JP5870554B2 - エンコーダ - Google Patents

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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検出素子パターンからなる位置検出部と、
   前記位置検出部の検出素子パターンに含まれる複数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磁気抵抗素子を含む高調波打ち消しパターンが、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られており、
   前記高調波打ち消しパターンに含まれる磁気抵抗素子は、それぞれ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ており（ｎは３以上の奇数）、
   前記位置検出部の検出素子パターンに含まれる磁気抵抗素子は、前記所定の検出位置から、互いにλs／（２ｎ×ｋ）の距離をおいて配されている（ｋは５以上の整数）エンコーダ。
2. 請求項１記載のエンコーダであって、
   前記位置検出部の検出素子パターンに直列接続され、前記位置検出部の検出素子パターン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が、前記移動方向に沿って前記位置検出部の両側に設けられたエンコーダ。
3. 請求項１または２に記載のエンコーダであって、
   前記位置検出部の検出素子パターンをｔ個備え、当該ｔは２以上の整数であり、
   前記位置検出部の検出素子パターンに含まれる磁気抵抗素子は、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が、λs＝２λm／ｔであるエンコーダ。
4. 請求項１から３のいずれか一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、前記位置検出部の検出素子パターンが備える複数の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。

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