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特許7156249位置検出装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

G01D 5/12 20060101AFI20221012BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 N

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2019203573

(22)【出願日】2019-11-08

(65)【公開番号】P2021076480

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2021-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川原俊夫

(72)【発明者】

【氏名】守屋貴裕

(72)【発明者】

【氏名】大山俊彦

【審査官】吉田久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０７１２８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－３７４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１８９３６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００５００１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１９９１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５９３６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ５／００－５／２５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気スケールは、第１の基準方向に沿って前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、前記第１の基準方向に沿って配置された複数の磁石を含み、
前記複数の磁石の各々は、前記第１の基準方向の寸法である所定の幅を有し、
前記複数の磁石のうち、前記第１の基準方向に平行な一方向である第１の方向の最も前側に位置する磁石は、その磁石における前記第１の方向の前側に位置する第１の端部を有し、
前記複数の磁石のうち、前記第１の方向とは反対の第２の方向の最も前側に位置する磁石は、その磁石における前記第２の方向の前側に位置する第２の端部を有し、
前記磁気センサは、各々が前記磁気スケールから離れた位置において前記対象磁界と前記ノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含み、
前記複数の検出器の各々は、ｎを前記複数の磁石の数とし、Ｍを前記第１の端部から前記第２の端部までの距離とし、Ｗを前記複数の磁石の各々の前記幅とすると共に前記Ｗを０よりも大きくＭ／ｎ以下とし、ＡＧを前記第１の基準方向に直交する第２の基準方向における前記複数の磁石の各々とその検出器との間隔とし、Ｎを０．４以上２以下の数としたときに、
ＡＧ＝Ｎ（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１）
を満足するように配置されていることを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

Ｎは、０．５以上２以下の数であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記磁気スケールは、更に、前記複数の磁石を磁気的に接続する磁性材料よりなるヨークを含むことを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記複数の検出器は、前記第１の基準方向に沿って並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項5】

前記複数の検出器の各々は、前記合成磁界の第３の方向の成分を検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、前記合成磁界の前記第３の方向とは異なる第４の方向の成分を検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかまたは両方を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項6】

前記複数の検出器の各々は、前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含み前記合成磁界の前記第３の方向の成分の強度を表す第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含み前記合成磁界の前記第４の方向の成分の強度を表す第２の検出信号を生成する第２の検出回路の、いずれかまたは両方を含み、
前記磁気センサは、更に、プロセッサを含み、
前記プロセッサは、前記複数の検出器の前記第１の検出回路によって生成される複数の前記第１の検出信号のうちの少なくとも２つの差と、前記複数の検出器の前記第２の検出回路によって生成される複数の前記第２の検出信号のうちの少なくとも２つの差の、いずれかまたは両方を求める演算処理によって１つまたは２つの処理後信号を生成することを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。

【請求項7】

前記複数の検出器の各々は、前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子とを含み、且つ、前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含み前記合成磁界の前記第３の方向の成分の強度を表す第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含み前記合成磁界の前記第４の方向の成分の強度を表す第２の検出信号を生成する第２の検出回路とを含み、
前記磁気センサは、更に、プロセッサを含み、
前記プロセッサは、
前記複数の検出器の前記第１の検出回路によって生成される複数の前記第１の検出信号のうちの少なくとも２つの差を求めることを含む演算処理によって第１の処理後信号を生成し、
前記複数の検出器の前記第２の検出回路によって生成される複数の前記第２の検出信号のうちの少なくとも２つの差を求めることを含む演算処理によって第２の処理後信号を生成し、
前記第１の処理後信号と前記第２の処理後信号を用いて、前記相対位置と対応関係を有する検出値を生成することを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。

【請求項8】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項9】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１のホール素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２のホール素子であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項10】

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対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気スケールは、第１の基準方向に沿って前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、前記第１の基準方向に直交する第２の基準方向に平行な一方向の磁化を有する磁石を含み、
前記磁石は、前記第１の基準方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部を有し、
前記磁気センサは、各々が前記磁気スケールから離れた位置において前記対象磁界と前記ノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含み、
前記複数の検出器の各々は、前記第１の端部から前記第２の端部までの距離をＭとし、前記第２の基準方向における前記磁石とその検出器との間隔をＡＧとしたときに、
０．１７５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ
を満足するように配置されていることを特徴とする位置検出装置。

【請求項11】

前記複数の検出器は、前記第１の基準方向に沿って並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１０記載の位置検出装置。

【請求項12】

前記複数の検出器の各々は、前記合成磁界の第３の方向の成分を検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、前記合成磁界の前記第３の方向とは異なる第４の方向の成分を検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかまたは両方を含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の位置検出装置。

【請求項13】

【請求項14】

【請求項15】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項16】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１のホール素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２のホール素子であることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項17】

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対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気スケールは、第１の基準方向に沿って前記磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、前記第１の基準方向に平行な一方向の磁化を有する磁石を含み、
前記磁石は、前記第１の基準方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部を有し、
前記磁気センサは、各々が前記磁気スケールから離れた位置において前記対象磁界と前記ノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含み、
前記複数の検出器の各々は、前記第１の端部から前記第２の端部までの距離をＭとし、前記第１の基準方向に直交する第２の基準方向における前記磁石とその検出器との間隔をＡＧとしたときに、
０．４２５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ
を満足するように配置されていることを特徴とする位置検出装置。

【請求項18】

前記複数の検出器は、前記第１の基準方向に沿って並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１７記載の位置検出装置。

【請求項19】

前記複数の検出器の各々は、前記合成磁界の第３の方向の成分を検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、前記合成磁界の前記第３の方向とは異なる第４の方向の成分を検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかまたは両方を含むことを特徴とする請求項１７または１８記載の位置検出装置。

【請求項20】

【請求項21】

【請求項22】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項23】

前記少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１のホール素子であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２のホール素子であることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれかに記載の位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気スケールと磁気センサを備えた磁気式の位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気スケールと磁気センサを備えた磁気式の位置検出装置は、例えば、直線的な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位置検出装置は、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。

【0003】

磁気スケールは、例えば、直線的な方向に沿って配列された複数の磁石を含んでいる。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対象磁界の方向が回転する。磁気センサは、例えば、対象磁界の互いに異なる２つの方向の成分を検出して、この２つの方向の成分の強度に対応する２つの検出信号を生成する。そして、磁気センサは、２つの検出信号に基づいて、磁気センサに対する磁気スケールの相対位置と対応関係を有する検出値を生成する。

【0004】

磁気式の位置検出装置では、磁気センサに、対象磁界の他に、対象磁界以外のノイズ磁界が印加される場合がある。ノイズ磁界としては、例えば地磁気やモーターからの漏れ磁界がある。このように磁気センサにノイズ磁界が印加される場合には、磁気センサは、対象磁界とノイズ磁界との合成磁界を検出することになる。そのため、対象磁界の方向とノイズ磁界の方向が異なるときには、検出値に誤差が生じる。

【0005】

特許文献１には、検出磁石の回転軸上に並べて配置された２つのホール素子と、２つのホール素子からの検出信号を差動出力する差動出力回路とを備えた磁気検出装置が記載されている。この磁気検出装置では、２つのホール電圧の差動をとることによって、外乱磁界に起因するオフセット電圧をキャンセルして、外乱磁界が印加されていない場合と略等しい出力波形の電圧を出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－２５０５８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、前記の磁気スケールを備えた位置検出装置では、ノイズ磁界に起因する検出値の誤差を低減するために、対象磁界を検出する複数の検出器を、磁気スケールの移動方向に沿って配置する構成が考えられる。この構成では、例えば、第１の位置に第１の検出器を配置し、第２の位置に第２の検出器を配置する。第１の検出器は、第１の位置における対象磁界の第１の方向の成分の強度と対応関係を有する第１の検出信号と、第１の位置における対象磁界の第２の方向の成分の強度と対応関係を有する第２の検出信号を生成する。第２の検出器は、第２の位置における対象磁界の第１の方向の成分の強度と対応関係を有する第３の検出信号と、第２の位置における対象磁界の第２の方向の成分の強度と対応関係を有する第４の検出信号とを生成する。

【0008】

上記の構成では、磁気センサは、第１の検出信号と第３の検出信号の差を求める演算処理と、第２の検出信号と第４の検出信号の差を求める演算処理を行って、２つの処理後信号を生成する。そして、磁気センサは、この２つの処理後信号に基づいて、磁気センサに対する磁気スケールの相対位置と対応関係を有する検出値を生成する。

【0009】

特許文献１に記載された磁気検出装置のように、２つの検出信号の差を求めることによって、ノイズ磁界に起因する検出値の誤差が低減され、その結果、検出値が理想値に近づくことが期待される。しかし、実際には、２つの処理後信号を用いて検出値を生成しても、検出値が理想値と大きく異なる値になってしまい、検出値の誤差を十分に低減することができない場合があった。

【0010】

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、対象磁界を検出する複数の検出器を含む位置検出装置において、ノイズ磁界に起因する誤差を低減しながら、検出値の誤差を十分に低減できるようにした位置検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の観点の位置検出装置は、外部磁界を発生する磁気スケールと、外部磁界の一部である対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えたものである。磁気スケールは、第１の基準方向に沿って磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、第１の基準方向に沿って配置された複数の磁石を含んでいる。複数の磁石の各々は、第１の基準方向の寸法である所定の幅を有している。複数の磁石のうち、第１の基準方向に平行な一方向である第１の方向の最も前側に位置する磁石は、その磁石における第１の方向の前側に位置する第１の端部を有している。複数の磁石のうち、第１の方向とは反対の第２の方向の最も前側に位置する磁石は、その磁石における第２の方向の前側に位置する第２の端部を有している。磁気センサは、各々が磁気スケールから離れた位置において対象磁界とノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含んでいる。

【0012】

本発明の第１の観点の位置検出装置では、複数の検出器の各々は、ｎを複数の磁石の数とし、Ｍを第１の端部から第２の端部までの距離とし、Ｗを複数の磁石の各々の幅とすると共にＷを０よりも大きくＭ／ｎ以下とし、ＡＧを第１の基準方向に直交する第２の基準方向における複数の磁石の各々とその検出器との間隔とし、Ｎを０．４以上２以下の数としたときに、
ＡＧ＝Ｎ（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１）
を満足するように配置されている。

【0013】

本発明の第１の観点の位置検出装置において、Ｎは、０．５以上２以下の数であってもよい。

【0014】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、磁気スケールは、更に、複数の磁石を磁気的に接続する磁性材料よりなるヨークを含んでいてもよい。

【0015】

本発明の第２の観点の位置検出装置は、外部磁界を発生する磁気スケールと、外部磁界の一部である対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えたものである。磁気スケールは、第１の基準方向に沿って磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、第１の基準方向に直交する第２の基準方向に平行な一方向の磁化を有する磁石を含んでいる。磁石は、第１の基準方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部を有している。磁気センサは、各々が磁気スケールから離れた位置において対象磁界とノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含んでいる。

【0016】

本発明の第２の観点の位置検出装置では、複数の検出器の各々は、第１の端部から第２の端部までの距離をＭとし、第２の基準方向における磁石とその検出器との間隔をＡＧとしたときに、
０．１７５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ
を満足するように配置されている。

【0017】

本発明の第３の観点の位置検出装置は、外部磁界を発生する磁気スケールと、外部磁界の一部である対象磁界とそれ以外のノイズ磁界とを検出する磁気センサとを備えたものである。磁気スケールは、第１の基準方向に沿って磁気センサに対する相対位置が変化可能であると共に、第１の基準方向に平行な一方向の磁化を有する磁石を含み、磁石は、第１の基準方向において互いに反対側に位置する第１の端部と第２の端部を有している。磁気センサは、各々が磁気スケールから離れた位置において対象磁界とノイズ磁界との合成磁界を検出する複数の検出器を含んでいる。

【0018】

本発明の第３の観点の位置検出装置では、複数の検出器の各々は、第１の端部から第２の端部までの距離をＭとし、第１の基準方向に直交する第２の基準方向における磁石とその検出器との間隔をＡＧとしたときに、
０．４２５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ
を満足するように配置されている。

【0019】

本発明の第１ないし第３の観点の位置検出装置において、複数の検出器は、第１の基準方向に沿って並ぶように配置されていてもよい。

【0020】

また、本発明の第１ないし第３の観点の位置検出装置において、複数の検出器の各々は、合成磁界の第３の方向の成分を検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、合成磁界の第３の方向とは異なる第４の方向の成分を検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかまたは両方を含んでいてもよい。また、磁気センサは、更に、プロセッサを含んでいてもよい。

【0021】

複数の検出器の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含み合成磁界の第３の方向の成分の強度を表す第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含み合成磁界の第４の方向の成分の強度を表す第２の検出信号を生成する第２の検出回路の、いずれかまたは両方を含んでいてもよい。プロセッサは、複数の検出器の第１の検出回路によって生成される複数の第１の検出信号のうちの少なくとも２つの差と、複数の検出器の第２の検出回路によって生成される複数の第２の検出信号のうちの少なくとも２つの差の、いずれかまたは両方を求める演算処理によって１つまたは２つの処理後信号を生成し、１つまたは２つの処理後信号を用いて、相対位置と対応関係を有する検出値を生成してもよい。

【0022】

あるいは、複数の検出器の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子とを含み、且つ、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含み合成磁界の第３の方向の成分の強度を表す第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含み合成磁界の第４の方向の成分の強度を表す第２の検出信号を生成する第２の検出回路とを含んでいてもよい。プロセッサは、複数の検出器の第１の検出回路によって生成される複数の第１の検出信号のうちの少なくとも２つの差を求めることを含む演算処理によって第１の処理後信号を生成し、複数の検出器の第２の検出回路によって生成される複数の第２の検出信号のうちの少なくとも２つの差を求めることを含む演算処理によって第２の処理後信号を生成し、第１の処理後信号と第２の処理後信号を用いて、相対位置と対応関係を有する検出値を生成してもよい。

【0023】

また、本発明の第１ないし第３の観点の位置検出装置において、少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子であり、少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であってもよい。あるいは、少なくとも１つの第１の磁気検出素子は、少なくとも１つの第１のホール素子であり、少なくとも１つの第２の磁気検出素子は、少なくとも１つの第２のホール素子であってもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明の第１ないし第３の観点の位置検出装置は、対象磁界を検出する複数の検出器を含んでいる。本発明では、複数の検出器の各々は、少なくともＡＧとＭによって規定された要件を満足するように配置されている。これにより、本発明によれば、ノイズ磁界に起因する誤差を低減しながら、検出値の誤差を十分に低減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す正面図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの第１の例における第１の検出回路の構成の一例を示す回路図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの第１の例における第２の検出回路の構成の一例を示す回路図である。

【図6】図４および図５における１つの磁気抵抗効果素子の一部を示す斜視図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの第２の例における第１の検出器の要部を示す斜視図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの第２の例における第１の検出回路の構成の一例を示す回路図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの第２の例における第２の検出回路の構成の一例を示す回路図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態における第１および第２の検出器が検出する対象磁界を示す説明図である。

【図11】第１および第２のシミュレーションにおける位置検出装置のモデルを示す説明図である。

【図12】第１のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図13】第２のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図14】図１３の一部を拡大して示す特性図である。

【図15】第３のシミュレーションの比較例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。

【図16】第３のシミュレーションの比較例のモデルにおける検出値の誤差を示す特性図である。

【図17】第３のシミュレーションの第１の実施例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。

【図18】第３のシミュレーションの第１の実施例のモデルにおける差動磁束密度を示す特性図である。

【図19】第３のシミュレーションの第１の実施例のモデルにおける検出値の誤差を示す特性図である。

【図20】第３のシミュレーションの第２の実施例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。

【図21】第３のシミュレーションの第２の実施例のモデルにおける差動磁束密度を示す特性図である。

【図22】第３のシミュレーションの第２の実施例のモデルにおける検出値の誤差を示す特性図である。

【図23】本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す斜視図である。

【図24】第４および第５のシミュレーションにおける位置検出装置のモデルを示す説明図である。

【図25】第４のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図26】第５のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図27】図２６の一部を拡大して示す特性図である。

【図28】本発明の第３の実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す斜視図である。

【図29】第６のシミュレーションにおける位置検出装置のモデルを示す説明図である。

【図30】第６のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図31】図３０の一部を拡大して示す特性図である。

【図32】第７のシミュレーションにおける位置検出装置のモデルを示す説明図である。

【図33】第７のシミュレーションの結果を示す特性図である。

【図34】図３３の一部を拡大して示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

［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位置検出装置の概略の構成について説明する。本実施の形態に係る位置検出装置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ＭＦを発生する。本実施の形態では、外部磁界ＭＦの一部であって、磁気センサ３が検出すべき磁界を、対象磁界と言う。磁気センサ３は、対象磁界と、対象磁界以外のノイズ磁界Ｍｅｘとを検出する。

【0027】

磁気スケール２は、第１の基準方向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。第１の基準方向Ｘ１は、直線的な方向である。また、磁気スケール２は、リニアスケールであり、第１の基準方向Ｘ１に沿って配置された複数の磁石を含んでいる。本実施の形態では特に、磁気スケール２は、複数の磁石として、同じ形状の３つの磁石４，５，６を含んでいる。外部磁界ＭＦは、３つの磁石４，５，６の各々が発生する磁界が合成されたものである。

【0028】

磁石４，５，６は、一方向にこの順に配置されている。磁石４，５，６は、互いに間隔を開けて配置されている。磁石４と磁石５の間隔と、磁石５と磁石６の間隔は、互いに等しい。また、磁石４，５，６の各々は、第１の基準方向Ｘ１の寸法である所定の幅Ｗを有している。磁石４の幅Ｗと磁石５の幅Ｗと磁石６の幅Ｗは、互いに等しい。

【0029】

磁気スケール２は、更に、ＮｉＦｅ等の磁性材料よりなるヨーク７を含んでいる。ヨーク７は、磁石４，５，６を磁気的に接続すると共に、磁石４，５，６を支持する基板として用いられる。ヨーク７は、一方向に長い板状である。また、ヨーク７は、上面７ａと下面７ｂを有している。磁石４，５，６は、ヨーク７の上面７ａの上に配置されている。磁気センサ３は、ヨーク７の上面７ａに対向するように配置されている。

【0030】

磁気スケール２は、更に、樹脂等の非磁性材料よりなり、磁石４，５，６とヨーク７の一部を覆う保護部８を含んでいる。なお、図２では、保護部８を省略している。

【0031】

ここで、図１および図２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、第１の基準方向Ｘ１に平行な一方向をＸ方向とする。また、Ｘ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Ｙ方向とＺ方向とする。図２では、Ｙ方向を図２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。－Ｘ方向は、本発明における第１の方向に対応する。Ｘ方向は、本発明における第２の方向に対応する。

【0032】

３つの磁石４，５，６は、Ｘ方向にこの順に配置されている。磁石４は、磁石４，５，６のうち、－Ｘ方向の最も前側に位置する。磁石６は、磁石４，５，６のうち、Ｘ方向の最も前側に位置する。

【0033】

磁石４は、ヨーク７の上面７ａから最も遠い上面４ａを有している。磁石５は、ヨーク７の上面７ａから最も遠い上面５ａを有している。磁石６は、ヨーク７の上面７ａから最も遠い上面６ａを有している。

【0034】

磁石４は、更に、磁石４における－Ｘ方向の前側に位置する第１の端部４ｂを有している。第１の端部４ｂは、第１の基準方向Ｘ１において互いに反対側に位置する磁石４の２つの端部のうちの１つであって、磁石６に対してより遠い位置にある端部である。また、磁石６は、更に、磁石６におけるＸ方向の前側に位置する第２の端部６ｂを有している。第２の端部６ｂは、第１の基準方向Ｘ１において互いに反対側に位置する磁石６の２つの端部のうちの１つであって、磁石４に対してより遠い位置にある端部である。

【0035】

また、３つの磁石４，５，６の各々は、Ｎ極とＳ極を有している。磁石４，６では、Ｎ極とＳ極は、－Ｚ方向にこの順に配置されている。磁石５では、Ｎ極とＳ極は、Ｚ方向にこの順に配置されている。

【0036】

ヨーク７は、上面７ａに垂直で下面７ｂから上面７ａに向かう方向がＺ方向に一致するような姿勢で配置されている。ヨーク７は、磁石４のＳ極側の端面と、磁石５のＮ極側の端面と、磁石６のＳ極側の端面を磁気的に接続している。ヨーク７は、磁石５のＮ極側の端面より発生された磁束が、磁石４のＳ極側の端面および磁石６のＳ極側の端面に効率的に流入するように、磁束の流れを制御する機能を有している。

【0037】

前述のように、磁気スケール２は、第１の基準方向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、単に、相対位置と言う。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、相対位置がＸ方向または－Ｘ方向に変化する。任意の位置における対象磁界の方向は、相対位置の変化に伴って任意の位置を中心として回転する。

【0038】

位置検出装置１は、相対位置を検出するための装置である。磁気センサ３は、相対位置と対応関係を有する検出値を生成する。本実施の形態では特に、磁気センサ３は、検出値として、基準平面内において所定の基準位置における対象磁界の方向が所定の方向に対してなす基準角度と対応関係を有する値θｓを生成する。以下、検出値を、検出値θｓとも記す。検出値θｓは、相対位置と対応関係を有する。

【0039】

本実施の形態では、検出値θｓの範囲を、相対位置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の範囲のみを、検出可能な相対位置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、相対位置を一意に特定することができる。

【0040】

ここで、第１の基準方向Ｘ１に直交する方向のうち、Ｚ方向および－Ｚ方向に平行な方向を第２の基準方向Ｚ１とする。磁気センサ３は、各々が磁気スケール２から離れた位置において対象磁界とノイズ磁界Ｍｅｘとの合成磁界を検出する複数の検出器を含んでいる。本実施の形態では、複数の検出器の各々は、磁気スケール２に対して第２の基準方向Ｚ１に離れた位置に配置されている。また、複数の検出器の各々は、合成磁界の第３の方向Ｄ３の成分を検出する少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、合成磁界の第３の方向Ｄ３とは異なる第４の方向Ｄ４の成分を検出する少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかまたは両方を含んでいる。本実施の形態では、複数の検出器の各々は、両方の磁気検出素子を含んでいる。すなわち、複数の検出器の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子とを含んでいる。第３の方向Ｄ３と第４の方向Ｄ４は、直交していてもよいし、直交していなくてもよい。本実施の形態では、Ｘ方向を第３の方向Ｄ３とし、Ｚ方向を第４の方向Ｄ４とする。

【0041】

本実施の形態では、磁気センサ３は、複数の検出器として、第１の検出器１０および第２の検出器２０を含んでいる。第１および第２の検出器１０，２０は、Ｙ方向から見て、第１の基準方向Ｘ１に沿って並ぶように配置されている。第１および第２の検出器１０，２０の各々のＹ方向の位置は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、第１および第２の検出器１０，２０は、磁気スケール２と交差し且つＸＺ平面に平行な同一平面上に位置する。また、第１および第２の検出器１０，２０は、同一の筐体内に設けられていてもよいし、別々の筐体内に設けられていてもよい。

【0042】

第１の検出器１０は、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界とノイズ磁界Ｍｅｘとの合成磁界である第１の合成磁界ＭＦ１を検出する。第２の検出器２０は、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界とノイズ磁界Ｍｅｘとの合成磁界である第２の合成磁界ＭＦ２を検出する。本実施の形態では、第１の検出器１０は、第１の検出位置Ｐ１に配置されているものとする。同様に、第２の検出器２０は、第２の検出位置Ｐ２に配置されているものとする。

【0043】

以下、第１の検出器１０が検出する対象磁界、すなわち第１の検出位置Ｐ１における対象磁界を第１の部分磁界と言い、符号ＭＦａで表す。また、第２の検出器２０が検出する対象磁界、すなわち第２の検出位置Ｐ２における対象磁界を第２の部分磁界と言い、符号ＭＦｂで表す。第１および第２の部分磁界ＭＦａ，ＭＦｂは、後で説明する図１０に示されている。第１の合成磁界ＭＦ１は、第１の部分磁界ＭＦａとノイズ磁界Ｍｅｘとの合成磁界である。第２の合成磁界ＭＦ２は、第２の部分磁界ＭＦｂとノイズ磁界Ｍｅｘとの合成磁界である。

【0044】

第２の検出位置Ｐ２におけるノイズ磁界Ｍｅｘの方向および強度は、それぞれ第１の検出位置Ｐ１におけるノイズ磁界Ｍｅｘの方向および強度と等しい。ノイズ磁界Ｍｅｘは、その方向と強度が時間的に一定の磁界であってもよいし、その方向と強度が時間的に周期的に変化する磁界であってもよいし、その方向と強度が時間的にランダムに変化する磁界であってもよい。

【0045】

次に、図３を参照して、磁気センサ３の構成について詳しく説明する。図３は、磁気センサ３の構成を示すブロック図である。前述の通り、磁気センサ３は、第１および第２の検出器１０，２０を含んでいる。第１および第２の検出器１０，２０の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子を含む第１の検出回路と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子を含む第２の検出回路とを含んでいる。第１の検出回路は、合成磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度と対応関係を有する第１の検出信号を生成する。第２の検出回路は、合成磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度と対応関係を有する第２の検出信号を生成する。以下、第１の検出器１０の第１の検出回路を符号１１で表し、第１の検出器１０の第２の検出回路を符号１２で表す。また、第２の検出器２０の第１の検出回路を符号２１で表し、第２の検出器２０の第２の検出回路を符号２２で表す。

【0046】

第１の検出器１０の第１の検出回路１１は、第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３の強度を表す第１の検出信号Ｓ１１を生成する。第１の検出器１０の第２の検出回路１２は、第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４の強度を表す第２の検出信号Ｓ１２を生成する。第１の合成磁界ＭＦ１の主成分は第１の部分磁界ＭＦａである。従って、第１の検出信号Ｓ１１は、第１の部分磁界ＭＦａの第３の方向Ｄ３の成分の強度と対応関係を有し、第２の検出信号Ｓ１２は、第１の部分磁界ＭＦａの第４の方向Ｄ４の成分の強度と対応関係を有している。

【0047】

第２の検出器２０の第１の検出回路２１は、第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３の強度を表す第１の検出信号Ｓ２１を生成する。第２の検出器２０の第２の検出回路２２は、第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４の強度を表す第２の検出信号Ｓ２２を生成する。第２の合成磁界ＭＦ２の主成分は第２の部分磁界ＭＦｂである。従って、第１の検出信号Ｓ２１は、第２の部分磁界ＭＦｂの第３の方向Ｄ３の成分の強度と対応関係を有し、第２の検出信号Ｓ２２は、第２の部分磁界ＭＦｂの第４の方向Ｄ４の成分の強度と対応関係を有している。

【0048】

磁気センサ３は、更に、プロセッサ３０を含んでいる。プロセッサ３０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。第１および第２の検出器１０，２０が同じ筐体内に設けられている場合、プロセッサ３０は、その全体が、第１および第２の検出器１０，２０と同じ筐体内に設けられていてもよいし、その少なくとも一部が、第１および第２の検出器１０，２０を含む筐体とは物理的に離れた位置に設けられていてもよい。第１の検出器１０が第１の筐体内に設けられ、第２の検出器２０が第１の筐体とは異なる第２の筐体内に設けられている場合、プロセッサ３０は、その少なくとも一部が、第１の筐体と第２の筐体のいずれかまたは両方に設けられていてもよいし、その少なくとも一部が、第１および第２の筐体とは物理的に離れた位置に設けられていてもよい。

【0049】

プロセッサ３０は、アナログ－デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す。）３１，３２，３３，３４を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器３１は、第１の検出信号Ｓ１１をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３２は、第２の検出信号Ｓ１２をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３３は、第１の検出信号Ｓ２１をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３４は、第２の検出信号Ｓ２２をデジタル信号に変換する。

【0050】

磁気センサ３は、更に、第１の処理部３５と、第２の処理部３６と、第３の処理部３７とを含んでいる。第１ないし第３の処理部３５～３７は、機能ブロックであってもよいし、物理的に別個の回路であってもよい。

【0051】

第１の処理部３５は、２つの第１の検出回路１１，２１によって生成される２つの第１の検出信号Ｓ１１，Ｓ２１の差を求めることを含む演算処理によって、第１の処理後信号Ｓａを生成する。本実施の形態では特に、第１の処理部３５は、Ａ／Ｄ変換器３１によってデジタル信号に変換された第１の検出信号Ｓ１１と、Ａ／Ｄ変換器３３によってデジタル信号に変換された第１の検出信号Ｓ２１との差Ｓ２１－Ｓ１１の差に対応する第１の処理後信号Ｓａを生成する。第１の処理後信号Ｓａは、差Ｓ２１－Ｓ１１そのものであってもよいし、差Ｓ２１－Ｓ１１にゲイン調整およびオフセット調整等の所定の補正を加えたものであってもよい。

【0052】

第２の処理部３６は、２つの第２の検出回路１２，２２によって生成される２つの第２の検出信号Ｓ１２，Ｓ２２の差を求めることを含む演算処理によって、第２の処理後信号Ｓｂを生成する。本実施の形態では特に、第２の処理部３６は、Ａ／Ｄ変換器３２によってデジタル信号に変換された第２の検出信号Ｓ１２と、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタル信号に変換された第２の検出信号Ｓ２２との差Ｓ２２－Ｓ１２に対応する第２の処理後信号Ｓｂを生成する。第２の処理後信号Ｓｂは、差Ｓ２２－Ｓ１２そのものであってもよいし、差Ｓ２２－Ｓ１２に対してゲイン調整およびオフセット調整等の所定の補正を加えたものであってもよい。

【0053】

第３の処理部３７は、第１および第２の処理後信号Ｓａ，Ｓｂを用いて、検出値θｓを生成する。具体的には、第３の処理部３７は、例えば、ＳａとＳｂの比のアークタンジェントを計算することによって、θｓを算出する。第３の処理部３７は、ＳａとＳｂの比のアークタンジェントを計算することによって得られた角度（以下、角度推定値と言う。）そのものを検出値θｓとしてもよい。あるいは、第３の処理部３７は、角度推定値に対して位相の調整等の所定の補正を加えたものを検出値θｓとしてもよい。

【0054】

ここで、第１の合成磁界ＭＦ１の方向と強度を表す第１のベクトルＶ１と、第２の合成磁界ＭＦ２の方向と強度を表す第２のベクトルＶ２を考える。また、大きさが第１のベクトルＶ１と同じであり方向が第１のベクトルＶ１とは反対のベクトル－Ｖ１と、第２のベクトルＶ２との合成ベクトルＶ２－Ｖ１を考える。第１の処理後信号Ｓａが、差Ｓ２１－Ｓ１１そのものであるとすると、第１の処理後信号Ｓａは、合成ベクトルＶ２－Ｖ１の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の大きさと対応関係を有している。また、第２の処理後信号Ｓｂが、差Ｓ２２－Ｓ１２そのものであるとすると、第２の処理後信号Ｓｂは、合成ベクトルＶ２－Ｖ１の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の大きさと対応関係を有している。角度推定値は、ＳａとＳｂの比のアークタンジェントを計算することによって得られることから、角度推定値は、合成ベクトルＶ２－Ｖ１の方向と対応関係を有している。また、ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ２－Ｖ１の方向と、前記の基準角度は、相対位置の変化に伴って変化する。従って、角度推定値は、基準角度と対応関係を有すると共に、相対位置と対応関係を有している。以上のことから、検出値θｓは、基準角度と対応関係を有すると共に、相対位置と対応関係を有している。

【0055】

次に、磁気センサ３の第１ないし第３の例について説明する。始めに、磁気センサ３の第１の例について説明する。第１の例では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子として少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子を含み、少なくとも１つの第２の磁気検出素子として少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子を含んでいる。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。

【0056】

図４は、第１の例における第１の検出器１０の第１の検出回路１１の具体的な構成の一例を示している。この例では、第１の検出器１０の第１の検出回路１１は、２つの第１のＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２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。第１のＭＲ素子Ｒ１１の一端は、電源ポートＶ１１に接続されている。第１のＭＲ素子Ｒ１１の他端は、第１のＭＲ素子Ｒ１２の一端と出力ポートＥ１１に接続されている。第１のＭＲ素子Ｒ１２の他端は、グランドポートＧ１１に接続されている。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。出力ポートＥ１１は、第１のＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点の電位に対応する信号を出力する。

【0057】

第１の例では、第２の検出器２０の第１の検出回路２１の構成は、第１の検出器１０の第１の検出回路１１の構成と同じである。そのため、以下の説明では、第１の検出回路２１の構成要素について、第１の検出回路１１の構成要素と同じ符号を用いる。

【0058】

図５は、第１の例における第１の検出器１０の第２の検出回路１２の具体的な構成の一例を示している。この例では、第１の検出器１０の第２の検出回路１２は、２つの第２のＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２２と、電源ポートＶ１２と、グランドポートＧ１２と、出力ポートＥ１２とを含んでいる。第２のＭＲ素子Ｒ２１の一端は、電源ポートＶ１２に接続されている。第２のＭＲ素子Ｒ２１の他端は、第２のＭＲ素子Ｒ２２の一端と出力ポートＥ１２に接続されている。第２のＭＲ素子Ｒ２２の他端は、グランドポートＧ１２に接続されている。電源ポート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Ｇ１２はグランドに接続される。出力ポートＥ１２は、第２のＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点の電位に対応する信号を出力する。

【0059】

第１の例では、第２の検出器２０の第２の検出回路２２の構成は、第１の検出器１０の第２の検出回路１２の構成と同じである。そのため、以下の説明では、第２の検出回路２２の構成要素について、第２の検出回路１２の構成要素と同じ符号を用いる。

【0060】

ＭＲ素子は、例えばスピンバルブ型のＭＲ素子である。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、対象磁界の方向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ＭＲ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および図５においてＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２に描いた矢印は、それぞれ、それらに含まれる磁化固定層の磁化の方向を表している。

【0061】

第１の検出器１０の第１の検出回路１１では、第１のＭＲ素子Ｒ１１の磁化固定層の磁化の方向は第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）であり、第１のＭＲ素子Ｒ１２の磁化固定層の磁化の方向は第３の方向Ｄ３とは反対方向である。この場合、第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３の成分の強度に応じて、第１のＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点の電位が変化する。従って、第１の検出回路１１は、第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３の成分を検出して、その強度を表す信号を第１の検出信号Ｓ１１として出力する。

【0062】

第１の検出器１０の第２の検出回路１２では、第２のＭＲ素子Ｒ２１の磁化固定層の磁化の方向は第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）であり、第２のＭＲ素子Ｒ２２の磁化固定層の磁化の方向は第４の方向Ｄ４とは反対の方向である。この場合、第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４の成分の強度に応じて、第２のＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点の電位が変化する。従って、第２の検出回路１２は、第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４の成分を検出して、その強度を表す信号を第２の検出信号Ｓ１２として出力する。

【0063】

第２の検出器２０の第１の検出回路２１では、第１のＭＲ素子Ｒ１１の磁化固定層の磁化の方向は第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）であり、第１のＭＲ素子Ｒ１２の磁化固定層の磁化の方向は第３の方向Ｄ３とは反対の方向である。この場合、第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３の成分の強度に応じて、第１のＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２の接続点の電位が変化する。従って、第１の検出回路２１は、第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３の成分を検出して、その強度を表す信号を第１の検出信号Ｓ２１として出力する。

【0064】

第２の検出器２０の第２の検出回路２２では、第２のＭＲ素子Ｒ２１の磁化固定層の磁化の方向は第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）であり、第２のＭＲ素子Ｒ２２の磁化固定層の磁化の方向は第４の方向Ｄ４とは反対の方向である。この場合、第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４の成分の強度に応じて、第２のＭＲ素子Ｒ２１，Ｒ２２の接続点の電位が変化する。従って、第２の検出回路２２は、第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４の成分を検出して、その強度を表す信号を第２の検出信号Ｓ２２として出力する。

【0065】

検出回路１１，１２，２１，２２内の複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

【0066】

なお、上述のように、検出信号Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２が対象磁界の一方向の成分の強度を表すようにするためには、ＭＲ素子の抵抗値が、第１および第２の合成磁界ＭＦ１，ＭＦ２の強度の範囲内では飽和しないことと、対象磁界の一方向の成分の強度の変化とＭＲ素子の抵抗値の変化との関係が、線形性の関係を満足することが必要である。上記の要件を満たすために、ＭＲ素子Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２として、磁界の一方向の成分の強度を検出するタイプのＭＲ素子を用いてもよい。このタイプのＭＲ素子は、例えばＭＲ素子の平面形状をほぼ矩形にすることによって、磁界の一方向の成分の強度の変化に対して、ＭＲ素子の自由層の磁化の方向が実質的に一定の速度で変化するように構成されている。

【0067】

ここで、図６を参照して、ＭＲ素子の構成の一例について説明する。図６は、図４および図５に示した第１および第２の検出回路１１，１２における１つのＭＲ素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つのＭＲ素子は、複数の下部電極６２と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極６３とを有している。複数の下部電極６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極６２は細長い形状を有している。下部電極６２の長手方向に隣接する２つの下部電極６２の間には、間隙が形成されている。図６に示したように、下部電極６２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ膜５０が配置されている。ＭＲ膜５０は、下部電極６２側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３および反強磁性層５４を含んでいる。自由層５１は、下部電極６２に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極６３は、複数のＭＲ膜５０の上に配置されている。個々の上部電極６３は細長い形状を有し、下部電極６２の長手方向に隣接する２つの下部電極６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図６に示したＭＲ素子は、複数の下部電極６２と複数の上部電極６３とによって直列に接続された複数のＭＲ膜５０を有している。なお、ＭＲ膜５０における層５１～５４の配置は、図６に示した配置とは上下が反対でもよい。

【0068】

次に、磁気センサ３の第２の例について説明する。第２の例では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子として少なくとも１つの第１のホール素子を含み、少なくとも１つの第２の磁気検出素子として少なくとも１つの第２のホール素子を含んでいる。第２の例では特に、第１および第２のホール素子は、いずれも、合成磁界のＹ方向に平行な方向の成分の強度を検出するような姿勢で配置されている。

【0069】

図７は、第２の例における第１の検出器１０の要部を示す斜視図である。第２の例では、第１の検出回路１１は、２つの第１のホール素子Ｈ１，Ｈ３を含み、第２の検出回路１２は、２つの第２のホール素子Ｈ２，Ｈ４を含んでいる。第１の検出器１０は、更に、非磁性材料よりなり上面４１ａを有する基板４１と、磁性材料よりなるヨーク４２とを含んでいる。上面４１ａは、ＸＺ平面に平行である。

【0070】

ホール素子Ｈ１～Ｈ４は、上面４１ａの近傍において、感磁面が上面４１ａに平行になるような姿勢で基板４１に埋め込まれている。第１のホール素子Ｈ１，Ｈ３は、Ｘ方向に並ぶように配置されている。第２のホール素子Ｈ２，Ｈ４は、Ｚ方向に並ぶように配置されている。

【0071】

ヨーク４２は、円板状である。ヨーク４２は、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４１の上面４１ａの上に配置されている。第１のホール素子Ｈ１は、ヨーク４２の－Ｘ方向の端の近傍に位置する。第２のホール素子Ｈ２は、ヨーク４２の－Ｚ方向の端の近傍に位置する。第１のホール素子Ｈ３は、ヨーク４２のＸ方向の端の近傍に位置する。第２のホール素子Ｈ４は、ヨーク４２のＺ方向の端の近傍に位置する。

【0072】

図８は、第２の例における第１の検出回路１１の具体的な構成の一例を示している。図９は、第２の例における第２の検出回路１２の具体的な構成の一例を示している。図８に示したように、第１の検出回路１１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１３とを含んでいる。図９に示したように、第２の検出回路１２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２３とを含んでいる。図８および図９に示したように、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。

【0073】

第１の検出回路１１では、第１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のホール素子Ｈ１，Ｈ３のグランド端子Ｈｃと、第１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１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。

【0074】

第２の検出回路１２では、第２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のホール素子Ｈ２，Ｈ４のグランド端子Ｈｃと、第２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２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。

【0075】

第１の検出器１０では、ヨーク４２は、第１の合成磁界ＭＦ１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、第１の合成磁界ＭＦ１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４２は、第１の合成磁界ＭＦ１のＸ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１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４２が第１の合成磁界ＭＦ１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４２が第１の合成磁界ＭＦ１のＸ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

【0076】

第１の検出回路１１では、第１のホール素子Ｈ１，Ｈ３は、第１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、第１の合成磁界ＭＦ１のＸ方向または－Ｘ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差は、第１の合成磁界ＭＦ１のＸ方向すなわち第３の方向Ｄ３の成分の強度に応じて変化する。差分検出器１３は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号、すなわち第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度を表す信号を、第１の検出信号Ｓ１１として出力する。

【0077】

また、第１の検出器１０では、ヨーク４２は、第１の合成磁界ＭＦ１のＺ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２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４２が第１の合成磁界ＭＦ１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４２が第１の合成磁界ＭＦ１のＺ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

【0078】

第２の検出回路１２では、第２のホール素子Ｈ２，Ｈ４は、第２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、第１の合成磁界ＭＦ１のＺ方向または－Ｚ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２３，Ｅ２４の電位差は、第１の合成磁界ＭＦ１のＺ方向すなわち第４の方向Ｄ４の成分の強度に応じて変化する。差分検出器２３は、出力ポートＥ２３，Ｅ２４の電位差に対応する信号、すなわち第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度を表す信号を、第２の検出信号Ｓ１２として出力する。

【0079】

第２の例における第２の検出器２０ならびに第１および第２の検出回路２１，２２の構成は、図７ないし図９に示した第１の検出器１０ならびに第１および第２の検出回路１１，１２の構成と同じである。そのため、以下の説明では、第２の検出器２０ならびに第１および第２の検出回路２１，２２の構成要素について、第１の検出器１０ならびに第１および第２の検出回路１１，１２の構成要素と同じ符号を用いる。

【0080】

第２の検出器２０では、ヨーク４２は、第２の合成磁界ＭＦ２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、第２の合成磁界ＭＦ２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４２は、第２の合成磁界ＭＦ２のＸ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１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４２が第２の合成磁界ＭＦ２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４２が第２の合成磁界ＭＦ２のＸ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

【0081】

第１の検出回路２１では、第１のホール素子Ｈ１，Ｈ３は、第１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、第２の合成磁界ＭＦ２のＸ方向または－Ｘ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差は、第２の合成磁界ＭＦ２のＸ方向すなわち第３の方向Ｄ３の成分の強度に応じて変化する。差分検出器１３は、出力ポートＥ２１，Ｅ２２の電位差に対応する信号、すなわち第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度を表す信号を、第１の検出信号Ｓ２１として出力する。

【0082】

また、第２の検出器２０では、ヨーク４２は、第２の合成磁界ＭＦ２のＺ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２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４２が第２の合成磁界ＭＦ２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４２が第２の合成磁界ＭＦ２のＺ方向の成分を受けた場合とは逆になる。

【0083】

第２の検出回路２２では、第２のホール素子Ｈ２，Ｈ４は、第２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、第２の合成磁界ＭＦ２のＺ方向または－Ｚ方向の成分を検出する。出力ポートＥ２３，Ｅ２４の電位差は、第２の合成磁界ＭＦ２のＺ方向すなわち第４の方向Ｄ４の成分の強度に応じて変化する。差分検出器２３は、出力ポートＥ２３，Ｅ２４の電位差に対応する信号、すなわち第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度を表す信号を、第２の検出信号Ｓ１２として出力する。

【0084】

次に、磁気センサ３の第３の例について説明する。第３の例では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第２の例と同様に、少なくとも１つの第１の磁気検出素子として少なくとも１つの第１のホール素子を含み、少なくとも１つの第２の磁気検出素子として少なくとも１つの第２のホール素子を含んでいる。

【0085】

第３の例では特に、第１のホール素子は、合成磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）に平行な方向の成分の強度を検出するような姿勢で配置されている。具体的には、第１のホール素子は、感磁面がＹＺ平面に平行になるような姿勢で配置されている。また、第２のホール素子は、合成磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）に平行な方向の成分の強度を検出するような姿勢で配置されている。具体的には、第２のホール素子は、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、第３の例では、第１および第２の検出器１０，２０には、図６に示したヨーク４２が設けられていない。

【0086】

第３の例では、第１の検出器１０の第１の検出回路１１と第２の検出器２０の第１の検出回路２１は、第１のホール素子を含んでいる。第１の検出器１０の第２の検出回路１２と第２の検出器２０の第２の検出回路２２は、第２のホール素子を含んでいる。第１の検出回路１１，２１の具体的な構成は、図８に示した第２の例における第１の検出回路１１の構成と同じであってもよい。また、第２の検出回路１２，２２の具体的な構成は、図９に示した第２の例における第２の検出回路１２の構成と同じであってもよい。

【0087】

次に、本実施の形態に係る位置検出装置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、プロセッサ３０は、第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３の成分の強度を表す第１の検出信号Ｓ１１と、第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３の成分の強度を表す第１の検出信号Ｓ２１の差を求めることを含む演算処理によって第１の処理後信号Ｓａを生成し、第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４の成分の強度を表す第２の検出信号Ｓ１２と、第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４の成分の強度を表す第２の検出信号Ｓ２２の差を求めることを含む演算処理によって第２の処理後信号Ｓｂを生成し、第１の処理後信号Ｓａと第２の処理後信号Ｓｂに基づいて、相対位置と対応関係を有する検出値θｓを生成する。

【0088】

本実施の形態によれば、第１の検出信号Ｓ１１，Ｓ２１の差に対応する第１の処理後信号Ｓａを生成し、第２の検出信号Ｓ１２，Ｓ２２の差に対応する第２の処理後信号Ｓｂを生成することによって、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因した誤差を低減することができる。以下、その理由について詳しく説明する。

【0089】

図１０は、第１および第２の検出器１０，２０が検出する対象磁界を示す説明図である。図１０において、記号ＭＦａを付した矢印は、第１の部分磁界ＭＦａを表し、記号ＭＦｂを付した矢印は、第２の部分磁界ＭＦｂを表している。

【0090】

また、図１０において、記号ＰＬは基準平面を示し、記号Ｐ０は基準位置を示し、記号ＭＦｒを付した矢印は基準位置Ｐ０における対象磁界を表している。基準位置Ｐ０は、第１の検出位置Ｐ１と第２の検出位置Ｐ２の中間の位置とする。基準平面ＰＬは、磁気スケール２と交差するＸＺ平面に平行な平面である。第１および第２の検出位置Ｐ１，Ｐ２と基準位置Ｐ０は、いずれも、基準平面ＰＬ内にある。

【0091】

以下、基準位置Ｐ０における対象磁界を、基準磁界ＭＦｒと言う。基準磁界ＭＦｒの方向は、相対位置の変化に伴って基準位置Ｐ０を中心として回転する。また、第１の部分磁界ＭＦａの方向は、相対位置の変化に伴って第１の検出位置Ｐ１を中心として回転する。また、第２の部分磁界ＭＦｂの方向は、相対位置の変化に伴って第２の検出位置Ｐ２を中心として回転する。

【0092】

ここで、基準磁界ＭＦｒの方向が第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）に対してなす角度を記号θで表す。また、第１の部分磁界ＭＦａの方向が基準磁界ＭＦｒの方向に対してなす角度を記号α１で表し、第２の部分磁界ＭＦｂの方向が基準磁界ＭＦｒの方向に対してなす角度を記号α２で表す。また、第１および第２の部分磁界ＭＦａ，ＭＦｂの強度をＢとし、ノイズ磁界Ｍｅｘの強度をＢｅｘとし、第１の検出位置Ｐ１におけるノイズ磁界Ｍｅｘの方向が第４の方向Ｄ４に対してなす角度（第２の検出位置Ｐ２におけるノイズ磁界Ｍｅｘの方向が第４の方向Ｄ４に対してなす角度と同じ）を記号θｅｘとする。第１の検出器１０が検出する第１の合成磁界ＭＦ１の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度Ｂｘ１と、第２の検出器２０が検出する第２の合成磁界ＭＦ２の第３の方向Ｄ３の成分の強度Ｂｘ２は、それぞれ、下記の式（１）、（２）によって表すことができる。

【0093】

Ｂｘ１＝Ｂ＊ｓｉｎ（θ＋α１）＋Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘ …（１）
Ｂｘ２＝Ｂ＊ｓｉｎ（θ－α２）＋Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘ …（２）

【0094】

式（１）、（２）において、Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘは、ノイズ磁界Ｍｅｘの第３の方向Ｄ３の成分の強度を表している。

【0095】

同様に、第１の検出器１０が検出する第１の合成磁界ＭＦ１の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度Ｂｚ１と、第２の検出器２０が検出する第２の合成磁界ＭＦ２の第４の方向Ｄ４の成分の強度Ｂｚ２は、それぞれ、下記の式（３）、（４）によって表すことができる。

【0096】

Ｂｚ１＝Ｂ＊ｃｏｓ（θ＋α１）＋Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘ …（３）
Ｂｚ２＝Ｂ＊ｃｏｓ（θ－α２）＋Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘ …（４）

【0097】

式（３）、（４）において、Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘは、ノイズ磁界Ｍｅｘの第４の方向Ｄ４の成分の強度を表している。

【0098】

以下、第１の検出信号Ｓ１１を強度Ｂｘ１と任意の定数Ｃとの積Ｃ＊Ｂｘ１とし、第１の検出信号Ｓ２１を強度Ｂｘ２と任意の定数Ｃとの積Ｃ＊Ｂｘ２とする。第１の処理後信号Ｓａを、第１の検出信号Ｓ１１，Ｓ２１との差Ｓ２１－Ｓ１１そのものとすると、第１の処理後信号Ｓａは、下記の式（５）によって表される。

【0099】

Ｓａ＝Ｃ＊Ｂｘ２－Ｃ＊Ｂｘ１
＝Ｃ（Ｂ＊ｓｉｎ（θ－α２）＋Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘ）
－Ｃ（Ｂ＊ｓｉｎ（θ＋α１）＋Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘ）
＝Ｃ＊Ｂ（ｓｉｎ（θ－α２）－ｓｉｎ（θ＋α１）） …（５）

【0100】

また、第２の検出信号Ｓ１２を強度Ｂｚ１と定数Ｃとの積Ｃ＊Ｂｚ１とし、第２の検出信号Ｓ２２を強度Ｂｚ２と定数Ｃとの積Ｃ＊Ｂｚ２とする。第２の処理後信号Ｓｂを、第２の検出信号Ｓ１２，Ｓ２２の差Ｓ２２－Ｓ１２そのものとすると、第２の処理後信号Ｓｂは、下記の式（６）によって表される。

【0101】

Ｓｂ＝Ｃ＊Ｂｚ２－Ｃ＊Ｂｚ１
＝Ｃ（Ｂ＊ｃｏｓ（θ－α２）＋Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘ）
－Ｃ（Ｂ＊ｃｏｓ（θ＋α１）＋Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘ）
＝Ｃ＊Ｂ（ｃｏｓ（θ－α２）－ｃｏｓ（θ＋α１）） …（６）

【0102】

式（５）に示したように、第１の検出信号Ｓ１１，Ｓ２１の差を求めると、Ｂｅｘ＊ｓｉｎθｅｘが相殺されて、ノイズ磁界Ｍｅｘに依存しない信号が得られる。また、式（６）に示したように、第２の検出信号Ｓ１２，Ｓ２２の差を求めると、Ｂｅｘ＊ｃｏｓθｅｘが相殺されて、ノイズ磁界Ｍｅｘに依存しない信号が得られる。そして、第１および第２の処理後信号Ｓａ，Ｓｂに基づいて検出値θｓを生成することにより、検出値θｓのノイズ磁界Ｍｅｘに起因した誤差を低減することができる。

【0103】

ところで、ここまでは、対象磁界の方向が理想的に変化する場合を想定して、本実施の形態に効果について説明してきた。対象磁界の方向が理想的に変化する場合とは、相対位置の変化と、任意の位置における対象磁界の方向が所定の方向に対してなす角度の変化との関係が、線形性を満たす関係にある場合である。以下、対象磁界の方向が理想的に変化する場合を、理想状態と言う。理想状態では、図１０に示したα１とα２は、同じ角度になる。

【0104】

図１０に示したθが０°、９０°、１８０°および２７０°となる相対位置以外の相対位置では、磁気スケール２からの距離が変化すると、任意の位置における対象磁界の方向は、理想状態における方向からずれてしまう。その結果、図１０に示したα１とα２は、互いに異なる角度となる。そのため、第１および第２の処理後信号Ｓａ，Ｓｂの各々の値が、理想状態における値、すなわちα１とα２が同じ角度になるときの値からずれてしまい、検出値θｓに、磁気スケール２に起因した誤差が生じ得る。更に、第１および第２の検出器１０，２０の位置によっては、検出値θｓの誤差が大きくなってしまう場合があった。これに対し、本願の発明者は、磁気スケール２の構造と第１および第２の検出器１０，２０に関連する複数のパラメータに着目することによって、検出値θｓの誤差を小さくする条件を見出した。以下、検出値θｓの誤差を小さくする条件について調べた第１および第２のシミュレーションの結果について説明する。

【0105】

始めに、第１および第２のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルについて説明する。図１１は、位置検出装置のモデルを示す説明図である。位置検出装置のモデルは、本実施の形態に係る位置検出装置１を基にして作成したモデルである。図１１において、記号Ｐｎは、第１の検出器１０または第２の検出器２０（図１および図２参照）が配置された位置すなわち第１の検出位置Ｐ１または第２の検出位置Ｐ２を示している。記号ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４，５，６から第１の検出器１０または第２の検出器２０までの間隔を表している。本実施の形態では、間隔ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４，５，６の上面４ａ，５ａ，６ａから位置Ｐｎまでの間隔とする。

【0106】

また、図１１において、記号Ｌは、可動範囲の大きさを示している。記号Ｍは、磁石４の第１の端部４ｂから磁石６の第２の端部６ｂまでの距離を示している。なお、第１および第２のシミュレーションでは、ヨーク７の第１の基準方向Ｘ１の寸法を、距離Ｍと同じ値にした。また、第１および第２のシミュレーションでは、ヨーク７の第２の基準方向Ｚ１における寸法を２ｍｍとし、ヨーク７のＹ方向に平行な方向の寸法を５ｍｍとした。

【0107】

また、第１および第２のシミュレーションでは、磁石４，５，６の各々の幅Ｗと磁石４，５，６の各々の第２の基準方向Ｚ１における寸法を、可動範囲の大きさＬの４分の１とし、磁石４，５，６の各々のＹ方向に平行な方向の寸法を５ｍｍとした。

【0108】

また、第１および第２のシミュレーションでは、ノイズ磁界Ｍｅｘの方向を－Ｚ方向とし、ノイズ磁界Ｍｅｘの強度に対応する磁束密度の大きさを５ｍＴとした。

【0109】

ここで、パラメータＰを、下記の式（７）のように定義する。

【0110】

Ｐ＝（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１） …（７）

【0111】

式（７）において、ｎは、磁気スケール２の磁石の数を表している。本実施の形態では、ｎは３である。パラメータＰは、磁石４と磁石５の間隔および磁石５と磁石６の間隔を表している。

【0112】

次に、第１のシミュレーションの結果について説明する。第１のシミュレーションでは、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗおよび相対位置を変化させて、位置Ｐｎにおける対象磁界の方向と強度の変化を求めた。そして、相対位置毎に、検出値θｓと検出値θｓの誤差を求めた。ここで、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上における検出値θｓの値を、検出値の理想値と言う。第１のシミュレーションでは、任意の相対位置における検出値θｓから、その相対位置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、検出値θｓの誤差とした。なお、第１のシミュレーションでは、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の値が常に１になるように、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗを変化させた。

【0113】

また、第１のシミュレーションでは、ＡＧは、２～５０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｌは、５～４０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｍは、５．２５～１１０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｗは、１．２５～１０ｍｍの範囲内で変化させた。

【0114】

図１２は、第１のシミュレーション結果を示す特性図である。第１のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差が、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝の変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図１２において、横軸は（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝を示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図１２に示したように、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝が大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなっている。（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は０．５０以上であることが好ましく、０．７５以上であることがより好ましい。その理由については、後で説明する。

【0115】

なお、Ｍを大きくしすぎると、磁気スケール２が大きくなってしまい、位置検出装置１を適用できる装置が限定されてしまう。また、Ｌを小さくしすぎると、可動範囲に対して磁気スケール２の大きさが過剰になってしまう。これらを防止する観点から、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は、１．５以下であることが好ましい。

【0116】

次に、第２のシミュレーションの結果について説明する。第２のシミュレーションでは、第１のシミュレーションと同様に、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗおよび相対位置を変化させたときの検出値θｓの誤差を求めた。なお、第２のシミュレーションでは、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝が常に１になるように、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗを変化させた。

【0117】

また、第２のシミュレーションでは、ＡＧは、１～４２．５ｍｍの範囲内で変化させた。Ｌは、５～４０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｍは、１１．２５～９０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｗは、１．２５～１０ｍｍの範囲内で変化させた。

【0118】

図１３は、第２のシミュレーションの結果を示す特性図である。図１４は、図１３の一部を拡大して示す特性図である。第２のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差が、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図１３および図１４において、横軸はＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）を示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図１３および図１４に示したように、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）が大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなる。ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。その理由については、後で説明する。

【0119】

なお、ＡＧを大きくしすぎると、第１および第２の検出位置Ｐ１，Ｐ２における対象磁界の強度が小さくなってしまい、検出値θｓのノイズ磁界Ｍｅｘに起因した誤差を十分に低減することができなくなってしまう。また、Ｍを小さくしすぎると、Ｌも小さくなってしまい、位置検出装置１を適用できる装置が限定されてしまう。これらを防止する観点から、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は、２以下であることが好ましい。

【0120】

図１２ないし図１４に示した第１および第２のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差は、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝よりも、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の影響が大きいことが分かる。従って、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）に着目して、第１および第２の検出器１０，２０を配置することにより、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。

【0121】

本実施の形態では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第２のシミュレーションの結果に基づいて、下記の式（８）を満足するように配置されている。

【0122】

ＡＧ＝Ｎ（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１） …（８）

【0123】

式（８）において、Ｎは、図１３および図１４の横軸の値に対応する。Ｎは、０．４以上２以下の数である。

【0124】

本実施の形態によれば、第１および第２の検出器１０，２０の各々を、式（８）を満足するように配置することにより、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差を低減しながら、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。また、Ｎは、０．５以上２以下の数であることが好ましい。Ｎを０．５以上２以下の数とすることにより、Ｎが０．４以上０．５未満の数である場合に比べて検出値θｓの誤差をより低減することができる。

【0125】

また、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第１のシミュレーションの結果に基づいて、下記の式（９）を満足するように配置されていてもよい。これにより、本実施の形態によれば、検出値θｓの誤差をより低減することができる。

【0126】

０．５≦（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝≦１．５ …（９）

【0127】

なお、第２の実施の形態で説明するように、式（８）、（９）は、ｎが３以外の場合にも当てはまる。

【0128】

また、本実施の形態では、磁石４，５，６は、互いに間隔を開けて配置されている。しかし、磁石４，５，６のうち第１の基準方向Ｘ１において隣接する２つの磁石の間隔は０でもよい。従って、磁石４，５，６の各々の幅Ｗは、０よりも大きくＭ／ｎ以下である。

【0129】

次に、第３のシミュレーションの結果を参照して、本実施の形態の効果について更に説明する。始めに、第３のシミュレーションで用いた比較例のモデルと、第１および第２の実施例のモデルについて説明する。比較例のモデルは、本実施の形態における第１および第２の検出器１０，２０の代わりに、１つの検出器を含む比較例の位置検出装置のモデルである。比較例の位置検出装置では、検出器は、本実施の形態における第１および第２の検出器１０，２０と同様に、第１および第２の検出信号を生成する。比較例の位置検出装置では、検出値θｓは、第１および第２の検出信号の比のアークタンジェントを計算することによって生成される。比較例のモデルのその他の構成は、第１および第２のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルと同様である。比較例のモデルでは、ＡＧを５ｍｍとし、Ｌを２０ｍｍとし、Ｐすなわち（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１）を１２．５ｍｍとした。

【0130】

第１および第２の実施例のモデルの構成は、第１および第２のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルと同様である。第１の実施例のモデルでは、比較例のモデルと同様に、ＡＧを５ｍｍとし、Ｌを２０ｍｍとし、Ｐすなわち（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１）を１２．５ｍｍとした。第１の実施例のモデルでは、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は０．４であり、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は０．６２５である。従って、第１の実施例のモデルは、式（８）で示した要件と式（９）で示した要件を満足している。

【0131】

第２の実施例のモデルでは、ＡＧを５ｍｍとし、Ｌを２０ｍｍとし、Ｐすなわち（Ｍ－Ｗ）／（ｎ－１）を１０ｍｍとした。第２の実施例のモデルでは、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は０．５であり、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は０．５である。従って、第２の実施例のモデルは、式（８）で示した要件と式（９）で示した要件を満足し、且つ、Ｎが０．５以上の数というＮの好ましい条件を満足している。

【0132】

次に、第３のシミュレーションの結果について説明する。第３のシミュレーションでは、相対位置を変化させて、第１および第２の検出器１０，２０または比較例のモデルの検出器が配置された位置における対象磁界の方向と強度の変化を求めた。そして、相対位置毎に、検出値θｓと検出値θｓの誤差を求めた。また、第３のシミュレーションでは、ノイズ磁界Ｍｅｘの方向を－Ｚ方向とし、ノイズ磁界Ｍｅｘの強度に対応する磁束密度の大きさを５ｍＴとした。

【0133】

なお、比較例のモデルでは、磁石５と検出器が第１の基準方向Ｘ１において同じ位置にある状態を原点として相対位置を定義した。すなわち、比較例のモデルでは、磁石５と検出器が第１の基準方向Ｘ１において同じ位置にある状態の相対位置を０ｍｍとし、検出器が磁石５の－Ｘ方向側に位置する状態の相対位置を負の値で表し、検出器が磁石５のＸ方向側に位置する状態の相対位置を正の値で表した。

【0134】

また、第１および第２の実施例のモデルでは、磁石５と第１の検出位置Ｐ１と第２の検出位置Ｐ２の中間地点が第１の基準方向Ｘ１において同じ位置にある状態を原点として相対位置を定義した。すなわち、第１および第２の実施例のモデルでは、磁石５と中間地点が第１の基準方向Ｘ１において同じ位置にある状態の相対位置を０ｍｍとし、中間地点が磁石５の－Ｘ方向側に位置する状態の相対位置を負の値で表し、中間地点が磁石５のＸ方向側に位置する状態の相対位置を正の値で表した。

【0135】

また、第１および第２の実施例のモデルでは、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度に対応する磁束密度と、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第３の方向Ｄ３の成分の強度に対応する磁束密度の差を求めた。また、第１および第２の実施例のモデルでは、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度に対応する磁束密度と、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第４の方向Ｄ４の成分の強度に対応する磁束密度の差を求めた。以下、同じ方向の２つの成分の強度に対応する磁束密度の差を、差動磁束密度と言う。

【0136】

図１５は、比較例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。図１６は、比較例のモデルにおける検出値θｓの誤差を示す特性図である。図１５および図１６において、横軸は相対位置を示している。図１５において、縦軸は磁束密度を示している。図１５において、符号７１ｘを付した曲線は、検出器が配置された位置における対象磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７１ｚを付した曲線は、検出器が配置された位置における対象磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示している。図１６において、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。比較例のモデルでは、検出値θｓの誤差は、２．７１％であった。

【0137】

図１７は、第１の実施例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。図１８は、第１の実施例のモデルにおける差動磁束密度を示す特性図である。図１９は、第１の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差を示す特性図である。図１７ないし図１９において、横軸は相対位置を示している。図１７および図１８において、縦軸は磁束密度を示している。図１７において、符号７２ｘを付した曲線は、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７３ｘを付した曲線は、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第３の方向Ｄ３の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７２ｚを付した曲線は、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７３ｚを付した曲線は、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第４の方向Ｄ４の成分の強度に対応する磁束密度を示している。

【0138】

図１８において、符号７４ｘを付した曲線は、第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分についての差動磁束密度を示し、符号７４ｚを付した曲線は、第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分についての差動磁束密度を示している。図１９において、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。第１の実施例のモデルでは、検出値θｓの誤差は、４．３８％であった。

【0139】

図２０は、第２の実施例のモデルにおける磁束密度を示す特性図である。図２１は、第２の実施例のモデルにおける差動磁束密度を示す特性図である。図２２は、第２の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差を示す特性図である。図２０ないし図２２において、横軸は相対位置を示している。図２０および図２１において、縦軸は磁束密度を示している。図２０において、符号７５ｘを付した曲線は、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７６ｘを付した曲線は、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第３の方向Ｄ３の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７５ｚを付した曲線は、第１の検出位置Ｐ１における対象磁界の第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分の強度に対応する磁束密度を示し、符号７６ｚを付した曲線は、第２の検出位置Ｐ２における対象磁界の第４の方向Ｄ４の成分の強度に対応する磁束密度を示している。

【0140】

図２１において、符号７７ｘを付した曲線は、第３の方向Ｄ３（Ｘ方向）の成分についての差動磁束密度を示し、符号７７ｚを付した曲線は、第４の方向Ｄ４（Ｚ方向）の成分についての差動磁束密度を示している。図２２において、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。第２の実施例のモデルでは、検出値θｓの誤差は、１．７５％であった。

【0141】

図１５ないし図２２に示した第３のシミュレーションの結果から理解されるように、第２の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差は、第１の実施例のモデルよりも小さくなる。図１７および図２０に示したように、第２の実施例のモデルでは、第１の実施例のモデルに比べて、対象磁界の一方向の成分の強度に対応する磁束密度の波形の歪みが低減している。これにより、第１の検出信号Ｓ１１，Ｓ２１および第２の検出信号Ｓ１２，Ｓ２２の波形の歪みが低減し、その結果、第１および第２の処理後信号Ｓａ，Ｓｂの波形の歪みも低減する。図２１に示した差動磁束密度の波形は、第２の実施例のモデルにおける第１および第２の処理後信号Ｓａ，Ｓｂの波形に対応している。これにより、第２の実施例のモデルでは、検出値θｓの誤差は、第１の実施例のモデルよりも小さくなる。

【0142】

また、第２の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差は、比較例のモデルよりも小さくなる。第３のシミュレーションの結果から、本実施の形態によれば、式（８）の要件を満たすように第１および第２の検出器１０，２０を配置すると共に、第１の検出信号Ｓ１１と第１の検出信号Ｓ２１との差に対応する第１の処理後信号Ｓａを生成し、第２の検出信号Ｓ１２と第２の検出信号Ｓ２２との差に対応する第２の処理後信号Ｓｂを生成することによって、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因した誤差を低減しながら、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。

【0143】

なお、第２の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差は、比較例のモデルよりも小さいが、第１の実施例のモデルにおける検出値θｓの誤差は、比較例のモデルよりも大きい。しかし、前述のように、本実施の形態によれば、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差を低減することができる。位置検出装置は、検出値θｓの誤差はある程度小さければよいが、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差は優先して低減したいという条件の下で用いられる場合がある。このような場合には、第１の実施例のモデルのように、検出値θｓの誤差が比較的大きい場合であっても、本実施の形態に係る位置検出装置１を用いることができる。

【0144】

［第２の実施の形態］
次に、図２３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２３は、本実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る位置検出装置１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、磁気スケール２に磁石５が設けられていない。すなわち、本実施の形態では、磁気スケール２は、複数の磁石として、２つの磁石４，６を含んでいる。また、本実施の形態では、磁石６のＮ極とＳ極は、Ｚ方向にこの順に配置されている。本実施の形態に係る位置検出装置１のその他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

【0145】

次に、検出値θｓの誤差を小さくする条件について調べた第４および第５のシミュレーションの結果について説明する。始めに、第４および第５のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルについて説明する。図２４は、位置検出装置のモデルを示す説明図である。位置検出装置のモデルは、本実施の形態に係る位置検出装置１を基にして作成したモデルである。図２４において、記号Ｐｎは、第１の検出器１０または第２の検出器２０（図２３参照）が配置される位置すなわち第１の検出位置Ｐ１または第２の検出位置Ｐ２を示している。記号ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４，６から第１の検出器１０または第２の検出器２０までの間隔を表している。本実施の形態では、間隔ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４，６の上面４ａ，６ａから位置Ｐｎまでの間隔とする。

【0146】

また、図２４において、記号Ｌは、可動範囲の大きさを示している。記号Ｍは、磁石４の第１の端部４ｂから磁石６の第２の端部６ｂまでの距離を示している。第４および第５のシミュレーションでは、磁石４，６の各々の幅Ｗと磁石４，６の各々の第２の基準方向Ｚ１における寸法を、可動範囲の大きさＬの５分の１とし、磁石４，６の各々のＹ方向に平行な方向の寸法を５ｍｍとした。第４および第５のシミュレーションにおけるヨーク７およびノイズ磁界Ｍｅｘの条件は、第１の実施の形態で説明した第１および第２のシミュレーションと同じである。

【0147】

次に、第４のシミュレーションの結果について説明する。第４のシミュレーションでは、第１の実施の形態における第１のシミュレーションと同様に、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗおよび相対位置を変化させたときの検出値θｓの誤差を求めた。なお、第４のシミュレーションでは、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の値が常に１になるように、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗを変化させた。

【0148】

また、第４のシミュレーションでは、ＡＧは、４～３３ｍｍの範囲内で変化させた。Ｌは、１０～３０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｍは、６～３９ｍｍの範囲内で変化させた。Ｗは、２～６ｍｍの範囲内で変化させた。

【0149】

図２５は、第４のシミュレーション結果を示す特性図である。第４のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差が、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝の変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図２５において、横軸は（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝を示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図２５に示したように、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝が大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなっている。（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は０．５０以上であることが好ましく、０．７５以上であることが好ましい。その理由については、後で説明する。また、第１の実施の形態で説明したように、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は、１．５以下であることが好ましい。

【0150】

次に、第５のシミュレーションの結果について説明する。第５のシミュレーションでは、第１の実施の形態における第２のシミュレーションと同様に、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗおよび相対位置を変化させたときの検出値θｓの誤差を求めた。なお、第５のシミュレーションでは、Ｐ／Ｌすなわち（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝が常に１になるように、ＡＧ，Ｌ，Ｍ，Ｗを変化させた。

【0151】

また、第５のシミュレーションでは、ＡＧは、２～６０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｌは、１０～３０ｍｍの範囲内で変化させた。Ｍは、１２～３６ｍｍの範囲内で変化させた。Ｗは、２～６ｍｍの範囲内で変化させた。

【0152】

図２６は、第５のシミュレーションの結果を示す特性図である。図２７は、図２６の一部を拡大して示す特性図である。第５のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差が、ＡＧ／ＰすなわちＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図２６および図２７において、横軸はＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）を示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図２６および図２７に示したように、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）が大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなっている。ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。その理由については、後で説明する。また、第１の実施の形態で説明したように、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は、２以下であることが好ましい。

【0153】

本実施の形態では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第５のシミュレーションの結果に基づいて、第１の実施の形態における式（８）を満足するように配置されている。本実施の形態によれば、第１および第２の検出器１０，２０の各々を、式（８）を満足するように配置することにより、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差を低減しながら、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。また、Ｎを０．５以上２以下の数とすることにより、Ｎが０．４以上０．５未満の数である場合に比べて検出値θｓの誤差をより低減することができる。

【0154】

また、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第４のシミュレーションの結果に基づいて、第１の実施の形態における式（９）を満足するように配置されていてもよい。これにより、本実施の形態によれば、検出値θｓの誤差をより低減することができる。

【0155】

上述のように、式（８）、（９）は、ｎが２の場合にも当てはまる。ｎが４以上の場合であっても、対象磁界の一方向の成分の強度に対応する磁束密度の波形は、ｎに合わせてピークの数が異なるだけであり、磁束密度の波形の歪みの態様は、ｎが３の場合と同様である。従って、式（８）、（９）は、ｎが４以上の場合にも当てはまる。

【0156】

ここで、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝とＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の好ましい値について説明する。始めに、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝の好ましい値について説明する。（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝の値は、ｎの値に関わらず、検出値θｓの誤差が０．５％以下となる値であることが好ましく、検出値θｓの誤差が０．１％以下となる値であることがより好ましい。第１の実施の形態における図１２に示した第１のシミュレーションの結果と、本実施の形態における図２５に示した第４のシミュレーションの結果から、（Ｍ－Ｗ）／｛（ｎ－１）Ｌ｝は０．５０以上であることが好ましく、０．７５以上であることが好ましい。

【0157】

次に、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）すなわちＮの好ましい値について説明する。ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の値は、ｎの値に関わらず、検出値θｓの誤差が明らかに小さくなる値が好ましい。第１の実施の形態における図１３および図１４に示した第２のシミュレーションの結果と、本実施の形態における図２６および図２７に示した第５のシミュレーションの結果から、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）が０．４以上の場合、０．４未満の場合に比べて、検出値θｓの誤差が明らかに小さくなる。また、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）の値は、検出値θｓの誤差が２．５％以下となる値がより好ましい。第１の実施の形態における図１３および図１４に示した第２のシミュレーションの結果と、本実施の形態における図２６および図２７に示した第５のシミュレーションの結果から、ＡＧ（ｎ－１）／（Ｍ－Ｗ）は、０．５以上の値であることが好ましい。

【0158】

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。

【0159】

［第３の実施の形態］
次に、図２８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２８は、本実施の形態に係る位置検出装置の概略の構成を示す斜視図である。本実施の形態に係る位置検出装置１は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、磁気スケール２に磁石５，６が設けられていない。すなわち、本実施の形態では、磁気スケール２は、１つの磁石４を含んでいる。磁石４は、第２の基準方向Ｚ１に平行な一方向の磁化を有している。第１の実施の形態における図２に示したように、磁石４は、－Ｚ方向にこの順に配置されたＮ極とＳ極を有している。

【0160】

本実施の形態では、磁石４は、上面４ａおよび第１の端部４ｂに加えて、第２の端部４ｃを有している。第１の端部４ｂと第２の端部４ｃは、第１の基準方向Ｘ１において互いに反対側に位置する２つの端部である。なお、上面４ａならびに第１および第２の端部４ｂ，４ｃは、後で説明する図２９に示されている。本実施の形態に係る位置検出装置１のその他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

【0161】

次に、検出値θｓの誤差を小さくする条件について調べた第６のシミュレーションの結果について説明する。始めに、第６のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルについて説明する。図２９は、位置検出装置のモデルを示す説明図である。位置検出装置のモデルは、本実施の形態に係る位置検出装置１を基にして作成したモデルである。但し、位置検出装置のモデルには、ヨーク７は設けられていない。図２９において、記号Ｐｎは、第１の検出器１０または第２の検出器２０（図２８参照）が配置される位置すなわち第１の検出位置Ｐ１または第２の検出位置Ｐ２を示している。記号ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４から第１の検出器１０または第２の検出器２０までの間隔を表している。本実施の形態では、間隔ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４の上面４ａから位置Ｐｎまでの間隔とする。

【0162】

また、図２９において、記号Ｌは、可動範囲の大きさを示している。第６のシミュレーションでは、可動範囲の大きさＬを１０ｍｍとした。また、図２９において、記号Ｍは、磁石４の第１の端部４ｂから第２の端部４ｃまでの距離を示している。距離Ｍは、磁石４の幅Ｗと等しい。第６のシミュレーションでは、距離Ｍを１０ｍｍとし、磁石４の第２の基準方向Ｚ１における寸法と磁石４のＹ方向に平行な方向の寸法を５ｍｍとした。第６のシミュレーションにおけるノイズ磁界Ｍｅｘの条件は、第１の実施の形態で説明した第１および第２のシミュレーションと同じである。

【0163】

次に、第６のシミュレーションの結果について説明する。第６のシミュレーションでは、ＡＧおよび相対位置を変化させたときの検出値θｓの誤差を求めた。ＡＧは、１．５～１０ｍｍの範囲内で変化させた。図３０は、第６のシミュレーションの結果を示す特性図である。図３１は、図３０の一部を拡大して示す特性図である。第６のシミュレーションの結果から、検出値θｓの誤差が、ＡＧ／Ｍの変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図３０および図３１において、横軸はＡＧ／Ｍを示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図３０および図３１に示したように、ＡＧ／Ｍが大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなる。ＡＧ／Ｍの値は、検出値θｓの誤差が明らかに小さくなる値が好ましく、検出値θｓの誤差が０．５％以下となる値がより好ましい。第６のシミュレーションの結果から、ＡＧ／Ｍは０．１７５以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましい。

【0164】

なお、ＡＧを大きくしすぎたり、Ｍを小さくしすぎたりすると、第１および第２の検出位置Ｐ１，Ｐ２における対象磁界の強度が小さくなってしまい、検出値θｓのノイズ磁界Ｍｅｘに起因した誤差を十分に低減することができなくなってしまう。また、Ｍを小さくしすぎると、Ｌも小さくなってしまい、位置検出装置１を適用できる装置が限定されてしまう。これらを防止する観点から、ＡＧ／Ｍは、２以下であることが好ましい。

【0165】

本実施の形態では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第６のシミュレーションの結果に基づいて、下記の式（１０）を満足するように配置されている。

【0166】

０．１７５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ …（１０）

【0167】

本実施の形態によれば、第１および第２の検出器１０，２０を、式（１０）を満足するように配置することにより、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差を低減しながら、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。

【0168】

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。

【0169】

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る位置検出装置１は、以下の点で第３の実施の形態と異なっている。磁石４は、第１の基準方向Ｘ１に平行な一方向の磁化を有している。本実施の形態では、磁石４は、－Ｘ方向にこの順に配置されたＮ極とＳ極を有している。なお、本実施の形態における磁石４は、後で説明する図３２に示されている。本実施の形態に係る位置検出装置１のその他の構成は、第３の実施の形態と同様である。

【0170】

次に、検出値θｓの誤差を小さくする条件について調べた第７のシミュレーションの結果について説明する。始めに、第７のシミュレーションで用いた位置検出装置のモデルについて説明する。図３２は、位置検出装置のモデルを示す説明図である。位置検出装置のモデルは、本実施の形態に係る位置検出装置１を基にして作成したモデルである。但し、位置検出装置のモデルには、ヨーク７は設けられていない。図３２において、記号Ｐｎは、第１の検出器１０または第２の検出器２０（第３の実施の形態における図２８参照）が配置される位置すなわち第１の検出位置Ｐ１または第２の検出位置Ｐ２を示している。記号ＡＧは、第２の基準方向Ｚ１における磁石４から第１の検出器１０または第２の検出器２０までの間隔を表している。

【0171】

また、図３２において、記号Ｌは、可動範囲の大きさを示している。記号Ｍは、磁石４の第１の端部４ｂから第２の端部４ｃまでの距離を示している。第７のシミュレーションにおける磁石４のその他の条件とノイズ磁界Ｍｅｘの条件は、第３の実施の形態で説明した第６のシミュレーションと同じである。

【0172】

次に、第７のシミュレーションの結果について説明する。第７のシミュレーションでは、ＡＧおよび相対位置を変化させたときの検出値θｓの誤差を求めた。ＡＧは、４～１０ｍｍの範囲内で変化させた。図３３は、第７のシミュレーションの結果を示す特性図である。図３４は、図３３の一部を拡大して示す特性図である。第７のシミュレーションの結果から、第６のシミュレーションの結果と同様に、検出値θｓの誤差が、ＡＧ／Ｍの変化に対して、概ね一定の傾向を示すことが分かった。図３３および図３４において、横軸はＡＧ／Ｍを示し、縦軸は検出値θｓの誤差を示している。図３３および図３４に示したように、ＡＧ／Ｍが大きくなるに従って、検出値θｓの誤差は概ね小さくなる。ＡＧ／Ｍの値は、検出値θｓの誤差が明らかに小さくなる値が好ましく、検出値θｓの誤差が０．５％以下となる値がより好ましい。第７のシミュレーションの結果から、ＡＧ／Ｍは０．４２５以上であることが好ましく、０．４５以上であることがより好ましい。また、第３の実施の形態と同様に、ＡＧ／Ｍは、２以下であることが好ましい。

【0173】

本実施の形態では、第１および第２の検出器１０，２０の各々は、第７のシミュレーションの結果に基づいて、下記の式（１１）を満足するように配置されている。

【0174】

０．４２５Ｍ≦ＡＧ≦２Ｍ …（１１）

【0175】

本実施の形態によれば、第１および第２の検出器１０，２０を、式（１１）を満足するように配置することにより、ノイズ磁界Ｍｅｘに起因する誤差を低減しながら、検出値θｓの誤差を十分に低減することができる。

【0176】

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３の実施の形態と同様である。

【0177】

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、磁気スケール２の磁石の数、ならびに磁気センサ３の検出器の数および配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。例えば、磁気スケール２は、４つ以上の磁石を含んでいてもよい。この場合、検出値θｓの範囲は、０°～３６０°よりも広い範囲であってもよい。

【0178】

また、磁気センサ３は、複数の検出器として、４つの検出器を含んでいてもよい。この場合、４つの検出器は、第１の基準方向Ｘ１に一列に並んでいてもよい。あるいは、２つの検出器が第１の基準方向Ｘ１に一列に並び、他の２つの検出器が、この列のＺ方向側において、第１の基準方向Ｘ１に一列に並んでいてもよい。

【0179】

また、複数の検出器のうちの少なくとも一部は、Ｙ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てもよい。この場合、複数の検出器の各々が検出する対象磁界の強度は、互いに等しいか、ほぼ等しくてもよい。

【0180】

また、複数の検出器の各々は、少なくとも１つの第１の磁気検出素子と、少なくとも１つの第２の磁気検出素子の、いずれかを含んでいてもよい。この場合、複数の検出器の各々は、第１の検出信号を生成する第１の検出回路と、第２の検出信号を生成する第２の検出回路の、いずれかを含む。この場合、プロセッサ３０は、第１の処理後信号Ｓａと第２の処理後信号Ｓｂの一方のみを生成してもよい。すなわち、プロセッサ３０は、複数の検出器の第１の検出回路によって生成される複数の第１の検出信号のうちの少なくとも２つの差と、複数の検出器の第２の検出回路によって生成される複数の第２の検出信号のうちの少なくとも２つの差の、いずれかを求める演算処理によって１つの処理後信号を生成してもよい。この場合、プロセッサ３０は、生成した１つの処理後信号を用いて、検出値θｓを生成してもよい。

【符号の説明】

【0181】

１…位置検出装置、２…磁気スケール、３…磁気センサ、４～６…磁石、４ｂ…第１の端部、６ｂ…第２の端部、７…ヨーク、８…保護部、１０…第１の検出器、１１…第１の検出回路、１２…第２の検出回路、２０…第２の検出器、２１…第１の検出回路、２２…第２の検出回路、３０…プロセッサ、３１～３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…第１の処理部、３６…第２の処理部、３７…第３の処理部、４１…基板、４２…ヨーク、Ｈ１～Ｈ４…ホール素子、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２…ＭＲ素子。

【図1】