JP6385555B1 - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気検出装置のリセット解除直後から直ちに磁性移動体の移動方向の検出ができる磁気検出装置を得る。
【解決手段】第１の磁電変換素子群８８の出力信号ｂ１と、第２の磁電変換素子群８９の出力信号ｂ２のピークおよびボトム、傾斜を検出する信号変化検出器２００を備え、出力信号ｂ１と出力信号ｂ２の何れか一方の出力信号のピーク又はボトムを検知したタイミングにおける他方の出力信号の増減の傾きから磁性移動体８０の移動方向を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁電変換素子を用いた磁気検出装置、特に磁性移動体の移動に基づく磁界の変動を検出し、磁性移動体の移動方向を検出する磁気検出装置に関するものである。

周知のように、磁界の変動、つまり磁束密度の変化による磁電変換素子の抵抗値の変化を電圧に変換して出力するブリッジ回路を備え、このブリッジ回路の出力電圧に基づいて磁電変換素子に磁気的に作用している磁性移動体の移動方向を検出する磁気検出装置が種々提案されている。このような磁気検出装置は、例えば車両用エンジンの回転方向や回転速度を検出する車載用回転センサ等にして利用されている。

しかし、磁気検出装置は磁電変換素子の製造上の特性のばらつきや、温度特性のばらつき等に起因して、磁電変換素子が設置されている環境の温度等が変化すると、検出精度が悪化することがある。本発明者等は、この検出精度の悪化を解決することを目的として特許文献１に示す磁気検出装置を提案している。

国際公開第２０１６／１３９７９１号パンフレット

この特許文献１に開示された磁気検出装置は、磁性移動体に対向して配置され、前記磁気移動体の移動方向による磁界の変動を電気量の変化に変換する第１の磁電変換素子群と、前記第１の磁電変換素子群が配置されている位置に対して前記磁気移動体の移動方向の異なる位置で前記磁気移動体に対向して配置され、前記磁気移動体の移動方向による磁界の変動を電気量の変化に変換する第２の磁電変換素子群と、前記第１の磁電変換素子群による前記電気量の変換に基づく第１の出力信号と第１の閾値との比較に基づいて、２値化した第１の比較信号を発生する第１の比較回路と、前記第２の磁電変換素子群による前記電気量の変換に基づく前記第２の出力信号と第２の閾値との比較に基づいて、２値化した第２の比較信号を発生する第２の比較回路と、前記第１の閾値を調整し得る第１の閾値調整装置と、前記第２の閾値を調整し得る第２の閾値調整装置と、前記第１の出力信号をデジタル値に変換する第１のアナログデジタル変換回路と、前記第２の出力信号をデジタル値に変換する第２のアナログデジタル変換回路と、を備え、
（１）前記第１の出力信号のピーク値又はボトム値を検出した時刻に於いて、前記第２の出力信号を、前記第２のアナログデジタル変換回路によりデジタル値に変換し、前記変換したデジタル値と所定の基準値との比較に基づいて、前記第２の閾値調整装置により前記第２の閾値を調整すること、
（２）前記第２の出力信号のピーク値又はボトム値を検出した時刻に於いて、前記第１の出力信号を、前記第１のアナログデジタル変換回路によりデジタル値に変換し、前記変換したデジタル値と所定の基準値との比較に基づいて、前記第１の閾値調整装置により前記第１の閾値を調整すること、のうちの少なくとも何れか一方を行い得るように構成したものである。

ところで、前述のように、この種の磁気検出装置は、磁気検出素子の製造上のバラツキや温度特性の影響により、第１の磁電変換素子群による電気量の変換に基づく第１の出力信号、及び第２の磁電変換素子群による電気量の変換に基づく第２の出力信号が大きくオフセットしてしまい、第１の比較回路あるいは第２の比較回路の閾値の電位から外れてしまうような場合に、第１の比較回路から出力される第１の比較信号、あるいは第２の比較回路から出力される第２の比較信号が固定値のままとなって、磁気移動体の移動方向を検出することが出来なくなり、検出精度が悪化する課題がある。

前記特許文献１に開示された磁気検出装置は、この課題を解決するために、第１の比較信号の比較対象となる第１の閾値あるいは第２の比較信号の比較対象となる第２の閾値を調整することにより、ブリッジ回路の出力信号の振幅範囲が、比較回路の閾値から外れた場合でも、磁性移動体の移動方向を高精度に検出しようとするものである。

具体的には、磁気検出装置にリセット回路を設け、このリセット回路による初期化後に、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号の立上り時刻及び立下り時刻が互いに交互に出現するに至った時刻で、前記第１の比較信号又は前記第２の比較信号に同期して、磁気移動体の移動方向に対応して時間幅の異なる矩形波出力の発生を開始するように構成している。

しかし、比較回路の閾値を調整するために、リセット回路がリセット解除した直後の磁性移動体の磁性突起に対して数突起分の移動については、第１のアナログデジタル変換回路及び第２のアナログデジタル変換回路を用いて、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号に適正なオフセットが与えられるように調整するようにしており、調整するための期間を必要としていた。またその調整期間においては確実な出力ができないため、出力を固定する様なことを行い、前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号が適正なオフセットが与えられた後に出力を開始することを行っていた。このため、磁性移動体の移動方向の検出をリセット解除直後から直ちに行いたい場合についての対応ができない新たな課題が生じていた。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、磁気検出装置のリセット解除直後から直ちに磁性移動体の移動方向の検出ができる磁気検出装置の提供を目的とするものである。

この発明に係る磁気検出装置は、被検出対象である磁性移動体の移動を検出する磁気検出装置であって、前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第１の磁電変換素子群と、前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第２の磁電変換素子群と、を有し、前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群とを、一方の出力信号が他方の出力信号に対し９０度と看做してよい位相差を有するように配置した磁気検出装置において、
前記第１の磁電変換素子群の出力信号又は前記第２の磁電変換素子群の出力信号から、前記出力信号のピークおよびボトム、並びに前記出力信号の増減の傾きを検出する信号変化検出手段と、前記信号変化検出手段により、前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群の何れか一方の出力信号のピーク又はボトムを検知したタイミングにおける他方の出力信号の増減の傾きから前記磁性移動体の移動方向を判定する移動方向判定手段を備え、前記移動方向判定手段の出力信号から前記磁性移動体の移動方向を検出する。

この発明に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子群の出力信号の増減の傾きから移動検出を行うことができるため、磁電変換素子群の製造上のバラツキや温度特性の影響によるオフセットがあっても移動検出を行うことができ、磁気検出装置のリセット解除直後から直ちに磁性移動体の移動検出を行うことができる効果がある。

この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置のアナログデジタル変換器の信号波形図である。 この発明の実施の形態２に係る磁気検出装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態２に係る磁気検出装置の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るアナログデジタル変換器の信号波形図である。 この発明の実施の形態２に係るアナログデジタル変換器の信号波形図である。 この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の磁気回路の構成を示す説明図である。 この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の回路構成図である。 磁電変換素子であるＧＭＲの磁界及び抵抗特性を表す図である。 この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の動作を説明する図である。 この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の動作を説明する図である。 この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の動作を説明する図である。

以下、この発明に係る磁気検出装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態において、同一又は相当部分については、同一符号を付して説明するが、一部で重複説明を省略する場合がある。

実施の形態１．
この発明に係る磁気検出装置を説明する前に、先ず、この発明による磁気検出装置の基礎となる技術について説明する。
図８（ａ）は、この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の磁気回路の構成図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の矢印Ａの方向から視た説明図である。図８に於いて、磁性円板で形成された被検出対象である磁性移動体８０は、回転軸８１を中心として矢印Ｂの方向、又は矢印Ｂと逆方向に回転することができる。磁性移動体８０は、例えばエンジンのクランク軸の回転と同期して回転する。磁性移動体８０の外周部には、所定の間隔を介して複数個の磁性突起８２が形成されている。

磁石８３は、磁性移動体８０の磁性突起８２に所定の間隙を介して対向するように配置されており、回転軸８１と平行方向に着磁されている。磁石８３に固定された基板８４には、磁電変換素子である磁気検出素子８５、８６、８７が設けられている。磁石８３と磁性移動体８０とは、磁気回路の一部を形成している。図８に示すように、磁気検出素子８５、８６、８７は、磁性移動体８０の磁性突起８２に対向して配列されている。また、磁気検出素子８５、８６は、回転軸８１と直交する磁石８３の中心線Ｌに対して磁気検出素子８７を介して対称的に配置されている。

ここで、磁電変換素子とは、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistance）、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）、ホール（Hall）素子等の、磁界若しくは磁束の変動を電気信号に変換することができる素子を意味している。

図９は、この発明の基礎となる技術に基づく磁気検出装置の回路構成図である。図９において、磁気検出素子８７は、他の抵抗素子と組み合わせて第１のブリッジ回路８８を構成し、磁気検出素子８５、８６は他の抵抗素子と組み合わせて第２のブリッジ回路８９を構成している。第１のブリッジ回路８８、第２のブリッジ回路８９の出力は、それぞれ第１のバッファ９０、第２のバッファ９１を経て第１の増幅手段である第１の差動増幅器９２及び第２の増幅手段である第２の差動増幅器９３へ入力される。第１の差動増幅器９２及び第２の差動増幅器９３は基準電位を定めるため、第１のデジタルアナログ変換手段（以下、第１のＤＡＣと称する。）９４及び第２のデジタルアナログ変換手段（以下、第２のＤＡＣと称する。）９５を備える。第１の差動増幅器９２、第２の差動増幅器９３で予め定められた倍率で増幅された第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２は、それぞれ第１の比較手段の第１の比較回路９６及び第２の比較手段の第２の比較回路９７へ入力される。第１の比較回路９６の出力である第１の比較信号ｃｍｐ１、及び第２の比較回路９７の出力である第２の比較信号ｃｍｐ２は、比較電位ｖｒｅｆ１との比較結果である矩形波となり、移動方向判定手段の移動方向判定器９８に送出されて磁性移動体８０の移動方向を判別する。移動方向判定器９８の出力信号は、出力回路９９を経て出力トランジスタＴｒを駆動し、磁気検出装置の出力信号ｏｕｔとなる。

ここで、磁気検出素子８５、８６、８７は製造上のバラツキや温度特性を持つため、第１の差動増幅信号ｏｐ１、及び第２の差動増幅信号ｏｐ２は、比較電位ｖｒｅｆ１を大きく逸脱することがある。このため、第１のアナログデジタル変換手段（以下、第１のＡＤＣと称する。）１００及び第２のアナログデジタル変換手段（以下、第２のＡＤＣと称する。）１０１を備え、第１の差動増幅信号ｏｐ１、及び第２の差動増幅信号ｏｐ２の波形をそれぞれＡＤ変換しつつ、制御手段の制御回路１０２にて演算し、第１のＤＡＣ９４及び第２のＤＡＣ９５を用いて第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２に適正なオフセットを与えている。発振器１０３及びリセット回路１０４は、移動方向判定器９８及び制御回路１０２などがロジック回路で動作するため、必要なクロックとリセットを与えている。

磁気検出素子８５、８６、８７の特性について、図１０に特にＧＭＲ素子の特性を示している。縦軸Ｒは抵抗値、横軸Ｈは磁界の強さを表す。磁界の強さが大きくなると抵抗値は下がり、逆に磁界の強さが小さくなると抵抗値は上がる。このように磁界の変化が電気的な特性の変化となる。

次に、磁性移動体８０の移動方向により、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２の波形がどのようになるかについて、図１１及び図１２を用いて説明する。
磁気検出素子８５、８６、８７は、図１０で説明したように磁界の強さが変化すると抵抗値の変化を起こす。磁気検出素子８５、８６、８７のそれぞれの位置における磁界は、磁石８３から発生する磁界が磁性移動体８０の磁性突起８２に影響を受けて、磁界の強さが変化する。図１１は磁性移動体８０が紙面の左に移動した際の図である。図１１（ａ）の矢印Ｘで示す方向に磁性移動体８０が移動することにより、図１１（ｂ）で示すように磁気検出素子８５、８６の抵抗値が交互に変化する。図１１（ｂ）の左からまず磁気検出素子８６が変化をはじめ、続いて磁気検出素子８５が変化する。磁気検出素子８５、８６は第２のブリッジ回路８９を構成しており、抵抗値の変化は電圧変化を生じる。その電圧変化が第２の差動増幅器９３へ入力され、図１１（ｃ）の第２の差動増幅信号ｏｐ２で示す電圧変化を生じる。

図１２は磁性移動体８０が紙面の右に移動した際の図である。つまり、図１１とは反対方向に移動した場合である。図１２（ａ）の矢印Ｙで示す方向に磁性移動体８０が移動することにより、図１２（ｂ）で示すように磁気検出素子８５が変化をはじめ、続いて磁気検出素子８６が変化する。そして、図１２（ｃ）の第２の差動増幅信号ｏｐ２で示す電圧変化を生じる。つまり、磁性移動体８０の移動方向に依り第２の差動増幅信号ｏｐ２の波形は略１８０度反転したような波形となる。

次に、図１３において第１の差動増幅信号ｏｐ１の波形について説明する。磁気検出素子８７は、磁気検出素子８５、８６を両側に抱えるような配置となっているため、図１３（ａ）の矢印Ｚで示す磁性移動体８０の移動方向に依らず、磁気検出素子８７は図１３（ｂ）で示すような抵抗値の変化を生じる。磁気検出素子８７は第１のブリッジ回路８８を構成しているため、第１の差動増幅器９２で増幅され、第１の差動増幅信号ｏｐ１の波形は図１３（ｃ）のようになる。

このように、磁性移動体８０の移動方向によって第２の差動増幅信号ｏｐ２の波形は略１８０度反転したような波形となり、第１の差動増幅信号ｏｐ１の波形は移動方向により波形に変化がないため、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２以降において、第１の比較信号ｃｍｐ１及び第２の比較信号ｃｍｐ２の波形も同様となり、移動方向判定器９８により移動方向は論理的に判別することができるようになる。

次に、この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気検出装置の回路構成図である。
実施の形態１に係る磁気検出装置は、図１に示すように、第１のブリッジ回路８８と、第２のブリッジ回路８９を備えている。第１のブリッジ回路８８は磁気検出素子８７を備えて構成され、第２のブリッジ回路８９は、磁気検出素子８５、８６を備えて構成されている。ここで、第１のブリッジ回路８８の出力信号をｂ１、第２のブリッジ回路８９の出力信号をｂ２とする。

第１のブリッジ回路８８及び第２のブリッジ回路８９は、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１にそれぞれ接続されている。第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１は、制御回路１０２にて制御される。第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１、並びに制御回路１０２は、信号変化検出手段の信号変化検出器２００を構成している。信号変化検出器２００は移動方向判定器９８に接続されており、移動方向判定器９８の出力信号は出力回路９９を経て、磁気検出装置の出力トランジスタＴｒを制御する。なお、移動方向判定器９８では、第１のブリッジ回路８８の出力信号ｂ１及び第２のブリッジ回路８９の出力信号ｂ２の位相関係に基づいて、磁性移動体８０の移動方向を判定する。

次に、図２及び図３を用いて実施の形態１に係る磁気検出装置の検出原理について説明する。
図２（ａ）に示す磁性移動体８０が、磁性移動体８０の回転軸８１のまわりを回転して移動している場合に、第２のブリッジ回路８９の出力信号ｂ２及び第１のブリッジ回路８８の出力信号ｂ１の信号波形は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に見られるように、一方が他方に対し９０度と看做してよい位相差、換言すれば、略９０度の位相差を有している。この波形原理については、図１１、図１２、図１３で説明した原理と同じであり、ここでは説明を省略する。

図２（ｂ）の出力信号ｂ２、図２（ｃ）の出力信号ｂ１のそれぞれの信号波形上にあるドットは、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１がそのドットで値を読み込んだことを示すために重ねたものである。第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１は所定の時間間隔にて、略同時刻に読み込みを行っている。第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１が読み込みを行ったときの値の増減について図３に示す。磁性移動体８０の回転方向のある方向を正転と呼び、他の方向を逆転と呼ぶこととすると、図３（ａ）は正転方向を示し、出力信号ｂ１の信号波形がボトム時に出力信号ｂ２の信号波形は増加方向となっている。また図３（ｂ）の紙面右側は逆転方向として、出力信号ｂ１の信号波形がボトム時に出力信号ｂ２の信号波形は減少方向となっている。

つまり、出力信号ｂ１の信号波形がボトムと判定される時間ｔにおいて、出力信号ｂ２の信号波形がその経過において単一の増加であれば正転と判定し、また出力信号ｂ１の信号波形がボトムと判定される時間ｔにおいて、出力信号ｂ２の信号波形がその経過において単一の減少であれば、逆転と判別される。出力信号ｂ１の信号波形及び出力信号ｂ２の信号波形のボトムや増減の判定については信号変化検出器２００で行い、前述した移動方向の判定については移動方向判定器９８で行う。このように、出力信号ｂ１、ｂ２のボトムとその増減である傾きから移動方向を判定する。ここで、正転及び逆転の方向の定義によっては、出力信号ｂ１の信号波形がピーク時の出力信号ｂ２の信号波形の増減より判定を行うこともでき、定義により適宜判定方法を変えることで対応することはできる。

次に、図２（ｄ）について説明する。前述した原理により、信号変化検出器２００は出力信号ｂ１及び出力信号ｂ２にて信号の変化を捉え、移動方向判定器９８にて移動方向が確定する時間ｔ１及びｔ２にて、出力回路９９から移動方向（正転）に合わせた時間幅ｐｗのパルス幅の出力信号を出力する。この場合は正転方向であり、ある固定の時間幅ｐｗを出力する。ここで、例えば逆転方向であった場合は、正転方向とは異なる時間幅のパルスを出力することができる。

なお、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１の取得したデータが、ノイズの影響などにより、信号変化検出器２００での判別が困難になることもあり得る。その場合は信号変化検出器２００に、デジタルフィルタまたそれに代わる手段を内蔵することにより、出力信号ｂ１及び出力信号ｂ２の信号波形の変化の判別ができるようになる。

また、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１の特性については、磁気検出装置に求められる出力信号の精度に合わせて、変換時間やｂｉｔ精度が定められる。また、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１が、略同時刻での信号取り込みが必要であるのは、一方がボトムを検出した時刻において、その経過にて他方が単一の増減であることを判別する必要があるためである。従って、磁気検出装置に要求される出力信号の精度にもよるが、ＡＤＣは２台以上の複数台で行うことが望まれる。

以上のように、磁気検出素子８５、８６、８７の製造上のバラツキ、温度特性によって生じる第１のブリッジ回路８８及び第２のブリッジ回路８９の出力に大きなオフセットがある場合でも、第１のブリッジ回路８８及び第２のブリッジ回路８９の出力信号波形の形状から移動方向を判別することができるため、オフセット調整をする期間を要することなく、磁性移動体８０の移動に合わせてリセット解除直後より出力することが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る磁気検出装置について説明する。図４は実施の形態２に係る磁気検出装置の回路構成図である。
図４において、図９で説明した磁気検出装置の回路構成と異なる点は、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１、並びに制御回路１０２で構成される信号変化検出器２００であり、信号変化検出器２００に接続され、制御回路１０２の制御信号が入力される第１の移動方向判定手段の第１の移動方向判定器４００と、第１の比較信号ｃｍｐ１と第２の比較信号ｃｍｐ２とが入力される第２の移動方向判定手段の第２の移動方向判定器４０１とを備えた点である。なお、その他については図９の磁気検出装置の回路構成と同じである。

図５は、実施の形態２に係る磁気検出装置の動作を説明する図である。磁性移動体８０が磁性移動体８０の回転軸８１のまわりを回転している場合、第１の差動増幅器９２の第１の差動増幅信号ｏｐ１、及び第２の差動増幅器９３の第２の差動増幅信号ｏｐ２の信号波形は、図５に見られるように、一方が他方に対し９０度と看做してよい位相差、換言すれば、略９０度の位相差を有している。この波形原理については、図１１、図１２、及び図１３で説明した原理と同じであり、ここでは説明を省略する。

リセット回路１０４のリセット解除信号により、第１のＡＤＣ１００と第２のＡＤＣ１０１は、略同時刻に第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２をそれぞれデジタル信号に変換し始める。連続したデジタル変換の結果、信号変化検出器２００は差動増幅信号ｏｐ１の波形がボトムと認識し、その経過において同時に第２の差動増幅信号ｏｐ２の波形が単一の増加であると認識することができ、移動方向判定器４００にて移動方向が確定する時間ｔ１にて、出力回路９９から移動方向（正転）に合わせた時間幅ｐｗのパルス幅の出力信号を出力する。この場合は正転方向であり、ある固定の時間幅ｐｗを出力する。ここで、例えば逆転方向であった場合は、正転方向とは異なる時間幅のパルスを出力することができる。

同様に時刻ｔ２においても前述したように、出力回路９９を経て固定の時間幅ｐｗのパルス幅を有する出力信号ｏｕｔが出力される。

図５には第１の期間ｐ１及び第２の期間ｐ２が図示されている。第１の期間ｐ１においては前述した方法にて第１の移動方向判定器４００にて判定を行なってきた。第１の期間ｐ１においては、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２を、第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１にてそれぞれデジタル変換してきたため、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２の振幅のピーク及びボトムの値を制御回路１０２で一時的に保持することが可能である。このピーク及びボトムの値を用いて、制御回路１０２は、第１のＤＡＣ９４及び第２のＤＡＣ９５により、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２に適正なオフセットを与えることが可能である。

ここで、実施の形態２に係る磁気検出装置は、第１の期間ｐ１の終了間際、又は終了後の予め定められたタイミングにて、第１のＤＡＣ９４及び第２のＤＡＣ９５に予め定められたオフセットを与える。第２の期間ｐ２においては、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２は適正なオフセットが与えられており、第１の比較回路９６及び第２の比較回路９７は第１の比較信号ｃｍｐ１及び第２の比較信号ｃｍｐ２を出力している状態となる。この状態においては、第１の比較信号ｃｍｐ１及び第２の比較信号ｃｍｐ２により第２の移動方向判定器４０１が磁性移動体８０の移動方向を検出し、出力回路９９を経て出力することが可能となる。移動方向判定器４０１の判定は、第１の比較信号ｃｍｐ１の電位がＨｉｇｈのとき、第2の比較信号ｃｍｐ２が立下りであれば、正転方向、第１の比較信号ｃｍｐ１の電位がＨｉｇｈのときに、第２の比較信号ｃｍｐ２が立上りであれば、逆転方向とする。出力回路９９は第１の期間ｐ１においては移動方向判定器４００を入力信号とし、第２の期間ｐ２においては移動方向判定器４０１を入力信号とする。第１の期間ｐ１はリセット解除後の所望の数の歯が経過するまでとし、第２の期間ｐ２が始まるまでには第１のＤＡＣ９４及び第２のＤＡＣ９５に所望のオフセットを与えているものとする。ここでは時刻ｔ３は第２の比較信号ｃｍｐ２の立下り時刻とほぼ同時刻を指しており、移動方向判定器４０１の信号に同期して出力回路９９は、前述したように固定の時間幅ｐｗを出力する。同様に、時刻ｔ４においても出力回路９９は固定の時間幅ｐｗを出力する。

ここでは、第１の差動増幅器９２及び第２の差動増幅器９３の基準電位に予め定められたオフセットを与えたが、第１の比較回路９６及び第２の比較回路９７の比較電位ｖｒｅｆ１に、電源ではなく、第１の比較回路９６に第１のＤＡＣ９４、第２の比較回路９７に第２のＤＡＣ９５を接続し、予め定められたオフセットを与えることもできる。つまり、第１の比較信号ｃｍｐ１及び第２の比較信号ｃｍｐ２が出力固定とならないような回路動作が必要となることである。

前述したように第１の期間ｐ１と第２の期間ｐ２を分けるのは、磁気検出装置に求められる精度による。実施の形態２の磁気検出装置は、磁性移動体８０の磁性突起８２に対して磁性突起８２の中心にて出力するが、そこからのずれが精度となる。図５には、このずれがΔｔと示されている。磁気検出装置に求められる磁性移動体８０の磁性突起８２の周波数が０Ｈｚ〜１０ｋＨｚであった場合を例にして説明する。図６に模式的に第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２の信号と磁性突起８２の形状を示す。図６は周波数が１０ｋＨｚの場合である。第１のＡＤＣ１００及び第２のＡＤＣ１０１の変換時間が１２．５μｓｅｃとする。つまり、１２．５μｓｅｃ毎にデジタル値に変換していく。

前述したように時刻ｔ１において第１の差動増幅信号ｏｐ１がボトムであると認識し、かつその経過において第２の差動増幅信号ｏｐ２が単一の増加であると認識できるため、時刻ｔ１のタイミングにて磁性移動体８０の移動方向を判別し、出力することが可能となる。このとき磁性移動体８０の磁性突起８２の中心よりΔｔの時間差が生じる。この例では１２．５μｓｅｃ以上の時間差が生じる。例えば磁気検出装置に求められる精度が前述の１０分の１であった場合には、アナログデジタル変換器の変換時間は１．２５μｓｅｃでなければならない。これは一般的には高速に分類されるアナログデジタル変換器であって、回路規模も大きくなってしまう問題がある。回路規模を最小限とするために以下に述べるように対応する。求められる精度は第２の期間ｐ２にて実施することとし、リセット解除直後の第１の期間ｐ１においては、精度は落ちるが移動方向を判別し、かつ、許容される精度を維持して出力が可能としている。ここで、第２の期間ｐ２の精度は差動増幅器及び比較器が決めることになるが、アナログ回路であるため回路規模を大きくすることなく、比較的容易に精度を達成できる。

求められる磁性移動体８０の磁性突起８２の最大周波数Ｆｍａｘと、第１のＡＤＣ１００あるいは第２のＡＤＣ１０１の変換時間ＣＴとの関係について図７を用いて説明する。
第１の差動増幅信号ｏｐ１のボトムを検出したときに、その経過において第２の差動増幅信号ｏｐ２の単一の増加もしくは減少を認識する必要があるが、第１の差動増幅信号ｏｐ１及び第２の差動増幅信号ｏｐ２は略９０度の位相差を持つため、図７に示す通り、第１の差動増幅信号ｏｐ１の振幅中心から下の波形において、第１のＡＤＣ１００あるいは第２のＡＤＣ１０１の測定点が少なくとも３つ以上必要となる。そのためには、時間的な前後のずれを考慮して少なくとも、４つ以上測定できる変換時間である必要がある。従って、磁性突起８２の最大周波数Ｆｍａｘとアナログデジタル変換器の変換時間ＣＴの関係は次式となる。
ＣＴ≦１／Ｆｍａｘ×１／２×１／４
ノイズへの対応としてデジタルフィルタやその他対策を講じる場合もあるため、前式の右辺はあくまで最大であって、変換時間ＣＴはそれ以下に抑える必要がある。

以上のように、第１のＡＤＣ１００あるいは第２のＡＤＣ１０１は、同時刻と看做してよい時刻、換言すれば略同時刻に入力信号を変換すると共に、同時間と看做してよい時間、換言すれば略同時間の変換時間であって、入力信号の最大周波数をＦｍａｘ、変換時間ＣＴの間に、ＣＴ≦１／Ｆｍａｘ×１／２×１／４の関係が成り立つことが必要となる。

前記実施の形態２に係る磁気検出装置においても、磁気検出素子８５、８６、８７の製造上のバラツキ、温度特性によって生じる第１のブリッジ回路８８及び第２のブリッジ回路８９の出力に大きなオフセットがある場合、第１のブリッジ回路８８及び第２のブリッジ回路８９の出力信号波形の形状から移動方向を判別することができるため、オフセット調整をする期間を要することなく、磁性移動体８０の移動に合わせてリセット解除直後より出力することが可能となる。

以上、この発明に係る実施の形態１、及び実施の形態２について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

８０ 磁性移動体、８１ 回転軸、８２ 磁性突起、８３ 磁石、８４ 基板、８５、８６、８７ 磁気検出素子、８８ 第１のブリッジ回路、８９ 第２のブリッジ回路、９０ 第１のバッファ、９１ 第２のバッファ、９２ 第１の差動増幅器、９３ 第２の差動増幅器、９４ 第１のＤＡＣ、９５ 第２のＤＡＣ、９６ 第１の比較回路、９７ 第２の比較回路、９８ 移動方向判定器、９９ 出力回路、１００ 第１のＡＤＣ、１０１ 第２のＡＤＣ、１０２ 制御回路、１０３ 発振器、１０４ リセット回路、２００ 信号変化検出器、４００ 第１の移動方向判定器、４０１ 第２の移動方向判定器、ｏｐ１ 第１の差動増幅信号、ｏｐ２ 第２の差動増幅信号、ｃｍｐ１ 第１の比較信号、ｃｍｐ２ 第２の比較信号、ｖｒｅｆ１ 比較電位、ｂ１、ｂ２、ｏｕｔ 出力信号、Ｔｒ 出力トランジスタ、ｐｗ 時間幅、ｐ１ 第１の期間、ｐ２ 第２の期間。

Claims (8)

1. 被検出対象である磁性移動体の移動を検出する磁気検出装置であって、
   前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第１の磁電変換素子群と、
   前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第２の磁電変換素子群と、を有し、
   前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群とを、一方の出力信号が他方の出力信号に対し９０度と看做してよい位相差を有するように配置した磁気検出装置において、
   前記第１の磁電変換素子群の出力信号又は前記第２の磁電変換素子群の出力信号から、前記出力信号のピークおよびボトム、並びに前記出力信号の増減の傾きを検出する信号変化検出手段と、
   前記信号変化検出手段により、前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群の何れか一方の出力信号のピーク又はボトムを検知したタイミングにおける他方の出力信号の増減の傾きから前記磁性移動体の移動方向を判定する移動方向判定手段と、を備え、
   前記移動方向判定手段の出力信号から前記磁性移動体の移動方向を検出することを特徴とする磁気検出装置。
2. 被検出対象である磁性移動体の移動を検出する磁気検出装置であって、
   前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第１の磁電変換素子群と、
   前記磁性移動体に対向すると共に、前記磁性移動体の移動方向に並べて配置され、前記磁性移動体の移動にともなって検出信号を出力する磁電変換素子を有する第２の磁電変換素子群と、を有し、
   前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群とを、一方の出力信号が他方の出力信号に対し９０度と看做してよい位相差を有するように配置した磁気検出装置において、
   前記第１の磁電変換素子群に接続された第１の増幅手段と、
   前記第２の磁電変換素子群に接続された第２の増幅手段と、
   前記第１の磁電変換素子群の出力信号又は前記第２の磁電変換素子群の出力信号から、前記出力信号のピークおよびボトム、並びに前記出力信号の増減の傾きを検出すると共に、前記第１の増幅手段及び前記第２の増幅手段の出力信号を検出する信号変化検出手段と、
   前記信号変化検出手段により、前記第１の磁電変換素子群と前記第２の磁電変換素子群の何れか一方の出力信号のピーク又はボトムを検知したタイミングにおける他方の出力信号の増減の傾きから前記磁性移動体の移動方向を判定する第１の移動方向判定手段と、
   前記第１の増幅手段の出力信号と比較電位とを比較し第１の比較信号を出力する第１の比較手段と、
   前記第２の増幅手段の出力信号と前記比較電位とを比較し第２の比較信号を出力する第２の比較手段と、
   前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との位相差から前記磁性移動体の移動方向を判定する第２の移動方向判定手段と、を備え、
   前記第１の移動方向判定手段の出力信号、もしくは前記第２の移動方向判定手段の出力信号に基づいて、前記磁性移動体の移動方向を検出することを特徴とする磁気検出装置。
3. 起動時に、第１の期間及び第２の期間を設け、
   前記第１の期間においては、前記第１の移動方向判定手段の出力信号に基づいて前記磁性移動体の移動方向を検出し、
   前記第２の期間においては、前記第２の移動方向判定手段の出力信号に基づいて前記磁性移動体の移動方向を検出することを特徴とする請求項２に記載の磁気検出装置。
4. 前記第１の増幅手段及び前記第２の増幅手段の基準電位の調整を前記第１の期間の開始と共に行うことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出装置。
5. 前記基準電位の調整は、前記第２の期間も継続していることを特徴とする請求項４に記載の磁気検出装置。
6. 前記第１の比較手段及び前記第２の比較手段の基準電位の調整を前記第１の期間の開始と共に行うことを特徴とする請求項３に記載の磁気検出装置。
7. 前記基準電位の調整は、前記第２の期間も継続していることを特徴とする請求項６に記載の磁気検出装置。
8. 前記信号変化検出手段は、
   入力信号に応じて複数のアナログデジタル変換手段と、前記複数のアナログデジタル変換手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記複数のアナログデジタル変換手段は、同時刻と看做してよい時刻に前記入力信号を変換すると共に、同時間と看做してよい時間の変換時間であって、
   前記入力信号の最大周波数をＦｍａｘとし、前記変換時間をＣＴとした時、
   ＣＴ≦１／Ｆｍａｘ×１／２×１／４
   の関係が成り立つことを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の磁気検出装置。

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