JP2020016439A - 角度センサの補正装置および角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】第１および第２の検出信号の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって生じるＮ次の角度誤差成分を、簡単な処理で低減する。【解決手段】角度センサは、第１の検出信号Ｓ１および第２の検出信号Ｓ２に基づいて角度検出値を生成する。補正装置３は、第１の検出信号Ｓ１に第１の補正値Ｃ１を加えて第１の補正後検出信号Ｓ１ｃを生成すると共に第２の検出信号Ｓ２に第２の補正値Ｃ２を加えて第２の補正後検出信号Ｓ２ｃを生成する補正処理を行う。検出対象の角度が周期Ｔで変化する場合、補正処理が行われないと、角度検出値は、Ｔ／Ｎの周期で変化するＮ次の角度誤差成分を含む。第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々は、Ｎ＋１次の信号誤差成分を含んでいる。第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の次数はＮ−１である。【選択図】図６

Description

本発明は、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度センサにおける誤差を補正するための補正装置、ならびに補正装置を含む角度センサに関する。

近年、自動車におけるステアリングホイールまたはパワーステアリングモータの回転位置の検出等の種々の用途で、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度センサが広く利用されている。角度センサとしては、例えば磁気式の角度センサがある。磁気式の角度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磁界発生部が設けられる。磁界発生部は、例えば磁石である。磁気式の角度センサにおける検出対象の角度は、例えば磁石の回転位置に対応する角度である。磁気式の角度センサは、例えば、上記回転磁界を検出して、角度検出値として、基準平面内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表わす値を生成する。

角度センサとしては、互いに位相が９０°異なる第１および第２の検出信号を生成する検出信号生成器を有し、第１および第２の検出信号を用いた演算によって角度検出値を生成するものが知られている。検出信号生成器は、第１の検出信号を出力する第１の検出回路と、第２の検出信号を出力する第２の検出回路とを有している。第１および第２の検出回路の各々は、少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。磁気検出素子は、例えば、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するスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子とも記す。）を含んでいる。

磁気式の角度センサでは、検出対象の角度が一定の角速度で変化する場合、第１および第２の検出信号の各々の波形は、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）になる。しかし、各検出信号の波形は、正弦曲線から歪む場合がある。この場合、第１の検出信号は、理想的な正弦曲線を描くように変化する第１の理想成分と、それ以外の１つ以上の信号誤差成分とを含んでいる。また、第２の検出信号は、理想的な正弦曲線を描くように変化する第２の理想成分と、それ以外の１つ以上の信号誤差成分とを含んでいる。各検出信号の波形が歪むと、角度検出値に誤差が生じる場合がある。以下、角度検出値に生じる誤差を、角度誤差と言う。

検出対象の角度が周期Ｔで変化する場合、Ｎを１以上の整数として、角度誤差は、Ｔ／Ｎの周期で変化する成分を含む場合がある。以下、この成分を、Ｎ次の角度誤差成分と言う。

ここで、検出対象の角度をθとし、第１の理想成分はｓｉｎθに比例し、第２の理想成分はｃｏｓθに比例するものとする。また、Ｍを０以上の整数とし、αを所定の角度とする。第１の検出信号は、ｓｉｎ（Ｍθ＋α）に比例する信号誤差成分を含む場合がある。また、第２の検出信号は、ｃｏｓ（Ｍθ＋α）に比例する信号誤差成分を含む場合がある。以下、これらの信号誤差成分をＭ次の信号誤差成分と言う。また、Ｍを、信号誤差成分の次数と言う。

角度誤差は、第１および第２の検出信号が、同じ次数の信号誤差成分を含むことによって生じる場合がある。この場合における角度誤差を低減するための一般的な方法は、第１の検出信号の信号誤差成分をキャンセルするような第１の補正値を第１の検出信号に加え、第２の検出信号の信号誤差成分をキャンセルするような第２の補正値を第２の検出信号に加えることである。この方法において、第１の補正値は、第１の検出信号の信号誤差成分の周期と同じ周期で変化する値であり、第２の補正値は、第２の検出信号の信号誤差成分の周期と同じ周期で変化する値である。

特許文献１には、第１および第２の検出信号の各々が３次の信号誤差成分を含む場合に、第１の補正値を第１の検出信号に加え、第２の補正値を第２の検出信号に加える技術が記載されている。この技術では、第１および第２の補正値の各々は、３次の信号誤差成分の周期と同じ周期で変化する値である。

特開２００８−３０４２４９号公報

１つのＮ次の角度誤差成分は、第１および第２の検出信号の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって生じる場合がある。以下、この場合におけるＮ次の角度誤差成分を低減する方法について考える。

この場合、前述の一般的な方法では、Ｎ＋１次の信号誤差成分の周期と同じ周期で変化する第１および第２の補正値を、それぞれ第１および第２の検出信号に加えることになる。しかし、この方法では、特にＮの値が大きい場合に、第１および第２の補正値が複雑になり、その結果、Ｎ次の角度誤差成分を低減するための処理も複雑になるという問題点がある。

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、第１および第２の検出信号の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって生じるＮ次の角度誤差成分を、簡単な処理で低減することができるようにした角度センサの補正装置および角度センサを提供することにある。

本発明の角度センサの補正装置は、それぞれ検出対象の角度と対応関係を有する第１の検出信号と第２の検出信号を生成する検出信号生成器と、第１および第２の検出信号に基づいて検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度検出器とを備えた角度センサに用いられ、第１および第２の検出信号を補正するための装置である。本発明の角度センサは、上記検出信号生成器と、上記角度検出器と、本発明の補正装置とを備えている。

本発明の補正装置は、第１の検出信号に第１の補正値を加えて第１の補正後検出信号を生成すると共に第２の検出信号に第２の補正値を加えて第２の補正後検出信号を生成する補正処理を行う補正プロセッサを備えている。

ここで、検出対象の角度をθとし、Ｎを１以上の整数とし、Ａ₀，Ａ_Hを０以外の実数とし、αを所定の角度とする。第１の検出信号は、Ａ₀ｓｉｎθで表される第１の理想成分と、−Ａ_Hｓｉｎ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第１の信号誤差成分とを含み、第２の検出信号は、Ａ₀ｃｏｓθで表される第２の理想成分と、−Ａ_Hｃｏｓ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第２の信号誤差成分とを含んでいる。

また、補正処理が行われない場合における角度検出値を未補正角度検出値θｐとする。未補正角度検出値θｐは、誤差を含んでいる。検出対象の角度θが所定の周期Ｔで変化する場合、未補正角度検出値θｐの誤差は、第１および第２の信号誤差成分に起因した成分であってＴ／Ｎの周期で変化する成分を含む。

本発明の補正装置において、第１の補正値は−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表され、第２の補正値はＡ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表される。Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるような実数である。｜Ａ_H＋Ａ_L｜は、｜Ａ_H｜×０．５以下であってもよいし、０であってもよい

本発明の角度センサにおいて、第１の検出信号は、回転磁界角度の正弦と対応関係を有していてもよく、第２の検出信号は、回転磁界角度の余弦と対応関係を有していてもよい。回転磁界角度は、検出対象の角度と対応関係を有する角度であって、基準平面内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である。

本発明の補正装置および角度センサによれば、第１および第２の補正値が簡単になるため、第１および第２の検出信号の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって生じるＮ次の角度誤差成分を、簡単な処理で低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る角度センサを含む角度センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における基準平面を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る角度センサの構成を示すブロック図である。 図３における検出信号生成器の構成を示す回路図である。 図４における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。 図３における補正装置の構成を示す機能ブロック図である。 補正処理が行われない場合に角度検出値に生じる角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 補正処理が行われない場合に角度検出値に生じる角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。 補正処理が行われない場合に角度検出値に生じる角度誤差の波形の第３の例を示す波形図である。 補正処理が行われない場合に角度検出値に生じる角度誤差の波形の第４の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態における補正情報決定手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態の第１の実施例における未補正角度検出値の誤差の波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第１の実施例における角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第１の実施例における角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第２の実施例における未補正角度検出値の誤差の波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第２の実施例における角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第２の実施例における角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第３の実施例における未補正角度検出値の誤差の波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第３の実施例における角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第３の実施例における角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第４の実施例における未補正角度検出値の誤差の波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第４の実施例における角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第４の実施例における角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第５の実施例における未補正角度検出値の誤差の波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第５の実施例における角度誤差の波形の第１の例を示す波形図である。 本発明の一実施の形態の第５の実施例における角度誤差の波形の第２の例を示す波形図である。

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を参照して、本発明の一実施の形態に係る角度センサを含む角度センサシステムの概略の構成について説明する。

図１に示した角度センサシステムは、磁界発生部と、本実施の形態に係る角度センサ１とを備えている。角度センサ１は、特に磁気式の角度センサである。

図１には、磁界発生部が円柱状の磁石５である例を示している。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。これにより、磁石５は、回転磁界ＭＦを発生する。回転磁界ＭＦ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界である。

角度センサ１は、検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値θｓを生成するものである。以下、検出対象の角度を、対象角度と言い、記号θで表す。本実施の形態における対象角度θは、磁石５の回転位置に対応する角度である。

角度センサ１は、回転磁界ＭＦを検出して、角度検出値θｓとして、対象角度θと対応関係を有する回転磁界角度θＭを表す値を生成する。回転磁界角度θＭは、基準平面Ｐ内において基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが基準方向ＤＲに対してなす角度である。図２には、基準平面Ｐ、基準位置ＰＲ、回転磁界ＭＦの方向ＤＭ、基準方向ＤＲおよび回転磁界角度θＭを示している。

ここで、図１および図２を参照して、本実施の形態における方向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、図１における下から上に向かう方向をＺ方向とする。図２では、Ｚ方向を図２における奥から手前に向かう方向として表している。次に、Ｚ方向に垂直な２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方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とする。

基準平面Ｐは、磁石５の一方の端面に平行な仮想の平面である。基準位置ＰＲは、角度センサ１が回転磁界ＭＦを検出する位置である。基準方向ＤＲは、基準平面Ｐ内に位置して、基準位置ＰＲと交差する。また、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＲは、基準平面Ｐ内に位置する。角度センサ１は、磁石５の上記一方の端面に対向するように配置される。本実施の形態では、Ｘ方向を基準方向ＤＲとする。基準平面Ｐ内において、回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、基準位置ＰＲを中心として回転する。本実施の形態では、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。回転磁界角度θＭ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。

本実施の形態において、磁石５が理想的な回転磁界ＭＦを発生する場合には、回転磁界角度θＭは、対象角度θと一致する。図２には、この場合における対象角度θを示している。しかし、回転磁界角度θＭは、磁石５の着磁のばらつき等によって、理想的なものにならずに、対象角度θとはわずかに異なる場合がある。このことは、角度検出値θｓに誤差が生じる原因の一つである。

なお、本実施の形態における角度センサシステムの構成は、図１に示した例に限られない。本実施の形態における角度センサシステムの構成は、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭが角度センサ１から見て回転するように、磁界発生部と角度センサ１の相対的位置関係が変化する構成であればよい。例えば、図１に示したように配置された磁石５と角度センサ１において、磁石５が固定されて角度センサ１が回転してもよいし、磁石５と角度センサ１が互いに反対方向に回転してもよいし、磁石５と角度センサ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、磁界発生部として、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角度センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁石と角度センサ１の少なくとも一方が回転すればよい。

また、磁界発生部として、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角度センサ１が配置されていてもよい。この場合には、磁気スケールと角度センサ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。

上述の種々の角度センサシステムの構成においても、角度センサ１と所定の位置関係を有する基準平面Ｐが存在し、この基準平面Ｐ内において、回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、角度センサ１から見て、基準位置ＰＲを中心として回転する。

図３は、角度センサ１の構成を示すブロック図である。図３に示したように、角度センサ１は、それぞれ対象角度θと対応関係を有する第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２を生成する検出信号生成器２と、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて対象角度θと対応関係を有する角度検出値θｓを生成する角度検出器４と、本実施の形態に係る補正装置３とを備えている。

本実施の形態では特に、第１の検出信号Ｓ１は回転磁界角度θＭの正弦と対応関係を有し、第２の検出信号Ｓ２は回転磁界角度θＭの余弦と対応関係を有する。

補正装置３は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を補正するための装置である。補正装置３は、第１の検出信号Ｓ１を補正して第１の補正後検出信号Ｓ１ｃを生成し、第２の検出信号Ｓ２を補正して第２の補正後検出信号Ｓ２ｃを生成し、これら第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃを角度検出器４に与える。角度検出器４は、第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃを用いて角度検出値θｓを生成する。

図１に示したように、検出信号生成器２は、第１の検出信号Ｓ１を生成する第１の検出回路１０と、第２の検出信号Ｓ２を生成する第２の検出回路２０とを含んでいる。図１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。また、図１では、第１および第２の検出回路１０，２０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および第２の検出回路１０，２０の各々は、回転磁界ＭＦを検出する少なくとも１つの磁気検出素子を含んでいる。

次に、図４を参照して、検出信号生成器２の構成について詳しく説明する。図４は、検出信号生成器２の構成を示す回路図である。前述の通り、検出信号生成器２は、第１の検出信号Ｓ１を生成する第１の検出回路１０と、第２の検出信号Ｓ２を生成する第２の検出回路２０とを含んでいる。

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、４つの磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４と、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とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ１１は、電源ポートＶ１と出力ポートＥ１１との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ１２は、出力ポートＥ１１とグランドポートＧ１との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ１３は、電源ポートＶ１と出力ポートＥ１２との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ１４は、出力ポートＥ１２とグランドポートＧ１との間に設けられている。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の検出信号Ｓ１として出力する。

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、４つの磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４と、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とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ２１は、電源ポートＶ２と出力ポートＥ２１との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ２２は、出力ポートＥ２１とグランドポートＧ２との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ２３は、電源ポートＶ２と出力ポートＥ２２との間に設けられている。磁気検出素子Ｒ２４は、出力ポートＥ２２とグランドポートＧ２との間に設けられている。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を第２の検出信号Ｓ２として出力する。

磁気検出素子Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４の各々は、直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を含んでいてもよい。複数のＭＲ素子の各々は、例えばスピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、基準位置ＰＲにおける回転磁界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ギャップ層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ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。図４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、磁気検出素子Ｒ１１，Ｒ１４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向はＹ方向であり、磁気検出素子Ｒ１２，Ｒ１３に含まれる複数のＭＲ素子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、回転磁界角度θＭの正弦に応じて、出力ポートＥ１１，Ｅ１２の電位差が変化する。従って、第１の検出信号Ｓ１は、回転磁界角度θＭの正弦と対応関係を有する。回転磁界角度θＭは対象角度θと対応関係を有するため、第１の検出信号Ｓ１は、対象角度θと対応関係を有する。

第２の検出回路２０では、磁気検出素子Ｒ２１，Ｒ２４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向はＸ方向であり、磁気検出素子Ｒ２２，Ｒ２３に含まれる複数のＭＲ素子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、回転磁界角度θＭの余弦に応じて、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差が変化する。従って、第２の検出信号Ｓ２は、回転磁界角度θＭの余弦と対応関係を有する。回転磁界角度θＭは対象角度θと対応関係を有するため、第２の検出信号Ｓ２は、対象角度θと対応関係を有する。

なお、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。

ここで、図５を参照して、磁気検出素子の構成の一例について説明する。図５は、図４に示した検出信号生成器２における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つの磁気検出素子は、複数の下部電極６２と、複数のＭＲ素子５０と、複数の上部電極６３とを有している。複数の下部電極６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極６２は細長い形状を有している。下部電極６２の長手方向に隣接する２つの下部電極６２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６２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子５０が配置されている。ＭＲ素子５０は、下部電極６２側から順に積層された自由層５１、ギャップ層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６２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６３は、複数のＭＲ素子５０の上に配置されている。個々の上部電極６３は細長い形状を有し、下部電極６２の長手方向に隣接する２つの下部電極６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子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に示した磁気検出素子は、複数の下部電極６２と複数の上部電極６３とによって直列に接続された複数のＭＲ素子５０を有している。なお、ＭＲ素子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。

次に、図６を参照して、補正装置３の構成について詳しく説明する。図６は、補正装置３の構成を示す機能ブロック図である。補正装置３は、アナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）３１，３２と、補正プロセッサ３３とを備えている。補正プロセッサ３３および角度検出器４では、デジタル信号が用いられる。Ａ／Ｄ変換器３１は、第１の検出信号Ｓ１をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３２は、第２の検出信号Ｓ２をデジタル信号に変換する。

補正プロセッサ３３および角度検出器４は、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはマイクロコンピュータによって実現することができる。

補正プロセッサ３３は、補正処理を行う。補正処理は、Ａ／Ｄ変換器３１によってデジタル信号に変換された第１の検出信号Ｓ１に第１の補正値Ｃ１を加えて第１の補正後検出信号Ｓ１ｃを生成すると共に、Ａ／Ｄ変換器３２によってデジタル信号に変換された第２の検出信号Ｓ２に第２の補正値Ｃ２を加えて第２の補正後検出信号Ｓ２ｃを生成する処理である。以下、補正処理で扱う第１の検出信号Ｓ１は、Ａ／Ｄ変換器３１によってデジタル信号に変換された第１の検出信号Ｓ１を指し、補正処理で扱う第２の検出信号Ｓ２は、Ａ／Ｄ変換器３２によってデジタル信号に変換された第２の検出信号Ｓ２を指す。

前述の通り、第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃは、角度検出器４に与えられる。角度検出器４は、第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃを用いて角度検出値θｓを生成する。

補正プロセッサ３３は、加算部３４，３５と、補正値生成部３６と、補正情報保持部３７とを含んでいる。加算部３４は、第１の検出信号Ｓ１に第１の補正値Ｃ１を加えて第１の補正後検出信号Ｓ１ｃを生成する処理を行う。加算部３５は、第２の検出信号Ｓ２に第２の補正値Ｃ２を加えて第２の補正後検出信号Ｓ２ｃを生成する処理を行う。

補正値生成部３６は、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を生成し、第１の補正値Ｃ１を加算部３４に与え、第２の補正値Ｃ２を加算部３５に与える。補正情報保持部３７は、補正値生成部３６が第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を生成するために必要な補正情報を保持し、この補正情報を補正値生成部３６に与える。補正値生成部３６は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２と補正情報を用いて、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を生成する。補正処理の内容については、後で詳しく説明する。

次に、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の誤差成分と、それによって角度検出値θｓに生じる誤差について説明する。

前述の通り、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１は回転磁界角度θＭの正弦と対応関係を有し、第２の検出信号Ｓ２は回転磁界角度θＭの余弦と対応関係を有する。Ａ₀を０以外の実数とすると、理想的には、第１の検出信号Ｓ１はＡ₀ｓｉｎθで表され、第２の検出信号Ｓ２はＡ₀ｃｏｓθで表される。本実施の形態では、Ａ₀ｓｉｎθを第１の理想成分と言い、Ａ₀ｃｏｓθを第２の理想成分と言う。

実際には、第１の検出信号Ｓ１は、第１の理想成分と、それ以外の１つ以上の誤差成分を含み、第２の検出信号Ｓ２は、第２の理想成分と、それ以外の１つ以上の誤差成分を含む。本実施の形態では、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々が含む１つ以上の誤差成分を、１つ以上の信号誤差成分と言う。

第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々が１つ以上の信号誤差成分を含む原因には、大きく分けて、回転磁界ＭＦによる第１の原因と、検出信号生成器２による第２の原因とがある。第１の原因は、前述の通り、磁石５の着磁のばらつき等によって、回転磁界角度θＭが理想的なものにならずに、対象角度θとはわずかに異なることによるものである。第２の原因の具体例としては、ＭＲ素子５０の自由層５１がＭＲ素子５０の磁化固定層５３の磁化方向の磁気異方性を有することや、ＭＲ素子５０の磁化固定層５３の磁化方向が回転磁界ＭＦ等の影響によって変動することや、第１の検出回路１０のＭＲ素子５０の自由層５１と第２の検出回路２０のＭＲ素子５０の自由層５１が同じ方向の磁気異方性を有することや、磁石５と検出信号生成器２の位置関係がずれていることが挙げられる。

第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々における１つ以上の信号誤差成分は、第１の原因と第２の原因の少なくとも一方によって生じ得る。

補正処理が行われない場合には、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々が１つ以上の信号誤差成分を含むことによって、角度検出値θｓに誤差が生じる場合がある。本実施の形態では、角度検出値θｓに生じる誤差を角度誤差と言う。

対象角度θが所定の周期Ｔで変化する場合、Ｎを１以上の整数として、角度誤差は、Ｔ／Ｎの周期で変化する成分を含む場合がある。以下、この成分を、Ｎ次の角度誤差成分と言う。

ここで、Ｍを０以上の整数とし、αを所定の角度とする。第１の検出信号Ｓ１は、ｓｉｎ（Ｍθ＋α）に比例する信号誤差成分を含む場合がある。また、第２の検出信号Ｓ２は、ｃｏｓ（Ｍθ＋α）に比例する信号誤差成分を含む場合がある。以下、これらの信号誤差成分をＭ次の信号誤差成分と言う。また、Ｍを、信号誤差成分の次数と言う。本実施の形態では、Ｍの値によって信号誤差成分を区別する。

以下、信号誤差成分と角度誤差成分との関係に関して、本願の発明者による研究によって分かったことについて説明する。まず、説明を簡単にするために、第１の検出信号Ｓ１は、第１の理想成分（Ａ₀ｓｉｎθ）と１つのＭ次の信号誤差成分のみを含み、第２の検出信号Ｓ２は、第２の理想成分（Ａ₀ｃｏｓθ）と１つのＭ次の信号誤差成分のみを含むものとする。また、第１の検出信号Ｓ１のＭ次の信号誤差成分と第２の検出信号Ｓ２のＭ次の信号誤差成分は、Ｍの値が同じで振幅が等しいものとする。この場合、Ｂ₀を０以外の実数とすると、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２は、式（１）および（２）の組、または式（３）および（４）の組で表される。

Ｓ１＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ｂ₀ｓｉｎ（Ｍθ＋α） …（１）
Ｓ２＝Ａ₀ｃｏｓθ＋Ｂ₀ｃｏｓ（Ｍθ＋α） …（２）

Ｓ１＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ｂ₀ｓｉｎ（Ｍθ＋α） …（３）
Ｓ２＝Ａ₀ｃｏｓθ−Ｂ₀ｃｏｓ（Ｍθ＋α） …（４）

式（１）および（２）の組では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とで、Ｍ次の信号誤差成分の項の正負の記号が異なる。なお、式（１）および（２）では、第１の検出信号Ｓ１のＭ次の信号誤差成分の項の正負の記号を“−”とし、第２の検出信号Ｓ２のＭ次の信号誤差成分の項の正負の記号を“＋”としているが、これらの記号は反対であってもよい。

式（３）および（４）の組では、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２とで、Ｍ次の信号誤差成分の項の正負の記号が同じである。なお、式（３）および（４）では、第１の検出信号Ｓ１のＭ次の信号誤差成分の項の正負の記号と第２の検出信号Ｓ２のＭ次の信号誤差成分の項の正負の記号を、いずれも“−”としているが、これらの記号はいずれも“＋”であってもよい。

本願の発明者は、信号誤差成分と角度誤差成分との関係に関して、以下の第１ないし第３の特徴を見出した。第１の特徴は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（１）および（２）の組で表される場合には、補正処理が行われないと、角度検出値θｓには主にＭ＋１次の角度誤差成分が生じるのに対し、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合には、補正処理が行われないと、角度検出値θｓには主にＭ−１次の角度誤差成分が生じることである。

第２の特徴は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（１）および（２）の組で表される場合と、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合とで、Ｂ₀に対する主な角度誤差成分の振幅の比率が変わらないことである。

第３の特徴は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（１）および（２）の組で表される場合と、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合のいずれにおいても、Ｂ₀が正の値の場合と負の値の場合とで、主な角度誤差成分の位相が逆になることである。

以上の第１ないし第３の特徴は、Ｍが０以上の整数であれば、Ｍの値に関わらずに成り立つ。

ここで、図７ないし図１０に、上記の第１ないし第３の特徴を表す具体例を示す。この例では、Ｍを３とし、Ａ₀を１とし、Ｂ₀を０．０２または−０．０２とし、αを０として、補正処理が行われない場合に角度検出値θｓに生じる角度誤差を求めている。図７ないし図１０は、角度誤差の波形の第１ないし第４の例を示している。図７ないし図１０において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差を示している。

図７は、Ｂ₀が０．０２であって、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（１）および（２）の組で表される場合における角度誤差の波形を示している。図８は、Ｂ₀が０．０２であって、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合における角度誤差の波形を示している。

図７および図８は、上記の第１および第２の特徴を表している。すなわち、図７に示した角度誤差は主に４次の角度誤差成分を含み、図８に示した角度誤差は主に２次の角度誤差成分を含んでいる。また、図７における４次の角度誤差成分の振幅と図８における２次の角度誤差成分の振幅は等しい。

図９は、Ｂ₀が−０．０２であって、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（１）および（２）の組で表される場合における角度誤差の波形を示している。図１０は、Ｂ₀が−０．０２であって、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合における角度誤差の波形を示している。

図９および図１０も、上記の第１および第２の特徴を表している。また、図７および図９は、上記の第３の特徴を表している。すなわち、図７と図９では、４次の角度誤差成分の位相が逆になっている。図８および図１０も、上記の第３の特徴を表している。すなわち、図８と図１０では、２次の角度誤差成分の位相が逆になっている。

上記の第１の特徴から、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２が式（３）および（４）の組で表される場合、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって、補正処理が行われないと角度検出値θｓにＮ次の角度誤差成分が生じることが分かる。本実施の形態に係る補正装置３は、このような場合におけるＮ次の角度誤差成分を低減するために、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を補正するものである。

次に、本実施の形態における補正処理について詳しく説明する。本実施の形態では、Ａ₀，Ａ_Hを０以外の実数としたときに、第１の検出信号Ｓ１は、Ａ₀ｓｉｎθで表される第１の理想成分と、−Ａ_Hｓｉｎ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第１の信号誤差成分とを含んでいる。また、第２の検出信号Ｓ２は、Ａ₀ｃｏｓθで表される第２の理想成分と、−Ａ_Hｃｏｓ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第２の信号誤差成分とを含んでいる。

第１の信号誤差成分と第２の信号誤差成分は、式（３）および（４）における信号誤差成分に相当するＮ＋１次の信号誤差成分である。

以下、説明を簡単にするために、第１の検出信号Ｓ１は第１の理想成分と第１の信号誤差成分のみを含み、第２の検出信号Ｓ２は第２の理想成分と第２の信号誤差成分のみを含むものとする。この場合、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、下記の式（５）および（６）で表される。

Ｓ１＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ａ_Hｓｉｎ（（Ｎ＋１）θ＋α） …（５）
Ｓ２＝Ａ₀ｃｏｓθ−Ａ_Hｃｏｓ（（Ｎ＋１）θ＋α） …（６）

対象角度θが所定の周期Ｔで変化する場合、補正処理が行われないと、角度検出値θｓは、第１および第２の信号誤差成分に起因した成分であってＴ／Ｎの周期で変化する成分すなわちＮ次の角度誤差成分を含む。

本実施の形態では、前述の第１ないし第３の特徴を利用して、以下のようにして、Ｎ次の角度誤差成分を低減する。

ここで、仮に、補正処理において、第１の補正値Ｃ１を−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θ＋α）とすることができ、第２の補正値Ｃ２をＡ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θ＋α）とすることができるとすれば、前述の第１ないし第３の特徴から、Ａ_Lを、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるような実数とすることにより、Ｎ次の角度誤差成分の振幅を小さくすることができる。しかし、補正プロセッサ３３は、対象角度θを知ることはできないため、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を上記のように決定することはできない。

そこで、本実施の形態における補正処理では、補正値生成部３６において、対象角度θの代わりに未補正角度検出値θｐを用いて、下記の式（７）、（８）によって表される第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定する。未補正角度検出値θｐは、補正処理が行われない場合における角度検出値である。Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるような実数である。｜Ａ_H＋Ａ_L｜は、｜Ａ_H｜×０．５以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。

Ｃ１＝−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θｐ＋α） …（７）
Ｃ２＝Ａ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θｐ＋α） …（８）

ここで、対象角度θが周期Ｔで変化するときに第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の周期がＴ／Ｄである場合、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の各々の次数がＤであると言う。本実施の形態では特に、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の各々の次数はＮ−１である。

補正情報保持部３７は、補正情報としてＮ、Ａ_Lおよびαの各値を保持し、これらを補正値生成部３６に与える。補正値生成部３６は、Ｎ、Ａ_Lおよびαの各値を用いて、式（７）、（８）によって表される第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定する。

補正値生成部３６は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を用いて、下記の式（９）によって未補正角度検出値θｐを算出してもよい。そして、補正値生成部３６は、補正情報であるＮ、Ａ_Lおよびαの各値と、算出した未補正角度検出値θｐを、式（７）、（８）に代入して、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定してもよい。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。

θｐ＝ａｔａｎ（Ｓ１／Ｓ２） …（９）

θｐが０°以上３６０°未満の範囲内では、式（９）におけるθｐの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、Ｓ１，Ｓ２の正負の組み合わせにより、θｐの真の値が、式（９）におけるθｐの２つの解のいずれであるかを判別することができる。補正値生成部３６は、式（９）と、上記のＳ１，Ｓ２の正負の組み合わせの判定により、０°以上３６０°未満の範囲内でθｐを求める。

なお、補正値生成部３６では、未補正角度検出値θｐを算出しなくても第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定することができる場合がある。例えば、Ｎが１の場合には、式（７）、（８）における（Ｎ−１）θｐが０になるため、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２は、いずれも、未補正角度検出値θｐによって変化しない一定値になる。

また、Ｎが２の場合には、式（７）、（８）における（Ｎ−１）θｐはθｐになる。この場合には、ｓｉｎθｐとｃｏｓθｐを変数としてＣ１，Ｃ２を表すように式（７）、（８）を変形することができる。ここで、ｓｉｎθｐとｃｏｓθｐは、それぞれ、振幅が１になるように規格化した第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の値である。従って、この場合には、未補正角度検出値θｐを算出しなくても、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定することができる。

Ｎが３以上の場合においても、ｓｉｎθｐとｃｏｓθｐを変数としてＣ１，Ｃ２を表すように式（７）、（８）を変形することができる場合には、未補正角度検出値θｐを算出しなくても、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定することができる。

補正値生成部３６は、第１の補正値Ｃ１を加算部３４に与え、第２の補正値Ｃ２を加算部３５に与える。加算部３４は、第１の検出信号Ｓ１に第１の補正値Ｃ１を加えて第１の補正後検出信号Ｓ１ｃを生成する。加算部３５は、第２の検出信号Ｓ２に第２の補正値Ｃ２を加えて第２の補正後検出信号Ｓ２ｃを生成する。第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃは、下記の式（１０）、（１１）で表される。

Ｓ１ｃ＝Ｓ１＋Ｃ１
＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ａ_Hｓｉｎ（（Ｎ＋１）θ＋α）
−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θｐ＋α） …（１０）
Ｓ２ｃ＝Ｓ２＋Ｃ２
＝Ａ₀ｃｏｓθ−Ａ_Hｃｏｓ（（Ｎ＋１）θ＋α）
＋Ａ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θｐ＋α） …（１１）

第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃは、図３に示した角度検出器４に与えられる。角度検出器４は、第１および第２の補正後検出信号Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃを用いて、下記の式（１２）によって、角度検出値θｓを生成する。

θｓ＝ａｔａｎ（Ｓ１ｃ／Ｓ２ｃ） …（１２）

θｓが０°以上３６０°未満の範囲内では、式（１２）におけるθｓの解には、１８０°異なる２つの値がある。しかし、Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃの正負の組み合わせにより、θｓの真の値が、式（１２）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。角度検出器４は、式（１２）と、上記のＳ１ｃ，Ｓ２ｃの正負の組み合わせの判定により、０°以上３６０°未満の範囲内でθｓを求める。

補正情報保持部３７が保持する補正情報は、角度センサ１の出荷前または使用前に、角度センサ１の外部の図示しない制御部を用いて決定され、補正情報保持部３７に与えられる。この手順を、補正情報決定手順と言う。以下、図１１を参照して、補正情報決定手順について説明する。図１１は、補正情報決定手順を示すフローチャートである。

補正情報決定手順は、角度センサ１の出荷前または使用前に実行される。補正情報決定手順は、制御部が対象角度θを認識できる状況で行われる。この状況は、例えば、制御部の指令によって対象角度θを変化させる場合や、制御部が対象角度θの情報を取得できる場合に得られる。

補正情報決定手順では、始めに、手順Ｓ１０１で、対象角度θが１周期だけ変化する間、Ａ／Ｄ変換器３１，３２によってデジタル信号に変換された第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を取得する。手順Ｓ１０１では、更に、対象角度θが１周期だけ変化する間、前出の式（９）によって未補正角度検出値θｐを算出すると共に、下記の式（１３）によって未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐを算出する。

Ｅｐ＝θｐ−θ …（１３）

補正情報決定手順では、次に、手順Ｓ１０２で、対象角度θが１周期だけ変化する間における誤差Ｅｐを解析して、誤差Ｅｐに含まれる主要な成分であって、対象角度θの周期Ｔの１／Ｎの周期で変化する成分を抽出し、この成分に対応するＮの値を、補正情報としてのＮの値として決定する。誤差Ｅｐの解析は、例えばフーリエ解析を用いて行われる。

補正情報決定手順では、次に、手順Ｓ１０３で、対象角度θが１周期だけ変化する間における第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２を解析して、手順Ｓ１０２で決定したＮの値に対応する第１および第２の信号誤差成分を抽出する。第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の解析は、例えばフーリエ解析を用いて行われる。手順Ｓ１０３では、更に、抽出した第１および第２の信号誤差成分を解析して、Ａ_Hおよびαの各値を求める。手順Ｓ１０３で求めたαの値は、補正情報としてのαの値となる。

補正情報決定手順では、次に、手順Ｓ１０４で、手順Ｓ１０３で求めたＡ_Hに基づいてＡ_Lを決定する。Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるように決定される。これにより、補正情報決定手順は終了する。Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜×０．５以下になるように決定されることが好ましく、０になるよう決定されることがより好ましい。

｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さければ、補正処理が行われない場合に比べて、Ｎ次の角度誤差成分の振幅を小さくすることができる。｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜×０．５以下であれば、Ｎ次の角度誤差成分の振幅を、補正処理が行われない場合に比べて約２分の１まで小さくすることができる。｜Ａ_H＋Ａ_L｜が０であれば、Ｎ次の角度誤差成分の振幅をほぼ０にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る補正装置３および角度センサ１によれば、補正処理が行われない場合に比べて、Ｎ次の角度誤差成分を低減することができる。本実施の形態における補正処理は、Ｎが１以上の整数であれば、Ｎの値に関わらずに適用することができる。

本実施の形態では、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含んでいる。この場合における角度誤差を低減するための一般的な方法は、第１の検出信号Ｓ１のＮ＋１次の信号誤差成分をキャンセルするようなＮ＋１次の第１の補正値を第１の検出信号Ｓ１に加え、第２の検出信号Ｓ２のＮ＋１次の信号誤差成分をキャンセルするようなＮ＋１次の第２の補正値を第２の検出信号Ｓ２に加えることである。しかし、この方法では、特にＮの値が大きい場合に、第１および第２の補正値が複雑になり、その結果、Ｎ次の角度誤差成分を低減するための処理も複雑になる。

これに対し、本実施の形態では、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含んでいるにも関わらず、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の各々の次数はＮ−１である。そのため、本実施の形態では、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２が簡単になり、その結果、補正処理も簡単になる。

以上のことから、本実施の形態によれば、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々がＮ＋１次の信号誤差成分を含むことによって生じるＮ次の角度誤差成分を、簡単な補正処理で低減することができる。

本実施の形態は、Ｎ次の角度誤差成分の原因が、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２のＮ＋１次の信号誤差成分のみであるか、ほとんどＮ＋１次の信号誤差成分である場合に効果的である。

なお、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々が主にＮ−１次の信号誤差成分を含むことによってＮ次の角度誤差成分が生じる場合に、Ｎ＋１次の第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２によって、Ｎ次の角度誤差成分を低減することも可能である。しかし、この場合は、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２の次数が信号誤差成分の次数よりも高くなるため、本実施の形態の効果は得られない。

以下、本実施の形態における第１ないし第５の実施例について説明する。また、以下、本実施の形態における角度検出値θｓの誤差である角度誤差を、記号Ｅｓで表す。角度誤差Ｅｓは、下記の式（１４）で表される。

Ｅｓ＝θｓ−θ …（１４）

［第１の実施例］
第１の実施例は、Ｎが１の場合の例である。Ｎが１の場合、式（７）、（８）は、下記の式（１５）、（１６）に変わる。

Ｃ１＝−Ａ_Lｓｉｎα …（１５）
Ｃ２＝Ａ_Lｃｏｓα …（１６）

式（１５）、（１６）から理解されるように、Ｎが１の場合には、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２は、いずれも未補正角度検出値θｐに応じて変化しない一定値である。Ｎが１の場合における補正値Ｃ１，Ｃ２の周期は、無限大であると言うことができる。

Ｎが１の場合、式（１０）、（１１）は、下記の式（１７）、（１８）に変わる。

Ｓ１ｃ＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ａ_Hｓｉｎ（２θ＋α）−Ａ_Lｓｉｎα …（１７）
Ｓ２ｃ＝Ａ₀ｃｏｓθ−Ａ_Hｃｏｓ（２θ＋α）＋Ａ_Lｃｏｓα …（１８）

以下、具体例として、Ａ₀が１、Ａ_Hが０．０２、αが３０°である場合の例について、図１２ないし図１４を参照して説明する。

図１２は、未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐの波形を示す波形図である。図１２において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は誤差Ｅｐを示している。

図１３は、Ａ_Lを−０．０１とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図１３において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０１とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は｜Ａ_H｜×０．５と等しい。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図１２に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値の約２分の１である。

図１４は、Ａ_Lを−０．０２とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図１４において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０２とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０である。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値は、θに関わらずに０である。

［第２の実施例］
第２の実施例は、Ｎが２の場合の例である。Ｎが２の場合、式（７）、（８）は、下記の式（１９）、（２０）に変わる。

Ｃ１＝−Ａ_Lｓｉｎ（θｐ＋α） …（１９）
Ｃ２＝Ａ_Lｃｏｓ（θｐ＋α） …（２０）

式（１９）、（２０）から理解されるように、Ｎが２の場合には、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２は、いずれも未補正角度検出値θｐに応じて変化する。

Ｎが２の場合、式（１０）、（１１）は、下記の式（２１）、（２２）に変わる。

Ｓ１ｃ＝Ａ₀ｓｉｎθ−Ａ_Hｓｉｎ（３θ＋α）−Ａ_Lｓｉｎ（θｐ＋α） …（２１）
Ｓ２ｃ＝Ａ₀ｃｏｓθ−Ａ_Hｃｏｓ（３θ＋α）＋Ａ_Lｃｏｓ（θｐ＋α） …（２２）

なお、前述のように、Ｎが２の場合には、ｓｉｎθｐとｃｏｓθｐを変数としてＣ１，Ｃ２を表すように式（１９）、（２０）を変形することができる。式（１９）、（２０）を変形すると、下記の式（２３）、（２４）が得られる。この場合には、前述のように、未補正角度検出値θｐを算出しなくても、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、第１および第２の補正値Ｃ１，Ｃ２を決定することができる。

Ｃ１＝−Ａ_L｛ｓｉｎθｐ・ｃｏｓα＋ｃｏｓθｐ・ｓｉｎα｝ …（２３）
Ｃ２＝Ａ_L｛ｃｏｓθｐ・ｃｏｓα−ｓｉｎθｐ・ｓｉｎα｝ …（２４）

以下、具体例として、Ａ₀が１、Ａ_Hが０．０２、αが３０°である場合の例について、図１５ないし図１７を参照して説明する。

図１５は、未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐの波形を示す波形図である。図１５において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は誤差Ｅｐを示している。

図１６は、Ａ_Lを−０．０１とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図１６において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０１とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は｜Ａ_H｜×０．５と等しい。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図１５に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値の約２分の１である。

図１７は、Ａ_Lを−０．０２とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図１７において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０２とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０である。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図１５に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値に比べて非常に小さい。

［第３の実施例］
第３の実施例は、Ｎが３の場合の例である。以下、具体例として、Ａ₀が１、Ａ_Hが０．０２、αが３０°である場合の例について、図１８ないし図２０を参照して説明する。

図１８は、未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐの波形を示す波形図である。図１８において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は誤差Ｅｐを示している。

図１９は、Ａ_Lを−０．０１とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図１９において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０１とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は｜Ａ_H｜×０．５と等しい。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図１８に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値の約２分の１である。

図２０は、Ａ_Lを−０．０２とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図２０において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０２とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０である。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図１８に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値に比べて非常に小さい。

［第４の実施例］
第４の実施例は、Ｎが４の場合の例である。以下、具体例として、Ａ₀が１、Ａ_Hが０．０２、αが３０°である場合の例について、図２１ないし図２３を参照して説明する。

図２１は、未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐの波形を示す波形図である。図２１において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は誤差Ｅｐを示している。

図２２は、Ａ_Lを−０．０１とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図２２において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０１とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は｜Ａ_H｜×０．５と等しい。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図２１に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値の約２分の１である。

図２３は、Ａ_Lを−０．０２とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図２３において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０２とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０である。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図２１に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値に比べて非常に小さい。

［第５の実施例］
第５の実施例は、Ｎが５の場合の例である。以下、具体例として、Ａ₀が１、Ａ_Hが０．０２、αが３０°である場合の例について、図２４ないし図２６を参照して説明する。

図２４は、未補正角度検出値θｐの誤差Ｅｐの波形を示す波形図である。図２４において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は誤差Ｅｐを示している。

図２５は、Ａ_Lを−０．０１とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図２５において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０１とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は｜Ａ_H｜×０．５と等しい。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図２４に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値の約２分の１である。

図２６は、Ａ_Lを−０．０２とした場合の角度誤差Ｅｓの波形を示す波形図である。図２６において、横軸は対象角度θを示し、縦軸は角度誤差Ｅｓを示している。Ａ_Lを−０．０２とした場合、｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０である。この場合、角度誤差Ｅｓの絶対値の最大値は、図２４に示した誤差Ｅｐの絶対値の最大値に比べて非常に小さい。

なお、Ｎが６以上の場合の具体例は示さないが、本実施の形態は、Ｎが６以上の場合においても、Ｎが５以下の場合と同様の効果を発揮する。

なお、本発明は、上記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、本発明は、磁気検出素子として、ホール素子等、磁気抵抗効果素子以外の磁界を検出する素子を用いた磁気式の角度センサにも適用することができる。

また、本発明は、磁気式の角度センサに限らず、光学式の角度センサ等を含む角度センサ全般に適用することができる。光学式の角度センサは、角度センサに対する光学的スケールの相対的な位置を検出するものであってもよい。この場合、検出対象の角度は、光学的スケールの１ピッチを３６０°として角度センサに対する光学的スケールの相対的な位置を角度で表したときのその角度であってもよい。

１…角度センサ、２…検出信号生成器、３…補正装置、４…角度検出器、５…磁石、１０…第１の検出回路、２０…第２の検出回路、１４，２４…ブリッジ回路、３１，３２…Ａ／Ｄ変換器、３３…補正プロセッサ、３４，３５…加算部、３６…補正値生成部、３７…補正情報保持部。

本発明の補正装置において、第１の補正値は−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表され、第２の補正値はＡ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表される。Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるような実数である。｜Ａ_H＋Ａ_L｜は、｜Ａ_H｜×０．５以下であってもよいし、０であってもよい。

基準平面Ｐは、磁石５の一方の端面に平行な仮想の平面である。基準位置ＰＲは、角度センサ１が回転磁界ＭＦを検出する位置である。基準方向ＤＲは、基準平面Ｐ内に位置して、基準位置ＰＲと交差する。また、基準位置ＰＲにおける回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、基準平面Ｐ内に位置する。角度センサ１は、磁石５の上記一方の端面に対向するように配置される。本実施の形態では、Ｘ方向を基準方向ＤＲとする。基準平面Ｐ内において、回転磁界ＭＦの方向ＤＭは、基準位置ＰＲを中心として回転する。本実施の形態では、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。回転磁界角度θＭ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。

Claims (5)

1. それぞれ検出対象の角度と対応関係を有する第１の検出信号と第２の検出信号を生成する検出信号生成器と、前記第１および第２の検出信号に基づいて前記検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度検出器とを備えた角度センサに用いられ、前記第１および第２の検出信号を補正するための補正装置であって、
   前記補正装置は、前記第１の検出信号に第１の補正値を加えて第１の補正後検出信号を生成すると共に前記第２の検出信号に第２の補正値を加えて第２の補正後検出信号を生成する補正処理を行う補正プロセッサを備え、
   前記検出対象の角度をθとし、Ｎを１以上の整数とし、Ａ₀，Ａ_Hを０以外の実数とし、αを所定の角度としたときに、前記第１の検出信号は、Ａ₀ｓｉｎθで表される第１の理想成分と、−Ａ_Hｓｉｎ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第１の信号誤差成分とを含み、前記第２の検出信号は、Ａ₀ｃｏｓθで表される第２の理想成分と、−Ａ_Hｃｏｓ（（Ｎ＋１）θ＋α）で表される第２の信号誤差成分とを含み、
   前記補正処理が行われない場合における前記角度検出値を未補正角度検出値θｐとしたときに、前記未補正角度検出値θｐは誤差を含み、前記検出対象の角度θが所定の周期Ｔで変化する場合、前記未補正角度検出値θｐの誤差は、前記第１および第２の信号誤差成分に起因した成分であってＴ／Ｎの周期で変化する成分を含み、
   前記第１の補正値は−Ａ_Lｓｉｎ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表され、前記第２の補正値はＡ_Lｃｏｓ（（Ｎ−１）θｐ＋α）と表され、Ａ_Lは、｜Ａ_H＋Ａ_L｜が｜Ａ_H｜よりも小さくなるような実数であることを特徴とする角度センサの補正装置。
2. ｜Ａ_H＋Ａ_L｜は、｜Ａ_H｜×０．５以下であることを特徴とする請求項１記載の角度センサの補正装置。
3. ｜Ａ_H＋Ａ_L｜は０であることを特徴とする請求項１記載の角度センサの補正装置。
4. それぞれ検出対象の角度と対応関係を有する第１の検出信号と第２の検出信号を生成する検出信号生成器と、
   前記第１および第２の検出信号に基づいて前記検出対象の角度と対応関係を有する角度検出値を生成する角度検出器と、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の補正装置とを備えたことを特徴とする角度センサ。
5. 前記第１の検出信号は、回転磁界角度の正弦と対応関係を有し、
   前記第２の検出信号は、前記回転磁界角度の余弦と対応関係を有し、
   前記回転磁界角度は、前記検出対象の角度と対応関係を有する角度であって、基準平面内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であることを特徴とする請求項４記載の角度センサ。