JP2017003312A - Detection device, magnet sensor, detection method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置、磁気センサ、検出方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a detection device, a magnetic sensor, a detection method, and a program.
従来、磁気式の非接触回転角センサは、回転体に取り付けられた磁石が発生させる回転磁場を検出することで、当該回転体の回転角度を算出していた(例えば、特許文献1および2参照)。このような非接触回転角センサとして、2次元および3次元回転角センサが知られており、3次元回転角センサは、3次元空間において回転体の磁石が作る磁場ベクトルの方向を、XYZ直交座標系のXY面、YZ面、およびZX面に分けて検出し、回転角度を算出していた。
特許文献1 米国特許出願公開第2002/0021124号明細書
特許文献2 特開2012−181188号公報
非特許文献1 R.S. Popovic著、「Hall Effect Devices」、Inst of Physics Pub Inc、1991年5月
Conventionally, a magnetic non-contact rotation angle sensor calculates a rotation angle of a rotating body by detecting a rotating magnetic field generated by a magnet attached to the rotating body (see, for example,
このような回転角センサは、製造段階で発生する誤差等を低減させて回転角の検出精度を向上させることが望ましい。例えば、製品出荷時の製品試験等において、精度良く回転角センサの誤差を検出し、製品毎に補正パラメータを算出することが望ましい。また、回転角センサの誤差を検出する場合に、複数の誤差が重畳していることがあり、このような場合、それぞれの誤差を分離して検出することが望ましい。 In such a rotation angle sensor, it is desirable to improve the detection accuracy of the rotation angle by reducing errors generated in the manufacturing stage. For example, it is desirable to accurately detect an error of the rotation angle sensor and calculate a correction parameter for each product in a product test at the time of product shipment. In addition, when detecting an error of the rotation angle sensor, a plurality of errors may be superimposed. In such a case, it is desirable to detect each error separately.
本発明の第1の態様においては、第1センサ対および第2センサ対を有する磁気センサの誤差を検出する検出装置であって、磁気センサの出力信号を取得する取得部と、第1センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第1信号算出部と、第2センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第2信号算出部と、第1信号算出部および第2信号算出部の算出結果に基づき、磁気センサの誤差パラメータを出力する誤差出力部と、を備える検出装置、検出方法、およびプログラムを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a detection device for detecting an error of a magnetic sensor having a first sensor pair and a second sensor pair, an acquisition unit for acquiring an output signal of the magnetic sensor, and the first sensor pair. A first signal calculation unit that calculates a difference signal and a sum signal of the output signals of the second sensor, a second signal calculation unit that calculates a difference signal and a sum signal of the output signals of the second sensor pair, a first signal calculation unit and a second signal Provided are a detection device, a detection method, and a program including an error output unit that outputs an error parameter of a magnetic sensor based on a calculation result of a signal calculation unit.
本発明の第2の態様においては、第1の態様の検出装置が検出した誤差を補正する誤差パラメータを記憶する記憶部を備え、当該検出装置の検出対象である磁気センサを提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetic sensor that includes a storage unit that stores an error parameter for correcting an error detected by the detection device according to the first aspect, and is a detection target of the detection device.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係る磁気センサ100の構成例を示す。磁気センサ100は、当該磁気センサ100に入力する磁気を検出する。また、磁気センサ100は、当該磁気センサ100に入力する磁気の変動を検出してもよい。磁気センサ100は、例えば、当該磁気センサ100の近傍において回転軸を中心に回転する回転磁石の回転角を非接触で検出する回転角センサとして機能する。磁気センサ100は、基板10と、第1センサ対110と、第2センサ対120と、磁気収束板130と、を備える。
FIG. 1 shows a configuration example of a
基板10は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板10は、ICチップであってよく、この場合、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続する端子を備えてよい。図1において、基板10の一方の面(表面)を、X軸およびY軸で示すXY面とし、XY面に略垂直な軸をZ軸とした。即ち、X、Y、Z軸は、互いに直交する座標系の例を示す。
The
第1センサ対110は、基板10に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第1センサ対110は、基板10の表面に形成されてよく、これに代えて、少なくとも一部が基板10に埋め込まれるように形成されてよい。第1センサ対110は、一例として、第1方向に配置される。ここで、本実施形態における第1方向は、図1におけるX軸方向(第1軸)である。第1センサ対110は、第1センサ素子112と第2センサ素子114とを有し、X軸に平行に(例えばX軸上に)当該2つのセンサ素子が配置される。
The
第1センサ素子112および第2センサ素子114は、Z軸方向に入力する磁場を検出する機能を有する。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、例えば、X軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたY軸方向の起電力を発生させる素子である。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、ホール効果を発生させるホール素子でよい。第1センサ素子112および第2センサ素子114は、半導体等で形成されてよく、基板10を形成するプロセスにおいて形成されることが望ましい。
The
第1センサ素子112および第2センサ素子114は、一例として、基板10上において、Y軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第1センサ素子112および第2センサ素子114は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第1センサ素子112および第2センサ素子114がY軸に対して線対称に配置される例を説明する。
As an example, the
第2センサ対120は、第1センサ対110と同様に、基板10に形成され、当該基板10に形成された回路等と接続される。第2センサ対120は、一例として、第2方向に配置される。ここで、本実施形態における第2方向は、図1におけるY軸方向(第2軸)である。また、第3方向は、図1におけるZ軸方向(第3軸)である。第2センサ対120は、第3センサ素子122と第4センサ素子124とを有し、Y軸に平行に(例えばY軸上に)当該2つのセンサ素子が配置される。このような第1センサ対110および第2センサ対120は、第1センサ対110の配列方向である第1軸、第2センサ対120の配列方向である第2軸、ならびに第1軸および第2軸に垂直な第3軸の各軸方向の磁場を検出してよい。
Similar to the
第3センサ素子122および第4センサ素子124は、第1センサ対110と同様に、Z軸方向に入力する磁場を検出する機能を有する。第3センサ素子122および第4センサ素子124は、例えば、Y軸方向に電流を流すとZ軸方向に入力する磁場に応じたX軸方向の起電力を生じさせる素子である。第3センサ素子122および第4センサ素子124は、ホール効果を発生させるホール素子でよい。
Similarly to the
第3センサ素子122および第4センサ素子124は、一例として、基板10上において、X軸に対して線対称に配置される。これに代えて、第3センサ素子122および第4センサ素子124は、基板10上において、原点に対して点対称に配置されてもよい。本実施例において、第3センサ素子122および第4センサ素子124がX軸に対して線対称に配置される例を説明する。
As an example, the
以上の第1センサ対110および第2センサ対120は、オフセット出力をキャンセルすべく、X軸方向の通電およびY軸方向の通電をそれぞれ交互に切り替えられてよい。このようなオフセットのキャンセル方法は、非特許文献1に記載されているように、Spinning Current法として知られている。
The
磁気収束板130は、第1センサ対110および第2センサ対120の上方に配置され、磁気センサ100に入力する磁場を曲げる。磁気収束板130は、磁性材料等で形成されてよく、一例として、FeNi合金等を含む軟磁性材料で形成される。また、磁気収束板130は、円柱形上に形成されてよい。磁気収束板130は、例えば、X軸方向および/またはY軸方向の磁場を、Z軸方向の成分が発生するように曲げ、Z軸方向に感度を有する第1センサ対110および第2センサ対120に入力させる。磁気収束板130は、基板10の上面に形成されてよく、これに代えて、基板10の上方に、絶縁層等を介して形成されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、磁気収束板130は、基板10の下面側に形成されてもよい。
The magnetic focusing
以上の第1センサ対110および第2センサ対120は、Z軸方向に入力する磁場に応じた信号を出力する。即ち、第1センサ対110および第2センサ対120からの出力信号は、磁気センサ100の近傍に発生して入力する磁場に応じて出力される。当該出力信号について、図2および図3を用いて説明する。
The
図2は、本実施形態に係る第1センサ対110が第1方向(X軸方向)の磁場を検出する場合の一例を示す。図2において、紙面の横方向をX軸、紙面の垂直方向をY軸、紙面の縦方向をZ軸とする。また、第1センサ対110は、ホール効果を発生させるホール素子を第1センサ素子112および第2センサ素子114として有する例を説明する。
FIG. 2 shows an example when the
ここで、図2に示すように、磁気センサ100に+X軸方向の磁場ベクトルHin(HX,0,0)が入力する例を説明する。磁気収束板130は、一例として、図中の磁束密度ベクトルBのように、入力した磁場を曲げ、第1センサ素子112に+Z軸方向の磁束を発生させて入力させる。同様に、磁気収束板130は、入力した磁場を曲げ、第2センサ素子114に−Z軸方向の磁束を発生させて入力させる。第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する磁束の方向は、磁気収束板130の配置および入力する磁場ベクトルHinの入力方向と位置によってそれぞれ定まる。
Here, as shown in FIG. 2, an example in which a magnetic field vector H in (H X , 0, 0) in the + X-axis direction is input to the
ここで、磁気収束板130、第1センサ素子112、および第2センサ素子114は、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する磁束のそれぞれの方向が互いに逆向きで、かつ、磁場の絶対値の大きさが略等しくなるようにそれぞれ配置されることが望ましい。そこで、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力するZ方向の磁束密度ベクトルの絶対値が理想的に等しく、当該磁束密度ベクトルの絶対値をμ1BZとする。ここで、μ1は、入力した磁場をセンサ素子が有する感度の方向に変換する係数の一例である。また、第1センサ素子112および第2センサ素子114の磁気感度をS1、S2とする。
Here, in the magnetic
この場合、第1センサ素子112および第2センサ素子114が磁束密度ベクトルのZ成分であるμ1BZに応じて出力する出力信号VZ1およびVZ2は、それぞれS1・μ1BZおよびS2・(−μ1BZ)と示すことができる。即ち、第1センサ素子112が磁束密度ベクトルμ1BZに応じて出力する出力信号V1は、次式のように、当該磁束密度ベクトルのZ方向成分BZに応じて出力される出力信号VZ1で示される。
(数1)
V1=VZ1=S1・μ1BZ=S1・HX
In this case, the output signals V Z1 and V Z2 that the
(Equation 1)
V 1 = V Z1 = S 1 · μ 1 B Z = S 1 · H X
同様に、第2センサ素子114が磁束密度ベクトル−μ1BZに応じて出力する出力信号V2は、次式のように、当該磁束密度ベクトルのZ方向成分−μ1BZに応じて出力される出力信号VZ2で示される。
(数2)
V2=VZ2=−S2・μ1BZ=−S2・HX
Similarly, the output signal V 2 that the
(Equation 2)
V 2 = V Z2 = −S 2 · μ 1 B Z = −S 2 · H X
したがって、磁気センサ100に+X軸方向の磁場ベクトルHin(HX,0,0)が入力することにより、第1センサ素子112および第2センサ素子114が検出して出力する出力信号VXは、次式で示される。
(数3)
VX=V1−V2=(S1+S2)・μ1BZ=(S1+S2)・HX
Therefore, when the magnetic field vector H in (H X , 0, 0) in the + X-axis direction is input to the
(Equation 3)
V X = V 1 −V 2 = (S 1 + S 2 ) · μ 1 B Z = (S 1 + S 2 ) · H X
以上のように、磁気センサ100は、X方向の入力磁場を磁気収束板130で曲げ、第1センサ素子112および第2センサ素子114にそれぞれ逆向きのZ方向の磁場として供給する。したがって、磁気センサ100は、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の差分を演算することで、当該Z方向の磁場成分を検出して対応するX方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
As described above, the
なお、磁気センサ100は、入力磁場にZ方向の成分が含まれていても、当該磁場成分については第1センサ素子112および第2センサ素子114に略同一方向の磁場成分として入力する。したがって、磁気センサ100は、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の差分を演算することで、当該同一方向の磁場成分をキャンセルすることができ、検出対象のX方向の入力磁場の成分を取得することができる。
Note that the
同様に、磁気センサ100は、Y方向の入力磁場を磁気収束板130で曲げ、第2センサ対120の第3センサ素子122および第4センサ素子124にそれぞれ逆向きのZ方向の磁場として供給する。したがって、磁気センサ100は、第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号の差分を演算することで、当該Z方向の磁場成分を次式のように検出して対応するY方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
(数4)
VY=V3−V4=(S3+S4)・μ1BZ=(S3+S4)・HY
Similarly, the
(Equation 4)
V Y = V 3 −V 4 = (S 3 + S 4 ) · μ 1 B Z = (S 3 + S 4 ) · H Y
なお、(数4)式において、第3センサ素子122および第4センサ素子124に入力するZ方向の磁束密度ベクトルの絶対値をそれぞれμ1BZとした。また、第3センサ素子122および第4センサ素子124の磁気感度をS3、S4とし、第3センサ素子122が磁束密度ベクトルμ1BZおよび第4センサ素子124が磁束密度ベクトル−μ1BZに応じて出力する出力信号をそれぞれV3、V4とした。
In the equation (4), the absolute values of the magnetic flux density vectors in the Z direction input to the
なお、磁気センサ100は、入力磁場にZ方向の成分が含まれていても、当該磁場成分については第3センサ素子122および第4センサ素子124が略同一方向の磁場として入力する。したがって、磁気センサ100は、第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号の差分を演算することで、当該同一方向の磁場成分をキャンセルすることができ、検出対象のY方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
In the
図3は、本実施形態に係る第1センサ対110が第3方向(Z軸方向)の磁場を検出する場合の一例を示す。図3において、紙面の横方向をX軸、紙面の垂直方向をY軸、紙面の縦方向をZ軸とする。また、第1センサ対110は、ホール効果を発生させるホール素子を第1センサ素子112および第2センサ素子114として有する例を説明する。
FIG. 3 shows an example when the
ここで、図3に示すように、磁気センサ100に+Z軸方向の磁場ベクトルHin(0,0,HZ)が入力する例を説明する。磁気収束板130は、一例として、図中の点線のように、入力した磁場を曲げて収束させ、第1センサ素子112に+Z軸方向の磁束を発生させて入力させる。同様に、磁気収束板130は、入力した磁場を曲げ、第2センサ素子114に+Z軸方向の磁束を発生させて入力させる。
Here, as shown in FIG. 3, an example in which a magnetic field vector H in (0, 0, H Z ) in the + Z-axis direction is input to the
ここで、磁気収束板130、第1センサ素子112、および第2センサ素子114は、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力する磁束のそれぞれの方向が略同一で、かつ、磁場の絶対値の大きさが略等しくなるようにそれぞれ配置されることが望ましい。そこで、第1センサ素子112および第2センサ素子114に入力するX方向およびZ方向の磁束密度ベクトルの絶対値が理想的に等しく、当該磁束密度ベクトルの絶対値をμ2BZとする。ここで、μ2は、入力した磁場HZを磁気収束板130が収束させてセンサ素子に入力させる場合の変換係数の一例である。また、第1センサ素子112および第2センサ素子114の磁気感度をS1、S2とする。
Here, the magnetic converging
即ち、第1センサ素子112が磁束密度ベクトルμ2BZに応じて出力する出力信号V1は、(数5)式のように、当該磁束密度ベクトルのZ方向成分μ2BZに応じて出力される出力信号で示されることになる。また、第2センサ素子114が磁束密度ベクトルμ2BZに応じて出力する出力信号V2は、次式のように、当該磁束密度ベクトルのZ方向成分μ2BZに応じて出力される出力信号で示される。
(数5)
V1=VZ1=S1・μ2BZ=S1・HZ
V2=VZ2=S2・μ2BZ=S2・HZ
In other words, the output signal V 1 output from the
(Equation 5)
V 1 = V Z1 = S 1 · μ 2 B Z = S 1 · H Z
V 2 = V Z2 = S 2 · μ 2 B Z = S 2 · H Z
したがって、磁気センサ100に+Z軸方向の磁場ベクトルHin(0,0,HZ)が入力することにより、第1センサ素子112および第2センサ素子114が検出して出力する出力信号VZ12は、次式で示される。
(数6)
VZ12=V1+V2=(S1+S2)・μ2BZ=(S1+S2)・HZ
Therefore, when the magnetic field vector H in (0, 0, H Z ) in the + Z-axis direction is input to the
(Equation 6)
V Z12 = V 1 + V 2 = (S 1 + S 2 ) · μ 2 B Z = (S 1 + S 2 ) · H Z
以上のように、磁気センサ100は、Z方向の入力磁場を磁気収束板130で曲げ、第1センサ素子112および第2センサ素子114にそれぞれ同じ向きのZ方向の磁場として供給する。したがって、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の和を演算することで、当該Z方向の磁場成分を検出して対応するZ方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
As described above, the
なお、磁気センサ100は、入力磁場にX方向およびY方向の成分が含まれていても、当該磁場成分については第1センサ素子112および第2センサ素子114にそれぞれ逆向きの磁場として入力する。したがって、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の和を演算することで、当該逆向きの磁場成分をキャンセルすることができ、検出対象のZ方向の入力磁場の大きさを取得することができる。
Note that, even if the input magnetic field includes components in the X direction and the Y direction, the
磁気センサ100は、同様に、Z方向の入力磁場を磁気収束板130で曲げ、第2センサ対120の第3センサ素子122および第4センサ素子124にそれぞれ同じ向きのZ方向の磁場として供給する。したがって、第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号の和を演算することで、当該Z方向の磁場成分を検出して対応するZ方向の入力磁場の大きさを次式のように取得することもできる。
(数7)
VZ34=V3+V4=(S3+S4)・μ2BZ=(S3+S4)・HZ
Similarly, the
(Equation 7)
V Z34 = V 3 + V 4 = (S 3 + S 4 ) · μ 2 B Z = (S 3 + S 4 ) · H Z
以上のように、センサ素子からの出力信号の差分および和を演算することで、磁気センサ100に入力する磁場ベクトルのX、Y、およびZ成分を分離して検出することができる。これにより、磁気センサ100は、例えば、回転軸を中心に回転する回転磁石による磁場の変化を軸毎に検出して、当該回転磁石の回転角を検出することができる。この場合、磁気センサ100は、磁場の変化のX成分およびY成分を取得して、XY平面における回転磁石の回転角を検出してよく、また、ZX平面、YZ平面における回転磁石の回転角を検出してもよい。これに代えて、磁気センサ100は、磁場の変化のX成分、Y成分、およびZ成分を取得して、回転磁石の3次元的な回転を検出してもよい。
As described above, the X, Y, and Z components of the magnetic field vector input to the
磁気センサ100がこのような回転角を検出する場合において、回転角の誤差の要因として、他軸感度が挙げられる。他軸感度は、例えば、X方向に磁束密度ベクトルが印加されているにもかかわらず、X方向以外の方向(例えばZ方向)に信号出力が検出されてしまう現象である。このような他軸感度は、例えば、X軸およびZ軸の間、Y軸およびZ軸の間等で発生する。他軸感度の発生原因は、センサ素子間の磁気感度(一例として、単位磁場あたりの信号出力)が、製造バラツキ等によってミスマッチを有することが挙げられる。
When the
ここで、他軸感度の発生原因の説明例として、磁気センサ100に+XYZ軸方向の磁場ベクトルHin(HX,HY,HZ)が入力する例を説明する。磁気センサ100に+XYZ軸方向の磁場ベクトルHin(HX,HY,HZ)が入力した場合の、V1〜V4出力と、VX、VY、VZ12、VZ34出力は以下の式であらわされる。
(数8)
V1=VX1+VZ1=S1・HX+S1・HZ
V2=VX2+VZ2=−S2・HX+S2・HZ
V3=VY3+VZ3=S3・HY+S3・HZ
V4=VY4+VZ4=−S4・HY+S4・HZ
(数9)
VX=V1−V2=(S1+S2)・HX+(S1−S2)・HZ
VY=V3−V4=(S3+S4)・HY+(S3−S4)・HZ
VZ12=V1+V2=(S1−S2)・HX+(S1+S2)・HZ
VZ34=V3+V4=(S3−S4)・HY+(S3+S4)・HZ
Here, as an explanation example of the cause of the occurrence of the other axis sensitivity, an example in which the magnetic field vector H in (H X , H Y , H Z ) in the + XYZ axis direction is input to the
(Equation 8)
V 1 = V X1 + V Z1 = S 1 · H X + S 1 · H Z
V 2 = V X2 + V Z2 = −S 2 · H X + S 2 · H Z
V 3 = V Y3 + V Z3 = S 3 · H Y + S 3 · H Z
V 4 = V Y4 + V Z4 = −S 4 · H Y + S 4 · H Z
(Equation 9)
V X = V 1 −V 2 = (S 1 + S 2 ) · H X + (S 1 −S 2 ) · H Z
V Y = V 3 -V 4 = (S 3 + S 4) · H Y + (S 3 -S 4) · H Z
V Z12 = V 1 + V 2 = (S 1 -S 2) · H X + (
V Z34 = V 3 + V 4 = (S 3 -S 4) · H Y + (S 3 + S 4) · H Z
例えば、(数8)および(数9)式において、第1センサ素子112および第2センサ素子114の磁気感度にミスマッチが生じた場合、S1−S2が零にならず、磁場の検出対象の軸成分(例えば、Z成分)に他の軸の成分(例えば、X成分またはY成分)が含まれてしまうことになる。このような他軸感度が発生すると、理想的には直交座標系である(例えば、ZX平面、YZ平面における)軸間の直交性が崩れてしまい、磁気センサ100は誤差を含む角度検出結果を出力してしまう。
For example, in the equations (8) and (9), when a mismatch occurs in the magnetic sensitivities of the
例えば、X軸およびZ軸間の他軸感度を、100×(S1−S2)/(S1+S2)[%]、Y軸およびZ軸間の他軸感度を、100×(S3−S4)/(S3+S4)[%]と定義すると、1%の他軸感度の発生は、略0.6度の角度誤差に相当することが算出される。一例として、ZX平面において、磁気センサ100の0度方向に磁場ベクトル(HX,HY)=(1,0)を印加した場合、磁束密度ベクトルの角度の検出結果であるarc tan(VZ/VX)は、arc tan((S1−S2)/(S1+S2))に略等しくなり、略0.6度と算出される。即ち、実際の磁場の方向に対して略0.6度の検出誤差が生じることになる。
For example, the other-axis sensitivity between the X-axis and the Z-axis is 100 × (S 1 −S 2 ) / (S 1 + S 2 ) [%], and the other-axis sensitivity between the Y-axis and the Z-axis is 100 × (S When defined as 3− S 4 ) / (S 3 + S 4 ) [%], it is calculated that the occurrence of 1% other-axis sensitivity corresponds to an angular error of approximately 0.6 degrees. As an example, when a magnetic field vector (H X , H Y ) = (1, 0) is applied in the 0 degree direction of the
また、第1センサ素子112および第2センサ素子114の磁気感度が略等しく、かつ、第3センサ素子122および第4センサ素子124の磁気感度が略等しくても、第1センサ対110および第2センサ対120の間の磁気感度にミスマッチが生じると、X軸およびY軸間での感度ミスマッチによる角度誤差が発生する場合がある。
Even if the magnetic sensitivities of the
第1センサ対110および第2センサ対120のセンサ素子間の磁気感度にミスマッチが生じた場合、(S1+S2)および(S3+S4)の値が一致しなくなるので、XY平面における角度検出において誤差が生じることになる。ここで、X軸およびY軸間の感度ミスマッチを、{(S1+S2)/(S3+S4)−1}×100[%]と定義すると、1%の感度ミスマッチの発生は、略0.3度の角度誤差に相当することが算出される。一例として、XY平面において、磁気センサ100の45度方向に磁場ベクトル(HX,HY)=(1,1)を印加し、(S1+S2):(S3+S4)を1.005:0.995とした場合、磁束密度ベクトルの角度の検出結果として、arc tan(VY/VX)は、略44.7度と算出される。即ち、実際の磁場の方向に対して略0.3度の検出誤差が生じることになる。
When a mismatch occurs in the magnetic sensitivities between the sensor elements of the
このような検出誤差を低減すべく、センサ素子の感度ミスマッチを観測して補正することが望ましい。そこで、本実施形態に係る検出装置は、このようなセンサ素子の感度ミスマッチに基づく他軸感度を補正する誤差パラメータを算出して出力する。検出装置について、図4を用いて説明する。 In order to reduce such detection errors, it is desirable to observe and correct the sensitivity mismatch of the sensor elements. Therefore, the detection apparatus according to the present embodiment calculates and outputs an error parameter for correcting the other-axis sensitivity based on the sensitivity mismatch of the sensor elements. The detection apparatus will be described with reference to FIG.
図4は、本実施形態に係る検出装置200の構成例を示す。検出装置200は、第1センサ対110および第2センサ対120を有する磁気センサ100の誤差を検出する。検出装置200は、取得部210と、第1信号算出部220と、第2信号算出部230と、角度演算部240と、誤差出力部250とを備える。
FIG. 4 shows a configuration example of the
取得部210は、磁気センサ100の出力信号を取得する。取得部210は、磁気センサ100に備わる複数のセンサ素子の出力をそれぞれ取得してよい。取得部210は、磁気センサ100と有線、無線、またはネットワークで接続されてよい。また、取得部210は、記憶装置等に接続され、当該記憶装置等に記憶された磁気センサ100の出力信号を取得してもよい。取得部210は、取得した磁気センサ100の出力信号を第1信号算出部220および第2信号算出部230に供給する。
The
第1信号算出部220は、第1センサ対110の出力信号の差分信号および和信号を算出する。第1信号算出部220は、例えば、取得部210に接続され、当該取得部210から第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号を受け取る。第1信号算出部220は、受けとった出力信号の和および差分を算出して角度演算部240および誤差出力部250に供給する。
The first
第2信号算出部230は、第2センサ対120の出力信号の差分信号および和信号を算出する。第2信号算出部230は、例えば、取得部210に接続され、当該取得部210から第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号を受け取る。第2信号算出部230は、受けとった出力信号の和および差分を算出して角度演算部240および誤差出力部250に供給する。
The second
角度演算部240は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、磁気センサ100の検出対象である回転磁石等の回転角度を演算する。角度演算部240は、例えば、第1信号算出部220および第2信号算出部230に接続され、当該第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果を受けとる。角度演算部240は、1または複数の予め定められた平面における検出対象の回転角度を演算してよい。また、角度演算部240は、3次元空間における検出対象の回転角度を演算してもよい。角度演算部240は、例えば、磁気センサ100に入力する磁場ベクトルの各軸の成分をそれぞれ算出して、検出対象の回転角度を演算する。角度演算部240は、演算結果を外部に出力する。
The
誤差出力部250は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、磁気センサ100の誤差パラメータを出力する。誤差出力部250は、例えば、第1信号算出部220および第2信号算出部230に接続され、当該第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果を受けとる。誤差出力部250は、磁気センサ100の誤差を算出し、当該誤差を補正する誤差パラメータを算出して出力する。誤差出力部250は、他軸感度演算部252と、実装誤差演算部254とを有する。
The
他軸感度演算部252は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、第1センサ対110および第2センサ対120の他軸感度誤差を演算する。また、実装誤差演算部254は、第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、磁気センサ100の実装誤差を演算する。他軸感度演算部252および実装誤差演算部254の動作については後に述べる。
The other axis
以上の本実施形態に係る検出装置200は、予め定められた磁場ベクトルを磁気センサ100に供給し、当該磁場ベクトルに応じて出力される磁気センサ100の出力信号に基づき、誤差パラメータを算出して出力する。ここで、予め定められた磁場ベクトルは、絶対値が略均一で、予め定められた回転速度で回転する回転磁場ベクトルであることが望ましい。磁気センサ100にこのような回転磁場ベクトルを印加する構成を、図5を用いて説明する。
The
図5は、本実施形態に係る磁気センサ100と回転磁場を印加する磁場印加部400の構成例を示す。磁場印加部400は、磁気センサ100に予め定められた複数の方向の磁場を印加する。磁場印加部400は、磁気センサ100に印加する磁場の方向を、予め定められた方向に変化させる。図5は、磁場印加部400が回転磁石を有し、磁気センサ100に印加する磁場を予め定められた回転速度で回転させる例を示す。磁場印加部400は、回転磁石410と、回転軸412と、モーター420とを備える。
FIG. 5 shows a configuration example of the
回転磁石410は、回転軸412回りに回転する。図5は、回転磁石410が磁気センサ100の上方に設けられる例を示す。回転磁石410は、一例として、円盤状の形状を有し、XY平面と略平行な面で回転する。回転磁石410は、XY平面と略平行な断面がそれぞれ半円形状となる2つの領域に分割されてよく、一方の領域がS極であり、他方の領域がN極である磁石を形成する。回転磁石410は、XY平面と略平行な面で回転することにより、理想的には、例えば、次式で示される回転磁場を磁気センサ100に印加する。
(数10)
HX(θ)=cos(θ)
HY(θ)=sin(θ)
The
(Equation 10)
H X (θ) = cos (θ)
H Y (θ) = sin (θ)
回転軸412は、XY平面と略垂直な方向に形成される。回転軸412は、一例として、中心軸の磁気センサ100側の延長線上に、第1センサ対110を通過するX軸と第2センサ対120を通過するY軸との交点が位置するように、形成される。回転軸412は、一端が回転磁石410に接続され、他端がモーター420に接続される。モーター420は、回転軸412および当該回転軸に接続された回転磁石410を回転させる。モーター420は、予め定められた略一定の回転速度で回転磁石410を回転させることが望ましい。
The
以上の本実施形態に係る磁場印加部400により、磁気センサ100は、XY平面において、絶対値が略一定で、方向が時間的に変化する磁場を検出する。検出装置200は、磁気センサ100がこのような回転磁場を検出して出力する出力信号に基づき、磁気センサ100の誤差パラメータを出力する。検出装置200の動作について、図6を用いて説明する。
With the magnetic
図6は、本実施形態に係る検出装置200の動作フローの第1例を示す。検出装置200は、図6に示す動作フローを実行して、磁気センサ100の他軸感度誤差を検出し、当該磁気センサ100の検出信号を補正する誤差パラメータを出力する。
FIG. 6 shows a first example of the operation flow of the
まず、磁場印加部400は、(数10)式に示す回転磁場を磁気センサ100に印加する(S610)。次に、取得部210は、磁気センサ100に印加される予め定められた複数の方向の磁場に応じた当該磁気センサ100の出力信号を取得する(S620)。第1センサ素子112、第2センサ素子114、第3センサ素子122、および第4センサ素子124の出力信号を、V1、V2、V3、およびV4とする。
First, the magnetic
取得部210は、このような出力信号を取得する。取得部210は、予め定められたクロック信号等に同期して、磁気センサ100の出力信号を略一定の周期で取得してよい。取得部210は、出力信号のそれぞれを、予め定められた時間間隔における時系列信号としてそれぞれ取得してよい。また、取得部210は、回転磁石410の回転周期以上の時間間隔における時系列信号を取得することが好ましい。
The
次に、第1信号算出部220および第2信号算出部230は、取得した出力信号の差分信号および和信号を算出する(S630)。即ち、第1信号算出部220は、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の差分信号(V1−V2)および和信号(V1+V2)を算出する。また、第2信号算出部230は、第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号の差分信号(V3−V4)および和信号(V3+V4)を算出する。即ち、取得部210が複数の方向の磁場に応じて磁気センサ100の複数の出力信号を取得し、第1信号算出部220および第2信号算出部230は、取得した複数の信号毎に差分信号および和信号を算出する。
Next, the first
ここで、磁場印加部400が磁気センサ100に印加する回転磁場ベクトルをHin(cos(θ),sin(θ),0)とすると、第1信号算出部220および第2信号算出部230は、差分信号および和信号を次式のように算出する。ここで、SX=(S1+S2)、SY=(S3+S4)、ΔSX=(S1−S2)、ΔSY=(S3−S4)とした。
(数11)
V1−V2=(S1+S2)・cos(θ)=SX・cos(θ)=VX
V3−V4=(S3+S4)・sin(θ)=SY・sin(θ)=VY
V1+V2=(S1−S2)・cos(θ)=ΔSX・cos(θ)=VZ12
V3+V4=(S3−S4)・sin(θ)=ΔSY・sin(θ)=VZ34
Here, if the rotating magnetic field vector applied to the
(Equation 11)
V 1 −V 2 = (S 1 + S 2 ) · cos (θ) = S X · cos (θ) = V X
V 3 −V 4 = (S 3 + S 4 ) · sin (θ) = SY · sin (θ) = V Y
V 1 + V 2 = (S 1 −S 2 ) · cos (θ) = ΔS X · cos (θ) = V Z12
V 3 + V 4 = (S 3 −S 4 ) · sin (θ) = ΔS Y · sin (θ) = V Z34
ここで、角度演算部240は、第1センサ素子112および第2センサ素子114の出力信号の差分信号(V1−V2)および第3センサ素子122および第4センサ素子124の出力信号の差分信号(V3−V4)をVXおよびVYとし、回転磁石410のXY平面上における回転角度を算出して出力してよい。
Here, the
誤差出力部250は、磁気センサ100に印加された複数の方向の磁場に応じた第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、磁気センサ100の誤差パラメータを出力する。ここで、他軸感度演算部252は、第1センサ対110の差分信号および第2センサ対120の差分信号のそれぞれの振幅値と、第1センサ対110の差分信号および和信号の積と、第2センサ対120の差分信号および和信号の積とを、第1センサ対110および第2センサ対120に複数の方向の磁場が印加される毎にそれぞれ積算した積算値と、に基づき、第1センサ対110および第2センサ対120の他軸感度誤差をそれぞれ演算し、誤差パラメータを算出する。当該算出について、次に述べる。
The
他軸感度演算部252は、第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号の振幅値を取得する(S640)。ここで、当該差分信号は、(数11)式に示すように、回転磁石410の回転周期に応じて変動する。したがって、取得部210が当該出力信号を回転磁石410の回転周期以上における時系列信号を取得することにより、他軸感度演算部252は、当該周期的に変動する信号の振幅値を取得することができる。
The other-axis
図7は、本実施形態に係る第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号の一例を示す。図7において、横軸は回転磁石410のXY平面における角度位置を示し、縦軸は第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号(即ち、VXおよびVY)の出力強度を示す。(数11)式に示すように、差分信号VXは正弦波信号として周期的に変動し、差分信号VYは余弦波信号として周期的に変動する。
FIG. 7 shows an example of the difference signal calculated by the first
そして、差分信号VXの振幅値SXは、(数11)式より、磁気感度の和(S1+S2)に等しくなる。同様に、差分信号VYの振幅値SYは、磁気感度の和(S3+S4)に等しくなる。そこで、他軸感度演算部252は、差分信号VXおよびVYの振幅値を取得することで、(S1+S2)および(S3+S4)の値を取得することができる。他軸感度演算部252は、一例として、差分信号の最大値および最小値の差分を1/2にすることで、当該差分信号の振幅値を算出する。
Then, the amplitude value S X of the difference signal V X, from equation (11) becomes equal to the sum of
このように、本実施形態に係る他軸感度演算部252は、磁気感度の和(S1+S2)および(S3+S4)の値を取得するので、第1センサ対110および第2センサ対120の間における(X軸およびY軸間の)感度ミスマッチ{(S1+S2)/(S3+S4)−1}=SX/SY−1を算出することができる。
As described above, the other-axis
次に、他軸感度演算部252は、第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号および和信号の積を積算する(S650)。他軸感度演算部252は、例えば、回転磁石410が1回転(またはn回転)する間に取得する差分信号および和信号の積(VXVZ12およびVYVZ34)を積算する。これにより、他軸感度演算部252は、次式で示す計算を実行したことに相当する。
ここで、他軸感度演算部252は、SXおよびSYの値を既に取得しているので、センサ素子の感度ミスマッチによる他軸感度を算出することができる(S660)。他軸感度演算部252は、例えば、差分信号および和信号の積の積算結果をそれぞれΣ(VXVZ12)、Σ(VYVZ34)とすると、X軸およびZ軸間の他軸感度ΔSX/SXおよびY軸およびZ軸間の他軸感度ΔSY/SYを、次式のように算出することができる。
(数13)
Σ(VXVZ12)/(πSX 2)=ΔSX/SX
Σ(VYVZ34)/(πSY 2)=ΔSY/SY
Here, since the other axis
(Equation 13)
Σ (V X V Z12 ) / (πS X 2 ) = ΔS X / S X
Σ (V Y V Z34 ) / (πS Y 2 ) = ΔS Y / S Y
以上のように、他軸感度演算部252は、センサ対間の磁気感度のミスマッチ、およびセンサ素子間の磁気感度のミスマッチによる他軸感度を算出することができるので、当該ミスマッチに基づく誤差を補正する補正パラメータを算出することができる。即ち、誤差出力部250は、予め定められた方向に変化する磁場に応じた第1信号算出部220および第2信号算出部230の算出結果に基づき、磁気センサ100の誤差パラメータを出力する。
As described above, the other axis
以上のように、本実施形態に係る検出装置200は、磁場印加部400によって予め定められた複数の方向の磁場が磁気センサ100に印加され、当該磁場に応答した信号出力に基づき、誤差パラメータを出力する。ここで、磁場印加部400および磁気センサ100の相対位置がずれた場合、(数10)式とは異なる方向の磁場が磁気センサ100印加されることになる。
As described above, in the
図8は、本実施形態に係る磁気センサ100と磁場印加部400に実装誤差が生じた例を示す。図8において、図5に示された本実施形態に係る磁気センサ100および磁場印加部400の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図8に示すように、回転磁石410の回転軸412の中心位置が、磁気センサ100のXY平面においてX方向にずれた例を示す。このように、磁気センサ100および磁場印加部400の相対位置の誤差が生じた場合、磁気センサ100が回転角を検出すると、回転角の誤差の要因に、他軸感度および磁気センサ100の実装誤差が含まれてしまう。
FIG. 8 shows an example in which mounting errors occur in the
そこで、本実施形態の検出装置200は、このような複数の誤差を分離して検出し、それぞれ補正する誤差パラメータを算出して、磁気センサ100の回転角の誤差を低減させる。即ち、本実施形態の他軸感度演算部252は、他軸感度に基づく誤差を実装誤差と分離して算出し、実装誤差演算部254は、磁気センサ100および磁場印加部400の相対位置の誤差を磁気センサ100の実装誤差として演算する。
Therefore, the
図9は、本実施形態に係る回転磁石410の回転軸412の位置ずれが、X軸およびY軸間の感度ミスマッチに与える影響の一例を示す。図9は、円柱形状(直径25mm、厚み10mm)の回転磁石410の中心軸と、磁気センサ100の中心位置とにずれが生じた場合の検出誤差について、積分要素法を用いた静磁場3次元解析よりシミュレーションした結果の一例である。図9は、横軸が回転磁石410の中心軸および磁気センサ100の中心位置のX方向における相対的なずれ量を示し、縦軸がX軸およびY軸間の感度ミスマッチ100×(SX/SY−1)を示す。
FIG. 9 shows an example of the influence of the positional deviation of the
図9は、回転磁石410および磁気センサ100の実装誤差(ずれ量)が大きくなるにしたがい、感度ミスマッチも大きくなる傾向を示すことがわかる。これは実装誤差により、磁気センサ100に入力される磁場ベクトルの大きさがX方向とY方向でミスマッチすることで生じる。また、200μmのX方向の位置ずれに対して、感度ミスマッチは0.012%未満程度となることがわかる。
FIG. 9 shows that the sensitivity mismatch tends to increase as the mounting error (shift amount) of the
図10は、本実施形態に係る回転磁石410の回転軸412の位置ずれが、X軸およびZ軸間の他軸感度およびY軸およびZ軸間の他軸感度に与える影響の一例を示す。図10は、図9と同様のシミュレーションを実行した結果の一例である。図10は、横軸が回転磁石410の中心軸および磁気センサ100の中心位置のX方向における相対的なずれ量を示し、縦軸はX軸およびZ軸間の他軸感度100×ΔSX/SXおよびY軸およびZ軸間の他軸感度100×ΔSY/SYを示す。
FIG. 10 shows an example of the influence of the positional deviation of the
X軸およびZ軸間の他軸感度がX方向の実装誤差の大きさに応じて大きくなる一方、Y軸およびZ軸間の他軸感度は略一定の値の傾向を示すことがわかる。即ち、X方向の実装誤差は、X軸およびZ軸間の他軸感度に影響を及ぼし、Y方向の実装誤差は、Y軸およびZ軸間の他軸感度に影響を及ぼすことがわかる。これは実装誤差により、磁気センサ100に入力される磁場がZ方向の成分を持つことによって生じる。また、200μmの位置ずれに対して、他軸感度は1.5%程度の大きさとなり、X軸およびY軸間の感度ミスマッチと比較して100倍程度の大きさとなることがわかる。
It can be seen that the other-axis sensitivity between the X-axis and the Z-axis increases in accordance with the magnitude of the mounting error in the X-direction, while the other-axis sensitivity between the Y-axis and the Z-axis tends to have a substantially constant value. That is, it can be seen that the mounting error in the X direction affects the other axis sensitivity between the X axis and the Z axis, and the mounting error in the Y direction affects the other axis sensitivity between the Y axis and the Z axis. This occurs because a magnetic field input to the
図11は、本実施形態に係る回転磁石410および磁気センサ100の間においてX軸方向に200μmの位置ずれが生じた場合の、回転磁石410から磁気センサ100に印加される磁場ベクトルのX成分およびY成分をシミュレーションした結果の一例を示す。また、図12は、本実施形態に係る回転磁石410および磁気センサ100の間においてX軸方向に200μmの位置ずれが生じた場合の、回転磁石410から磁気センサ100に印加される磁場ベクトルのZ成分をシミュレーションした結果の一例を示す。
FIG. 11 shows the X component of the magnetic field vector applied from the
回転磁石410の回転軸が磁気センサ100の中心位置からずれたことにより、磁場ベクトルのZ成分が発生することがわかる。このような実装誤差が、X軸およびY軸間の感度ミスマッチ、X軸およびZ軸間の他軸感度、およびY軸およびZ軸間の他軸感度等と共に誤差要因となった場合、これらの複数の誤差を分離して検出しなければ誤差を補正することができないので、当該誤差を低減することは困難であった。そこで、本実施形態の検出装置200は、これらの誤差を分離して検出し、誤差を補正する誤差パラメータを出力する。検出装置200の動作について、図13を用いて説明する。
It can be seen that the Z component of the magnetic field vector is generated when the rotational axis of the
図13は、本実施形態に係る検出装置200の動作フローの第2例を示す。図13の動作フローにおいて、図6に示された本実施形態に係る検出装置200の動作フローの動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
FIG. 13 shows a second example of the operation flow of the
まず、磁場印加部400は、回転磁場を磁気センサ100に印加する(S610)。ここで、磁場印加部400は、図11および図12に示すような、Z成分を有する回転磁場ベクトルを磁気センサ100に印加する。このような磁場ベクトルは、積分要素法を用いた静磁場3次元解析により、次式のように示される。
(数14)
(HX,HY,HZ)≒(cos(θ),sin(θ),α・sin(θ+β))
First, the magnetic
(Equation 14)
(H X , H Y , H Z ) ≈ (cos (θ), sin (θ), α · sin (θ + β))
ここで、αは位置ずれの大きさを示す定数(α<<1)であり、βは位置ずれの方向を示す定数である。このように、理想的には0である磁場ベクトルのZ成分が、実装誤差によって磁気センサ100に印加されることになる。また、磁場ベクトルのX成分とY成分に関しては、図9で示したように位置ずれにより生じるミスマッチ量が小さいことから、位置ずれが生じた場合も(数10)式と同様に、cos(θ)、sin(θ)と近似される。
Here, α is a constant (α << 1) indicating the magnitude of the positional deviation, and β is a constant indicating the direction of the positional deviation. In this way, the Z component of the magnetic field vector, which is ideally 0, is applied to the
次に、取得部210は、磁気センサ100の出力信号を取得する(S620)。次に、第1信号算出部220および第2信号算出部230は、取得した出力信号の差分信号および和信号を算出する(S630)。(数14)式に示す磁場ベクトルに対して、第1信号算出部220および第2信号算出部230は、差分信号および和信号を次式のように算出する。
(数15)
VX=SX・cos(θ)+ΔSX・α・sin(θ+β)≒SX・cos(θ)
VY=SY・sin(θ)+ΔSY・α・sin(θ+β)≒SY・sin(θ)
VZ12=ΔSX・cos(θ)+SX・α・cos(θ+β)
VZ34=ΔSY・sin(θ)+SY・α・sin(θ+β)
Next, the
(Equation 15)
V X = S X · cos (θ) + ΔS X · α · sin (θ + β) ≈S X · cos (θ)
V Y = S Y · sin (θ) + ΔS Y · α · sin (θ + β) ≈S Y · sin (θ)
V Z12 = ΔS X · cos (θ) + S X · α · cos (θ + β)
V Z34 = ΔS Y · sin (θ) + S Y · α · sin (θ + β)
なお、差分信号VXおよびVYにおいて、SX>>ΔSX・α、SY>>ΔSY・αより、ΔSX・αおよびΔSY・αの項を0と近似した。(数15)式より、実装誤差によって発生する他軸感度の項が、和信号VZ12およびVZ34の第2項に相当することがわかる。また、センサ素子の磁気感度に起因する他軸感度は、和信号VZ12およびVZ34において直交関係となるが、実装誤差によって発生する他軸感度は、同相の信号となることがわかる。 In the difference signals V X and V Y , the terms of ΔS X · α and ΔS Y · α were approximated to 0 from S X >> ΔS X · α and S Y >> ΔS Y · α. From the equation (15), it can be seen that the term of the other-axis sensitivity generated due to the mounting error corresponds to the second term of the sum signals V Z12 and V Z34 . In addition, the other-axis sensitivity due to the magnetic sensitivity of the sensor element has an orthogonal relationship in the sum signals V Z12 and V Z34 , but it can be seen that the other-axis sensitivity generated by the mounting error is an in-phase signal.
次に、他軸感度演算部252は、第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号の振幅値を取得する(S640)。これにより、他軸感度演算部252は、差分信号VXの振幅値SXおよびSYを取得し、X軸およびY軸間の感度ミスマッチSX/SY−1を算出することができる。他軸感度演算部252の振幅値の取得については、図6および図7で説明したのでここでは省略する。なお、実装誤差が生じても、図9に示したように、X軸およびY軸間の感度ミスマッチへの影響は比較的小さいので、実装誤差の有無にかかわらず、図6および図7で説明した動作で感度ミスマッチが精度良く算出できると考えられる。
Next, the other-axis
次に、他軸感度演算部252は、第1信号算出部220および第2信号算出部230が算出した差分信号および和信号の積を積算する(S670)。即ち、他軸感度演算部252は、第1センサ対110の差分信号および和信号の積と、第2センサ対120の差分信号および和信号の積と、第1センサ対110の差分信号と第2センサ対120の和信号の積と、第2センサ対120の差分信号と第1センサ対110の和信号の積とを、第1センサ対110および第2センサ対120に複数の方向の磁場が印加される毎にそれぞれ積算した積算値と、第1センサ対110の差分信号および第2センサ対120の差分信号のそれぞれの振幅値と、に基づき、第1センサ対110および第2センサ対120の他軸感度誤差を演算する。
Next, the other-axis
他軸感度演算部252は、例えば、回転磁石410が1回転(またはn回転)する間に取得する差分信号および和信号の積(VXVZ12、VYVZ34、VYVZ12、およびVXVZ34)を積算する。これにより、他軸感度演算部252は、次式で示す計算を実行したことに相当する。
ここで、他軸感度演算部252は、SXおよびSYの値を既に取得しているので、センサ素子の感度ミスマッチによる他軸感度を算出することができる(S680)。他軸感度演算部252は、例えば、差分信号および和信号の積の積算結果をそれぞれΣ(VXVZ12)、Σ(VYVZ34)、Σ(VYVZ12)、およびΣ(VXVZ34)とすると、X軸およびZ軸間の他軸感度ΔSX/SXおよびY軸およびZ軸間の他軸感度ΔSY/SYを、次式のように算出することができる。
(数20)
{Σ(VXVZ12)/(πSX)−Σ(VXVZ34)/(πSY)}/SX=ΔSX/SX
{Σ(VYVZ34)/(πSY)−Σ(VYVZ12)/(πSX)}/SY=ΔSY/SY
Here, since the other axis
(Equation 20)
{Σ (V X V Z12 ) / (πS X ) −Σ (V X V Z34 ) / (πS Y )} / S X = ΔS X / S X
{Σ (V Y V Z34 ) / (πS Y ) −Σ (V Y V Z12 ) / (πS X )} / S Y = ΔS Y / S Y
以上のように、他軸感度演算部252は、センサ対間の磁気感度のミスマッチ、およびセンサ素子間の磁気感度のミスマッチによる他軸感度を算出することができるので、当該ミスマッチに基づく誤差を補正する補正パラメータを算出することができる。図14は、本実施形態に係る検出装置200が出力する補正パラメータに基づき、誤差を補正した結果の一例を示す。図14は、上記の計算方法により、実装誤差と他軸感度とを分離し、X軸およびZ軸間の他軸感度およびY軸およびZ軸間の他軸感度を算出して誤差を補正する動作について、積分要素法を用いた静磁場3次元解析によるシミュレーションを実行した結果を示す。
As described above, the other axis
当該シミュレーションは、図9および図10のシミュレーションと同様に、円柱形状(直径25mm、厚み10mm)の回転磁石410の中心軸と、磁気センサ100の中心位置とにずれが生じた場合の検出誤差を算出した結果である。図14は、横軸が回転磁石410の中心軸および磁気センサ100の中心位置のX方向における相対的なずれ量を示し、縦軸はX軸およびZ軸間の他軸感度100×ΔSX/SXおよびY軸およびZ軸間の他軸感度100×ΔSY/SYを示す。略200μmの相対的な位置ずれに対して他軸感度の検出誤差が1.5%程度生じていた図10の結果と比較して、図14は、検出誤差が1/100以下に改善していることがわかる。
Similar to the simulations of FIG. 9 and FIG. 10, the simulation shows a detection error when a deviation occurs between the central axis of the cylindrical magnet (diameter 25 mm,
次に、実装誤差演算部254は、実装誤差を算出する(S690)。実装誤差演算部254は、例えば、差分信号および和信号の積の積算結果Σ(VYVZ12)およびΣ(VXVZ34)から、実装誤差を、次式のように算出することができる。
(数21)
Σ(VXVZ34)/πSXSY=α・sin(β)
Σ(VYVZ12)/πSXSY=α・cos(β)
Next, the mounting
(Equation 21)
Σ (V X V Z34 ) / πS X S Y = α · sin (β)
Σ (V Y V Z12 ) / πS X S Y = α · cos (β)
図15は、本実施形態に係る検出装置200が算出する実装誤差の第1例を示す。図16は、本実施形態に係る検出装置200が算出する実装誤差の第2例を示す。図15および図16は、図14と同様のシミュレーションによって、(数21)式からα・sin(β)およびα・cos(β)を算出した結果を示す。図15は、X方向の位置ずれに対するα・sin(β)およびα・cos(β)の値を示す。図15より、X方向の位置ずれに応じて、α・sin(β)の値が変動することがわかる。図16は、Y方向の位置ずれに対するα・sin(β)およびα・cos(β)の値を示す。図16より、Y方向の位置ずれに応じて、α・cos(β)の値が変動することがわかる。
FIG. 15 shows a first example of the mounting error calculated by the
なお、図15および図16の縦軸は、回転磁石410の磁石のサイズ、形状、材質等によって定まる相対的な軸である。したがって、例えば、略同一の磁場印加部400を用いて、複数の磁気センサ100のα・sin(β)およびα・cos(β)の値を検出して比較することで、実装誤差(位置ずれの大きさ、方向)を評価することができる。また、予め定められた実装誤差を与えた磁場印加部400および磁気センサ100の検出結果と比較することで、実装誤差を評価してもよい。
15 and 16 is a relative axis determined by the size, shape, material, etc. of the magnet of the
以上の本実施形態に係る検出装置200は、精度良く磁気センサの誤差を検出し、補正パラメータを算出することができる。また、検出装置200は、他軸感度および実装誤差の複数の誤差が重畳していても、それぞれの誤差を分離して検出することができ、補正パラメータを算出することができる。
The
以上の本実施形態に係る検出装置200は、磁気センサ100と別個独立に形成されてよく、これに代えて、磁気センサ100の基板10に形成されてよい。この場合、磁気センサ100および検出装置200が一体となったセンサ装置として形成されてもよい。また、磁気センサ100および検出装置200は、磁場印加部400の予め定められた位置に配置されてよい。この場合、磁気センサ100、検出装置200、および磁場印加部400は、一体となった回転角センサ装置として形成されてもよい。
The
また、以上の本実施形態に係る検出装置200は、角度演算部240が回転角を出力し、誤差出力部250が磁気センサ100の誤差パラメータを出力することを説明した。ここで、検出装置200は、角度演算部240が出力する回転角を、誤差出力部250が出力する誤差パラメータで補正してよい。
Further, in the
また、磁気センサ100は、検出装置200が出力する誤差パラメータを記憶してもよい。この場合、磁気センサ100は、検出装置200の検出対象であり、また、当該検出装置200が検出した誤差を補正する誤差パラメータを記憶する記憶部を備え、当該誤差パラメータを用いて検出結果を補正する。これにより、磁気センサ100は、例えば、工場出荷時にそれぞれ個別に誤差を検出して誤差パラメータを記憶してから、市場に投入することができる。これにより、製造バラツキを低減させて精度を向上させた磁気センサ100を供給できる。
Further, the
また、検出装置200は、経時変化した磁気センサ100の誤差を検出して誤差パラメータを出力してもよい。これにより、検出装置200は、出荷済の磁気センサ100の再調整、再較正等を容易に実行することができる。
Further, the
図17は、本実施形態に係る検出装置200として機能するコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ1900は、ホスト・コントローラ2082により相互に接続されるCPU2000、RAM2020、グラフィック・コントローラ2075、および表示装置2080を有するCPU周辺部と、入出力コントローラ2084によりホスト・コントローラ2082に接続される通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、およびDVDドライブ2060を有する入出力部と、入出力コントローラ2084に接続されるROM2010、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070を有するレガシー入出力部と、を備える。
FIG. 17 shows an example of a hardware configuration of a
ホスト・コントローラ2082は、RAM2020と、高い転送レートでRAM2020をアクセスするCPU2000およびグラフィック・コントローラ2075とを接続する。CPU2000は、ROM2010およびRAM2020に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等がRAM2020内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置2080上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
The
入出力コントローラ2084は、ホスト・コントローラ2082と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060を接続する。通信インターフェイス2030は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ2040は、コンピュータ1900内のCPU2000が使用するプログラムおよびデータを格納する。DVDドライブ2060は、DVD−ROM2095からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。
The input /
また、入出力コントローラ2084には、ROM2010と、フレキシブルディスク・ドライブ2050、および入出力チップ2070の比較的低速な入出力装置とが接続される。ROM2010は、コンピュータ1900が起動時に実行するブート・プログラム、および/または、コンピュータ1900のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ2050は、フレキシブルディスク2090からプログラムまたはデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。入出力チップ2070は、フレキシブルディスク・ドライブ2050を入出力コントローラ2084へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ2084へと接続する。
The input /
RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095、またはICカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、RAM2020を介してコンピュータ1900内のハードディスクドライブ2040にインストールされ、CPU2000において実行される。
A program provided to the
プログラムは、コンピュータ1900にインストールされ、コンピュータ1900を取得部210、第1信号算出部220、第2信号算出部230、角度演算部240、誤差出力部250、他軸感度演算部252、および実装誤差演算部254として機能させる。
The program is installed in the
プログラムに記述された情報処理は、コンピュータ1900に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段である取得部210、第1信号算出部220、第2信号算出部230、角度演算部240、誤差出力部250、他軸感度演算部252、および実装誤差演算部254として機能する。そして、この具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ1900の使用目的に応じた情報の演算または加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の検出装置200が構築される。
The information processing described in the program is read into the
一例として、コンピュータ1900と外部の装置等との間で通信を行う場合には、CPU2000は、RAM2020上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス2030に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス2030は、CPU2000の制御を受けて、RAM2020、ハードディスクドライブ2040、フレキシブルディスク2090、またはDVD−ROM2095等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス2030は、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、CPU2000が転送元の記憶装置または通信インターフェイス2030からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス2030または記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
As an example, when communication is performed between the
また、CPU2000は、ハードディスクドライブ2040、DVDドライブ2060(DVD−ROM2095)、フレキシブルディスク・ドライブ2050(フレキシブルディスク2090)等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をDMA転送等によりRAM2020へと読み込ませ、RAM2020上のデータに対して各種の処理を行う。そして、CPU2000は、処理を終えたデータを、DMA転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、RAM2020は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはRAM2020および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、CPU2000は、RAM2020の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはRAM2020の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもRAM2020、メモリ、および/または記憶装置に含まれるものとする。
In addition, the
また、CPU2000は、RAM2020から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、RAM2020へと書き戻す。例えば、CPU2000は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合(または不成立であった場合)に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
In addition, the
また、CPU2000は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第1属性の属性値に対し第2属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、CPU2000は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第1属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第2属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第1属性に対応付けられた第2属性の属性値を得ることができる。
Further, the
以上に示したプログラムまたはモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク2090、DVD−ROM2095の他に、DVD、Blu−ray(登録商標)、またはCD等の光学記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ICカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはRAM等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ1900に提供してもよい。
The program or module shown above may be stored in an external recording medium. As a recording medium, in addition to the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 基板、100 磁気センサ、110 第1センサ対、112 第1センサ素子、114 第2センサ素子、120 第2センサ対、122 第3センサ素子、124 第4センサ素子、130 磁気収束板、200 検出装置、210 取得部、220 第1信号算出部、230 第2信号算出部、240 角度演算部、250 誤差出力部、252 他軸感度演算部、254 実装誤差演算部、400 磁場印加部、410 回転磁石、412 回転軸、420 モーター、1900 コンピュータ、2000 CPU、2010 ROM、2020 RAM、2030 通信インターフェイス、2040 ハードディスクドライブ、2050 フレキシブルディスク・ドライブ、2060 DVDドライブ、2070 入出力チップ、2075 グラフィック・コントローラ、2080 表示装置、2082 ホスト・コントローラ、2084 入出力コントローラ、2090 フレキシブルディスク、2095 DVD−ROM 10 substrate, 100 magnetic sensor, 110 first sensor pair, 112 first sensor element, 114 second sensor element, 120 second sensor pair, 122 third sensor element, 124 fourth sensor element, 130 magnetic convergence plate, 200 detection Apparatus, 210 acquisition unit, 220 first signal calculation unit, 230 second signal calculation unit, 240 angle calculation unit, 250 error output unit, 252 other axis sensitivity calculation unit, 254 mounting error calculation unit, 400 magnetic field application unit, 410 rotation Magnet, 412 Rotating shaft, 420 Motor, 1900 Computer, 2000 CPU, 2010 ROM, 2020 RAM, 2030 Communication interface, 2040 Hard disk drive, 2050 Flexible disk drive, 2060 DVD drive, 2070 I / O chip, 2075 graph Click controller, 2080 display device, 2082 host controller, 2084 input-output controller, 2090 flexible disk, 2095 DVD-ROM
Claims (14)
前記磁気センサの出力信号を取得する取得部と、
前記第1センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第1信号算出部と、
前記第2センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第2信号算出部と、
前記第1信号算出部および前記第2信号算出部の算出結果に基づき、前記磁気センサの誤差パラメータを出力する誤差出力部と、
を備える検出装置。 A detection device for detecting an error of a magnetic sensor having a first sensor pair and a second sensor pair,
An acquisition unit for acquiring an output signal of the magnetic sensor;
A first signal calculation unit for calculating a difference signal and a sum signal of output signals of the first sensor pair;
A second signal calculation unit for calculating a difference signal and a sum signal of the output signals of the second sensor pair;
An error output unit that outputs an error parameter of the magnetic sensor based on the calculation results of the first signal calculation unit and the second signal calculation unit;
A detection device comprising:
前記誤差出力部は、前記磁気センサに印加された前記複数の方向の磁場に応じた前記第1信号算出部および前記第2信号算出部の算出結果に基づき、前記磁気センサの前記誤差パラメータを出力する請求項1に記載の検出装置。 A magnetic field application unit that applies magnetic fields in a plurality of predetermined directions to the magnetic sensor;
The error output unit outputs the error parameter of the magnetic sensor based on the calculation results of the first signal calculation unit and the second signal calculation unit according to the magnetic fields in the plurality of directions applied to the magnetic sensor. The detection device according to claim 1.
前記誤差出力部は、前記第1センサ対および前記第2センサ対の他軸感度誤差を演算する他軸感度演算部を有する請求項2または3に記載の検出装置。 The first sensor pair and the second sensor pair include a first axis that is an arrangement direction of the first sensor pair, a second axis that is an arrangement direction of the second sensor pair, and a first axis and a second axis. It detects the magnetic field in each axial direction of the vertical third axis,
The detection apparatus according to claim 2, wherein the error output unit includes an other-axis sensitivity calculation unit that calculates an other-axis sensitivity error of the first sensor pair and the second sensor pair.
前記第1センサ対の差分信号および前記第2センサ対の差分信号のそれぞれの振幅値と、
前記第1センサ対の差分信号および和信号の積と、前記第2センサ対の差分信号および和信号の積とを、前記第1センサ対および前記第2センサ対に前記複数の方向の磁場が印加される毎にそれぞれ積算した積算値と、
に基づき、
前記第1センサ対および前記第2センサ対の他軸感度誤差を演算する請求項4または5に記載の検出装置。 The other-axis sensitivity calculation unit is
Amplitude values of the difference signal of the first sensor pair and the difference signal of the second sensor pair,
The product of the difference signal and the sum signal of the first sensor pair and the product of the difference signal and the sum signal of the second sensor pair are obtained by applying a magnetic field in the plurality of directions to the first sensor pair and the second sensor pair. Each integrated value each time it is applied,
Based on
The detection device according to claim 4, wherein the other-axis sensitivity error of the first sensor pair and the second sensor pair is calculated.
前記第1センサ対の差分信号および和信号の積と、
前記第2センサ対の差分信号および和信号の積と、
前記第1センサ対の差分信号と前記第2センサ対の和信号の積と、
前記第2センサ対の差分信号と前記第1センサ対の和信号の積とを、
前記第1センサ対および前記第2センサ対に前記複数の方向の磁場が印加される毎にそれぞれ積算した積算値と、
前記第1センサ対の差分信号および前記第2センサ対の差分信号のそれぞれの振幅値と、
に基づき、
前記第1センサ対および前記第2センサ対の他軸感度誤差を演算する請求項4または5に記載の検出装置。 The other-axis sensitivity calculation unit is
A product of the difference signal and the sum signal of the first sensor pair;
The product of the difference signal and sum signal of the second sensor pair;
The product of the difference signal of the first sensor pair and the sum signal of the second sensor pair;
The product of the difference signal of the second sensor pair and the sum signal of the first sensor pair,
Integrated values each integrated each time the magnetic field in the plurality of directions is applied to the first sensor pair and the second sensor pair;
Amplitude values of the difference signal of the first sensor pair and the difference signal of the second sensor pair,
Based on
The detection device according to claim 4, wherein the other-axis sensitivity error of the first sensor pair and the second sensor pair is calculated.
前記誤差出力部は、前記予め定められた方向に変化する磁場に応じた前記第1信号算出部および前記第2信号算出部の算出結果に基づき、前記磁気センサの前記誤差パラメータを出力する請求項2から7のいずれか一項に記載の検出装置。 The magnetic field application unit changes the direction of the magnetic field applied to the magnetic sensor to a predetermined direction,
The error output unit outputs the error parameter of the magnetic sensor based on a calculation result of the first signal calculation unit and the second signal calculation unit according to a magnetic field that changes in the predetermined direction. The detection device according to any one of 2 to 7.
前記磁気センサの出力信号を取得する取得段階と、
前記第1センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第1信号算出段階と、
前記第2センサ対の出力信号の差分信号および和信号を算出する第2信号算出段階と、
前記第1信号算出段階および第2信号算出段階の算出結果に基づき、前記磁気センサの誤差パラメータを出力する誤差出力段階と、
を備える検出方法。 A detection method for detecting an error of a magnetic sensor having a first sensor pair and a second sensor pair,
Obtaining an output signal of the magnetic sensor;
A first signal calculating step of calculating a difference signal and a sum signal of the output signals of the first sensor pair;
A second signal calculating step of calculating a difference signal and a sum signal of the output signals of the second sensor pair;
An error output step of outputting an error parameter of the magnetic sensor based on the calculation results of the first signal calculation step and the second signal calculation step;
A detection method comprising:
前記誤差出力段階は、前記複数の方向の磁場に応じた前記第1信号算出段階および第2信号算出段階の算出結果に基づき、前記磁気センサの誤差パラメータを出力する請求項10に記載の検出方法。 The obtaining step obtains an output signal of the magnetic sensor according to magnetic fields in a plurality of predetermined directions applied to the magnetic sensor,
The detection method according to claim 10, wherein the error output step outputs error parameters of the magnetic sensor based on the calculation results of the first signal calculation step and the second signal calculation step according to the magnetic fields in the plurality of directions. .
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