JP2021177164A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、１つの磁気スケールと少なくとも１つの測定方向にこの磁気スケールに対して相対移動する１つの走査装置とを有する磁気式エンコーダに関する。【解決手段】前記磁気スケールは、等しい格子寸法Ｐで配置され、反対方向の磁化を呈する複数のスケール領域を有し、この格子寸法Ｐは、前記測定方向に沿った１つのスケール領域の長さを示す。前記走査装置は、測定方向に互いに離間して配置されている３つのストリップ状磁気抵抗検出素子を含む少なくとも１つの第１検出単位セルを有し、これらの検出素子の長手方向がそれぞれ、前記測定方向に対して直角に向けられている。前記第１検出単位セル内の前記測定方向に沿って隣接した複数の検出素子が、互いに間隔Ｄｘ＝Ｐ／１２を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも１つの方向に沿って互いに可動に配置されている２つの物体の位置を測定するために適する磁気式エンコーダに関する。

一般に、磁気式エンコーダは、格子寸法Ｐで交互に配置された異なる磁化の複数のスケール領域から成る磁気スケールと、この磁気スケールに対して少なくとも１つの方向に可動な走査装置とを有する。この場合、格子寸法Ｐは、当該測定方向に沿った１つのスケール領域の長さを示す。特に、磁場を感知する適切な検出配置が、当該走査装置側に設けられている。この場合、ストリップ状に形成された薄い磁気抵抗層、例えば違法性の磁気抵抗を呈するパーマロイ層が、検出素子として考慮される。これは、外部磁場の存在時に、当該検出素子の電気抵抗が変化することを意味する。したがって、当該検出素子で発生する抵抗変化は、外部磁場の関数である。この場合、磁場の強さの増大と共に、このような検出素子の特性曲線が歪む。当該特性曲線が歪むと、当該検出素子の出力信号も、スケールの磁場の振幅に依存して歪み、位置測定の精度に悪影響を及ぼす。以下では、このような歪みを、スケールの格子寸法Ｐから得られる測定信号の基本周波数の高調波と呼ぶ。

磁気式エンコーダにおけるこのような高調波を除去するため、多くの解決策が既に知られている。この場合、通常は、フィルタリングすべき高調波に依存して、検出素子の所定の幾何学配置が、走査側の検出配置に設けられる。

特開平１０−１８５５０７は、例えば望ましくない第３高調波をフィルタリングするために、測定方向に互いに離間して配置されている３つのストリップ状磁気抵抗検出素子を含む検出配置において、検出単位セルを特別に構成することを提案している。この場合、これらの検出素子の長手方向がそれぞれ、当該測定方向に対して直角に向けられている。隣接した複数の検出素子が、当該測定方向に沿ってＰ／８の間隔を有する。この場合、Ｐは、反対の磁化を呈するスケール領域の格子寸法を示す。当該検出単位セルの中央の検出素子は、それぞれ長さＬ２を有する外側の２つの検出素子よりも長い長さＬ１を有する。特開平１０−１８５５０７によれば、当該外側の検出素子の長さＬ２はそれぞれ、Ｌ２＝Ｌ１／√２に選択される。同一に形成された第２検出単位セルが、当該測定方向に沿って設けられている。この第２検出単位セルは、第１検出単位セルと一緒に第１検出ブロックを形成する。この場合、第１周期的インクリメンタル信号が、当該第１検出ブロックによって生成される。当該第１インクリメンタル信号に対して９０°だけ位相シフトしている第２周期的インクリメンタル信号が、第２検出ブロックによって生成される。当該第２検出ブロックは、当該測定方向に対して直角に当該第１検出ブロックに対して長さＬ１よりも大きい値だけずれて配置されている。

一方では、当該フィルタのバリエーションは、第３高調波を測定信号からフィルタリングするためだけに設計されている。しかしながら、場合によっては、測定信号は、除去されなければならないより高い高調波も含む。

他方では、第１インクリメンタル信号と第２インクリメンタル信号とを生成するためにストリップ方向に対して直角に必要なオフセットが有益でないことが分かっている。例えば、材料組成の不均一性が、スケール中に存在すると、当該第１インクリメンタル信号の振幅と当該第２インクリメンタル信号の振幅とが、局所的に相違する。その結果、位置の検出が不正確になる。

特開平１０−１８５５０７

本発明の課題は、出力信号からの望ましくない複数の高調波の効率的なフィルタリングを可能にする高精度の磁気式エンコーダを提供することにある。この場合、不均一性が、走査されるスケール中に存在するときでも、良好なフィルタリング作用が、検出配置の可能な限りコンパクトな寸法によって保証されなければならない。

本発明によれば、この課題は、請求項１に記載の特徴を有する磁気式エンコーダによって解決される。

本発明の磁気式エンコーダの好適な実施の形態は、従属請求項に記載されている解決策によって達成される。

本発明の磁気式エンコーダは、１つの磁気スケールと少なくとも１つの測定方向にこの磁気スケールに対して相対移動する１つの走査装置とを有する。当該磁気スケールは、等しい格子寸法Ｐで配置され、反対方向の磁化を呈する複数のスケール領域を有する。この場合、格子寸法Ｐは、当該測定方向に沿った１つのスケール領域の長さを示す。当該走査装置は、測定方向に互いに離間して配置されている３つのストリップ状磁気抵抗検出素子を含む少なくとも１つの第１検出単位セルを有する。この場合、これらの検出素子の長手方向がそれぞれ、当該測定方向に対して直角に向けられている。当該第１検出単位セル内の当該測定方向に沿って隣接した複数の検出素子が、間隔Ｄ_ｘ＝Ｐ／１２を有する。

特に、中央の当該検出素子は、その長手方向に沿って、外側の２つの当該検出素子の長さＬ_ａ，Ｌ_ｃよりも大きい長さＬ_ｂを有する。

可能な実施の形態では、外側の２つの当該検出素子はそれぞれ、検出素子長さＬ_ａ＝Ｌ_ｃ＝Ｌ_ｂ／√３を有する。

さらに、当該走査装置は、当該第１検出単位セルとこの第１検出単位セルと同一に形成されている第２検出単位セルとから成る少なくとも１つの第１検出ブロックを有することが提唱され得る。この場合、当該第２検出単位セルは、
−当該測定方向に沿って当該第１検出単位セルに対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されていて、
−当該測定方向に対して直角に当該第１検出単位セルに対して横オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｙ＝Ｌ_ｂ＋Δ１だけずれて配置されている結果、当該第１検出ブロックは、複数の検出素子の当該長手方向に沿って検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１を有し、Δ１＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されている。

さらに、当該走査装置は、当該第１検出ブロックと同一に形成されている第２検出ブロックをさらに有することが可能である。この場合、当該第１検出ブロックと当該第２検出ブロックとは一緒に、第１検出群を形成する。そしてこの場合、当該第２検出ブロックは、
−当該測定方向に沿って当該第１検出ブロックに対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されていて、
−当該測定方向に対して直角に当該第１検出ブロックに対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ＋Δ２だけずれて配置されていて、Δ２＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されている。

さらに、当該第１検出群の複数の検出が、互いに直列に接続され得る。その結果、スケールと走査装置との相対移動時に、第１周期的部分インクリメンタル信号が、当該第１検出群によって生成可能である。

さらに、当該走査装置は、当該第１検出群と同一に形成されている少なくとも３つの別の検出群を有することが提唱され得る。この場合、
−第２検出群が、当該測定方向に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で当該第１検出群から離間して配置されている結果、スケールと走査装置との相対移動時に、当該第１部分インクリメンタル信号に対して９０°だけ位相シフトしている第２周期的部分インクリメンタル信号が、当該第２検出群によって生成可能であり、
−第３検出群が、当該測定方向に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で当該第２検出群から離間して配置されている結果、スケールと走査装置との相対移動時に、当該第２部分インクリメンタル信号に対して９０°だけ位相シフトしている第３周期的部分インクリメンタル信号が、当該第３検出群によって生成可能であり、
−第４検出群が、当該測定方向に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で当該第３検出群から離間して配置されている結果、スケールと走査装置との相対移動時に、当該第３部分インクリメンタル信号に対して９０°だけ位相シフトしている第４周期的部分インクリメンタル信号が、当該第４検出群によって生成可能である。

この場合、
−第１周期的インクリメンタル信号が、当該第１部分インクリメンタル信号と当該第３部分インクリメンタル信号とから生成可能であるように、当該第１検出群と当該第３検出群とが互いに接続されていて、
−当該第１インクリメンタル信号に対して９０°だけ位相シフトしている第２周期的インクリメンタル信号が、当該第２部分インクリメンタル信号と当該第４部分インクリメンタル信号とから生成可能であるように、当該第２検出群と当該第４検出群とが互いに接続されていることが可能である。

別の実施の形態では、当該走査装置は、当該第１検出単位セルと第２検出単位セルとから成る少なくとも１つの第１検出ブロックを有することがさらに提唱され得る。この場合、この第２検出単位セルは、当該測定方向ｘに対して直角に当該第１検出単位セルに対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されている。そしてこの場合、１つの検出素子が、当該第１検出単位セルと当該第２検出単位セルとの構成要素である結果、当該第１検出ブロックは、５つの検出素子を含む。

この場合、
−２つの検出単位セルの中央の検出素子がそれぞれ、同じ長さＬ_ｂ＝Ｌ_ｂ′を有し、
−当該２つの検出単位セルの最も外側の検出素子はそれぞれ、同じ長さＬ_ａ＝Ｌ_ａ′を有し、
−当該第１検出単位セルと当該第２検出単位セルとの構成要素である当該検出素子は、その長手方向に沿って長さＬ_３＝２・Ｌ_ａ＝２・Ｌ_ｂ／√３を有することが可能である。

この場合、特に、当該第１検出ブロックは、複数の当該検出素子の長手方向に沿って検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ′＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１′を有し、Δ１′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されている。

この場合、さらに、
−当該第１検出単位セルと当該第２検出単位セルとの構成要素である当該検出素子は、当該第１検出ブロックの中心対称線に対して対称に配置されていて、
−当該第１検出単位セルの２つの別の検出素子が、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で当該対称線の片側に離間して配置されていて、
−当該第２検出単位セルの２つの別の検出素子が、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で当該対称線の対向する側に配置されていることが提唱されている。

さらに、当該走査装置は、当該第１検出ブロック同一に形成されている第２検出ブロックをさらに有し得る。この場合、当該第１検出ブロックと当該第２検出ブロックとが一緒に、第１検出群を形成し、当該第２検出ブロックは、
−当該測定方向（ｘ）に沿って当該第１検出ブロックに対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されていて、
−当該測定方向に対して直角に当該第１検出ブロックに対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ′＋Δ２′だけずれて配置されていて、Δ２′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されている。

好ましくは、１つの検出群の複数の検出素子が、互いに直列に接続されている。

さらに、当該検出素子は、異方性磁気抵抗センサとして形成されていることが提唱され得る。

本発明の磁気式エンコーダでは、出力信号中の望ましくない複数の高調波のフィルタリング又は抑制、例えば第３次、第５次、第７次、第９次及び第１１次の高調波の同時のフィルタリングも保証する設備が、第１検出単位セルの構成に基づいて構成され得る。しかも、当該フィルタリングは、走査側の検出配置における当該設備に必要な構造を極めてコンパクトな空間寸法にすることによって達成され得る。これにより、望ましいフィルタリング作用に対する起こり得るスケールの不均一性の影響が著しく減少され得る。

本発明のさらなる詳細及び利点を、図面に関連する本発明の設備の実施の形態の以下の記載に基づいて説明する。

相対回転移動を検出するために適する本発明の磁気式エンコーダの第１の実施の形態の概略図である。 相対回転移動を検出するために適する本発明の磁気式エンコーダの第２の実施の形態の概略図である。 本発明の磁気式エンコーダの実施の形態における検出器の単位セルの構造を説明するための概略図である。 本発明の磁気式エンコーダの走査装置の実施の形態における検出器ブロックの構造を説明するための概略図である。 本発明の磁気式エンコーダの走査装置の実施の形態における検出器群の構造を説明するための概略図である。 本発明の磁気式エンコーダの走査装置の実施の形態における複数の検出器群による配置を説明するための概略図である。 本発明の磁気式エンコーダの走査装置の別の実施の形態における検出器ブロックの構造を説明するための概略図である。 図７の実施の形態における検出器群の構造を説明するための概略図である。

図１及び２は、本発明の磁気式エンコーダの第１の実施の形態と第２の実施の形態とを非常に概略的に示す。

この場合、図１に示されたバリエーションは、回転軸線Ｒを中心にして相対可動に配置されている２つの−図示されなかった−物体の相対位置を検出するために使用される。この場合、第１の物体が、本発明の磁気式エンコーダの磁気スケール１０に結合されていて、第２の物体は、当該磁気式エンコーダの走査装置２０に結合されている。スケール１０と走査装置２０とは、測定方向ｘに沿って回転軸線Ｒを中心にして相対可動する。この場合、測定方向ｘは、ここでは回転軸線Ｒを中心とした円環に沿って延在する。

スケール１０に結合されている物体及び走査装置２０に結合されている物体は、例えば、回転軸線Ｒを中心にして相対可動の２つの機械要素でもよい。これらの機械要素の相対位置が、本発明の磁気式エンコーダによって検出可能である。このため、当該エンコーダは、位置に依存する走査信号を、−図示されなかった−後続の電子装置によってさらに処理可能である周期的なインクリメンタル信号として生成する。

磁気スケール１０は、反対方向の磁化を呈するスケール領域１１ａ，１１ｂを有する。これらのスケール領域１１ａ、１１ｂは、ドラム形のキャリア本体の外周面上の測定方向ｘに沿って等しい格子寸法Ｐで配置されている。この場合、当該ドラム形のキャリア本体は、回転軸線Ｒを中心にして回転可能に配置されている。格子寸法Ｐは、測定方向ｘに沿った１つのスケール領域１１ａ，１１ｂの長さを示す。したがって、スケール領域１１ａとスケール領域１１ｂとは、測定方向ｘに沿って等しい長さを有する。図１から分かるように、隣接したスケール領域１１ａ，１１ｂが、境界領域内で反対方向のそれぞれ１つの磁化又は同じ磁極を有するように、これらのスケール領域１１ａ，１１ｂは配置されている。したがって、隣接したスケール領域１１ａ，１１ｂの場合、常に、Ｎ磁極又はＳ磁極が対向する。したがって、こうして形成されたスケール１０の場合、スケール周期λは、λ＝２・Ｐにしたがう。

したがって、周期的に変調される磁場が、スケール１０に隣接して測定方向ｘに沿ってスケール１０によって生成される。当該磁場は、走査装置２０によって走査される。可能な実施の形態では、スケール領域１１ａ，１１ｂの格子寸法は、Ｐ＝３９５μｍに選択されている。

複数の磁気抵抗検出素子を有する検出配置が、位置に依存する走査信号又はインクリメンタル信号を生成するために走査装置２０側に設けられている。当該検出配置は、図１には専ら概略的に示され、明細書の別の個所にさらに詳しく説明されている。この実施の形態では、走査装置２０は、回転するドラム形のスケール１０付きキャリア本体に対して固定配置されている。

この実施の形態では、いわゆるＡＭＲセンサとして知られている異方性磁気抵抗センサが、磁気抵抗検出素子として走査装置２０で機能する。当該異方性磁気抵抗センサは、ストリップ状に形成された、例えばパーマロイのようなニッケルと鉄の合金から成る薄い層から構成される。当該センサの電気抵抗は、外部磁場の存在時に変化する。したがって、周期的に変調されたスケール磁場に起因して、スケール１０と走査装置２０との相対移動時に、信号周期ＳＰ＝Ｐを有する、位置に依存する周期的な走査信号が、走査装置２０の検出配置によって生成され得る。

本発明の磁気式エンコーダによって生成された当該走査信号は、同様に図面に示されなかった後続の電子装置に伝達される。当該後続の電子装置は、当該走査信号を用途に応じてさらに処理する。例えば、当該後続の電子装置は、互いに可動の２つの機械要素の相対移動を制御する上位に配置された機械制御装置でもよい。

本発明の磁気式エンコーダの第２のバリエーションが、図２に示されている。当該磁気式エンコーダは、２つの−同様に図示されなかった−ここでは直線の測定方向ｘに沿って相対移動可能に配置されている物体の相対位置を検出するために使用される。同様に、第１の物体が、本発明の磁気式エンコーダの磁気スケール１０に結合されていて、当該磁気式エンコーダの第２の物体が、当該磁気式エンコーダの走査装置２０に結合されている。

スケール１０は、ここでは直接の測定方向ｘに沿って延在し、同様に反対方向の磁化を呈するスケール領域１１１ａ，１１１ｂを有する。スケール領域１１１ａ，１１１ｂは、ロータリー式のバリエーションと同様に測定方向ｘに沿って適切なキャリア本体上に等しい格子寸法Ｐで配置されている。

この例でも、走査装置１２０の具体的な構造と、特に複数の磁気抵抗検出素子による検出配置とが、図から認識可能でない。以下に、本発明の磁気式エンコーダの走査装置１２０の可能なバリエーションを、図３〜６に基づいて詳しく説明する。これらのバリエーションは、本発明の設備のロータリー式の実施の形態とリニア式の実施の形態との双方で使用され得る。

図３は、第１検出単位セル２１．１によって走査される磁気スケール１０の
一部に隣接して配置されている、走査装置の検出配置における当該第１検出単位セル２１．１の正面を概略的に示す。この実施の形態によれば、検出単位セル２１．１は、測定方向ｘに互いに離間して配置されている３つのストリップ状磁気抵抗検出素子２１．１ａ，２１．１ｂ，２１．１ｃを含む。検出素子２１．１ａ−２１．１ｃは、矩形状に形成されている。この場合、これらの検出素子２１．１ａ−２１．１ｃの平行に向けられた長手方向ｙはそれぞれ、測定方向ｘに対して直角に延在する。

本発明の磁気式エンコーダでは、測定方向ｘに沿って設けられている隣接した検出素子２１．１ａ−２１．１ｃ間の間隔Ｄ_ｘは、スケール１０上のスケール領域１１ａ，１１ｂの格子寸法Ｐに依存して選択され、Ｄ_ｘ＝Ｐ／１２である。

図３から分かるように、中央の検出素子２１．１ｂは、その長手方向ｙに沿って長さＬ_ｂを有する。この長さＬ_ｂは、外側の２つの検出素子２１．１ａ，２１．１ｃの長さＬ_ａ，Ｌ_ｃよりも大きい。外側の２つの検出素子２１．１ａ，２１．１ｃの長さＬ_ａ，Ｌ_ｃは、等しく選択されていて、これらの長さはそれぞれ、Ｌ_ａ＝Ｌ_ｃ＝Ｌ_ｂ／√３を有する。

可能な実施の形態では、格子寸法Ｐ＝３９５μｍの場合、中央の検出素子２１．１ｂのＬ_ｂの長さが、Ｌ_ｂ＝８０μｍに選択される。これにより、外側の２つの検出素子２１．１ａ，２１．１ｃの長さＬ_ａ，Ｌ_ｃに対しては、上記の関係にしたがって、Ｌ_ａ＝Ｌ_ｃ＝４６．１９μｍが得られる。

第１検出単位セル２１．１のこのような構成によって、周期的な走査信号中に含まれる高調波に対する所定のフィルタリング効果が発生する。したがって、スケール１０と走査装置との間の相対移動の場合に磁気スケール１０の走査時に発生する第５次高調波及び第７次高調波が、こうして構成された検出単位セル２１．１によって当該操作信号からフィルタリング除去され得る。第１検出単位セル２１．１のこの例では、基本的に、外側の２つの検出素子２１．１ａ，２１．１ｃが、図３の例のように、中央の検出素子２１．１ｂの対称軸線Ｓに対して対称に配置される必要はない。代わりに、これらの検出素子２１．１ａ，２１．１ｃが、それらの長手方向ｙに沿って、中央の検出素子２１．１ｂの長さＬ_ｂによって予め設定されている領域内でずれて配置されることも可能である。

第５次高調波及び第７次高調波に加えて、さらなる高調波を走査信号から除去するため、第１検出単位セル２１．１から構成される検出配置が、走査装置内で適切に変更又は拡張され得る。以下に、第３次高調波及び第９次高調波をさらにフィルタリングするための可能性を概略的に示した図４に基づいて説明する。

この実施の形態では、走査装置内の検出配置が、第１検出単位セル２１．１に加えて第２検出単位セル２１．２をさらに有することが提唱されている。基本的に、第２検出単位セル２１．２は、第１検出単位セル２１．１と同じに構成されていて、したがって第１検出単位セル２１．１と同様に３つの検出素子２１．１ａ−２１．２ｃを含む。方向ｙに沿ったこれらの検出素子２１．１ａ−２１．２ｃの長さと、測定方向に沿ったこれらの検出素子２１．１ａ−２１．２ｃの相互の相対配置とは、第１検出単位セル２１．１と同様に選択されている。

第２検出単位セル２１．２は、検出配置における第１検出単位セル２１．１に対する所定の相対位置に配置されている。したがって、第２検出単位セル２１．２は、測定方向に沿って第１検出単位セル２１．１に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されている。さらに、第２検出単位セル２１．２が、測定方向ｘに対して直角に、すなわちｙ方向に第１検出単位セル２１．１に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｙ＝Ｌ_ｂ＋Δ１だけずれて配置されていることが提唱されている。この場合、大きさΔ１は、特に範囲Δ１＝［１０μｍ−１００μｍ］に選択される。

したがって、第１検出ブロック２２．１が、２つの検出単位セル２１．１，２１．２によって形成される。この場合、第１検出ブロック２２．１は、検出素子２１．１ａ−２１．１ｃ，２１．２ａ−２１．２ｃの長手方向ｙに沿って検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１を有する。

大きさΔ１が、一実施の形態において、例えばΔ１＝８０μｍに選択されると、Ｌ_ｂ＝８０μｍのときに、ｙ方向に沿った検出ブロック長さは、Ｌ＿ＤＢ_ｙ＝２４０μｍである。したがって、生成された走査信号に由来する望まない高調波が、ｙ方向に非常にコンパクトに形成されている検出配置によってフィルタリンされ得る。したがって、起こり得るスケールの不均一性の一般的な規模が、約３００μｍの範囲内にある場合、望ましいフィルタリング効果に対する起こり得るスケールの不均一性の影響が、こうして形成された検出配置によって著しく減少され得る。

第３次、第５次、第７次及び第９次の高調波に加えて、さらに第１１次の高調波が、走査信号からフィルタリング除去されなければならない場合、図４による第１検出ブロック２２．１から成る検出配置が、さらに拡張され得る。以下に、第１１次の高調波をさらにフィルタリングするための可能性を概略的に示した図５に基づいて説明する。

この実施の形態では、検出装置における検出配置が、第１検出ブロック２２．１に加えて第２検出ブロック２２．２を有することが提唱されている。基本的に、第２検出ブロック２２．２は、第１検出ブロック２２．１と同じに形成されていて、所定の相対配置を相互に有する同様に２つの検出単位セルから構成される。

第２検出ブロック２２．２は、第１検出ブロック２２．１に対する所定の相対配置にある検出配置で配置される。一方では、当該第２検出ブロックが、測定方向ｘに沿って第１検出ブロック２２．１に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されていることが提唱されている。他方では、第２検出ブロック２２．２は、測定方向ｘに対して直角に第１検出ブロック２２．１に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ＋Δ２だけずれて配置されている。この場合、大きさΔ２は、特に範囲Δ２＝［１０μｍ−１００μｍ］内に選択される。

この実施の形態では、第３次、第５次、第７次、第９次及び第１１次の高調波を走査信号からフィルタリングするために適する第１検出群２３．１が、２つの検出ブロック２２．１，２２．２によって形成される。

第１検出群２３．１の全ての検出素子が、走査装置内で互いに直列に接続される。したがって、スケール１０と走査装置との相対移動の場合に、以下でＳ＿０によって示される第１周期的部分インクリメンタル信号が生成され得る。

９０°だけ位相シフトしたインクリメンタル信号を本発明の磁気式エンコーダに後続配置された後続の電子装置に対して提供できるようにするため、図５による検出配置は、さらに拡張され得る。このような検出配置の対応するバリエーションが、図６に概略的に示されている。この図では、さらに、検出群内で複数の検出素子をそれぞれ互いに直列に接続する複数の接続線が示されている。これらの接続線は、例えば銅の導電体としてこれらの検出素子の複数のパーマロイ層ストリップ間に形成され得る。

図６に示された検出配置は、図５による例にしたがう第１検出群２３．１に加えてさらに３つの別の検出群２３．２−２３．４を含む。これらの検出群はそれぞれ、第１検出群２３．１と基本的に同じに形成されている。

この場合、第２検出群２３．２が、測定方向ｘに沿ってＧ_Ｘ＝Ｐ／４の間隔で第１検出群２３．１から離間して配置されている。したがって、スケール１０と走査装置との相対移動の場合に、第１部分インクリメンタル信号Ｓ＿０に対して９０°だけ位相シフトされている第２周期的部分インクリメンタル信号Ｓ＿９０が、第２検出群２３．２によって生成可能である。

さらに、第３検出群２３．３が、測定方向ｘに沿ってＧ_Ｘ＝Ｐ／４の間隔で第２検出群２３．２から離間して配置されている。スケール１０と走査装置との相対移動の場合に、第２部分インクリメンタル信号Ｓ＿９０に対して９０°だけ位相シフトされている第３周期的部分インクリメンタル信号Ｓ＿１８０が、第３検出群２３．３で生成可能である。

最後に、スケール１０と走査装置との相対移動の場合に、第３部分インクリメンタル信号Ｓ＿１８０に対して９０°だけ位相シフトされている第４周期的部分インクリメンタル信号Ｓ＿２７０を第４検出群２３．４によって生成するため、第４検出群２３．４が、測定方向ｘに沿ってＧ_Ｘ＝Ｐ／４の間隔で第３検出群２３．３から離間して配置されている。

こうして生成された４つの部分インクリメンタル信号Ｓ＿０，Ｓ＿９０，Ｓ＿１８０，Ｓ＿２７０から、後続の電子装置側で必要な９０°位相シフトした２つの周期的インクリメンタル信号を生成するため、一方では、第１周期的インクリメンタル信号ＳＩＮが、第１部分インクリメンタル信号Ｓ＿０と第３部分インクリメンタル信号Ｓ＿１８０とから生成可能であるように、第１検出群２３．１と第３検出群２３．３とが、ハーフブリッジによって互いに接続されることがさらに提唱され得る。この場合、他方では、第１周期的インクリメンタル信号ＳＩＮに対して９０°だけ位相シフトされている第２周期的インクリメンタル信号ＣＯＳが、第２部分インクリメンタル信号Ｓ＿９０と第４部分インクリメンタル信号Ｓ＿２７０とから生成可能であるように、第２検出群２３．２と第４検出群２３．４とが、別のハーフブリッジによって互いに接続される。この場合、複数の検出素子の対応する接続が、図６に詳しく示されていないで、専ら概略的に示されている。

この代わりに、インクリメンタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳの生成は、互いに並列接続されたそれぞれ２つのハーフブリッジから成るフルブリッジからも可能である。当該フルブリッジを構成するため、説明した例による第１検出群〜第４検出群と同じに構成されていて、測定方向ｘに沿って当該４つの第１検出群に対して格子寸法Ｐだけずれて配置されている ４つの別の検出群（２３．１′，２３．２′，２３．３′及び２３．４′）が設けられている。このとき、第１インクリメンタル信号ＳＩＮは、検出群２３．１，２３．３，２３．１′及び２３．３′のフルブリッジ回路から発生する。９０°だけ位相シフトしたインクリメンタル信号ＣＯＳは、検出群２３．２，２３．４，２３．２′及び２３．４′から発生する。

さらに、このような検出配置は、複数の検出群から成るマトリックスに拡張され得る。このマトリックスは、測定方向ｘに配置された複数の検出群の行と、ｙ方向に配置された複数の検出群による列とから成る。このため、例えば、８つの行と４つの列とから成るマトリックスが、複数の検出群から構成され得る。生成された走査信号のさらに改良されたアベレージングが、このような検出配置によって達成され得る。さらに、本発明のエンコーダによって発生するその不完全な構造に由来する誤差が、それぞれの用途で最小限にされ得る。

以下に、本発明のエンコーダの走査装置の検出配置における適切な検出ブロック又は検出群の別の構成に関する別の実施の形態を図７及び８に基づいて説明する。この場合、以下では、上記のバリエーションに対して本質的に異なる点を説明する。

図７には、２つの検出単位セル２２１．１，２２１．２から成る第１検出ブロック２２２．１を構成するための可能性が示されている。この場合、第２検出単位セル２２１．２が、測定方向ｘに第１検出単位セル２２１．１に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されている。さらに、ここでは、検出素子２２１．３が、第１検出単位セル２２１．１と第２検出単位セル２２１．２との構成要素であることが提唱されている。この場合、この図から分かるように、検出素子２２１．３は、第１検出単位セル内の左から３番目の検出素子であり、又は第２検出単位セル内の左から１番目の検出素子である。この検出素子２２１．３に隣接するように、第１検出単位セル２２１．１及び第２検出単位セル２２１．２はそれぞれ、さらに２つの別の検出素子２２１．１ａ，２２１．１ｂ又は２２１．２ａ，２２１．２ｂを含む。したがって、図７に示された第１検出ブロック２２２．１は、全部で５つの検出素子２２１．１ａ，２２１．１ｂ，２２１．３，２２１．２ａ，２２１．２ｂを有する。

１つの検出単位セル２２１．１，２２１．２の隣接した検出素子は、上記の例のように測定方向ｘに沿ってそれぞれ１つの間隔Ｄ_ｘ＝Ｐ／１２を有する。

２つの検出単位セル２２１．１，２２１．２では、中央の検出素子２２１．１ｂ，２２１．２ｂはそれぞれ、同じ長さＬ_ｂ＝Ｌ_ｂ′を有する。同様に、２つの検出単位セル２２１．１，２２１．２内の最も外側の検出素子２２１．１ａ，２２１．２ａはそれぞれ、同じ長さＬ_ａ＝Ｌ_ａ′を有する。

図示された実施の形態では、第１検出単位セル２２１．１と第２検出単位セル２２１．２との構成要素である検出素子２２１．３は、長さＬ_３＝２・Ｌ_ａ＝２・Ｌ_ｂ／√３を有する。

したがって、図７に示された第１検出ブロック２２２．１に対しては、検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ′＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１′が得られる。この場合、Δ１′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択される。

図７からさらに分かるように、第１検出単位セル２２１．１と第２検出単位セル２２１．２との構成要素である検出素子２２１．３は、第１検出ブロック２２２．１の中心対称線Ｓに対して対称に配置されている。さらに、第１検出単位セル２２１．１の２つの別の検出素子２２１．１ａ，２２１．１ｂは、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で対称線Ｓの片側に離間して配置されている。第２検出単位セル２２１．２の２つの別の検出素子２２１．２ａ，２２１．２ｂは、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で対称線Ｓの対向する側に配置されている。

こうして形成された第１検出ブロック２２２．１を使用することで、第３次、第５次、第７次及び第９次の高調波が、周期的な走査信号からフィルタリング除去され得る。さらに、第１１次の高調波もフィルタリングされなければならない場合、図８に概略的に示されているように、検出配置が、上記の例と同様に別の第２検出ブロック２２２．２だけ追加され得る。第２検出ブロック２２２．２は、第１検出ブロック２２２．１と原理的に同一に形成されている。同様に、第２検出ブロック２２２．２は、第１検出ブロック２２２．１と一緒に、第１部分インクリメンタル信号を生成するために適する第１検出群２２３．１を形成する。

第２検出ブロック２２２．２は、測定方向ｘに沿って第１検出ブロック２２２．１に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されている。第２検出ブロック２２２．２は、測定方向ｘに対して直角に第１検出ブロック２２２．１に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ′＋Δ２′だけずれて配置されている。この場合、Δ２′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択される。

上記の例のように、当然に、図８による検出配置は、３つの別の検出群だけさらに追加されてもよい。３つの別の部分インクリメンタル信号が、当該３つの別の検出群によって生成可能である。このとき、９０°だけ位相シフトした２つのインクリメンタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳが、全部で４つの検出群の適切な接続から生成され得る。

具体的に説明されている実施の形態に加えて、当然に、本発明の磁気式エンコーダに対するさらに別の実施の形態が、本発明の範囲内で存在する。

１０ 磁気スケール
１１ａ スケール領域
１１ｂ スケール領域
２０ 走査装置
２１．１ 第１検出単位セル
２１．２ 第２検出単位セル
２１．１ａ 検出素子
２１．１ｂ 検出素子
２１．１ｃ 検出素子
２２．１ 第１検出ブロック
２２．２ 第２検出ブロック
２３．１ 第１検出群
２３．２ 第２検出群
２３．３ 第３検出群
２３．４ 第４検出群
１１０ スケール
１２０ 走査装置
１１１ａ スケール領域
１１１ｂ スケール領域
２２２．１ 第１検出ブロック
２２２．２ 第２検出ブロック
２２１．１ 第１検出単位セル
２２１．２ 第２検出単位セル
２２１．１ａ 検出素子
２２１．１ｂ 検出素子
２２１．３ 検出素子
２２１．２ａ 検出素子
２２１．２ｂ 検出素子
２２３．１ 第１検出群

Claims (15)

1. １つの磁気スケール（１０；１１０）と少なくとも１つの測定方向（ｘ）にこの磁気スケール（１０；１１０）に対して相対移動する１つの走査装置（２０；１２０）とを有する磁気式エンコーダであって、
   −前記磁気スケール（１０；１１０）は、等しい格子寸法Ｐで配置され、反対方向の磁化を呈する複数のスケール領域（１１ａ，１１ｂ；１１１ａ，１１１ｂ）を有し、この格子寸法Ｐは、前記測定方向（ｘ）に沿った１つのスケール領域（１１ａ，１１ｂ；１１１ａ，１１１ｂ）の長さを示し、
   −前記走査装置（２０；１２０）は、測定方向（ｘ）に互いに離間して配置されている３つのストリップ状磁気抵抗検出素子（２１．１ａ−２１．１ｃ）を含む少なくとも１つの第１検出単位セル（２１．１）を有し、これらの検出素子（２１．１ａ−２１．１ｃ）の長手方向（ｙ）がそれぞれ、前記測定方向（ｘ）に対して直角に向けられている当該磁気式エンコーダにおいて、
   前記第１検出単位セル（２１．１）内の前記測定方向（ｘ）に沿って隣接した複数の検出素子（２１．１ａ−２１．１ｃ）が、互いに間隔Ｄ_ｘ＝Ｐ／１２を有することを特徴とする磁気式エンコーダ。
2. 中央の前記検出素子（２１．１ｂ）は、その長手方向（ｙ）に沿って、外側の２つの前記検出素子（２１．１ａ，２１．１ｃ）の長さＬ_ａ，Ｌ_ｃよりも大きい長さＬ_ｂを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
3. 外側の２つの前記検出素子（２１．１ａ，２１．１ｃ）はそれぞれ、検出素子長さＬ_ａ＝Ｌ_ｃ＝Ｌ_ｂ／√３を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気式エンコーダ。
4. 前記走査装置（２０；１２０）は、前記第１検出単位セル（２１．１）とこの第１検出単位セル（２１．１）と同一に形成されている第２検出単位セル（２１．２）とから成る少なくとも１つの第１検出ブロック（２２．１）を有し、前記第２検出単位セル（２１．２）は、
   −前記測定方向（ｘ）に沿って前記第１検出単位セル（２１．１）に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されていて、
   −前記測定方向（ｘ）に対して直角に前記第１検出単位セル（２１．１）に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｙ＝Ｌ_ｂ＋Δ１だけずれて配置されている結果、前記第１検出ブロック（２２．１）は、複数の検出素子（２１．１ａ−２１．１ｃ；２１．２ａ−２１．２ｃ）の前記長手方向（ｙ）に沿って検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１を有し、Δ１＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気式エンコーダ。
5. 前記走査装置（２０；１２０）は、前記第１検出ブロック（２２．１）と同一に形成されている第２検出ブロック（２２．２）をさらに有し、前記第１検出ブロック（２２．１）と前記第２検出ブロック（２２．２）とは一緒に、第１検出群（２３．１）を形成し、前記第２検出ブロック（２２．２）は、
   −前記測定方向（ｘ）に沿って前記第１検出ブロック（２２．１）に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されていて、
   −前記測定方向（ｘ）に対して直角に前記第１検出ブロック（２２．１）に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ＋Δ２だけずれて配置されていて、Δ２＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されていることを特徴とする請求項４に記載の磁気式エンコーダ。
6. 前記第１検出群（２３．１）の複数の検出が、互いに直列に接続されている結果、スケール（１０；１１０）と走査装置（２０；１２０）との相対移動時に、第１周期的部分インクリメンタル信号（Ｓ＿０）が、前記第１検出群（２３．１）によって生成可能であることを特徴とする請求項５に記載の磁気式エンコーダ。
7. 前記走査装置（２０；１２０）は、前記第１検出群（２３．１）と同一に形成されている少なくとも３つの別の検出群（２３．２，２３．３，２３．４）を有し、
   −第２検出群（２３．２）が、前記測定方向（ｘ）に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で前記第１検出群（２３．１）から離間して配置されている結果、スケール（１０；１１０）と走査装置（２０；１２０）との相対移動時に、前記第１部分インクリメンタル信号（Ｓ＿０）に対して９０°だけ位相シフトしている第２周期的部分インクリメンタル信号（Ｓ＿９０）が、前記第２検出群（２３．２）によって生成可能であり、
   −第３検出群（２３．３）が、前記測定方向（ｘ）に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で前記第２検出群（２３．２）から離間して配置されている結果、スケール（１０；１１０）と走査装置（２０；１２０）との相対移動時に、前記第２部分インクリメンタル信号（Ｓ＿９０）に対して９０°だけ位相シフトしている第３周期的部分インクリメンタル信号（Ｓ＿１８０）が、前記第３検出群（２３．３）によって生成可能であり、
   −第４検出群（２３．３）が、前記測定方向（ｘ）に沿って間隔Ｇ_Ｘ＝Ｐ／４で前記第３検出群（２３．３）から離間して配置されている結果、スケール（１０；１１０）と走査装置（２０；１２０）との相対移動時に、前記第３部分インクリメンタル信号（Ｓ＿１８０）に対して９０°だけ位相シフトしている第４周期的部分インクリメンタル信号（Ｓ＿２７０）が、前記第４検出群（２３．４）によって生成可能であることを特徴とする請求項６に記載の磁気式エンコーダ。
8. −第１周期的インクリメンタル信号（ＳＩＮ）が、前記第１部分インクリメンタル信号（Ｓ＿０）と前記第３部分インクリメンタル信号（Ｓ＿１８０）とから生成可能であるように、前記第１検出群（２３．１）と前記第３検出群（２３．３）とが互いに接続されていて、
   −前記第１インクリメンタル信号（ＳＩＮ）に対して９０°だけ位相シフトしている第２周期的インクリメンタル信号（ＣＯＳ）が、前記第２部分インクリメンタル信号（Ｓ＿９０）と前記第４部分インクリメンタル信号（Ｓ＿２７０）とから生成可能であるように、前記第２検出群（２３．２）と前記第４検出群（２３．４）とが互いに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の磁気式エンコーダ。
9. 前記走査装置（２０；１２０）は、前記第１検出単位セル（２２１．１）と第２検出単位セル（２２１．２）とから成る少なくとも１つの第１検出ブロック（２２２．１）を有し、
   この第２検出単位セル（２２１．２）は、前記測定方向ｘに対して直角に前記第１検出単位セル（２２１．１）に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＥ_ｘ＝Ｐ／６だけずれて配置されていて、
   １つの検出素子（２２１．３）が、前記第１検出単位セル（２２１．１）と前記第２検出単位セル（２２１．２）との構成要素である結果、前記第１検出ブロック（２２１）は、５つの検出素子（２２１．１ａ，２２１．１ｂ，２２１．３，２２１．２ａ，２２１．２ｂ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
10. −２つの検出単位セル（２２１．１，２２１．２）の中央の検出素子（２２１．１ｂ，２２１．２ｂ）がそれぞれ、同じ長さＬ_ｂ＝Ｌ_ｂ′を有し、
    −前記２つの検出単位セル（２２１．１，２２１．２）の最も外側の検出素子（２２１．１ａ，２２１．２ａ）はそれぞれ、同じ長さＬ_ａ＝Ｌ_ａ′を有し、
    −前記第１検出単位セル（２２１．１）と前記第２検出単位セル（２２１．２）との構成要素である前記検出素子（２２１．３）は、その長手方向（ｙ）に沿って長さＬ_３＝２・Ｌ_ａ＝２・Ｌ_ｂ／√３を有することを特徴とする請求項９に記載の磁気式エンコーダ。
11. 前記第１検出ブロック（２２２．１）は、複数の前記検出素子（２２１．１ａ，２２１．１ｂ，２２１．３，２２１．２ａ，２２１．２ｂ）の長手方向（ｙ）に沿って検出ブロック長さＬ＿ＤＢ_ｙ′＝２・Ｌ_ｂ＋Δ１′を有し、Δ１′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されていることを特徴とする請求項１０に記載の磁気式エンコーダ。
12. −前記第１検出単位セル（２２１．１）と前記第２検出単位セル（２２１．２）との構成要素である前記検出素子（２２１．３）は、前記第１検出ブロック（２２２．１）の中心対称線（Ｓ）に対して対称に配置されていて、
    −前記第１検出単位セル（２２１．１）の２つの別の検出素子（２２１．１ａ，２２１．１ｂ）が、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で前記対称線（Ｓ）の片側に離間して配置されていて、
    −前記第２検出単位セル（２２１．２）の２つの別の検出素子（２２１．２ａ，２２１．２ｂ）が、Δ１′／２とＬ＿ＤＢ_ｙ′／２との間の領域内で前記対称線（Ｓ）の対向する側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の磁気式エンコーダ。
13. 前記走査装置は、前記第１検出ブロック（２２２．１）同一に形成されている第２検出ブロック（２２２．２）をさらに有し、
    前記第１検出ブロック（２２２．１）と前記第２検出ブロック（２２２．２）とが一緒に、第１検出群（２２３．１）を形成し、前記第２検出ブロック（２２２．２）は、
    −前記測定方向（ｘ）に沿って前記第１検出ブロック（２２２．１）に対して測定方向オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｘ＝Ｐ／２２だけずれて配置されていて、
    −前記測定方向（ｘ）に対して直角に前記第１検出ブロック（２２２．１）に対して横オフセット量Ｖ＿ＤＢ_ｙ＝Ｌ＿ＤＢ_ｙ′＋Δ２′だけずれて配置されていて、Δ２′＝［１０μｍ−１００μｍ］が選択されていることを特徴とする請求項１２に記載の磁気式エンコーダ。
14. １つの検出群の複数の検出素子が、互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項７又は１３に記載の磁気式エンコーダ。
15. 前記検出素子は、異方性磁気抵抗センサとして形成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダ。

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