JP2014035184A - 回転磁界センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出素子に磁気異方性が生じることによって生じる誤差を低減する。
【解決手段】回転磁界センサ１は、それぞれ信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を生成する検出回路１０，２０，３０と、演算回路６１，６２を備えている。検出回路１０は第１のＭＲ素子を含み、検出回路３０は第３のＭＲ素子を含んでいる。検出回路２０は、第１および第３のＭＲ素子には設定されていない第１の磁気異方性が設定された第２のＭＲ素子を含んでいる。第１の演算回路６１は、第１のＭＲ素子に生じた第２の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を補正するための補正情報を求める。第１の演算回路６１は、同時刻に得られる信号Ｓ１，Ｓ２の対を信号対としたとき、回転磁界の方向が所定範囲で回転したときに得られる信号対の推移の態様に基づいて、補正情報を求める。演算回路６２は、信号Ｓ１，Ｓ３と補正情報を用いて検出値θｓを算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する回転磁界センサに関する。

近年、自動車のスロットルバルブの開度の検出、自動車のステアリングの回転位置の検出、自動車のワイパー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、回転磁界センサが広く利用されている。回転磁界センサは、対象物の回転位置を検出する場合に限らず、対象物の直線的な変位を検出する場合にも利用されている。回転磁界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回転磁界を発生する手段（例えば磁石）が設けられる。回転磁界センサは、磁気検出素子を用いて、基準位置における回転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。

回転磁界センサとして用いることの可能なセンサとしては、磁気検出素子として、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型磁気検出素子である磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を用いたものが知られている。特許文献１ないし４には、磁気検出素子としてスピンバルブ型のＭＲ素子を用いたセンサが記載されている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。

特表２００２−５２５６０９号公報 特開２００８−２６８２１９号公報 特開２００９−３６７７０号公報 特開２０１０−３２４８４号公報

磁気検出素子としてスピンバルブ型のＭＲ素子を用いた回転磁界センサでは、特許文献４に記載されているように、ＭＲ素子の磁気特性のばらつきによって、検出角度に誤差が生じ得る。特許文献４には、ＭＲ素子の製造ばらつきに起因する検出角度の誤差を低減する技術が記載されている。この技術は、言わば、回転磁界センサの製品完成時における検出角度の誤差を低減する技術である。

回転磁界センサにおいて生じ得る検出角度の誤差には、上述のように製品完成時に有している誤差の他に、回転磁界センサの設置後に発現する誤差がある。このように回転磁界センサの設置後に検出角度の誤差が発現する原因の一つとしては、ＭＲ素子の自由層に後天的に誘導磁気異方性が生じることが挙げられる。このような自由層の誘導磁気異方性は、例えば、ＭＲ素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、ＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じる。このような状況は、例えば、回転磁界センサが自動車内に設置され、且つ、自動車の非動作時には、回転磁界を発生する手段と回転磁界センサが特定の位置関係になる場合に生じ得る。より具体的には、自動車のワイパーのように、非動作時には決まった位置で停止する対象物の位置を検出するために回転磁界センサが用いられる場合に、上記の状況が生じ得る。

回転磁界センサには、設置後に、後天的に生じた誘導磁気異方性に起因して発現する検出角度の誤差を低減することが求められる。なお、ここまでは、磁気検出素子としてスピンバルブ型のＭＲ素子を用いた回転磁界センサにおいて、回転磁界センサの設置後に、ＭＲ素子の自由層に後天的に誘導磁気異方性が生じる場合における問題点について説明してきた。しかし、この問題点は、磁気検出素子、特に磁気抵抗効果型磁気検出素子を含む回転磁界センサにおいて、磁気検出素子に何らかの磁気異方性が生じる場合の全般に当てはまる。

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、磁気検出素子、特に磁気抵抗効果型磁気検出素子を含む回転磁界センサであって、磁気検出素子に磁気異方性が生じることによって検出値に生じる誤差を低減できるようにした回転磁界センサを提供することにある。

本発明の回転磁界センサは、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成するものである。基準位置における回転磁界の方向は、回転磁界センサから見て回転するものである。本発明の回転磁界センサは、第１の検出回路と、第２の検出回路と、第１の演算回路と、第２の演算回路とを備えている。

第１の検出回路は、第１の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１の信号を生成する。第２の検出回路は、第２の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第２の信号を生成する。第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第１および第２の磁気検出素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定されている。

第１の演算回路は、第１の磁気検出素子に生じた第２の磁気異方性に起因して検出値に生じる誤差を補正するための補正情報を求めるものである。また、第１の演算回路は、同時刻に得られる第１の信号と第２の信号の対を信号対としたとき、回転磁界の方向が所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移の態様に基づいて、補正情報を求める。第２の演算回路は、第１の信号および補正情報を用いて、補正された検出値を算出する。

本発明の回転磁界センサにおいて、第１の磁気異方性は、第１および第２の磁気検出素子のうちの少なくとも第２の磁気検出素子に設定されていてもよい。この場合、第２の磁気検出素子は、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を含み、第１の磁気異方性は、磁性層の形状磁気異方性によって設定されていてもよい。また、第２の磁気検出素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。この場合、第１の磁気異方性は、自由層の形状磁気異方性によって設定されてもよい。また、自由層の磁化容易軸方向は、磁化固定層の磁化方向に対して平行ではなく且つ直交していないものであってもよい。

また、本発明の回転磁界センサにおいて、第１の演算回路は、信号対を直交座標系における座標で表し、信号対の推移を２次元パターン情報で表してもよい。この場合、第１の演算回路は、２次元パターン情報と補正情報との対応関係の情報を保持し、パターン認識を用いて、２次元パターン情報に対応する補正情報を求めてもよい。

また、本発明の回転磁界センサにおいて、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度をθとし、補正情報をＡおよびαとしたとき、第１の信号は、θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝を変数とした三角関数で表されるものであってもよい。

また、本発明の回転磁界センサは、更に、第３の検出回路を備えていてもよい。第３の検出回路は、第３の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第３の信号を生成する。第３の信号の位相は、第１の信号の位相と異なっている。この場合、第２の演算回路は、第１の信号および補正情報に加えて第３の信号を用いて、補正された検出値を算出してもよい。

あるいは、本発明の回転磁界センサは、更に、第３の検出回路、第４の検出回路および第３の演算回路を備えていてもよい。第３の検出回路は、第３の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第３の信号を生成する。第４の検出回路は、第４の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第４の信号を生成する。第３の信号の位相は、第１の信号の位相と異なっている。第３の信号と第４の信号における第３の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第３および第４の磁気検出素子の少なくとも一方に第３の磁気異方性が設定されている。第３の演算回路は、第３の磁気検出素子に生じた第４の磁気異方性に起因して検出値に生じる誤差を補正するための第２の補正情報を求めるものである。第３の演算回路は、同時刻に得られる第３の信号と第４の信号の対を第２の信号対としたとき、回転磁界の方向が所定範囲で回転する過程で得られる第２の信号対の推移の態様に基づいて、第２の補正情報を求める。この場合、第２の演算回路は、第１の信号および補正情報に加えて第３の信号および第２の補正情報を用いて、補正された検出値を算出してもよい。

本発明の回転磁界センサでは、第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第１および第２の磁気検出素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定されている。第１の磁気検出素子に第２の磁気異方性が生じると、信号対の推移の態様は、第２の磁気異方性の態様によって変化する。従って、信号対の推移の態様から、第２の磁気異方性に関する情報を得ることが可能である。この情報は、第２の磁気異方性に起因して検出値に生じる誤差を補正するための補正情報となる。本発明では、第１の演算回路によって、信号対の推移の態様に基づいて補正情報を求め、第２の演算回路によって、第１の信号および補正情報を用いて、補正された検出値を算出する。これにより、本発明によれば、磁気検出素子に磁気異方性が生じることによって検出値に生じる誤差を低減することが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成を示す斜視図である。 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。 本発明の第１の実施の形態に係る回転磁界センサの構成を示す回路図である。 図３に示した第１の演算回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における第１および第３のＭＲ素子の一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における第２のＭＲ素子の一部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の信号の波形と第２の信号の波形の一例を示す波形図である。 本発明の第１の実施の形態における信号対の推移の態様の３つの例を示す説明図である。 学習によって識別辞書を作成する際に用いられる補正情報のマトリクスを模式的に示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態における第１ないし第４のＭＲ素子の形状と配置を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転磁界センサの構成を示す回路図である。

［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回転磁界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回転磁界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。

図１に示したように、本実施の形態に係る回転磁界センサ１は、回転磁界ＭＦを検出するものである。ここで、基準平面、基準位置および基準方向を、以下のように想定する。基準平面は、回転磁界センサ１と所定の位置関係を有する仮想の平面である。基準位置は、基準平面内に位置する。基準方向は、基準平面内に位置して、基準位置と交差する。基準位置における回転磁界ＭＦの方向であって基準平面内に位置する方向は、回転磁界センサ１から見て、基準位置を中心として回転する。以下の説明において、基準位置における回転磁界ＭＦの方向とは、基準平面内に位置する方向を指す。回転磁界センサ１は、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成する。

図１には、回転磁界ＭＦを発生する手段の例として、円柱形状の磁石５を示している。この磁石５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５は、円柱の中心軸を中心として回転する。磁石５は、円柱の中心軸方向の両端に位置する２つの端面を有している。回転磁界センサ１は、磁石５の一方の端面に対向するように配置されている。本実施の形態では、基準平面は、例えば、磁石５の一方の端面に平行な平面である。また、基準位置は、例えば、回転磁界センサ１が回転磁界ＭＦを検出する位置である。基準位置は、円柱の中心軸を含む回転中心Ｃと基準平面とが交差する位置であってもよい。この場合、磁石５が回転すると、基準位置における回転磁界ＭＦの方向は、回転磁界センサ１から見て、基準位置を中心として回転する。

なお、回転磁界ＭＦを発生する手段と回転磁界センサ１の構成は、図１に示した例に限られない。回転磁界ＭＦを発生する手段と回転磁界センサ１は、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が回転磁界センサ１から見て回転するように、回転磁界ＭＦを発生する手段と回転磁界センサ１の相対的位置関係が変化するものであればよい。例えば、図１に示したように配置された磁石５と回転磁界センサ１において、磁石５が固定されて回転磁界センサ１が回転してもよいし、磁石５と回転磁界センサ１が互いに反対方向に回転してもよいし、磁石５と回転磁界センサ１が同じ方向に互いに異なる角速度で回転してもよい。

また、磁石５の代わりに、１組以上のＮ極とＳ極が交互にリング状に配列された磁石を用い、この磁石の外周の近傍に回転磁界センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁石と回転磁界センサ１の少なくとも一方が回転すればよい。

また、磁石５の代わりに、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列された磁気スケールを用い、この磁気スケールの外周の近傍に回転磁界センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁気スケールと回転磁界センサ１の少なくとも一方が、磁気スケールのＮ極とＳ極が並ぶ方向に直線的に移動すればよい。なお、この例については、後で第２の実施の形態として詳しく説明する。

上述の種々の回転磁界ＭＦを発生する手段と回転磁界センサ１の構成においても、基準平面、基準位置および基準方向を想定可能である。

回転磁界センサ１は、第１の検出回路１０、第２の検出回路２０および第３の検出回路３０を備えている。第１の検出回路１０は、第１の磁気検出素子を含んでいる。第２の検出回路２０は、第２の磁気検出素子を含んでいる。第３の検出回路３０は、第３の磁気検出素子を含んでいる。図１では、理解を容易にするために、第１ないし第３の検出回路１０，２０，３０を別体として描いているが、第１ないし第３の検出回路１０，２０，３０は一体化されていてもよい。また、図１では、第１ないし第３の検出回路１０，２０，３０が回転中心Ｃに平行な方向に積層されているが、その積層順序は図１に示した例に限られない。

第１の検出回路１０は、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１の信号を生成する。第２の検出回路２０は、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第２の信号を生成する。第３の検出回路３０は、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第３の信号を生成する。

なお、本実施の形態において、検出回路１０，２０，３０の空間上の位置は、厳密には一致しない。同様に、検出回路１０，２０，３０に含まれる第１ないし第３の磁気検出素子の空間上の位置も、厳密には一致しない。しかし、空間上において回転磁界ＭＦの方向が同じになる領域の大きさに比べると、検出回路１０，２０，３０の空間上の位置の差は十分に小さい。そのため、検出回路１０，２０，３０のそれぞれの位置における回転磁界ＭＦの方向は、実質的に同じである。従って、検出回路１０，２０，３０内の任意の位置を基準位置とすることによって、検出回路１０，２０，３０は、それぞれ、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１の信号、第２の信号、第３の信号を生成することができる。

基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１ないし第３の信号は、検出した上記角度の値を示すものであってもよいし、上記角度に連動して変化する値を示すものであってもよい。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、第１ないし第３の信号は、それぞれ、上記角度に連動して変化する値を示す信号であり、具体的には、基準位置における回転磁界ＭＦの、所定の方向の成分の強度を示す信号である。

第１ないし第３の信号と同様に、基準位置における回転磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値についても、検出した上記角度の値を示すものであってもよいし、上記角度に連動して変化する値を示すものであってもよい。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、上記検出値は、検出した上記角度の値を示すものである。

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５の一方の端面から回転磁界センサ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２つの方向であって、互いに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向と定義する。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。

ここでは、基準位置ＰＲは、回転磁界センサ１が回転磁界ＭＦを検出する位置とする。また、基準方向ＤＲはＸ方向とする。基準位置ＰＲにおける回転磁界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。回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、図２において反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から反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向ＤＲから時計回り方向に見たときに負の値で表す。

第１および第２の検出回路１０，２０は、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの、第１の方向Ｄ１の成分を検出する。第３の検出回路３０は、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの、第２の方向Ｄ２の成分を検出する。本実施の形態は、第１の方向Ｄ１は、基準方向ＤＲ（Ｘ方向）から反時計回りに９０°回転した方向であり、Ｙ方向と一致している。第２の方向Ｄ２は、基準方向ＤＲおよびＸ方向と一致している。

本実施の形態では、第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第１および第２の磁気検出素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定されている。第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動とは、第１および第２の磁気検出素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定されていることによって、第１および第２の磁気検出素子に第１の磁気異方性が設定されていない場合と比較して、第１の信号と第２の信号に生じる変動を言う。

第１の磁気異方性は、第１および第２の磁気検出素子のうちの少なくとも第２の磁気検出素子に設定されていてもよい。本実施の形態では、特に、第１および第３の磁気検出素子には第１の磁気異方性が設定されずに、第２の磁気検出素子に第１の磁気異方性が設定されている。この場合、第１および第３の信号には、第１の磁気異方性に起因する変動は生じないが、第２の信号には、第１の磁気異方性に起因する変動が生じる。その結果、第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

また、本実施の形態では、第１の磁気異方性は、第２の磁気検出素子が含む磁性層の形状磁気異方性によって設定されている。図２において、符号１１，２１，３１は、それぞれ、第１の磁気検出素子、第２の磁気検出素子、第３の磁気検出素子が含む磁性層の平面形状（上から見た形状）を表している。図２に示したように、本実施の形態では、例えば、第１および第３の磁気検出素子の磁性層の平面形状を円形とし、第２の磁気検出素子の磁性層の平面形状を楕円形とすることによって、第１および第３の磁気検出素子には設定されていない、形状異方性による第１の磁気異方性を、第２の磁気検出素子に設定している。

図２において、符号ＤＡ１を付した破線は、第２の磁気検出素子に設定された第１の磁気異方性による磁化容易軸方向、すなわち第２の磁気検出素子の磁性層の平面形状である楕円の長軸方向を表している。ここで、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときの、方向ＤＡ１が基準方向ＤＲに対してなす角度を、記号βで表す。角度βは、０°以上、１８０°未満である。

第１ないし第３の磁気検出素子には、第１の磁気異方性とは異なる第２の磁気異方性が、例えば後天的に生じる。第２の磁気異方性は、例えば誘導磁気異方性によるものである。この第２の磁気異方性は、例えば、第１ないし第３の磁気検出素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、第１ないし第３の磁気検出素子の温度が高温から下降した場合に生じる。図２において、符号ＤＡ２を付した破線は、第２の磁気異方性による磁化容易軸方向を表している。ここで、基準方向ＤＲから反時計回り方向に見たときの、方向ＤＡ２が基準方向ＤＲに対してなす角度を、記号αで表す。角度αは、０°以上、１８０°未満である。

次に、図３を参照して、回転磁界センサ１の構成について詳しく説明する。図３は、回転磁界センサ１の構成を示す回路図である。第１の検出回路１０は、角度θと対応関係を有する第１の信号Ｓ１を生成する。第２の検出回路２０は、角度θと対応関係を有する第２の信号Ｓ２を生成する。第３の検出回路３０は、角度θと対応関係を有する第３の信号Ｓ３を生成する。第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２は、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの、第１の方向Ｄ１の成分の強度に対応した信号である。第３の信号Ｓ３は、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの、第２の方向Ｄ２の成分の強度に対応した信号である。

第１ないし第３の信号Ｓ１〜Ｓ３は、互いに等しい信号周期Ｔで周期的に変化する。第１および第３の磁気検出素子に第２の磁気異方性が生じていない状態では、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３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。第１および第３の磁気検出素子に第２の磁気異方性が生じると、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３の波形は、正弦曲線から歪む。

第２の信号Ｓ２の波形は、少なくとも第１の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第２の磁気検出素子に第２の磁気異方性が生じると、第２の信号Ｓ２の波形は、第１および第２の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。

第３の信号Ｓ３の位相は、第１の信号Ｓ１の位相と異なっている。本実施の形態では、第３の信号Ｓ３の位相は、第１の信号Ｓ１の位相に対して、信号周期Ｔの１／４の奇数倍だけ異なっていることが好ましい。ただし、磁気検出素子の作製の精度等の観点から、第１の信号Ｓ１と第３の信号Ｓ３の位相差は、信号周期Ｔの１／４の奇数倍から、わずかにずれていてもよい。以下の説明では、第１の信号Ｓ１の位相と第３の信号Ｓ３の位相の関係が上記の好ましい関係になっているものとする。

第１の検出回路１０は、第１の信号Ｓ１を出力する出力端を有している。第２の検出回路２０は、第２の信号Ｓ２を出力する出力端を有している。第３の検出回路３０は、第３の信号Ｓ３を出力する出力端を有している。図３に示したように、回転磁界センサ１は、更に、第１の演算回路６１と、第２の演算回路６２とを備えている。第１および第２の演算回路６１，６２は、それぞれ、２つの入力端と１つの出力端とを有している。第１の演算回路６１の２つの入力端は、それぞれ、第１および第２の検出回路１０，２０の各出力端に接続されている。第２の演算回路６２の２つの入力端は、それぞれ、第３の検出回路３０と第１の演算回路６１の各出力端に接続されている。

第２の演算回路６２は、角度θと対応関係を有する検出値θｓを算出する。本実施の形態では、検出値θｓは、回転磁界センサ１によって検出された角度θの値である。第１および第２の演算回路６１，６２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。第１および第２の演算回路６１，６２の作用と、検出値θｓの算出方法については、後で詳しく説明する。

第１の検出回路１０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である第１の信号Ｓ１を第１の演算回路６１に出力する。

第２の検出回路２０の回路構成は、第１の検出回路１０と同様である。すなわち、第２の検出回路２０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２５は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号である第２の信号Ｓ２を第１の演算回路６１に出力する。

第３の検出回路３０の回路構成は、第１の検出回路１０と同様である。すなわち、第３の検出回路３０は、ホイートストンブリッジ回路３４と、差分検出器３５とを有している。ホイートストンブリッジ回路３４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３５は、出力ポートＥ３１，Ｅ３２の電位差に対応する信号である第３の信号Ｓ３を第２の演算回路６２に出力する。

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。）１４，２４，３４に含まれる全ての磁気検出素子として、磁気抵抗効果型磁気検出素子であるＭＲ素子、特にスピンバルブ型のＭＲ素子を用いている。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界ＭＦの方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。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１４，２４，３４に含まれる磁気検出素子をＭＲ素子と記す。また、第１ないし第３の磁気検出素子を、第１ないし第３の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。

第１の検出回路１０では、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向Ｄ１（Ｙ方向）に平行な方向であり、ＭＲ素子Ｒ１２，Ｒ１３における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図２において、符号ＤＰ１を付した矢印は、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１（Ｙ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１０は、回転磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の信号Ｓ１を出力する。

第２の検出回路２０では、ＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向Ｄ１（Ｙ方向）に平行な方向であり、ＭＲ素子Ｒ２２，Ｒ２３における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図２において、符号ＤＰ２を付した矢印は、ＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１（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２０は、回転磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の成分の強度を検出して、その強度を表す第２の信号Ｓ２を出力する。

第３の検出回路３０では、ＭＲ素子Ｒ３１，Ｒ３４における磁化固定層の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２（Ｘ方向）に平行な方向であり、ＭＲ素子Ｒ３２，Ｒ３３における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子Ｒ３１，Ｒ３４における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図２において、符号ＤＰ３を付した矢印は、ＭＲ素子Ｒ３１，Ｒ３４における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界ＭＦの第２の方向Ｄ２（Ｘ方向）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３０は、回転磁界ＭＦの第２の方向Ｄ２の成分の強度を検出して、その強度を表す第３の信号Ｓ３を出力する。

なお、検出回路１０，２０，３０内の複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

次に、図２、図５および図６を参照して、ＭＲ素子の構成の一例と、第１の磁気異方性について説明する。図５は、第１および第３のＭＲ素子の一部を示す斜視図である。この例では、第１および第３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。複数の下部電極４２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極４２は細長い形状を有している。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５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。図５に示した例では、ＭＲ膜５０は、円柱形状を有している。この場合、自由層５１の平面形状は円形になる。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は細長い形状を有し、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。このような構成により、図５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５に示した配置とは上下が反対でもよい。

図６は、第２のＭＲ素子の一部を示す斜視図である。第２のＭＲ素子の構成は、基本的には、第１および第３のＭＲ素子の構成と同じである。ただし、第２のＭＲ素子では、ＭＲ膜５０の形状が、第１および第３のＭＲ素子におけるＭＲ膜５０の形状とは異なっている。図６に示した例では、ＭＲ膜５０は、楕円柱形状を有している。この場合、自由層５１の平面形状は楕円形になる。

このように、本実施の形態では、第１および第３のＭＲ素子の自由層５１の平面形状を円形とし、第２のＭＲ素子の自由層５１の平面形状を楕円形とすることによって、第１および第３のＭＲ素子には設定されていない、形状異方性による第１の磁気異方性を、第２のＭＲ素子に設定している。

第２のＭＲ素子において、自由層５１の平面形状である楕円の長軸方向が、自由層５１の磁化容易軸方向となる。この自由層５１の磁化容易軸方向は、図２に示した第１の磁気異方性による磁化容易軸方向ＤＡ１と一致する。第２のＭＲ素子において、自由層５１の磁化容易軸方向は、磁化固定層５３の磁化方向（第１の方向Ｄ１）に対して平行ではなく且つ直交していないことが好ましい。

なお、ＭＲ膜５０の形状は、図５および図６に示した例に限られない。例えば、第１および第３のＭＲ素子におけるＭＲ膜５０は、上面が正方形の角柱形状を有していてもよいし、第２のＭＲ素子におけるＭＲ膜５０は、上面が長方形の角柱形状を有していてもよい。

次に、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３の波形について説明する。図３に示した例では、第１および第３のＭＲ素子に第２の磁気異方性が生じていない状態では、理想的には、第３のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。この場合、理想的には、第１の信号Ｓ１の波形は、角度θに依存したサイン（Sine）波形になり、第３の信号Ｓ３の波形は、角度θに依存したコサイン（Cosine）波形になる。この場合、第３の信号Ｓ３の位相は、第１の信号Ｓ１の位相に対して、信号周期Ｔの１／４すなわちπ／２（９０°）だけ異なっている。

角度θが０°よりも大きく１８０°よりも小さいときは、第１の信号Ｓ１は正の値であり、角度θが１８０°よりも大きく３６０°よりも小さいときは、第１の信号Ｓ１は負の値である。また、角度θ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、第３の信号Ｓ３は正の値であり、角度θが９０°よりも大きく２７０°よりも小さいときは、第３の信号Ｓ３は負の値である。

上述のように、本実施の形態では、第１および第３のＭＲ素子に第２の磁気異方性が生じていない状態では、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３の波形は、理想的には正弦曲線となる。しかし、第１および第３のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じると、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３の波形は、正弦曲線から歪む。第１および第３のＭＲ素子に生じる第２の磁気異方性は、ＭＲ素子の自由層５１に生じる誘導磁気異方性によるものである。この自由層５１の誘導磁気異方性は、例えば、ＭＲ素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、ＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じる。

第２の磁気異方性によって波形が歪んだ第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３は、近似的に、第２の磁気異方性に基づく角度変動項を含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３は、近似的に、下記の式（１）、（２）で表すことができる。

Ｓ１＝ｓｉｎ［θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝］ …（１）
Ｓ３＝ｃｏｓ［θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝］ …（２）

上記の式（１）、（２）において、Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝は、第２の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ａは振幅（角度変動の最大値）を表し、αはθに対する位相差を表している。なお、この角度変動項におけるαは、図２に示したαと同じものである。この角度変動項の周期は、信号周期Ｔの１／２、すなわちπ（１８０°）となる。

次に、第２の信号Ｓ２の波形について説明する。図３に示した例では、第２のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向は、第１のＭＲ素子の磁化固定層の磁化方向と一致している。この場合、第２の信号Ｓ２の波形は、第１の信号Ｓ１の波形と類似したものとなる。ただし、第２のＭＲ素子には、第１のＭＲ素子には設定されていない第１の磁気異方性が設定されていることから、この第１の磁気異方性に起因して、第２の信号Ｓ２の波形は、第１の信号Ｓ１の波形とは若干異なったものとなる。このようにして、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

第２のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じると、第２の信号Ｓ２の波形は、第１および第２の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第１および第２の磁気異方性に起因して歪んだ第２の信号Ｓ２は、近似的に、第１の磁気異方性に基づく角度変動項と第２の磁気異方性に基づく角度変動項とを含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第２の信号Ｓ２は、近似的に、下記の式（３）で表すことができる。

Ｓ２＝ｓｉｎ［θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝−Ｂｓｉｎ｛２（θ−β）｝］…（３）

上記の式（３）において、Ｂｓｉｎ｛２（θ−β）｝は、第１の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ｂは振幅（角度変動の最大値）を表し、βはθに対する位相差を表している。なお、この角度変動項におけるβは、図２に示したβと同じものである。この角度変動項の周期は、信号周期Ｔの１／２、すなわちπ（１８０°）となる。第１の磁気異方性は任意に設定することができることから、Ｂおよびβの値も任意に設定することができる。

図７は、第１の信号Ｓ１の波形と第２の信号Ｓ２の波形の一例を示している。図７において、横軸は角度θを示し、縦軸は第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２の大きさ（電圧）を示している。符号７１で示す波形は第１の信号Ｓ１の波形を示し、符号７２で示す波形は、第２の信号Ｓ２の波形を示している。なお、図７に示した各波形は、式（１）、（３）を用いてシミュレーションによって作成したものである。このシミュレーションでは、式（１）、（３）におけるＡを５°とし、式（１）、（３）におけるαを０°とし、式（３）におけるＢを１０°とし、式（３）におけるβを４５°とした。図７に示したように、第２の信号Ｓ２の波形は、第１の信号Ｓ１の波形とは若干異なったものとなる。

次に、第１の演算回路６１について説明する。第１の演算回路６１は、第２の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を補正するための補正情報を求める。図４は、第１の演算回路６１の構成の一例を示すブロック図である。この例では、第１の演算回路６１は、信号対推移取得部６１Ａ、識別演算部６１Ｂおよび識別辞書６１Ｃを有している。第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２は、信号対推移取得部６１Ａに入力される。信号対推移取得部６１Ａは、同時刻に得られる第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２の対を信号対としたとき、回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移を取得する。所定範囲は、３６０°でもよいし、後で説明する信号対の推移の態様から補正情報を求めることが可能であれば３６０°未満の範囲でもよい。以下の説明では、所定範囲を３６０°とする。

本実施の形態では、第１の演算回路６１、特に信号対推移取得部６１Ａは、信号対を直交座標系における座標で表す。この直交座標系では、第１の信号Ｓ１の大きさ（電圧）を横軸とし、第２の信号Ｓ２の大きさ（電圧）を縦軸としている。信号対推移取得部６１Ａは、信号対の推移を、この直交座標系において描かれる２次元パターン情報で表す。

もし、第２の信号Ｓ２の波形が第１の信号Ｓ１の波形と一致していたら、上記直交座標系において、信号対の推移は、原点を通り、傾きが１の直線で描かれる。しかし、本実施の形態では、前述のように、第２の信号Ｓ２の波形が第１の信号Ｓ１の波形とは異なることから、上記直交座標系において、信号対の推移は、リサージュ曲線で描かれる。

図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、信号対の推移の態様の３つの例を示している。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、横軸は第１の信号Ｓ１の大きさ（電圧）を示し、縦軸は第２の信号Ｓ２の大きさ（電圧）を示している。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した３つのリサージュ曲線は、式（１）、（３）を用いてシミュレーションによって作成したものである。このシミュレーションでは、式（１）、（３）におけるαを０°とし、式（３）におけるＢを１０°とし、式（３）におけるβを４５°とした。図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、式（１）、（３）におけるＡが５°、１０°、１５°の場合におけるリサージュ曲線を示している。

図８に示したように、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）は、第２の磁気異方性の態様によって変化する。従って、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）から、第２の磁気異方性に関する情報を得ることが可能である。この情報は、第２の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を補正するための補正情報となる。より詳しく説明すると、第２の磁気異方性の態様は、式（１）、（３）におけるＡとαの値の組み合わせによって決まる。以下、Ａとαの値の組み合わせを（Ａ，α）と表現する。本実施の形態では、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）から、（Ａ，α）を特定することが可能であり、この（Ａ，α）が補正情報となる。

図４に示したように、本実施の形態では、信号対推移取得部６１Ａは、信号対の推移を２次元パターン情報ＳＰで表し、この２次元パターン情報ＳＰと第１の信号Ｓ１を識別演算部６１Ｂに出力する。２次元パターン情報ＳＰは、例えば、図８に示したような直交座標系において描かれる画像を、有限の数の画素に分解し、画素毎に濃度を２値化して得られるデータである。

なお、以下の例外を除いて、（Ａ，α）が異なれば、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）が異なる。例外は、βが９０°の場合と０゜の場合、すなわち、第２のＭＲ素子において、自由層５１の磁化容易軸方向ＤＡ１が磁化固定層５３の磁化方向（第１の方向Ｄ１）に対して平行な場合と直交している場合である。これらの場合には、Ａが等しいという前提の下で、α＝γ（γは０°より大きく９０°より小さい）のときと、α＝１８０°−γのときに、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）が等しくなる。そのため、第２のＭＲ素子において、自由層５１の磁化容易軸方向ＤＡ１は、磁化固定層５３の磁化方向（第１の方向Ｄ１）に対して平行ではなく且つ直交していないことが好ましい。

第１の演算回路６１は、信号対の推移の態様すなわち２次元パターン情報ＳＰに基づいて、補正情報（Ａ，α）を求め、この補正情報（Ａ，α）と第１の信号Ｓ１を第２の演算回路６２に出力する。本実施の形態では、第１の演算回路６１は、パターン認識を用いて補正情報（Ａ，α）を求める。以下、この補正情報（Ａ，α）の求め方について具体的に説明する。

識別辞書６１Ｃは、２次元パターン情報ＳＰと補正情報（Ａ，α）との対応関係の情報を保持している。識別辞書６１Ｃは、２次元パターン情報ＳＰと補正情報（Ａ，α）との対応関係の情報として、具体的には、補正情報（Ａ，α）に関する複数のクラスの各々と、クラス毎の１つ以上の２次元パターン情報のプロトタイプとの対応関係の情報を保持している。識別演算部６１Ｂは、入力された２次元パターン情報ＳＰを、識別辞書６１Ｃと照合することによって、入力された２次元パターン情報ＳＰが属するクラス、すなわち補正情報（Ａ，α）を出力する。識別演算部６１Ｂが出力する補正情報（Ａ，α）において取り得るＡの種類およびαの種類については、例えば、必要とされる検出角度の精度から逆算して決める。なお、後で、識別辞書６１Ｃを作成する方法について詳しく説明する。

このように、第１の演算回路６１は、識別辞書６１Ｃにおいて２次元パターン情報ＳＰと補正情報（Ａ，α）との対応関係の情報を保持し、識別演算部６１Ｂにおいて上述のパターン認識を用いて、信号対推移取得部６１Ａによって得られた２次元パターン情報ＳＰに対応する補正情報（Ａ，α）を求める。

なお、補正情報（Ａ，α）を求めるためには、信号対推移取得部６１Ａによって、回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移を取得する必要がある。信号対推移取得部６１Ａは、予め決められた時間以上の時間間隔を開けて、回転磁界センサ１の動作中であって回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定範囲以上回転したときに、信号対の推移を取得するように設定されていてもよい。あるいは、信号対推移取得部６１Ａは、使用者の指示があったときに、信号対の推移を取得するように設定されていてもよい。

第１の演算回路６１は、信号対推移取得部６１Ａによって、新たな信号対の推移が取得され、それに応じて新たな２次元パターン情報ＳＰが得られたときに、新たな補正情報（Ａ，α）を求め、出力する補正情報（Ａ，α）を更新する。

次に、図３を参照して、第２の演算回路６２の作用と、検出値θｓの算出方法について説明する。図３に示したように、第２の演算回路６２には、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３と補正情報（Ａ，α）が入力される。第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１、第３の信号Ｓ３および補正情報（Ａ，α）を用いて、補正された検出値θｓを算出する。

ここで、検出値θｓの算出方法の一例について説明する。この例では、第２の演算回路６２は、まず、式（１）、（２）に、第１の演算回路６１によって求められた補正情報（Ａ，α）を代入する。次に、式（１）、（２）において、角度θを所定の角度間隔で変化させて、角度θと、第１および第３の信号Ｓ１，Ｓ３の計算値との対応関係を示すテーブルを作成する。表１に、角度θと第１の信号Ｓ１の計算値との対応関係を示すテーブルを示す。このテーブルと同様に、角度θと第３の信号Ｓ３の計算値との対応関係を示すテーブルも作成される。

表１において、θ_０，θ_１，・・・，θ_ｍは、０°以上３６０°未満の範囲内で所定の角度間隔を開けて選択された角度θの値の順列である。Ｓ１_０，Ｓ１_１，・・・，Ｓ１_ｍは、それぞれ、式（１）にθ_０，θ_１，・・・，θ_ｍを代入して得られた第１の信号Ｓ１の計算値を表している。ここで、順列θ_０，θ_１，・・・，θ_ｍ中の任意の値をθ_ｎと表し、式（１）にθ_ｎを代入して得られた第１の信号Ｓ１の計算値をＳ１_ｎと表す。

第２の演算回路６２は、次に、表１に示したテーブルを用いて、第２の演算回路６２に入力された第１の信号Ｓ１に最も近い計算値Ｓ１_ｎを検索する。具体的には、第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１との差の２乗が最小となる計算値Ｓ１_ｎを検索する。第２の演算回路６２は、この検索によって得られた計算値Ｓ１_ｎに対応する角度θ_ｎを、検出値θｓの第１の候補とする。

角度θが０°以上３６０°未満の範囲内では、第１の信号Ｓ１が最大値または最小値となる場合を除いて、２つの異なるθのときに第１の信号Ｓ１は同じ値となる。そのため、上記の方法では、ほとんどの場合、第１の信号Ｓ１の１つの値に対して、検出値θｓの第１の候補は２つ得られる。

同様に、第２の演算回路６２は、角度θと第３の信号Ｓ３の計算値との対応関係を示すテーブルを用いて、第２の演算回路６２に入力された第３の信号Ｓ３に最も近い計算値Ｓ３_ｎを検索し、この検索によって得られた計算値Ｓ３_ｎに対応する角度θ_ｎを、検出値θｓの第２の候補とする。このときも、ほとんどの場合、第３の信号Ｓ３の１つの値に対して、検出値θｓの第２の候補は２つ得られる。

２つの第１の候補のうちの一方と、２つの第２の候補のうちの一方は、一致するか極めて近いはずである。第２の演算回路６２は、一致する第１の候補と第２の候補が存在する場合には、その一致する第１および第２の候補を、補正された検出値θｓとする。第２の演算回路６２は、一致する第１の候補と第２の候補が存在しないが、極めて近い第１の候補と第２の候補が存在する場合には、例えば、それらのうち、計算値Ｓ１_ｎと第１の信号Ｓ１との差の２乗と、計算値Ｓ３_ｎと第３の信号Ｓ３との差の２乗のうち、小さい値となる方のＳ１_ｎまたはＳ３_ｎに対応する候補を、補正された検出値θｓとする。

以上説明したように、本実施の形態に係る回転磁界センサ１では、第１の演算回路６１によって、回転磁界ＭＦの方向ＤＭが所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移（２次元パターン情報ＳＰ）の態様に基づいて、補正情報（Ａ，α）を求め、第２の演算回路６２によって、第１の信号Ｓ１、第３の信号Ｓ３および補正情報（Ａ，α）を用いて、補正された検出値θｓを算出する。これにより、本実施の形態によれば、第１のＭＲ素子と第３のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じた場合でも、第２の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を低減することが可能になる。

以下、学習によって識別辞書６１Ｃを作成する方法について説明する。学習によって識別辞書６１Ｃを作成する際には、まず、２次元パターン情報ＳＰに関する複数の学習パターンと、学習パターン毎の教師信号である補正情報（Ａ，α）の値とを用意する。教師信号におけるＡの種類およびαの種類は、識別演算部６１Ｂが出力する補正情報（Ａ，α）において取り得るＡの種類およびαの種類と同じである。

教師信号におけるＡの種類およびαの種類は、例えば、Ａとαの各々について最小値と最大値の間を等間隔で分割して、（Ａ，α）のマトリクス（行列）を作成し、このマトリクスの要素の形で用意する。図９は、Ａの最大値をＡ_ｍａｘ、Ａの最小値を０、αの最大値をα_ｍａｘ、αの最小値を０としたときの（Ａ，α）のマトリクスの例を示している。複数の学習パターンは、少なくとも（Ａ，α）のマトリクスの要素の全てについて、式（１）、（３）を用いた計算によって作成する。

特定の教師信号（Ａ，α）に対応する学習パターンとしては、特定の教師信号（Ａ，α）に基づいて正確に作成されたパターンの他に、この正確なパターンに対して揺らぎを与えたパターンを含んでいてもよい。複数の学習パターンが、このような揺らぎを与えたパターンを含むことによって、学習を容易にすることが可能になると共に、識別演算部６１Ｂの出力の精度を向上させることが可能になる。

次に、上述のように用意された複数の学習パターンと学習パターン毎の教師信号とを用いて、学習によって、クラス毎の１つ以上の２次元パターン情報のプロトタイプを決定して、識別辞書６１Ｃを作成する。学習によって識別辞書６１Ｃを作成する際には、サポートベクターマシンやニューラルネットワークを用いてもよい。

なお、本実施の形態において、第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１および補正情報（Ａ，α）を用いて、補正された検出値として、補正された第１の信号を算出するようにしてもよい。この補正された第１の信号は、例えば、前述のようにして求められた計算値Ｓ１_ｎとすることができる。同様にして、第２の演算回路６２は、第３の信号Ｓ３および補正情報（Ａ，α）を用いて、補正された第３の信号を算出するようにしてもよい。この補正された第３の信号は、例えば、前述のようにして求められた計算値Ｓ３_ｎとすることができる。そして、第２の演算回路６２は、計算値Ｓ１_ｎ，Ｓ３_ｎから、下記の式（４）によって、補正された検出値θｓを算出するようにしてもよい。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。

θｓ＝ａｔａｎ（Ｓ１_ｎ／Ｓ３_ｎ） …（４）

なお、θｓが０°以上３６０°未満の範囲内では、式（４）におけるθｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、Ｓ１_ｎとＳ３_ｎの正負の組み合わせにより、θｓの真の値が式（４）におけるθｓの２つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、Ｓ１_ｎが正の値のときは、θｓは０°よりも大きく１８０゜よりも小さい。Ｓ１_ｎが負の値のときは、θｓは１８０°よりも大きく３６０゜よりも小さい。Ｓ３_ｎが正の値のときは、θｓ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。Ｓ３_ｎが負の値のときは、θｓは９０°よりも大きく２７０゜よりも小さい。θｓは、式（４）と、上記のＳ１_ｎとＳ３_ｎの正負の組み合わせの判定によって求めることができる。

また、本実施の形態において、第２の検出回路２０は、第３の検出回路３０と同様に、回転磁界ＭＦの第２の方向Ｄ２の成分を検出するように構成されていてもよい。この場合、信号対推移取得部６１Ａによって取得される信号対の推移（リサージュ曲線）は、円形に近いものとなる。この場合も、原則として、（Ａ，α）が異なれば、信号対の推移の態様（リサージュ曲線の形状）が異なる。

また、本実施の形態において、第１および第２の検出回路１０，２０が回転磁界ＭＦの第２の方向Ｄ２の成分を検出するように構成され、第３の検出回路３０が回転磁界ＭＦの第１の方向Ｄ１の成分を検出するように構成されていてもよい。この場合、信号対推移取得部６１Ａによって取得される信号対の推移（リサージュ曲線）は、本実施の形態において既に説明した信号対の推移（リサージュ曲線）に似たものとなる。

また、本実施の形態において、高い測定精度が必要な場合には、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２を規格化する処理を行って、規格化後の信号Ｓ１，Ｓ２を第１の演算回路６１に入力させてもよい。この規格化の処理は、規格化後の信号Ｓ１，Ｓ２の最大値同士、最小値同士がそれぞれ等しくなるように、線形演算によって、規格化前の信号Ｓ１，Ｓ２を規格化後の信号Ｓ１，Ｓ２に変換する処理である。

また、回転磁界センサ１は、補正情報（Ａ，α）を求めるために回転磁界ＭＦの方向ＤＭが回転する必要のある所定範囲（例えば３６０°）よりも小さい角度範囲内の角度を検出する用途に使用される場合もある。この場合には、回転磁界ＭＦの方向ＤＭを所定範囲以上回転させて補正情報（Ａ，α）を求めた後、実際の角度の検出を行うようにすればよい。

また、本実施の形態において、第３の検出回路３０の代わりに、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの、第２の方向Ｄ２の成分の正負の判別のみを行う判別回路を設けてもよい。この判別回路は、例えば、第２の方向Ｄ２に感度を有する磁気検出素子と、この磁気検出素子の検出出力を、所定のしきい値を用いて２値化する回路とによって実現することができる。第２の方向Ｄ２に感度を有する磁気検出素子としては、例えば、磁化固定層の磁化の方向が第２の方向Ｄ２に平行な方向に設定されたＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子や、第２の方向Ｄ２に感度を有するように設定されたホール素子を用いることができる。この場合、第２の演算回路６２は、前述の検索によって得られた計算値Ｓ１_ｎに対応する検出値θｓの第１の候補と、判別回路によって得られる正負の判別結果とに基づいて、検出値θｓを決定する。前述のように、ほとんどの場合、第１の信号Ｓ１の１つの値に対して、検出値θｓの第１の候補は２つ得られる。この２つの候補の一方が０゜よりも大きく９０°よりも小さいときには、２つの候補の他方は９０゜よりも大きく１８０°よりも小さい。また、２つの候補の一方が１８０゜よりも大きく２７０°よりも小さいときには、２つの候補の他方は２７０゜よりも大きく３６０°よりも小さい。一方、角度θが０°以上９０゜未満、および２７０°よりも大きく３６０°以下の範囲内のときは、第２の方向Ｄ２の成分は正の値であり、θｓが９０°よりも大きく２７０゜よりも小さいときには、第２の方向Ｄ２の成分は負の値である。従って、上記判別回路の判別結果を用いれば、検出値θｓの２つの第１の候補のうちの一方を、真の検出値θｓとして特定することができる。

また、回転磁界センサ１が、角度θが９０°以上２７０゜以下の範囲内あるいは０°以上９０゜以下および２７０°以上３６０゜未満の範囲内となる用途に使用される場合には、第３の検出回路３０はなくてもよい。すなわち、この場合には、検出値θｓの第１の候補は１つしか得られないので、この候補を検出値θｓとすることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図１０を参照して、本実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成について説明する。図１０は、本実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態では、回転磁界を発生する手段として、複数組のＮ極とＳ極が交互に直線状に配列された磁気スケール１２０が用いられている。図１０に示した例では、磁気スケール１２０は、磁気スケール１２０のＮ極とＳ極が並ぶ方向Ｔに平行な上面１２０ａを有している。本実施の形態に係る回転磁界センサ１０１は、磁気スケール１２０の上面１２０ａに対向する位置に配置されている。本実施の形態では、方向Ｔについて磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化するように、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の少なくとも一方が方向Ｔに直線的に移動する。

図１０に示したように、回転磁界センサ１０１は、第１の検出部１１１と第２の検出部１１２とを備えている。第１の検出部１１１と第２の検出部１１２の構成は同じである。ここで、磁気スケール１２０における隣接するＮ極とＳ極の１組の、方向Ｔについて長さを１ピッチと言う。第１の検出部１１１と第２の検出部１１２は、方向Ｔについて、１／４ピッチ分だけ互いにずれた位置に配置されている。

第１の検出部１１１は、第１の検出回路１０と第２の検出回路２０を含んでいる。第２の検出部１１２は、第３の検出回路３０と第４の検出回路４０を含んでいる。第１の検出回路１０は第１の磁気検出素子を含み、第２の検出回路２０は第２の磁気検出素子を含み、第３の検出回路３０は第３の磁気検出素子を含み、第４の検出回路２０は第４の磁気検出素子を含んでいる。本実施の形態における磁気検出素子は、第１の実施の形態と同様に、例えばＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子である。以下、磁気検出素子をＭＲ素子と記す。図１０では、理解を容易にするために、第１および第２の検出回路１０，２０を別体として描いているが、第１および第２の検出回路１０，２０は一体化されていてもよい。同様に、図１０では、第３および第４の検出回路３０，４０を別体として描いているが、第３および第４の検出回路３０，４０は一体化されていてもよい。

図１１は、第１ないし第４のＭＲ素子の形状と配置を模式的に示している。図１１において、符号１１，２１，３１，４１は、それぞれ、第１のＭＲ素子、第２のＭＲ素子、第３のＭＲ素子、第４のＭＲ素子が含む磁性層（自由層）の平面形状（上から見た形状）を表している。第１および第２のＭＲ素子は、方向Ｔに関して同じ位置に配置されている。第３および第４のＭＲ素子も、方向Ｔに関して同じ位置に配置されている。第３および第４のＭＲ素子は、方向Ｔについて、第１および第２のＭＲ素子に対して１／４ピッチ分だけずれた位置に配置されている。本実施の形態では、第１ないし第４のＭＲ素子は、それらを構成する複数の層の面が、磁気スケール１２０の上面１２０ａに対して平行になるように配置されている。磁性層（自由層）の平面形状については、後で詳しく説明する。

次に、図１０を参照して、本実施の形態における基準平面、基準位置、基準方向について説明する。まず、本実施の形態では、方向Ｔに平行な一方向（図１０では右側に向かう方向）をＸ方向と定義し、磁気スケール１２０の上面１２０ａに垂直な一方向（図１０では上側に向かう方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な一方向（図１０では奥へ進む方向）をＺ方向と定義する。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向と定義する。

本実施の形態における基準平面ＰＬは、Ｚ方向に垂直な平面である。基準位置ＰＲは、基準平面ＰＬ内に位置する。基準位置ＰＲは、第１の検出部１１１（検出回路１０，２０）が回転磁界を検出する位置でもよいし、第２の検出部１１２（検出回路３０，４０）が回転磁界を検出する位置でもよい。以下の説明では、第１の検出部１１１が回転磁界を検出する位置を基準位置ＰＲとする。基準平面ＰＬ内において、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭは、回転磁界センサ１０１から見て、基準位置ＰＲを中心として回転する。方向Ｔについて磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が１ピッチ分変化すると、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭは３６０°だけ回転する。従って、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係と、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭは、対応関係を有している。１ピッチは、回転磁界の方向ＤＭの回転角度の３６０°に相当する。前述のように、第１の検出部１１１と第２の検出部１１２は、方向Ｔについて、１／４ピッチ分だけ互いにずれた位置に配置されていることから、第２の検出部１１２（検出回路３０，４０）が回転磁界を検出する位置における回転磁界の方向は、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭに対して９０°だけずれている。

また、本実施の形態では、基準方向ＤＲはＸ方向とする。また、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度を記号θで表す。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。

次に、図１２を参照して、回転磁界センサ１０１の構成について詳しく説明する。図１２は、回転磁界センサ１０１の構成を示す回路図である。回転磁界センサ１０１は、前記の第１ないし第４の検出回路１０，２０，３０，４０を備えている。第１ないし第３の検出回路１０，２０，３０の構成は、ＭＲ素子を構成するＭＲ膜の形状と、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を除いて、第１の実施の形態と同じである。第４の検出回路４０の構成は、第２の検出回路２０と同様である。すなわち、第４の検出回路４０は、ホイートストンブリッジ回路４４と、差分検出器４５とを有している。ホイートストンブリッジ回路４４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ＭＲ素子ＭＲ４１，Ｒ４２と、直列に接続された第２の対のＭＲ素子Ｒ４３，Ｒ４４とを含んでいる。ＭＲ素子Ｒ４１，Ｒ４３の各一端は、電源ポートＶ４に接続されている。ＭＲ素子Ｒ４１の他端は、ＭＲ素子Ｒ４２の一端と出力ポートＥ４１に接続されている。ＭＲ素子Ｒ４３の他端は、ＭＲ素子Ｒ４４の一端と出力ポートＥ４２に接続されている。ＭＲ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４５は、出力ポートＥ４１，Ｅ４２の電位差に対応する信号である第４の信号Ｓ４を出力する。

回転磁界センサ１０１は、更に、第１ないし第３の演算回路６１，６２，６３を備えている。第１ないし第３の演算回路６１，６２，６３は、それぞれ、２つの入力端と１つの出力端とを有している。第１の演算回路６１の２つの入力端は、それぞれ、第１および第２の検出回路１０，２０の各出力端に接続されている。第３の演算回路６３の２つの入力端は、それぞれ、第３および第４の検出回路３０，４０の各出力端に接続されている。第２の演算回路６２の２つの入力端は、それぞれ、第１および第３の演算回路６１，６３の各出力端に接続されている。

第２の演算回路６２は、角度θと対応関係を有する検出値θｓを算出する。本実施の形態では、検出値θｓは、回転磁界センサ１０１によって検出された角度θの値であり、これは、方向Ｔについての磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係に対応している。このように、本実施の形態に係る回転磁界センサ１０１は、方向Ｔについての、磁気スケール１２０に対する回転磁界センサ１０１の位置を検出することができる。第１ないし第３の演算回路６１，６２，６３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。

図１２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。本実施の形態では、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２４，Ｒ３１，Ｒ３４，Ｒ４１，Ｒ４４における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向である。また、ＭＲ素子Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ４２，Ｒ４３における磁化固定層の磁化の方向は−Ｘ方向である。

本実施の形態では、第１および第２の検出回路１０，２０は、それぞれ、基準位置ＰＲにおける回転磁界の、方向Ｔ（Ｘ方向、−Ｘ方向）の成分の強度を検出して、その強度を表す第１の信号Ｓ１、第２の信号Ｓ２を、第１の演算回路６１に出力する。空間上において回転磁界の方向が等しくなる領域の大きさに比べると、検出回路１０，２０の空間上の位置の差は十分に小さい。そのため、検出回路１０，２０のそれぞれの位置における回転磁界の方向は、実質的に同じである。従って、検出回路１０，２０内の任意の位置を基準位置ＰＲとすることによって、検出回路１０，２０は、それぞれ、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θと対応関係を有する第１の信号Ｓ１、第２の信号Ｓ２を生成することができる。

また、第３および第４の検出回路３０，４０は、それぞれ、第２の検出部１１２（検出回路３０，４０）が回転磁界を検出する位置における回転磁界の、方向Ｔ（Ｘ方向、−Ｘ方向）の成分の強度を検出して、その強度を表す第３の信号Ｓ３、第４の信号Ｓ４を、第３の演算回路６３に出力する。空間上において回転磁界の方向が等しくなる領域の大きさに比べると、検出回路３０，４０の空間上の位置の差は十分に小さい。そのため、検出回路３０，４０のそれぞれの位置における回転磁界の方向は、実質的に同じである。また、前述のように、第２の検出部１１２（検出回路３０，４０）が回転磁界を検出する位置における回転磁界の方向は、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭに対して９０°だけずれた一定の関係を有している。従って、検出回路３０，４０は、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭに対して９０°だけずれた方向の回転磁界を検出する。これにより、検出回路３０，４０は、それぞれ、基準位置ＰＲにおける回転磁界の方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度θと対応関係を有する第３の信号Ｓ３、第４の信号Ｓ４を生成することができる。

第３および第４の信号Ｓ３，Ｓ４の位相は、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２の位相と異なっている。本実施の形態では、特に、第３および第４の信号Ｓ３，Ｓ４の位相は、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２の位相と９０°だけ異なっている。

本実施の形態では、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第１および第２のＭＲ素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定されている。第１の磁気異方性は、第１および第２のＭＲ素子のうちの少なくとも第２のＭＲ素子に設定されていてもよい。本実施の形態では、特に、第１の磁気異方性は、第１および第２のＭＲ素子の両方に設定されている。ただし、第２のＭＲ素子に設定された第１の磁気異方性による異方性磁界は、第１のＭＲ素子に設定された第１の磁気異方性による異方性磁界よりも大きい。これにより、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

また、本実施の形態では、図１１に示したように、第１の磁気異方性は、第１および第２のＭＲ素子が含む磁性層（自由層）の形状磁気異方性によって設定されている。すなわち、本実施の形態では、第１および第２のＭＲ素子におけるＭＲ膜の形状をいずれも楕円柱形状とすることによって、第１のＭＲ素子が含む磁性層の平面形状（符号１１）と第２のＭＲ素子が含む磁性層の平面形状（符号２１）を、いずれも長軸がＺ方向に向いた楕円形としている。ただし、楕円の短軸に対する長軸の比率は、第１のＭＲ素子よりも第２のＭＲ素子の方が大きい。

第２の信号Ｓ２の波形は、第１の信号Ｓ１の波形と類似したものとなる。ただし、第１の磁気異方性による異方性磁界の大きさの相違により、第２の信号Ｓ２の波形は、第１の信号Ｓ１の波形とは若干異なったものとなる。このようにして、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

また、本実施の形態では、第３の信号Ｓ３と第４の信号Ｓ４における第３の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第３および第４のＭＲ素子の少なくとも一方に第３の磁気異方性が設定されている。第３の磁気異方性は、第３および第４のＭＲ素子のうちの少なくとも第４のＭＲ素子に設定されていてもよい。本実施の形態では、特に、第３の磁気異方性は、第３および第４のＭＲ素子の両方に設定されている。ただし、第４のＭＲ素子に設定された第３の磁気異方性による異方性磁界は、第３のＭＲ素子に設定された第３の磁気異方性による異方性磁界よりも大きい。これにより、第３の信号Ｓ３と第４の信号Ｓ４における第３の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

また、本実施の形態では、図１１に示したように、第３の磁気異方性は、第３および第４のＭＲ素子が含む磁性層（自由層）の形状磁気異方性によって設定されている。すなわち、本実施の形態では、第３および第４のＭＲ素子におけるＭＲ膜の形状をいずれも楕円柱形状とすることによって、第３のＭＲ素子が含む磁性層の平面形状（符号３１）と第４のＭＲ素子が含む磁性層の平面形状（符号４１）を、いずれも長軸がＺ方向に向いた楕円形としている。ただし、楕円の短軸に対する長軸の比率は、第３のＭＲ素子よりも第４のＭＲ素子の方が大きい。

第４の信号Ｓ４の波形は、第３の信号Ｓ３の波形と類似したものとなる。ただし、第３の磁気異方性による異方性磁界の大きさの相違により、第４の信号Ｓ４の波形は、第３の信号Ｓ３の波形とは若干異なったものとなる。このようにして、第３の信号Ｓ３と第４の信号Ｓ４における第３の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。

なお、第１ないし第４のＭＲ素子におけるＭＲ膜の形状は、楕円柱形状に限らず、例えば、上面が長方形の角柱形状であってもよい。

第１および第２のＭＲ素子には、第１の磁気異方性とは異なる第２の磁気異方性が、例えば後天的に生じる。第２の磁気異方性は、例えば誘導磁気異方性によるものである。この第２の磁気異方性は、例えば、第１および第２のＭＲ素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、第１および第２のＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じる。第２の磁気異方性は、例えば、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化せずに、磁気スケール１２０が発生する一定方向の磁界が第１および第２のＭＲ素子に印加されたままで、第１および第２のＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じるものであってもよい。

また、第３および第４のＭＲ素子には、第３の磁気異方性とは異なる第４の磁気異方性が、例えば後天的に生じる。第４の磁気異方性は、第２の磁気異方性と同様に、例えば誘導磁気異方性によるものである。この第４の磁気異方性は、例えば、第３および第４のＭＲ素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、第３および第４のＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じる。第４の磁気異方性は、例えば、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化せずに、磁気スケール１２０が発生する一定方向の磁界が第３および第４のＭＲ素子に印加されたままで、第３および第４のＭＲ素子の温度が高温から下降した場合に生じるものであってもよい。

本実施の形態では、前述のように、第３および第４のＭＲ素子は、方向Ｔについて、第１および第２のＭＲ素子に対して１／４ピッチ分だけずれた位置に配置されている。そのため、第２の磁気異方性と第４の磁気異方性は互いに異なる可能性がある。例えば、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化しないときに、磁気スケール１２０から第１および第２のＭＲ素子に印加される磁界と、磁気スケール１２０から第３および第４のＭＲ素子に印加される磁界とでは、それらの方向および大きさが異なる。そのため、例えば、第２の磁気異方性と第４の磁気異方性が、いずれも、磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化しないときに磁気スケール１２０が発生する磁界に起因するものである場合には、第２の磁気異方性と第４の磁気異方性は互いに異なる。

第１の演算回路６１は、第２の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を補正するための第１の補正情報を求める。第１の演算回路６１の構成は、第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と同様に、第１の演算回路６１は、同時刻に得られる第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２の対を第１の信号対としたとき、回転磁界の方向が所定範囲（例えば３６０°）で回転する過程で得られる第１の信号対の推移の態様に基づいて、第１の補正情報を求める。

第３の演算回路６３は、第４の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を補正するための第２の補正情報を求める。第３の演算回路６３の構成は、第１の演算回路６１と同様である。第３の演算回路６３は、同時刻に得られる第３の信号Ｓ３と第４の信号Ｓ４の対を第２の信号対としたとき、回転磁界の方向が所定範囲（例えば３６０°）で回転する過程で得られる第２の信号対の推移の態様に基づいて、第２の補正情報を求める。

第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１、第１の補正情報、第３の信号Ｓ３および第２の補正情報を用いて、補正された検出値θｓを算出する。以下、第１ないし第３の演算回路６１，６２，６３の作用も含めて、本実施の形態に係る回転磁界センサ１０１の作用について詳しく説明する。以下の説明では、第２および第４の磁気異方性は、磁気スケール１２０が発生する磁界に起因するものとする。

本実施の形態では、第１のＭＲ素子に第２の磁気異方性が生じていない状態では、第１の信号Ｓ１の波形は、理想的には正弦曲線となる。同様に、第３のＭＲ素子に第４の磁気異方性が生じていない状態では、第３の信号Ｓ３の波形は、理想的には正弦曲線となる。なお、図１１に示したように、本実施の形態では、第１のＭＲ素子が含む磁性層（自由層）の平面形状（符号１１）と、第３のＭＲ素子が含む磁性層（自由層）の平面形状（符号３１）を、長軸がＺ方向に向いた楕円形としている。これは、以下の理由による。本実施の形態では、第１および第３のＭＲ素子の自由層が形状異方性を有していない場合には、第１および第３のＭＲ素子の自由層の磁化は、Ｙ方向の成分を持ち難いために、Ｘ方向または−Ｘ方向に向きやすくなる。そのため、この場合には、第１のＭＲ素子に第２の磁気異方性が生じていない状態における第１の信号Ｓ１の波形と、第３のＭＲ素子に第４の磁気異方性が生じていない状態における第３の信号Ｓ３の波形は、いずれも、正弦曲線から矩形波に近づく。第１および第３のＭＲ素子の自由層の形状を、例えば、長軸がＺ方向に向いた楕円形とすることにより、第１および第３のＭＲ素子の自由層の磁化はＸ方向または−Ｘ方向に向き難くなり、第１のＭＲ素子に第２の磁気異方性が生じていない状態における第１の信号Ｓ１の波形と、第３のＭＲ素子に第４の磁気異方性が生じていない状態における第３の信号Ｓ３の波形を、正弦曲線に近づけることができる。

第１のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じると、第１の信号Ｓ１の波形は、正弦曲線から歪む。第２の磁気異方性によって波形が歪んだ第１の信号Ｓ１は、近似的に、第２の磁気異方性に基づく角度変動項を含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第１の信号Ｓ１は、近似的に、下記の式（５）で表すことができる。

Ｓ１＝ｃｏｓ［θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝］ …（５）

上記の式（５）において、Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝は、第２の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ａは振幅（角度変動の最大値）を表し、αはθに対する位相差を表している。

第２のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じると、第２の信号Ｓ２の波形は、第１および第２の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第１および第２の磁気異方性に起因して歪んだ第２の信号Ｓ２は、近似的に、第１の磁気異方性に基づく角度変動項と第２の磁気異方性に基づく角度変動項とを含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第２の信号Ｓ２は、近似的に、下記の式（６）で表すことができる。

Ｓ２＝ｃｏｓ［θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝−Ｂｓｉｎ｛２（θ−β）｝］…（６）

上記の式（６）において、Ｂｓｉｎ（２θ）は、第１の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ｂは振幅（角度変動の最大値）を表し、βはθに対する位相差を表している。第１の磁気異方性は任意に設定することができることから、Ｂおよびβの値も任意に設定することができる。

第３の信号Ｓ３の位相は、第１の信号Ｓ１の位相と９０°だけ異なっている。第３のＭＲ素子に後天的に第４の磁気異方性が生じると、第３の信号Ｓ３の波形は、正弦曲線から歪む。第４の磁気異方性によって波形が歪んだ第３の信号Ｓ３は、近似的に、第４の磁気異方性に基づく角度変動項を含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第３の信号Ｓ３は、近似的に、下記の式（７）で表すことができる。

Ｓ３＝ｃｏｓ［（θ−９０°）−Ｃｓｉｎ｛２（θ−９０°）−γ｝］ …（７）

上記の式（７）において、Ｃｓｉｎ｛２（θ−９０°）−γ｝は、第４の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ｃは振幅（角度変動の最大値）を表し、γはθに対する位相差を表している。

第４のＭＲ素子に後天的に第４の磁気異方性が生じると、第４の信号Ｓ４の波形は、第３および第４の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第３および第４の磁気異方性に起因して歪んだ第４の信号Ｓ４は、近似的に、第３の磁気異方性に基づく角度変動項と第４の磁気異方性に基づく角度変動項とを含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第４の信号Ｓ４は、近似的に、下記の式（８）で表すことができる。

Ｓ４＝ｃｏｓ［（θ−９０°）−Ｃｓｉｎ｛２（θ−９０°）−γ｝−Ｄｓｉｎ｛２（θ−９０°）−δ｝］ …（８）

上記の式（８）において、Ｄｓｉｎ｛２（θ−９０°）−δ｝は、第３の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Ｄは振幅（角度変動の最大値）を表し、δはθに対する位相差を表している。第３の磁気異方性は任意に設定することができることから、Ｄおよびδの値も任意に設定することができる。

第１の演算回路６１は、第１の実施の形態における第１の演算回路６１と同様の作用により、第１の信号対の推移の態様に基づいて、第１の補正情報（Ａ，α）を求める。第３の演算回路６３は、第１の実施の形態における第１の演算回路６１と同様の作用により、第２の信号対の推移の態様に基づいて、第２の補正情報（Ｃ，γ）を求める。

第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１、第１の補正情報（Ａ，α）、第３の信号Ｓ３および第２の補正情報（Ｃ，γ）を用いて、補正された検出値θｓを算出する。具体的には、第２の演算回路６２は、例えば以下の方法によって、補正された検出値θｓを算出する。まず、第２の演算回路６２は、第１の信号Ｓ１および補正情報（Ａ，α）を用いて、補正された第１の信号を算出する。この補正された第１の信号は、第１の実施の形態において説明した第１の信号Ｓ１の計算値Ｓ１_ｎとすることができる。同様にして、第２の演算回路６２は、第３の信号Ｓ３および補正情報（Ｃ，γ）を用いて、補正された第３の信号Ｓ３_ｎを算出する。そして、第２の演算回路６２は、補正された第１および第３の信号Ｓ１_ｎ，Ｓ３_ｎから、前出の式（４）によって、補正された検出値θｓを算出する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１のＭＲ素子に後天的に第２の磁気異方性が生じ、第３のＭＲ素子に後天的に第４の磁気異方性が生じた場合でも、第２および第４の磁気異方性に起因して検出値θｓに生じる誤差を低減することが可能になる。

なお、本実施の形態において、ＭＲ素子を構成する複数の層の面に対して垂直な方向がＸＹ平面と交差するように、検出回路１０，２０，３０，４０を配置してもよい。この場合には、方向Ｔについて磁気スケール１２０と回転磁界センサ１０１の相対的位置関係が変化すると、自由層の磁化の方向は回転する。この場合には、基準平面ＰＬは、ＭＲ素子を構成する複数の層の面に平行な平面としてもよい。また、検出回路１０，２０内の複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を、Ｘ方向に直交する方向に変更して、ＭＲ素子を構成する複数の層の面に対して垂直な方向がＸＹ平面と交差するように検出回路１０，２０，３０，４０を同じ位置に配置してもよい。この場合には、検出回路１０，２０，３０，４０を同じ位置に配置しながら、第３および第４の信号Ｓ３，Ｓ４の位相を、第１および第２の信号Ｓ１，Ｓ２の位相に対して９０°だけ異ならせることができる。

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、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明における磁気検出素子としては、スピンバルブ型のＭＲ素子（ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子）に限らず、何らかの形で磁気異方性を持ち得るものであればよい。例えば、磁気検出素子としては、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗効果）素子を用いてもよい。また、第１および第３の磁気異方性は、形状磁気異方性に限らず、結晶磁気異方性や、応力磁気異方性によって設定されてもよい。

１…回転磁界センサ、１０…第１の検出回路、２０…第２の検出回路、３０…第３の検出回路、１４，２４，３４…ホイートストンブリッジ回路、６１…第１の演算回路、６１Ａ…信号対推移取得部、６１Ｂ…識別演算部、６１Ｃ…識別辞書、６２…第２の演算回路。

Claims (10)

1. 基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成する回転磁界センサであって、前記基準位置における回転磁界の方向は、前記回転磁界センサから見て回転するものであり、
   第１の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第１の信号を生成する第１の検出回路と、
   第２の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第２の信号を生成する第２の検出回路と、
   第１の演算回路と、
   第２の演算回路と
   を備え、
   前記第１の信号と第２の信号における第１の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、前記第１および第２の磁気検出素子の少なくとも一方に第１の磁気異方性が設定され、
   前記第１の演算回路は、前記第１の磁気検出素子に生じた第２の磁気異方性に起因して前記検出値に生じる誤差を補正するための補正情報を求めるものであって、同時刻に得られる前記第１の信号と第２の信号の対を信号対としたとき、前記回転磁界の方向が所定範囲で回転する過程で得られる前記信号対の推移の態様に基づいて、前記補正情報を求め、
   前記第２の演算回路は、前記第１の信号および前記補正情報を用いて、補正された検出値を算出することを特徴とする回転磁界センサ。
2. 前記第１の磁気異方性は、前記第１および第２の磁気検出素子のうちの少なくとも第２の磁気検出素子に設定されていることを特徴とする請求項１記載の回転磁界センサ。
3. 前記第２の磁気検出素子は、前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を含み、
   前記第１の磁気異方性は、前記磁性層の形状磁気異方性によって設定されていることを特徴とする請求項２記載の回転磁界センサ。
4. 前記第２の磁気検出素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、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し、
   前記第１の磁気異方性は、前記自由層の形状磁気異方性によって設定されていることを特徴とする請求項２記載の回転磁界センサ。
5. 前記自由層の磁化容易軸方向は、前記磁化固定層の磁化方向に対して平行ではなく且つ直交していないことを特徴とする請求項４記載の回転磁界センサ。
6. 前記第１の演算回路は、前記信号対を直交座標系における座標で表し、前記信号対の推移を２次元パターン情報で表すことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の回転磁界センサ。
7. 前記第１の演算回路は、前記２次元パターン情報と前記補正情報との対応関係の情報を保持し、パターン認識を用いて、前記２次元パターン情報に対応する補正情報を求めることを特徴とする請求項６記載の回転磁界センサ。
8. 前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度をθとし、前記補正情報をＡおよびαとしたとき、前記第１の信号は、θ−Ａｓｉｎ｛２（θ−α）｝を変数とした三角関数で表されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の回転磁界センサ。
9. 回転磁界センサは、更に、第３の検出回路を備え、
   前記第３の検出回路は、第３の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第３の信号を生成し、
   第３の信号の位相は、前記第１の信号の位相と異なり、
   前記第２の演算回路は、前記第１の信号および前記補正情報に加えて前記第３の信号を用いて、前記補正された検出値を算出することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の回転磁界センサ。
10. 回転磁界センサは、更に、第３の検出回路、第４の検出回路および第３の演算回路を備え、
    前記第３の検出回路は、第３の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第３の信号を生成し、
    前記第４の検出回路は、第４の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第４の信号を生成し、
    第３の信号の位相は、前記第１の信号の位相と異なり、
    前記第３の信号と第４の信号における第３の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、前記第３および第４の磁気検出素子の少なくとも一方に第３の磁気異方性が設定され、
    前記第３の演算回路は、前記第３の磁気検出素子に生じた第４の磁気異方性に起因して前記検出値に生じる誤差を補正するための第２の補正情報を求めるものであって、同時刻に得られる前記第３の信号と第４の信号の対を第２の信号対としたとき、前記回転磁界の方向が所定範囲で回転する過程で得られる前記第２の信号対の推移の態様に基づいて、前記第２の補正情報を求め、
    前記第２の演算回路は、前記第１の信号および前記補正情報に加えて前記第３の信号および第２の補正情報を用いて、前記補正された検出値を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の回転磁界センサ。

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