JP2023152002A - 磁気式エンコーダおよび測距装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁界発生器の磁極ピッチの違いに起因する誤差を低減できるようにした磁気式エンコーダを実現する。【解決手段】磁気式エンコーダ１は、磁界成分ＭＦｘを含む対象磁界ＭＦを発生する磁界発生器３と、対象磁界ＭＦを検出するように構成された磁気センサ２とを備えている。磁気センサ２は、それぞれ磁界成分ＭＦｘの強度の変化に応じて抵抗値が変化するように構成された複数の抵抗体を含んでいる。磁界発生器３は、複数組のＮ極とＳ極が交互に配列された磁気スケールである。１つのＳ極を介して隣接する２つのＮ極の中心間距離である磁極ピッチλｍは、複数の抵抗体に含まれる１つの抵抗体内における所定の位置と他の１つの抵抗体内における所定の位置との間隔の４倍である設計ピッチλｓとは異なる。【選択図】図７

Description

本発明は、磁界発生器と磁気センサとを備えた磁気式エンコーダ、および磁気式エンコーダを備えた測距装置に関する。
磁気センサを用いた磁気式エンコーダは、所定の方向に位置が変化する可動物体の位置を検出するために用いられている。所定の方向は、直線的な方向または回転方向である。可動物体の位置を検出するために用いられる磁気式エンコーダは、可動物体の位置の変化に対応して、磁気スケール等の磁界発生器と磁気センサの少なくとも一方が動作するように構成されている。
磁気センサと磁界発生器の少なくとも一方が動作すると、磁界発生器によって発生されて磁気センサに印加される対象磁界の一方向の成分の強度が変化する。磁気センサは、例えば、対象磁界の一方向の成分の強度を検出して、この一方向の成分の強度に対応し且つ互いに位相の異なる２つの検出信号を生成する。磁気式エンコーダは、２つの検出信号に基づいて、可動物体の位置と対応関係を有する検出値を生成する。
磁気式エンコーダ用の磁気センサとしては、複数の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサが用いられている。例えば、特許文献１，２には、磁気抵抗効果素子として、磁石および磁気センサの相対移動方向とこの相対移動方向に直交する方向に、複数のＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子を配置した磁気センサが開示されている。
磁気式エンコーダ用の磁気センサでは、一般的に、互いに位相の異なる２つの検出信号を生成するために、一方の検出信号を生成するための第１の磁気抵抗効果素子群と、他方の検出信号を生成するための第２の磁気抵抗効果素子群を、一方向にずらして配置している。例えば、特許文献２に開示された磁気センサでは、複数のＧＭＲ素子によってＡ相のブリッジ回路とＢ相のブリッジ回路を構成している。この磁気センサでは、磁石のＮ極とＳ極との中心間距離（ピッチ）をλとしたときに、複数のＧＭＲ素子を、相対移動方向にλ、λ／２またはλ／４の中心間距離で配置している。Ａ相のブリッジ回路とＢ相のブリッジ回路からは、位相がλ／２分だけずれた出力波形が得られる。
国際公開第２００９／０３１５５８号 国際公開第２００９／１１９４７１号
特許文献２に開示された磁気センサのように、第１の磁気抵抗効果素子群と第２の磁気抵抗効果素子群のずれ量は、使用する磁界発生器の磁極ピッチ（例えば、隣接する２つのＮ極の中心間距離）と対応関係を有している。磁極ピッチが上記のずれ量の４倍と等しいかほぼ等しい場合、検出信号に含まれる２次の高調波に相当する高調波成分が最も小さくなる。そのため、通常は、磁気式エンコーダの磁界発生器を、磁極のピッチが異なる磁界発生器に変更することは想定されていない。
しかし、比較的大きな振動が発生する装置に適用される磁気式エンコーダでは、磁気センサと磁界発生器との衝突を防止するために、磁気センサと磁界発生器との間隔を大きくすることが求められる場合がある。磁界発生器の磁極ピッチを変えずに上記の間隔を大きくすると、磁気センサに印加される磁界が弱くなり、磁気センサの検出信号が小さくなることが懸念される。そのため、上記の場合には、磁極ピッチが大きい磁界発生器を用いることが望ましい。しかし、上記のずれ量すなわち磁気抵抗効果素子のピッチは簡単に変更することができないため、磁気抵抗効果素子のピッチを維持したまま、磁極ピッチが大きい磁界発生器と組み合わせて磁気センサを使用すると、磁気式エンコーダの検出値の誤差が大きくなる。
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、磁界発生器の磁極ピッチの違いに起因する誤差を低減できるようにした磁気式エンコーダ、およびこの磁気式エンコーダを備えた測距装置を提供することにある。
本発明の磁気式エンコーダは、第１の方向の磁界成分を含む対象磁界を発生する磁界発生器と、対象磁界を検出するように構成された磁気センサとを備えている。磁気センサと磁界発生器は、磁気センサと磁界発生器の少なくとも一方が動作すると、基準位置における磁界成分の強度が変化するように構成されている。磁界発生器は、複数組のＮ極とＳ極が交互に配列された磁気スケールである。磁気センサは、それぞれ磁界成分の強度の変化に応じて抵抗値が変化するように構成された複数の抵抗体を含むと共に、それぞれ磁界成分の強度の変化に対応する第１の検出信号および第２の検出信号を生成するように構成されている。
複数の抵抗体は、２つの抵抗体を含んでいる。２つの抵抗体のうちの一方の抵抗体の抵抗値は、第１の検出信号と対応関係を有している。２つの抵抗体のうちの他方の抵抗体の抵抗値は、第２の検出信号と対応関係を有している。一方の抵抗体と他方の抵抗体は、第１の検出信号の位相と第２の検出信号の位相が互いに異なるように、第１の方向において互いに異なる位置に配置されている。磁気スケールにおいて１つのＳ極を介して隣接する２つのＮ極の中心間距離を磁極ピッチとし、一方の抵抗体内における所定の位置と他方の抵抗体内における所定の位置の第１の方向における間隔の４倍を設計ピッチとしたときに、磁極ピッチは、設計ピッチよりも大きい。
第１および第２の検出信号の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想成分と、それぞれ理想成分の高次の高調波に相当する複数の高調波成分とを含んでいる。複数の抵抗体は、複数の高調波成分のうち、少なくとも２次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されている。
本発明の磁気式エンコーダにおいて、磁極ピッチは、設計ピッチの１．１倍よりも大きくてもよい。また、磁極ピッチは、設計ピッチの１．２５倍よりも大きく、設計ピッチの１．７５倍よりも小さくてもよい。
また、本発明の磁気式エンコーダにおいて、磁気センサは、更に、電源ポートと、グランドポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを備えていてもよい。複数の抵抗体は、第１の抵抗体と、第２の抵抗体と、第３の抵抗体と、第４の抵抗体と、第５の抵抗体と、第６の抵抗体と、第７の抵抗体と、第８の抵抗体とを含んでいてもよい。第１の抵抗体と第２の抵抗体は、電源ポートと第１の出力ポートとを接続する第１の経路に、電源ポート側からこの順に設けられていてもよい。第３の抵抗体と第４の抵抗体は、グランドポートと第１の出力ポートとを接続する第２の経路に、グランドポート側からこの順に設けられていてもよい。第５の抵抗体と第６の抵抗体は、グランドポートと第２の出力ポートとを接続する第３の経路に、グランドポート側からこの順に設けられていていもよい。第７の抵抗体と第８の抵抗体は、電源ポートと第２の出力ポートとを接続する第４の経路に、電源ポート側からこの順に設けられていてもよい。
第１の方向における第１の抵抗体内の第１の位置と第２の抵抗体内の第２の位置との間隔と、第１の方向における第３の抵抗体内の第３の位置と第４の抵抗体内の第４の位置との間隔と、第１の方向における第５の抵抗体内の第５の位置と第６の抵抗体内の第６の位置との間隔と、第１の方向における第７の抵抗体内の第７の位置と第８の抵抗体内の第８の位置との間隔は、それぞれ、設計ピッチの１／２の奇数倍と等しくてもよい。第１の方向における第１の位置と第３の位置との間隔と、第１の方向における第５の位置と第７の位置との間隔は、それぞれ、ゼロまたは設計ピッチの整数倍と等しくてもよい。第１の方向における第１の位置と第５の位置との間隔は、設計ピッチの１／４と等しくてもよい。
磁気センサは、更に、複数の磁気抵抗効果素子を備えていてもよい。複数の磁気抵抗効果素子の各々は、磁化固定層と、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含んでいてもよい。磁化固定層は、方向が固定された第１の磁化を有していてもよい。自由層は、第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向の両方に平行な平面内において変化可能な第２の磁化を有していてもよい。磁化固定層、自由層およびギャップ層は、第１の方向および第２の方向に直交する第３の方向に積層されていてもよい。第１ないし第８の抵抗体は、複数の磁気抵抗効果素子を用いて構成されていてもよい。第１、第４、第６および第７の抵抗体における磁化固定層の第１の磁化は、第１の方向に平行な一方向である第１の磁化方向の成分を含んでいてもよい。第２、第３、第５および第８の抵抗体における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向とは反対の第２の磁化方向の成分を含んでいてもよい。
複数の抵抗体が第１ないし第８の抵抗体を含む場合、第１の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第１の抵抗体の重心であってもよい。第２の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第２の抵抗体の重心であってもよい。第３の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第３の抵抗体の重心であってもよい。第４の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第４の抵抗体の重心であってもよい。第５の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第５の抵抗体の重心であってもよい。第６の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第６の抵抗体の重心であってもよい。第７の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第７の抵抗体の重心であってもよい。第８の位置は、第３の方向に平行な一方向から見たときの第８の抵抗体の重心であってもよい。
また、複数の抵抗体が第１ないし第８の抵抗体を含む場合、第１の抵抗体と第３の抵抗体は、第２の方向において隣接してもよい。第２の抵抗体と第４の抵抗体は、第２の方向において隣接してもよい。第５の抵抗体と第７の抵抗体は、第２の方向において隣接してもよい。第６の抵抗体と第８の抵抗体は、第２の方向において隣接してもよい。
また、複数の抵抗体が第１ないし第８の抵抗体を含む場合、第１の抵抗体は、第７の抵抗体とは隣接するが、第８の抵抗体とは隣接しなくてもよい。第８の抵抗体は、第２の抵抗体とは隣接するが、第１の抵抗体とは隣接しなくてもよい。また、第３の抵抗体は、第７の抵抗体との間に第１の抵抗体を挟む位置に配置されていてもよい。第４の抵抗体は、第８の抵抗体との間に第２の抵抗体を挟む位置に配置されていてもよい。第５の抵抗体は、第１の抵抗体との間に第７の抵抗体を挟む位置に配置されていてもよい。第６の抵抗体は、第２の抵抗体との間に第８の抵抗体を挟む位置に配置されていてもよい。
磁気センサが複数の磁気抵抗効果素子を備えている場合、複数の磁気抵抗効果素子の各々は、第１の方向と交差する方向のバイアス磁界が自由層に印加されるように構成されていてもよい。ギャップ層は、トンネルバリア層であってもよい。
また、本発明の磁気式エンコーダにおいて、磁界発生器は、回転軸を中心として回転するように構成されると共に、回転軸に平行な一方向の端に位置する端面を有していてもよい。複数組のＮ極とＳ極は、回転軸の周りに交互に配列されると共に端面に設けられていてもよい。基準位置における磁界成分の強度は、磁界発生器の回転に伴って変化してもよい。磁気センサは、端面に対向するように配置されていてもよい。磁界発生器は、対象物までの距離を測定するための光の進行方向を変化させる光学素子と連動して回転するように構成されていてもよい。
また、本発明の磁気式エンコーダにおいて、磁界発生器は、回転軸を中心として回転するように構成されると共に、回転軸から離れる方向に向いた外周面を有していてもよい。複数組のＮ極とＳ極は、回転軸の周りに交互に配列されると共に外周面に設けられていてもよい。基準位置における磁界成分の強度は、磁界発生器の回転に伴って変化してもよい。磁気センサは、外周面に対向するように配置されていてもよい。また、磁界発生器は、対象物までの距離を測定するための光の進行方向を変化させる光学素子と連動して回転するように構成されていてもよい。
本発明の測距装置は、照射した光を検出することによって対象物までの距離を測定する測距装置である。測距装置は、光の進行方向を変化させると共に回転するように構成された光学素子と、本発明の磁気式エンコーダとを備えている。磁界発生器は、光学素子と連動して回転軸を中心として回転するように構成されている。複数組のＮ極とＳ極は、回転軸の周りに交互に配列されている。基準位置における磁界成分の強度は、磁界発生器の回転に伴って変化する。
本発明の測距装置において、磁界発生器は、回転軸に平行な一方向の端に位置する端面を有していてもよい。この場合、複数組のＮ極とＳ極は、端面に設けられていてもよい。磁気センサは、端面に対向するように配置されていてもよい。あるいは、磁界発生器は、回転軸から離れる方向に向いた外周面を有していてもよい。この場合、複数組のＮ極とＳ極は、外周面に設けられていてもよい。磁気センサは、外周面に対向するように配置されていてもよい。
本発明の磁気式エンコーダおよび測距装置では、複数の抵抗体は、複数の高調波成分のうち、少なくとも２次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されている。これにより、本発明によれば、磁界発生器の磁極ピッチの違いに起因する誤差を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測距装置を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す正面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサを示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。 本発明の一実施の形態における第１ないし第８の抵抗体の配置を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態における第１の抵抗体を示す平面図である。 本発明の一実施の形態における磁気抵抗効果素子の第１の例を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における磁気抵抗効果素子の第２の例を示す斜視図である。 比較例の磁気センサを示す平面図である。 比較例の磁気センサの構成を示す回路図である。 シミュレーションによって求めた比較例のモデルの振幅比を示す特性図である。 シミュレーションによって求めた実施例のモデルの振幅比を示す特性図である。 シミュレーションによって求めた比較例のモデルと実施例のモデルの各々の検出値の誤差を示す特性図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気式エンコーダの変形例における磁界発生器を示す斜視図である。
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、本実施の形態に係る測距装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る測距装置４０１を示す斜視図である。
図１に示した測距装置４０１は、照射した光を検出することによって対象物までの距離を測定する装置であり、例えば車載用のＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）の一部を構成する。図１に示した例では、測距装置４０１は、光電ユニット４１１と、光学素子４１２と、図示しない駆動装置とを備えている。
光電ユニット４１１は、光４１１ａを照射する光学素子と、対象物からの反射光４１１ｂを検出する検出素子とを含んでいる。光学素子４１２は、例えば、支持体４１３によって支持されたミラーであってもよい。光学素子４１２は、光４１１ａおよび反射光４１１ｂの各々の進行方向を変化させるように、光学素子の出射面に対して傾斜している。また、光学素子４１２は、図示しない駆動装置によって、所定の回転軸を中心として回転するように構成されている。
本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１は、光学素子４１２の回転位置を検出するための位置検出装置として用いられる。以下、図２ないし図４を参照して、磁気式エンコーダ１の概略の構成について説明する。図２は、磁気式エンコーダ１を示す斜視図である。図３は、磁気式エンコーダ１を示す平面図である。図４は、磁気式エンコーダ１を示す正面図である。
本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１は、磁気センサ２と、磁界発生器３とを備えている。磁界発生器３は、回転軸Ｃを中心として、図１に示した光学素子４１２と連動して回転するように構成されている。
磁界発生器３は、位置検出用の磁界であって、磁気センサ２が検出すべき磁界（検出対象磁界）である対象磁界ＭＦを発生する。対象磁界ＭＦは、仮想の直線に平行な方向の磁界成分を含んでいる。磁気センサ２と磁界発生器３は、磁気センサ２と磁界発生器３の少なくとも一方が動作すると、基準位置における磁界成分の強度が変化するように構成されている。基準位置は、磁気センサ２が配置された位置であってもよい。磁気センサ２は、上記の磁界成分を含む対象磁界ＭＦを検出して、それぞれ磁界成分の強度に対応する第１および第２の検出信号を生成する。
本実施の形態では特に、磁界発生器３は、複数組のＮ極とＳ極が回転軸Ｃの周りに交互に配列された磁気スケール（回転スケール）である。磁界発生器３は、回転軸Ｃに平行な一方向の端に位置する端面３ａを有している。複数組のＮ極とＳ極は、端面３ａに設けられている。図２および図３では、理解を容易にするために、Ｎ極にハッチングを付している。図４では、理解を容易にするために、複数組のＮ極とＳ極で磁界発生器３を模式的に示している。磁気センサ２は、端面３ａに対向するように配置されている。基準位置、例えば磁気センサ２が配置された位置における磁界成分ＭＦｘの強度は、磁界発生器３の回転に伴って変化する。
図４に示したように、磁界発生器３の回転方向に隣接する２つのＮ極の間隔、すなわち１つのＳ極を介して隣接する２つのＮ極の中心間距離を磁極ピッチと言い、磁極ピッチの大きさを記号λｍで表す。１つのＮ極を介して隣接する２つのＳ極の中心間距離は、磁極ピッチλｍと等しい。
ここで、図４に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。本実施の形態では、回転軸Ｃに直交する２つの方向をＸ方向とＹ方向とし、回転軸Ｃに平行な一方向であって磁気センサ２から磁界発生器３に向かう方向をＺ方向とする。また、Ｙ方向を、磁気センサ２から回転軸Ｃに向かう方向とする。図４では、Ｙ方向を図４における手前から奥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方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を－Ｚ方向とする。
磁気センサ２は、磁界発生器３に対して－Ｚ方向に離れた位置に配置されている。磁気センサ２は、対象磁界ＭＦのＸ方向に平行な方向の磁界成分ＭＦｘの強度を検出することができるように構成されている。磁界成分ＭＦｘの強度は、例えば、磁界成分ＭＦｘの方向がＸ方向のときに正の値で表され、磁界成分ＭＦｘの方向が－Ｘ方向のときに負の値で表される。磁界発生器３が回転すると、磁界成分ＭＦｘの強度は、周期的に変化する。Ｘ方向に平行な方向は、本発明における「第１の方向」に対応する。
次に、図５および図６を参照して、磁気センサ２について詳しく説明する。図５は、磁気センサ２を示す平面図である。図６は、磁気センサ２の構成を示す回路図である。図６に示したように、磁気式エンコーダ１は、更に、検出値生成回路４を備えている。検出値生成回路４は、磁気センサ２が生成する、磁界成分ＭＦｘの強度に対応する第１の検出信号Ｓ１および第２の検出信号Ｓ２に基づいて、磁界発生器３の回転位置すなわち光学素子４１２の回転位置と対応関係を有する検出値Ｖｓを生成する。検出値生成回路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。
磁気センサ２は、それぞれ磁界成分ＭＦｘの強度に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の抵抗体Ｒ１１、第２の抵抗体Ｒ１２、第３の抵抗体Ｒ１３、第４の抵抗体Ｒ１４、第５の抵抗体Ｒ２１、第６の抵抗体Ｒ２２、第７の抵抗体Ｒ２３および第８の抵抗体Ｒ２４を備えている。また、磁気センサ２は、複数の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）５０を備えている。第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２は、複数のＭＲ素子５０を用いて構成されている。
磁気センサ２は、更に、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを備えている。グランドポートＧ１はグランドに接続される。第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２は、検出値生成回路４に接続されている。磁気センサ２は、定電圧駆動であってもよいし、定電流駆動であってもよい。磁気センサ２が定電圧駆動である場合、電源ポートＶ１には、所定の大きさの電圧が印加される。磁気センサ２が定電流駆動である場合、電源ポートＶ１には、所定の大きさの電流が供給される。
磁気センサ２は、第１の出力ポートＥ１の電位と対応関係を有する信号を、第１の検出信号Ｓ１として生成し、第２の出力ポートＥ２の電位と対応関係を有する信号を、第２の検出信号Ｓ２として生成する。検出値生成回路４は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、検出値Ｖｓを生成する。なお、磁気センサ２および検出値生成回路４の少なくとも一方は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々の振幅、位相およびオフセットを補正することができるように構成されていてもよい。
第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、回路構成上の配置に関する以下の要件を満たしている。第１の抵抗体Ｒ１１と第２の抵抗体Ｒ１２は、電源ポートＶ１と第１の出力ポートＥ１とを接続する第１の経路５に、電源ポートＶ１側からこの順に設けられている。第３の抵抗体Ｒ１３と第４の抵抗体Ｒ１４は、グランドポートＧ１と第１の出力ポートＥ１とを接続する第２の経路６に、グランドポートＧ１側からこの順に設けられている。第５の抵抗体Ｒ２１と第６の抵抗体Ｒ２２は、グランドポートＧ１と第２の出力ポートＥ２とを接続する第３の経路７に、グランドポートＧ１側からこの順に設けられている。第７の抵抗体Ｒ２３と第８の抵抗体Ｒ２４は、電源ポートＶ１と第２の出力ポートＥ２とを接続する第４の経路８に、電源ポートＶ１側からこの順に設けられている。
図５に示したように、磁気センサ２は、更に、基板１０と、この基板１０の上に配置された電源端子１１、グランド端子１２、第１の出力端子１３および第２の出力端子１４とを備えている。電源端子１１は、電源ポートＶ１を構成する。グランド端子１２は、グランドポートＧ１を構成する。第１および第２の出力端子１３，１４は、それぞれ第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２を構成する。
次に、図７を参照して、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の配置について説明する。図７は、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の配置を説明するための説明図である。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の各々の抵抗値は、第１の検出信号Ｓ１と対応関係を有している。第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の各々の抵抗値は、第２の検出信号Ｓ２と対応関係を有している。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の組と第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の組は、第１の検出信号Ｓ１の位相と第２の検出信号Ｓ２の位相が互いに異なるように、Ｘ方向に平行な方向において互いに異なる位置に配置されている。
図７において、符号Ｃ１１は、第１の抵抗体Ｒ１１内の第１の位置を示し、符号Ｃ１２は、第２の抵抗体Ｒ１２内の第２の位置を示し、符号Ｃ１３は、第３の抵抗体Ｒ１３内の第３の位置を示し、符号Ｃ１４は、第４の抵抗体Ｒ１４内の第４の位置を示している。第１ないし第４の位置Ｃ１１～Ｃ１４は、それぞれ第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の物理的な位置を特定するための位置である。本実施の形態では特に、第１の位置Ｃ１１は、Ｚ方向から見たとき、すなわち磁気センサ２に対してＺ方向の先にある位置から磁気センサ２を見たときの第１の抵抗体Ｒ１１の重心である。また、第２の位置Ｃ１２は、Ｚ方向から見たときの第２の抵抗体Ｒ１２の重心であり、第３の位置Ｃ１３は、Ｚ方向から見たときの第３の抵抗体Ｒ１３の重心であり、第４の位置Ｃ１４は、Ｚ方向から見たときの第４の抵抗体Ｒ１４の重心である。
また、図７において、符号Ｃ２１は、第５の抵抗体Ｒ２１内の第５の位置を示し、符号Ｃ２２は、第６の抵抗体Ｒ２２内の第６の位置を示し、符号Ｃ２３は、第７の抵抗体Ｒ２３内の第７の位置を示し、符号Ｃ２４は、第８の抵抗体Ｒ２４内の第８の位置を示している。第５ないし第８の位置Ｃ２１～Ｃ２４は、それぞれ第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の物理的な位置を特定するための位置である。本実施の形態では特に、第５の位置Ｃ２１は、Ｚ方向から見たときの第５の抵抗体Ｒ２１の重心であり、第６の位置Ｃ２２は、Ｚ方向から見たときの第６の抵抗体Ｒ２２の重心であり、第７の位置Ｃ２３は、Ｚ方向から見たときの第７の抵抗体Ｒ２３の重心であり、第８の位置Ｃ２４は、Ｚ方向から見たときの第８の抵抗体Ｒ２４の重心である。
ここで、設計ピッチλｓを以下のように定義する。設計ピッチλｓは、第１の抵抗体Ｒ１１内における所定の位置と第５の抵抗体Ｒ２１内における所定の位置の、Ｘ方向に平行な方向における間隔の４倍である。本実施の形態では特に、第１の抵抗体Ｒ１１内における所定の位置は第１の位置Ｃ１１であり、第５の抵抗体Ｒ２１内における所定の位置は第５の位置Ｃ２１である。
また、本実施の形態では特に、Ｘ方向に平行な方向における第１の位置Ｃ１１と第５の位置Ｃ２１との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第２の位置Ｃ１２と第６の位置Ｃ２２との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第３の位置Ｃ１３と第７の位置Ｃ２３との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第４の位置Ｃ１４と第８の位置Ｃ２４との間隔は、互いに等しい。従って、第１および第５の抵抗体Ｒ１１，Ｒ２１の組の代わりに、第２および第６の抵抗体Ｒ１２，Ｒ２２の組、第３および第７の抵抗体Ｒ１３，Ｒ２３の組、または第４および第８の抵抗体Ｒ１４，Ｒ２４の組を用いて、設計ピッチλｓを定義することもできる。
図４に示した磁極ピッチλｍは、設計ピッチλｓよりも大きい。磁極ピッチλｍは、設計ピッチλｓの１．１倍よりも大きいことが好ましく、設計ピッチλｓの１．２５倍よりも大きく、設計ピッチλｓの１．７５倍よりも小さいことが好ましい。
ここで、本実施の形態における磁界発生器３とは異なる仮想の磁界発生器を想定する。仮想の磁界発生器の構成は、その磁極ピッチが磁界発生器３の磁極ピッチλｍと異なる点を除いて、磁界発生器３の構成と同じである。仮想の磁界発生器の磁極ピッチは、設計ピッチλｓと等しい。従って、磁極ピッチλｍは、仮想の磁界発生器の磁極ピッチよりも大きい。磁界発生器３を仮想の磁界発生器に置き換えた場合、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の位相差は、９０°になる。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の組と第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の組は、磁界発生器３を仮想の磁界発生器に置き換えた場合に、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の位相差が９０°になるように、Ｘ方向に平行な方向において互いに異なる位置に配置されている。
第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、物理的な配置に関する以下の要件を満たしている。Ｘ方向に平行な方向における第１の位置Ｃ１１と第２の位置Ｃ１２との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第３の位置Ｃ１３と第４の位置Ｃ１４との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第５の位置Ｃ２１と第６の位置Ｃ２２との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第７の位置Ｃ２３と第８の位置Ｃ２４との間隔は、それぞれ、設計ピッチλｓの１／２の奇数倍と等しい。Ｘ方向に平行な方向における第１の位置Ｃ１１と第３の位置Ｃ１３との間隔と、Ｘ方向に平行な方向における第５の位置Ｃ２１と第７の位置Ｃ２３との間隔は、それぞれ、ゼロまたは設計ピッチλｓの整数倍と等しい。Ｘ方向に平行な方向における第１の位置Ｃ１１と第５の位置Ｃ２１との間隔は、設計ピッチλｓの１／４と等しい。
本実施の形態では、第２の位置Ｃ１２は、第１の位置Ｃ１１に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置であり、第４の位置Ｃ１４は、第３の位置Ｃ１３に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置である。また、Ｘ方向に平行な方向における第１の位置Ｃ１１と第３の位置Ｃ１３との間隔はゼロである。すなわち、Ｘ方向に平行な方向における第３の位置Ｃ１３は、同方向における第１の位置Ｃ１１と同じである。第３の位置Ｃ１３は、第１の位置Ｃ１１に対して－Ｙ方向の先にある。また、Ｘ方向に平行な方向における第４の位置Ｃ１４は、同方向における第２の位置Ｃ１２と同じである。第４の位置Ｃ１４は、第２の位置Ｃ１２に対して－Ｙ方向の先にある。
第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４は、第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４に対して、Ｙ方向の先に配置されている。第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の物理的な配置は、第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の物理的な配置と同様である。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４の物理的な配置の説明中の第１ないし第４の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４および第１ないし第４の位置Ｃ１１～Ｃ１４を、それぞれ第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４および第５ないし第８の位置Ｃ２１～Ｃ２４に置き換えれば、第５ないし第８の抵抗体Ｒ２１～Ｒ２４の物理的な配置の説明になる。
また、本実施の形態では、第５の位置Ｃ２１（第７の位置Ｃ２３）は、第１の位置Ｃ１１（第３の位置Ｃ１３）に対して、λｓ／４だけＸ方向の先にある。第６の位置Ｃ２２（第８の位置Ｃ２４）は、第２の位置Ｃ１２（第４の位置Ｃ１４）に対して、λｓ／４だけＸ方向の先にある。
第１の抵抗体Ｒ１１は、第７の抵抗体Ｒ２３とは隣接するが、第８の抵抗体Ｒ２４とは隣接しない。第８の抵抗体Ｒ２４は、第２の抵抗体Ｒ１２とは隣接するが、第１の抵抗体Ｒ１１とは隣接しない。
第３の抵抗体Ｒ１３は、第７の抵抗体Ｒ２３との間に第１の抵抗体Ｒ１１を挟む位置に配置されている。第４の抵抗体Ｒ１４は、第８の抵抗体Ｒ２４との間に第２の抵抗体Ｒ１２を挟む位置に配置されている。第５の抵抗体Ｒ２１は、第１の抵抗体Ｒ１１との間に第７の抵抗体Ｒ２３を挟む位置に配置されている。第６の抵抗体Ｒ２２は、第２の抵抗体Ｒ１２との間に第８の抵抗体Ｒ２４を挟む位置に配置されている。
次に、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の構成について説明する。第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々は、理想的な正弦曲線（サイン（Sine）波形とコサイン（Cosine）波形を含む）を描くように所定の信号周期で周期的に変化する理想成分を含んでいる。本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１の理想成分の位相と第２の検出信号Ｓ２の理想成分の位相が、互いに異なるように、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４が構成されている。図７に示した設計ピッチλｓは、前述の仮想の磁界発生器を使用したときの理想成分における１周期すなわち電気角の３６０°に相当する。本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１では、磁極ピッチがλｍの磁界発生器３が使用される。この磁界発生器３を使用した場合、磁極ピッチλｍが、理想成分における１周期（電気角の３６０°）に相当する。すなわち、理想成分の周期はλｍとなる。
また、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々は、理想成分の他に、それぞれ理想成分の高次の高調波に相当する複数の高調波成分を含んでいる。本実施の形態では、複数の高調波成分が低減されるように、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４が構成されている。
以下、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の構成について具体的に説明する。始めに、ＭＲ素子５０の構成について説明する。本実施の形態では、ＭＲ素子５０は、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、磁化固定層と、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含んでいる。磁化固定層は、方向が固定された第１の磁化を有している。自由層は、Ｘ方向に平行な方向およびＹ方向に平行な方向の両方に平行な平面内（ＸＹ平面内）において変化可能な第２の磁化を有している。磁化固定層、自由層およびギャップ層は、Ｚ方向に平行な方向に積層されている。Ｙ方向に平行な方向は、本発明における「第２の方向」に対応する。Ｚ方向に平行な方向は、本発明における「第３の方向」に対応する。
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。本実施の形態では特に、磁気センサ２の寸法を小さくするために、ＭＲ素子５０は、ＴＭＲ素子であることが好ましい。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５および図６において、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４内に描かれた矢印は、その抵抗体に含まれる複数のＭＲ素子５０の各々の磁化固定層の第１の磁化の方向を表している。
第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、磁化固定層の磁化に関する以下の要件を満たしている。第１および第４の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の第１の磁化は、前述の第１の方向（Ｘ方向に平行な方向）に平行な一方向である第１の磁化方向の成分を含んでいる。第２および第３の抵抗体Ｒ１２，Ｒ１３における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向とは反対の第２の磁化方向の成分を含んでいる。第５および第８の抵抗体Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の第１の磁化は、第２の磁化方向の成分を含んでいる。第６および第７の抵抗体Ｒ２２，Ｒ２３における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向を含んでいる。本実施の形態では特に、第１の磁化方向は－Ｘ方向であり、第２の磁化方向はＸ方向である。
なお、第１の磁化が特定の磁化方向の成分を含んでいる場合、特定の磁化方向の成分は、第１の磁化の主成分であってもよい。あるいは、第１の磁化は、特定の磁化方向に直交する方向の成分を含んでいなくてもよい。本実施の形態では、第１の磁化が特定の磁化方向の成分を含んでいる場合、第１の磁化の方向は、特定の磁化方向またはほぼ特定の磁化方向になる。
複数のＭＲ素子５０の各々の自由層の第２の磁化の方向は、磁界成分ＭＦｘの強度に応じて、ＸＹ平面内で変化する。これにより、第１および第２の出力ポートＥ１，Ｅ２の各々の電位は、磁界成分ＭＦｘの強度に応じて変化する。
次に、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々における複数のＭＲ素子５０の配置について説明する。ここで、１つ以上のＭＲ素子５０の集合を、素子群という。第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々は、複数の素子群を含んでいる。複数の素子群は、誤差成分が低減されるように、設計ピッチλｓに基づいて、所定の間隔を開けて配置されている。なお、以下の説明において、複数の素子群の配置について説明する場合、素子群の所定の位置を基準にして説明するものとする。所定の位置は、例えば、Ｚ方向から見たときの素子群の重心である。
図８は、第１の抵抗体Ｒ１１を示す平面図である。図８に示したように、第１の抵抗体Ｒ１１は、８つの素子群３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８を含んでいる。素子群３１～３８の各々は、４つの区画に区分けされている。各区画には、１つ以上のＭＲ素子５０が配置される。従って、各素子群は、４つ以上のＭＲ素子５０を含んでいる。複数のＭＲ素子５０は、素子群内において直列に接続されていてもよい。この場合、複数の素子群は、直列に接続されていてもよい。あるいは、複数のＭＲ素子５０は、素子群に関わらずに直列に接続されていてもよい。
図８では、前述の仮想の磁界発生器を使用した場合に、理想成分の第３高調波（３次の高調波）に相当する高調波成分と、理想成分の第５高調波（５次の高調波）に相当する高調波成分と、理想成分の第７高調波（７次の高調波）に相当する高調波成分が低減されるように、素子群３１～３８が配置されている。図８に示したように、素子群３１～３４は、Ｘ方向に沿って配置されている。素子群３２は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１０だけ離れた位置に配置されている。素子群３３は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／６だけ離れた位置に配置されている。素子群３４は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１０＋λｓ／６だけ離れた位置（素子群３２に対して、Ｘ方向にλｓ／６だけ離れた位置）に配置されている。
また、図８に示したように、素子群３５～３８は、素子群３１～３４の－Ｙ方向の先において、Ｘ方向に沿って配置されている。素子群３５は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１４だけ離れた位置に配置されている。素子群３６は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１４＋λｓ／１０だけ離れた位置（素子群３２に対して、Ｘ方向にλｓ／１４だけ離れた位置）に配置されている。素子群３７は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１４＋λｓ／６だけ離れた位置（素子群３３に対して、Ｘ方向にλｓ／１４だけ離れた位置）に配置されている。素子群３８は、素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／１４＋λｓ／１０＋λｓ／６だけ離れた位置（素子群３４に対して、Ｘ方向にλｓ／１４だけ離れた位置）に配置されている。
複数の高調波成分を低減するための複数の素子群の配置は、図８に示した例に限られない。ここで、ｋ，ｍをそれぞれ１以上且つ互いに異なる整数とする。例えば、２ｋ＋１次の高調波に相当する高調波成分を低減する場合、第１の素子群を第２の素子群に対してＸ方向にλｓ／（４ｋ＋２）だけ離れた位置に配置する。更に、２ｍ＋１次の高調波に相当する誤差成分を低減する場合、第３の素子群を第１の素子群に対してＸ方向にλｓ／（４ｍ＋２）だけ離れた位置に配置し、第４の素子群を第２の素子群に対してＸ方向にλｓ／（４ｍ＋２）だけ離れた位置に配置する。このように、複数の高調波に相当する高調波成分を低減する場合、ある１つの高調波に相当する誤差成分を低減するための複数の素子群の各々は、他の高調波に相当する誤差成分を低減するための複数の素子群の各々に対して、Ｘ方向に、設計ピッチλｓに基づく所定の間隔だけ離れた位置に配置される。
本実施の形態では、第２ないし第８の抵抗体Ｒ１２～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々における複数の素子群の構成および配置は、第１の抵抗体Ｒ１１における複数の素子群の構成および配置と同じである。すなわち、第２ないし第８の抵抗体Ｒ１２～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々も、図８に示した構成および位置関係の８つの素子群３１～３８を含んでいる。なお、第３の抵抗体Ｒ１３の素子群３１は、Ｘ方向について第１の抵抗体Ｒ１１の素子群３１と同じ位置に配置されている。第４の抵抗体Ｒ１４の素子群３１は、Ｘ方向について第２の抵抗体Ｒ１２の素子群３１と同じ位置に配置されている。第２の抵抗体Ｒ１２の素子群３１は、第１の抵抗体Ｒ１１の素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。第４の抵抗体Ｒ１４の素子群３１は、第３の抵抗体Ｒ１３の素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。
第７の抵抗体Ｒ２３の素子群３１は、Ｘ方向について第５の抵抗体Ｒ２１の素子群３１と同じ位置に配置されている。第８の抵抗体Ｒ２４の素子群３１は、Ｘ方向について第６の抵抗体Ｒ２２の素子群３１と同じ位置に配置されている。第５の抵抗体Ｒ２１の素子群３１は、第１の抵抗体Ｒ１１の素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／４だけ離れた位置に配置されている。第６の抵抗体Ｒ２２の素子群３１は、第５の抵抗体Ｒ２１の素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。第８の抵抗体Ｒ２４の素子群３１は、第７の抵抗体Ｒ２３の素子群３１に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。
以上説明した第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の構成により、第１の検出信号Ｓ１の理想成分に対する第２の検出信号Ｓ２の理想成分の位相差が、所定の信号周期（理想成分の信号周期）の１／４の奇数倍になると共に、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々の複数の高調波成分が低減される。
なお、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の位置と、素子群３１～３８の位置は、ＭＲ素子５０の作製の精度等の観点から、上述の位置からわずかにずれていてもよい。
次に、図９および図１０を参照して、ＭＲ素子５０の第１および第２の例について説明する。図９は、ＭＲ素子５０の第１の例を示す斜視図である。第１の例では、ＭＲ素子５０は、Ｚ方向にこの順に積層された磁化固定層５１、ギャップ層５２および自由層５３を含む積層膜５０Ａを含んでいる。Ｚ方向から見た積層膜５０Ａの平面形状は、円形であってもよいし、図９に示したように正方形またはほぼ正方形であってもよい。
ＭＲ素子５０の積層膜５０Ａの下面は、図示しない下部電極によって、他のＭＲ素子５０の積層膜５０Ａの下面に電気的に接続され、ＭＲ素子５０の積層膜５０Ａの上面は、図示しない上部電極によって、更に他のＭＲ素子５０の積層膜５０Ａの上面に電気的に接続されている。これにより、複数のＭＲ素子５０は、直列に接続されている。なお、積層膜５０Ａにおける層５１～５３の配置は、図９に示した配置とは上下が反対でもよい。
ＭＲ素子５０は、更に、自由層５３に対して印加されるバイアス磁界を発生するバイアス磁界発生器５０Ｂを含んでいる。バイアス磁界の方向は、Ｘ方向に平行な方向と交差する方向である。第１の例では、バイアス磁界発生器５０Ｂは、２つの磁石５４，５５を含んでいる。磁石５４は、積層膜５０Ａに対して、－Ｙ方向の先に配置されている。磁石５５は、積層膜５０Ａに対して、Ｙ方向の先に配置されている。第１の例では特に、積層膜５０Ａと磁石５４，５５は、ＸＹ平面に平行な１つの仮想の平面と交差する位置に配置されている。また、図９において、磁石５４，５５内の矢印は、磁石５４，５５の磁化の方向を表している。第１の例では、バイアス磁界の方向は、Ｙ方向である。
図１０は、ＭＲ素子５０の第２の例を示す斜視図である。ＭＲ素子５０の第２の例の構成は、積層膜５０Ａの平面形状および磁石５４，５５の位置を除いて、ＭＲ素子５０の第１の例の構成と同じである。第２の例では、磁石５４，５５は、Ｚ方向について積層膜５０Ａとは異なる位置に配置されている。図１０に示した例では特に、磁石５４，５５は、積層膜５０Ａに対して、Ｚ方向の先に配置されている。また、Ｚ方向から見た積層膜５０Ａの平面形状は、Ｙ方向に長い長方形である。Ｚ方向から見たときに、磁石５４，５５は、積層膜５０Ａと重なる位置に配置されている。
なお、バイアス磁界の方向および磁石５４，５５の配置は、図９および図１０に示した例に限られない。例えば、バイアス磁界の方向は、Ｘ方向に平行な方向およびＺ方向に平行な方向と交差する方向であればよく、Ｙ方向に対して傾いた方向であってもよい。また、磁石５４，５５は、Ｘ方向に平行な方向において互いにずれていてもよい。
また、バイアス磁界発生器５０Ｂの代わりに、形状磁気異方性や結晶磁気異方性等の一軸磁気異方性によって、自由層５３にバイアス磁界を印加してもよい。
次に、本実施の形態における検出値Ｖｓの生成方法について説明する。検出値生成回路４は、例えば、以下のようにして検出値Ｖｓを生成する。検出値生成回路４は、まず、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々に対して所定の補正処理を実行する。補正処理は、少なくとも、第１の検出信号Ｓ１と第２の検出信号Ｓ２の位相差を９０°にする処理を含んでいる。補正処理は、更に、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々の振幅を補正する処理と、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２の各々のオフセットを補正する処理の、少なくとも一方を含んでいてもよい。検出値生成回路４は、次に、第１の検出信号Ｓ１に対する第２の検出信号Ｓ２の比のアークタンジェントすなわちａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１）を計算することによって、０°以上３６０°未満の範囲内で初期検出値を求める。初期検出値は、上記のアークタンジェントの値そのものであってもよいし、アークタンジェントの値に所定の角度を加えたものであってもよい。
上記のアークタンジェントの値が０°のときには、Ｚ方向から見たときに、磁界発生器３のＳ極の位置と、第１および第３の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１３の各々の素子群３１の位置が一致する。また、上記のアークタンジェントの値が１８０°のときには、Ｚ方向から見たときに、磁界発生器３のＮ極の位置と、第１および第３の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１３の各々の素子群３１の位置が一致する。従って、初期検出値は、１つのＳ極から１つのＮ極を介して隣接する他の１つのＳ極までの範囲内での磁界発生器３の回転位置と対応関係を有している。
また、検出値生成回路４は、初期検出値の１周期分を電気角の３６０°とし、基準位置からの電気角の回転数をカウントする。電気角は、磁界発生器３の回転位置と対応関係を有し、電気角の１回転は、１つのＳ極から１つのＮ極を介して隣接する他の１つのＳ極までの移動量に相当する。検出値生成回路４は、初期検出値と、電気角の回転数に基づいて、磁界発生器３の回転位置と対応関係を有する検出値Ｖｓを生成する。
次に、本実施の形態に係る磁気センサ２の製造方法について簡単に説明する。磁気センサ２の製造方法は、基板１０の上に複数のＭＲ素子５０を形成する工程と、基板１０の上に端子１１～１４を形成する工程と、複数のＭＲ素子５０および端子１１～１４に接続される複数の配線を形成する工程とを含んでいる。
複数のＭＲ素子５０を形成する工程では、まず、後に複数のＭＲ素子５０となる複数の初期ＭＲ素子を形成する。複数の初期ＭＲ素子の各々は、後に磁化固定層５１となる初期磁化固定層と、自由層５３と、ギャップ層５２とを含んでいる。
次に、レーザ光と、所定の方向の外部磁界とを用いて、初期磁化固定層の磁化の方向を、上記の所定の方向に固定する。例えば、後に第１、第４、第６および第７の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１４，Ｒ２２，Ｒ２３を構成する複数のＭＲ素子５０になる複数の初期ＭＲ素子では、第１の磁化方向（－Ｘ方向）の外部磁界を印加しながら、複数の初期ＭＲ素子に対してレーザ光を照射する。レーザ光の照射が完了すると、初期磁化固定層の磁化の方向は、第１の磁化方向に固定される。これにより、初期磁化固定層は磁化固定層５１になり、複数の初期ＭＲ素子は、第１、第４、第６および第７の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１４，Ｒ２２，Ｒ２３を構成する複数のＭＲ素子５０になる。
また、後に第２、第３、第５および第８の抵抗体Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ２１，Ｒ２４を構成する複数のＭＲ素子５０になる他の複数の初期ＭＲ素子では、外部磁界の方向を第２の磁化方向（Ｘ方向）とすることにより、他の複数の初期ＭＲ素子の各々の初期磁化固定層の磁化の方向を、第２の磁化方向に固定することができる。このようにして、複数のＭＲ素子５０が形成される。
次に、本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、複数の高調波成分のうち、少なくとも２次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されている。具体的には、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４が、前述のように、回路構成上の配置に関する要件と、物理的な配置に関する要件と、磁化固定層の磁化に関する要件を満たすように配置されている。これにより、本実施の形態によれば、磁界発生器３の磁極ピッチλｍと磁気センサ２の設計ピッチλｓとの相違に起因する誤差を低減することができる。
以下、比較例の磁気式エンコーダと比較しながら、本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１の効果について説明する。始めに、比較例の磁気式エンコーダの構成について説明する。比較例の磁気式エンコーダの構成は、本実施の形態における磁気センサ２の代わりに、比較例の磁気センサ１０２を備えている点で、本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１の構成と異なっている。
図１１は、比較例の磁気センサ１０２を示す平面図である。図１２は、比較例の磁気センサ１０２の構成を示す回路図である。磁気センサ１０２は、それぞれ磁界成分ＭＦｘの強度に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の抵抗体Ｒ１、第２の抵抗体Ｒ２、第３の抵抗体Ｒ３および第４の抵抗体Ｒ４を備えている。また、磁気センサ１０２は、複数のＭＲ素子５０を備えている。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４の各々は、複数のＭＲ素子５０を用いて構成されている。
磁気センサ１０２は、更に、電源ポートＶ１０１と、グランドポートＧ１０１と、第１の出力ポートＥ１０１と、第２の出力ポートＥ１０２とを備えている。グランドポートＧ１０１はグランドに接続される。第１および第２の出力ポートＥ１０１，Ｅ１０２は、検出値生成回路４に接続される。
磁気センサ１０２は、第１の出力ポートＥ１０１の電位と対応関係を有する信号を、第１の検出信号Ｓ１０１として生成し、第２の出力ポートＥ１０２の電位と対応関係を有する信号を、第２の検出信号Ｓ１０２として生成する。磁気センサ１０２が接続された検出値生成回路４は、第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２に基づいて、検出値Ｖｓを生成する。
第１の抵抗体Ｒ１は、電源ポートＶ１０１と第１の出力ポートＥ１０１とを接続する経路に設けられている。第２の抵抗体Ｒ２は、グランドポートＧ１０１と第１の出力ポートＥ１０１とを接続する経路に設けられている。第３の抵抗体Ｒ３は、グランドポートＧ１０１と第２の出力ポートＥ１０２とを接続する経路に設けられている。第４の抵抗体Ｒ４は、電源ポートＶ１０１と第２の出力ポートＥ１０２とを接続する経路に設けられている。
Ｚ方向から見たときの第２の抵抗体Ｒ２の重心は、Ｚ方向から見たときの第１の抵抗体Ｒ１の重心に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。Ｚ方向から見たときの第３の抵抗体Ｒ３の重心は、Ｚ方向から見たときの第４の抵抗体Ｒ４の重心に対して、Ｘ方向にλｓ／２だけ離れた位置に配置されている。Ｚ方向から見たときの第４の抵抗体Ｒ４の重心は、Ｚ方向から見たときの第１の抵抗体Ｒ１の重心に対して、Ｘ方向にλｓ／４だけ離れた位置に配置されている。
図１１および図１２において、第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４内に描かれた矢印は、その抵抗体に含まれる複数のＭＲ素子５０の各々の磁化固定層の第１の磁化の方向を表している。比較例では、第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４の全てにおいて、第１の磁化の方向は、－Ｘ方向である。
第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４の各々は、複数の素子群を含んでいる。第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４の各々における複数の素子群の構成および配置は、本実施の形態に係る磁気センサ２の第１の抵抗体Ｒ１１における複数の素子群の構成および配置と同じである。
次に、比較例における第１の検出信号Ｓ１０１について説明する。比較例では、第１の抵抗体Ｒ１の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗体Ｒ２の抵抗値Ｒ２は、それぞれ下記の式（１）、（２）で表される。なお、式（１）、（２）において、Ｒ０，ΔＲはそれぞれ所定の定数であり、θは電気角を表す。
Ｒ１＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ） …（１）
Ｒ２＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ＋λｓ／λｍ×π） …（２）
また、第１の検出信号Ｓ１０１は、下記の式（３）で表される。
Ｓ１０１＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） …（３）
磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しい場合、式（１）～（３）から、第１の検出信号Ｓ１０１は、下記の式（４）で表される。
Ｓ１０１＝Ｒ２／（２Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ）－ΔＲｃｏｓ（θ））
＝Ｒ２／２Ｒ０ …（４）
磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓとは異なる場合、式（１）～（３）から、第１の検出信号Ｓ１０１は、下記の式（５）で表される。
Ｓ１０１＝Ｒ２／（２Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ）＋ΔＲｃｏｓ（θ＋λｓ／λｍ×π））
…（５）
式（４）から理解されるように、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しい場合には、第１の検出信号Ｓ１０１は、Ｒ２の定数倍と等しくなる。この場合、第１の検出信号Ｓ１０１は、理想的には、電気角θに応じて理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する（式（２）参照）。一方、式（５）から理解されるように、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓとは異なる場合には、式（５）の分母に電気角θに応じて変化する成分が含まれる。この成分は、第１の検出信号Ｓ１０１に、２次の高調波に相当する高調波成分を生じさせる。
第１の検出信号Ｓ１０１についての説明は、第２の検出信号Ｓ１０２にも当てはまる。第３の抵抗体Ｒ３の抵抗値Ｒ３、第４の抵抗体Ｒ４の抵抗値Ｒ４および第２の検出信号Ｓ１０２は、それぞれ、電気角θに応じて変化するｓｉｎ関数を用いて表すことができる。磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓとは異なる場合には、第２の検出信号Ｓ１０２にも、２次の高調波に相当する高調波成分が生じる。第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２の各々の高調波成分は、検出値Ｖｓに誤差を生じさせる。
次に、本実施の形態における第１の検出信号Ｓ１について説明する。本実施の形態ではでは、第１の抵抗体Ｒ１１の抵抗値Ｒ１１と、第２の抵抗体Ｒ１２の抵抗値Ｒ１２と、第３の抵抗体Ｒ１３の抵抗値Ｒ１３と、第４の抵抗体Ｒ１４の抵抗値Ｒ１４は、それぞれ下記の式（６）～（９）で表される。
Ｒ１１＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ） …（６）
Ｒ１２＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ＋λｓ／λｍ×π＋π）
＝Ｒ０－ΔＲｃｏｓ（θ＋λｓ／λｍ×π） …（７）
Ｒ１３＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ＋π）
＝Ｒ０－ΔＲｃｏｓ（θ＋π） …（８）
Ｒ１４＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ（θ＋λｓ／λｍ×π） …（９）
第１の検出信号Ｓ１は、下記の式（１０）で表される。
Ｓ１＝（Ｒ１３＋Ｒ１４）／（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３＋Ｒ１４）
＝（Ｒ１３＋Ｒ１４）／４Ｒ０ …（１０）
式（１０）から理解されるように、本実施の形態では、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しいか否かに関わらず、式（１０）の分母は定数になり、第１の検出信号Ｓ１は、抵抗値Ｒ１３と抵抗値Ｒ１４との和の定数倍と等しくなる。従って、本実施の形態では、第１の検出信号Ｓ１は、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しいか否かに関わらず、理想的には、電気角θに応じて理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する（式（８）、（９）参照）。
第１の検出信号Ｓ１ついての説明は、第２の検出信号Ｓ２にも当てはまる。第２の検出信号Ｓ２は、式（１０）におけるＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４を、それぞれ第５の抵抗体Ｒ２１の抵抗値Ｒ２１、第６の抵抗体Ｒ２２の抵抗値Ｒ２２と、第７の抵抗体Ｒ２３の抵抗値Ｒ２３および第８の抵抗体Ｒ２４の抵抗値Ｒ２４で置き換えた式で表される。第１の検出信号Ｓ１と同様に、第２の検出信号Ｓ２は、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しいか否かに関わらず、理想的には、電気角θに応じて理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する。
以上説明したように、本実施の形態では、複数の高調波成分のうち、２次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されている。これにより、本実施の形態によれば、検出値Ｖｓに誤差が生じることを防止することができる。以下、この効果について、シミュレーションの結果を参照して説明する。
シミュレーションでは、比較例のモデルと実施例のモデルを用いた。比較例のモデルは、比較例の磁気式エンコーダのモデルである。実施例のモデルは、本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１のモデルである。
シミュレーションでは、設計ピッチλｓを８００μｍとした。比較例のモデルでは、第２の抵抗体Ｒ２の重心が第１の抵抗体Ｒ１の重心に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置に配置され、第３の抵抗体Ｒ３の重心が第４の抵抗体Ｒ４の重心に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置に配置され、第４の抵抗体Ｒ４の重心が第１の抵抗体Ｒ１の重心に対してＸ方向に２００μｍだけ離れた位置に配置されるように、第１ないし第４の抵抗体Ｒ１～Ｒ４を配置した。
実施例のモデルでは、第２の位置Ｃ１２が第１の位置Ｃ１１に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置になり、第４の位置Ｃ１４が第３の位置Ｃ１３に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置になり、第６の位置Ｃ２２が第５の位置Ｃ２１に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置になり、第８の位置Ｃ２４が第７の位置Ｃ２３に対してＸ方向に４００μｍだけ離れた位置になり、第５の位置Ｃ２１が第１の位置Ｃ１１に対してＸ方向に２００μｍだけ離れた位置になるように、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４を配置した。
また、シミュレーションでは、Ｚ方向に平行な方向における磁気センサ２と磁界発生器３との間隔と、Ｚ方向に平行な方向における磁気センサ１０２と磁界発生器３との間隔を、いずれも０．４ｍｍとした。また、電源ポートＶ１に印加する電圧と、電源ポートＶ１０１に印加する電圧を、いずれも１Ｖとした。
ここで、信号周期が理想成分の信号周期と一致する成分を１次成分と言い、第２高調波に相当する高調波成分を２次成分と言い、第３高調波に相当する高調波成分を３次成分と言い、第４高調波に相当する高調波成分を４次成分と言い、第５高調波に相当する高調波成分を５次成分と言い、第６高調波に相当する高調波成分を６次成分と言う。また、１次成分の振幅に対するある１つの高調波成分の振幅の比を、その高調波成分の振幅比と言う。また、検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１０１，Ｓ１０２の各々が理想成分のみを含む場合に想定される初期検出値と、シミュレーションによって得られた初期検出値との差を、検出値Ｖｓの誤差と言う。なお、初期検出値は、計算によって求めた電気角に相当する値であり、０°以上３６０°未満の値で表される。従って、検出値Ｖｓの誤差の単位は、角度で表される。
シミュレーションでは、磁極ピッチλｍを６００μｍから２６００μｍまでの範囲内で２００μｍずつ変化させた。比較例のモデルでは、各磁極ピッチλｍ毎に、磁界発生器３を回転させたときの第１および第２の検出信号Ｓ１０１，Ｓ１０２と検出値Ｖｓを求めた。また、第１の検出信号Ｓ１０１をフーリエ変換することによって、第１の検出信号Ｓ１０１の１次成分ないし６次成分を求め、第１の検出信号Ｓ１０１について、２次成分ないし６次成分の各々の振幅比を求めた。また、検出値Ｖｓの誤差を求めた。
同様に、実施例のモデルでは、各磁極ピッチλｍ毎に、磁界発生器３を回転させたときの第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２と検出値Ｖｓを求めた。また、第１の検出信号Ｓ１をフーリエ変換することによって、第１の検出信号Ｓ１の１次成分ないし６次成分を求め、第１の検出信号Ｓ１について、２次成分ないし６次成分の各々の振幅比を求めた。また、検出値Ｖｓの誤差を求めた。
図１３は、シミュレーションによって求めた比較例のモデルの振幅比を示す特性図である。図１４は、シミュレーションによって求めた実施例のモデルの振幅比を示す特性図である。図１３および図１４において、縦軸は磁極ピッチλｍを示し、縦軸は振幅比を示している。また、図１３において、符号７１は２次成分の振幅比を示し、符号７２は３次成分の振幅比を示し、符号７３は４次成分の振幅比を示し、符号７４は５次成分の振幅比を示し、符号７５は６次成分の振幅比を示している。また、図１４において、符号８１は２次成分の振幅比を示し、符号８２は３次成分の振幅比を示し、符号８３は４次成分の振幅比を示し、符号８４は５次成分の振幅比を示し、符号８５は６次成分の振幅比を示している。
図１３に示したように、比較例のモデルでは、４次成分の振幅比（符号７３）、５次成分の振幅比（符号７４）および６次成分の振幅比（符号７５）は、ゼロまたはほぼゼロであった。また、比較例のモデルでは、磁極ピッチλｍが８００μｍの場合を除き、２次成分の振幅比（符号７１）が最も大きいことが分かる。また、２次成分の振幅比（符号７１）は、磁極ピッチλｍが８００μｍの場合に最小になり、磁極ピッチλｍが８００μｍから大きくなるに従って大きくなることが分かる。なお、磁極ピッチλｍが８００μｍの場合とは、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓと等しくなる場合である。
図１４に示したように、実施例のモデルでは、比較例のモデルと同様に、４次成分の振幅比（符号８３）、５次成分の振幅比（符号８４）および６次成分の振幅比（符号８５）は、ゼロまたはほぼゼロであった。また、実施例のモデルでは、更に、２次成分の振幅比（符号８１）がゼロであった。
図１３および図１４に示した結果は、第２の検出信号Ｓ２，Ｓ１０２にも当てはまる。シミュレーションの結果から、本実施の形態では、複数の高調波成分のうち、２次の高調波に相当する高調波成分（２次成分）が低減されるように構成されていることが分かる。
図１５は、シミュレーションによって求めた比較例のモデルと実施例のモデルの各々の検出値Ｖｓの誤差を示す特性図である。図１５において、縦軸は磁極ピッチλｍを示し、縦軸は検出値Ｖｓの誤差を示している。また、図１５において、符号９１は比較例のモデルの誤差を示し、符号９２は実施例のモデルの誤差を示している。
前述のように、シミュレーションでは、検出値Ｖｓの誤差は、初期検出値を用いて算出され、初期検出値は、検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１０１，Ｓ１０２を用いて算出される。検出信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１０１，Ｓ１０２の各々の波形は、高調波成分の振幅比に依存して正弦曲線から歪む。従って、検出値Ｖｓの誤差は、高調波成分の振幅比に依存する。図１３および図１５から理解されるように、比較例のモデルでは、検出値Ｖｓの誤差（図１５における符号９１）は、２次成分の振幅比（図１３における符号７１）に大きく依存する。検出値Ｖｓの誤差は、２次成分の振幅比と同様に、磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓ（８００μｍ）と等しくなる場合に最小になり、磁極ピッチλｍが８００μｍから大きくなるに従って、すなわち磁極ピッチλｍの設計ピッチλｓからの乖離が大きくなるに従って大きくなる。
また、図１４および図１５から理解されるように、実施例のモデルでは、２次成分の振幅比（図１４における符号８１）がゼロになるため、検出値Ｖｓの誤差（図１５における符号９２）は、３次成分の振幅比（図１４における符号８２）に大きく依存する。しかし、実施例のモデルの３次成分の振幅比（図１４における符号８２）は、比較例のモデルの２次成分の振幅比（図１３における符号７１）に比べて十分に小さい。そのため、図１５に示したように、実施例のモデルの誤差（符号９２）は、比較例のモデルの誤差（符号９１）に比べて十分に小さくなる。
シミュレーションの結果から理解されるように、本実施の形態によれば、複数の高調波成分のうち、２次の高調波に相当する高調波成分（２次成分）が低減されるように構成するという手段によって、磁極ピッチλｍと設計ピッチλｓとの相違に起因する検出値Ｖｓに誤差が生じることを防止することができる。
また、前述のように、本実施の形態では、３次の高調波に相当する高調波成分と、５次の高調波に相当する高調波成分と、７次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように、素子群３１～３８が配置されている。すなわち、本実施の形態では、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、２次の高調波に相当する高調波成分に加えて、３次、５次、７次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されている。これにより、本実施の形態によれば、検出値Ｖｓの誤差をより低減することができる。
ところで、磁気式エンコーダ１を比較的大きな振動が発生する装置に適用する場合、磁気センサ２と磁界発生器３との衝突を防止するために、磁気センサ２と磁界発生器３との間隔を大きくすることが求められる場合がある。この場合、磁気センサ２が配置された位置における磁界成分ＭＦｘ（図４参照）の強度を望ましい大きさにするために、磁極ピッチλｍを設計ピッチλｓよりも大きくすることが好ましい。具体的には、磁極ピッチλｍは、設計ピッチλｓの１．１倍よりも大きいことが好ましく、設計ピッチλｓの１．２５倍よりも大きいことが好ましい。一方、図１５から理解されるように、磁極ピッチλｍが１４００μｍ以上、すなわち磁極ピッチλｍが設計ピッチλｓの１．７５倍以上になると、磁極ピッチλｍが大きくなるに従って、検出値Ｖｓの誤差が大きくなる。そのため、磁極ピッチλｍは、設計ピッチλｓの１．７５倍よりも小さいことが好ましい。
［変形例］
次に、図１６を参照して、本実施の形態に係る磁気式エンコーダ１の変形例について説明する。図１６は、磁気式エンコーダ１の変形例を示す斜視図である。変形例では、磁気式エンコーダ１は、図２および図３に示した磁界発生器３の代わりに、磁界発生器１０３を備えている。磁界発生器１０３は、それぞれ回転軸Ｃから離れる方向に向いた外周面１０３ａ，１０３ｂを有している。外周面１０３ａ，１０３ｂは、回転軸Ｃに平行な方向において互いに異なる位置に配置されている。外周面１０３ａは、外周面１０３ｂよりも回転軸Ｃから離れた位置に配置されている。
複数組のＮ極とＳ極は、外周面１０３ａに設けられている。図１６では、理解を容易にするために、Ｎ極にハッチングを付している。磁気センサ２は、外周面１０３ａに対向するように配置されている。基準位置、例えば磁気センサ２が配置された位置における磁界成分ＭＦｘ（図４参照）の強度は、磁界発生器１０３の回転に伴って変化する。
変形例では、回転軸Ｃに平行な方向をＹ方向とし、回転軸Ｃに直交する方向であって、磁気センサ２から回転軸Ｃに向かう方向をＺ方向としてもよい。
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、請求の範囲の要件を満たす限り、ＭＲ素子５０の数および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。
また、第１ないし第８の位置Ｃ１１～Ｃ１４，Ｃ２１～Ｃ２４は、それぞれ、対応する抵抗体の－Ｘ方向の端部等の重心以外の位置であってもよい。
また、第３、第４、第７および第８の抵抗体Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２４は、それぞれ、第１、第２、第５および第６の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２に対して、Ｘ方向または－Ｘ方向に設計ピッチλｓの整数倍だけ離れた位置に配置されていてもよい。
また、本発明の磁界発生器は、直線的な方向に複数組のＮ極とＳ極を着磁したリニアスケールであってもよい。この場合、本発明の磁気式エンコーダは、位置が変化可能な対象物の位置を検出するための位置検出装置に適用されてもよい。磁気センサと磁界発生器は、対象物の位置が変化すると、磁界成分の強度が変化するように構成されていてもよい。
また、本発明の磁気センサは、第１の検出信号を出力するように構成された第１のフルブリッジ回路と、第２の検出信号を出力するように構成された第２のフルブリッジ回路とを備えていてもよい。第１および第２のフルブリッジ回路の各々は、複数の抵抗体によって構成されていてもよい。
１…磁気式エンコーダ、２…磁気センサ、３…磁界発生器、４…検出値生成回路、５…第１の経路、６…第２の経路、７…第３の経路、８…第４の経路、１０…基板、１１…電源端子、１２…グランド端子、１３…第１の出力端子、１４…第２の出力端子、３１～３８…素子群、５０…ＭＲ素子、５０Ａ…積層膜、５０Ｂ…バイアス磁界発生器、５１…磁化固定層、５２…ギャップ層、５３…自由層、５４，５５…磁石、４０１…測距装置、４１１…光電ユニット、４１２…光学素子、４１３…支持体、Ｃ…回転軸、Ｅ１…第１の出力ポート、Ｅ２…第２の出力ポート、Ｇ１…グランドポート、Ｒ１１…第１の抵抗体、Ｒ１２…第２の抵抗体、Ｒ１３…第３の抵抗体、Ｒ１４…第４の抵抗体、Ｒ２１…第５の抵抗体、Ｒ２２…第６の抵抗体、Ｒ２３…第７の抵抗体、Ｒ２４…第８の抵抗体、Ｓ１…第１の検出信号、Ｓ２…第２の検出信号、Ｖ１…電源ポート、Ｖｓ…検出値、λｍ…磁極ピッチ、λｓ…設計ピッチ。
また、本発明の磁気式エンコーダにおいて、磁気センサは、更に、電源ポートと、グランドポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを備えていてもよい。複数の抵抗体は、第１の抵抗体と、第２の抵抗体と、第３の抵抗体と、第４の抵抗体と、第５の抵抗体と、第６の抵抗体と、第７の抵抗体と、第８の抵抗体とを含んでいてもよい。第１の抵抗体と第２の抵抗体は、電源ポートと第１の出力ポートとを接続する第１の経路に、電源ポート側からこの順に設けられていてもよい。第３の抵抗体と第４の抵抗体は、グランドポートと第１の出力ポートとを接続する第２の経路に、グランドポート側からこの順に設けられていてもよい。第５の抵抗体と第６の抵抗体は、グランドポートと第２の出力ポートとを接続する第３の経路に、グランドポート側からこの順に設けられていてもよい。第７の抵抗体と第８の抵抗体は、電源ポートと第２の出力ポートとを接続する第４の経路に、電源ポート側からこの順に設けられていてもよい。
磁気センサは、更に、複数の磁気抵抗効果素子を備えていてもよい。複数の磁気抵抗効果素子の各々は、磁化固定層と、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含んでいてもよい。磁化固定層は、方向が固定された第１の磁化を有していてもよい。自由層は、第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向の両方に平行な平面内において方向が変化可能な第２の磁化を有していてもよい。磁化固定層、自由層およびギャップ層は、第１の方向および第２の方向に直交する第３の方向に積層されていてもよい。第１ないし第８の抵抗体は、複数の磁気抵抗効果素子を用いて構成されていてもよい。第１、第４、第６および第７の抵抗体における磁化固定層の第１の磁化は、第１の方向に平行な一方向である第１の磁化方向の成分を含んでいてもよい。第２、第３、第５および第８の抵抗体における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向とは反対の第２の磁化方向の成分を含んでいてもよい。
磁気センサ２は、それぞれ磁界成分ＭＦｘの強度に応じて抵抗値が変化するように構成された第１の抵抗体Ｒ１１、第２の抵抗体Ｒ１２、第３の抵抗体Ｒ１３、第４の抵抗体Ｒ１４、第５の抵抗体Ｒ２１、第６の抵抗体Ｒ２２、第７の抵抗体Ｒ２３および第８の抵抗体Ｒ２４を備えている。また、磁気センサ２は、複数の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）５０を備えている。第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の各々は、複数のＭＲ素子５０を用いて構成されている。
以下、第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４の構成について具体的に説明する。始めに、ＭＲ素子５０の構成について説明する。本実施の形態では、ＭＲ素子５０は、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、磁化固定層と、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含んでいる。磁化固定層は、方向が固定された第１の磁化を有している。自由層は、Ｘ方向に平行な方向およびＹ方向に平行な方向の両方に平行な平面内（ＸＹ平面内）において方向が変化可能な第２の磁化を有している。磁化固定層、自由層およびギャップ層は、Ｚ方向に平行な方向に積層されている。Ｙ方向に平行な方向は、本発明における「第２の方向」に対応する。Ｚ方向に平行な方向は、本発明における「第３の方向」に対応する。
第１ないし第８の抵抗体Ｒ１１～Ｒ１４，Ｒ２１～Ｒ２４は、磁化固定層の磁化に関する以下の要件を満たしている。第１および第４の抵抗体Ｒ１１，Ｒ１４における磁化固定層の第１の磁化は、前述の第１の方向（Ｘ方向に平行な方向）に平行な一方向である第１の磁化方向の成分を含んでいる。第２および第３の抵抗体Ｒ１２，Ｒ１３における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向とは反対の第２の磁化方向の成分を含んでいる。第５および第８の抵抗体Ｒ２１，Ｒ２４における磁化固定層の第１の磁化は、第２の磁化方向の成分を含んでいる。第６および第７の抵抗体Ｒ２２，Ｒ２３における磁化固定層の第１の磁化は、第１の磁化方向の成分を含んでいる。本実施の形態では特に、第１の磁化方向は－Ｘ方向であり、第２の磁化方向はＸ方向である。
図１３は、シミュレーションによって求めた比較例のモデルの振幅比を示す特性図である。図１４は、シミュレーションによって求めた実施例のモデルの振幅比を示す特性図である。図１３および図１４において、横軸は磁極ピッチλｍを示し、縦軸は振幅比を示している。また、図１３において、符号７１は２次成分の振幅比を示し、符号７２は３次成分の振幅比を示し、符号７３は４次成分の振幅比を示し、符号７４は５次成分の振幅比を示し、符号７５は６次成分の振幅比を示している。また、図１４において、符号８１は２次成分の振幅比を示し、符号８２は３次成分の振幅比を示し、符号８３は４次成分の振幅比を示し、符号８４は５次成分の振幅比を示し、符号８５は６次成分の振幅比を示している。
図１５は、シミュレーションによって求めた比較例のモデルと実施例のモデルの各々の検出値Ｖｓの誤差を示す特性図である。図１５において、横軸は磁極ピッチλｍを示し、縦軸は検出値Ｖｓの誤差を示している。また、図１５において、符号９１は比較例のモデルの誤差を示し、符号９２は実施例のモデルの誤差を示している。

Claims (17)

  1. 第１の方向の磁界成分を含む対象磁界を発生する磁界発生器と、
    前記対象磁界を検出するように構成された磁気センサとを備え、
    前記磁気センサと前記磁界発生器は、前記磁気センサと前記磁界発生器の少なくとも一方が動作すると、基準位置における前記磁界成分の強度が変化するように構成され、
    前記磁界発生器は、複数組のＮ極とＳ極が交互に配列された磁気スケールであり、
    前記磁気センサは、それぞれ前記磁界成分の強度の変化に応じて抵抗値が変化するように構成された複数の抵抗体を含むと共に、それぞれ前記磁界成分の強度の変化に対応する第１の検出信号および第２の検出信号を生成するように構成され、
    前記複数の抵抗体は、２つの抵抗体を含み、
    前記２つの抵抗体のうちの一方の抵抗体の抵抗値は、前記第１の検出信号と対応関係を有し、
    前記２つの抵抗体のうちの他方の抵抗体の抵抗値は、前記第２の検出信号と対応関係を有し、
    前記一方の抵抗体と前記他方の抵抗体は、前記第１の検出信号の位相と前記第２の検出信号の位相が互いに異なるように、前記第１の方向において互いに異なる位置に配置され、
    前記磁気スケールにおいて１つのＳ極を介して隣接する２つのＮ極の中心間距離を磁極ピッチとし、前記一方の抵抗体内における所定の位置と前記他方の抵抗体内における所定の位置の前記第１の方向における間隔の４倍を設計ピッチとしたときに、前記磁極ピッチは、前記設計ピッチよりも大きく、
    前記第１および第２の検出信号の各々は、理想的な正弦曲線を描くように周期的に変化する理想成分と、それぞれ前記理想成分の高次の高調波に相当する複数の高調波成分とを含み、
    前記複数の抵抗体は、前記複数の高調波成分のうち、少なくとも２次の高調波に相当する高調波成分が低減されるように構成されていることを特徴とする磁気式エンコーダ。
  2. 前記磁極ピッチは、前記設計ピッチの１．１倍よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
  3. 前記磁極ピッチは、前記設計ピッチの１．２５倍よりも大きく、前記設計ピッチの１．７５倍よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の磁気式エンコーダ。
  4. 前記磁気センサは、更に、電源ポートと、
    グランドポートと、
    第１の出力ポートと、
    第２の出力ポートとを備え、
    前記複数の抵抗体は、第１の抵抗体と、第２の抵抗体と、第３の抵抗体と、第４の抵抗体と、第５の抵抗体と、第６の抵抗体と、第７の抵抗体と、第８の抵抗体とを含み、
    前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体は、前記電源ポートと前記第１の出力ポートとを接続する第１の経路に、前記電源ポート側からこの順に設けられ、
    前記第３の抵抗体と前記第４の抵抗体は、前記グランドポートと前記第１の出力ポートとを接続する第２の経路に、前記グランドポート側からこの順に設けられ、
    前記第５の抵抗体と前記第６の抵抗体は、前記グランドポートと前記第２の出力ポートとを接続する第３の経路に、前記グランドポート側からこの順に設けられ、
    前記第７の抵抗体と前記第８の抵抗体は、前記電源ポートと前記第２の出力ポートとを接続する第４の経路に、前記電源ポート側からこの順に設けられ、
    前記第１の方向における前記第１の抵抗体内の第１の位置と前記第２の抵抗体内の第２の位置との間隔と、前記第１の方向における前記第３の抵抗体内の第３の位置と前記第４の抵抗体内の第４の位置との間隔と、前記第１の方向における前記第５の抵抗体内の第５の位置と前記第６の抵抗体内の第６の位置との間隔と、前記第１の方向における前記第７の抵抗体内の第７の位置と前記第８の抵抗体内の第８の位置との間隔は、それぞれ、前記設計ピッチの１／２の奇数倍と等しく、
    前記第１の方向における前記第１の位置と前記第３の位置との間隔と、前記第１の方向における前記第５の位置と前記第７の位置との間隔は、それぞれ、ゼロまたは前記設計ピッチの整数倍と等しく、
    前記第１の方向における前記第１の位置と前記第５の位置との間隔は、前記設計ピッチの１／４と等しく、
    前記磁気センサは、更に、複数の磁気抵抗効果素子を備え、
    前記複数の磁気抵抗効果素子の各々は、磁化固定層と、自由層と、前記磁化固定層と前記自由層の間に配置されたギャップ層とを含み、
    前記磁化固定層は、方向が固定された第１の磁化を有し、
    前記自由層は、前記第１の方向および前記第１の方向に直交する第２の方向の両方に平行な平面内において変化可能な第２の磁化を有し、
    前記磁化固定層、前記自由層および前記ギャップ層は、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に積層され、
    前記第１ないし第８の抵抗体は、前記複数の磁気抵抗効果素子を用いて構成され、
    前記第１、第４、第６および第７の抵抗体における前記磁化固定層の前記第１の磁化は、前記第１の方向に平行な一方向である第１の磁化方向の成分を含み、
    前記第２、第３、第５および第８の抵抗体における前記磁化固定層の前記第１の磁化は、前記第１の磁化方向とは反対の第２の磁化方向の成分を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
  5. 前記第１の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第１の抵抗体の重心であり、
    前記第２の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第２の抵抗体の重心であり、
    前記第３の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第３の抵抗体の重心であり、
    前記第４の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第４の抵抗体の重心であり、
    前記第５の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第５の抵抗体の重心であり、
    前記第６の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第６の抵抗体の重心であり、
    前記第７の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第７の抵抗体の重心であり、
    前記第８の位置は、前記第３の方向に平行な一方向から見たときの前記第８の抵抗体の重心であることを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
  6. 前記第１の抵抗体と前記第３の抵抗体は、前記第２の方向において隣接し、
    前記第２の抵抗体と前記第４の抵抗体は、前記第２の方向において隣接し、
    前記第５の抵抗体と前記第７の抵抗体は、前記第２の方向において隣接し、
    前記第６の抵抗体と前記第８の抵抗体は、前記第２の方向において隣接することを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
  7. 前記第１の抵抗体は、前記第７の抵抗体とは隣接するが、前記第８の抵抗体とは隣接せず、
    前記第８の抵抗体は、前記第２の抵抗体とは隣接するが、前記第１の抵抗体とは隣接しないことを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
  8. 前記第３の抵抗体は、前記第７の抵抗体との間に前記第１の抵抗体を挟む位置に配置され、
    前記第４の抵抗体は、前記第８の抵抗体との間に前記第２の抵抗体を挟む位置に配置され、
    前記第５の抵抗体は、前記第１の抵抗体との間に前記第７の抵抗体を挟む位置に配置され、
    前記第６の抵抗体は、前記第２の抵抗体との間に前記第８の抵抗体を挟む位置に配置されていることを特徴とする請求項７記載の磁気式エンコーダ。
  9. 前記複数の磁気抵抗効果素子の各々は、前記第１の方向と交差する方向のバイアス磁界が前記自由層に印加されるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
  10. 前記ギャップ層は、トンネルバリア層であることを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
  11. 前記磁界発生器は、回転軸を中心として回転するように構成されると共に、前記回転軸に平行な一方向の端に位置する端面を有し、
    前記複数組のＮ極とＳ極は、前記回転軸の周りに交互に配列されると共に前記端面に設けられ、
    前記基準位置における前記磁界成分の強度は、前記磁界発生器の回転に伴って変化し、
    前記磁気センサは、前記端面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
  12. 前記磁界発生器は、対象物までの距離を測定するための光の進行方向を変化させる光学素子と連動して回転するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の磁気式エンコーダ。
  13. 前記磁界発生器は、回転軸を中心として回転するように構成されると共に、前記回転軸から離れる方向に向いた外周面を有し、
    前記複数組のＮ極とＳ極は、前記回転軸の周りに交互に配列されると共に前記外周面に設けられ、
    前記基準位置における前記磁界成分の強度は、前記磁界発生器の回転に伴って変化し、
    前記磁気センサは、前記外周面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
  14. 前記磁界発生器は、対象物までの距離を測定するための光の進行方向を変化させる光学素子と連動して回転するように構成されていることを特徴とする請求項１３記載の磁気式エンコーダ。
  15. 照射した光を検出することによって対象物までの距離を測定する測距装置であって、
    前記光の進行方向を変化させると共に回転するように構成された光学素子と、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気式エンコーダとを備え、
    前記磁界発生器は、前記光学素子と連動して回転軸を中心として回転するように構成され、
    前記複数組のＮ極とＳ極は、前記回転軸の周りに交互に配列され、
    前記基準位置における前記磁界成分の強度は、前記磁界発生器の回転に伴って変化することを特徴とする測距装置。
  16. 前記磁界発生器は、前記回転軸に平行な一方向の端に位置する端面を有し、
    前記複数組のＮ極とＳ極は、前記端面に設けられ、
    前記磁気センサは、前記端面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１５記載の測距装置。
  17. 前記磁界発生器は、前記回転軸から離れる方向に向いた外周面を有し、
    前記複数組のＮ極とＳ極は、前記外周面に設けられ、
    前記磁気センサは、前記外周面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１５記載の測距装置。
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