JP6687046B2 - 磁気センサシステムおよび磁気スケール - Google Patents

Description

本発明は、磁気スケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステム、ならびにこの磁気センサシステムに用いられる磁気スケールに関する。

磁気スケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステムは、例えば、直線的な方向または回転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。可動物体の位置を検出するために用いられる磁気センサシステムは、可動物体の位置の変化に対応して、所定の範囲内で、磁気センサに対する磁気スケールの相対位置が変化するように構成されている。

磁気スケールは、例えば、直線的な方向または回転方向に沿って配列された複数の磁石を含んでいる。複数の磁石の磁化の方向は、交互に切り替わるように設定されている。磁気センサに対する磁気スケールの相対位置が変化すると、磁気スケールによって発生されて磁気センサに印加される磁界の方向が回転する。磁気センサは、例えば、印加される磁界の方向が基準方向に対してなす角度（以下、印加磁界角度と言う。）と対応関係を有する検出値を生成する。

特許文献１には、磁気感知素子と、磁極面が磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材とを備えた位置検出装置が記載されている。磁気感知素子は、上記磁気センサに対応する。複数の磁気部材は、上記複数の磁石に対応する。この位置検出装置では、隣り合う磁気部材は、磁気感知素子と対向する側の磁極面が相互に逆極であり、且つ相互に離間して配置されている。

特許第５０１３１４６号公報

磁気センサシステムでは、高い検出精度を実現するためには、磁気スケールの相対位置の変化に対する印加磁界角度の変化が直線的であることが望ましい。

しかし、実際には、磁気スケールの相対位置の変化に対する印加磁界角度の変化が直線的にならずに、その結果、磁気センサの検出値に誤差が生じる場合があった。

磁気スケールの相対位置の変化に対する印加磁界角度の変化を表す特性曲線の形状は、磁気スケールにおける複数の磁石の配置のピッチや、磁気スケールと磁気センサとの間隔の大きさによって変化する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気スケールと磁気センサとを備えた磁気センサシステムであって高い検出精度を実現できるようにした磁気センサシステム、ならびにこの磁気センサシステムに用いられる磁気スケールを提供することにある。

本発明の磁気センサシステムは、本発明の磁気スケールと、磁気センサとを備えている。磁気スケールは、強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する。磁気センサは、外部磁界の一部である印加磁界を検出して、印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成する。

磁気スケールは、主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石とを含んでいる。複数の主磁石は、直線的な方向または回転方向である第１の方向に沿って間隔を開けて配置されている。外部磁界は、主磁界と副磁界とが合成されたものである。

磁気スケールは、第１の方向に沿った所定の範囲内において、磁気センサに対する相対位置が変化可能である。上記相対位置の変化に対する印加磁界情報の理想的な変化を理想特性としたとき、副磁界は、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、上記相対位置の変化に対する印加磁界情報の変化を表す特性が、理想特性に近づくように、主磁界を補正するものである。

本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールにおいて、複数の副磁石は、第１の方向に沿って、複数の主磁石とは異なる位置に配置されていてもよい。この場合、複数の副磁石は、複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されていてもよい。

また、本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールにおいて、磁気センサは、磁気スケールに対して、第２の方向について離れた位置にあってもよい。この場合、複数の主磁石および複数の副磁石の各々は、第２の方向に平行な方向の磁化を有していてもよい。

また、本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールにおいて、外部磁界が主磁界のみからなる場合には、ｎを２以上の整数としたときに、上記相対位置の変化に対する印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含んでいてもよい。また、複数の副磁石は、１組以上の副磁石の組を構成していてもよい。また、各組の副磁石は、１つの高調波成分が低減されるように主磁界を補正するためのものであってもよい。

また、複数の主磁石は、第１の方向に沿って一定の間隔Ｄで配置されていてもよい。この場合、ｍを１以上の整数としたときに、各組の副磁石の各々は、複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間の位置であって、２つの主磁石のうちの近い方の主磁石とは、第１の方向にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されていてもよい。

また、複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の磁化の方向は互いに反対であってもよい。また、各組の副磁石のうち、ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じであってもよい。

また、各組の副磁石のうち、ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対であってもよい。

また、本発明の磁気センサシステムにおいて、検出値の範囲は、上記相対位置を一意に特定可能な範囲であってもよい。

また、本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールにおいて、印加磁界情報は、基準方向に対して印加磁界の方向がなす角度であってもよい。あるいは、印加磁界情報は、印加磁界の一方向の成分の強度であってもよい。

本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールによれば、複数の副磁石が発生する副磁界によって、複数の主磁石が発生する主磁界を補正するようにしたことにより、磁気センサシステムにおいて高い検出精度を実現することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサシステムの概略の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における基準方向を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主磁石と副磁石の配置と磁化の方向を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磁気センサの第１の例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磁気センサの第１の例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センサの第２の例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磁気センサの第２の例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主磁界に対応する主磁束密度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１の副磁界成分に対応する第１の副磁束密度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の副磁界成分に対応する第２の副磁束密度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印加磁界に対応する印加磁束密度を示す特性図である。 第１の比較例の磁気スケールを示す斜視図である。 第１の比較例の印加磁界に対応する第１の比較例の印加磁束密度を示す特性図である。 第１の比較例の検出値特性曲線を示す特性図である。 第１の比較例の角度誤差を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態の第１の実施例における検出値特性曲線を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態の第１の実施例における角度誤差を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気スケールを示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る磁気スケールを示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る磁気センサシステムを示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態における主磁石と副磁石の配置と磁化の方向を説明するための説明図である。 本発明の第５の実施の形態における磁気センサの第１の例の構成を示す回路図である。 本発明の第５の実施の形態における磁気センサの第２の例と磁気スケールを示す斜視図である。 第２の比較例の印加磁界に対応する第２の比較例の印加磁束密度を示す特性図である。 本発明の第５の実施の形態における印加磁界に対応する印加磁束密度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の構成について説明する。図１に示したように、本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、磁気スケール２と、磁気センサ３とを備えている。磁気スケール２は、強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する。磁気センサ３は、外部磁界の一部である印加磁界を検出して、印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値θｓを生成する。本実施の形態では、印加磁界情報は、基準方向に対して印加磁界の方向がなす角度である。以下、基準方向に対して印加磁界の方向がなす角度を印加磁界角度と言い、記号θＭで表す。検出値θｓは、印加磁界角度θＭと対応関係を有する。基準方向については、後で説明する。

磁気スケール２は、主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石と、複数の主磁石および複数の副磁石を支持する基板６１と、複数の主磁石および複数の副磁石を保護する保護部６２とを含んでいる。なお、保護部６２は、後で説明する図３に示されている。保護部６２は、例えば樹脂によって形成されて、複数の主磁石および複数の副磁石を覆っている。外部磁界は、主磁界と副磁界とが合成されたものである。複数の主磁石および複数の副磁石は、例えば直方体形状を有している。

本実施の形態では、磁気スケール２は、リニアスケールである。基板６１は、一方向に長い板状である。また、基板６１は、上面６１ａと下面６１ｂを有している。複数の主磁石と複数の副磁石は、基板６１の上面６１ａの上に配置されている。磁気センサ３は、基板６１の上面６１ａに対向するように配置されている。

ここで、図１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、基板６１の上面６１ａに垂直で下面６１ｂから上面６１ａに向かう方向をＺ方向とする。また、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。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。

本実施の形態において、Ｘ方向に平行な方向を、第１の方向と言い、符号Ｘ１で表す。第１の方向Ｘ１は、直線的な方向である。第１の方向Ｘ１は、Ｘ方向と−Ｘ方向とを含む。複数の主磁石は、第１の方向Ｘ１に沿って間隔を開けて配置されている。複数の副磁石は、第１の方向Ｘ１に沿って、複数の主磁石とは異なる位置に配置されている。

ここで、複数の主磁石および複数の副磁石の各々の第１の方向Ｘ１における位置を、以下のように定義する。まず、基板６１の上面６１ａに位置して第１の方向Ｘ１に延びる直線であって、複数の主磁石および複数の副磁石と接する直線を、位置基準線とする。そして、位置基準線のうち、複数の主磁石および複数の副磁石の各々と重なる線分の中点の位置を、複数の主磁石および複数の副磁石の各々の第１の方向Ｘ１における位置とする。

また、本実施の形態では、Ｚ方向は、本発明における第２の方向に対応する。磁気センサ３は、磁気スケール２に対して、Ｚ方向（第２の方向）について離れた位置にある。複数の主磁石および複数の副磁石の各々は、Ｚ方向（第２の方向）に平行な方向の磁化を有している。複数の主磁石と複数の副磁石の配置と磁化の方向については、後で詳しく説明する。

磁気スケール２は、第１の方向Ｘ１に沿った所定の範囲内において、磁気センサ３に対する相対位置が変化可能である。以下、磁気センサ３に対する磁気スケール２の相対位置を、相対位置Ｐ２と言う。本実施の形態では、磁気スケール２と磁気センサ３の一方は、図示しない可動物体に連動して、Ｘ方向または−Ｘ方向に直線的に移動する。これにより、相対位置Ｐ２がＸ方向または−Ｘ方向に変化する。印加磁界角度θＭは、相対位置Ｐ２の変化に伴って変化する。

本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、相対位置Ｐ２を検出するための位置検出装置として用いることができる。検出値θｓは、相対位置Ｐ２と対応関係を有する。磁気センサシステム１を位置検出装置として用いる場合には、検出値θｓの範囲を、相対位置Ｐ２を一意に特定可能な範囲としてもよい。このような検出値θｓの範囲は、複数の相対位置Ｐ２において検出値θｓが同じ値になることがない範囲である。これは、例えば、０°〜３６０°よりも狭い範囲である。検出値θｓの範囲を０°〜３６０°よりも狭い範囲にするには、相対位置Ｐ２が変化可能な所定の範囲（以下、可動範囲と言う。）を、検出値θｓの０°〜３６０°に対応する範囲とするが、実際に磁気センサ３が生成する検出値θｓの範囲を０°〜３６０°よりも狭い範囲に制限して、その制限された検出値θｓの範囲に対応する相対位置Ｐ２の範囲のみを、検出可能な相対位置Ｐ２の範囲としてもよい。あるいは、可動範囲を、検出値θｓが０°〜３６０°となる範囲よりも狭い範囲としてもよい。これらのことにより、検出値θｓによって、相対位置Ｐ２を一意に特定することができる。

次に、図２を参照して、本実施の形態における基準方向について説明する。ここで、磁気センサ３が印加磁界を検出する基準の位置を、基準位置ＰＲと言う。基準位置ＰＲは、磁気センサ３内の位置とする。また、基準位置ＰＲを含むＸＺ平面を、基準平面Ｐと言う。図２に示したように、この基準平面Ｐ内において、印加磁界の方向ＤＭは、基準位置ＰＲを中心として回転する。以下の説明において、印加磁界の方向ＤＭとは、基準平面Ｐ内に位置する方向を指す。

基準方向ＤＲは、基準平面Ｐ内に位置する。本実施の形態では特に、Ｚ方向を基準方向ＤＲとする。基準方向ＤＲに対して印加磁界の方向ＤＭがなす角度、すなわち印加磁界角度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。

次に、図３を参照して、複数の主磁石と複数の副磁石の配置と磁化の方向について説明する。始めに、複数の主磁石と複数の副磁石の配置について説明する。本実施の形態では、磁気スケール２は、複数の主磁石として、３つの主磁石１１，１２，１３を含んでいる。主磁石１１，１２，１３は、第１の方向Ｘ１に沿って、この順に一定の間隔Ｄで配置されている。

複数の副磁石は、１組以上の副磁石の組を構成する。本実施の形態では、磁気スケール２は、複数の副磁石として、第１の組を構成する４つの副磁石２１，２２，２３，２４と、第２の組を構成する８つの副磁石３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８とを含んでいる。

副磁石２１〜２４，３１〜３８は、主磁石１１，１２，１３のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されている。本実施の形態では、主磁石１１と主磁石１２の間には、副磁石３１，２１，３２，３３，２２，３４が、Ｘ方向にこの順に配置されている。主磁石１２と主磁石１３の間には、副磁石３５，２３，３６，３７，２４，３８が、Ｘ方向にこの順に配置されている。

副磁石２１〜２４，３１〜３８の各々は、主磁石１１，１２，１３のうちの隣り合う２つの主磁石の間の位置であって、この２つの主磁石のうちの近い方の主磁石とは、第１の方向Ｘ１にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されている。以下、この要件を第１の要件と言う。ｎは、２以上の整数であって、副磁石の組によって異なる。第１の組ではｎは２であり、第２の組ではｎは３である。ｍは、１以上の整数であって、副磁石の位置によって異なる。

第１の組の副磁石２１〜２４と主磁石１１，１２，１３との位置関係は、具体的には以下の通りである。副磁石２１にとって、上記の近い方の主磁石とは、主磁石１１である。副磁石２２，２３にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石２４にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１３である。副磁石２１〜２４はいずれも、上記の第１の要件において、ｎが２、ｍが１となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向にＤ／３だけ異なる位置に配置されている。また、第１の方向Ｘ１における、副磁石２１，２２の間隔と副磁石２３，２４の間隔は、それぞれＤ／３である。

第２の組の副磁石３１〜３８と主磁石１１，１２，１３との位置関係は、具体的には以下の通りである。副磁石３１にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１１である。副磁石３４，３５にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石３８にとって、上記の近い方の主磁石とは、主磁石１３である。副磁石３１，３４，３５，３８はいずれも、上記の第１の要件において、ｎが３、ｍが１となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向にＤ／５だけ異なる位置に配置されている。

また、副磁石３２にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１１である。副磁石３３，３６にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石３７にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１３である。副磁石３２，３３，３６，３７はいずれも、上記の第１の要件において、ｎが３、ｍが２となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向に２Ｄ／５だけ異なる位置に配置されている。

また、第１の方向Ｘ１における、副磁石３１，３２の間隔、副磁石３２，３３の間隔、副磁石３３，３４の間隔、副磁石３５，３６の間隔、副磁石３６，３７の間隔および副磁石３７，３８の間隔は、それぞれＤ／５である。

次に、複数の主磁石と複数の副磁石の磁化の方向について説明する。複数の主磁石すなわち主磁石１１，１２，１３のうちの隣り合う２つの主磁石の磁化の方向は、互いに反対である。図３において主磁石１１，１２，１３に描いた矢印は、主磁石１１，１２，１３の磁化の方向を表している。図３では、主磁石１１，１３の磁化の方向はＺ方向であり、主磁石１２の磁化の方向は−Ｚ方向である。

また、図３において副磁石２１〜２４，３１〜３８に描いた矢印は、副磁石２１〜２４，３１〜３８の磁化の方向を表している。各組の副磁石のうち、ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じである。以下、この要件を第２の要件と言う。この第２の要件が当てはまるのは、第１の組の全ての副磁石２１〜２４と、第２の組の一部の副磁石３１，３４，３５，３８である。図３に示したように、副磁石２１，３１の磁化の方向は、主磁石１１の磁化の方向と同じ方向（Ｚ方向）である。副磁石２２，２３，３４，３５の磁化の方向は、主磁石１２の磁化の方向と同じ方向（−Ｚ方向）である。副磁石２４，３８の磁化の方向は、主磁石１３の磁化の方向と同じ方向（Ｚ方向）である。

また、各組の副磁石のうち、ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対である。以下、この要件を第３の要件と言う。この第３の要件が当てはまるのは、第２の組の他の一部の副磁石３２，３３，３６，３７である。図３に示したように、副磁石３２の磁化の方向は、副磁石３１，３３の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。副磁石３３の磁化の方向は、副磁石３２，３４の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石３６の磁化の方向は、副磁石３５，３７の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石３７の磁化の方向は、副磁石３６，３８の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。

以下、磁気センサ３の第１および第２の例について説明する。始めに、図４および図５を参照して、磁気センサ３の第１の例について説明する。図４は、磁気センサ３の第１の例を示す斜視図である。図５は、磁気センサ３の第１の例の構成を示す回路図である。

図４および図５に示したように、第１の例では、磁気センサ３は、第１の検出部７１と、第２の検出部７２と、第３の検出部７３と、第４の検出部７４とを含んでいる。第１ないし第４の検出部７１〜７４の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。第１ないし第４の検出部７１〜７４の各々は、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。第１ないし第４の検出部７１〜７４は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。なお、図４では、理解を容易にするために、第１ないし第４の検出部７１〜７４を実際よりも大きく描いている。また、第１ないし第４の検出部７１〜７４の配置は、図４に示した例に限られない。例えば、第１ないし第４の検出部７１〜７４は、Ｙ方向に積層されていてもよい。

図５に示したように、第１の例では、磁気センサ３は、更に、２つの電源ポートＶ１１，Ｖ１２と、２つのグランドポートＧ１１，Ｇ１２と、２つの出力ポートＥ１１，Ｅ１２とを含んでいる。第１の検出部７１は、電源ポートＶ１１と出力ポートＥ１１との間に設けられている。第２の検出部７２は、電源ポートＶ１２と出力ポートＥ１２との間に設けられている。第３の検出部７３は、出力ポートＥ１１とグランドポートＧ１１との間に設けられている。第４の検出部７４は、出力ポートＥ１２とグランドポートＧ１２との間に設けられている。電源ポートＶ１１，Ｖ１２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Ｇ１１，Ｇ１２は、グランドに接続される。

磁気抵抗効果素子は、例えばスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子である。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加磁界の方向ＤＭに応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子では、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において第１ないし第４の検出部７１〜７４に描いた矢印は、それぞれ、それらに含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向を表している。また、図５において、塗りつぶした矢印は磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の方向を表している。

第１の検出部７１に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｚ方向であり、第３の検出部７３に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｚ方向である。この場合、印加磁界角度θＭの余弦に応じて、出力ポートＥ１１の電位が変化する。

第２の検出部７２に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｘ方向であり、第４の検出部７４に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｘ方向である。この場合、印加磁界角度θＭの正弦に応じて、出力ポートＥ１２の電位が変化する。

磁気センサ３は、更に、角度演算部７５を含んでいる。角度演算部７５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。角度演算部７５は、出力ポートＥ１１の電位と出力ポートＥ１２の電位に基づいて、印加磁界角度θＭと対応関係を有する検出値θｓを生成する。具体的には、例えば、角度演算部は、下記の式（１）によって、θｓを算出する。なお“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。

θｓ＝ａｔａｎ（Ｓｂ／Ｓａ） …（１）

式（１）において、Ｓａは、出力ポートＥ１１の電位の最大値と最小値がそれぞれ１と−１になるように規格化した信号である。Ｓｂは、出力ポートＥ１２の電位の最大値と最小値がそれぞれ１と−１になるように規格化した信号である。Ｓａ，Ｓｂは、角度演算部７５によって生成される。

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、Ｓａ，Ｓｂ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。角度演算部は、式（１）と、上記のＳａ，Ｓｂ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、図６および図７を参照して、磁気センサ３の第２の例について説明する。図６は、磁気スケール２と磁気センサ３の第２の例を示す斜視図である。図７は、磁気センサ３の第２の例の構成を示す回路図である。

図６および図７に示したように、第２の例では、磁気センサ３は、第１のホール素子Ｈ１と第３のホール素子Ｈ３とを含む第１の検出部８１と、第２のホール素子Ｈ２と第４のホール素子Ｈ４とを含む第２の検出部８２と、非磁性材料よりなり上面８３ａを有する基板８３と、磁性材料よりなるヨーク８４とを含んでいる。上面８３ａは、ＸＺ平面に平行である。なお、図６では、理解を容易にするために、基板８３、ヨーク８４およびホール素子Ｈ１〜Ｈ４を、実際よりも大きく描いている。

第１ないし第４のホール素子Ｈ１〜Ｈ４は、上面８３ａの近傍において、感磁面が上面８３ａに平行になるような姿勢で基板８３に埋め込まれている。第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３は、Ｚ方向に並ぶように配置されている。第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４は、Ｘ方向に並ぶように配置されている。

ヨーク８４は、円板状である。ヨーク８４は、第１ないし第４のホール素子Ｈ１〜Ｈ４のそれぞれの一部にまたがるように、基板８３の上面８３ａの上に配置されている。

図７に示したように、第１の検出部８１は、更に、電源ポートＶ２１と、グランドポートＧ２１と、２つの出力ポートＥ２１，Ｅ２２と、差分検出器８５とを含んでいる。第２の検出部８２は、更に、電源ポートＶ２２と、グランドポートＧ２２と、２つの出力ポートＥ２３，Ｅ２４と、差分検出器８６とを含んでいる。第１ないし第４のホール素子Ｈ１〜Ｈ４の各々は、電源端子Ｈａと、グランド端子Ｈｃと、２つの出力端子Ｈｂ，Ｈｄとを有している。

第１の検出部８１では、第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３の電源端子Ｈａは、電源ポートＶ２１に接続されている。第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３のグランド端子Ｈｃと、第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３の出力端子Ｈｄは、グランドポートＧ２１に接続されている。第１のホール素子Ｈ１の出力端子Ｈｂは、出力ポートＥ２１に接続されている。第３のホール素子Ｈ３の出力端子Ｈｂは、出力ポートＥ２２に接続されている。電源ポートＶ２１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Ｇ２１は、グランドに接続される。

第２の検出部８２では、第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４の電源端子Ｈａは、電源ポートＶ２２に接続されている。第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４のグランド端子Ｈｃと、第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４の出力端子Ｈｄは、グランドポートＧ２２に接続されている。第２のホール素子Ｈ２の出力端子Ｈｂは、出力ポートＥ２３に接続されている。第４のホール素子Ｈ４の出力端子Ｈｂは、出力ポートＥ２４に接続されている。電源ポートＶ２２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Ｇ２２は、グランドに接続される。

ヨーク８４は、印加磁界を受けて、出力磁界を発生する。出力磁界は、Ｙ方向に平行な方向の出力磁界成分であって、印加磁界に応じて変化する出力磁界成分を含んでいる。具体的には、ヨーク８４は、印加磁界のＺ方向の成分を受けた場合には、第１のホール素子Ｈ１の近傍においてＹ方向の出力磁界成分を発生し、第３のホール素子Ｈ３の近傍において−Ｙ方向の出力磁界成分を発生する。ヨーク８４が印加磁界の−Ｚ方向の成分を受けた場合には、出力磁界成分の方向は、ヨーク８４が印加磁界のＺ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３は、第１および第３のホール素子Ｈ１，Ｈ３の近傍において発生したＹ方向または−Ｙ方向の出力磁界成分を検出することによって、印加磁界のＺ方向または−Ｚ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差は、印加磁界のＺ方向または−Ｚ方向の成分に応じて変化する。差分検出器８５は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２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。

また、ヨーク８４は、印加磁界のＸ方向の成分を受けた場合には、第２のホール素子Ｈ２の近傍においてＹ方向の出力磁界成分を発生し、第４のホール素子Ｈ４の近傍において−Ｙ方向の出力磁界成分を発生する。ヨーク８４が印加磁界の−Ｘ方向の成分を受けた場合には、出力磁界成分の方向は、ヨーク８４が印加磁界のＸ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４は、第２および第４のホール素子Ｈ２，Ｈ４の近傍において発生したＹ方向または−Ｙ方向の出力磁界成分を検出することによって、印加磁界のＸ方向または−Ｘ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２３，Ｅ２４の電位差は、印加磁界のＸ方向または−Ｘ方向の成分に応じて変化する。差分検出器８６は、出力ポートＥ２３，Ｅ２４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。

図７に示したように、第２の例では、磁気センサ３は、更に、角度演算部８７を含んでいる。角度演算部８７は、例えば、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。角度演算部８７は、第１および第２の検出信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて、印加磁界角度θＭと対応関係を有する検出値θｓを生成する。具体的には、例えば、角度演算部８７は、下記の式（２）によって、θｓを算出する。

θｓ＝ａｔａｎ（Ｓ２／Ｓ１） …（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、Ｓ１，Ｓ２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。角度演算部８７は、式（２）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θｓを求める。

次に、本実施の形態に係る磁気センサシステム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、主磁石１１〜１３は、主磁界を発生する。外部磁界が主磁界のみからなる場合には、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、この理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含んでいる。なお、ｎは、前述の第１の要件におけるｎと同じものであり、２以上の整数である。

以下、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線を、印加磁界特性曲線と言う。また、印加磁界の第１の方向Ｘ１の成分を第１の成分と言い、印加磁界のＺ方向（第２の方向）に平行な方向の成分を第２の成分と言う。

相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の第１の成分の強度の変化を表す曲線と、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の第２の成分の強度の変化を表す曲線は、いずれも、上記印加磁界特性曲線に対応する。外部磁界が主磁界のみからなる場合には、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の第１の成分の強度の変化を表す曲線と、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界の第２の成分の強度の変化を表す曲線は、いずれも、理想成分と、少なくとも１つの高調波成分とを含んでいる。

図８は、基準位置ＰＲにおける主磁界に対応する磁束密度である主磁束密度を示す特性図である。主磁束密度は、磁束密度Ｂｍｘおよび磁束密度Ｂｍｚの総称である。磁束密度Ｂｍｘは、外部磁界が主磁界のみからなる場合における印加磁界の第１の成分に対応する磁束密度である。磁束密度Ｂｍｚは、外部磁界が主磁界のみからなる場合における印加磁界の第２の成分に対応する磁束密度である。図８は、Ｂｍｘ，Ｂｍｚを示している。

なお、図８は、磁気スケール２の保護部６２と磁気センサ３の間隔を２．５ｍｍとし、複数の主磁石と複数の副磁石の体積の合計を６００ｍｍ³として、シミュレーションによって求めたものである。図８において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｍｚの値を表している。横軸の単位は、主磁石１３と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの値を−１とし、主磁石１１と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの値を１とした任意単位である。縦軸は、Ｘ方向またはＺ方向の磁界に対応する磁束密度を正の値で表し、−Ｘ方向または−Ｚ方向の磁界に対応する磁束密度を負の値で表している。

図８に示したように、相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｍｚの変化を表す曲線は、いずれも、正弦曲線を描く理想成分と、この理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含んでいる。相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｍｚの変化を表す曲線は、いずれも、外部磁界が主磁界のみからなる場合における上記印加磁界特性曲線に対応する。

前述のように、基準方向ＤＲに対して印加磁界の方向ＤＭがなす角度、すなわち印加磁界角度θＭは、相対位置Ｐ２の変化に伴って変化する。相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界角度θＭの理想的な変化は、直線で表される。以下、この直線を理想直線と言う。外部磁界が主磁界のみからなる場合には、前述のように、相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｍｚの変化を表す曲線がいずれも少なくとも１つの高調波成分を含んでいるために、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界角度θＭの変化を表す特性曲線（以下、角度特性曲線と言う。）は、理想直線からずれてしまう。その結果、磁気センサ３が生成する検出値θｓに誤差が生じてしまう。以下、検出値θｓの誤差を、角度誤差と言う。

これに対し、本実施の形態では、磁気スケール２は、主磁石１１，１２，１３の他に、副磁界を発生する副磁石２１〜２４，３１〜３８を含んでいる。相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の理想的な変化を理想特性としたとき、副磁界は、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の変化を表す特性が、理想特性に近づくように、主磁界を補正するものである。

本実施の形態では特に、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の変化は、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界角度θＭの変化である。理想特性は、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界角度θＭの理想的な変化であり、上記理想直線で表される。また、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界角度θＭの変化を表す特性は、角度特性曲線で表される。副磁界は、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差が小さくなるように、主磁界を補正するものである。

また、本実施の形態では特に、各組の副磁石は、印加磁界特性曲線における１つの高調波成分が低減されるように主磁界を補正するためのものである。第１の組の副磁石２１〜２４は、印加磁界特性曲線における３次の高調波に相当する高調波成分（以下、３次高調波成分と言う。）を低減する。第２の組の副磁石３１〜３８は、印加磁界特性曲線における５次の高調波に相当する高調波成分（以下、５次高調波成分と言う。）を低減する。以下、第１の組の副磁石２１〜２４が発生する磁界を第１の副磁界成分と言い、第２の組の副磁石３１〜３８が発生する磁界を第２の副磁界成分という。副磁界は、第１の副磁界成分と第２の副磁界成分が合成されたものである。前述の第１ないし第３の要件は、第１の副磁界成分によって３次高調波成分を低減し、第２の副磁界成分によって５次高調波成分を低減するように、副磁石２１〜２４，３１〜３８の位置と磁化の方向を規定するための要件である。

以下、図８ないし図１１を参照して、第１および第２の副磁界成分によって、３次高調波成分および５次高調波成分が低減されることについて説明する。

図９は、基準位置ＰＲにおける第１の副磁界成分に対応する磁束密度である第１の副磁束密度を示す特性図である。図１０は、基準位置ＰＲにおける第２の副磁界成分に対応する磁束密度である第２の副磁束密度を示す特性図である。図１１は、印加磁界に対応する磁束密度である印加磁束密度を示す特性図である。図９ないし図１１は、シミュレーションによって求めたものである。図９ないし図１１におけるシミュレーションの条件は、図８におけるシミュレーションの条件と同じである。

第１の副磁束密度は、磁束密度Ｂｓｘ１および磁束密度Ｂｓｚ１の総称である。磁束密度Ｂｓｘ１は、外部磁界が第１の副磁界成分のみからなる場合における印加磁界の第１の成分に対応する磁束密度である。磁束密度Ｂｓｚ１は、外部磁界が第１の副磁界成分のみからなる場合における印加磁界の第２の成分に対応する磁束密度である。図９は、Ｂｓ１ｘ，Ｂｓ１ｚを示している。図９において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は磁束密度Ｂｓ１ｘ，Ｂｓ１ｚの値を表している。縦軸の正負の意味は、図８と同じである。

第２の副磁束密度は、磁束密度Ｂｓｘ２および磁束密度Ｂｓｚ２の総称である。磁束密度Ｂｓｘ２は、外部磁界が第２の副磁界成分のみからなる場合における印加磁界の第１の成分に対応する磁束密度である。磁束密度Ｂｓｚ２は、外部磁界が第２の副磁界成分のみからなる場合における印加磁界の第２の成分に対応する磁束密度である。図１０は、Ｂｓ２ｘ，Ｂｓ２ｚを示している。図１０において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は磁束密度Ｂｓ２ｘ，Ｂｓ２ｚの値を表している。縦軸の正負の意味は、図８と同じである。

印加磁束密度は、磁束密度Ｂｘおよび磁束密度Ｂｚの総称である。磁束密度Ｂｓは、印加磁界の第１の成分に対応する磁束密度である。磁束密度Ｂｓｚ２は、印加磁界の第２の成分に対応する磁束密度である。図１１は、Ｂｘ，Ｂｚを示している。図１１において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は磁束密度Ｂｘ，Ｂｚの値を表している。縦軸の正負の意味は、図８と同じである。磁束密度Ｂｘは、磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｓ１ｘ，Ｂｓ２ｘが合成されたものである。磁束密度Ｂｚは、磁束密度Ｂｍｚ，Ｂｓ１ｚ，Ｂｓ２ｚが合成されたものである。

図１１に示したように、相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｘ，Ｂｚの変化を表す曲線は、いずれも、図８に示した相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｍｘ，Ｂｍｚの変化を表す曲線に比べて、正弦曲線に近い曲線になっている。これは、磁束密度ｓ１ｘ，Ｂｓ２ｘの作用によって、磁束密度Ｂｍｘに比べて、磁束密度Ｂｘの３次高調波成分および５次高調波成分が低減され、磁束密度Ｂｓ１ｚ，Ｂｓ２ｚの作用によって、磁束密度Ｂｍｚに比べて、磁束密度Ｂｚの３次高調波成分および５次高調波成分が低減されることを表している。このことから、本実施の形態によれば、第１および第２の副磁界成分によって、３次高調波成分および５次高調波成分が低減されることが分かる。

本実施の形態では、第１および第２の副磁界成分によって、３次高調波成分および５次高調波成分が低減されることにより、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差が小さくなる。

次に、第１の比較例の磁気センサシステムと比較しながら、本実施の形態の実施例（以下、第１の実施例と言う。）における角度特性曲線について具体的に説明する。第１の実施例の磁気センサシステム１は、図８ないし図１１におけるシミュレーションの条件で規定された磁気センサシステム１である。第１の比較例の磁気センサシステムは、第１の実施例における磁気スケール２から全ての副磁石を除いた第１の比較例の磁気スケール２０２を備えている。図１２は、第１の比較例の磁気スケール２０２を示している。第１の比較例の磁気スケール２０２における主磁石１１〜１３の配置および磁化の方向は、第１の実施例における磁気スケール２と同じである。第１の比較例の磁気センサシステムのその他の構成は、第１の実施例の磁気センサシステム１と同じである。

次に、第１の比較例の磁気スケール２０２が発生する外部磁界に基づく印加磁界（以下、第１の比較例の印加磁界と言う。）について説明する。図１３は、第１の比較例の印加磁界に対応する磁束密度である第１の比較例の印加磁束密度を示す特性図である。第１の比較例の印加磁束密度は、磁束密度Ｂｃｘおよび磁束密度Ｂｃｚの総称である。磁束密度Ｂｃｘは、第１の比較例の印加磁界の第１の方向の成分に対応する磁束密度である。磁束密度Ｂｃｚは、第１の比較例の印加磁界の第２の方向に平行な方向の成分に対応する磁束密度である。図１３は、Ｂｃｘ，Ｂｃｚを示している。図１３において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は磁束密度Ｂｃｘ，Ｂｃｚの値を表している。縦軸の正負の意味は、図８と同じである。図１３は、磁気スケール２０２の保護部６２と磁気センサ３の間隔を２．５ｍｍとし、主磁石１１〜１３の体積の合計を６００ｍｍ³として、シミュレーションによって求めたものである。

第１の比較例の印加磁界は、外部磁界が主磁界のみからなる場合の印加磁界に相当する。磁束密度Ｂｃｘは、外部磁界が主磁界のみからなる場合における印加磁界の第１の成分に対応する。磁束密度Ｂｃｚは、外部磁界が主磁界のみからなる場合における印加磁界の第２の成分に対応する。相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｃｘ，Ｂｃｚの変化を表す曲線は、いずれも、正弦曲線を描く理想成分と、この理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含んでいる。相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｃｘ，Ｂｃｚの変化を表す曲線は、いずれも、外部磁界が主磁界のみからなる場合における上記印加磁界特性曲線に対応する。

次に、第１の比較例の角度特性曲線について説明する。ここでは、角度特性曲線の代わりに、相対位置Ｐ２の変化に対する検出値θｓの変化を表す特性曲線（以下、検出値特性曲線と言う。）を用いて説明する。図１４は、第１の比較例の検出値特性曲線を示す特性図である。図１４に示した検出値θｓは、第１の比較例の印加磁界に基づいて、シミュレーションによって求めたものである。図１４におけるシミュレーションの条件は、図１３におけるシミュレーションの条件と同じである。図１４において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は検出値θｓを表している。また、図１４において、符号９１を付した直線は、相対位置Ｐ２の変化に対する検出値θｓの理想的な変化を表す直線を示し、符号９２を付した曲線は検出値特性曲線を示している。以下、相対位置Ｐ２の変化に対する検出値θｓの理想的な変化を表す直線上における検出値θｓの値を、検出値の理想値と言う。図１４では、主磁石１３と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの検出値の理想値を０°とし、主磁石１１と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの検出値の理想値を３６０°としている。

図１４に示したように、検出値特性曲線（符号９２）は、符号９１を付した直線からずれている。なお、検出値は、実質的に角度特性曲線と同じであり、符号９１を付した直線は、実質的に理想直線と同じである。従って、第１の比較例では、角度特性曲線は、理想直線からずれていると言える。

次に、第１の比較例の角度誤差について説明する。図１５は、第１の比較例の角度誤差を示す特性図である。図１５に示した角度誤差は、図１４に示した検出値θｓと検出値の理想値に基づいて算出したものである。図１５では、任意の相対位置Ｐ２における検出値θｓから、その相対位置Ｐ２における検出値の理想値を引いて得られた値を３６０°で割って得られる値を百分率で表したものを、角度誤差とした。図１５において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は角度誤差を表している。

図１４および図１５には、第１の比較例の磁気センサシステムにおける可動範囲ＳＴ示している。図１４および図１５に示した可動範囲ＳＴは、第１の実施例の磁気センサシステム１における可動範囲に合わせている。第１の実施例の磁気センサシステム１における可動範囲については、後で説明する。図１５に示した角度誤差は、図１４に示した可動範囲ＳＴ内の検出値θｓと検出値の理想値に基づいて算出したものである。

次に、第１の実施例における角度特性曲線について説明する。ここでは、角度特性曲線の代わりに、検出値特性曲線を用いて説明する。図１６は、第１の実施例における検出値特性曲線を示す特性図である。図１６に示した検出値θｓは、第１の実施例における印加磁界に基づいて、シミュレーションによって求めたものである。図１６において横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は検出値θｓを表している。また、図１６において、符号９３を付した直線は、相対位置の変化に対する検出値θｓの理想的な変化を表す直線を示し、符号９４を付した曲線は検出値特性曲線を示している。図１６では、主磁石１３と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの検出値の理想値を０°とし、主磁石１１と基準位置ＰＲのそれぞれの第１の方向Ｘ１についての位置が一致したときの検出値の理想値を３６０°としている。

図１６および図１７には、第１の実施例の磁気センサシステム１における可動範囲ＳＴを示している。図１６における可動範囲ＳＴは、検出値θｓが０°〜３６０°となる範囲である。図１７に示した角度誤差は、図１６に示した可動範囲ＳＴ内の検出値θｓと検出値の理想値に基づいて算出したものである。

図１６に示したように、第１の実施例における検出値特性曲線（符号９４）の、符号９３を付した直線からの最大偏差は、図１４に示した第１の比較例における検出値特性曲線（符号９２）の、符号９１を付した直線からの最大偏差よりも小さい。なお、前述のように、検出値特性曲線は、実質的に角度特性曲線と同じであり、符号９３を付した直線は、実質的に理想直線と同じである。従って、図１４および図１６に示した結果は、第１の実施例における角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差が、第１の比較例における角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差よりも小さいことを表している。

次に、第１の実施例における角度誤差について説明する。図１７は、第１の実施例における角度誤差を示す特性図である。図１７に示した角度誤差は、図１６に示した検出値θｓと検出値の理想値に基づいて算出したものである。角度誤差の算出方法は、図１５に示した角度誤差の算出方法と同じである。図１７に示した角度誤差は、任意の相対位置Ｐ２における検出値θｓから、その相対位置Ｐ２における検出値の理想値を引いて得られた値を３６０°で割って得られる値を百分率で表したものである。図１７において横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は角度誤差を表している。図１５および図１７に示したように、第１の実施例によれば、第１の比較例に比べて、角度誤差の最大値を小さくすることができる。角度誤差の最大値は、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差に対応する。

以上説明したように、本実施の形態に係る磁気センサシステム１およびそれに用いられる磁気スケール２によれば、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差を小さくすることができ、その結果、磁気センサシステム１において高い検出精度を実現することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１８は、本実施の形態に係る磁気スケール２を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気スケール２の構成は、第１の実施の形態における第２の組の副磁石３１〜３８が設けられていない点を除いて、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態における主磁石１１〜１３と第１の組の副磁石２１〜２４の、配置と磁化の方向は、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態における外部磁界は、主磁石１１〜１３が発生する主磁界と、第１の組の副磁石２１〜２４が発生する第１の副磁界成分とが合成されたものである。

第１の実施の形態で説明したように、第１の組の副磁石２１〜２４は、３次高調波成分が低減されるように、主磁界を補正するためのものである。本実施の形態では、３次高調波成分が低減されることにより、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差を小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した、第２の組の副磁石３１〜３８に基づく効果は得られない。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。

［第３の実施の形態］
次に、図１９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１９は、本実施の形態に係る磁気スケール２を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気スケール２は、複数の副磁石として、第１の組を構成する４つの副磁石２１〜２４と、第２の組を構成する８つの副磁石３１〜３８に加えて、第３の組を構成する１２個の副磁石４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２を含んでいる。本実施の形態に係る磁気スケール２のその他の構成は、第１の実施の形態と同じである。

主磁石１１〜１３と副磁石２１〜２４，３１〜３８の、配置と磁化の方向は、第１の実施の形態と同じである。以下、図１９を参照して、副磁石４１〜５２の配置と磁化の方向について説明する。始めに、副磁石４１〜５２の配置について説明する。本実施の形態では、主磁石１１と主磁石１２の間には、副磁石４１，３１，４２，２１，３２，４３，４４，３３，２２，４５，３４，４６が、Ｘ方向にこの順に配置されている。主磁石１２と主磁石１３の間には、副磁石４７，３５，４８，２３，３６，４９，５０，３７，２４，５１，３８，５２が、Ｘ方向にこの順に配置されている。

副磁石４１〜５２の各々は、副磁石２１〜２４，３１〜３８と同様に、第１の実施の形態で説明した、副磁石の配置に関する第１の要件を満たす。すなわち、副磁石４１〜５２の各々は、主磁石１１，１２，１３のうちの隣り合う２つの主磁石の間の位置であって、この２つの主磁石のうちの近い方の主磁石とは、第１の方向Ｘ１にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されている。Ｄ，ｍ，ｎは、第１の実施の形態で説明した通りである。第３の組では、ｎは４である。

第３の組の副磁石４１〜５２と主磁石１１，１２，１３との位置関係は、具体的には以下の通りである。副磁石４１にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１１である。副磁石４６，４７にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石５２にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１３である。副磁石４１，４６，４７，５２は、いずれも、上記の第１の要件において、ｎが４、ｍが１となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向にＤ／７だけ異なる位置に配置されている。

また、副磁石４２にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１１である。副磁石４５，４８にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石５１にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１３である。副磁石４２，４５，４８，５１は、いずれも、上記の第１の要件において、ｎが４、ｍが２となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向に２Ｄ／７だけ異なる位置に配置されている。

また、副磁石４３にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１１である。副磁石４４５，４９にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１２である。副磁石５０にとって、上記の近い方の主磁石は、主磁石１３である。副磁石４３，４４，４９，５０は、いずれも、上記第１の要件において、ｎが４、ｍが３となる位置、すなわち、上記の近い方の主磁石とは、Ｘ方向または−Ｘ方向に３Ｄ／７だけ異なる位置に配置されている。

また、第１の方向Ｘ１における、副磁石４１，４２の間隔、副磁石４２，４３の間隔、副磁石４３，４４の間隔、副磁石４４，４５の間隔、副磁石４５，４６の間隔、副磁石４７，４８の間隔、副磁石４８，４９の間隔、副磁石４９，５０の間隔、副磁石５０，５１の間隔および副磁石５１，５２の間隔は、それぞれＤ／７である。

次に、副磁石４１〜５２の磁化の方向について説明する。副磁石４１〜５２の各々は、副磁石２１〜２４，３１〜３８と同様に、第１の実施の形態で説明した、副磁石の磁化の方向に関する第２または第３の要件を満たす。第２の要件は、各組の副磁石のうち、ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じである、というものである。この第２の要件が当てはまるのは、第３の組の一部の副磁石４１，４６，４７，５２である。副磁石４１の磁化の方向は、主磁石１１の磁化の方向と同じ方向（Ｚ方向）である。副磁石４６，４７の磁化の方向は、主磁石１２の磁化の方向と同じ方向（−Ｚ方向）である。副磁石５２の磁化の方向は、主磁石１３の磁化の方向と同じ方向（Ｚ方向）である。

また、第３の要件は、各組の副磁石のうち、ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対である、というものである。この第３の要件が当てはまるのは、第３の組のうちの、副磁石４１，４６，４７，５２以外の副磁石４２〜４５，４８〜５１である。副磁石４２の磁化の方向は、副磁石４１，４３の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。副磁石４３の磁化の方向は、副磁石４２，４４の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石４４の磁化の方向は、副磁石４３，４５の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。副磁石４５の磁化の方向は、副磁石４４，４６の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石４８の磁化の方向は、副磁石４７，４９の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石４９の磁化の方向は、副磁石４８，５０の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。副磁石５０の磁化の方向は、副磁石４９，５１の磁化の方向とは反対の方向（Ｚ方向）である。副磁石５１の磁化の方向は、副磁石５０，５２の磁化の方向とは反対の方向（−Ｚ方向）である。

本実施の形態では、第３の組の副磁石４１〜５２は、第１の実施の形態で説明した印加磁界特性曲線における理想成分の７次の高調波に相当する高調波成分（以下、７次高調波成分と言う。）を低減する。以下、第３の組の副磁石４１〜５２が発生する磁界を第３の副磁界成分という。本実施の形態における副磁界は、第１の組の副磁石２１〜２４が発生する第１の副磁界成分と、第２の組の副磁石３１〜３８が発生する第２の副磁界成分と、第３の副磁界成分とが合成されたものである。また、本実施の形態における第１ないし第３の要件は、第１の副磁界成分によって３次高調波成分を低減し、第２の副磁界成分によって５次高調波成分を低減し、第３の副磁界成分によって７次高調波成分を低減するように、副磁石２１〜２４，３１〜３８，４１〜５２の位置と磁化の方向を規定するための要件である。本実施の形態では、第１ないし第３の副磁界成分によって、３次高調波成分、５次高調波成分および７次高調波成分が低減されることにより、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、角度特性曲線の、理想直線からの最大偏差を小さくすることができ、その結果、磁気センサシステム１においてより高い検出精度を実現することができる。

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。

［第４の実施の形態］
次に、図２０および図２１を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。図２０は、本実施の形態に係る磁気センサシステム１を示す斜視図である。図２１は、本実施の形態における主磁石と副磁石の配置と磁化の方向を説明するための説明図である。

本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、第１の実施の形態における磁気スケール２の代わりに、外部磁界を発生する磁気スケール１０２を備えている。磁気スケール１０２は、主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石と、複数の主磁石および複数の副磁石を支持する基板１６１とを含んでいる。本実施の形態では、基板１６１は、リング状である。

基板１６１は、上面１６１ａと下面１６１ｂを有している。複数の主磁石と複数の副磁石は、基板１６１の上面１６１ａの上に配置されている。磁気センサ３は、基板１６１の上面１６１ａに対向するように配置されている。

磁気スケール１０２は、回転動作をする図示しない可動物体に連動し、所定の中心軸Ｃを中心として回転方向Ｒに回転する。これにより、磁気スケール１０２は、回転方向Ｒに沿った所定の範囲内において、磁気センサ３に対する相対位置が変化する。なお、回転方向Ｒは、図２１における時計回り方向と、図２１における反時計回り方向とを含んでいる。回転方向Ｒは、本発明における第１の方向に対応する。

複数の主磁石は、回転方向Ｒ（第１の方向）に沿って間隔を開けて配置されている。複数の副磁石は、回転方向Ｒ（第１の方向）に沿って、複数の主磁石とは異なる位置に配置されている。複数の主磁石と複数の副磁石の各々は、中心軸Ｃに最も近い第１の端面と、中心軸Ｃから最も遠い第２の端面を有している。中心軸Ｃから複数の主磁石の第１の端面までの距離は等しい値ＣＲ１であり、中心軸Ｃから複数の主磁石の第２の端面までの距離は等しい値ＣＲ２である。

ここで、複数の主磁石および複数の副磁石の各々の回転方向Ｒにおける位置の定義について説明する。まず、位置基準円を、以下のように定義する。位置基準円は、基板１６１の上面１６１ａに位置する円であって、その中心が中心軸Ｃ上に位置し、ＣＲ１とＣＲ２の平均値を半径とする円である。そして、位置基準円のうち、複数の主磁石および複数の副磁石の各々と重なる線分の中点の位置を、複数の主磁石および複数の副磁石の各々の回転方向Ｒにおける位置とする。また、複数の主磁石と複数の副磁石のうちの任意の２つの磁石の間隔は、この２つの磁石の位置を位置基準円に沿って結ぶ円弧の長さで表すものとする。

また、本実施の形態では、磁気センサ３は、磁気スケール１０２に対して、中心軸Ｃに平行な方向について離れた位置にある。中心軸Ｃに平行な方向は、本発明における第２の方向に対応する。

また、本実施の形態では、図２０および図２１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、中心軸Ｃに平行で、基板１６１の下面１６１ｂから上面１６１ａに向かう方向をＺ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。図２１において、Ｚ方向は、奥から手前に向かう方向である。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と、基準方向等の磁気センサ３に関連する方向との関係は、第１の実施の形態と同じである。

次に、図２１を参照して、複数の主磁石と複数の副磁石の配置と磁化の方向について説明する。始めに、複数の主磁石と複数の副磁石の配置について説明する。本実施の形態では、磁気スケール１０２は、複数の主磁石として、２つの主磁石１１１，１１２を含んでいる。主磁石１１１，１１２は、回転方向Ｒ（第１の方向）に沿って間隔Ｄを開けて配置されている。本実施の形態では特に、間隔Ｄは、位置基準円の円周の長さの１／２と等しい。

また、本実施の形態では、磁気スケール１０２は、複数の副磁石として、第１の組を構成する４つの副磁石１２１，１２２，１２３，１２４と、第２の組を構成する８つの副磁石１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８とを含んでいる。

ここで、第１の領域と第２の領域を、以下のように定義する。第１の領域は、基板１６１の上面１６１ａ上の領域であって、主磁石１１１から、図２１における反時計回り方向に進んで主磁石１１２に至る領域である。第２の領域は、基板１６１の上面１６１ａ上の領域であって、主磁石１１２から、図２１における反時計回り方向に進んで主磁石１１１に至る領域である。第１の領域と第２の領域は、いずれも、本発明における「複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間」に対応する。

第１の領域には、副磁石１３１，１２１，１３２，１３３，１２２，１３４が、主磁石１１１の近傍から、図２１における反時計回り方向にこの順に配置されている。第２の領域には、副磁石１３５，１２３，１３６，１３７，１２４，１３８が、主磁石１１２の近傍から、図２１における反時計回り方向にこの順に配置されている。

磁気スケール１０２は、リニアスケールである第１の実施の形態に係る磁気スケール２（図１参照）を、主磁石１１の位置と主磁石１３の位置が一致するように、リング状に変形したスケールに相当する。主磁石１１１は、第１の実施の形態における主磁石１１および主磁石１３に対応する。主磁石１１２は、第１の実施の形態における主磁石１２に対応する。

第１の領域は、第１の実施の形態における主磁石１１と主磁石１２の間に対応する。第１の領域に配置された副磁石１３１，１２１，１３２，１３３，１２２，１３４は、それぞれ、第１の実施の形態における副磁石３１，２１，３２，３３，２２，３４に対応する。主磁石１１１，１１２と副磁石１３１，１２１，１３２，１３３，１２２，１３４との位置関係は、基本的には、第１の実施の形態における主磁石１１，１２と副磁石３１，２１，３２，３３，２２，３４との位置関係と同様である。

第２の領域は、第１の実施の形態における主磁石１２と主磁石１３の間に対応する。第２の領域に配置された副磁石１３５，１２３，１３６，１３７，１２４，１３８は、それぞれ、第１の実施の形態における副磁石３５，２３，３６，３７，２４，３８に対応する。主磁石１１２，１１１と副磁石１３５，１２３，１３６，１３７，１２４，１３８との位置関係は、基本的には、第１の実施の形態における主磁石１２，１３と副磁石３５，２３，３６，３７，２４，３８との位置関係と同様である。

以下、副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の配置について具体的に説明する。副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の各々は、第１の実施の形態における副磁石２１〜２４，３１〜３８と同様に、第１の実施の形態で説明した、副磁石の配置に関する第１の要件を満たす。すなわち、副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の各々は、第１の領域または第２の領域において、主磁石１１１，１１２のうちの近い方の主磁石とは、回転方向Ｒ（第１の方向）にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されている。ｍ，ｎは、第１の実施の形態で説明した通りである。第１の組ではｎは２であり、第２の組ではｎは３である。

第１の組の副磁石１２１〜１２４と主磁石１１１，１１２との位置関係は、回転方向Ｒ（第１の方向）に沿って配置されている点と、副磁石１２４にとっての近い方の主磁石が主磁石１１１になる点を除いて、第１の実施の形態で説明した、副磁石２１〜２４と主磁石１１〜１３との位置関係と同様である。すなわち、副磁石１２１〜１２４は、いずれも、上記第１の要件において、ｎが２、ｍが１となる位置、すなわち、主磁石１１１，１１２のうちの近い方の主磁石とは、図２１における時計回り方向または反時計回り方向にＤ／３だけ異なる位置に配置されている。

また、回転方向Ｒ（第１の方向）における、副磁石１２１，１２２の間隔と副磁石１２３，１２４の間隔は、それぞれＤ／３である。

第２の組の副磁石１３１〜１３８と主磁石１１１，１１２との位置関係は、回転方向Ｒ（第１の方向）に沿って配置されている点と、副磁石１３７，１３８にとっての近い方の主磁石が主磁石１１１になる点を除いて、第１の実施の形態で説明した、副磁石３１〜３８と主磁石１１〜１３との位置関係と同様である。すなわち、副磁石１３１，１３４，１３５，１３８は、いずれも、上記第１の要件において、ｎが３、ｍが１となる位置、すなわち、主磁石１１１，１１２のうちの近い方の主磁石とは、図２１における時計回り方向または反時計回り方向にＤ／５だけ異なる位置に配置されている。また、副磁石１３２，１３３，１３６，１３７は、いずれも、上記第１の要件において、ｎが３、ｍが２となる位置、すなわち、主磁石１１１，１１２のうちの近い方の主磁石とは、図２１における時計回り方向または反時計回り方向に２Ｄ／５だけ異なる位置に配置されている。

回転方向Ｒ（第１の方向）における、副磁石１３１，１３２の間隔、副磁石１３２，１３３の間隔、副磁石１３３，１３４の間隔、副磁石１３５，１３６の間隔、副磁石１３６，１３７の間隔および副磁石１３７，１３８の間隔は、それぞれＤ／５である。

次に、複数の主磁石と複数の副磁石の磁化の方向について説明する。複数の主磁石すなわち主磁石１１１，１１２の磁化の方向は、互いに反対である。図２１において主磁石１１１，１１２の近傍に描いた丸印の記号は、主磁石１１１，１１２の磁化の方向を表している。本実施の形態では、主磁石１１１の磁化の方向は、第１の実施の形態における主磁石１１の磁化の方向（Ｚ方向）と同じ方向である。主磁石１１２の磁化の方向は、第１の実施の形態における主磁石１２の磁化の方向（−Ｚ方向）と同じ方向である。

また、図２１において副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の近傍に描いた丸印の記号は、副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の磁化の方向を表している。副磁石１２１〜１２４，１３１〜１３８の各々は、第１の実施の形態で説明した、副磁石の磁化の方向に関する第２または第３の要件を満たす。第２の要件は、各組の副磁石のうち、ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じである、というものである。この第２の要件が当てはまるのは、第１の組の全ての副磁石１２１〜１２４と、第２の組の一部の副磁石１３１，１３４，１３５，１３８である。副磁石１２１〜１２４，１３１，１３４，１３５，１３８の磁化の方向は、それぞれ、第１の実施の形態における副磁石２１〜２４，３１，３４，３５，３８の磁化の方向と同じである。すなわち、図２１に示したように、副磁石１２１，１２４，１３１，１３８の磁化の方向は、Ｚ方向であり、副磁石１２２，１２３，１３４，１３５の磁化の方向は、−Ｚ方向である。

また、第３の要件は、各組の副磁石のうち、ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対である、というものである。この第３の要件が当てはまるのは、第２の組の他の一部の副磁石１３２，１３３，１３６，１３７である。副磁石１３２，１３３，１３６，１３７の磁化の方向は、それぞれ、第１の実施の形態における副磁石３２，３３，３６，３７の磁化の方向と同じである。すなわち、図２１に示したように、副磁石１３２，１３７の磁化の方向は、−Ｚ方向であり、副磁石１３３，１３６の磁化の方向は、Ｚ方向である。

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。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、第１の実施の形態における磁気センサ３の代わりに、磁気センサ１０３を備えている。磁気センサ１０３は、外部磁界の一部である印加磁界を検出して、印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成する。本実施の形態では、印加磁界情報は、印加磁界の一方向の成分の強度である。検出値は、印加磁界の一方向の成分の強度と対応関係を有する。以下、検出値を、記号Ｍで表す。

外部磁界は、第１の実施の形態と同様に、磁気スケール２によって発生される。磁気スケール２の構成は、第１の実施の形態と同じである。また、磁気スケール２と磁気センサ１０３の位置関係は、第１の実施の形態における磁気スケール２と磁気センサ３の位置関係と同じである。

図２２は、磁気センサ１０３の第１の例の構成を示す回路図である。図２３は、磁気センサ１０３の第２の例と磁気スケール２を示す斜視図である。本実施の形態における印加磁界情報は、特に、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度である。印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分は、第１の実施の形態における印加磁界の第２の成分と同じである。検出値Ｍは、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度と対応関係を有する。

本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、磁気センサ１０３に対する磁気スケール２の相対位置を検出するための位置検出装置として用いることができる。以下、磁気センサ１０３に対する磁気スケール２の相対位置を、相対位置Ｐ２と言う。検出値Ｍは、相対位置Ｐ２と対応関係を有する。磁気センサシステム１を位置検出装置として用いる場合には、検出値Ｍの範囲を、相対位置Ｐ２を一意に特定可能な範囲としてもよい。このような検出値Ｍの範囲は、複数の相対位置Ｐ２において検出値Ｍが同じ値になることがない範囲である。検出値Ｍの範囲の具体例については、後で説明する。

次に、磁気センサ１０３の第１および第２の例について説明する。始めに、図２２を参照して、磁気センサ１０３の第１の例について説明する。第１の例では、磁気センサ１０３は、第１の検出部１７１と、第２の検出部１７２と、電源ポートＶ１１と、グランドポートＧ１１と、出力ポートＥ１１とを含んでいる。図示しないが、第１および第２の検出部１７１，１７２は、Ｚ方向にこの順に並んでいる。

図２２に示したように、第１の検出部１７１は、電源ポートＶ１１と出力ポートＥ１１との間に設けられている。第２の検出部１７２は、出力ポートＥ１１とグランドポートＧ１１との間に設けられている。電源ポートＶ１１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Ｇ１１は、グランドに接続される。

検出部１７１，１７２の構成は、それぞれ、図５に示した検出部７１，７３と同じである。すなわち、検出部１７１，１７２の各々は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。図２２において、塗りつぶした矢印は磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は磁気抵抗効果素子の自由層の磁化の方向を表している。

第１の検出部１７１に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、Ｚ方向であり、第２の検出部１７２に含まれる磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、−Ｚ方向である。この場合、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度に応じて、出力ポートＥ１１の電位が変化する。

磁気センサ１０３は、出力ポートＥ１１の電位に基づいて、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度と対応関係を有する検出値Ｍを生成する。検出値Ｍは、上記電位そのものであってもよいし、例えば上記電位の最大値と最小値がそれぞれ１と−１になるように規格化した信号であってもよい。

次に、図２３を参照して、磁気センサ１０３の第２の例について説明する。第２の例では、磁気センサ１０３は、ホール素子Ｈ１０１を含んでいる。ホール素子Ｈ１０１は、感磁面がＸＹ平面に平行になるような姿勢で配置されている。なお、図２３では、理解を容易にするために、ホール素子Ｈ１０１を、実際よりも大きく描いている。

図示しないが、磁気センサ１０３は、更に、電源ポートと、グランドポートとを含んでいる。ホール素子Ｈ１０１は、電源端子と、グランド端子と、２つの出力端子とを有している。ホール素子Ｈ１０１の電源端子は、電源ポートに接続されている。ホール素子Ｈ１０１のグランド端子は、グランドポートに接続されている。電源ポートには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートは、グランドに接続される。

ホール素子Ｈ１０１は、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分を検出する。ホール素子Ｈ１０１の２つの出力端子の電位差は、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分に応じて変化する。

磁気センサ１０３は、ホール素子Ｈ１０１の２つの出力端子の電位差に基づいて、印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度と対応関係を有する検出値Ｍを生成する。検出値Ｍは、上記電位差そのものであってもよいし、例えば上記電位差の最大値と最小値がそれぞれ１と−１になるように規格化した信号であってもよい。

次に、本実施の形態に係る磁気センサシステム１の作用および効果について説明する。第１の実施の形態で説明したように、磁気スケール２の主磁石１１〜１３は主磁界を発生し、磁気スケール２の副磁石２１〜２４，３１〜３８は副磁界を発生する。相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の理想的な変化を理想特性としたとき、副磁界は、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の変化を表す特性が、理想特性に近づくように、主磁界を補正するものである。

本実施の形態では特に、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界情報の変化は、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度の変化である。理想特性は、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度の理想的な変化であり、正弦曲線で表される。以下、この正弦曲線を理想正弦曲線と言う。本実施の形態では、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度の変化を表す特性曲線を、印加磁界特性曲線と言う。副磁界は、印加磁界特性曲線の、理想正弦曲線からの最大偏差が小さくなるように、主磁界を補正するものである。

第１の実施の形態と同様に、第１の組の副磁石２１〜２４は、印加磁界特性曲線における３次高調波成分を低減し、第２の組の副磁石３１〜３８は、印加磁界特性曲線における５次高調波成分を低減する。これにより、本実施の形態では、外部磁界が主磁界のみからなる場合に比べて、印加磁界特性曲線の、理想正弦曲線からの最大偏差が小さくなる。その結果、本実施の形態によれば、磁気センサシステム１において高い検出精度を実現することができる。

次に、第２の比較例の磁気センサシステムと比較しながら、本実施の形態の実施例（以下、第２の実施例と言う。）における印加磁界特性曲線について具体的に説明する。第２の実施例の磁気センサシステム１は、本実施の形態に係る磁気センサシステム１を、第１の実施の形態の図８ないし図１１におけるシミュレーションと同様の条件で規定した磁気センサシステム１である。

第２の比較例の磁気センサシステムは、第２の実施例における磁気スケール２から全ての副磁石を除いた第２の比較例の磁気スケール２０２を備えている。第２の比較例の磁気スケール２０２は、図１２に示した第１の比較例の磁気スケール２０２と同じである。以下、第２の比較例の磁気スケール２０２が発生する外部磁界に基づく印加磁界を、第２の比較例の印加磁界と言う。

図２４は、第２の比較例の印加磁界に対応する磁束密度である第２の比較例の印加磁束密度を示す特性図である。図２４は、シミュレーションによって求めたものである。図２４におけるシミュレーションの条件は、第１の実施の形態の図１３におけるシミュレーションの条件と同じである。図２４は、第２の比較例の印加磁束密度Ｂｃｚを示している。図２４において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は印加磁束密度Ｂｃｚの値を表している。第２の比較例の印加磁束密度Ｂｃｚは、第２の比較例の印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分に対応する磁束密度であり、図１３に示した第１の実施の形態における磁束密度Ｂｃｚと同じである。

第２の比較例の印加磁界は、外部磁界が主磁界のみからなる場合の印加磁界に相当する。印加磁束密度Ｂｃｚは、外部磁界が主磁界のみからなる場合における印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分に対応する。相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁束密度Ｂｃｚの変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、この理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含んでいる。相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁束密度Ｂｃｚの変化を表す曲線は、外部磁界が主磁界のみからなる場合における上記印加磁界特性曲線に対応する。

次に、第２の実施例における印加磁界特性曲線について具体的に説明する。図２５は、第２の実施例の印加磁界に対応する磁束密度である印加磁束密度を示す特性図である。図２５は、シミュレーションによって求めたものである。図２５におけるシミュレーションの条件は、第１の実施の形態の図１１におけるシミュレーションの条件と同じである。図２５は、印加磁束密度Ｂｚを示している。図２５において、横軸は相対位置Ｐ２を表し、縦軸は印加磁束密度Ｂｚの値を表している。印加磁束密度Ｂｚは、第２の実施例の印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分に対応する磁束密度であり、図１１に示した第１の実施の形態における磁束密度Ｂｚと同じである。

図２５に示したように、相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁束密度Ｂｚの変化を表す曲線は、図２４に示した相対位置Ｐ２の変化に対する印加磁束密度Ｂｃｚの変化を表す曲線に比べて、正弦曲線に近い曲線になっている。その理由は、第１の実施の形態において、図１１に示した相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｚの変化を表す曲線が、図８に示した相対位置Ｐ２の変化に対する磁束密度Ｂｍｚの変化を表す曲線に比べて、正弦曲線に近い曲線になる理由と同じである。この結果は、第１の実施の形態と同様に、第１の組の副磁石２１〜２４が発生する第１の副磁界成分と第２の組の副磁石３１〜３８が発生する第２の副磁界成分によって、印加磁界特性曲線の３次高調波成分および５次高調波成分が低減されることを表している。

次に、図２５を参照して、相対位置Ｐ２を一意に特定可能な検出値Ｍの範囲の具体例について説明する。図２５には、第２の実施例の磁気センサシステム１における可動範囲ＳＴを示している。なお、可動範囲とは、相対位置Ｐ２が変化可能な所定の範囲である。図２４には、第２の比較例の磁気センサシステムにおける可動範囲ＳＴを示している。図２４に示した可動範囲ＳＴは、図２５に示した可動範囲ＳＴに合わせている。

図２５に示した例では、可動範囲ＳＴは、相対位置Ｐ２が増加するに従って印加磁界のＺ方向に平行な方向の成分の強度が最小値から最大値まで増加する範囲である。これにより、相対位置Ｐ２を一意に特定することができる。可動範囲ＳＴは、図２５に示した範囲よりも狭い範囲であってもよい。あるいは、可動範囲ＳＴを、図２５に示した範囲するが、実際に磁気センサ１０３が生成する検出値Ｍの範囲を、可動範囲ＳＴよりも狭い範囲に対応する範囲に制限してもよい。

なお、本実施の形態に係る磁気センサシステム１は、第１の実施の形態に係る磁気スケール２の代わりに、第２または第３の実施の形態に係る磁気スケール２を備えていてもよいし、第４の実施の形態に係る磁気スケール１０２を備えていてもよい。また、本実施の形態における磁気センサ１０３は、ＸＺ平面上におけるＺ方向に平行な方向以外の一方向の印加磁界の成分の強度と対応関係を有する検出値を生成するものであってもよい。

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ないし第４の実施の形態のいずれかと同様である。

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。請求の範囲の要件を満たす限り、複数の主磁石および複数の副磁石の数、形状、および磁化の方向は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。例えば、第４の実施の形態において、複数の主磁石および複数の副磁石は、位置基準円の半径方向の磁化を有していてもよい。この場合、磁気センサ３は、磁気スケール１０２に対して、位置基準円の半径方向の外側に配置されていてもよい。

また、本発明の磁気センサシステムおよび磁気スケールは、位置検出装置に限らず、磁気センサに対する磁気スケールの相対位置の変化の速度や加速度を検出する装置として用いることも可能である。この場合には、例えば、磁気スケールは、第１の実施の形態における磁気スケール２の主磁石１１の位置から主磁石１３の位置までを１ピッチとして、複数ピッチ分の複数の主磁石および複数の副磁石を含んでいてもよい。

１…磁気センサシステム、２…磁気スケール、３…磁気センサ、１１〜１３…主磁石、２１〜２４，３１〜３８…副磁石、６１…基板、６２…保護部、７１…第１の検出部、７２…第２の検出部、７３…第３の検出部、７４…第４の検出部、８１…第１の検出部、８２…第２の検出部、８３…基板、８４…ヨーク、８５，８６…差分検出器、８７…角度演算部、Ｈ１〜Ｈ４…ホール素子、Ｒ１〜Ｒ４…磁気抵抗効果素子。

Claims (25)

1. 強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する磁気スケールと、磁気センサとを備えた磁気センサシステムであって、
   前記磁気センサは、前記外部磁界の一部である印加磁界を検出して、前記印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成し、
   前記磁気スケールは、主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石とを含み、
   前記複数の主磁石は、直線的な方向または回転方向である第１の方向に沿って間隔を開けて配置され、
   前記複数の副磁石は、前記第１の方向に沿って、前記複数の主磁石とは異なる位置に配置され、
   前記外部磁界は、前記主磁界と前記副磁界とが合成されたものであり、
   前記磁気スケールは、前記第１の方向に沿った所定の範囲内において、前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であり、
   前記外部磁界が前記主磁界のみからなる場合には、前記相対位置の変化に対する前記印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、前記理想成分の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含み、
   前記複数の副磁石は、前記少なくとも１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであり、
   前記複数の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に配置されていることを特徴とする磁気センサシステム。
2. 前記複数の副磁石は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサシステム。
3. 前記磁気センサは、前記磁気スケールに対して、第２の方向について離れた位置にあり、
   前記複数の主磁石および前記複数の副磁石の各々は、前記第２の方向に平行な方向の磁化を有していることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサシステム。
4. 強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する磁気スケールと、磁気センサとを備えた磁気センサシステムであって、
   前記磁気センサは、前記外部磁界の一部である印加磁界を検出して、前記印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成し、
   前記磁気スケールは、主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石とを含み、
   前記複数の主磁石は、直線的な方向または回転方向である第１の方向に沿って間隔を開けて配置され、
   前記複数の副磁石は、前記第１の方向に沿って、前記複数の主磁石とは異なる位置に配置され、
   前記外部磁界は、前記主磁界と前記副磁界とが合成されたものであり、
   前記磁気スケールは、前記第１の方向に沿った所定の範囲内において、前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であり、
   前記外部磁界が前記主磁界のみからなる場合には、前記相対位置の変化に対する前記印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、前記理想成分の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含み、
   前記複数の副磁石は、前記少なくとも１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであり、
   ｎを２以上の整数としたときに、前記少なくとも１つの高調波成分は、前記理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当し、
   前記複数の副磁石は、１組以上の副磁石の組を構成し、
   各組の副磁石は、１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであることを特徴とする磁気センサシステム。
5. 前記複数の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に配置されていることを特徴とする請求項４記載の磁気センサシステム。
6. 前記複数の副磁石は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されていることを特徴とする請求項５記載の磁気センサシステム。
7. 前記磁気センサは、前記磁気スケールに対して、第２の方向について離れた位置にあり、
   前記複数の主磁石および前記複数の副磁石の各々は、前記第２の方向に平行な方向の磁化を有していることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の磁気センサシステム。
8. 前記複数の主磁石は、前記第１の方向に沿って一定の間隔Ｄで配置され、
   ｍを１以上の整数としたときに、各組の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間の位置であって、前記２つの主磁石のうちの近い方の主磁石とは、前記第１の方向にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の磁気センサシステム。
9. 前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の磁化の方向は互いに反対であり、
   各組の副磁石のうち、前記ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じであることを特徴とする請求項８記載の磁気センサシステム。
10. 各組の副磁石のうち、前記ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対であることを特徴とする請求項９記載の磁気センサシステム。
11. 前記検出値の範囲は、前記相対位置を一意に特定可能な範囲であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気センサシステム。
12. 前記印加磁界情報は、基準方向に対して前記印加磁界の方向がなす角度であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気センサシステム。
13. 前記印加磁界情報は、前記印加磁界の一方向の成分の強度であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気センサシステム。
14. 強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する磁気スケールと、前記外部磁界の一部である印加磁界を検出して、前記印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成する磁気センサとを備えた磁気センサシステムに用いられる磁気スケールであって、
    主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石とを備え、
    前記複数の主磁石は、直線的な方向または回転方向である第１の方向に沿って間隔を開けて配置され、
    前記複数の副磁石は、前記第１の方向に沿って、前記複数の主磁石とは異なる位置に配置され、
    前記外部磁界は、前記主磁界と前記副磁界とが合成されたものであり、
    前記磁気スケールは、前記第１の方向に沿った所定の範囲内において、前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であり、
    前記外部磁界が前記主磁界のみからなる場合には、前記相対位置の変化に対する前記印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、前記理想成分の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含み、
    前記複数の副磁石は、前記少なくとも１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであり、
    前記複数の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に配置されていることを特徴とする磁気スケール。
15. 前記複数の副磁石は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１４記載の磁気スケール。
16. 前記磁気センサは、前記磁気スケールに対して、第２の方向について離れた位置にあり、
    前記複数の主磁石および前記複数の副磁石の各々は、前記第２の方向に平行な方向の磁化を有していることを特徴とする請求項１４または１５記載の磁気スケール。
17. 強度および方向が空間的な分布を有する外部磁界を発生する磁気スケールと、前記外部磁界の一部である印加磁界を検出して、前記印加磁界が有する情報である印加磁界情報に対応する検出値を生成する磁気センサとを備えた磁気センサシステムに用いられる磁気スケールであって、
    主磁界を発生する複数の主磁石と、副磁界を発生する複数の副磁石とを備え、
    前記複数の主磁石は、直線的な方向または回転方向である第１の方向に沿って間隔を開けて配置され、
    前記複数の副磁石は、前記第１の方向に沿って、前記複数の主磁石とは異なる位置に配置され、
    前記外部磁界は、前記主磁界と前記副磁界とが合成されたものであり、
    前記磁気スケールは、前記第１の方向に沿った所定の範囲内において、前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であり、
    前記外部磁界が前記主磁界のみからなる場合には、前記相対位置の変化に対する前記印加磁界の一方向の成分の強度の変化を表す曲線は、正弦曲線を描く理想成分と、前記理想成分の高調波に相当する少なくとも１つの高調波成分とを含み、
    前記複数の副磁石は、前記少なくとも１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであり、
    ｎを２以上の整数としたときに、前記少なくとも１つの高調波成分は、前記理想成分の（２ｎ−１）次の高調波に相当し、
    前記複数の副磁石は、１組以上の副磁石の組を構成し、
    各組の副磁石は、１つの高調波成分が低減されるように前記主磁界を補正するためのものであることを特徴とする磁気スケール。
18. 前記複数の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に配置されていることを特徴とする請求項１７記載の磁気スケール。
19. 前記複数の副磁石は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間に２つ以上の副磁石が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１８記載の磁気スケール。
20. 前記磁気センサは、前記磁気スケールに対して、第２の方向について離れた位置にあり、
    前記複数の主磁石および前記複数の副磁石の各々は、前記第２の方向に平行な方向の磁化を有していることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれかに記載の磁気スケール。
21. 前記複数の主磁石は、前記第１の方向に沿って一定の間隔Ｄで配置され、
    ｍを１以上の整数としたときに、各組の副磁石の各々は、前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の間の位置であって、前記２つの主磁石のうちの近い方の主磁石とは、前記第１の方向にｍ×｛１／（２ｎ−１）｝×Ｄだけ異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１７ないし２０のいずれかに記載の磁気スケール。
22. 前記複数の主磁石のうちの隣り合う２つの主磁石の磁化の方向は互いに反対であり、
    各組の副磁石のうち、前記ｍが１となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石に最も近い主磁石の磁化の方向と同じであることを特徴とする請求項２１記載の磁気スケール。
23. 各組の副磁石のうち、前記ｍが２以上となる位置に配置された副磁石の磁化の方向は、その副磁石の両側の同じ組の２つの副磁石の各々の磁化の方向と反対であることを特徴とする請求項２２記載の磁気スケール。
24. 前記印加磁界情報は、基準方向に対して前記印加磁界の方向がなす角度であることを特徴とする請求項１４ないし２３のいずれかに記載の磁気スケール。
25. 前記印加磁界情報は、前記印加磁界の一方向の成分の強度であることを特徴とする請求項１４ないし２３のいずれかに記載の磁気スケール。

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