JP2020134149A - 信号処理回路および磁気センサシステム - Google Patents

信号処理回路および磁気センサシステム Download PDF

Info

Publication number
JP2020134149A
JP2020134149A JP2019023208A JP2019023208A JP2020134149A JP 2020134149 A JP2020134149 A JP 2020134149A JP 2019023208 A JP2019023208 A JP 2019023208A JP 2019023208 A JP2019023208 A JP 2019023208A JP 2020134149 A JP2020134149 A JP 2020134149A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
correction
undetermined
value
values
correction function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019023208A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6947194B2 (ja
Inventor
猿木 俊司
Shunji Sarugi
俊司 猿木
慎一郎 望月
Shinichiro Mochizuki
慎一郎 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2019023208A priority Critical patent/JP6947194B2/ja
Priority to US16/736,882 priority patent/US11313922B2/en
Priority to CN202010088120.7A priority patent/CN111562524B/zh
Publication of JP2020134149A publication Critical patent/JP2020134149A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6947194B2 publication Critical patent/JP6947194B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0029Treating the measured signals, e.g. removing offset or noise
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0094Sensor arrays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471Error correction
    • G01D5/2449Error correction using hard-stored calibration data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Technology Law (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

【課題】専用の磁界を発生する装置を必要とせず、且つ複数の磁気センサの通常の動作を中断する必要なく、他軸感度補正を実現するための補正関数を決定する。
【解決手段】信号処理回路50は、補正関数決定処理を行う補正関数決定部55と、補正処理を行う補正処理部54を含んでいる。補正処理は、補正関数を用いて第1および第2の検出信号を補正して第1および第2の補正後信号を生成する。補正関数は、第1および第2の検出信号を要素として含む第1の列ベクトルを、第1および第2の補正後信号を要素として含む第2の列ベクトルに変換するための係数行列で表される。補正関数決定処理は、複数の組の第1および第2の検出信号の値を用いた演算によって、補正関数における1つまたは2つの未確定の補正係数を確定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、外部磁界の複数の方向の成分を検出する複数の磁気センサを含む磁気センサシステム、ならびにこの磁気センサシステムで用いられる信号処理回路に関する。
近年、種々の用途で、外部磁界の一方向の成分を検出する磁気センサが利用されている。磁気センサとしては、基板上に設けられた少なくとも1つの磁気検出素子を用いたものが知られている。磁気検出素子としては、例えば磁気抵抗効果素子が用いられる。
外部磁界の一方向の成分を検出する磁気センサは、外部磁界の一方向の成分に対応する検出信号を生成する。以下、上記の一方向を感磁方向と言う。上記磁気センサは、所望の方向の磁界の強度の変化によって検出信号が変化するが、所望の方向以外の方向の磁界の強度の変化によっては検出信号が変化しない特性を有することが好ましい。以下、上記の所望の方向を主軸方向と言い、上記の所望の方向以外の方向を他軸方向と言う。上記感磁方向は、主軸方向と一致していることが好ましい。
しかし、外部磁界の複数の方向の成分を検出する複数の磁気センサを含む装置では、各磁気センサにおいて、他軸方向の磁界の強度の変化によって検出信号が変化することが起こり得る。ここで、他軸方向の磁界の強度の変化に対する磁気センサの検出信号の変化の比率を、他軸感度と言う。この他軸感度は、磁気センサの検出信号の誤差の原因となる。
そのため、複数の磁気センサを含む装置では、複数の磁気センサの他軸感度に応じて、複数の磁気センサの検出信号を補正できることが望まれる。以下、このような補正を他軸感度補正と言う。例えば、特許文献1には、他軸感度補正を実現するための技術が記載されている。
特許文献1には、X軸およびZ軸の磁場成分に対応した2次元ホール起電力信号を生成する非接触回転角センサが記載されている。また、特許文献1には、非接触回転角センサの出荷検査において、X方向の磁界とZ方向の磁界を非接触回転角センサに入力して、2次元ホール起電力信号を測定し、この測定結果に基づいて、他軸感度補正に用いられる補正パラメータを決定することが記載されている。
特開2016−53547号公報
特許文献1に記載された技術を含めて、他軸感度補正を実現するための従来の技術では、補正関数を用いて複数の磁気センサの検出信号を補正する。特許文献1における補正パラメータは、補正関数を決定するパラメータである。従来の技術では、補正関数を決定するために、複数の磁気センサの他軸感度を測定するための専用の磁界を複数の磁気センサに印加し、そのときの複数の磁気センサの検出信号を取得する必要があった。そのため、従来の技術では、上記の専用の磁界を発生する装置が必要になるという問題点と、補正関数を決定する処理を行う際に複数の磁気センサの通常の動作を中断する必要があるという問題点があった。
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、複数の磁気センサのうちの少なくとも1つについての他軸感度補正を実現可能な信号処理回路および磁気センサシステムであって、専用の磁界を発生する装置を必要とせず、且つ複数の磁気センサの通常の動作を中断する必要なく、他軸感度補正を実現するための補正関数を決定できるようにした信号処理回路および磁気センサシステムを提供することにある。
本発明の信号処理回路は、磁気センサ装置によって生成され、それぞれ外部磁界の互いに異なる2つの方向の成分と対応関係を有する第1および第2の検出信号を処理する回路である。信号処理回路は、第1および第2の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、補正関数を用いて第1および第2の検出信号を補正して第1および第2の補正後信号を生成する補正処理とを行う。
補正関数は、第1および第2の検出信号を要素として含む第1の列ベクトルを、第1および第2の補正後信号を要素として含む第2の列ベクトルに変換するための行列である係数行列で表される。係数行列は、i,jをそれぞれ1以上2以下の整数としたときに、補正係数Cijをi行j列成分として含んでいる。
信号処理回路では、補正関数決定処理のために未確定補正関数が定義される。未確定補正関数は、iとjの値が一致しない1つまたは2つの未確定の補正係数Cijを含む補正関数である。補正関数決定処理は、第1および第2の検出信号の値の複数の組を取得し、この複数の組の第1および第2の検出信号の値を用いた演算によって、1つまたは2つの未確定の補正係数を確定する。
本発明の信号処理回路では、補正関数決定処理のために、第1および第2の未確定補正後信号値、未確定測定値、目標値および測定値誤差が定義されてもよい。第1および第2の未確定補正後信号値は、第1および第2の検出信号の値から未確定補正関数を用いて求められる第1および第2の補正後信号の値である。未確定測定値は、第1および第2の未確定補正後信号値の2乗和またはその平方根である。目標値は、未確定測定値の目標となる値である。測定値誤差は、未確定測定値と目標値との差の2乗である。補正関数決定処理は、目標値を保持すると共に、複数の組の第1および第2の検出信号の値を用いた演算として、複数の組の第1および第2の検出信号の値に関して得られる複数の測定値誤差の総和を最小にする1つまたは2つの未確定の補正係数の値を求める演算を行ってもよい。
また、本発明の信号処理回路において、1つまたは2つの未確定の補正係数の数は2つであってもよい。この場合、係数行列において、補正係数C11,C22は同じ値であり、補正係数C12,C21が2つの未確定の補正係数であってもよい。
また、本発明の信号処理回路において、1つまたは2つの未確定の補正係数の数は1つであってもよい。この場合、係数行列において、補正係数C11,C22は同じ値であり、補正係数C12,C21のうちの一方は0であり、他方は1つの未確定の補正係数であってもよい。
本発明の磁気センサシステムは、本発明の信号処理回路と、磁気センサ装置とを備えている。磁気センサ装置は、第1の検出信号を生成する第1の磁気センサと、第2の検出信号を生成する第2の磁気センサとを含んでいる。
本発明の信号処理回路および磁気センサシステムによれば、専用の磁界を発生する装置を必要とせず、且つ複数の磁気センサの通常の動作を中断する必要なく、複数の磁気センサのうちの少なくとも1つについての他軸感度補正を実現するための補正関数を決定することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施の形態における対象磁界発生部と磁気センサ装置を示す斜視図である。 本発明の第1の実施の形態に係る磁気センサシステム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基準平面を示す説明図である。 本発明の第1の実施の形態における磁気センサ装置の構成を示す回路図である。 本発明の第1の実施の形態における磁気抵抗効果素子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1つの抵抗部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の磁気センサの理想的な特性を示す特性図である。 本発明の第1の実施の形態における第2の磁気センサの理想的な特性を示す特性図である。 本発明の第1の実施の形態における補正処理について説明するための説明図である。 本発明の第1の実施の形態における補正関数決定処理を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態における対象磁界発生部と磁気センサ装置を示す平面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る磁気センサシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施の形態における基準平面を示す説明図である。 本発明の第2の実施の形態における角度検出値と位置検出値の関係を示す特性図である。
[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磁気センサシステムの概略について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステム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。
図2に示したように、磁気センサシステム1は、磁気センサ装置2と信号処理回路50を備えている。図1に示したように、磁気センサシステム1は、更に、対象磁界発生部5を備えている。
対象磁界発生部5は、磁気センサ装置2が検出する磁界である対象磁界MFを発生する。本実施の形態では、対象磁界MFは、検出対象の角度に応じて方向が回転する磁界である。本実施の形態では特に、対象磁界発生部5は、円柱状の磁石6である。磁石6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6は、円柱の中心軸を中心として回転する。これにより、磁石6は、対象磁界MFを発生する。対象磁界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。本実施の形態では、検出対象の角度は、磁石6の回転位置に対応する角度である。
磁気センサ装置2および信号処理回路50は、角度検出値θsとして、対象磁界角度θMを表わす値を生成する。対象磁界角度θMは、基準平面P内において基準位置PRにおける対象磁界MFの方向DMが基準方向DRに対してなす角度である。対象磁界角度θMは、検出対象の角度と対応関係を有する。従って、角度検出値θsは、検出対象の角度と対応関係を有する。
磁気センサ装置2は、基準位置PRにおける対象磁界MFの互いに異なる2つの方向の成分と対応関係を有する第1の検出信号Sxおよび第2の検出信号Syを生成する。基準位置PRにおける対象磁界MFは、本発明における外部磁界に対応する。以下、基準位置PRにおける対象磁界MFを、外部磁界とも言う。
図2に示したように、磁気センサ装置2は、第1の磁気センサ10と第2の磁気センサ20とを含んでいる。第1の磁気センサ10は、外部磁界の第1の感磁方向の成分を検出して、第1の検出信号Sxを生成する。第1の感磁方向は、上記の2つの方向の一方に対応する。以下、外部磁界の第1の感磁方向の成分を第1の外部磁界成分と言う。本実施の形態では特に、第1の検出信号Sxは、第1の外部磁界成分の強度Bxに対応する信号である。
第2の磁気センサ20は、外部磁界の第2の感磁方向の成分を検出して、第2の検出信号Syを生成する。第2の感磁方向は、上記の2つの方向の他方に対応する。以下、外部磁界の第2の感磁方向の成分を第2の外部磁界成分と言う。本実施の形態では特に、第2の検出信号Syは、第2の外部磁界成分の強度Byに対応する信号である。
ここで、図1および図3を参照して、本実施の形態における基準座標系と第1および第2のセンサ座標系について説明する。基準座標系は、基準平面Pを基準にして設定された座標系である。第1のセンサ座標系は、第1の磁気センサ10を基準にして設定された座標系である。第2のセンサ座標系は、第2の磁気センサ20を基準にして設定された座標系である。以下、第1および第2のセンサ座標系を代表して、単にセンサ座標系と言う。基準座標系とセンサ座標系のいずれにおいても、X方向、Y方向、Z方向が定義されている。X方向、Y方向、Z方向は、互いに直交する。また、基準座標系とセンサ座標系のいずれにおいても、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6の一方の端面に平行な仮想の平面である。基準位置PRは、磁気センサ装置2が対象磁界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における対象磁界MFの方向DMは、基準平面P内に位置する。磁気センサ装置2は、磁石6の上記一方の端面に対向するように配置される。
基準座標系におけるZ方向は、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である。また、基準座標系におけるZ方向は、基準平面Pに垂直である。基準座標系におけるX方向とY方向は、基準座標系におけるZ方向に垂直な2つの方向であって、互いに直交する2つの方向である。
本実施の形態では、基準座標系におけるX方向を基準方向DRとしている。基準平面P内において、対象磁界MFの方向DMは、基準位置PRを中心として回転する。対象磁界角度θMは、基準方向DRから図3における反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向DRから図3における時計回り方向に見たときに負の値で表す。
磁気センサ装置2は、第1および第2のセンサ座標系が基準座標系と一致するように設計されている。しかし、第1および第2の磁気センサ10,20のアライメントのずれ等によって、第1および第2のセンサ座標系の少なくとも一方が基準座標系と一致しない場合が起こり得る。
本実施の形態では、第1の感磁方向は、第1のセンサ座標系におけるX方向に平行な方向であり、第2の感磁方向は、第2のセンサ座標系におけるY方向に平行な方向である。以下、基準座標系におけるX方向に平行な方向を第1の主軸方向と言い、基準座標系におけるY方向に平行な方向を第2の主軸方向と言う。理想的には、第1の感磁方向は第1の主軸方向と一致し、第2の感磁方向は第2の主軸方向と一致する。しかし、例えば磁石6に対する第1および第2の磁気センサ10,20の少なくとも一方のアライメントのずれによって、第1の感磁方向が第1の主軸方向からずれたり、第2の感磁方向が第2の主軸方向からずれたりすることが起こり得る。
以下、特段の断りが無い限り、複数の図に示したX方向、Y方向、Z方向は、基準座標系とセンサ座標系の両方に当てはまる。
次に、図4を参照して、磁気センサ装置2の構成について説明する。図4に示したように、第1の磁気センサ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Sxとして出力する。第1の検出信号Sxは、出力ポートE11,E12の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
第2の磁気センサ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Syとして出力する。第2の検出信号Syは、出力ポートE21,E22の電位差に対して振幅やオフセットの調整を施したものであってもよい。
以下、磁気検出素子R11〜R14,R21〜R24を代表して、磁気検出素子Rと言う。磁気検出素子Rは、直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。以下、磁気抵抗効果素子をMR素子と記す。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、外部磁界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。各MR素子において、自由層は、磁化容易軸方向が、磁化固定層の磁化の方向に直交する方向となる一軸磁気異方性を有している。一軸磁気異方性は、形状磁気異方性であってもよい。
第1の磁気センサ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、第1のセンサ座標系におけるX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、第1のセンサ座標系における−X方向である。第1の磁気センサ10内の複数のMR素子において、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は、第1の外部磁界成分の強度Bxに応じて変化する。その結果、第1の検出信号Sxは、強度Bxに応じて変化する。
また、第2の磁気センサ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、第2のセンサ座標系におけるY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、第2のセンサ座標系における−Y方向である。第2の磁気センサ20内の複数のMR素子において、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は、第2の外部磁界成分の強度Byに応じて変化する。その結果、第2の検出信号Syは、強度Byに応じて変化する。
磁気センサ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、上述のような所望の方向からずれることが起こり得る。
次に、図5を参照して、MR素子の構成の一例について説明する。MR素子は、例えば、図示しない基板上に形成されている。図5に示したMR素子100は、基板側から順に積層された反強磁性層101、磁化固定層102、ギャップ層103および自由層104を含んでいる。反強磁性層101は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層102との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層102の磁化の方向を固定する。
なお、MR素子100における層101〜104の配置は、図5に示した配置とは上下が反対でもよい。また、磁化固定層102は、単一の強磁性層ではなく、2つの強磁性層とこの2つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層とを含む人工反強磁性構造であってもよい。また、MR素子100は、反強磁性層101を含まない構成であってもよい。また、磁気検出素子は、ホール素子、磁気インピーダンス素子等、MR素子以外の磁界を検出する素子であってもよい。
次に、図6を参照して、磁気検出素子Rの構成の一例について説明する。この例では、磁気検出素子Rは、直列に接続された複数のMR素子100を含んでいる。磁気検出素子Rは、更に、複数のMR素子100が直列に接続されるように、回路構成上隣接する2つのMR素子100を電気的に接続する1つ以上の接続層を含んでいる。図6に示した例では、磁気検出素子Rは、1つ以上の接続層として、1つ以上の下部接続層111と、1つ以上の上部接続層112とを含んでいる。下部接続層111は、回路構成上隣接する2つのMR素子100の下面に接し、この2つのMR素子100を電気的に接続する。上部接続層112は、回路構成上隣接する2つのMR素子100の上面に接し、この2つのMR素子100を電気的に接続する。
次に、図2を参照して、信号処理回路50の構成について詳しく説明する。信号処理回路50は、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)あるいはマイクロコンピュータによって構成されている。信号処理回路50は、アナログ−デジタル変換器(以下、A/D変換器と記す。)51,52と、補正処理部54と、補正関数決定部55と、角度検出部56とを含んでいる。
A/D変換器51は、第1の検出信号Sxをデジタル信号に変換する。A/D変換器52は、第2の検出信号Syをデジタル信号に変換する。補正処理部54、補正関数決定部55および角度検出部56は、それぞれ以下で説明する処理を行う機能ブロックである。
補正関数決定部55は、補正関数決定処理を行う。補正関数決定処理では、A/D変換器51,52によってデジタル信号に変換された後の第1および第2の検出信号Sx,Syを補正するための補正関数を決定する。
補正処理部54は、補正処理を行う。補正処理では、上記の補正関数を用いて、A/D変換器51,52によってデジタル信号に変換された後の第1および第2の検出信号Sx,Syを補正して、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを生成する。
ここで、図7および図8を参照して、本実施の形態における第1および第2の磁気センサ10,20の理想的な特性について説明する。図7は、第1の磁気センサ10の理想的な特性を示す特性図である。図7において、横軸は第1の外部磁界成分の強度Bxを示し、縦軸は第1の検出信号Sxを示している。図7に示した例では、第1の外部磁界成分の方向が第1のセンサ座標系におけるX方向であるときに強度Bxを正の値で表し、第1の外部磁界成分の方向が第1のセンサ座標系における−X方向であるときに強度Bxを負の値で表している。また、図7に示した例では、第1の検出信号Sxの値は、強度Bxが0のときに0であり、強度Bxが正の値のときに正の値であり、強度Bxが負の値のときに負の値であり、強度Bxが増加すると増加する。図7に示したように、理想的には、第1の磁気センサ10が生成する第1の検出信号Sxは、第1の外部磁界成分の強度Bxに比例する。
図8は、第2の磁気センサ20の理想的な特性を示す特性図である。図8において、横軸は第2の外部磁界成分の強度Byを示し、縦軸は第2の検出信号Syを示している。図8に示した例では、第2の外部磁界成分の方向が第2のセンサ座標系におけるY方向であるときに強度Byを正の値で表し、第2の外部磁界成分の方向が第2のセンサ座標系における−Y方向であるときに強度Byを負の値で表している。また、図8に示した例では、第2の検出信号Syの値は、強度Byが0のときに0であり、強度Byが正の値のときに正の値であり、強度Byが負の値のときに負の値であり、強度Byが増加すると増加する。図8に示したように、理想的には、第2の磁気センサ20が生成する第2の検出信号Syは、第2の外部磁界成分の強度Byに比例する。また、理想的には、強度Byの変化に対する第2の検出信号Syの変化の比率は、強度Bxの変化に対する第1の検出信号Sxの変化の比率と等しい。
理想的には、第1および第2のセンサ座標系は基準座標系と一致する。また、理想的には、第1の検出信号Sxは強度Byに依存せず、第2の検出信号Syは強度Bxに依存しない。
以上の理想的な状態では、角度検出値θsは、下記の式(1)によって求めることが可能である。なお、“atan”は、アークタンジェントを表す。
θs=atan(Sy/Sx) …(1)
θsが0°以上360°未満の範囲内では、式(1)におけるθsの解には、180°異なる2つの値がある。しかし、Sx,Syの正負の組み合わせにより、θsの真の値が、式(1)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。
しかし、後で詳しく説明するように他軸感度が存在すると、第1および第2の検出信号Sx,Syの少なくとも一方に誤差が生じ、式(1)によって角度検出値θsを求めると、角度検出値θsに誤差が生じるおそれがある。補正処理は、角度検出値θsに生じる誤差が低減されるように、第1および第2の検出信号Sx,Syを補正して、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを生成する処理である。
角度検出部56は、第1および第2の補正後信号CSx,CSyに基づいて角度検出値θsを生成する処理を行う。具体的には、角度検出部56は、下記の式(2)によって角度検出値θsを生成する。
θs=atan(CSy/CSx) …(2)
θsが0°以上360°未満の範囲内では、式(2)におけるθsの解には、180°異なる2つの値がある。しかし、CSx,CSyの正負の組み合わせにより、θsの真の値が、式(2)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。角度検出部56は、式(2)と、上記のCSx,CSy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。
次に、補正関数決定部55による補正関数決定処理と、補正処理部54による補正処理について詳しく説明する。始めに、主軸感度と他軸感度について説明する。本実施の形態では、第1の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第1の検出信号Sxの変化の比率を、第1の主軸感度と言う。また、第2の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第2の検出信号Syの変化の比率を、第2の主軸感度と言う。また、第2の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第1の検出信号Sxの変化の比率を、第1の他軸感度と言う。また、第1の主軸方向の磁界の強度の変化に対する第2の検出信号Syの変化の比率を、第2の他軸感度と言う。理想的には、第1の他軸感度と第2の他軸感度は、いずれも0である。しかし、第1および第2の他軸感度の少なくとも一方が0以外の値になる場合がある。前述の「他軸感度が存在する」という表現は、第1および第2の他軸感度の少なくとも一方が0以外の値であることを意味している。他軸感度が存在すると、第1および第2の検出信号Sx,Syの少なくとも一方に誤差が生じ、その結果、角度検出値θsに誤差が生じるおそれがある。
他軸感度が存在することになる主な原因としては、以下の第1ないし第3の原因がある。
第1の原因は、磁石6に対する第1および第2の磁気センサ10,20の少なくとも一方のアライメントのずれにより、第1の感磁方向が第1の主軸方向からずれたり、第2の感磁方向が第2の主軸方向からずれたりすることである。
第2の原因は、磁気センサ10,20内の複数のMR素子において、磁化固定層の磁化の方向が所望の方向からずれることである。
第3の原因は、磁気センサ10,20の特性によるものである。第3の原因の第1の具体例としては、磁気センサ10内の複数のMR素子において、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が、第1の外部磁界成分の強度Bxのみによって決まらずに、第2の外部磁界成分の強度Byに応じて変化することである。第3の原因の第2の具体例としては、磁気センサ20内の複数のMR素子において、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が、第2の外部磁界成分の強度Byのみによって決まらずに、第1の外部磁界成分の強度Bxに応じて変化することである。
補正処理は、他軸感度が存在することによって角度検出値θsに生じる誤差が低減されるように、第1および第2の検出信号Sx,Syを補正して、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを生成する。
補正関数は、第1および第2の検出信号Sx,Syを要素として含む第1の列ベクトルVSを、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを要素として含む第2の列ベクトルVCSに変換するための2行2列の係数行列MCで表される。係数行列MCは、i,jをそれぞれ1以上2以下の整数としたときに、補正係数Cijをi行j列成分として含む。
係数行列MCにおいて、iとjの値が一致する2つの補正係数C11,C22は、主軸感度に関する補正に関わる。また、係数行列MCにおいて、iとjの値が一致しない2つの補正係数C12,C21は、他軸感度に関する補正に関わる。補正処理では、主軸感度に関する補正は行わず、他軸感度に関する補正のみを行う。そのため、本実施の形態では、係数行列MCにおいて、補正係数C11,C22は同じ値、具体的には1としている。この場合、補正関数は、下記の式(3)で表される。以下、他軸感度に関する補正を他軸感度補正と言う。
式(3)において、右辺の列ベクトルが第1の列ベクトルVSであり、右辺の2行2列の行列が係数行列MCであり、左辺の列ベクトルが第2の列ベクトルVCSである。
信号処理回路50では、補正関数決定処理のために、未確定補正関数が定義される。未確定補正関数は、iとjの値が一致しない1つまたは2つの未確定の補正係数Cijを含む補正関数である。
未確定補正関数は、1つ以上の未確定の補正係数を変数とした2元連立方程式とみなすことができる。この場合、未確定の補正係数の数が1以上2以下であれば未確定の補正係数を特定することができるが、未確定の補正係数の数が3以上であると未確定の補正係数を特定することができない。本実施の形態では、補正処理では主軸感度に関する補正は行わないという方針で、主軸感度に関する補正に関わる2つの補正係数C11,C22を1とし、他軸感度に関する補正に関わる2つの補正係数C12,C21のうちの1つまたは2つの補正係数を、未確定の補正係数としている。
1つまたは2つの未確定の補正係数の数は1つであってもよい。例えば、センサ座標系と基準座標系の間のずれの補正は行わないものの、センサ座標系におけるX方向とY方向の直交性は確保したい場合には、補正係数C12,C21のうちの一方を0とし、他方を1つの未確定の補正係数としてもよい。
補正関数決定処理は、第1および第2の検出信号Sx,Syの値の複数の組を取得し、この複数の組の第1および第2の検出信号Sx,Syの値を用いた演算によって、1つまたは2つの未確定の補正係数を確定する。以下、この演算を、補正係数確定演算と言う。
本実施の形態では、補正関数決定処理のために、未確定補正関数の他に、第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSy、未確定測定値、目標値および測定値誤差が定義される。
第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSyは、第1および第2の検出信号Sx,Syの値から未確定補正関数を用いて求められる第1および第2の補正後信号の値である。
未確定測定値は、第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSyに基づいて定義される。未確定測定値は、第1の例の未確定測定値であってもよいし、第2の例の未確定測定値であってもよい。第1の例の未確定測定値は、第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSyの2乗和である。第2の例の未確定測定値は、第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSyの2乗和の平方根である。
目標値は、未確定測定値の目標となる値である。以下、第1の例の未確定測定値の目標値を第1の例の目標値と言い、第2の例の未確定測定値の目標値を第2の例の目標値と言う。ここで、外部磁界の強度が一定であり、第1および第2の磁気センサ10,20が図7および図8に示した理想的な特性を有していると想定した場合における第1および第2の検出信号Sx,Syの値をそれぞれ第1および第2の理想検出信号値と言う。第1の例の目標値は、第1および第2の理想検出信号値の2乗和である。第2の例の目標値は、第1および第2の理想検出信号値の2乗和の平方根である。
ここで、図9を参照して、第1および第2の理想検出信号値と、他軸感度が存在する場合における第1および第2の検出信号Sx,Syの値との関係の一例を示す。図9は、第1および第2の検出信号Sx,Syの値を表すための2つの軸によって定義された直交座標系を示している。この直交座標系において、他軸感度が存在する場合における第1および第2の検出信号Sx,Syの値の組を表す座標(Sx,Sy)の軌跡は、例えば、破線で示したように、円にならない。一方、第1および第2の理想検出信号値の組を表す座標の軌跡は、実線で示したように円になる。図9において、原点から円に向かう矢印の先の位置する円上の点は、対象磁界角度θMがある値のときの第1および第2の理想検出信号値の組を表す座標に対応する。図9に示した円の半径rが、上記の第2の例の目標値である。また、半径rの2乗が、上記の第1の例の目標値である。
測定値誤差は、未確定測定値と目標値との差の2乗である。以下、第1の例の未確定測定値と第1の例の目標値との差の2乗を第1の例の測定値誤差と言い、第2の例の未確定測定値と第2の例の目標値との差の2乗を第2の例の測定値誤差と言う。
ここで、複数の組の第1および第2の検出信号Sx,Syの値に関して得られる複数の測定値誤差の総和を記号Eで表す。本実施の形態では、補正関数決定処理は、目標値を保持すると共に、補正係数確定演算として、総和Eを最小にする1つまたは2つの未確定の補正係数の値を求める演算を行う。この演算は、最小二乗法を用いた演算と言える。
補正関数決定処理では、上述のようにして求めた未確定の補正係数の値によって、未確定の補正係数を確定する。これにより、補正関数が決定される。
以下、図10を参照して、2つの補正係数C12,C21を未確定の補正係数とした場合を例にとって、補正関数決定処理について具体的に説明する。図10は、補正関数決定処理を示すフローチャートである。補正関数決定処理では、まず、第1および第2の検出信号Sx,Syの値の複数の組を取得する(ステップS11)。
次に、複数の組の第1および第2の検出信号Sx,Syの値に関して得られる複数の測定値誤差の総和Eを求める(ステップS12)。前述のように、本実施の形態では、補正関数は、式(3)で表される。式(3)から、第1および第2の未確定補正後信号値PCSx,PCSyは、それぞれ、下記の式(4)、(5)で表される。
PCSx=Sx+C12・Sy …(4)
PCSy=C21・Sx+Sy …(5)
従って、複数の第1の例の測定値誤差の総和Eは、下記の式(6)で表される。
E=Σ[PCSx2+PCSy2−r22
=Σ[(Sx+C12・Sy)2
+(C21・Sx+Sy)2−r22 …(6)
また、複数の第2の例の測定値誤差の総和Eは、下記の式(7)で表される。
E=Σ[√(PCSx2+PCSy2)−r]2
=Σ[√((Sx+C12・Sy)2
+(C21・Sx+Sy)2)−r]2 …(7)
補正関数決定処理では、次に、総和Eを最小にする未確定の補正係数C12,C21の値を求める(ステップS13)。
総和Eを最小にする補正係数C12,C21の値の求め方としては、例えば、以下の第1の方法と第2の方法がある。第1の方法は、補正係数C12,C21の各々によって総和Eを偏微分して得られる2つの方程式∂E/∂C12=0、∂E/∂C21=0を同時に満足する値を求める方法である。第2の方法は、反復法すなわち反復計算によって解を探索する方法である。
本実施の形態では、第1および第2の検出信号Sx,Syの値の組が得られるたびに、総和Eを最小にする補正係数C12,C21の値を求めることが可能である。しかし、補正係数C12,C21の値が得られるたびに補正関数を更新すると、補正係数C12,C21の変動に伴って、第1および第2の補正後信号CSx,CSyが変動するおそれがある。そこで、補正関数決定処理および補正処理では、補正係数C12,C21の各々の値が収束したら、そのときの補正係数C12,C21の値によって補正関数を更新するようにしてもよい。
補正係数C12,C21の各々の値が収束したことの判定方法としては、例えば、以下のような方法がある。まず、1つの補正係数の値の時間的な変化を表す第1の波形と、第1の波形の時間微分値の時間的な変化を表す第2の波形を認識する。時間微分値は、今回の補正係数の値から前回の補正係数の値を引いた値である。次に、第2の波形において、時間微分値の符号が正から負または負から正に変化した時点における補正係数の値をピーク値として逐次保存する。次に、新たなピーク値が得られるたびに、今回のピーク値から前回のピーク値を引いた値の絶対値を、振幅値として逐次保存する。そして、振幅値が所定の値以下になったときに、1つの補正係数の値が収束したと判定する。
以上の補正関数決定処理および補正処理によって、第1および第2の補正後信号CSx,CSyが生成される。図9に示した直交座標系において、第1および第2の補正後信号CSx,CSyの値の組を表す座標(CSx,CSy)の軌跡は、破線で示した座標(Sx,Sy)の軌跡よりも、実線で示した第1および第2の理想検出信号値の組を表す座標の軌跡により近づく。そのため、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを用いて式(2)によって角度検出値θsを生成することにより、第1および第2の検出信号Sx,Syを用いて式(1)によって角度検出値θsを生成する場合に比べて、角度検出値θsに生じる誤差が低減される。
本実施の形態に係る信号処理回路50および磁気センサシステム1では、補正関数決定処理において、複数の組の第1および第2の検出信号Sx,Syの値を用いた演算によって、1つまたは2つの未確定の補正係数を確定する。そのため、本実施の形態によれば、専用の磁界を発生する装置を必要とせず、且つ磁気センサ10,20の通常の動作を中断する必要なく、磁気センサ10,20の少なくとも一方についての他軸感度補正を実現するための補正関数を決定することができる。
[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11および図12を参照して、本実施の形態に係る磁気センサシステムの概略について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステム70は、直線的に移動可能な対象物の位置を検出するものである。
図12に示したように、磁気センサシステム70は、磁気センサ装置2と信号処理回路50を備えている。図11に示したように、磁気センサシステム1は、更に、対象磁界発生部7を備えている。
対象磁界発生部7は、ハルバッハ配列の5つの磁石71,72,73,74,75を含んでいる。5つの磁石71,72,73,74,75は、基準座標系におけるY方向に沿って、この順に配列されている。磁石71〜75の各々はN極とS極とを有している。磁石71〜75の各々の磁化方向は、各磁石の内部でS極からN極に向かう方向である。
磁石71の磁化方向は−X方向である。磁石72の磁化方向はY方向である。磁石73の磁化方向はX方向である。磁石74の磁化方向は−Y方向である。磁石75の磁化方向は−X方向である。
磁気センサ装置2は、対象磁界発生部7に対してX方向の先に位置し、対象物の移動に伴ってY方向に移動するように構成されている。図11において、符号80を付した線分は磁気センサ装置2の可動範囲を示し、符号80Sを付した点は可動範囲80の一方の端を示し、符号80Eを付した点は可動範囲80の他方の端を示している。
対象磁界発生部7は、磁界を発生する。図11において、対象磁界発生部7の周辺に描かれた矢印付きの直線および矢印付きの複数の曲線は、対象磁界発生部7が発生する磁界に対応する磁力線を表している。磁気センサ装置2が可動範囲80内で位置を変えると、対象磁界発生部7によって発生されて磁気センサ装置2が受ける磁界の方向が変化する。本実施の形態では、対象磁界発生部7によって発生されて磁気センサ装置2が受ける磁界が対象磁界MFである。磁気センサ装置2によって対象磁界MFの方向を検出することにより、磁気センサ装置2の位置を検出することができ、その結果、対象物の位置を検出することができる。
図12に示したように、本実施の形態における信号処理回路50は、図2に示した第1の実施の形態における信号処理回路50における角度検出部56の代わりに位置検出部57を含んでいる。位置検出部57は、第1および第2の補正後信号CSx,CSyに基づいて、磁気センサ装置2の位置を表す位置検出値PYを生成する。
ここで、図13を参照して、本実施の形態における基準平面P、基準位置PR、基準方向DRおよび対象磁界角度θMについて説明する。本実施の形態における基準平面Pは、磁気センサ装置2と交差するXY平面である。基準位置PRは、磁気センサ装置2が対象磁界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。基準位置PRにおける対象磁界MFの方向DMは、基準平面P内に位置する。対象磁界角度θMは、基準平面P内において基準位置PRにおける対象磁界MFの方向が基準方向DRに対してなす角度である。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、基準座標系におけるX方向を基準方向DRとしている。基準平面P内において、対象磁界MFの方向DMは、基準位置PRを中心として回転する。第1の実施の形態と同様に、対象磁界角度θMは、基準方向DRから図13における反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向DRから図13における時計回り方向に見たときに負の値で表す。
本実施の形態では、対象磁界角度θMは、磁気センサ装置2の位置と対応関係を有する。図12に示した位置検出部57は、まず、第1の実施の形態における角度検出部56と同様にして、対象磁界角度θMを表わす角度検出値θsを生成する。位置検出部57は、次に、角度検出値θsを位置検出値PYに変換する。図14は、角度検出値θsと位置検出値PYの関係の一例を示す特性図である。図14において、横軸は角度検出値θsを示し、縦軸は位置検出値PYを示している。また、図14において、符号80Sを付した点は図11における可動範囲80の一方の端80Sに対応し、符号80Eを付した点は図11における可動範囲80の他方の端80Eに対応する。図14に示した例では、位置検出値PYは、角度検出値θsが0のときに0であり、角度検出値θsが正の値のときに正の値であり、角度検出値θsが負の値のときに負の値であり、角度検出値θsが増加すると増加する。
位置検出部57は、図14に示したような角度検出値θsと位置検出値PYの関係を表す情報を保持し、この情報に基づいて、角度検出値θsを位置検出値PYに変換する。
本実施の形態における信号処理回路50のその他の構成は、第1の実施の形態における信号処理回路50と同様である。また、本実施の形態における磁気センサ装置2の構成は、第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1および第2の補正後信号CSx,CSyを用いて角度検出値θsを生成することにより、第1および第2の検出信号Sx,Syを用いて角度検出値θsを生成する場合に比べて、角度検出値θsに生じる誤差が低減される。その結果、本実施の形態によれば、第1および第2の検出信号Sx,Syを用いて位置検出値PYを生成する場合に比べて、位置検出値PYに生じる誤差を低減することができる。
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、本発明の磁気センサシステムにおいて、磁気センサ装置は、それぞれ外部磁界の互いに異なる3つの方向の成分と対応関係を有する第1ないし第3の検出信号を生成する第1ないし第3の磁気センサを含んでいてもよい。本発明の信号処理回路は、第1ないし第3の検出信号を処理するものであってもよい。この場合、補正関数は、第1ないし第3の検出信号を要素として含む第1の列ベクトルを、第1ないし第3の補正後信号を要素として含む第2の列ベクトルに変換するための行列である係数行列で表されるものであってもよい。この場合、係数行列は、i,jをそれぞれ1以上3以下の整数としたときに、補正係数Cijをi行j列成分として含む。また、未確定補正関数は、iとjの値が一致しない1つ以上3つ以下の未確定の補正係数Cijを含む補正関数であってもよい。また、補正関数決定処理は、第1ないし第3の検出信号の値の複数の組を取得し、この複数の組の第1ないし第3の検出信号の値を用いた演算によって、1つ以上3つ以下の未確定の補正係数を確定してもよい。
1…磁気センサシステム、2…磁気センサ装置、5…対象磁界発生部、6…磁石、10…第1の磁気センサ、20…第2の磁気センサ、50…信号処理回路、54…補正処理部、55…補正関数決定部、56…角度検出部。
図12に示したように、磁気センサシステム70は、磁気センサ装置2と信号処理回路50を備えている。図11に示したように、磁気センサシステム70は、更に、対象磁界発生部7を備えている。

Claims (5)

  1. 磁気センサ装置によって生成され、それぞれ外部磁界の互いに異なる2つの方向の成分と対応関係を有する第1および第2の検出信号を処理する信号処理回路であって、
    第1および第2の検出信号を補正するための補正関数を決定する補正関数決定処理と、前記補正関数を用いて前記第1および第2の検出信号を補正して第1および第2の補正後信号を生成する補正処理とを行い、
    前記補正関数は、前記第1および第2の検出信号を要素として含む第1の列ベクトルを、前記第1および第2の補正後信号を要素として含む第2の列ベクトルに変換するための行列である係数行列で表され、
    前記係数行列は、i,jをそれぞれ1以上2以下の整数としたときに、補正係数Cijをi行j列成分として含み、
    前記補正関数決定処理のために未確定補正関数が定義され、前記未確定補正関数は、iとjの値が一致しない1つまたは2つの未確定の補正係数Cijを含む前記補正関数であり、
    前記補正関数決定処理は、前記第1および第2の検出信号の値の複数の組を取得し、この複数の組の第1および第2の検出信号の値を用いた演算によって、前記1つまたは2つの未確定の補正係数を確定することを特徴とする信号処理回路。
  2. 前記補正関数決定処理のために、第1および第2の未確定補正後信号値、未確定測定値、目標値および測定値誤差が定義され、
    前記第1および第2の未確定補正後信号値は、前記第1および第2の検出信号の値から前記未確定補正関数を用いて求められる前記第1および第2の補正後信号の値であり、
    前記未確定測定値は、前記第1および第2の未確定補正後信号値の2乗和またはその平方根であり、
    前記目標値は、前記未確定測定値の目標となる値であり、
    前記測定値誤差は、前記未確定測定値と前記目標値との差の2乗であり、
    前記補正関数決定処理は、前記目標値を保持すると共に、前記複数の組の第1および第2の検出信号の値を用いた前記演算として、前記複数の組の第1および第2の検出信号の値に関して得られる複数の前記測定値誤差の総和を最小にする前記1つまたは2つの未確定の補正係数の値を求める演算を行うことを特徴とする請求項1記載の信号処理回路。
  3. 前記1つまたは2つの未確定の補正係数の数は2つであり、
    前記係数行列において、補正係数C11,C22は同じ値であり、補正係数C12,C21が前記2つの未確定の補正係数であることを特徴とする請求項1または2記載の信号処理回路。
  4. 前記1つまたは2つの未確定の補正係数の数は1つであり、
    前記係数行列において、補正係数C11,C22は同じ値であり、補正係数C12,C21のうちの一方は0であり、他方は前記1つの未確定の補正係数であることを特徴とする請求項1または2記載の信号処理回路。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の信号処理回路と、磁気センサ装置とを備えた磁気センサシステムであって、
    前記磁気センサ装置は、
    前記第1の検出信号を生成する第1の磁気センサと、
    前記第2の検出信号を生成する第2の磁気センサとを含むことを特徴とする磁気センサシステム。
JP2019023208A 2019-02-13 2019-02-13 信号処理回路および磁気センサシステム Active JP6947194B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019023208A JP6947194B2 (ja) 2019-02-13 2019-02-13 信号処理回路および磁気センサシステム
US16/736,882 US11313922B2 (en) 2019-02-13 2020-01-08 Signal processing circuit and magnetic sensor system
CN202010088120.7A CN111562524B (zh) 2019-02-13 2020-02-12 信号处理电路和磁传感器系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019023208A JP6947194B2 (ja) 2019-02-13 2019-02-13 信号処理回路および磁気センサシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020134149A true JP2020134149A (ja) 2020-08-31
JP6947194B2 JP6947194B2 (ja) 2021-10-13

Family

ID=71946002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019023208A Active JP6947194B2 (ja) 2019-02-13 2019-02-13 信号処理回路および磁気センサシステム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11313922B2 (ja)
JP (1) JP6947194B2 (ja)
CN (1) CN111562524B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018220667A1 (de) * 2018-11-30 2020-06-04 Zf Friedrichshafen Ag Drehwinkelsensor mit zwei Sensorsignalen und Betriebsverfahren
JP7006633B2 (ja) * 2019-02-13 2022-01-24 Tdk株式会社 磁気センサシステム

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050278137A1 (en) * 2004-05-17 2005-12-15 Dirk Hammerschmidt Method and device for adjusting a determination rule of an angle sensor
JP2006215924A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Canon Inc 位置姿勢計測方法及び装置
JP2008533476A (ja) * 2005-03-14 2008-08-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 運動または回転角を検出する際にチルト角を把握および補償するための方法および回路装置
JP2011047841A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Casio Computer Co Ltd 電子式方位計、電子式方位計の調整方法および製造方法
JP2012237682A (ja) * 2011-05-12 2012-12-06 Fujikura Ltd 多軸センサ出力補正装置及び多軸センサ出力補正方法
JP2015075465A (ja) * 2013-10-11 2015-04-20 旭化成エレクトロニクス株式会社 3次元磁界測定装置及び3次元磁界測定方法
JP2016053547A (ja) * 2014-09-04 2016-04-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法
JP6319601B1 (ja) * 2016-12-19 2018-05-09 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3718856B2 (ja) * 1993-06-03 2005-11-24 ダイキン工業株式会社 物理量解析装置
JP2008008883A (ja) * 2006-06-02 2008-01-17 Denso Corp 磁気センサ及びセンサ
EP2131205B1 (en) * 2007-03-23 2018-05-02 Asahi Kasei EMD Corporation Magnetic sensor and its sensitivity measuring method
CN103513205A (zh) * 2012-06-26 2014-01-15 上海汽车集团股份有限公司 用于校正磁场传感器信号的方法和车辆导航系统
EP3171190B1 (en) * 2015-11-18 2021-08-25 Nxp B.V. Magnetic field sensor
US20190298202A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetocardiographic measurement apparatus, calibration method, and recording medium having recorded thereon calibration program

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050278137A1 (en) * 2004-05-17 2005-12-15 Dirk Hammerschmidt Method and device for adjusting a determination rule of an angle sensor
JP2006215924A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Canon Inc 位置姿勢計測方法及び装置
JP2008533476A (ja) * 2005-03-14 2008-08-21 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 運動または回転角を検出する際にチルト角を把握および補償するための方法および回路装置
JP2011047841A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Casio Computer Co Ltd 電子式方位計、電子式方位計の調整方法および製造方法
JP2012237682A (ja) * 2011-05-12 2012-12-06 Fujikura Ltd 多軸センサ出力補正装置及び多軸センサ出力補正方法
JP2015075465A (ja) * 2013-10-11 2015-04-20 旭化成エレクトロニクス株式会社 3次元磁界測定装置及び3次元磁界測定方法
JP2016053547A (ja) * 2014-09-04 2016-04-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 非接触回転角センサ及びそれに備えられた磁気センサ信号処理回路並びに磁気センサの他軸感度調整方法
JP6319601B1 (ja) * 2016-12-19 2018-05-09 Tdk株式会社 角度センサの補正装置および角度センサ

Also Published As

Publication number Publication date
JP6947194B2 (ja) 2021-10-13
CN111562524B (zh) 2023-04-25
US20200256933A1 (en) 2020-08-13
US11313922B2 (en) 2022-04-26
CN111562524A (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10533878B2 (en) Angle sensor and angle sensor system
JP6323699B1 (ja) 角度センサおよび角度センサシステム
CN110645882B (zh) 稳健对抗干扰场的位置传感器系统和方法
US20200182658A1 (en) Correction apparatus for angle sensor, and angle sensor
US20160169707A1 (en) Rotating field sensor
US10775208B2 (en) Condition determination apparatus and method, physical quantity information generation apparatus, and angle sensor
CN111207778B (zh) 角度传感器和角度传感器系统
US11867504B2 (en) Correction apparatus for angle sensor, and angle sensor
US10746571B2 (en) Condition determination apparatus and method, physical quantity information generation apparatus, and angle sensor
JP6947194B2 (ja) 信号処理回路および磁気センサシステム
US11243274B2 (en) Magnetic sensor system
US11313666B2 (en) Angle sensor and angle sensor system
US20230384129A1 (en) Correction apparatus for angle sensor, and angle sensor
JP6477718B2 (ja) 電流検出方法、電流検出装置、電流検出装置の信号補正方法、及び電流検出装置の信号補正装置
US20180283903A1 (en) Position forecasting apparatus and position detection apparatus
KR20090012724A (ko) 3축 박막 플럭스게이트 센서와 3축 가속도 센서를 사용하여절대 방위를 판별하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200203

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210202

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20210405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210817

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210830

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6947194

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150