁场发生器3是将多组N极和S极绕旋转轴C交替排列的磁尺(旋转尺)。磁场发生器3具有位于与旋转轴C平行的一个方向的一端的端面3a。多组N极和S极设置于端面3a。在图2和图3中，为了便于理解，对N极标注阴影。在图4中，为了容易理解，用多组N极和S极示意地表示磁场发生器3。磁传感器2被配置为与端面3a相对。基准位置、例如配置磁传感器2的位置处的磁场分量MFx的强度，随着磁场发生器3的旋转而变化。
如图4所示，将在磁场发生器3的旋转方向上相邻的两个N极的间隔、即隔着一个S极相邻的两个N极的中心间距离称为磁极节距，将磁极节距的大小用符号λm表示。隔着一个N极相邻的两个S极的中心间距离等于磁极节距λm。
在此，如图4所示，定义X方向、Y方向和Z方向。在本实施方式中，将与旋转轴C正交的两个方向设为X方向和Y方向，将作为与旋转轴C平行的一个方向的、从磁传感器2向磁场发生器3去的方向设为Z方向。另外，将从磁传感器2向旋转轴C去的方向设为Y方向。在图4中，将Y方向表示为从图4中的跟前向里去的方向。另外，将与X方向相反的方向设为－X方向，将与Y方向相反的方向设为－Y方向，将与Z方向相反的方向设为－Z方向。
磁传感器2配置于相对于磁场发生器3向－Z方向离开的位置。磁传感器2构成为能够检测规定位置处的对象磁场MF的与X方向平行的方向的磁场分量MFx的强度。磁场分量MFx的强度例如在磁场分量MFx的方向为X方向时用正值表示，在磁场分量MFx的方向为－X方向时用负值表示。当磁场发生器3旋转时，磁场分量MFx的强度周期性地变化。与X方向平行的方向对应于本发明中的“第一方向”。
接着，参照图5和图6对磁传感器2进行详细说明。图5是表示磁传感器2的俯视图。图6是表示磁传感器2的结构的电路图。如图6所示，磁编码器1还包括检测值生成电路4。检测值生成电路4基于磁传感器2生成的与磁场分量MFx的强度对应的第一检测信号S1和第二检测信号S2，生成与磁场发生器3的旋转位置即光学元件412的旋转位置具有对应关系的检测值Vs。检测值生成电路4例如能够由专用集成电路(ASIC)或微型计算机实现。
磁传感器2分别包括：分别构成为电阻值响应磁场分量MFx的强度而变化的第一电阻体R11、第二电阻体R12、第三电阻体R13、第四电阻体R14、第五电阻体R21、第六电阻体R22、第七电阻体R23和第八电阻体R24。另外，磁传感器2包括多个磁阻效应元件(以下记为MR元件)50。第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24分别使用多个MR元件50构成。
磁传感器2还包括电源端口V1、接地端口G1、第一输出端口E1、和第二输出端口E2。接地端口G1接地。第一和第二输出端口E1、E2与检测值生成电路4连接。磁传感器2可以是恒压驱动，也可以是恒流驱动。在磁传感器2为恒压驱动的情况下，对电源端口V1施加规定大小的电压。在磁传感器2为恒流驱动的情况下，向电源端口V1供给规定大小的电流。
磁传感器2生成与第一输出端口E1的电位具有对应关系的信号作为第一检测信号S1，生成与第二输出端口E2的电位具有对应关系的信号作为第二检测信号S2。检测值生成电路4基于第一和第二检测信号S1、S2生成检测值Vs。此外，磁传感器2和检测值生成电路4的至少一者也可以构成为能够校正第一和第二检测信号S1、S2各自的振幅、相位和偏移(offset)。
第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24满足关于电路结构上的配置的以下要件。第一电阻体R11和第二电阻体R12从电源端口V1侧起依次设置于将电源端口V1和第一输出端口E1连接的第一路径5。第三电阻体R13和第四电阻体R14从接地端口G1侧起依次设置于将接地端口G1和第一输出端口E1连接的第二路径6。第五电阻体R21和第六电阻体R22从接地端口G1侧起依次设置于将接地端口G1和第二输出端口E2连接的第三路径7。第七电阻体R23和第八电阻体R24从电源端口V1侧起依次设置于将电源端口V1和第二输出端口E2连接的第四路径8。
如图5所示，磁传感器2还包括基板10、配置在该基板10之上的电源端子11、接地端子12、第一输出端子13和第二输出端子14。电源端子11构成电源端口V1。接地端子12构成接地端口G1。第一和第二输出端子13、14分别构成第一和第二输出端口E1、E2。
接着，参照图7对第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的配置进行说明。图7是用于说明第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的配置的说明图。第一至第四电阻体R11～R14各自的电阻值与第一检测信号S1具有对应关系。第五至第八电阻体R21～R24各自的电阻值与第二检测信号S2具有对应关系。第一至第四电阻体R11～R14的组和第五至第八电阻体R21～R24的组，以使得第一检测信号S1的相位和第二检测信号S2的相位互不相同的方式在与X方向平行的方向上配置于互不相同的位置。
在图7中，附图标记C11表示第一电阻体R11内的第一位置，附图标记C12表示第二电阻体R12内的第二位置，附图标记C13表示第三电阻体R13内的第三位置，附图标记C14表示第四电阻体R14内的第四位置。第一至第四位置C11～C14分别是用于确定第一至第四电阻体R11～R14的物理位置的位置。在本实施方式中，特别是第一位置C11是从Z方向观察时、即从相对于磁传感器2位于Z方向的前方的位置观察磁传感器2时的第一电阻体R11的重心。另外，第二位置C12是从Z方向观察时的第二电阻体R12的重心，第三位置C13是从Z方向观察时的第三电阻体R13的重心，第四位置C14是从Z方向观察时的第四电阻体R14的重心。
另外，在图7中，附图标记C21表示第五电阻体R21内的第五位置，附图标记C22表示第六电阻体R22内的第六位置，附图标记C23表示第七电阻体R23内的第七位置，附图标记C24表示第八电阻体R24内的第八位置。第五至第八位置C21～C24分别是用于确定第五至第八电阻体R21～R24的物理位置的位置。在本实施方式中，特别是第五位置C21是从Z方向观察时的第五电阻体R21的重心，第六位置C22是从Z方向观察时的第六电阻体R22的重心，第七位置C23是从Z方向观察时的第七电阻体R23的重心，第八位置C24是从Z方向观察时的第八电阻体R24的重心。
在此，将设计节距λs定义如下。设计节距λs是第一电阻体R11内的规定位置与第五电阻体R21内的规定位置的与X方向平行的方向上的间隔的4倍。在本实施方式中，特别是第一电阻体R11内的规定位置是第一位置C11，第五电阻体R21内的规定位置是第五位置C21。
另外，在本实施方式中，特别是与X方向平行的方向上的第一位置C11和第五位置C21的间隔、与X方向平行的方向上的第二位置C12和第六位置C22的间隔、与X方向平行的方向上的第三位置C13和第七位置C23的间隔、和与X方向平行的方向上的第四位置C14和第八位置C24的间隔，彼此相等。因此，也能够使用第二和第六电阻体R12、R22的组、第三和第七电阻体R13、R23的组、或第四和第八电阻体R14、R24的组来代替第一和第五电阻体R11、R21的组来定义λs。
图4所示的磁极节距λm比设计节距λs大。磁极节距λm优选为比设计节距λs的1.1倍大，优选比设计节距λs的1.25倍大，且比设计节距λs的1.75倍小。
在此，设想与本实施方式中的磁场发生器3不同的假想的磁场发生器。假想的磁场发生器的结构除其磁极节距与磁场发生器3的磁极节距λm不同这点以外，与磁场发生器3的结构相同。假想的磁场发生器的磁极节距与设计节距λs相等。因此，磁极节距λm大于假想的磁场发生器的磁极节距。在将磁场发生器3置换为了假想的磁场发生器的情况下，第一检测信号S1和第二检测信号S2的相位差为90°。第一至第四电阻体R11～R14的组和第五至第八电阻体R21～R24的组，在与X方向平行的方向上配置于互不相同的位置，使得在将磁场发生器3置换为了假想的磁场发生器的情况下，第一检测信号S1和第二检测信号S2的相位差为90°。
第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24满足关于物理上的配置的以下的要件。与X方向平行的方向上的第一位置C11和第二位置C12的间隔、与X方向平行的方向上的第三位置C13和第四位置C14的间隔、与X方向平行的方向上的第五位置C21和第六位置C22的间隔、和与X方向平行的方向上的第七位置C23和第八位置C24的间隔，分别等于设计节距λs的1/2的奇数倍。与X方向平行的方向上的第一位置C11和第三位置C13的间隔、与X方向平行的方向上的第五位置C21和第七位置C23的间隔分别等于零或设计节距λs的整数倍。与X方向平行的方向上的第一位置C11和第五位置C21的间隔等于设计节距λs的1/4。
在本实施方式中，第二位置C12是相对于第一位置C11在X方向上间隔λs/2位置，第四位置C14是相对于第三位置C13在X方向上间隔λs/2的位置。另外，与X方向平行的方向上的第一位置C11和第三位置C13的间隔为零。即，与X方向平行的方向上的第三位置C13与同方向上的第一位置C11相同。第三位置C13相对于第一位置C11位于－Y方向的前方。另外，与X方向平行的方向上的第四位置C14与同方向上的第二位置C12相同。第四位置C14相对于第二位置C12位于－Y方向的前方。
第五至第八电阻体R21～R24相对于第一至第四电阻体R11～R14配置于Y方向的前方。第五至第八电阻体R21～R24的物理上的配置与第一至第四电阻体R11～R14的物理上的配置相同。如果将第一至第四电阻体R11～R14的物理上的配置的说明中的第一至第四电阻体R11～R14和第一至第四位置C11～C14分别置换为第五至第八电阻体R21～R24和第五至第八位置C21～C24，则成为第五至第八电阻体R21～R24的物理上的配置的说明。
另外，在本实施方式中，第五位置C21(第七位置C23)相对于第一位置C11(第三位置C13)位于X方向的前方的λs/4处。第六位置C22(第八位置C24)相对于第二位置C12(第四位置C14)位于X方向的前方的λs/4处。
第一电阻体R11与第七电阻体R23相邻，但与第八电阻体R24不相邻。第八电阻体R24与第二电阻体R12相邻，但与第一电阻体R11不相邻。
第三电阻体R13配置于在其与第七电阻体R23之间夹着第一电阻体R11的位置。第四电阻体R14配置于在其与第八电阻体R24之间夹着第二电阻体R12的位置。第五电阻体R21配置于在其与第一电阻体R11之间夹着第七电阻体R23的位置。第六电阻体R22配置于在其与第二电阻体R12之间夹着第八电阻体R24的位置。
接着，对第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的结构进行说明。第一和第二检测信号S1、S2分别包含：以描绘理想的正弦曲线(包含正弦(Sine)波形和余弦(Cosine)波形)的方式，以规定的信号周期周期性变化的理想分量。在本实施方式中，以使得第一检测信号S1的理想分量的相位和第二检测信号S2的理想分量的相位互不相同的方式，构成第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24。图7所示的设计节距λs相当于使用了上述假想的磁场发生器时的理想分量中的一周期即电角的360°。在本实施方式磁编码器1中，使用磁极节距为λm的磁场发生器3。在使用了该磁场发生器3情况下，磁极节距λm相当于理想分量中的一周期(电角的360°)。即，理想分量的周期为λm。
另外，第一和第二检测信号S1、S2分别除了包含理想分量以外，还分别包含相当于理想分量的高次谐波的多个高次谐波分量。在本实施方式中，以降低多个高次谐波分量的方式构成第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24。
下面，对第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的结构进行具体说明。首先，对MR元件50的结构进行说明。在本实施方式中，MR元件50是自旋阀型的MR元件。该自旋阀型的MR元件包含磁化固定层、自由层、和配置于磁化固定层与自由层之间的间隔层。磁化固定层具有方向被固定的第一磁化。自由层具有在与平行于X方向的方向和平行于Y方向的方向两者平行的平面内(XY平面内)方向可发生变化的第二磁化。磁化固定层、自由层和间隔层在与Z方向平行的方向上层叠。与Y方向平行的方向对应于本发明中的“第二方向”。与Z方向平行的方向对应于本发明中的“第三方向”。
自旋阀型的MR元件可以是TMR(隧道磁阻效应)元件，也可以是GMR(巨磁阻效应)元件。在本实施方式中，为了减小磁传感器2的尺寸，MR元件50优选为TMR元件。在TMR元件中，间隔层是隧道势垒层(tunnel barrier layer)。在GMR元件中，间隔层是非磁性导电层。在自旋阀型的MR元件中，电阻值与自由层的磁化方向相对于磁化固定层的磁化方向所成的角度相应地变化，该角度为0°时电阻值为最小值，角度为180°时电阻值为最大值。
在图5和图6中，在第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24内描绘的箭头表示该电阻体所包括的多个MR元件50各自的磁化固定层的第一磁化方向。
第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24满足关于磁化固定层的磁化的以下要件。第一和第四电阻体R11、R14中的磁化固定层的第一磁化包含作为与上述第一方向(与X方向平行的方向)平行的一个方向的第一磁化方向的分量。第二和第三电阻体R12、R13中的磁化固定层的第一磁化包含与第一磁化方向相反的第二磁化方向的分量。第五和第八电阻体R21、R24中的磁化固定层的第一磁化包含第二磁化方向的分量。第六和第七电阻体R22、R23中的磁化固定层的第一磁化包含第一磁化方向的分量。在本实施方式中，特别是第一磁化方向是－X方向，第二磁化方向是X方向。
此外，在第一磁化包含特定的磁化方向的分量的情况下，特定的磁化方向的分量也可以是第一磁化的主分量。或者，第一磁化也可以不包含与特定的磁化方向正交的方向的分量。在本实施方式中，在第一磁化包含特定的磁化方向的分量的情况下，第一磁化方向为特定的磁化方向或大致特定的磁化方向。
多个MR元件50各自的自由层的第二磁化方向与磁场分量MFx的强度相应地在XY平面内变化。由此，第一和第二输出端口E1、E2各自的电位与磁场分量MFx的强度相应地变化。
接着，对第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24各自中的多个MR元件50的配置进行说明。在此，将一个以上的MR元件50的集合称为元件组。第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24各自包括多个元件组。多个元件组基于设计节距λs隔开规定间隔地配置，以降低误差分量。此外，在以下的说明中，在说明多个元件组的配置的情况下，以元件组的规定位置为基准进行说明。规定的位置例如是从Z方向观察时的元件组的重心。
图8是表示第一电阻体R11的俯视图。如图8所示，第一电阻体R11包括八个元件组31、32、33、34、35、36、37、38。元件组31～38分别被划分为四个区划。在各区划配置一个以上的MR元件50。因此，各元件组包括四个以上的MR元件50。多个MR元件50也可以在各元件组内串联连接。在此情况下，多个元件组也可以串联连接。或者，多个MR元件50也可以与元件组无关地串联连接。
在图8中，在使用了上述假想的磁场发生器的情况下，以使得降低相当于理想分量的第三高次谐波(三次谐波)的高次谐波分量、相当于理想分量的第五高次谐波(五次谐波)的高次谐波分量、相当于理想分量的第七高次谐波(七次谐波)的高次谐波分量的方式，配置元件组31～38。如图8所示，元件组31～34沿着X方向配置。元件组32相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/10的位置。元件组33相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/6的位置。元件组34相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/10+λs/6的位置(相对于元件组32在X方向上间隔λs/6的位置)。
另外，如图8所示，元件组35～38在元件组31～34的－Y方向的前方沿着X方向配置。元件组35相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/14的位置。元件组36相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/14+λs/10的位置(相对于元件组32在X方向上离开λs/14的位置)。元件组37相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/14+λs/6的位置(相对于元件组33在X方向上离开λs/14的位置)。元件组38相对于元件组31配置于在X方向上离开λs/14+λs/10+λs/6的位置(相对于元件组34在X方向上离开λs/14的位置)。
用于降低多个高次谐波分量的多个元件组的配置不限于图8所示的例子。在此，设k、m分别为1以上且互不相同的整数。例如，在降低相当于2k+1次谐波的高次谐波分量的情况下，将第一元件组配置于相对于第二元件组在X方向上离开λs/(4k+2)的位置。进而，在降低相当于2m+1次谐波的误差分量的情况下，将第三元件组配置于相对于第一元件组在X方向上离开λs/(4m+2)的位置，将第四元件群配置于相对于第二元件群在X方向离开λs/(4m+2)的位置。这样，在降低相当于多个高次谐波的谐波分量的情况下，用于降低相当于一个高次谐波的误差分量的多个元件组各自，相对于用于降低相当于其它高次谐波的误差分量的多个元件组各自中的对应的元件组，配置于在X方向上离开基于设计节距λs的规定间隔的位置。
在本实施方式中，第二至第八电阻体R12～R14、R21～R24各自中的多个元件组的结构和配置，与第一电阻体R11中的多个元件组的结构和配置相同。即，第二至第八电阻体R12～R14、R21～R24各自也包括图8所示的结构和位置关系的8个元件组31～38。此外，第三电阻体R13的元件组31配置于在X方向上与第一电阻体R11的元件组31相同的位置。第四电阻体R14的元件组31配置于在X方向上与第二电阻体R12的元件组31相同的位置。第二电阻体R12元件组31相对于第一电阻体R11的元件组31配置于在X方向上离开λs/2的位置。第四电阻体R14元件组31相对于第三电阻体R13的元件组31配置于在X方向上离开λs/2的位置。
第七电阻体R23的元件组31配置于在X方向上与第五电阻体R21的元件组31相同的位置。第八电阻体R24的元件组31配置于在X方向上与第六电阻体R22的元件组31相同的位置。第五电阻体R21元件组31相对于第一电阻体R11的元件组31配置于在X方向上离开λs/4的位置。第六电阻体R22元件组31相对于第五电阻体R21的元件组31配置于在X方向上离开λs/2的位置。第八电阻体R24元件组31相对于第七电阻体R23的元件组31配置于在X方向上离开λs/2的位置。
通过以上说明了的第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的结构，第二检测信号S2的理想分量相对于第一检测信号S1的理想分量的相位差成为规定的信号周期(理想分量的信号周期)的1/4的奇数倍，并且能够使第一和第二检测信号S1、S2各自的多个高次谐波分量降低。
此外，从MR元件50的制作精度等观点出发，第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24的位置和元件组31～38的位置也可以稍微偏离上述的位置。
接着，参照图9和图10对MR元件50的第一和第二例进行说明。图9是表示MR元件50的第一例的立体图。在第一例中，MR元件50包括层叠膜50A，该层叠膜50A包括在Z方向上依次层叠的磁化固定层51、间隔层52和自由层53。从Z方向观察时的层叠膜50A的平面形状可以为圆形，也可以如图9所示为正方形或大致正方形。
MR元件50的层叠膜50A的下表面，通过未图示的下部电极与其它MR元件50的层叠膜50A的下表面电连接，MR元件50的层叠膜50A的上表面通过未图示的上部电极进一步与其它MR元件50的层叠膜50A的上表面电连接。由此，多个MR元件50被串联连接。此外，层叠膜50A中的层51～53的配置也可以与图9所示的配置上下相反。
MR元件50还包括产生对自由层53施加的偏置磁场的偏置磁场发生器50B。偏置磁场的方向是与平行于X方向的方向交叉的方向。在第一例中，偏置磁场发生器50B包括两个磁铁54、55。磁铁54相对于层叠膜50A配置于－Y方向的前方。磁铁55相对于层叠膜50A配置于Y方向的前方。在第一例中，特别是层叠膜50A和磁铁54、55配置于与平行于XY平面的一个假想的平面交叉的位置。另外，在图9中，磁铁54、55内的箭头表示磁铁54、55的磁化方向。在第一例中，偏置磁场的方向是Y方向。
图10是表示MR元件50的第二例的立体图。除了层叠膜50A的平面形状和磁铁54、55的位置之外，MR元件50的第二例的结构与MR元件50的第一例的结构相同。在第二例中，磁铁54、55配置于在Z方向上与层叠膜50A不同的位置。在图10所示的例子中，特别是磁铁54、55相对于层叠膜50A配置于Z方向的前方。另外，从Z方向观察时的层叠膜50A的平面形状是在Y方向上长的长方形。从Z方向观察时，磁铁54、55配置于与层叠膜50A重叠的位置。
此外，偏置磁场的方向和磁铁54、55的配置不限于图9和图10所示的例子。例如，偏置磁场的方向只要是与平行于X方向的方向和平行于Z方向的方向交叉的方向即可，也可以是相对于Y方向倾斜的方向。另外，磁铁54、55也可以在与X方向平行的方向上相互错开。
另外，也可以代替偏置磁场发生器50B，而通过形状磁各向异性或结晶磁各向异性等单轴磁各向异性对自由层53施加偏置磁场。
接着，对本实施方式中的检测值Vs的生成方法进行说明。检测值生成电路4例如如下所述地生成检测值Vs。检测值生成电路4首先对第一和第二检测信号S1、S2分别执行规定的校正处理。校正处理至少包括使第一检测信号S1和第二检测信号S2的相位差为90°的处理。校正处理还可以包括校正第一和第二检测信号S1、S2各自的振幅的处理、和校正第一和第二检测信号S1、S2各自的偏移(offset)的处理中的至少一者。接着，检测值生成电路4通过计算第二检测信号S2相对于第一检测信号S1之比的反正切即atan(S2/S1)，在0°以上且小于360°的范围内求取初始检测值。初始检测值可以是上述的反正切的值本身，也可以是对反正切的值加上规定的角度而得到的值。
在上述的反正切值为0°时，从Z方向观察时，磁场发生器3的S极的位置与第一和第三电阻体R11、R13各自的元件组31的位置一致。另外，在上述的反正切值为180°时，从Z方向观察时，磁场发生器3的N极的位置与第一和第三电阻体R11、R13各自的元件组31的位置一致。因此，初始检测值与磁场发生器3在从一个S极到隔着一个N极相邻的另一个S极的范围内的旋转位置具有对应关系。
另外，检测值生成电路4令初始检测值的一周期量为电角的360°，对来自基准位置的电角的转速进行计数。电角与磁场发生器3的旋转位置具有对应关系，电角的一次旋转相当于从一个S极到隔着一个N极相邻的另一个S极的移动量。检测值生成电路4基于初始检测值和电角的转速，生成与磁场发生器3的旋转位置具有对应关系的检测值Vs。
接着，对本实施方式的磁传感器2的制造方法进行简单说明。磁传感器2的制造方法包括：在基板10上形成多个MR元件50的工序；在基板10上形成端子11～14的工序；和形成与多个MR元件50及端子11～14连接的多个配线的工序。
在形成多个MR元件50的工序中，首先形成之后成为多个MR元件50的多个初始MR元件。多个初始MR元件各自包括之后成为磁化固定层51的初始磁化固定层、自由层53、和间隔层52。
接着，使用激光和规定方向的外部磁场将初始磁化固定层的磁化方向固定为上述的规定方向。例如，在之后成为构成第一、第四、第六和第七电阻体R11、R14、R22、R23的多个MR元件50的多个初始MR元件中，一边施加第一磁化方向(－X方向)的外部磁场，一边对多个初始MR元件照射激光。当激光的照射结束时，初始磁化固定层的磁化方向被固定在第一磁化方向。由此，初始磁化固定层成为磁化固定层51，多个初始MR元件成为构成第一、第四、第六和第七电阻体R11、R14、R22、R23的多个MR元件50。
另外，在之后成为构成第二、第三、第五和第八电阻体R12、R13、R21、R24多个MR元件50的其它多个初始MR元件中，通过使外部磁场的方向为第二磁化方向(X方向)，能够将其它多个初始MR元件各自的初始磁化固定层的磁化方向固定在第二磁化方向。这样，能够形成多个MR元件50。
接着，对本实施方式的磁编码器1的作用和效果进行说明。在本实施方式中，第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24构成为降低多个高次谐波分量中、至少相当于二次谐波的高次谐波分量。具体而言，如上所述，第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24被配置为满足关于电路结构上的配置的要件、关于物理上的配置的要件、和关于磁化固定层的磁化的要件。由此，根据本实施方式，能够降低因磁场发生器3的磁极节距λm与磁传感器2的设计节距λs的差异而产生的误差。
以下，与比较例的磁编码器相比，说明本实施方式的磁编码器1的效果。首先，对比较例的磁编码器的结构进行说明。比较例的磁编码器的结构与本实施方式的磁编码器1的结构的不同之处在于，代替本实施方式的磁传感器2而包括比较例的磁传感器102。
图11是表示比较例的磁传感器102的俯视图。图12是表示比较例的磁传感器102的结构的电路图。磁传感器102包括：分别构成为电阻值与磁场分量MFx的强度相应地变化的第一电阻体R1、第二电阻体R2、第三电阻体R3和第四电阻体R4。另外，磁传感器102包括多个MR元件50。第一至第四电阻体R1～R4分别使用多个MR元件50构成。
磁传感器102还包括电源端口V101、接地端口G101、第一输出端口E101和第二输出端口E102。接地端口G101接地。第一和第二输出端口E101、E102与检测值生成电路4连接。
磁传感器102生成与第一输出端口E101的电位具有对应关系的信号作为第一检测信号S101，生成与第二输出端口E102的电位具有对应关系的信号作为第二检测信号S102。连接有磁传感器102的检测值生成电路4基于第一和第二检测信号S101、S102生成检测值Vs。
第一电阻体R1设置于将电源端口V101和第一输出端口E101连接的路径。第二电阻体R2设置于将接地端口G101和第一输出端口E101连接的路径。第三电阻体R3设置于将接地端口G101和第二输出端口E102连接的路径。第四电阻体R4设置于将电源端口V101和第二输出端口E102连接的路径。
从Z方向观察时的第二电阻体R2的重心相对于从Z方向观察时的第一电阻体R1的重心配置于在X方向上离开λs/2的位置。从Z方向观察时的第三电阻体R3的重心相对于从Z方向观察时的第四电阻体R4的重心配置于在X方向上离开λs/2的位置。从Z方向观察时的第四电阻体R4的重心相对于从Z方向观察时的第一电阻体R1的重心配置于在X方向上离开λs/4的位置。
在图11和图12中，在第一至第四电阻体R1～R4内描绘的箭头表示该电阻体中包括的多个MR元件50各自的磁化固定层的第一磁化方向。在比较例中，在所有第一至第四电阻体R1～R4中，第一磁化的方向为－X方向。
第一至第四电阻体R1至R4各自包括多个元件组。第一至第四电阻体R1～R4各自中的多个元件组的结构和配置，与本实施方式的磁传感器2的第一电阻体R11中的多个元件组的结构和配置相同。
接着，对比较例中的第一检测信号S101进行说明。在比较例中，第一电阻体R1的电阻值R1和第二电阻体R2的电阻值R2分别用下述式(1)、(2)表示。此外，在式(1)、(2)中，R0、，ΔR分别是规定的常数，θ表示电角。
R1＝R0+ΔRcos(θ)……(1)
R2＝R0+ΔRcos(θ+λs/λm×π)……(2)
另外，第一检测信号S101由下式(3)表示。
S101＝R2/(R1+R2)……(3)
在磁极节距λm等于设计节距λs的情况下，根据式(1)～(3)，第一检测信号S101由下述式(4)表示。
S101＝R2/(2R0+ΔRcos(θ)－ΔRcos(θ))
＝R2/2R0……(4)
在磁极节距λm与设计节距λs不同的情况下，根据式(1)～(3)，第一检测信号S101由下述式(5)表示。
S101
＝R2/(2R0+ΔRcos(θ)+ΔRcos(θ+λs/λm×π))……(5)
如根据式(4)所理解的那样，在磁极节距λm等于设计节距λs的情况下，第一检测信号S101等于R2的常数倍。在此情况下，理想的是，第一检测信号S101以根据电角θ描绘理想的正弦曲线的方式周期性变化(参照式(2))。另一方面，如根据式(5)所理解，在磁极节距λm与设计节距λs不同的情况下，式(5)的分母包含根据电角θ而变化的分量。该分量使第一检测信号S101产生相当于二次谐波的高次谐波分量。
对第一检测信号S101的说明也适用于第二检测信号S102。第三电阻体R3的电阻值R3、第四电阻体R4的电阻值R4和第二检测信号S102，各自能够使用根据电角θ而变化的sin函数来表示。在磁极节距λm与设计节距λs不同的情况下，第二检测信号S102也产生相当于二次谐波的高次谐波分量。第一和第二检测信号S101、S102各自的高次谐波分量使检测值Vs产生误差。
接着，对本实施方式中的第一检测信号S1进行说明。在本实施方式中，第一电阻体R11的电阻值R11、第二电阻体R12的电阻值R12、第三电阻体R13的电阻值R13、和第四电阻体R14的电阻值R14分别用下述式(6)～(9)表示。
R11＝R0+ΔRcos(θ)……(6)
R12＝R0+ΔRcos(θ+λs/λm×π+π)
＝R0－ΔRcos(θ+λs/λm×π)……(7)
R13＝R0+ΔRcos(θ+π)
＝R0－ΔRcos(θ+π)……(8)
R14＝R0+ΔRcos(θ+λs/λm×π)……(9)
第一检测信号S1由下式(10)表示。
S1＝(R13+R14)/(R11+R12+R13+R14)
＝(R13+R14)/4R0……(10)
如从式(10)所理解，在本实施方式中，不管磁极节距λm是否等于设计节距λs，式(10)的分母都为常数，第一检测信号S1等于电阻值R13和电阻值R14之和的常数倍。因此，在本实施方式中，不管磁极节距λm是否等于设计节距λs，理想的是，第一检测信号S1都以根据电角θ描绘理想的正弦曲线的方式周期性地变化(参照式(8)、(9))。
对第一检测信号S1的说明也适用于第二检测信号S2。第二检测信号S2能够用分别用第五电阻体R21的电阻值R21、第六电阻体R22的电阻值R22、第七电阻体R23的电阻值R23和第八电阻体R24的电阻值R24置换式(10)中的R11、R12、R13、R14而得到的式来表示。与第一检测信号S1相同，不管磁极节距λm是否等于设计节距λs，理想的是，第二检测信号S2都以根据电角θ描绘理想的正弦曲线的方式周期性变化。
如上所说明，在本实施方式中，构成为能够降低多个高次谐波分量中的相当于二次谐波的高次谐波分量。由此，根据本实施方式，能够防止检测值Vs产生误差。下面，参照模拟的结果说明该效果。
在模拟中，使用了比较例的模型和实施例的模型。比较例的模型是比较例的磁编码器的模型。实施例的模型是本实施方式的磁编码器1的模型。
在模拟中，令设计节距λs为800μm。在比较例的模型中，以下述方式配置第一至第四电阻体R1～R4：第二电阻体R2的重心相对于第一电阻体R1的重心配置于在X方向上离开400μm的位置，第三电阻体R3的重心相对于第四电阻体的R4的重心配置于在X方向上偏离400μm的位置，第四电阻体R4的重心相对于第一电阻体R1的重心配置于在X方向上离开200μm的位置。
在实施例的模型中，以下述方式配置第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24：第二位置C12相对于第一位置C11处于在X方向上离开400μm的位置，第四位置C14相对于第三位置C13处于在X方向上离开400μm的位置，第六位置C22相对于第五位置C21处于在X方向上离开400μm的位置，第八位置C24相对于第七位置C23处于在X方向上离开400μm的位置，第五位置C21相对于第一位置C11处于在X方向上离开200μm的位置。
另外，在模拟中，将与Z方向平行的方向上的磁传感器2和磁场发生器3的间隔、与Z方向平行的方向上的磁传感器102和磁场发生器3的间隔均设为0.4mm。另外，将施加于电源端口V1的电压和施加于电源端口V101的电压均设为1V。
在此，将信号周期与理想分量的信号周期一致的分量称为一次分量，将相当于第二高次谐波的高次谐波分量称为二次分量，将相当于第三高次谐波的高次谐波分量称为三次分量，将相当于第四高次谐波的高次谐波分量称为四次分量，将相当于第五高次谐波的高次谐波分量称为五次分量，将相当于第六高次谐波的高次谐波分量称为六次分量。另外，将一个高次谐波分量的振幅相对于一次分量的振幅之比称为该高次谐波分量的振幅比。另外，将在检测信号S1、S2、S101、S102各自仅包含理想分量时假定的初始检测值与通过模拟得到的初始检测值之差称为检测值Vs的误差。此外，初始检测值是与通过计算求得的电角相当的值，用0°以上且小于360°的值表示。因此，检测值Vs的误差单位用角度表示。
在模拟中，使磁极节距λm在600μm～2600μm的范围内每次变化200μm。在比较例的模型中，按照每个磁极节距λm求出了使磁场发生器3旋转时的第一和第二检测信号S101、S102和检测值Vs。另外，通过对第一检测信号S101进行傅立叶变换，求出第一检测信号S101的一次分量～六次分量，对于第一检测信号S101求出二次分量～六次分量各自的振幅比。另外，求出检测值Vs的误差。
同样，在实施例的模型中，按照每个磁极节距λm求出了使磁场发生器3旋转时的第一和第二检测信号S1、S2和检测值Vs。另外，通过对第一检测信号S1进行傅立叶变换，求出第一检测信号S1的一次分量～六次分量，对于第一检测信号S1，求出二次分量～六次分量各自的振幅比。另外，求出检测值Vs的误差。
图13是表示通过模拟求出的比较例的模型的振幅比的特性图。图14是表示通过模拟求出的实施例的模型的振幅比的特性图。在图13和图14中，横轴表示磁极节距λm，纵轴表示振幅比。另外，在图13中，附图标记71表示二次分量的振幅比，附图标记72表示三次分量的振幅比，附图标记73表示四次分量的振幅比，附图标记74表示五次分量的振幅比，附图标记75表示六次分量的振幅比。另外，在图14中，附图标记81表示二次分量的振幅比，附图标记82表示三次分量的振幅比，附图标记83表示四次分量的振幅比，附图标记84表示五次分量的振幅比，附图标记85表示六次分量的振幅比。
如图13所示，在比较例的模型中，四次分量的振幅比(附图标记73)、五次分量的振幅比(附图标记74)和六次分量的振幅比(附图标记75)为零或大致为零。另外，在比较例的模型中，可知除磁极节距λm为800μm的情况以外，二次分量的振幅比(附图标记71)最大。另外可知，二次分量的振幅比(附图标记71)在磁极节距λm为800μm的情况下为最小，随着磁极节距λm从800μm变大而增大。其中，磁极节距λm为800μm的情况是磁极节距λm等于设计节距λs的情况。
如图14所示，在实施例的模型中，与比较例的模型相同，四次分量的振幅比(附图标记83)、五次分量的振幅比(附图标记84)和六次分量的振幅比(附图标记85)为零或大致为零。另外，进一步在实施例的模型中，二次分量的振幅比(附图标记81)为零。
图13和14所示的结果也适用于第二检测信号S2、S102。根据模拟的结果可知，在本实施方式中，构成为能够降低多个高次谐波分量中的、相当于二次谐波的高次谐波分量(二次分量)。
图15是表示通过模拟求出的比较例的模型和实施例的模型各自的检测值Vs的误差的特性图。在图15中，横轴表示磁极节距λm，纵轴表示检测值Vs的误差。另外，在图15中，附图标记91表示比较例的模型的误差，附图标记92表示实施例的模型的误差。
如上所述，在模拟中，使用初始检测值计算检测值Vs的误差，使用检测信号S1、S2、S101、S102计算初始检测值。检测信号S1、S2、S101、S102各自的波形依赖于高次谐波分量的振幅比而从正弦曲线变形。因此，检测值Vs的误差依赖于高次谐波分量的振幅比。如从图13和图15所理解，在比较例的模型中，检测值Vs的误差(图15中的附图标记91)大幅度地依赖于二次分量的振幅比(图13中的附图标记71)。检测值Vs误差与二次分量的振幅比同样地在磁极节距λm等于设计节距λs(800μm)的情况下为最小，随着磁极节距λm从800μm变大，即随着磁极节距λm从设计节距λs的背离变大而变大。
另外，如从图14和图15所理解，在实施例的模型中，因为二次分量的振幅比(图14中的附图标记81)为零，所以检测值Vs的误差(图15中的附图标记92)大幅度地依赖于三次分量的振幅比(图14中的附图标记82)。但是，实施例的模型的三次分量的振幅比(图14中的附图标记82)与比较例的模型的二次分量的振幅比(图13中的附图标记71)相比足够小。因此，如图15所示，实施例的模型的误差(附图标记92)与比较例的模型的误差(附图标记91)相比足够小。
如从模拟结果所理解，根据本实施方式，通过构成为能够降低多个高次谐波分量中的、相当于二次谐波的高次谐波分量(二次分量)的方式，能够防止磁极节距λm与设计节距λs的差异引起的检测值Vs的误差。
另外，如上所述，在本实施方式中，以降低相当于三次谐波的高次谐波分量、相当于五次谐波的高次谐波分量、相当于七次谐波的高次谐波分量的方式配置元件组31～38。即，在本实施方式中，第一至第八电阻体R11～R14、R21～R24构成为除了降低与二次谐波相当的高次谐波分量之外，还降低与三次、五次、七次谐波相当的高次谐波分量。由此，根据本实施方式，能够进一步降低检测值Vs的误差。
但是，在将磁编码器1应用于产生较大的振动的装置的情况下，为了防止磁传感器2与磁场发生器3的碰撞，有时要求增大磁传感器2和磁场发生器3的间隔。在此情况下，为了使配置磁传感器2的位置处的磁场分量MFx(参照图4)的强度为所希望的大小，优选使磁极节距λm比设计节距λs大。具体而言，优选磁极节距λm大于设计节距λs的1.1倍，更优选大于设计节距λs的1.25倍。另一方面，如从图15所理解，当磁极节距λm为1400μm以上，即磁极节距λm为设计节距λs的1.75倍以上时，随着磁极节距λm变大，检测值Vs的误差变大。因此，优选磁极节距λm小于设计节距λs的1.75倍。
[变形例]
接着，参照图16对本实施方式的磁编码器1的变形例进行说明。图16是表示磁编码器1的变形例的立体图。在变形例中，磁编码器1包括磁场发生器103来代替图2和图3所示的磁场发生器3。磁场发生器103具有分别朝向远离旋转轴C的方向的外周面103a、103b。外周面103a、103b在与旋转轴C平行的方向上配置于互不相同的位置。外周面103a配置于比外周面103b远离旋转轴C的位置。
多组N极和S极设置于外周面103a。在图16中，为了便于理解，对N极标注阴影。磁传感器2被配置为与外周面103a相对。基准位置、例如配置磁传感器2的位置的磁场分量MFx(参照图4)的强度随着磁场发生器103的旋转而变化。
在变形例中，也可以将与旋转轴C平行的方向设为Y方向，将与旋转轴C正交的、从磁传感器2向旋转轴C去的方向设为Z方向。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种改变。例如，只要满足发明内容的要件，则MR元件50的数量和配置就不限于各实施方式所示的例子，是任意的。
另外，第一至第八位置C11～C14、C21～C24也可以分别是对应的电阻体的－X方向的端部等重心以外的位置。
另外，也可以是，第三、第四、第七和第八电阻体R13、R14、R23、R24分别相对于第一、第二、第五和第六电阻体R11、R12、R21、R22配置于在X方向或－X方向上离开设计节距λs的整数倍的位置。
另外，本发明的磁场发生器也可以是在直线方向上磁化了多组N极和S极的线性尺(Linear scale)。在此情况下，本发明的磁编码器也可以应用于用于检测位置可变化的对象物的位置的位置检测装置。磁传感器和磁场发生器也可以构成为，当对象物的位置发生变化时，磁场分量的强度发生变化。
另外，本发明的磁传感器也可以包括：构成为输出第一检测信号的第一全桥电路和构成为输出第二检测信号的第二全桥电路。第一和第二全桥电路各自也可以由多个电阻体构成。
基于以上的说明，显然能够实施本发明的各种方式和变形例。因此，在发明内容的同等的范围内，上述的最佳方式以外的方式也能够实施本发明。

Claims (17)

1.一种磁编码器，其特征在于，包括：
磁场发生器，其产生包含第一方向的磁场分量的对象磁场；和
磁传感器，其构成为检测所述对象磁场，
所述磁传感器和所述磁场发生器构成为，在所述磁传感器和所述磁场发生器中的至少一者工作时，基准位置处的所述磁场分量的强度发生变化，
所述磁场发生器是多组N极和S极交替地排列的磁尺，
所述磁传感器构成为，包括各自的电阻值响应所述磁场分量的强度的变化而变化的多个电阻体，并且分别生成与所述磁场分量的强度的变化对应的第一检测信号和第二检测信号，
所述多个电阻体包括两个电阻体，
所述两个电阻体中的一个电阻体的电阻值与所述第一检测信号具有对应关系，
所述两个电阻体中的另一个电阻体的电阻值与所述第二检测信号具有对应关系，
所述一个电阻体和所述另一个电阻体，以使得所述第一检测信号的相位与所述第二检测信号的相位互不相同的方式配置于所述第一方向上互不相同的位置，
在所述磁尺中，在令隔着一个S极相邻的两个N极的中心间距离为磁极节距、且令所述一个电阻体内的规定位置与所述另一个电阻体内的规定位置在所述第一方向上的间隔的4倍为设计节距时，所述磁极节距比所述设计节距大，
所述第一检测信号和所述第二检测信号各自包含：以描绘理想的正弦曲线的方式周期性地变化的理想分量；和各自相当于所述理想分量的高次谐波的多个高次谐波分量，
所述多个电阻体构成为，能够降低所述多个高次谐波分量中的、至少相当于二次谐波的高次谐波分量。
2.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁极节距大于所述设计节距的1.1倍。
3.根据权利要求2所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁极节距大于所述设计节距的1.25倍、且小于所述设计节距的1.75倍。
4.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁传感器还包括：电源端口、接地端口、第一输出端口和第二输出端口，
所述多个电阻体包括第一电阻体、第二电阻体、第三电阻体、第四电阻体、第五电阻体、第六电阻体、第七电阻体和第八电阻体，
所述第一电阻体和所述第二电阻体在连接所述电源端口和所述第一输出端口的第一路径中从所述电源端口侧起依次设置，
所述第三电阻体和所述第四电阻体在连接所述接地端口和所述第一输出端口的第二路径中从所述接地端口侧起依次设置，
所述第五电阻体和所述第六电阻体在连接所述接地端口和所述第二输出端口的第三路径中从所述接地端口侧起依次设置，
所述第七电阻体和所述第八电阻体在连接所述电源端口和所述第二输出端口的第四路径中从所述电源端口侧起依次设置，
所述第一方向上的所述第一电阻体内的第一位置与所述第二电阻体内的第二位置的间隔、所述第一方向上的所述第三电阻体内的第三位置与所述第四电阻体内的第四位置的间隔、所述第一方向上的所述第五电阻体内的第五位置与所述第六电阻体内的第六位置的间隔、和所述第一方向上的所述第七电阻体内的第七位置与所述第八电阻体内的第八位置的间隔，分别等于所述设计节距的1/2的奇数倍，
所述第一方向上的所述第一位置与所述第三位置的间隔、和所述第一方向上的所述第五位置与所述第七位置的间隔，分别等于零或所述设计节距的整数倍，
所述第一方向上的所述第一位置与所述第五位置的间隔等于所述设计节距的1/4，
所述磁传感器还包括多个磁阻效应元件，
所述多个磁阻效应元件各自包括磁化固定层、自由层、和配置在所述磁化固定层与所述自由层之间的间隔层，
所述磁化固定层具有方向被固定了的第一磁化，
所述自由层具有方向能够在与所述第一方向和正交于所述第一方向的第二方向两者平行的平面内发生变化的第二磁化，
所述磁化固定层、所述自由层和所述间隔层在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上层叠，
所述第一电阻体、所述第二电阻体、所述第三电阻体、所述第四电阻体、所述第五电阻体、所述第六电阻体、所述第七电阻体和第八电阻体使用所述多个磁阻效应元件构成，
所述第一电阻体、所述第四电阻体、所述第六电阻体和第七电阻体中的所述磁化固定层的所述第一磁化，包含作为与所述第一方向平行的一个方向的第一磁化方向的分量，
所述第二电阻体、所述第三电阻体、所述第五电阻体和第八电阻体中的所述磁化固定层的所述第一磁化，包含与所述第一磁化方向相反的第二磁化方向的分量。
5.根据权利要求4所述的磁编码器，其特征在于：
所述第一位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第一电阻体的重心，
所述第二位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第二电阻体的重心，
所述第三位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第三电阻体的重心，
所述第四位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第四电阻体的重心，
所述第五位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第五电阻体的重心，
所述第六位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第六电阻体的重心，
所述第七位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第七电阻体的重心，
所述第八位置是从与所述第三方向平行的一个方向观察时的所述第八电阻体的重心。
6.根据权利要求4所述的磁编码器，其特征在于：
所述第一电阻体和所述第三电阻体在所述第二方向上相邻，
所述第二电阻体和所述第四电阻体在所述第二方向上相邻，
所述第五电阻体和所述第七电阻体在所述第二方向上相邻，
所述第六电阻体和所述第八电阻体在所述第二方向上相邻。
7.根据权利要求4所述的磁编码器，其特征在于：
所述第一电阻体与所述第七电阻体相邻，但与所述第八电阻体不相邻，
所述第八电阻体与所述第二电阻体相邻，但与所述第一电阻体不相邻。
8.根据权利要求7所述的磁编码器，其特征在于：
所述第三电阻体配置于在其与所述第七电阻体之间夹着所述第一电阻体的位置，
所述第四电阻体配置于在其与所述第八电阻体之间夹着所述第二电阻体的位置，
所述第五电阻体配置于在其与所述第一电阻体之间夹着所述第七电阻体的位置，
所述第六电阻体配置于在其与所述第二电阻体之间夹着所述第八电阻体的位置。
9.根据权利要求4所述的磁编码器，其特征在于：
所述多个磁阻效应元件各自构成为，能够对所述自由层施加与所述第一方向交叉的方向的偏置磁场。
10.根据权利要求4所述的磁编码器，其特征在于：
所述间隔层是隧道势垒层。
11.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁场发生器构成为能够以旋转轴为中心进行旋转，并且具有位于与所述旋转轴平行的一个方向的端部的端面，
所述多组N极和S极绕所述旋转轴交替地排列，并且设置于所述端面，
所述基准位置处的所述磁场分量的强度随着所述磁场发生器的旋转而变化，
所述磁传感器以与所述端面相对的方式配置。
12.根据权利要求11所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁场发生器构成为能够与光学元件联动地进行旋转，所述光学元件使用于测量至对象物的距离的光的行进方向变化。
13.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁场发生器构成为能够以旋转轴为中心进行旋转，并且具有朝向从所述旋转轴离开的方向的外周面，
所述多组N极和S极绕所述旋转轴交替地排列，并且设置于所述外周面，
所述基准位置处的所述磁场分量的强度随着所述磁场发生器的旋转而变化，
所述磁传感器以与所述外周面相对的方式配置。
14.根据权利要求13所述的磁编码器，其特征在于：
所述磁场发生器构成为能够与光学元件联动地进行旋转，所述光学元件使用于测量至对象物的距离的光的行进方向变化。
15.一种测距装置，其通过检测所照射的光来测量至对象物的距离，所述测距装置的特征在于，包括：
光学元件，其构成为能够一边使所述光的行进方向发生变化一边进行旋转；和
权利要求1所述的磁编码器，
所述磁场发生器构成为能够与所述光学元件联动地以旋转轴为中心进行旋转，
所述多组N极和S极绕所述旋转轴交替地排列，
所述基准位置处的所述磁场分量的强度随着所述磁场发生器的旋转而变化。
16.根据权利要求15所述的测距装置，其特征在于：
所述磁场发生器具有位于与所述旋转轴平行的一个方向的端部的端面，
所述多组N极和S极设置于所述端面，
所述磁传感器以与所述端面相对的方式配置。
17.根据权利要求15所述的测距装置，其特征在于：
所述磁场发生器具有朝向从所述旋转轴离开的方向的外周面，
所述多组N极和S极设置于所述外周面，
所述磁传感器以与所述外周面相对的方式配置。
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