JP2012073241A - Encoder - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder that has improved position detection accuracy while keeping a gap with a magnetic medium.SOLUTION: In the magnetic medium 2, magnetic medium elements which are magnetized in opposite directions to each other are arranged alternately in a line at a fixed pitch. A magnet sensor 3 is provided to face the magnetic medium 2 with a gap therebetween and which moves in a longitudinal direction of the magnetic medium 2. The magnet sensor 3 has position detection units 50 including a plurality of magnetic resistance elements 51 which are arranged in the moving direction and mutually connected in series, and includes a higher harmonic cancelling pattern 52 for cancelling higher harmonics occurring in the detection signal at at least one of the position detection units along the moving direction.

Description

本発明は、リニアエンコーダや、ロータリエンコーダを含むエンコーダに係り、特にその検出精度の向上に関する。   The present invention relates to a linear encoder and an encoder including a rotary encoder, and more particularly to improvement of detection accuracy thereof.

着磁方向の異なる部分を交互に配した磁気媒体を用い、この磁気媒体に対して相対移動し、磁気媒体により生じる磁場の変化を検出することで、磁気媒体に対する移動量を検出する磁気エンコーダが知られている(特許文献1)。   A magnetic encoder that detects the amount of movement with respect to a magnetic medium by using a magnetic medium in which portions having different magnetization directions are alternately arranged, moving relative to the magnetic medium, and detecting a change in a magnetic field generated by the magnetic medium. Known (Patent Document 1).

磁気エンコーダの検出精度は、着磁方向を異ならせるピッチλを小さくするほど高くなるが、ピッチλを小さくすると、磁気エンコーダ側の磁場検出素子が、磁気媒体に接して、磁気媒体上を摺動するまでに近接させなければ、磁場の検出ができなくなる。   The detection accuracy of the magnetic encoder increases as the pitch λ that changes the magnetization direction decreases, but when the pitch λ is decreased, the magnetic field detection element on the magnetic encoder side contacts the magnetic medium and slides on the magnetic medium. If it is not close enough, the magnetic field cannot be detected.

一方、磁気媒体と磁気エンコーダとの間に空隙をおく場合、磁気エンコーダの出力は、図16(a)に示すような信号となる。この信号は、周波数成分で表すと、図16(b)に示すように、本来求められている1次信号のほかに、奇数次の高調波が含まれている信号である。高調波は周波数が高くなるほどその成分は小さくなるが、この高調波のために信号の検出精度が劣化する場合がある。ある例では一次の信号(所望の信号)の強度を100%とすると、三次高調波の強度はその30%、五次高調波の強度は所望の信号強度の10%、七次高調波の信号は同じく5%といったようになる。   On the other hand, when an air gap is provided between the magnetic medium and the magnetic encoder, the output of the magnetic encoder is a signal as shown in FIG. When this signal is expressed in terms of frequency components, as shown in FIG. 16 (b), it is a signal that includes odd-order harmonics in addition to the primary signal that is originally obtained. The higher the frequency, the smaller the component of the harmonic, but the signal detection accuracy may deteriorate due to this harmonic. In one example, assuming that the intensity of the primary signal (desired signal) is 100%, the intensity of the third harmonic is 30%, the intensity of the fifth harmonic is 10% of the desired signal intensity, and the seventh harmonic signal. Is also 5%.

従来から、このような高調波をキャンセルするために、図17に示すように、磁場検出素子から所定距離(n次高調波の場合にλ/(2n)、但しλは磁気媒体の着磁ピッチ)だけ離れた位置に、高調波を打ち消すための高調波打ち消しパターンを設けることが行われている。具体的に引用文献2には、スケールに書き込まれた基本波長λで周期変化する位置情報を、磁気センサヘッドにて読み取る位置検出器であって、磁気センサヘッドが、位置情報を所定の信号にて出力する第1、第2および第3磁気抵抗素子を含み、第2および第3磁気抵抗素子が、第1磁気抵抗素子両側に間隔δをもって配置され直列接続されている例が開示されている。この例では、第1磁気抵抗素子と前記第2および第3磁気抵抗素子の出力の比がrであるときに、r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3以上の奇数)の条件を満たすことにより、n次高調波が除去される、として、各磁気抵抗素子の出力比rを調整している。   Conventionally, in order to cancel such harmonics, as shown in FIG. 17, a predetermined distance from the magnetic field detection element (λ / (2n) in the case of the nth harmonic, where λ is the magnetization pitch of the magnetic medium ), A harmonic cancellation pattern for canceling the harmonics is provided at a position that is far away. Specifically, Reference 2 discloses a position detector that reads position information periodically changing at a fundamental wavelength λ written on a scale by a magnetic sensor head, and the magnetic sensor head converts the position information into a predetermined signal. In this example, the first and second magnetoresistive elements are output in series, and the second and third magnetoresistive elements are arranged on both sides of the first magnetoresistive element with an interval δ and connected in series. . In this example, when the ratio of the outputs of the first magnetoresistive element and the second and third magnetoresistive elements is r, the condition r + 2cos (2nπδ / λ) = 0 (n is an odd number of 3 or more) is satisfied. Thus, the output ratio r of each magnetoresistive element is adjusted on the assumption that the nth harmonic is removed.

また、特許文献3には、出力基本波に対する1つの高調波成分が互いに逆位相で相殺される位相となる磁気抵抗素子群を設け、この磁気抵抗素子群の中で、高調波次数をk,信号磁界のピッチをλ、nを整数、mを奇数として、(n±m/(2k))×λの間隔で磁気抵抗素子を配したものが開示されている。   Further, in Patent Document 3, a magnetoresistive element group having a phase in which one harmonic component with respect to the output fundamental wave is canceled out with an opposite phase is provided, and in this magnetoresistive element group, the harmonic order is k, A device in which magnetoresistive elements are arranged at intervals of (n ± m / (2k)) × λ, where λ is the pitch of the signal magnetic field, n is an integer, and m is an odd number is disclosed.

特開2007−121253号公報JP 2007-121253 A 特開平10−185507号公報JP-A-10-185507 特開昭63−225124号公報JP 63-225124 A

上述のように磁気媒体上を、磁気エンコーダ側の磁場検出素子が摺動するまでに近接させてしまうと、磁気媒体と磁場検出素子との間の摩擦抵抗により、磁気媒体と磁気エンコーダとを相対移動させるために余計な力が必要になる。一例としてレンズを直線的に移動させることでフォーカシングを行うカメラのレンズにおいて、直線的な移動量を検出する磁気エンコーダ(リニアエンコーダ)を用いてレンズの移動位置を検出することが考えられているが、このような利用例においては、レンズ移動をなるべく軽い力で行うことができるよう、磁気媒体とリニアエンコーダとの間にエア・ギャップ(空隙)を設けるべきことが期待されている。   As described above, if the magnetic field detection element on the magnetic encoder side is brought close to slide on the magnetic medium as described above, the magnetic medium and the magnetic encoder are relatively moved by the frictional resistance between the magnetic medium and the magnetic field detection element. Extra force is required to move it. As an example, in a lens of a camera that performs focusing by moving the lens linearly, it is considered to detect the movement position of the lens using a magnetic encoder (linear encoder) that detects the linear movement amount. In such an application example, it is expected that an air gap (gap) should be provided between the magnetic medium and the linear encoder so that the lens can be moved with as little force as possible.

本発明は、上記実情に鑑みて為されたもので、磁気媒体との間に空隙をおきつつ、位置検出の精度を向上できるエンコーダを提供することを、その目的の一つとする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an encoder capable of improving the accuracy of position detection while leaving a gap with a magnetic medium.

本発明の一態様に係るエンコーダは、互いに逆向きに着磁された磁気媒体要素を、一定のピッチλmで交互かつ一列に配した磁気媒体に対し、空隙をおいて対向して、前記磁気媒体の長手方向に相対移動する磁気センサを備えたエンコーダであって、前記磁気センサは、移動方向に沿って配され、互いに直列接続された複数の磁気抵抗素子を含む位置検出部と、前記位置検出部の磁気抵抗素子に直列接続され、前記位置検出部が出力する検出信号に生じる高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを、前記移動方向に沿って前記位置検出部の少なくともいずれか一方側に設けたものである。   An encoder according to an aspect of the present invention is directed to a magnetic medium in which magnetic medium elements magnetized in opposite directions are alternately arranged in a line at a constant pitch λm, with a gap therebetween, and the magnetic medium An encoder including a magnetic sensor that relatively moves in the longitudinal direction, wherein the magnetic sensor is arranged along the moving direction and includes a plurality of magnetoresistive elements connected in series with each other, and the position detection A harmonic cancellation pattern that is connected in series to the magnetoresistive element of the unit and cancels the harmonics generated in the detection signal output by the position detection unit is provided on at least one side of the position detection unit along the moving direction. Is.

ここで前記位置検出部の磁気抵抗素子に直列接続され、前記位置検出部が出力する検出信号に生じる高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンは、前記移動方向に沿って前記位置検出部の両側に設けてもよい。   Here, harmonic cancellation patterns that are connected in series to the magnetoresistive element of the position detection unit and cancel harmonics generated in the detection signal output by the position detection unit are provided on both sides of the position detection unit along the moving direction. May be.

また、前記位置検出部をt個備え、tは2以上の整数であり、前記位置検出部の磁気抵抗素子は、それぞれ前記位置検出部の所定の検出位置から、前記ピッチλmに基づいて定められる基準ピッチλsを用いて、λs/2nの距離の位置に配してもよい。ここで、nは3以上の奇数である。この際、前記位置検出部に含まれる複数の磁気抵抗素子は、互いにλs/(2n×k)の距離(kは5以上の整数)をおいて配されてもよい。さらに前記位置検出部の磁気抵抗素子は、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗素子であり、前記基準ピッチλsを、λs=2λm/tとしてもよい。   In addition, t position detection units are provided, t is an integer of 2 or more, and the magnetoresistive elements of the position detection units are respectively determined based on the pitch λm from predetermined detection positions of the position detection units. You may arrange | position to the position of the distance of (lambda) s / 2n using reference pitch (lambda) s. Here, n is an odd number of 3 or more. At this time, the plurality of magnetoresistive elements included in the position detection unit may be arranged at a distance of λs / (2n × k) from each other (k is an integer of 5 or more). Further, the magnetoresistive element of the position detecting unit may be a spin valve type giant magnetoresistive element, and the reference pitch λs may be set to λs = 2λm / t.

さらにN次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンは、前記位置検出部が備える磁気抵抗素子の数より少ない数の磁気抵抗素子を含むこととしてもよい。   Furthermore, the harmonic cancellation pattern that cancels the Nth-order harmonics may include a smaller number of magnetoresistive elements than the number of magnetoresistive elements included in the position detection unit.

本発明によると、位置検出部の磁気抵抗素子を複数として、高調波打ち消しパターンの磁気抵抗素子よりも抵抗値を上昇させて検出信号を強調することで、磁気媒体との間に空隙をおきつつ、位置検出の精度を向上できる   According to the present invention, a plurality of magnetoresistive elements in the position detection unit are provided, and the detection value is emphasized by increasing the resistance value compared to the magnetoresistive element of the harmonic cancellation pattern, thereby leaving a gap between the magnetic medium and the magnetic medium. , Position detection accuracy can be improved

本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの概要を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the outline | summary of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの磁気センサの構成例を表す概要図である。It is a schematic diagram showing the structural example of the magnetic sensor of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの磁気センサにおける素子形状の一例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing an example of the element shape in the magnetic sensor of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの磁気センサにおける素子形状のもう一つの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing another example of the element shape in the magnetic sensor of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの磁気センサのパターン例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of a pattern of the magnetic sensor of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの磁気センサの別のパターン例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing another example of a pattern of the magnetic sensor of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 比較例のリニアエンコーダの出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder of a comparative example. また別の比較例のリニアエンコーダの出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder of another comparative example. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの一例による出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal by an example of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの別の例による出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal by another example of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 比較例のリニアエンコーダの出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder of a comparative example. また別の比較例のリニアエンコーダの出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder of another comparative example. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの一例による出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal by an example of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るリニアエンコーダの別の例による出力信号の例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal by another example of the linear encoder which concerns on embodiment of this invention. 高調波を含んだリニアエンコーダの出力信号例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the output signal of the linear encoder containing a harmonic. 従来のリニアエンコーダの素子形状を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the element shape of the conventional linear encoder.

本実施の形態に係るエンコーダは、例えばリニアエンコーダ1であり、図1に例示するように、磁気媒体2と、磁気センサ3とを含んで構成される。また磁気センサ3は、図2にその断面を例示するように、基材31と、磁気検出素子32とを含む。この磁気検出素子32は例えばAMR素子や、積層型GMR素子、またはスピンバルブ(SV)型の巨大磁気抵抗(GMR)素子である。また、スピンバルブ型のGMR素子には、固定層と自由層の間に非磁性酸化物層を有し、トンネル電流を利用したトンネル接合型の素子(TMR素子)を包含する。磁気抵抗素子は、磁気抵抗効果素子とも称する。以下ではスピンバルブ型の巨大磁気抵抗(SVGMR)素子を利用した場合を一例として説明する。この場合、磁気検出素子32は、固定層41、非磁性導体層42、及び自由層43をこの順に積層した素子を複数備えたものであるとする。さらに自由層43の表面側には保護層(不図示)を設けてもよい。本実施の形態では、これら磁気媒体2と磁気センサ3とは空隙をおいて対向し、所定の方向に直線的に相対移動する。なお、磁気抵抗素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。   The encoder according to the present embodiment is, for example, a linear encoder 1 and includes a magnetic medium 2 and a magnetic sensor 3 as illustrated in FIG. Further, the magnetic sensor 3 includes a base material 31 and a magnetic detection element 32 as illustrated in a cross section in FIG. The magnetic sensing element 32 is, for example, an AMR element, a stacked GMR element, or a spin valve (SV) type giant magnetoresistive (GMR) element. The spin valve type GMR element includes a tunnel junction type element (TMR element) having a nonmagnetic oxide layer between a fixed layer and a free layer and utilizing a tunnel current. The magnetoresistive element is also referred to as a magnetoresistive element. Hereinafter, a case where a spin valve type giant magnetoresistive (SVGMR) element is used will be described as an example. In this case, the magnetic detection element 32 includes a plurality of elements in which the fixed layer 41, the nonmagnetic conductor layer 42, and the free layer 43 are stacked in this order. Further, a protective layer (not shown) may be provided on the surface side of the free layer 43. In the present embodiment, the magnetic medium 2 and the magnetic sensor 3 are opposed to each other with a gap and linearly move in a predetermined direction. The magnetoresistive element is also called a magnetoresistive element.

磁気媒体2は、図1に示したように、磁気媒体要素20を一列に配したものである。この磁気媒体要素20は、相対移動方向(以下単に移動方向と呼ぶ)と磁化方向とが平行となるように着磁されている。すなわち、着磁方向が磁化方向となる。磁気媒体2は、隣り合う磁気媒体要素20において同極が向き合うように一列に配したものとなっている。すなわち、互いに隣り合う磁気媒体要素20は、互いに逆向きに着磁され、移動方向に、全体として…N−S,S−N,N−S…となるように配する。つまり本実施の形態の磁気媒体2では、互いに逆向きに着磁された磁気媒体要素が、一定のピッチλmで交互かつ一列に配されている。このピッチλmは、磁気媒体2と磁気センサ3とが接触する場合より大きくしておく。   As shown in FIG. 1, the magnetic medium 2 has magnetic medium elements 20 arranged in a line. The magnetic medium element 20 is magnetized so that the relative movement direction (hereinafter simply referred to as the movement direction) and the magnetization direction are parallel to each other. That is, the magnetization direction is the magnetization direction. The magnetic media 2 are arranged in a row so that the same poles face each other in adjacent magnetic media elements 20. That is, the magnetic medium elements 20 adjacent to each other are magnetized in opposite directions, and are arranged in the moving direction so as to become NS, SN, NS as a whole. That is, in the magnetic medium 2 of the present embodiment, magnetic medium elements magnetized in opposite directions are alternately arranged in a line at a constant pitch λm. The pitch λm is set larger than that when the magnetic medium 2 and the magnetic sensor 3 are in contact with each other.

磁気センサ3の基材31は、非磁性素材(例えば熱膨張係数α=38×10-7(deg-1)のアルミノシリケートガラス等)を用いて形成される。また固定層41は、強磁性層であり、例えば厚さ5nmのCo90Fe10(atm%)の組成を有する素材を用いる。この固定層41は、磁化方向が予め定めた方向に固定されている。本実施の形態では磁気媒体2に対する相対移動方向(以下、移動方向と呼ぶ)に磁化されているものとする。 The base 31 of the magnetic sensor 3 is formed using a non-magnetic material (for example, aluminosilicate glass having a thermal expansion coefficient α = 38 × 10 −7 (deg −1 )). The fixed layer 41 is a ferromagnetic layer, and for example, a material having a composition of Co 90 Fe 10 (atm%) having a thickness of 5 nm is used. The fixed layer 41 has a magnetization direction fixed in a predetermined direction. In the present embodiment, it is assumed that the magnetic medium 2 is magnetized in the relative movement direction (hereinafter referred to as the movement direction).

非磁性導体層42は、例えば厚み3nmのCuで形成できる。自由層43は強磁性層であり、強磁性体材料であるNi85Fe15とCo90Fe10との2層膜とすればよい。Ni85Fe15とCo90Fe10との膜厚比は3:1から5:1程度とし、自由層43全体の厚さは5nmとしておく。なお、固定層41の磁化方向の固定方法や、自由層43においてNiFeに異方性をつけて磁気特性を向上させる方法については広く知られているので、ここでの詳しい説明を省略する。 The nonmagnetic conductor layer 42 can be formed of Cu having a thickness of 3 nm, for example. The free layer 43 is a ferromagnetic layer and may be a two-layer film of Ni 85 Fe 15 and Co 90 Fe 10 which are ferromagnetic materials. The film thickness ratio between Ni 85 Fe 15 and Co 90 Fe 10 is about 3: 1 to 5: 1, and the total thickness of the free layer 43 is 5 nm. In addition, since the method for fixing the magnetization direction of the fixed layer 41 and the method for improving the magnetic characteristics by adding anisotropy to NiFe in the free layer 43 are well known, detailed description thereof is omitted here.

本実施の形態では、磁気センサ3を得るために次のようにする。まず基材31上に、上述のように固定層41、非磁性導体層42、及び自由層43を積層したのち、この積層した膜上に、フォトリソグラフィにより所望の素子形状のレジストマスクを作成し、アルゴンイオンなどを用いたイオンミリングを行い、磁気センサ3のパターンを形成する。なお、磁気センサ3のパターンにおいて、配線部(磁気抵抗素子として動作しない部分)もまた、磁気抵抗素子と同様に形成する。ただし、その線幅を磁気抵抗素子に比して大きくしておくことで、抵抗として作用せずに配線として作用するようにしておく。   In the present embodiment, the following is performed in order to obtain the magnetic sensor 3. First, the fixed layer 41, the nonmagnetic conductor layer 42, and the free layer 43 are laminated on the base material 31 as described above, and then a resist mask having a desired element shape is formed on the laminated film by photolithography. Then, ion milling using argon ions or the like is performed to form a pattern of the magnetic sensor 3. In the pattern of the magnetic sensor 3, the wiring portion (portion that does not operate as a magnetoresistive element) is also formed in the same manner as the magnetoresistive element. However, by making the line width larger than that of the magnetoresistive element, it acts as a wiring without acting as a resistance.

本実施の形態の磁気センサ3のパターン(基本パターン)の一例は、図3に示すように、ミアンダ形状をなす。具体的には移動方向に直交する方向に延びる複数t個の磁気抵抗素子51a,b,…を含み、各磁気抵抗素子51a,b…を折り返して直列接続した検出素子パターンを含む位置検出部50と、これらにさらに直列に、折り返し接続された高調波打ち消しパターン52a,b…とを含む。   An example of the pattern (basic pattern) of the magnetic sensor 3 of the present embodiment has a meander shape as shown in FIG. Specifically, the position detection unit 50 includes a plurality of t magnetoresistive elements 51a, b,... Extending in a direction orthogonal to the moving direction, and includes a detection element pattern in which the magnetoresistive elements 51a, b,. And harmonic cancellation patterns 52a, 52,... Connected in series with each other.

ここで位置検出部50に含まれる磁気抵抗素子51a,b…は、それぞれの間に高調波打ち消しパターン52を置かずに直接、直列に接続される。   Here, the magnetoresistive elements 51a, b... Included in the position detection unit 50 are directly connected in series without placing the harmonic cancellation pattern 52 therebetween.

また高調波打ち消しパターン52も、磁気抵抗素子を含んで構成される。この高調波打ち消しパターン52の磁気抵抗素子も、位置検出部50の磁気抵抗素子51と同様に形成する。本実施の形態において特徴的なことの一つは、位置検出部50に含まれる複数の磁気抵抗素子51a,b…は、その長さ、幅、厚さが互いに略同一とするよう(つまりバラツキの範囲が予め規定した範囲内となるよう)形成しておく。これにより、各磁気抵抗素子51a,b…の異方性磁界Hk等を均一にしているものである。さらに、本実施の形態のここでの例では、これら位置検出部50に含まれる磁気抵抗素子51と、各高調波打ち消しパターン52に含まれる磁気抵抗素子との間でも、その長さ、幅、厚さが互いに略同一とするよう(つまりバラツキの範囲が予め規定した範囲内となるよう)形成して、各磁気抵抗素子の異方性磁界Hk等を均一にしている。   The harmonic cancellation pattern 52 is also configured to include a magnetoresistive element. The magnetoresistive element of the harmonic cancellation pattern 52 is also formed in the same manner as the magnetoresistive element 51 of the position detection unit 50. One of the characteristic features of the present embodiment is that the plurality of magnetoresistive elements 51a, b,... Included in the position detector 50 have substantially the same length, width, and thickness (that is, variations). In such a manner that the range is within the range defined in advance). Thereby, the anisotropic magnetic field Hk of each of the magnetoresistive elements 51a, b... Is made uniform. Furthermore, in this example of the present embodiment, the length, width, and the like between the magnetoresistive element 51 included in the position detection unit 50 and the magnetoresistive element included in each harmonic cancellation pattern 52 are as follows. The thicknesses of the magnetoresistive elements are made uniform so that the thicknesses are substantially the same (that is, the variation range is within a predetermined range).

具体的に、任意の一対の磁気抵抗素子51の長さの相違が±10%、幅の相違が±10%、厚さの相違が±5%であるようにする。   Specifically, the length difference between any pair of magnetoresistive elements 51 is ± 10%, the width difference is ± 10%, and the thickness difference is ± 5%.

本実施の形態では、位置検出部50の複数の磁気抵抗素子51を配列した検出素子パターンの範囲内に検出位置Cを設定する。一例として、この検出位置Cは、複数の磁気抵抗素子51のうちいずれかの磁気抵抗素子51の位置、または複数の磁気抵抗素子51の配列されている範囲の中心の位置とする。以下の説明では、複数の磁気抵抗素子51の配列されている範囲の一方端(位置検出部50の移動方向のいずれか一方側に高調波打ち消しパターンを配する場合は、当該一方側とは反対側端)を検出位置Cとする。   In the present embodiment, the detection position C is set within the range of the detection element pattern in which the plurality of magnetoresistive elements 51 of the position detection unit 50 are arranged. As an example, the detection position C is the position of any one of the plurality of magnetoresistive elements 51 or the center position of the range in which the plurality of magnetoresistive elements 51 are arranged. In the following description, one end of the range in which the plurality of magnetoresistive elements 51 are arranged (in the case where a harmonic cancellation pattern is arranged on either side of the moving direction of the position detection unit 50, it is opposite to the one side) The side end) is set as a detection position C.

また、磁気媒体要素の配列ピッチλmに基づいて定められる基準ピッチλsを用い、この検出位置Cからλs/10未満のピッチで各磁気抵抗素子51が配列されている。   The magnetoresistive elements 51 are arranged at a pitch less than λs / 10 from the detection position C using a reference pitch λs determined based on the arrangement pitch λm of the magnetic medium elements.

このλsは、磁気検出素子32の種類ごとに異なり、ここでの例のようにスピンバルブ型とする場合は、基準ピッチλsは、1つの位置検出部中の磁気抵抗素子51と隣の位置検出部中の磁気抵抗素子51とのピッチであり、具体的には、λs=2λm/t(tは位置検出部50の数)である。また、AMR素子や、積層型巨大磁気抵抗素子等の場合、基準ピッチλsは、λmに等しいものとする。なお、nは3以上の奇数であり、λs/2n<λs/10とするのであれば、n>5となる。また位置検出部50に含まれる複数の磁気抵抗素子51は、互いにλs/(2n×k)の距離(kは5以上の整数)をおいて配する。   This λs differs depending on the type of the magnetic detection element 32. When the spin valve type is used as in the example here, the reference pitch λs is the position detection adjacent to the magnetoresistive element 51 in one position detection unit. This is the pitch with the magnetoresistive element 51 in the part, specifically, λs = 2λm / t (t is the number of the position detection parts 50). In the case of an AMR element, a multilayer giant magnetoresistive element or the like, the reference pitch λs is assumed to be equal to λm. Note that n is an odd number of 3 or more, and if λs / 2n <λs / 10, then n> 5. The plurality of magnetoresistive elements 51 included in the position detection unit 50 are arranged at a distance of λs / (2n × k) (k is an integer of 5 or more).

図3に示した例では、左側に図示された磁気抵抗素子51aの左端を検出位置Cとし、当該検出位置に対し、移動方向に沿った片側にもう一つの磁気抵抗素子51bがλs/30(つまり上記k=5)の間隔をおいて(磁気抵抗素子51の中心をλs/30だけずらして)配置されている例が示されている。   In the example shown in FIG. 3, the left end of the magnetoresistive element 51a shown on the left side is the detection position C, and another magnetoresistive element 51b is located on one side along the moving direction with respect to the detection position. That is, an example is shown in which the above k = 5) is arranged (with the center of the magnetoresistive element 51 shifted by λs / 30).

さらに本実施の形態においては、2つの高調波打ち消しパターン52a,bが検出位置Cから、磁気抵抗素子51bと同じ側、λs/10と、λs/6と(それぞれ5次高調波と3次高調波とを打ち消す)の距離だけ離れた位置に配される。このように、n次(nは3以上の奇数)の高調波に対応する高調波打ち消しパターンに対応する磁気抵抗素子52(52a、52b)は、検出位置からλs/2nの距離の位置に配する。ここで、λsは位置検出部50間のピッチである。   Furthermore, in the present embodiment, the two harmonic cancellation patterns 52a and 52b are moved from the detection position C to the same side as the magnetoresistive element 51b, λs / 10 and λs / 6 (5th harmonic and 3rd harmonic, respectively). It is arranged at a position separated by a distance (cancelling waves). Thus, the magnetoresistive element 52 (52a, 52b) corresponding to the harmonic cancellation pattern corresponding to the harmonic of the nth order (n is an odd number of 3 or more) is arranged at a position of λs / 2n from the detection position. To do. Here, λs is the pitch between the position detectors 50.

本実施の形態のこの例によると、複数の磁気抵抗素子51により、ピッチがλs/30と高調波打ち消しパターンを配するべき位置より十分に小さいので、検出位置Cにおいて、数本の磁気抵抗素子の抵抗成分を直列接続したのと同等になり、素子の抵抗値が倍加される。その結果、相対的に高調波の影響が小さくなる。さらに本実施の形態のこの例では、高調波打ち消しパターン52を設けていることで、高調波の影響をさらに軽減している。   According to this example of the present embodiment, the plurality of magnetoresistive elements 51 are sufficiently smaller in pitch than λs / 30 and the position where the harmonic cancellation pattern is to be arranged. This is equivalent to connecting the resistance components in series, and the resistance value of the element is doubled. As a result, the influence of harmonics becomes relatively small. Furthermore, in this example of the present embodiment, the harmonic cancellation pattern 52 is provided to further reduce the influence of the harmonics.

なお、ここでは2本の高調波打ち消しパターン52a,bが検出位置Cから、磁気抵抗素子51bと同じ側(すなわち片側)、λs/10と、λs/6と(それぞれ5の倍数次の高調波(5次,15次,…)と3の倍数次(3次,9次,15次…)の高調波とを打ち消す)の距離だけ離れた位置に配する例としたが、4本の高調波打ち消しパターン52a,b,c,dを、位置検出部50の両側、検出位置Cからそれぞれλs/10と、λs/6と(それぞれ5の倍数次の高調波と3の倍数次高調波とを打ち消す)の距離だけ離れた位置に配してもよい。すなわち、本実施の形態の例では、高調波打ち消しパターン52(52a,52b,52c,52d)により既に打ち消されている15次高調波を打ち消すことのできる位置に、位置検出部50に含まれる磁気抵抗素子51の少なくとも一つが配置されている。   Here, the two harmonic cancellation patterns 52a and 52b are detected from the detection position C on the same side as the magnetoresistive element 51b (that is, one side), λs / 10, and λs / 6 (each of which is a multiple of 5). (5th order, 15th order, ...) and multiple harmonics (3rd order, 9th order, 15th order ...) are arranged at positions separated by a distance of 4 harmonics. The wave canceling patterns 52a, b, c, and d are placed on both sides of the position detection unit 50 and from the detection position C, respectively, λs / 10 and λs / 6 (5th harmonic and 3th harmonic, respectively) It may be arranged at a position separated by a distance of. That is, in the example of the present embodiment, the magnetism included in the position detector 50 is located at a position where the 15th harmonic already canceled by the harmonic cancellation pattern 52 (52a, 52b, 52c, 52d) can be canceled. At least one of the resistance elements 51 is disposed.

さらに位置検出部50においても検出素子パターン内に磁気抵抗素子51を3つ以上設けてもよい。一例として図4に示す例では、位置検出部50を構成する3つの磁気抵抗素子51のうち、中央に図示された磁気抵抗素子51bの左端側を基準(検出位置C)とし、当該基準に対し、移動方向に沿って当該磁気抵抗素子51bの両側に2本の磁気抵抗素子51b,cを、互いにλs/30の間隔をおいて(磁気抵抗素子51の中心をλs/30ずつずらして)配置されている例が示されている。   Further, in the position detection unit 50, three or more magnetoresistive elements 51 may be provided in the detection element pattern. As an example, in the example shown in FIG. 4, among the three magnetoresistive elements 51 constituting the position detection unit 50, the left end side of the magnetoresistive element 51 b illustrated in the center is set as a reference (detection position C), and the reference The two magnetoresistive elements 51b and 51c are arranged on both sides of the magnetoresistive element 51b along the moving direction with an interval of λs / 30 from each other (the center of the magnetoresistive element 51 is shifted by λs / 30). An example is shown.

さらに本実施の形態においては、4本の高調波打ち消しパターン52a,b,c,dが検出位置Cから、移動方向両側にλs/10と、λs/6と(それぞれ5次高調波と3次高調波とを打ち消す)の距離だけ離れた位置にそれぞれ配される。   Further, in the present embodiment, the four harmonic cancellation patterns 52a, b, c, d are detected from the detection position C to λs / 10 and λs / 6 on both sides in the moving direction (fifth harmonic and third order, respectively). They are arranged at positions separated by a distance of (to cancel harmonics).

本実施の形態のこの例によると、位置検出部50が複数の磁気抵抗素子51を含むことにより、ピッチがλs/30となっており、検出位置Cからより遠方に配された高調波打ち消しパターン52により既に打ち消されている高調波を打ち消し可能な位置であるか、あるいは、信号に含まれる成分が検出に影響しがたいほど小さくなる、高い次数の高調波を打ち消し可能な位置等、高調波打ち消しパターンを配するべき位置より十分に小さいので、検出位置Cにおいて、数本の磁気抵抗素子の抵抗成分を直列接続したのと同等になり、抵抗値が倍加される。その結果、相対的に高調波の影響が小さくなる。さらに本実施の形態のこの例でも、高調波打ち消しパターン52を設けていることで、高調波の影響をさらに軽減している。またこの図4の例の場合は、検出位置Cに対応する磁気抵抗素子51bに対して位置検出部50を構成する磁気抵抗素子51が移動方向に沿って対称的に配され、さらに高調波打ち消しパターン52もまた移動方向に沿って磁気抵抗素子51bに対して対称的に配されている。このことにより移動時の位置検出部50の出力信号もまた、位置に対して対称的となることが期待される。   According to this example of the present embodiment, the position detection unit 50 includes a plurality of magnetoresistive elements 51, so that the pitch is λs / 30, and the harmonic cancellation pattern arranged farther from the detection position C. Harmonics such as positions where the harmonics already canceled by 52 can be canceled, or where higher order harmonics can be canceled where the components contained in the signal are so small that they do not affect detection. Since it is sufficiently smaller than the position where the cancellation pattern is to be arranged, at the detection position C, it is equivalent to connecting the resistance components of several magnetoresistive elements in series, and the resistance value is doubled. As a result, the influence of harmonics becomes relatively small. Further, in this example of the present embodiment, the harmonic cancellation pattern 52 is provided, thereby further reducing the influence of the harmonics. In the case of the example of FIG. 4, the magnetoresistive elements 51 constituting the position detector 50 are symmetrically arranged along the moving direction with respect to the magnetoresistive element 51b corresponding to the detection position C, and further cancel the harmonics. The pattern 52 is also arranged symmetrically with respect to the magnetoresistive element 51b along the moving direction. As a result, it is expected that the output signal of the position detector 50 during movement is also symmetric with respect to the position.

またここまでの説明では、高調波打ち消しパターンは、それぞれ5の倍数次の高調波及び3の倍数次の高調波を打ち消す場合を例としていた。これは、5次を超え、5または3の倍数でない次数の高調波(7次、11次、13次…)は強度が弱いことが多く、打ち消す必要がないことが多いためである。しかしながら7次以上のn次の高調波をも打ち消したい場合は、高調波打ち消しパターンとしての磁気抵抗素子52を、位置検出部の所定の検出位置からλs/2nの距離の位置に配すればよい。   In the description so far, the harmonic cancellation pattern has been exemplified for the case of canceling harmonics of multiples of 5 and harmonics of multiples of 3, respectively. This is because higher harmonics (7th order, 11th order, 13th order, etc.) exceeding the 5th order and not a multiple of 5 or 3 are often weak and do not need to be canceled. However, when it is desired to cancel the 7th and higher order n-order harmonics, the magnetoresistive element 52 as a harmonic cancellation pattern may be disposed at a distance of λs / 2n from a predetermined detection position of the position detection unit. .

本実施の形態においては、n次の高調波打ち消しパターンのそれぞれに含まれる磁気抵抗素子52の数(図3の例では1つずつ。図4の例では2つずつ。)が、位置検出部50に含まれる磁気抵抗素子51の数よりも少ない数となっている。これにより、検出位置C近傍における磁場による抵抗値が強調され、高調波打ち消しパターンの影響によって却って出力信号が歪むことが軽減される。   In the present embodiment, the number of magnetoresistive elements 52 included in each of the nth-order harmonic cancellation patterns (one in the example of FIG. 3 and two in the example of FIG. 4) is the position detection unit. The number is less than the number of magnetoresistive elements 51 included in 50. Thereby, the resistance value due to the magnetic field in the vicinity of the detection position C is emphasized, and the distortion of the output signal due to the influence of the harmonic cancellation pattern is reduced.

また、本実施の形態では、図3または図4に例示した基本パターンを繰り返し単位として、(m+1/2)λs(ただしmは0または正の整数)だけの間隔をおいてこの基本パターンを複数配置して直列接続したパターンを形成してもよい(図5)。   In the present embodiment, the basic pattern illustrated in FIG. 3 or FIG. 4 is used as a repeating unit, and a plurality of basic patterns are provided at intervals of (m + 1/2) λs (where m is 0 or a positive integer). Patterns arranged and connected in series may be formed (FIG. 5).

図5にAMR素子または積層型巨大磁気抵抗素子(積層型GMR素子)を用いた例を示す。この図5の例では、図3に例示した繰り返し単位である基本パターン60a,bがλs/2だけの間隔をおき、移動方向に沿った軸に対称に、互いに反転された状態で、移動方向に沿って配される。基本パターン60aの移動方向一方側(図面の左側)の端子が、電源(Vcc)に接続され、他方側(図面の右側)の端子は基本パターン60bの一方側(図面の左側)の端子に接続され、基本パターン60bの他方側(図面の右側)の端子はグランド(GND)に接続される。また、このパターンの中点(ここでは基本パターン60aの他方側端子と基本パターン60bの一方側端子とをつなぐ線上)にタップbが形成される。   FIG. 5 shows an example using an AMR element or a multilayer giant magnetoresistive element (laminated GMR element). In the example of FIG. 5, the basic patterns 60a and 60b, which are the repeating units illustrated in FIG. 3, are spaced apart by λs / 2 and symmetrical with respect to the axis along the moving direction. It is arranged along. The terminal on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60a is connected to the power supply (Vcc), and the terminal on the other side (right side of the drawing) is connected to the terminal on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60b. Then, the terminal on the other side (right side of the drawing) of the basic pattern 60b is connected to the ground (GND). Further, a tap b is formed at the midpoint of this pattern (here, on the line connecting the other side terminal of the basic pattern 60a and the one side terminal of the basic pattern 60b).

また図5の例では、基本パターン60a,bのそれぞれからさらに(m+1/4)λs(ただしmは0または正の整数)だけの間隔をおいた位置にもう一つずつの繰り返し単位の基本パターン60c,dを、移動方向に沿った軸に対称に、互いに反転された状態で配する。これら基本パターン60a,b,c,dは移動方向に沿って一列に並ぶようにしておく。   Further, in the example of FIG. 5, another basic unit pattern of another repeating unit at a position further spaced apart from each of the basic patterns 60a and 60b by (m + 1/4) λs (where m is 0 or a positive integer). 60c and 60d are arranged symmetrically with respect to the axis along the moving direction and are inverted with respect to each other. These basic patterns 60a, b, c, d are arranged in a line along the moving direction.

これら基本パターン60c,dもまた、λs/2だけ離れて配される。そして基本パターン60cの移動方向一方側(図面の左側)の端子が、電源(Vcc)に接続され、他方側(図面の右側)の端子は基本パターン60dの一方側(図面の左側)の端子に接続され、基本パターン60dの他方側(図面の右側)の端子はグランド(GND)に接続される。また、このパターンの中点(ここでは基本パターン60cの他方側端子と基本パターン60dの一方側端子とをつなぐ線上)にタップaが形成される。   These basic patterns 60c and 60d are also spaced apart by λs / 2. The terminal on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60c is connected to the power supply (Vcc), and the terminal on the other side (right side of the drawing) is connected to the terminal on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60d. The terminal on the other side (right side of the drawing) of the basic pattern 60d is connected to the ground (GND). A tap a is formed at the midpoint of this pattern (here, on the line connecting the other terminal of the basic pattern 60c and the one terminal of the basic pattern 60d).

この図5の構成を備えた本実施の形態では、位置検出部50が複数の(少なくとも高調波打ち消しパターンが含む磁気抵抗素子の数より多い)磁気抵抗素子を含むことで、各繰り返し単位のパターンにおける検出位置での抵抗値が上昇するので、検出信号が強調され、高調波の影響が低減されて、移動位置に対する出力信号が正弦波により近くなる。これによって、位置検出精度がさらに向上される。   In the present embodiment having the configuration of FIG. 5, the position detection unit 50 includes a plurality of magnetoresistive elements (more than the number of magnetoresistive elements included in the harmonic cancellation pattern). As the resistance value at the detection position increases, the detection signal is emphasized, the influence of harmonics is reduced, and the output signal for the movement position becomes closer to a sine wave. This further improves the position detection accuracy.

図6にはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗素子(SVGMR素子)を用いた例を示す。この図6では、図4に例示した繰り返し単位である基本パターン70a,b,c,d,e,fをλs/2だけの間隔をおいて、移動方向に沿って配した例となっている。この図6の例では、基本パターン70aの移動方向一方側(図面上左側)の端子が、電源(Vcc)に接続され、他方側(図面上右側)の端子は、基本パターン70aからλsだけ離れた位置にある基本パターン70cの一方側(図面上左側)の端子に接続される。さらに基本パターン70cの他方側(図面上右側)の端子は基本パターン70cからλsだけ離れた位置にある基本パターン70eの一方側(図面上左側)の端子に接続される。   FIG. 6 shows an example using a spin valve type giant magnetoresistive element (SVGMR element). FIG. 6 shows an example in which the basic patterns 70a, b, c, d, e, and f, which are the repeating units illustrated in FIG. 4, are arranged along the moving direction with an interval of λs / 2. . In the example of FIG. 6, the terminal on one side (left side in the drawing) of the basic pattern 70a is connected to the power supply (Vcc), and the terminal on the other side (right side in the drawing) is separated from the basic pattern 70a by λs. It is connected to a terminal on one side (left side in the drawing) of the basic pattern 70c at a certain position. Further, the terminal on the other side (right side in the drawing) of the basic pattern 70c is connected to a terminal on one side (left side in the drawing) of the basic pattern 70e located at a position away from the basic pattern 70c by λs.

この基本パターン70eの他方側(図面上右側)の端子は基本パターン70eからλs/2だけ離れた位置にある基本パターン70fの他方側(図面上右側)の端子に接続される。基本パターン70fの移動方向一方側(図面上左側)の端子は、基本パターン70fからλsだけ離れた位置にある基本パターン70dの他方側(図面上右側)の端子に接続される。さらに基本パターン70dの一方側(図面上左側)の端子は基本パターン70dからλsだけ離れた位置にある基本パターン70bの他方側(図面上右側)の端子に接続される。そして基本パターン70bの一方側(図面上左)の端子がグランド(GND)に接続される。また、このパターンの中点(ここでは基本パターン70eの他方側端子と基本パターン70fの他方側端子とをつなぐ線上)にタップaが形成される。   The terminal on the other side (right side in the drawing) of the basic pattern 70e is connected to the terminal on the other side (right side in the drawing) of the basic pattern 70f located at a position away from the basic pattern 70e by λs / 2. A terminal on one side (left side in the drawing) of the basic pattern 70f is connected to a terminal on the other side (right side in the drawing) of the basic pattern 70d at a position separated from the basic pattern 70f by λs. Further, the terminal on one side (left side in the drawing) of the basic pattern 70d is connected to the terminal on the other side (right side in the drawing) of the basic pattern 70b at a position separated from the basic pattern 70d by λs. A terminal on one side (left in the drawing) of the basic pattern 70b is connected to the ground (GND). Further, a tap a is formed at the midpoint of this pattern (here, on the line connecting the other terminal of the basic pattern 70e and the other terminal of the basic pattern 70f).

この図6の例では、基本パターン70bないし70fでは、互いに隣接する基本パターン70同士で、動方向に沿った軸に対称に、互いに反転された状態で配されている。   In the example of FIG. 6, in the basic patterns 70b to 70f, the basic patterns 70 that are adjacent to each other are arranged symmetrically with respect to the axis along the moving direction and reversed with respect to each other.

また図6では、この基本パターン70a,b,c,d,e,fを含むパターン(第1パターン)に対し、移動方向と直交する方向にもう一つ、基本パターン70a′,b′,c′,d′,e′,f′を含むパターン(第2パターン)を配してもよい。ここで、基本パターン70aと、基本パターン70a′とは、移動方向に沿って互いにλs/4だけずらした位置に配する。   In FIG. 6, another basic pattern 70a ', b', c in the direction orthogonal to the moving direction is compared with the pattern (first pattern) including the basic patterns 70a, b, c, d, e, f. A pattern (second pattern) including ', d', e ', f' may be arranged. Here, the basic pattern 70a and the basic pattern 70a ′ are arranged at positions shifted from each other by λs / 4 along the moving direction.

ここで逓倍化の効果について説明する。SVGMR素子は、磁気媒体からの漏れ磁界の方向と強度によって抵抗値が変化する素子である。具体的に、SVGMR素子は特定の方向の一方側からの漏れ磁界が強くなるに従いその抵抗値は増加する。そしてSVGMR素子の磁気的な飽和点以上の磁界が印加された場合には、抵抗値は変化しなくなる。また、他方側の漏れ磁界が強くなるに従い、SVGMR素子の抵抗値は減少し、磁気飽和点以上の磁界が印加された場合には、抵抗値は変化しなくなる(AMR素子や積層型GMR素子の場合は、磁気媒体からの漏れ磁界の方向に寄らず、その強度によって抵抗が変化する)。   Here, the effect of multiplication will be described. The SVGMR element is an element whose resistance value varies depending on the direction and strength of the leakage magnetic field from the magnetic medium. Specifically, the resistance value of the SVGMR element increases as the leakage magnetic field from one side in a specific direction becomes stronger. When a magnetic field above the magnetic saturation point of the SVGMR element is applied, the resistance value does not change. Also, as the leakage magnetic field on the other side becomes stronger, the resistance value of the SVGMR element decreases, and when a magnetic field higher than the magnetic saturation point is applied, the resistance value does not change (for AMR elements and stacked GMR elements). In this case, the resistance changes depending on the strength of the magnetic field without depending on the direction of the leakage magnetic field).

そのため磁気媒体2に対して相対的に移動する場合を考えると、基本パターン70aの抵抗値は、2λm周期で変化することとなる。その変化の状態は、具体的には相対移動の距離に応じて図7(a)に示すような略矩形波となる。基本パターン70cと70eも同様に、相対移動距離に応じて2λm周期で抵抗値が変化し、その状態は略矩形波である(図7(b),(c))。ただし基本パターン70cの抵抗値の変化は、基本パターン70aの抵抗値の変化に対し位相がλs(=2λm/3)だけシフトし、基本パターン70eの抵抗値の変化は、基本パターン70aの抵抗値の変化に対し2λs(=4λm/3)だけシフトした状態となっている。   Therefore, considering the case of relative movement with respect to the magnetic medium 2, the resistance value of the basic pattern 70 a changes in a cycle of 2λm. Specifically, the state of the change is a substantially rectangular wave as shown in FIG. 7A according to the distance of relative movement. Similarly, the resistance values of the basic patterns 70c and 70e change with a period of 2λm according to the relative movement distance, and the state is a substantially rectangular wave (FIGS. 7B and 7C). However, the change in the resistance value of the basic pattern 70c is shifted in phase by λs (= 2λm / 3) with respect to the change in the resistance value of the basic pattern 70a, and the change in the resistance value of the basic pattern 70e is the resistance value of the basic pattern 70a. It is shifted by 2λs (= 4λm / 3) with respect to the change of.

従って、直列接続されている基本パターン70a,70c,及び70eの合成抵抗値の変化は、これら基本パターン70a,70c,70eの各抵抗値の約1/3であり、図7(d)に例示するように、その周期はλs(=2λm/3)となる。同様に直列接続されている基本パターン70b,70d,70fの合成抵抗値も基本パターン70a,70c,70eの合成抵抗の値と同様、その抵抗値の変化は、各基本パターン70における抵抗値の約1/3で、その変化の周期はλsとなる。但しその位相は、基本パターン70a,70c,及び70eの合成抵抗値の変化に対して、λs/2だけシフトしている。   Accordingly, the change in the combined resistance value of the basic patterns 70a, 70c, and 70e connected in series is about 1/3 of the resistance value of each of the basic patterns 70a, 70c, and 70e, which is illustrated in FIG. Thus, the period is λs (= 2λm / 3). Similarly, the combined resistance value of the basic patterns 70b, 70d, and 70f connected in series is similar to the combined resistance value of the basic patterns 70a, 70c, and 70e, and the change in the resistance value is approximately the resistance value of each basic pattern 70. At 1/3, the period of the change is λs. However, the phase is shifted by λs / 2 with respect to the change in the combined resistance value of the basic patterns 70a, 70c, and 70e.

以上のことから、この2つの合成抵抗で構成されているブリッジ回路の出力aの信号周期はλs(=2λm/3)となり、磁気媒体の着磁ピッチλmを2/3逓倍化する。   From the above, the signal period of the output a of the bridge circuit composed of these two combined resistors is λs (= 2λm / 3), and the magnetization pitch λm of the magnetic medium is multiplied by 2/3.

次に、本発明の実施例について説明する。ここでは、磁気媒体2の着磁ピッチλm=600μm、位置検出部50の磁気抵抗素子51、及び高調波打ち消しパターンの磁気抵抗素子の線幅はいずれも3μm、磁気抵抗素子間を接続する配線の線幅を30μmとして、実施例として図3,図4に例示したパターン(以下それぞれのパターンを、パターンA,Bと呼ぶ)と、比較例として図17に示した従来例のパターンCと、高調波打ち消しのパターンを備えないパターンDとを形成した。パターンを適用するブリッジ回路としては図6のものを用いた。そして、磁気媒体2と磁気センサ3との空隙(エアギャップ)を100μm、300μmと変化させ、それぞれの空隙の場合について、磁気媒体2に対して磁気センサ3を、1000μmだけ移動したときの出力波形を得た。エアギャップに100μmを加算した数値が、磁気ギャップに相当する。   Next, examples of the present invention will be described. Here, the line width of the magnetization pitch λm = 600 μm of the magnetic medium 2, the magnetoresistive element 51 of the position detector 50, and the magnetoresistive element of the harmonic cancellation pattern are all 3 μm, and the wiring connecting the magnetoresistive elements With a line width of 30 μm, the patterns illustrated in FIG. 3 and FIG. 4 as examples (hereinafter referred to as patterns A and B, respectively), the pattern C of the conventional example shown in FIG. A pattern D having no wave canceling pattern was formed. The bridge circuit to which the pattern is applied is the one shown in FIG. Then, the gap (air gap) between the magnetic medium 2 and the magnetic sensor 3 is changed to 100 μm and 300 μm, and for each gap, the output waveform when the magnetic sensor 3 is moved by 1000 μm with respect to the magnetic medium 2. Got. A numerical value obtained by adding 100 μm to the air gap corresponds to the magnetic gap.

なお、図6はパターンBを用いていた例を示しており、本実施例では、このブリッジ回路の出力をパターンBの出力と呼ぶ。また、本実施例では、図6において、各々のパターンBをパターンAに置き換えた場合を、パターンAの出力として後述する。図6において、各々のパターンBをパターンCに置き換えた場合を、パターンCの出力として後述する。図6において、各々のパターンBをパターンD(素子1本)に置き換えた場合を、パターンDの出力として後述する。パターンを置き換えする際には、置換前後で検出位置Cが同じとなるように配置する。ここでは、磁気抵抗素子として、反強磁性層、固定層、非磁性中間層、自由層を積層したスピンバルブ型巨大磁気抵抗素子を用いる例について説明する。   FIG. 6 shows an example in which the pattern B is used. In this embodiment, the output of the bridge circuit is called the output of the pattern B. In the present embodiment, the case where each pattern B is replaced with the pattern A in FIG. In FIG. 6, the case where each pattern B is replaced with pattern C will be described later as the output of pattern C. In FIG. 6, a case where each pattern B is replaced with a pattern D (one element) will be described later as an output of the pattern D. When replacing the pattern, the detection positions C are arranged to be the same before and after replacement. Here, an example will be described in which a spin valve type giant magnetoresistive element in which an antiferromagnetic layer, a fixed layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a free layer are stacked is used as the magnetoresistive element.

[エアギャップ100μm]
エアギャップを100μmとしたときのパターンDによる出力信号を図8、パターンCによる出力信号を図9に示す。これら比較例のパターンにおいて、高調波打ち消しパターンを備えない場合は、高調波の影響により、図8に例示するように略矩形波形となる。
[Air gap 100μm]
FIG. 8 shows an output signal based on the pattern D and FIG. 9 shows an output signal based on the pattern C when the air gap is 100 μm. In the patterns of these comparative examples, when a harmonic cancellation pattern is not provided, a substantially rectangular waveform is formed as illustrated in FIG. 8 due to the influence of the harmonics.

一方、高調波打ち消しパターンを備えても、打ち消し量が大きすぎると、出力信号は図9に示すように略三角波形となってしまう。ここで出力信号に対し基本周波数の信号強度よりも、3次高調波の信号強度が小さく、さらに5次高調波の信号強度はさらに小さいことに鑑みて、各高調波の打ち消しパターンの磁気抵抗素子の長さを短くするなど、長さ、幅、厚さを変更して磁気抵抗素子の抵抗値を調整することも考えられるが、このようにすると、磁気抵抗素子膜の異方性磁界Hkが変化してしまい、特性が異なってくるために却ってノイズが出力信号に生じる。   On the other hand, even if a harmonic cancellation pattern is provided, if the cancellation amount is too large, the output signal has a substantially triangular waveform as shown in FIG. Here, in view of the fact that the signal intensity of the third harmonic is smaller than the signal intensity of the fundamental frequency with respect to the output signal, and the signal intensity of the fifth harmonic is further smaller, the magnetoresistive element of the cancellation pattern of each harmonic. It is conceivable to adjust the resistance value of the magnetoresistive element by changing the length, width, and thickness, such as by shortening the length of the film, but in this case, the anisotropic magnetic field Hk of the magnetoresistive element film is reduced. The noise is generated in the output signal because the characteristics are changed and the characteristics are different.

そこで、位置検出部50の磁気抵抗素子の数を、各次の高調波打ち消しパターンに含まれる磁気抵抗素子の数より多くすることで、信号強度の差に対応した高調波の打ち消し作用を得ることとしたパターンA,Bによる、エアギャップを100μmとしたときの例を図10,図11に示す。図5に例示したパターンAでは、高調波打ち消しパターン52が検出位置Cの片側にしかないことから、対応する図10の出力信号では、図8,図9の例よりも正弦波に近い形状をなすものの、ピークを中心として非対称の形状となっている。一方、図6に例示したパターンBの出力信号は、図11に例示するように略正弦波をなし、その形状は、ピークを中心として対称的となっている。   Therefore, by increasing the number of magnetoresistive elements in the position detection unit 50 from the number of magnetoresistive elements included in each harmonic cancellation pattern, a harmonic canceling action corresponding to the difference in signal intensity can be obtained. FIGS. 10 and 11 show examples in which the air gap is 100 μm by the patterns A and B. In the pattern A illustrated in FIG. 5, since the harmonic cancellation pattern 52 is only on one side of the detection position C, the corresponding output signal in FIG. 10 has a shape closer to a sine wave than the examples in FIGS. However, it has an asymmetric shape around the peak. On the other hand, the output signal of the pattern B illustrated in FIG. 6 forms a substantially sine wave as illustrated in FIG. 11, and its shape is symmetric about the peak.

[エアギャップ300μm]
エアギャップを300μmとしたときのパターンDによる出力信号を図12、パターンCによる出力信号を図13に示す。これら比較例のパターンにおいて、高調波打ち消しパターンを備えない場合は、高調波の影響により、図12に例示するようにやや鈍った矩形波形となる。一方、パターンCのように高調波打ち消しパターンを備えても、パターンCでは打ち消し量が大きすぎるので、その出力信号はエアギャップが100μmの場合と同様、図13に示すように略三角波形となる。
[Air gap 300μm]
FIG. 12 shows an output signal based on the pattern D when the air gap is 300 μm, and FIG. 13 shows an output signal based on the pattern C. In the patterns of these comparative examples, when the harmonic cancellation pattern is not provided, the rectangular waveform is slightly dull as illustrated in FIG. 12 due to the influence of the harmonic. On the other hand, even if a harmonic cancellation pattern is provided as in pattern C, the amount of cancellation is too large in pattern C, so that the output signal has a substantially triangular waveform as shown in FIG. 13 as in the case where the air gap is 100 μm. .

本発明の実施例としてのパターンA,Bを用い、エアギャップを300μmとしたときの例を図14,図15に示す。図5に例示したパターンAでは、高調波打ち消しパターン52が検出位置Cの片側にしかないことから、対応する図14の出力信号では正弦波に近い形状をなすものの、ピークを中心として非対称の形状となっている。一方、図6に例示したパターンBの出力信号は、図15に例示するように略正弦波をなし、その形状は、ピークを中心として対称的となっている。   FIGS. 14 and 15 show examples in which patterns A and B are used as an embodiment of the present invention and the air gap is 300 μm. In the pattern A illustrated in FIG. 5, since the harmonic cancellation pattern 52 is only on one side of the detection position C, the corresponding output signal in FIG. 14 has a shape close to a sine wave, but has an asymmetric shape centered on the peak. It has become. On the other hand, the output signal of the pattern B illustrated in FIG. 6 forms a substantially sine wave as illustrated in FIG. 15, and its shape is symmetric about the peak.

このように本実施例に係るリニアエンコーダによれば、エアギャップが100μm、300μm程度であるような場合においても、正弦波に近い形状の出力信号を得ることができるようになり、かかる正弦波に近い出力信号であることにより、位置検出の精度を向上できる。   As described above, according to the linear encoder according to the present embodiment, an output signal having a shape close to a sine wave can be obtained even when the air gap is about 100 μm or 300 μm. Since the output signal is close, the accuracy of position detection can be improved.

また、ここまでの説明においては、リニアエンコーダとする場合を例として説明したが、リニアエンコーダとしなくても、磁気媒体2を円筒外周に沿って円周方向に巻き付け、この磁気媒体2に対して略一定の磁気ギャップをおいて上述の磁気センサ3が移動するように配することで、ロータリエンコーダとしても構成することができる。   In the above description, the linear encoder has been described as an example. However, even if the linear encoder is not used, the magnetic medium 2 is wound in the circumferential direction along the outer circumference of the cylinder, By arranging the magnetic sensor 3 so as to move with a substantially constant magnetic gap, it can also be configured as a rotary encoder.

1 リニアエンコーダ、2 磁気媒体、3 磁気センサ、20 磁気媒体要素、31 基材、32 磁気検出素子、41 固定層、42 非磁性導体層、43 自由層、50 位置検出部、51 磁気抵抗素子、52 高調波打ち消しパターン、60,70 基本パターン   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear encoder, 2 Magnetic medium, 3 Magnetic sensor, 20 Magnetic medium element, 31 Base material, 32 Magnetic detection element, 41 Fixed layer, 42 Nonmagnetic conductor layer, 43 Free layer, 50 Position detection part, 51 Magnetoresistance element, 52 Harmonic cancellation pattern, 60, 70 Basic pattern

Claims (6)

互いに逆向きに着磁された磁気媒体要素を、一定のピッチλmで交互かつ一列に配した磁気媒体に対し、空隙をおいて対向して、前記磁気媒体の長手方向に相対移動する磁気センサを備えたエンコーダであって、
前記磁気センサは、
移動方向に沿って配され、互いに直列接続された複数の磁気抵抗素子を含む位置検出部と、
前記位置検出部の磁気抵抗素子に直列接続され、前記位置検出部が出力する検出信号に生じる高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを、前記移動方向に沿って前記位置検出部の少なくともいずれか一方側に設けたエンコーダ。
A magnetic sensor that moves relative to each other in the longitudinal direction of the magnetic medium facing the magnetic medium in which magnetic medium elements magnetized in opposite directions are alternately arranged in a line at a constant pitch λm with a gap. An encoder with
The magnetic sensor is
A position detector including a plurality of magnetoresistive elements arranged along the moving direction and connected in series with each other;
A harmonic cancellation pattern that is connected in series to the magnetoresistive element of the position detection unit and cancels the harmonics generated in the detection signal output by the position detection unit, at least one side of the position detection unit along the moving direction The encoder provided in.
請求項1記載のエンコーダであって、
前記位置検出部の磁気抵抗素子に直列接続され、前記位置検出部が出力する検出信号に生じる高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを、前記移動方向に沿って前記位置検出部の両側に設けたエンコーダ。
The encoder according to claim 1, wherein
An encoder that is connected in series to the magnetoresistive element of the position detection unit and that has harmonic cancellation patterns that cancel harmonics generated in the detection signal output by the position detection unit on both sides of the position detection unit along the moving direction .
請求項1または2記載のエンコーダであって、
前記位置検出部をt個備え、当該tは2以上の整数であり、
前記位置検出部の磁気抵抗素子は、それぞれ前記位置検出部の所定の検出位置から、前記ピッチλmに基づいて定められる基準ピッチλsを用いて、λs/2nの距離の位置に配され、当該nは3以上の奇数であるエンコーダ。
The encoder according to claim 1 or 2,
T position detection units are provided, and t is an integer of 2 or more;
The magnetoresistive elements of the position detection unit are respectively arranged at a position of a distance of λs / 2n from a predetermined detection position of the position detection unit using a reference pitch λs determined based on the pitch λm. Is an odd number greater than or equal to 3.
請求項3記載のエンコーダであって、
前記位置検出部に含まれる複数の磁気抵抗素子は、互いにλs/(2n×k)の距離をおいて配され、当該kが5以上の整数であるエンコーダ。
An encoder according to claim 3,
The plurality of magnetoresistive elements included in the position detection unit are arranged at a distance of λs / (2n × k) from each other, and k is an integer of 5 or more.
請求項3または4記載のエンコーダであって、
前記位置検出部の磁気抵抗素子は、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗素子であり、前記基準ピッチλsを、λs=2λm/tとしたエンコーダ。
The encoder according to claim 3 or 4, comprising:
The magnetoresistive element of the position detector is a spin valve type giant magnetoresistive element, and the reference pitch λs is λs = 2λm / t.
請求項1から5のいずれか1項に記載のエンコーダであって、
N次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンは、前記位置検出部が備える磁気抵抗素子の数より少ない数の磁気抵抗素子を含むエンコーダ。
The encoder according to any one of claims 1 to 5,
The harmonic cancellation pattern that cancels Nth-order harmonics is an encoder including a smaller number of magnetoresistive elements than the number of magnetoresistive elements included in the position detection unit.
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