JP3367230B2 - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JP3367230B2
JP3367230B2 JP26054894A JP26054894A JP3367230B2 JP 3367230 B2 JP3367230 B2 JP 3367230B2 JP 26054894 A JP26054894 A JP 26054894A JP 26054894 A JP26054894 A JP 26054894A JP 3367230 B2 JP3367230 B2 JP 3367230B2
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    • G11B2005/3996Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば工作機械や産業機
械、精密測長・測角装置等に適用される磁気式のスケー
ル、ロータリーエンコーダ等に使用して好適な位置検出
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械や産業機械、精密測長・
測角装置等に適用される磁気式のスケール、ロータリー
エンコーダ等の位置検出装置の検出ヘッドとしてFe−
Ni(パーマロイ)、Ni−Co等の薄膜による磁気抵
抗効果を利用した磁気抵抗効果素子(MR素子)が用い
られている。
【0003】このMR素子による検出ヘッド(以下MR
センサーという)を使用したスケール、エンコーダにお
いても、その目的、用途等により様々な形状、構造の物
が有るが、その性能として高精度、高分解能を必要とす
る種類の物については、基本的に磁気記録のピッチ(記
録波長)を短くし、又はMRセンサーの出力波形におい
て、その波形の高調波歪の低減やS/N比の向上を行っ
て一波長内における内挿時の誤差を減らすようにして高
精度、高分解能を実現している。
【0004】一般に、MRセンサーはガラス基板やシリ
コン基板上に薄膜として素子が形成されており、このよ
うなMRセンサーを用いて高精度、高分解能を指向した
スケール、エンコーダ等では、記録波長を短くすること
から、磁気記録されたスケール面と検出面となるMR素
子の面とが互いに一定間隔の平行平面を保持して相対移
動する構造を採っている。
【0005】また、主にMR素子における磁気抵抗効果
の飽和特性によってMRセンサーからの出力波形は高調
波歪を含んだものとなっている。この高調波歪に対して
はMR素子のパターン配置を工夫して歪を低減する構造
が採られており、一般的には所謂空間フィルター型のパ
ターン配置を持たせることによって、特定の高調波歪成
分を低減させるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のスケール、エン
コーダ等の位置検出装置は、通常90度の位相差を有す
る2つの正弦波信号を検出ヘッドから出力し、これらの
正弦波信号から移動量や移動方向を検知しているが、磁
気記録されたスケール面と検出ヘッドの検出面とが平行
に一定の間隔に保持されて相対移動する構造では、この
スケール面と検出ヘッドの検出面との間、又は検出ヘッ
ドの保持機構との間に、塵埃、切り粉等の異物が混入し
たり、元々のスケール面の曲がり、うねり等がある場合
があり、その為にその間隔が広がるか、又はその相対的
な角度(ピッチ、ヨー、アジマス)が変動することがあ
るので、各出力信号のレベルやDC成分等が変動し精度
が悪化することが屡々あった。
【0007】またスケールを構成する磁気記録媒体とな
る磁性材料の磁気特性のばらつきや材質の偏りが1本の
スケール内にある場合も同様に各出力信号が変動し精度
が悪化することがあった。
【0008】これら変動要因の中でも、相対的な角度変
動や、磁性材料の磁気特性のばらつきや、材質の偏りに
よって、90度位相差を有する2つの正弦波状信号の振
幅が従来のMRセンサーを用いたスケールではそれぞれ
別々に変化し、それが精度悪化の主な原因となってい
る。
【0009】またスケール面と検出ヘッドの検出面との
相対的な角度(ピッチ、ヨー、アジマス)が変動する場
合には前述の高調波歪を低減させるパターン配置による
効果が損なわれ、このことも精度を悪化させる一因とな
っている。
【0010】更に加えるに磁気抵抗効果素子は抵抗体で
あるので当然電流を流すことによって発熱し、それ自身
の温度が上昇することになるが、パターンの配置関係に
よってはそれぞれの素子の上昇する温度が異なり、その
為の温度特性によって、素子間で抵抗値及び変化率が変
動し、出力電圧のドリフトや振幅の変動が起きる為、精
度の悪化をもたらしている。
【0011】本発明は斯る点に鑑み磁気スケールと検出
ヘッドとの相対的な角度変化、磁気スケールの部分的な
記録状態の変動、更には周囲及び検出ヘッドの温度変動
があっても高精度な位置検出ができるようにすることを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明位置検出装置は例
えば図1、図2、図3に示す如く磁気情報が記録された
磁気記録媒体1と、この磁気記録媒体1に対し、相対的
に移動し、この磁気情報を検出する磁気検出手段2とを
有する位置検出装置において、この磁気検出手段1に導
体層3aと磁性層3bとが交互に積層されて成る人工格
子膜構造の磁気抵抗効果素子3を複数個例えばm個用
い、この複数個の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m
をこの相対的移動方向に所定間隔例えばλ/2(λは記
録波長)を離して配設すると共にこの複数個の磁気抵抗
効果素子31 ,32 ‥‥3m を直列に接続して1つの磁
気可変抵抗体4として機能する如くし、この複数個の磁
気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m に流れる電流の方向
と、この磁気記録媒体1に記録された磁気情報の記録長
手方向とが直角以外の角度例えば同方向を有するもので
ある。
【0013】また本発明位置検出装置は例えば図1、図
2に示す如く上述において、この磁気検出手段2に複数
のこの磁気可変抵抗体4a,4b,4c,4dをこの複
数の磁気可変抵抗体4a,4b,4c及び4dの夫々の
人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m
が相対的移動方向に対して所定の位相差に対応して互い
にずらして平行に配設したものである。
【0014】本発明位置検出装置は例えば図1、図2、
図3、図7、図8に示す如く、上述において、この磁気
抵抗効果素子3の上又は下に絶縁層5bを介してバイア
スパターン6を設け、このバイアスパターン6に所定の
電流を流して、この磁気抵抗効果素子3にバイアス磁界
を供給するようにしたものである。
【0015】また本発明位置検出装置は例えば図1、図
2、図9、図10に示す如く上述において、それぞれ絶
縁層を介して順番に第1の磁気抵抗効果素子、バイアス
パターン6及び第2の磁気抵抗効果素子を設け、このバ
イアスパターン6に所定の電流を流し、この第1及び第
2の磁気抵抗効果素子に互いに逆方向のバイアス磁界を
供給するようにしたものである。
【0016】
【作用】本発明によれば導体層3aと磁性層3bとが交
互に積層されて成る人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子
を磁気記録媒体1との相対的移動方向に所定間隔例えば
λ/2毎に複数個例えばm個を配設すると共にこの複数
個の磁気抵抗効果素子3 1 ,32 ‥‥3m を直列に接続
して1つの磁気可変抵抗体4としているので、磁気記録
媒体1と磁気検出手段2との相対的な角度変動が起きた
り、磁気記録媒体1の部分的な記録状態の変動、更には
周囲及び磁気検出手段2の温度変動があっても、この複
数の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m の検出信号が
加算されるので精度的に悪化することがない。
【0017】また本発明によれば磁気検出手段2に複数
例えば4個の磁気可変抵抗体4a,4b,4c,4dの
夫々の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m を所定位相
差に対応して互いにずらして平行に配設するようにした
ので磁気記録媒体の磁気情報1aが記録された長手方向
に対して、ほとんど同じ場所に配設されることになるの
で、その長手方向の機械的な変動とこの磁気記録媒体1
の曲がりや特性の不均一性、更には発熱に依る温度分布
の変動に対して、複数個例えば4個とも同じ変化をする
こととなると共にこの複数個例えば4個の磁気可変抵抗
体4a,4b,4c及び4dの磁気記録媒体1の幅方向
の寸法も、全部合わせても例えば95μmと小さいの
で、この幅方向に対しても機械的な変動に対して、之等
複数個例えば4個が同じ変化をすることになる。
【0018】このように複数個例えば4個の磁気可変抵
抗体4a,4b,4c及び4dの全ての方向の機械的な
変動及び磁気記録媒体の曲がりや特性の不均一性及び温
度変動に対して同じ変化をもたせることができるので、
例えば90度位相差を有する出力信号の変化も同じにす
ることができるため、高精度、高分解能の位置検出がで
きる。
【0019】
【実施例】以下図面を参照して本発明位置検出装置の実
施例につき説明する。図2において、1は磁気スケール
を示し、この磁気スケール1は磁気記録媒体として平角
断面形状のガラス基材の表面に磁性体を無電解メッキで
2〜3μm被着したものを用い、この磁気記録媒体に通
常の磁気ヘッドで長手方向に一定の波長λ例えば40μ
mでスケール1aを記録したものである。
【0020】この磁気スケール1に対して、その長手方
向に相対的に移動する如く、検出ヘッド2を設ける。こ
の検出ヘッド2はその検出面がこの磁気スケール1と一
定の間隔を保って、この磁気スケール1の長手方向に相
対変化する如く、図示しない保持機構に保持する如くす
る。
【0021】本例においてはこの検出ヘッド2として図
1、図3に示す如きものを使用する。この図1は本例に
よる検出ヘッド2を示す平面図で、本例においてはこの
検出ヘッド2として、ガラス基板又はアルミ基板に絶縁
層を設けた絶縁基板上に図1に示す如く磁気スケール1
の長手方向に沿って、互いに平行に4本の磁気可変抵抗
体として機能する磁界検出センサー4a,4b,4c及
び4dを形成する。
【0022】この磁界検出センサー4a,4b,4c及
び4dは夫々図3に示す如く、導体層3aと磁性層3b
とが交互に積層されて成る人工格子膜構造の磁気抵抗効
果素子3を複数個例えばm個用い、このm個の磁気抵抗
効果素子31 ,32 ‥‥3mをピッチPとしたとき、 P=(λ/2)n(nは0以外の整数) で磁気スケール1の長手方向に沿って配設する如くす
る。図3はn=1としたもので、この磁気抵抗効果素子
1 ,32 ‥‥3m の各間は、接続用導体10を配設す
る如くし、この磁界検出センサー4a,4b,4c及び
4dは夫々1本の磁気可変抵抗体として機能する如くす
る。
【0023】この磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m
は夫々磁性層3bとして例えばCoFeNi磁性合金の
厚さ1nmと導体層3aとして例えばCuの厚さ2.2
nmとを交互に20層ずつ成膜したもので、その上にレ
ジスト等で保護膜を付ける如くする。ここで、この人工
格子膜層はフォトリソグラフィ技術を利用してそのパタ
ーンを形成する。
【0024】この場合、この磁界検出センサー4a,4
b,4c及び4dの夫々の磁気スケール1の幅方向の寸
法は例えば20μmとし、それらの間隔を5μmとす
る。このときは4個の磁界検出センサー4a,4b,4
c及び4dを全部合わせて例えば95μmとなり非常に
小さいものである。
【0025】また、この導体層3aと磁性層3bとが交
互に積層されて成る人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子
1 ,32 ‥‥3m の外部印加磁界−磁気抵抗変化率は
図4の曲線に示す如く変化率の極めて大きなものであ
る。
【0026】またこの磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥
m の抵抗値は膜面内に印加される磁場の大きさのみに
よって決定されるので、電流方向、磁化容易軸方向を原
則として自由な方向に設定することができる。
【0027】従って磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3
m は、これに流れる電流方向を磁気スケール1の長手方
向にし、容易軸方向をこれと直角の方向に設定しても抵
抗変化を起こすことができる。
【0028】ただし、磁化容易軸方向は電流方向と平行
な方向にしても良く、また一軸異方性を持たない等方性
の膜を用いることができるが、容易軸と直角の方向に磁
場が印加されるように配置する方がより直線性の良い領
域が確保でき、更に等方性と異方性とでは後者の方がよ
り感度の優れるものが得られる。
【0029】また本例においては磁界検出センサー4a
の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m に対し、磁界検
出センサー4bの磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m
を(n±1/4)λ(nは整数)磁気スケール1の長手
方向にずれる如く配設すると共に磁界検出センサー4a
の磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m に対し、磁界検
出センサー4cの磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m
を(n±1/8)λ(nは整数)磁気スケール1の長手
方向にずれる如く配設する。
【0030】またこの磁界検出センサー4cの磁気抵抗
効果素子31 ,32 ‥‥3m に対し、磁界検出センサー
4dの磁気抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3m を(n±1
/4)λ(nは整数)磁気スケール1の長手方向にずれ
る如く配設する。
【0031】またこの磁界検出センサー4a及び4cの
夫々の一端に所定の正電圧V+ を供給すると共に磁界検
出センサー4b及び4dの夫々の一端に所定の負電圧V
- を供給する。この場合本例においては磁界検出センサ
ー4a,4b,4c及び4dには磁気スケール1の長手
方向と同方向の電流が流れる。
【0032】また磁界検出センサー4a及び4bの夫々
の他端を互いに接続し、この接続点より一方の検出端子
out1を導出すると共に磁界検出センサー4c及び4d
の夫々の他端を互いに接続し、この接続点より他方の検
出端子Vout2を導出する。
【0033】この場合この検出ヘッド2の等価回路は図
5に示す如くで、磁界検出センサー4a及び4bの直列
回路と磁界検出センサー4c及び4dの直列回路とが並
列に接続され、検出端子Vout1及びVout2は夫々磁界検
出センサー4aと4bとの接続点及び4cと4dとの接
続点より導出したブリッジ構成である。また図2におい
て、7は検出ヘッド2に所定の動作電圧を供給すると共
に検出電圧信号を得るためのフレキシブルプリント配線
板である。
【0034】本例によれば導体層3aと磁性層3bとが
交互に積層されて成る人工格子膜構造の高感度の磁気抵
抗効果素子を磁気スケール1との相対的移動方向にλ/
2毎に複数個例えばm個を配設すると共にこの複数個の
磁気抵抗効果素子31 ,32‥‥3m を直列に接続して
1つの磁界検出センサー4a,4b,4c,4dとして
いるので、この磁界検出センサー4a,4b,4c,4
dは磁気スケール1との相対的な角度変動が起きたり、
磁気スケール1の部分的な記録状態の変動、更には周囲
及び磁界検出センサー4a,4b,4c,4dの温度変
動があっても、この複数の磁気抵抗効果素子31 ,32
‥‥3m の検出信号が加算されるので精度的に悪化する
ことがない。
【0035】また本例において、磁気スケール1に対
し、この検出ヘッド2を相対的に移動したときにはこの
磁界検出センサー4a,4b,4c及び4dの夫々の抵
抗値の変化は図6A,B,C及びDに示す如くで、磁界
検出センサー4a及び4bと4c及び4dとの夫々の抵
抗変化の位相差は夫々180度であり、検出端子Vout1
及びVout2には図6E及びFに示す如く、90度位相差
の検出電圧信号が得られ、この検出電圧信号により磁気
スケール1と検出ヘッド2との相対的移動距離を測定す
ることができる。
【0036】また本例によれば、検出ヘッド2を構成す
る之等4個の磁界検出センサー4a,4b,4c及び4
dは磁気スケール1のスケール1aが記録された長手方
向に対して、ほとんど同じ場所に配設されることになる
ので、その長手方向の機械的な変動とこの磁気スケール
1の曲がりや特性の不均一性、更には発熱に依る温度分
布の変動に対して、4個とも同じ変化とすることとなる
と共にこの4個の磁界検出センサー4a,4b,4c及
び4dの磁気スケール1の幅方向の寸法も、全部合わせ
ても例えば95μmと小さいので、この幅方向に対して
も機械的な変動に対して、之等4個が同じ変化をするこ
とになる。
【0037】このように4個の磁界検出センサー4a,
4b,4c及び4dの全ての方向の機械的な変動及び磁
気スケールの曲がりや特性の不均一性及び温度変動に対
して同じ変化をもたせることができるので、90度位相
差を有する出力信号の変化も同じにすることができるた
め、高精度、高分解能の位置検出ができる利益がある。
【0038】上述実施例においては導体層3aと磁性層
3bとが互いに積層されて成る人工格子膜構造の磁気抵
抗効果素子(以下GMR素子という)31 ,32 ‥‥3
m にバイアス磁界を与えないで使用したが、このGMR
素子31 ,32 ‥‥3m に図4にバイアス点b又はcに
示す如くバイアス磁界Hb又は−Hbを印加して動作さ
せるようにしても良い。このときは直線性の良い部分を
選定することができる。このGMR素子31 ,32 ‥‥
m にバイアス磁界を印加するのに図7に示す如く構成
する。
【0039】この図7につき説明するに、この図7にお
いてはアルミ基板5上に例えばSiO2 の絶縁層5aを
設け、この絶縁層5a上に磁性層例えばCoFeNi磁
性合金例えばFe18Co10Ni72,Fe16Co20Ni64
の層3bと導体層例えばCu層3aとから成る所定パタ
ーンの人工格子多層膜を例えばスパッタリング装置を使
用して作成する。
【0040】この場合このCoFeNi磁性合金の層3
bは1nm、Cu層3aは2.2nmの厚さで、それぞ
れ交互に20層ずつの成膜とし、人工格子膜構成のGM
R素子3を形成する。このGMR素子3上に例えばSi
2 の絶縁層5bを設け、このGMR素子3上にこの絶
縁層5bを介してAu等の導体膜より成るバイアスパタ
ーン6を形成する。
【0041】このバイアスパターン6上に例えばSiO
2 の絶縁層5cを介してレジスト等で保護膜12を形成
する。この場合人工格子膜3a,3b及びバイアスパタ
ーン6は夫々フォトリソグラフィ技術を利用し、そのパ
ターンを形成する。
【0042】また、図7において、13はGMR素子に
電圧を供給する引出導体であり、14はバイアスパター
ン6に電流を供給する引出導体を示し、15及び16は
夫々電極である。この図7においてはバイアスパターン
6に所定のバイアス電流を流して、このバイアスパター
ン6の周囲に磁界を発生させ、この磁界をGMR素子3
にバイアス磁界として印加するものである。
【0043】このバイアスパターン6により、磁界検出
センサーのGMR素子31 ,32 ‥‥3m にバイアス磁
界を印加する方法として例えば図8B及びCに示す如き
ものがある。この図8B及びCは上述の作成工程により
信号を出力するようにパターニングした検出ヘッド2の
パターンを模式的に示したものであり、基板5、絶縁層
5a,5b,5c、保護膜12及び電極15,16は省
略若しくは簡略化してある。また図には1つの出力分の
みを示している。
【0044】図8Bは、上述と同様に形成した磁界検出
センサー4e及び4fの夫々の複数のGMR素子31
2 ‥‥3m のピッチPを、P=λn(nは0以外の整
数)とすると共に磁界検出センサー4fのGMR素子3
1 ,32 ‥‥3m を磁界検出センサー4eのGMR素子
1 ,32 ‥‥3m に対して磁気スケール1(図8A参
照)の長手方向にλ/2ずらして配設し、磁界検出セン
サー4e及び4fの夫々のGMR素子31 ,32 ‥‥3
m に全て同じ方向に流れ所定のバイアス電流を供給し、
同じ方向のバイアス磁界を印加する。
【0045】また磁界検出センサー4eの一端に正電圧
+ を供給すると共に磁界検出センサー4fの一端に負
電圧V- を供給し、この磁界検出センサー4e及び4f
の夫々の他端を接続し、この接続点より出力端子Vout
を導出する。
【0046】この磁界検出センサー4e及び4fを磁気
スケール1に沿って相対的に移動したときには、この磁
界検出センサー4e及び4fの抵抗値は図6A及びBに
示す如く変化し、出力端子Vout には図6Eに示す如き
出力信号が得られる。
【0047】また図8Cは上述同様に形成した磁界検出
センサー4g及び4hの夫々の複数のGMR素子31
2 ‥‥3m のピッチPをP=(λ/2)n(nは0以
外の整数)とすると共に磁界検出センサー4g及び4h
の夫々の複数のGMR素子3 1 ,32 ‥‥3m の位相を
等しくし、磁界検出センサー4g及び4hの夫々の複数
のGMR素子31 ,32 ‥‥3m にバイアス電流iを1
つおきに反対方向に流れるようにすると共に磁界検出セ
ンサー4gと4hとのGMR素子31 ,32 ‥‥3m
は互いに逆方向のバイアス磁界を印加する如くする。
【0048】また磁界検出センサー4gの一端に正電圧
+ を供給すると共に磁界検出センサー4hの一端に負
電圧V- を供給し、この磁界検出センサー4g及び4h
の夫々の他端を接続し、この接続点より出力端子Vout
を導出する。
【0049】この磁界検出センサー4g及び4hを磁気
スケール1に沿って相対的に移動したときは、この磁界
検出センサー4g及び4hの抵抗値は図6A及びBに示
す如く変化し、出力端子Vout には図6Eに示す如き出
力信号が得られる。
【0050】また、図8Cの磁界検出センサー4g,4
hについては、GMR素子をnλ(nは0以外の整数)
毎に位相を等しく配置し、磁界検出センサー4gを構成
するGMR素子に対しバイアス磁界を例えば下から上に
印加し、磁界検出センサー4hを構成するGMR素子に
は、この磁界検出センサー4gとは逆方向(この例では
図の上から下に)のバイアス磁界を印加するよう構成し
てもよい。
【0051】またこの磁界検出センサー4g及び4hの
GMR素子31 ,32 ‥‥3m に互いに逆方向のバイア
ス磁界Hb及び−Hbを印加するときに図9に示す如く
しても良い。この図9につき説明するにアルミ基板5上
に例えばSiO2 の絶縁層11aを設ける。
【0052】この絶縁層11a上に磁性層例えばCoF
eNi磁性合金例えばFe18Co10Ni72,Fe16Co
20Ni64の層3bと導体層例えばCu層3aとから成る
所定パターンの人工格子多層膜を例えばスパッタリング
装置を使用して作成する。
【0053】この場合このCoFeNi磁性合金の層3
bは1nm、Cu層3aは2.2nmの厚さで、それぞ
れ交互に20層ずつの成膜とし、人工格子膜構成の磁気
抵抗効果素子(GMR素子)3を形成する。
【0054】このGMR素子3上に例えばSiO2 の絶
縁層11bを設け、この絶縁層11b上にこのGMR素
子3と重なって積層する如く例えばAuによりバイアス
パターン6を形成する。
【0055】このバイアスパターン6上に図9に示す如
く、例えばSiO2 の絶縁層11cを設け、この絶縁層
11c上にこのバイアスパターン6と重なって積層する
如く、磁性層例えばCoFeNi磁性合金層3bと導体
層例えばCu層3aとから成る人工格子多層膜をスパッ
タリング装置を使用して作成する。
【0056】この場合このCoFeNi磁性合金の層3
bは1nm、Cu層3aは2.2nmの厚さで、それぞ
れ交互に20層ずつの成膜とし、人工格子膜構成のGM
R素子3を形成する。このGMR素子3上に図1に示す
如くレジスト等で保護膜12を被着する。
【0057】この人工格子膜3a,3b及びバイアスパ
ターン6はフォトリソグラフィ技術を利用し、所定大き
さのパターンを形成する。また、図9において、17及
び19は夫々GMR素子3及び3に電圧を供給する引出
導体、18はバイアスパターン6に電流を供給する引出
導体を示す。
【0058】斯る図9においてバイアスパターン6に図
示の如く電流を流したときはこのバイアスパターン6の
周囲に矢印で示す方向の磁界が生じ、このバイアスパタ
ーン6の下及び上にあるGMR素子3及び3には夫々同
じ大きさの逆方向のバイアス磁界Hb及び−Hbを印加
することとなる。
【0059】従ってこのGMR素子3及び3は夫々例え
ば図4の点b及びこれに対称な点cを夫々バイアス点と
して動作することとなり、この図4に示す如く外部磁界
の変化に対して180度位相の逆転した抵抗変化をす
る。
【0060】またこの場合GMR素子3及び3の上下方
向の間隔は1μm以下であり、磁気スケール1の記録波
長に比し無視できる程度のものである。
【0061】本例においては検出ヘッド2として図10
に示す如く磁界検出センサー4gの夫々のGMR素子3
1 ,32 ‥‥3m と磁界検出センサー4hの夫々のGM
R素子31 ,32 ‥‥3m との間に図9に示す如く夫々
絶縁層を介して互いに重なって積層する如くバイアスパ
ターン6を設け、これに平行に上述同様に形成した磁界
検出センサー4iの夫々のGMR素子31 ,32 ‥‥3
m と上述同様に形成した磁界検出センサー4jの夫々の
GMR素子31 ,32 ‥‥3m との間に図9に示す如く
夫々絶縁層を介して互いに重なって積層する如くバイア
スパターン6を設ける。
【0062】この場合、磁界検出センサー4g,4h,
4i及び4jの夫々のGMR素子3 1 ,32 ‥‥3m
磁気スケール1の長手方向に沿って配設されると共にそ
のGMR素子31 ,32 ‥‥3m のピッチPをP=(λ
/2)n(nは0以外の整数)とする。
【0063】この磁界検出センサー4g及び4hのGM
R素子31 ,32 ‥‥3m を同相とすると共に磁界検出
センサー4i及び4jのGMR素子31 ,32 ‥‥3m
を同相とし、磁界検出センサー4g及び4hのGMR素
子31 ,32 ‥‥3m と磁界検出センサー4i及び4j
のGMR素子31 ,32 ‥‥3m とを磁気スケール1の
長手方向に(n±1/4)λ(nは整数)ずらす如くす
る。
【0064】またこの磁界検出センサー4g及び4iの
夫々の一端に所定の正電圧V+ を供給すると共に磁界検
出センサー4h及び4jの夫々の一端に所定の負電圧V
- を供給し、この磁界検出センサー4g及び4hの夫々
の他端を互いに接続し、この接続点より一方の検出端子
out1を導出すると共に磁界検出センサー4i及び4j
の夫々の他端を互いに接続し、この接続点より他方の検
出端子Vout2を導出する。
【0065】本例においてはこのバイアスパターン6に
所定の電流を流し、磁界検出センサー4g及び4iの夫
々のGMR素子31 ,32 ‥‥3m に図4に示す如きバ
イアス磁界Hbを印加し、バイアス点bを中心に動作す
るようにすると共に磁界検出センサー4h及び4jの夫
々のGMR素子31 ,32 ‥‥3m に図4に示す如くバ
イアス磁界Hbとは同じ大きさで逆方向のバイアス磁界
−Hbを印加し、バイアス点bとは対称なバイアス点c
を中心に動作する如くする。
【0066】この検出ヘッド2の等価回路は図5と同様
に磁界検出センサー4g及び4hの直列回路と磁界検出
センサー4i及び4jの直列回路とが並列に接続され、
検出端子Vout1及びVout2が夫々磁界検出センサー4g
と4hとの接続点及び4iと4jとの接続点より導出さ
れたブリッジ構成である。
【0067】本例において、磁気スケール1に対し、検
出ヘッド2を相対的に移動したときには、磁界検出セン
サー4g,4h,4i及び4jの夫々の抵抗値の変化は
図6A,B,C及びDに示す如くで、磁界検出センサー
4g及び4hと4i及び4jとの夫々の抵抗変化の位相
差は夫々180度であり、検出端子Vout1及びVout2
は図6E及びFに示す如く、90度位相差の検出電圧信
号が得られ、この検出電圧信号により磁気スケール1と
検出ヘッド2との相対的移動距離を測定することができ
る。
【0068】本例によれば上述実施例と同様の作用効果
が得られることは容易に理解できよう。また本例におい
ては磁界検出センサー4gと4h及び4iと4jとを夫
々重ねる如く配設するので検出ヘッド2の必要とする面
積を図1例に比し約半分にすることができ、検出ヘッド
2及び磁気スケール1のトラック幅を小型にすることが
できる。
【0069】また、図11は本発明をロータリーエンコ
ーダに適用した例を示す。この図11において、21は
ローターを示し、このローター21の外周に磁気記録媒
体22を設け、この磁気記録媒体22に所定波長λでス
ケールを磁気記録する如くする。このローター21の外
周の磁気記録媒体22に対向して検出ヘッド2を配する
如くする。
【0070】この検出ヘッド2としては図1又は図10
に示す如く構成する。この場合図1又は図10で述べた
と同様の作用効果が得られると共にローター21に対し
磁界検出センサー4a〜4c又は4g〜4jを略々同一
の位置に配設することができるので、高精度な検出信号
を得ることができるロータリーエンコーダを構成でき
る。
【0071】尚上述実施例においては磁気スケール1の
長手方向に沿って同一方向に磁界検出センサー4a,4
b‥‥4jを検出ヘッド2に配設する如く述べたが、こ
の磁界検出センサー4a,4b‥‥4jを磁気スケール
1のトラックの幅内において長手方向に所定角θ傾け
て、配設するようにしても良い。
【0072】このときは磁界検出センサー4a,4b‥
‥4jは磁気スケール1のトラック方向の変動に対し
て、等しく影響を受けることになるので、上述同様に高
精度な検出信号を得ることができる。また、本発明は上
述実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することな
く、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【0073】
【発明の効果】本発明によれば導体層と磁性層とが交互
に積層されて成る人工格子膜構造の高感度の磁気抵抗効
果素子を磁気記録媒体との相対的移動方向に所定間隔毎
に複数個例えばm個を配設すると共にこの複数個の磁気
抵抗効果素子31 ,32 ‥‥3 m を直列に接続して1つ
の磁気可変抵抗体としているので、この磁気可変抵抗体
は磁気記録媒体との相対的な角度変動が起きたり、磁気
記録媒体の部分的な記録状態の変動、更には周囲及びこ
の磁気可変抵抗体の温度変動があっても、複数の磁気抵
抗効果素子31 ,32 ‥‥3m の検出信号が加算される
ので、精度的に悪化することがない利益がある。
【0074】また磁気可変抵抗体4a,4b,4c及び
4dは磁気記録媒体の磁気情報1aが記録された長手方
向に対して、ほとんど同じ場所に配設されることになる
ので、その長手方向の機械的な変動とこの磁気記録媒体
1の曲がりや特性の不均一性、更には発熱に依る温度分
布の変動に対して例えば4個とも同じ変化とすることと
なると共にこの例えば4個の磁気可変抵抗体4a,4
b,4c及び4dの磁気記録媒体1の幅方向の寸法も、
全部合わせても例えば95μmと小さいので、この幅方
向に対しても機械的な変動に対して、之等4個が同じ変
化をすることになる。
【0075】このように例えば4個の磁気可変抵抗体4
a,4b,4c及び4dの全ての方向の機械的な変動及
び磁気記録媒体の曲がりや特性の不均一性及び温度変動
に対して同じ変化をもたせることができるので、90度
位相差を有する出力信号の変化も同じにすることができ
るため、高精度、高分解能の位置検出ができる利益があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明位置検出装置の一実施例を示す構成図で
ある。
【図2】位置検出装置の例を示す一部切欠斜視図であ
る。
【図3】磁界検出センサーの例を示す一部切欠斜視図で
ある。
【図4】本発明の説明に供する線図である。
【図5】検出ヘッドの例の等価回路を示す結線図であ
る。
【図6】本発明の説明に供する線図である。
【図7】本発明の他の例の検出ヘッドの要部の例を示す
断面図である。
【図8】本発明の検出ヘッドの他の例の説明に供する構
成図である。
【図9】本発明の他の例の検出ヘッドの要部の例を示す
断面図である。
【図10】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図11】位置検出装置の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 磁気スケール 2 検出ヘッド 3,31 ,32 ‥‥3m 磁気抵抗効果素子(GMR素
子) 4,4a,4b‥‥4j 磁界検出センサー(磁気可変
抵抗体) 6 バイアスパターン 10 接続用導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−206540(JP,A) 特開 昭60−3515(JP,A) 特開 平1−269014(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01P 1/00 - 3/80 G01R 33/00 - 33/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気情報が記録された磁気記録媒体と、
    該磁気記録媒体に対し、相対的に移動し、前記磁気情報
    を検出する磁気検出手段とを有する位置検出装置におい
    て、 前記磁気検出手段に導体層と磁性層とが交互に積層され
    て成る人工格子膜構造の磁気抵抗効果素子を複数個用
    い、前記複数個の磁気抵抗効果素子を前記相対的移動方
    向に所定の間隔を離して配設すると共に前記複数個の磁
    気抵抗効果素子を直列に接続して1つの磁気可変抵抗体
    として機能する如くし、前記複数個の磁気抵抗効果素子
    に流れる電流の方向と前記磁気記録媒体に記録された磁
    気情報の記録長手方向とが直角以外の角度を有すること
    を特徴とする位置検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の位置検出装置において、
    前記磁気検出手段に複数の前記磁気可変抵抗体を前記複
    数の磁気可変抵抗体の夫々の前記人工格子膜構造の磁気
    抵抗効果素子が相対的移動方向に対して所定の位相差に
    対応して互いにずらして平行に配設したことを特徴とす
    る位置検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の位置検出装置にお
    いて、前記磁気抵抗効果素子の上又は下に絶縁層を介し
    てバイアスパターンを設け、前記バイアスパターンに所
    定の電流を流して前記磁気抵抗効果素子にバイアス磁界
    を供給するようにしたことを特徴とする位置検出装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の位置検出装置にお
    いて、それぞれ絶縁層を介して順番に第1の磁気抵抗効
    果素子、バイアスパターン及び第2の磁気抵抗効果素子
    を設け、前記バイアスパターンに所定の電流を流し、前
    記第1及び第2の磁気抵抗効果素子に互いに逆方向のバ
    イアス磁界を供給するようにしたことを特徴とする位置
    検出装置。
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