專利名稱：旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有固定磁化層的磁阻效應(yīng)元件(MR(Magnetoresistive)元件) 構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，特別涉及可以校正釘扎角(Pin angle)誤差的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
例如，由專利文獻(xiàn)1等可知使用了這樣的MR元件的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置。在磁阻效應(yīng)元件(MR元件)中，已知巨磁阻效應(yīng)元件(Giant Magnetoresistance， GMR元件)、隧穿磁阻元件(Tunneling Magnetoresistance，TMR元件)等。以下，以使用了 GMR元件的磁場(chǎng)檢測(cè)裝置為例子，對(duì)其概要進(jìn)行說明。

圖1示出GMR元件的基本構(gòu)成。GMR元件采取具有第1磁性層13 (固定磁性層、或者釘扎磁性層)和第2磁性層 11 (自由磁性層)，并在兩者的磁性層之間夾入了非磁性層12 (隔離層)的結(jié)構(gòu)。如果對(duì)GMR 元件施加外部磁場(chǎng)，固定磁性層的磁化方向不發(fā)生變化而原樣地被固定，相對(duì)于此，自由磁 性層的磁化方向20根據(jù)外部磁場(chǎng)的方向而發(fā)生變化。此處，將固定磁性層的磁化方向角度稱為釘扎角(pin angle)，并用θ ρ表示。如果對(duì)GMR元件的兩端施加電壓，則流過與元件電阻對(duì)應(yīng)的電流，但該元件電阻 的大小依賴于固定磁性層的磁化方向(釘扎角)θρ與自由磁性層的磁化方向0f之差 Δ θ = θ -θρ而變化。因此，只要固定磁性層的磁化方向θρ是已知的，就能夠通過利 用該性質(zhì)來測(cè)定GMR元件的電阻值，從而檢測(cè)自由磁性層的磁化方向θ f、即外部磁場(chǎng)的方 向。GMR元件的電阻值根據(jù)Δ θ = 0f-0p而變化的機(jī)理如下所述。薄膜磁性膜中的磁化方向與磁性體中的電子的自旋方向相關(guān)聯(lián)。因此，當(dāng)Δ θ = 0的情況下，在自由磁性層中的電子和固定磁性層的電子中，自旋的朝向是同一方向的電子 所占比例較高。相反，當(dāng)Δ θ =180°的情況下，在兩者的磁性層中的電子中，自旋的朝向 相互逆朝向的電子所占比例較高。圖2示意地示出自由磁性層11、隔離層12、固定磁性層13的剖面。自由磁性層11 以及固定磁性層13所示的箭頭示意地示出多個(gè)電子的自旋的朝向。圖2(a)是Δ θ =0的情況，自由磁性層11和固定磁性層13的自旋的朝向一致。 圖2(b)是ΔΘ =180°的情況，自由磁性層11和固定磁性層13的自旋的朝向?yàn)槟娉?。在圖2(a)的θ =0的情況下，對(duì)于從固定磁性層13發(fā)出的右朝向自旋的電子， 由于在自由磁性層11中相同朝向的電子也占據(jù)多數(shù)，所以自由磁性層11中的散射較少，通 過電子軌跡810那樣的軌跡。另一方面，在圖2(b)的Δ θ = 180°的情況下，對(duì)于從固定磁性層13發(fā)出的右 朝向自旋的電子，如果進(jìn)入到自由磁性層11，則逆朝向自旋的電子較多，所以強(qiáng)烈地受到散 射，而通過電子軌跡810那樣的軌跡。這樣在Δ θ =180°的情況下電子散射增加，所以電 阻增加。
在Δ θ = O 180°的中間的情況下，成為圖2(a)以及圖2(b)的中間狀態(tài)。GMR 元件的電阻值R成為
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于具有磁場(chǎng)傳感器和信號(hào)處理部，所述磁場(chǎng)傳感器具有2個(gè)橋，該橋由磁阻元件構(gòu)成，該磁阻元件具有固定磁化層， 所述信號(hào)處理部將第1所述橋的輸出信號(hào)Vx作為輸入信號(hào)Vx，將第2所述橋的輸出信 號(hào)Vy作為輸入信號(hào)Vy，輸出磁場(chǎng)方向角度Θ，在所述信號(hào)處理部中，所述輸入信號(hào)之比Vy/Vx與tan θ之差是非零的固定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理部具備 比計(jì)算部，計(jì)算出所述輸入信號(hào)Vx、Vy之比Vy/Vx ；參數(shù)校正部，從該比計(jì)算部計(jì)算出的所述比Vy/Vx中，減去預(yù)先檢測(cè)出的校正參數(shù)β ；以及atan處理部，對(duì)由該參數(shù)校正部計(jì)算出的值，進(jìn)行反正切處理，計(jì)算出磁場(chǎng)角度θ。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述參數(shù)校正部將所計(jì)算出的值(Vy/Vx-β)除以Bx = SQRT(I-M)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備偏置減法處理部，從所述第1所述橋的輸出信號(hào)Vx和第2所述橋的輸出信號(hào)Vy中，分 別減去預(yù)先檢測(cè)出的偏置bx、by,將該偏置減法處理部的輸出(Vx-bx)、(Vy-by)分別作為所述信號(hào)處理部的所述輸入 信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理部具備平均值處理部，該平均值處理部根據(jù)對(duì)所述輸入信號(hào)之比Vy/Vx 的關(guān)于磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次或者旋轉(zhuǎn)多次的期間的平均值，計(jì)算出所述校正參數(shù)β。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備窗函數(shù)處理部，對(duì)所述比計(jì)算部計(jì)算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r( = Vy/Vx)為 自變量的窗函數(shù)W(r)，對(duì)該窗函數(shù)處理部的輸出，所述平均值處理部針對(duì)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次或者旋轉(zhuǎn)多次的 期間計(jì)算出平均值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于， 所述窗函數(shù)W(r)是偶函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于， 所述參數(shù)校正部將所計(jì)算出的值除以Bx = SQRT (1-β 2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于， 所述磁阻元件是巨磁阻元件。
10.一種旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于具有磁場(chǎng)傳感器和信號(hào)處理部， 所述磁場(chǎng)傳感器具有2個(gè)橋，該橋由磁阻元件構(gòu)成，該磁阻元件具有固定磁化層， 所述信號(hào)處理部將第1所述橋的輸出信號(hào)Vx作為輸入信號(hào)Vx，將第2所述橋的輸出信號(hào)Vy作為輸入信號(hào)Vy，輸出磁場(chǎng)方向角度Θ，在所述信號(hào)處理部中，具有在所述輸入信號(hào)之比Vy/Vx與tan θ間滿足(1/ SQRT(l-x2)) X (Vy/Vx)-tan θ = χ的、非零的固定值x，并且χ是不依賴于θ的固定值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理部具備 比計(jì)算部，計(jì)算出所述輸入信號(hào)Vx、Vy之比Vy/Vx ；參數(shù)校正部，從該比計(jì)算部計(jì)算出的所述比Vy/Vx中，減去預(yù)先檢測(cè)出的校正參數(shù)β ；以及atan處理部，對(duì)由該參數(shù)校正部計(jì)算出的值，進(jìn)行反正切處理，而計(jì)算出磁場(chǎng)角度θ。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述參數(shù)校正部將所計(jì)算出的值(Vy/Vx-β)除以Bx = SQRT(I-M)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備偏置減法處理部，從所述第1所述橋的輸出信號(hào)Vx和第2所述橋的輸出信號(hào)Vy中，分 別減去預(yù)先檢測(cè)出的偏置bx、by,將該偏置減法處理部的輸出(Vx-bx)、(Vy-by)分別作為所述信號(hào)處理部的所述輸入 信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理部具備平均值處理部，該平均值處理部根據(jù)對(duì)所述輸入信號(hào)之比Vy/Vx 的關(guān)于磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次或者旋轉(zhuǎn)多次的期間的平均值，計(jì)算出所述校正參數(shù)β。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備窗函數(shù)處理部，對(duì)所述比計(jì)算部計(jì)算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r( = Vy/Vx)為 自變量的窗函數(shù)W(r)，對(duì)該窗函數(shù)處理部的輸出，所述平均值處理部針對(duì)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次或者旋轉(zhuǎn)多次的 期間計(jì)算出平均值。
16.一種旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于具有磁場(chǎng)傳感器和信號(hào)處理部， 所述磁場(chǎng)傳感器具有2個(gè)橋，該橋由磁阻元件構(gòu)成，該磁阻元件具有固定磁化層， 所述信號(hào)處理部將第1所述橋的輸出信號(hào)Vx作為輸入信號(hào)Vx，將第2所述橋的輸出信號(hào)Vy作為輸入信號(hào)Vy，輸出磁場(chǎng)方向角度Θ，所述信號(hào)處理部根據(jù)所述輸入信號(hào)之比Vy/Vx的關(guān)于磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次或者旋轉(zhuǎn)多次 的期間中的平均值，計(jì)算出所述校正參數(shù)β。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備窗函數(shù)處理部，對(duì)所述比計(jì)算部計(jì)算出的所述比Vy/Vx，乘以以所述比r ( = Vy/Vx)為 自變量的窗函數(shù)W(r)，對(duì)該窗函數(shù)處理部的輸出，所述平均值處理部針對(duì)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)1次的期間計(jì)算出平 均值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，具備偏置減法處理部，從所述第1所述橋的輸出信號(hào)Vx和第2所述橋的輸出信號(hào)Vy中，分 別減去預(yù)先檢測(cè)出的偏置bx、by,將該偏置減法處理部的輸出作為所述信號(hào)處理部的所述比計(jì)算部的輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述平均值處理部在使磁場(chǎng)按照一定角速度旋轉(zhuǎn)(n+m)次以上的期間中的旋轉(zhuǎn)η次的 期間中，求出所述偏置電壓bx、by，在旋轉(zhuǎn)m次的期間中，所述偏置減法處理部計(jì)算從信號(hào)Vx、Vy中分別減去了所述偏置 電壓 bx、by 而得到的值 Vx，= Vx-bx、Vy，= Vy-by,所述平均值處理部針對(duì)值Vx’、Vy’，求出所述校正參數(shù)β，其中所述η和m是1以上的整數(shù)值。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征在于，所述磁阻元件是巨磁阻元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，可對(duì)于起因于釘扎角偏移的校正，通過較少的運(yùn)算量來進(jìn)行校正。旋轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置具有磁場(chǎng)傳感器(301)和信號(hào)處理部(303M)。磁場(chǎng)傳感器具有2個(gè)橋，該橋由具有固定磁化層的磁阻元件構(gòu)成。信號(hào)處理部(303M)的比計(jì)算部(381)計(jì)算出輸出信號(hào)Vx、Vy之比Vy/Vx。參數(shù)校正部(382)從比計(jì)算部計(jì)算出的比Vy/Vx中減去預(yù)先檢測(cè)出的校正參數(shù)(β)。atan處理部(383)對(duì)由參數(shù)校正部計(jì)算出的值，進(jìn)行反正切處理，計(jì)算出磁場(chǎng)角度(θ)。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102072698SQ20101054669
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者鈴木睦三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所