JP6634277B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気スケールに設けられた磁気トラックを、磁気抵抗素子を備える磁気センサ装置により読み取る位置検出装置に関する。

従来の位置検出装置は特許文献１に記載されている。磁気スケールは、所定のピッチでインクリメンタルパターンが形成されたインクリメンタルトラックと、インクリメンタルパターンと対応するピッチでアブソリュートパターンが形成されたアブソリュートトラックを備える。磁気センサ装置は、インクリメンタルトラックを読み取ってインクリメンタル信号を出力するインクリメンタル信号出力部と、アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部を備える。

アブソリュートパターンは着磁領域と無着磁領域を一定ピッチの非繰り返しパターンで配列したものである。アブソリュート値出力部は感磁方向を相対移動方向に向けた複数の磁気抵抗素子を備える。複数の磁気抵抗素子は非繰り返しパターンと同一のピッチで相対移動方向に配列されており、磁気スケールと磁気センサが相対移動する際に複数の領域の磁界を検出する。アブソリュート値出力部は、各磁気抵抗素子から出力される信号が所定の閾値以上の領域の論理値を１、所定の閾値を超えない領域を論理値の０とする複数ビットのＭ系列の不規則循環乱数コードを出力する。位置検出装置は、インクリメンタル信号の位相およびアブソリュート値に基づいて磁気スケールまたは磁気センサ装置の絶対位置を取得する。

特開２００７−３３２４５公報

磁気抵抗素子は温度変化により自己の抵抗値が変動するので、磁気抵抗素子から出力される信号は、温度変化に起因して、上下にシフトする。従って、アブソリュート値を取得するために磁気抵抗素子から出力される信号を予め定めた閾値に基づいて符号化（コード化）する際には、温度変化に起因して、この符号化を正確に行うことができなくなることがある。

以上の点に鑑みて、本発明の課題は、磁気スケールを読み取ったときに磁気抵抗素子から出力される信号に対する温度の影響を低減できる位置検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、磁気スケールと、相対移動する前記磁気スケールの位置を検出する磁気センサ装置と、を有し、前記磁気センサ装置は、センサ基板と、前記センサ基板上で相対移動方向に感磁方向を向け前記磁気スケールを読み取って信号を出力する磁界検出用磁気抵抗素子と、前記センサ基板上で前記相対移動方向と直交する直交方向に感磁方向を向ける温度補正用磁気抵抗素子と、を備え、前記温度補正用磁気抵抗素子の抵抗値は、前記磁界検出用磁気抵抗素子の抵抗値よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明は、前記磁気センサ装置は、前記磁界検出用磁気抵抗素子からの前記信号を、前記温度補正用磁気抵抗素子からの信号によって補正するものとすることができる。

本発明では、磁気センサ装置が、同一のセンサ基板上に磁界検出用磁気抵抗素子と温度補正用磁気抵抗素子を備える。ここで、磁界検出用磁気抵抗素子は感磁方向を相対移動方向に向けている。従って、磁界検出用磁気抵抗素子からの信号は、相対移動する磁気トラックの磁界の変化を検出することによる自己の抵抗値の変化を反映するものとなる。一方、温度補正用磁気抵抗素子は感磁方向を直交方向に向けている。従って、温度補正用磁気抵抗素子は、相対移動する磁気スケールの磁界の変化を検出せず、温度補正用磁気抵抗素子からの信号は、温度の変化によって変動する自己の抵抗値の変化を反映するものとなる。よって、磁界検出用磁気抵抗素子から出力される信号を、温度補正用磁気抵抗素子からの信号を利用して補正することにより、磁界検出用磁気抵抗素子からの信号について温度変化に起因する信号のシフトを抑制できる。また、このようにすれば、温度補正用磁気抵抗素子への電圧の印加によって温度補正用磁気抵抗素子自体の温度が上昇することを抑制できる。

本発明において、前記磁界検出用磁気抵抗素子と、前記温度補正用磁気抵抗素子とは、同一の材料からなることが望ましい。このようにすれば、温度変化に起因する磁界検出用磁気抵抗素子の抵抗値の変化と、温度変化に起因する温度補正用磁気抵抗素子の抵抗変化が対応するものとなる。従って、磁界検出用磁気抵抗素子からの信号を、温度補正用磁気抵抗素子からの信号を利用して補正すれば、磁界検出用磁気抵抗素子からの信号について温度変化に起因する信号のシフトを抑制できる。

本発明において、前記磁気スケールは、第１トラックと、前記第１トラックに並列に配置された第２トラックとを備え、前記磁界検出用磁気抵抗素子として、前記第１トラックを読み取って第１信号を出力する磁界検出用第１磁気抵抗素子と、前記第２トラックを読み取って第２信号を出力する磁界検出用第２磁気抵抗素子と、を備え、前記温度補正用磁気抵抗素子として、前記センサ基板上で前記磁界検出用第２磁気抵抗素子よりも前記磁界検出用第１磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第１磁気抵抗素子と、前記センサ基板上で前記磁界検出用第１磁気抵抗素子よりも前記磁界検出用第２磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第２磁気抵抗素子と、を備えるものとすることができる。このようにすれば、磁界検出用第１磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第１磁気抵抗素子からの信号により磁界検出用第１磁気抵抗素子からの信号を補正でき、磁界検出用第２磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第２磁気抵抗素子からの信号により磁界検出用第２磁気抵抗素子からの信号を補正できる。よって、磁界検出用第１磁気抵抗素子および磁界検出用第２磁気抵抗素子からの信号について温度変化に起因する信号のシフトを抑制できる。

この場合において、前記磁気スケールは、着磁領域と無着磁領域とが一定のピッチで配列されたアブソリュートパターンを有するアブソリュートトラックを有し、前記磁気センサ装置は、相対移動する前記磁気スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート信号を出力するアブソリュート信号出力部を有し、前記アブソリュートトラックは、前記第１トラックと、前記第２トラックと、を備え、前記第１トラックは、前記アブソリュートパターンを有し、前記第２トラックは、着磁領域および無着磁領域が前記ピッチで前記アブソリュートパターンと反対に配列された着磁パターンを備え、前記アブソリュート信号出力部は、電圧入力端子とグランド端子との間に前記磁界検出用第１磁気抵抗素子と前記磁界検出用第２磁気抵抗素子とを直列に接続した第１ブリッジ回路と、前記電圧入力端子と前記グランド端子との間に前記温度補正用第１磁気抵抗素子と前記温度補正用第２磁気抵抗素子とを直列に接続した第２ブリッジ回路と、を備え、前記磁界検出用第１磁気抵抗素子と前記磁界検出用第２磁気抵抗素子との間から出力される第１中点電圧および前記温度補正用第１磁気抵抗素子と前記温度補正用第２磁気抵抗素子との間から出力される第２中点電圧の差に基づいて前記アブソリュート信号を出力することが望ましい。

このようにすれば、温度補正用第１磁気抵抗素子からの信号により磁界検出用第１磁気抵抗素子からの信号を補正でき、温度補正用第２磁気抵抗素子からの信号により磁界検出用第２磁気抵抗素子からの信号を補正できる。

ここで、着磁領域と無着磁領域とを一定のピッチで配列したアブソリュートパターンでは、着磁領域の隣に無着磁領域が位置する部分において着磁領域から無着磁領域の側にオーバーシュートして着磁領域に戻る磁界が発生する。従って、アブソリュートトラックにおいて着磁領域の隣に無着磁領域が位置する部分では、無着磁領域における着磁領域に近い部位で、磁界検出用第１磁気抵抗素子が磁界を検出してしまう。よって、アブソリュート値を取得するための閾値を適切に設定しなければ、無着磁領域においても信号が閾値を超える場合が発生してしまい、論理値を正確に取得できなくなるという問題がある。

このような問題に対して、本発明では、アブソリュートトラックとして、アブソリュートパターンを備える第１トラックと、アブソリュートパターンと論理値が反対となる着磁パターンを備える第２トラックを備える。このようにすれば、第１信号出力部により第１トラックを読み取ったときに、無着磁領域における着磁領域に近い部分で磁界が検出されて第１信号出力部から信号が出力されるが、第１信号出力部が第１トラックの無着磁領域を読み取っているときには第２信号検出部は第２トラックの着磁領域を読み取っているので、第２信号出力部から第１信号よりも大きな第２信号が出力される。従って、第１信号出力部から出力される第１信号と第２信号出力部から出力される第２信号の差動信号では、アブソリュートパターンにおいて無着磁領域となっている部分において、無着磁領域における着磁領域に近い部分で発生している磁界の影響を除去できる。これにより、差動信号として、着磁領域と無着磁領域との境界部分で波形が反転することのない波形を得ることができる。よって、閾値を利用して、論理値を正確に取得できる。

本発明において、磁気スケールまたは磁気センサ装置の絶対位置を取得するためには、前記磁気スケールは、第１ピッチで形成された第１インクリメンタルパターンを有する第１インクリメンタルトラックと、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成された第２インクリメンタルパターンを有する第２インクリメンタルトラックを備え、前記磁気センサ装置は、相対移動する前記磁気スケールの前記第１インクリメンタルトラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１インクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、相対移動する前記磁気スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部と、前記第１インクリメンタル信号および前記第２インクリメンタル信号に基づいて前記第１波長および前記第２波長の整数倍となる第３波長の第３インクリメンタル信号を取得する演算処理部と、を備え、前記アブソリュートトラックの前記アブソリュートパターンは、前記第２ピッチよりも長い第３ピッチで形成されており、前記アブソリュート信号出力部は、前記第３ピッチに対応する前記第３波長のアブソリュート信号を出力するものとすることができる。

本発明によれば、磁気スケールの磁界を検出する磁界検出用磁気抵抗素子から出力される信号について、温度変化に起因する信号のシフトを抑制できる。

本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。 磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。 磁気式エンコーダ装置の制御系のブロック図である。 磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。 第１信号出力部から出力される第１信号、第２信号出力部から出力される第２信号および第１信号と第２信号の差動信号の説明図である。 着磁領域と無着磁領域の境界部分における磁界とその検出信号の説明である。 温度補正部の説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した位置検出装置の実施の形態である磁気式エンコーダ装置を説明する。

図１は、本発明を適用した磁気式エンコーダ装置の説明図である。図１に示すように、本例の磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）１は磁気スケール２と磁気スケール２を読み取る磁気センサ装置３を備える。磁気スケール２は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる磁気トラック４を備える。磁気センサ装置３は、磁気スケール２が相対移動する際に、磁気スケール２の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール２または磁気センサ装置３の絶対移動位置を出力する。以下の説明では、相対移動方向Ｘと直交する方向を直交方向Ｙとする。

磁気センサ装置３は、非磁性材料からなるホルダ６と、非磁性材料からなるカバー７と、ホルダ６から延びたケーブル８を備える。ホルダ６は磁気スケール２と対向する対向面９を備える。対向面９には開口部９ａが設けられている。開口部９ａには磁気センサ１１が配置されている。磁気センサ１１は、シリコン基板やセラミックグレース基板などのセンサ基板１２と、センサ基板１２の表面に形成された複数の磁気抵抗素子（インクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７、インクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６）を備える（図２参照）。磁気抵抗素子３７、３８、４５、４６はパーマロイ膜を感磁膜として備える。磁気抵抗素子３７、３８、４５、４６と磁気スケール２は所定の隙間を介して対向する。

磁気式エンコーダ装置１は、磁気スケール２および磁気センサ装置３の一方が固定体側に配置され、他方が移動体側に配置される。本例では、磁気スケール２が移動体側に配置され、磁気センサ装置３が固定体側に配置される。

（磁気スケール）
図２は磁気スケール２に設けられた磁気トラック４および磁気抵抗素子３７、３８、４５、４６の説明図である。図２に示すように、磁気トラック４は、磁気スケール２と磁気センサ装置３の相対移動方向Ｘに延びる第１インクリメンタルトラック２１、第２インクリメンタルトラック２２、および、アブソリュートトラック２３を有する。第１インクリメンタルトラック２１、第２インクリメンタルトラック２２、および、アブソリュートトラック２３は平行である。アブソリュートトラック２３は相対移動方向Ｘに延びる第１トラック２４と第２トラック２５を備える。第１トラック２４と第２トラック２５は直交方向Ｙで隙間なく設けられている。第１トラック２４と第２トラック２５は平行である。

第１インクリメンタルトラック２１は、第１ピッチＰ１で形成された第１インクリメンタルパターン２１ａを有する。第１インクリメンタルパターン２１ａは、相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第１ピッチＰ１で交互に着磁したものである。

第２インクリメンタルトラック２２は、第１ピッチＰ１よりもピッチ長が長い第２ピッチＰ２で形成された第２インクリメンタルパターン２２ａを有する。第２インクリメンタルパターン２２ａは、相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を第２ピッチＰ２で交互に着磁したものである。第１インクリメンタルトラック２１は直交方向Ｙで、アブソリュートトラック２３と第２インクリメンタルトラック２２の間に位置する。第１インクリメンタルパターン２１ａおよび第２インクリメンタルパターン２２ａは、磁気スケール２の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。

アブソリュートトラック２３の第１トラック２４は、第１ピッチＰ１および第２ピッチＰ２よりもピッチ長が長い第３ピッチＰ３で形成されたアブソリュートパターン２４ａを有する。アブソリュートパターン２４ａは、着磁した着磁領域と無着磁の無着磁領域を第３ピッチＰ３の非繰り返しパターン（擬似ランダムパターン）で配列したものである。各着磁領域は相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を備える。また、第１トラック２４において、相対移動方向Ｘで隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させている。アブソリュートパターン２４ａは、磁気スケール２の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。

本例のアブソリュートパターン２４ａは、連続する６ピッチ分の領域（連続する６つの領域）における着磁領域と無着磁領域の配列により磁気スケール２上の絶対位置を表現するものである。より具体的には、着磁領域を論理値の１とし、無着磁領域を論理値の０としたときに、連続する６つの領域における１と０との配列によって磁気スケール２上の絶対位置を６ビットの値で示す。

アブソリュートトラック２３の第２トラック２５は、着磁領域および無着磁領域が第３ピッチＰ３でアブソリュートパターン２４ａとは反対に配列された着磁パターン２５ａを備える。従って、アブソリュートトラック２３では、直交方向Ｙにおいて第１トラック２４の着磁領域の隣に第２トラック２５の無着磁領域が位置する。また、直交方向Ｙにおいて第１トラック２４の無着磁領域の隣に第２トラック２５の着磁領域が位置する。着磁パターン２５ａは、磁気スケール２の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。第２トラック２５において、各着磁領域は相対移動方向ＸにＮ極とＳ極を備える。また、第２トラック２５において、相対移動方向Ｘで隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させている。

ここで、アブソリュートパターン２４ａおよび着磁パターン２５ａの形成ピッチである第３ピッチＰ３は、第１ピッチＰ１および第２ピッチＰ２の整数倍である。本例では、第１ピッチＰ１は８０μｍであり、第２ピッチＰ２は１００μｍであり、第３ピッチＰ３は４００μｍである。従って、第３ピッチＰ３は、第１ピッチＰ１の５倍であり、第２ピッチＰ２の４倍である。

（磁気センサ）
図３は磁気式エンコーダ装置１の制御系を示す概略ブロック図である。図４は磁気スケール２の読み取りにより磁気センサ装置３が取得する各信号の説明図である。図４ではアブソリュート値検出用磁気抵抗素子４５、４６の配置を模式的に記載している。図５は第１信号出力部から出力される第１信号、第２信号出力部から出力される第２信号および第１信号と第２信号の差動信号の説明図である。図５（ａ）は、アブソリュートトラック２３と第１信号出力部および第２信号出力部を模式的に示す説明図である。図５（ｂ）は第１信号出力部から出力される第１信号のグラフであり、図５（ｃ）は第２信号出力部から出力される第２信号のグラフであり、図５（ｄ）は差動信号のグラフであり、図５（ｅ）はアブソリュート値である。なお、図５（ａ）では、着磁領域の磁界を説明するために第１トラック２４と第２トラック２５の間に隙間を設けて示す。図６（ａ）はアブソリュー
トパターンにおける着磁領域と無着磁領域の境界部分における磁界の説明図であり、図６（ｂ）は、着磁領域と無着磁領域の境界部分における第１信号のグラフである。

図３に示すように、磁気センサ装置３は、第１インクリメンタル信号出力部３１、第２インクリメンタル信号出力部３２、インクリメンタル信号算出部３３、アブソリュート値出力部３４、および、絶対位置取得部３５を備える。

第１インクリメンタル信号出力部３１は、図２、図３に示すように、第１インクリメンタルトラック２１に対向配置したインクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７を備える。インクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７は相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部３１は、磁気スケール２の移動に伴って第１インクリメンタルパターン２１ａの第１ピッチＰ１に対応する長さの第１波長λ１の第１インクリメンタル信号θＡを出力する。本例では、第１ピッチＰ１が８０μｍなので、第１波長λ１は８０μｍである。第１インクリメンタル信号θＡは、磁気スケール２が第１ピッチＰ１（８０μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

第２インクリメンタル信号出力部３２は、図２、図３に示すように、第２インクリメンタルトラック２２に対向配置したインクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８を備える。インクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８は相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。図４に示すように、第２インクリメンタル信号出力部３２は、磁気スケール２の移動に伴って、第２インクリメンタルパターン２２ａの第２ピッチＰ２に対応する長さの第２波長λ２の第２インクリメンタル信号θＢを出力する。本例では、第２ピッチＰ２が１００μｍなので、第２波長λ２は１００μｍである。第２インクリメンタル信号θＢは、磁気スケール２が第２ピッチＰ２（１００μｍ）移動する毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

インクリメンタル信号算出部３３は、第１インクリメンタル信号θＡと第２インクリメンタル信号θＢに基づいて、第３波長λ３の第３インクリメンタル信号θＣを算出する。第３インクリメンタル信号θＣは、第１インクリメンタル信号θＡの位相から第２インクリメンタル信号θＢの位相を減じて得られるバーニア信号である。

本例では、第３波長λ３は４００μｍである。第３波長λ３（４００μｍ）は、第１インクリメンタル信号θＡの第１波長λ１（８０μｍ）の整数倍であり、第２インクリメンタル信号θＢの第２波長λ２（１００μｍ）の整数倍である。また、第３波長λ３（４００μｍ）はアブソリュートパターン２４ａのピッチ長である第３ピッチＰ３（４００μｍ）に対応する長さである。第３インクリメンタル信号θＣは、第３ピッチＰ３（４００μｍ）毎に、０から２πまで位相が変化する周期的な信号である。

次に、アブソリュート値出力部３４は、第１トラック２４（アブソリュートパターン２４ａ）を読み取って第１信号Ｅ１を出力する第１信号出力部４１と、第２トラック２５（着磁パターン２５ａ）を読み取って第２信号Ｅ２を出力する第２信号出力部４２を備える。アブソリュート値出力部３４は第１信号Ｅ１と第２信号Ｅ２の差動信号（第１中点電圧）Ｄに基づいてアブソリュート値ＡＢＳを出力する。

図２乃至図５に示すように、第１信号出力部４１は、第３ピッチＰ３で第１トラック２４に対向する複数のアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子（磁界検出用第１磁気抵抗素子）４５を備える。複数のアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５のそれぞれは相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。第１信号出力部４１は、これら複数のアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５によって、相対移動方向Ｘで連続するアブソリュー
トパターン２４ａの複数の領域のそれぞれの磁界を検出して第１信号Ｅ１を出力する。図４に示すように、本例では、６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを取得するために、第１信号出力部４１は６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５を備える。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すアブソリュートトラック２３の６ピッチ分の領域の磁界を検出した場合の第１信号Ｅ１のグラフである。

第２信号出力部４２は、第３ピッチＰ３で第２トラック２５に対向する複数のアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子（磁界検出用第２磁気抵抗素子）４６を備える。複数のアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６のそれぞれは相対移動方向Ｘに感磁方向を向けている。第２信号出力部４２は、これら複数のアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６によって、相対移動方向Ｘで連続する着磁パターン２５ａの複数の領域のそれぞれの磁界を検出して第２信号Ｅ２を出力する。本例では、６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを取得するために、第２信号出力部４２は６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５を備える。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すアブソリュートトラック２３の６ピッチ分の領域の磁界を検出した場合の第２信号Ｅ２のグラフである。

ここで、図２、図４および図５に示すように、６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５と６つのアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６は、相対移動方向Ｘで同一の位置（直交方向Ｙから見た場合に重なる位置）に配置されているアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５とアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６が１組（一対）として構成されている。また、図２、図５に示すように、各組のアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５とアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６は、電圧入力端子Ｖｃｃとグランド端子ＧＮＤとの間に直列に接続されてブリッジ回路（第１ブリッジ回路）４７を形成している。

そして、アブソリュート値出力部３４は、ブリッジ回路４７におけるアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５とアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の間の中点４８から出力される差動信号Ｄ（中点電圧）に基づいてアブソリュート値ＡＢＳを出力する。

図５（ｄ）は、図５（ａ）に示すアブソリュートトラック２３の６ビット分の領域の磁界を検出した場合の差動信号Ｄ（中点電圧）のグラフである。図５（ｄ）に示すように、ブリッジ回路４７の中点４８からは、第１信号Ｅ１と第２信号Ｅ２の差動が差動信号Ｄ（中点電圧）として出力される。従って、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５が着磁領域の磁界を検出し、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６が無着磁領域の磁界を検出している場合には、差動信号Ｄとして中点電位Ｅ０以上の電圧信号が出力される。一方、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５が無着磁領域の磁界を検出し、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６が着磁領域の磁界を検出している場合には、差動信号Ｄとして中点電位Ｅ０よりも低い電圧信号が出力される。

従って、アブソリュート値出力部３４は、中点電位Ｅ０を閾値として、差動信号Ｄが閾値以上の組からの出力を１、差動信号Ｄが閾値よりも低い組からの出力を０として、６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを出力する。これにより、アブソリュート値ＡＢＳは図５（ｅ）に示すものとなる。なお、中点電位Ｅ０とは、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の双方が磁界を検出していない状態で中点４８から出力される電圧信号である。

ここで、アブソリュートトラック２３が、第１トラック２４のみを備えるものである場合には、図５（ｂ）に示すように、第１トラック２４を第１信号出力部４１が読み取ったときに、着磁領域と無着磁領域とが隣接する部分で、無着磁領域における着磁領域に近い
部分で第１信号Ｅ１が出力される。すなわち、図６に示すように、着磁領域Ｒ１と無着磁領域Ｒ０の境界位置Ｒでは、着磁領域Ｒ１から無着磁領域Ｒ０にオーバーシュートして着磁領域Ｒ１に戻る磁界Ｆが発生しているので、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５はこの磁界Ｆを検出して第１信号Ｅ１を出力する。従って、アブソリュート値ＡＢＳを取得するための閾値を適切に設定しなければ、無着磁領域Ｒ０においても出力が閾値を超える場合が発生してしまい、アブソリュート値ＡＢＳを正確に取得できない場合が発生する。

これに対して、本例では、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、第１信号出力部４１が第１トラック２４の無着磁領域を読み取っているときには、第２信号出力部４２は第２トラック２５の着磁領域を読み取っているので、第２信号出力部４２からは第１信号出力部４１よりも大きな信号が出力される。また、図６に示すように、着磁領域Ｒ１と無着磁領域Ｒ０の境界位置Ｒでは、着磁領域Ｒ１の磁束密度の方が、無着磁領域Ｒ０の側の磁束密度（オーバーシュート部分の磁束密度）よりも大きいので、第１信号出力部４１から出力される第１信号Ｅ１において境界位置Ｒを境に着磁領域Ｒ１側の信号の傾斜角度θ１は、境界位置Ｒよりも無着磁領域Ｒ０側の信号の傾斜角度θ２と比較して、大きな角度となる。従って、第１信号出力部４１からの第１信号Ｅ１と第２信号出力部４２からの第２信号Ｅ２との差動を取得すれば、着磁領域Ｒ１と無着磁領域Ｒ０の境界位置Ｒにおいて、反転する部分を有することがない波形の信号を得ることができる。すなわち、無着磁領域Ｒ０における着磁領域Ｒ１に近い部分で発生している磁界の影響を除去できる。

また、中点電位Ｅ０を閾値として、閾値以上を論理値の１、閾値よりも小さい場合を論理値の０とすれば、第３ピッチＰ３に対応する第３波長λ３で、６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを正確に取得できる。すなわち、差動出力において、プラスとマイナスに振れている信号の振幅の中心（中点電位Ｅ０）を閾値とするので、正確に、第３波長λ３の符号長の論理値を取得できる。これにより、各論理値の符号長は、着磁領域と無着磁領域の配列のピッチと同一となり、一定となる。よって、アブソリュート値出力部３４から出力されるアブソリュート値ＡＢＳの周期と第３インクリメンタル信号θＣの周期がずれることがない。

なお、アブソリュートトラック２３において着磁領域と無着磁領域を一定のピッチで配列しておけば、各ピッチ内の相対移動方向Ｘにおける着磁部分の長さは一定でなくても第３ピッチＰ３に対応する第３波長λ３で、６ビットのアブソリュート値ＡＢＳを正確に取得できる。従って、着磁領域に対する着磁の自由度が増加する。

ここで、磁気抵抗素子は電圧の印加によって発熱するものである。また、磁気抵抗素子は、温度変化に起因して自己の抵抗値を変化させるものである。従って、インクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７およびインクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８は、電圧の印加によって発熱している。また、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６は、その周辺の温度変化により自己の抵抗値を変化させている。

より具体的には、図２に示すように、本例では、センサ基板１２上において、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６のうちの一方の磁気抵抗素子（本例では、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６）は、他方の磁気抵抗素子（アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５）よりもインクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７およびインクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８に近い位置に設けられている。従って、インクリメンタル信号検出用第１磁気抵抗素子３７およびインクリメンタル信号検出用第２磁気抵抗素子３８に近い一方の磁気抵抗素子（アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６）は、他方の磁気抵抗素
子（アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５）と比較して温度が上昇する。また、この温度の上昇に変化に起因して、一方の磁気抵抗素子（アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６）の抵抗値は他方の磁気抵抗素子（アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５）の抵抗値と比較して増大する。この結果、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５から出力される第１信号Ｅ１とアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６から出力される第２信号Ｅ２との差動信号Ｄは上方或いは下方にオフセットする。例えば、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の抵抗値がアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５の抵抗値と比較して増大すると、図５（ｄ）に点線で示すように、差動信号Ｄはオフセット量Ｏだけ上方にオフセットする。

ここで、差動信号Ｄがオフセットした場合には、中点電位Ｅ０を閾値として論理値を取得したときに、論理値の符号長を正確に第３波長λ３とすることができなくなるという問題が発生する。

このような問題に対して、本例では、図３に示すように、アブソリュート値出力部３４は、温度変化に起因する差動信号Ｄのオフセットを補正する温度補正部５０を備える。

図７は温度補正部５０の説明図である。温度補正部５０は、センサ基板１２上で直交方向Ｙに感磁方向を向ける温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２を備える。また、温度補正部５０は、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２を有する温度補正用ブリッジ回路（第２ブリッジ回路）５３を備える。

温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２は、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６と同じ材料からなる。本例は、これら磁気抵抗素子４５、４６、５１、５２の感磁膜はパーマロイである。図４に模式的に示すように、温度補正用第１磁気抵抗素子５１は６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５に対して相対移動方向Ｘで隣り合う位置に設けられている。温度補正用第２磁気抵抗素子５２は６つのアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６に対して相対移動方向Ｘで隣り合う位置に設けられている。従って、温度補正用第１磁気抵抗素子５１は６つのアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６よりも６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５に近い位置にある。温度補正用第２磁気抵抗素子５２は６つのアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５よりもアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６に近い位置にある。

また、温度補正用第１磁気抵抗素子５１の抵抗値は、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５の抵抗値よりも大きい。同様に温度補正用第２磁気抵抗素子５２の抵抗値は、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の抵抗値よりも大きい。これにより、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２への電圧の印加によって、温度補正用第１磁気抵抗素子５１の温度がアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５の温度よりも上昇することを抑制するとともに、温度補正用第２磁気抵抗素子５２の温度がアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の温度よりも上昇することを抑制する。

温度補正用ブリッジ回路５３は、電圧入力端子Ｖｃｃとグランド端子ＧＮＤとの間に温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２を直列に接続したものである。温度補正用ブリッジ回路５３の中点５４からは、温度補正用第１磁気抵抗素子５１から出力される温度補正用第１信号と温度補正用第２磁気抵抗素子５２から出力される温度補正用第２信号の差動信号が温度補正用中点電圧（第２中点電圧）Ｔとして出力される。

ここで、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２は感磁方向を直交方向Ｙに向けている。従って、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２のそれぞれは、相対移動する磁気スケール２の磁界の変化を検出しない。よって、温度補正用第１磁気抵抗素子５１から出力される温度補正用第１信号と温度補正用第２磁気抵抗素子５２から出力される温度補正用第２信号のそれぞれは温度の変化に起因する抵抗値の変化を反映するものとなる。そこで、アブソリュート値出力部３４は、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５とアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６からなる各組の各ブリッジ回路４７の中点４８から出力される差動信号Ｄを、温度補正用ブリッジ回路５３の中点５４から出力される差動信号（温度補正用中点電圧Ｔ）で補正する。より具体的には、アブソリュート値出力部３４は、差動信号Ｄと温度補正用中点電圧Ｔの差をとって、差動信号Ｄにおいて温度変化に起因するオフセットをキャンセルする。これにより、中点電位Ｅ０を閾値として差動信号Ｄから論理値を取得したときに、論理値の符号長を正確に第３波長λ３とすることができる。

次に、絶対位置取得部３５は、アブソリュート値ＡＢＳ、第３インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得する。

（絶対位置検出動作）
磁気スケール２が移動すると、図４に示すように、第１インクリメンタル信号出力部３１は第１波長λ１（８０μｍ）の第１インクリメンタル信号θＡを出力し、第２インクリメンタル信号出力部３２は第２波長λ２（１００μｍ）の第２インクリメンタル信号θＢを出力する。これに並行して、インクリメンタル信号算出部３３は、第１インクリメンタル信号θＡおよび第２インクリメンタル信号θ２に基づいて第３波長λ３（４００μｍ）の第３インクリメンタル信号θＣを取得する。

また、アブソリュート値出力部３４は、磁気スケール２が第３ピッチＰ３（４００μｍ）移動する毎にアブソリュート値ＡＢＳを出力する。すなわち、アブソリュート値出力部３４は、第３インクリメンタル信号θＣの１周期毎にアブソリュート値ＡＢＳを付与する。従って、絶対位置取得部３５は、アブソリュート値ＡＢＳのアブソリュート値ＡＢＳ、第３インクリメンタル信号θＣの位相、および、第１インクリメンタル信号θＡの位相に基づいて、磁気スケール２の絶対位置を取得できる。

本例では、第１信号出力部４１からの第１信号Ｅ１と第２信号出力部４２からの第２信号Ｅ２の差動信号Ｄに基づいてアブソリュート値ＡＢＳを取得する。差動信号Ｄは、アブソリュートパターン２４ａの着磁領域と無着磁領域との境界部分で波形が反転することのない波形を備えるので、閾値（中点電位Ｅ０）に基づいてアブソリュート値ＡＢＳを正確に取得できる。また、差動信号Ｄにおいて、プラスとマイナスに振れている信号の振幅の中心（中点電位Ｅ０）を閾値とするので、アブソリュート値ＡＢＳとして、正確に、第３波長λ３の符号長の論理値を取得できる。

また、本例では、第１信号出力部４１からの第１信号Ｅ１と第２信号出力部４２からの第２信号Ｅ２の差動信号Ｄを、直交方向Ｙに感磁方向を向ける温度補正用第１磁気抵抗素子５１からの温度補正用第１信号および温度補正用第２磁気抵抗素子５２からの温度補正用第２信号の差動信号（温度補正用中点電圧Ｔ）により補正して、差動信号Ｄにおいて温度変化に起因した信号のオフセットをキャンセルしている。従って、アブソリュート値ＡＢＳとして、正確に、第３波長λ３の符号長の論理値を取得できる。

ここで、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２は、
アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６と同じ材料から形成されている。従って、温度変化に起因するアブソリュート値検出用磁気抵抗素子４５、４６の抵抗値の変化と、温度変化に起因する温度補正用磁気抵抗素子５１、５２の抵抗変化が対応するものとなる。従って、アブソリュート値検出用磁気抵抗素子４５、４６からの信号を、温度補正用磁気抵抗素子５１、５２からの信号を利用して補正すれば、アブソリュート値検出用磁気抵抗素子４５、４６からの信号について温度変化に起因する信号のシフトを抑制できる

また、温度補正用第１磁気抵抗素子５１はアブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５に近い位置にあり、温度補正用第２磁気抵抗素子５２はアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６に近い位置にある。従って、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５の温度変化に起因する第１信号Ｅ１の変化を温度補正用第１磁気抵抗素子５１からの信号により補正することが容易であり、アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６の温度変化に起因する第２信号Ｅ２の変化を温度補正用第２磁気抵抗素子５２からの信号により補正することが容易である。

さらに、本例では、温度補正用第１磁気抵抗素子５１および温度補正用第２磁気抵抗素子５２は、アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子４５およびアブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子４６と同じ材料（パーマロイ）からなる。従って、センサ基板上にパーマロイを蒸着してセンサ基板上にアブソリュート値検出用磁気抵抗素子４５、４６を形成する工程において、温度補正用磁気抵抗素子５１、５２を同時に形成できる。よって、温度補正部５０を設けることが容易であり、温度補正部５０を設けるための製造コストを抑制できる。

１…磁気式エンコーダ装置（位置検出装置）
２…磁気スケール
３…磁気センサ装置
１２…センサ基板
２１…第１インクリメンタルトラック
２１ａ…第１インクリメンタルパターン
２２…第２インクリメンタルトラック
２２ａ…第２インクリメンタルパターン
２３…アブソリュートトラック
２４…第１トラック
２４ａ…アブソリュートパターン
２５…第２トラック
２５ａ…着磁パターン
３１…第１インクリメンタル信号出力部
３２…第２インクリメンタル信号出力部
３３…演算処理部
３４…アブソリュート信号出力部
４５…アブソリュート値検出用第１磁気抵抗素子（磁界検出用第１磁気抵抗素子）
４６…アブソリュート値検出用第２磁気抵抗素子（磁界検出用第２磁気抵抗素子）
４７…ブリッジ回路（第１ブリッジ回路）
５１…温度補正用第１磁気抵抗素子
５２…温度補正用第２磁気抵抗素子
５３…温度補正用ブリッジ回路（第２ブリッジ回路）
ＡＢＳ…アブソリュート信号
Ｄ…差動信号（第１中点電圧）
Ｅ１…第１信号
Ｅ２…第２信号
ＧＮＤ…グランド端子
Ｐ１…第１ピッチ
Ｐ２…第２ピッチ
Ｐ３…第３ピッチ
Ｔ…温度補正用中点電圧（第２中点電圧）
Ｖｃｃ…電圧入力端子
Ｙ…直交方向
Ｚ…相対移動方向
λ１…第１波長
λ２…第２波長
λ３…第３波長

Claims (6)

1. 磁気スケールと、
   相対移動する前記磁気スケールの位置を検出する磁気センサ装置と、を有し、
   前記磁気センサ装置は、センサ基板と、前記センサ基板上で相対移動方向に感磁方向を向け前記磁気スケールを読み取って信号を出力する磁界検出用磁気抵抗素子と、前記センサ基板上で前記相対移動方向と直交する直交方向に感磁方向を向ける温度補正用磁気抵抗素子と、を備え、
   前記温度補正用磁気抵抗素子の抵抗値は、前記磁界検出用磁気抵抗素子の抵抗値よりも大きいことを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１において、
   前記磁気センサ装置は、前記磁界検出用磁気抵抗素子からの前記信号を、前記温度補正用磁気抵抗素子からの信号によって補正することを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１または２において、
   前記磁界検出用磁気抵抗素子と、前記温度補正用磁気抵抗素子とは、同一の材料からなることを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記磁気スケールは、第１トラックと、前記第１トラックに並列に配置された第２トラックとを備え、
   前記磁界検出用磁気抵抗素子として、前記第１トラックを読み取って第１信号を出力する磁界検出用第１磁気抵抗素子と、前記第２トラックを読み取って第２信号を出力する磁界検出用第２磁気抵抗素子と、を備え、
   前記温度補正用磁気抵抗素子として、前記センサ基板上で前記磁界検出用第２磁気抵抗素子よりも前記磁界検出用第１磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第１磁気抵抗素子と、前記センサ基板上で前記磁界検出用第１磁気抵抗素子よりも前記磁界検出用第２磁気抵抗素子に近い位置に配置された温度補正用第２磁気抵抗素子と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項４において、
   前記磁気スケールは、着磁領域と無着磁領域とが一定のピッチで配列されたアブソリュートパターンを有するアブソリュートトラックを有し、
   前記磁気センサ装置は、相対移動する前記磁気スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート信号を出力するアブソリュート信号出力部を有し、
   前記アブソリュートトラックは、前記第１トラックと、前記第２トラックと、を備え、
   前記第１トラックは、前記アブソリュートパターンを有し、
   前記第２トラックは、着磁領域および無着磁領域が前記ピッチで前記アブソリュートパターンと反対に配列された着磁パターンを備え、
   前記アブソリュート信号出力部は、電圧入力端子とグランド端子との間に前記磁界検出用第１磁気抵抗素子と前記磁界検出用第２磁気抵抗素子とを直列に接続した第１ブリッジ回路と、前記電圧入力端子と前記グランド端子との間に前記温度補正用第１磁気抵抗素子と前記温度補正用第２磁気抵抗素子とを直列に接続した第２ブリッジ回路と、を備え、
   前記磁界検出用第１磁気抵抗素子と前記磁界検出用第２磁気抵抗素子との間から出力される第１中点電圧および前記温度補正用第１磁気抵抗素子と前記温度補正用第２磁気抵抗素子との間から出力される第２中点電圧の差に基づいて前記アブソリュート信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項５において、
   前記磁気スケールは、第１ピッチで形成された第１インクリメンタルパターンを有する第１インクリメンタルトラックと、前記第１ピッチよりも長い第２ピッチで形成された第２インクリメンタルパターンを有する第２インクリメンタルトラックを備え、
   前記磁気センサ装置は、相対移動する前記磁気スケールの前記第１インクリメンタルトラックを読み取って前記第１ピッチに対応する長さの第１波長の第１インクリメンタル信号を出力する第１インクリメンタル信号出力部と、相対移動する前記磁気スケールの前記第２インクリメンタルトラックを読み取って前記第２ピッチに対応する長さの第２波長の第２インクリメンタル信号を出力する第２インクリメンタル信号出力部と、前記第１インクリメンタル信号および前記第２インクリメンタル信号に基づいて前記第１波長および前記第２波長の整数倍となる第３波長の第３インクリメンタル信号を取得する演算処理部と、を備え、
   前記アブソリュートトラックの前記アブソリュートパターンは、前記第２ピッチよりも長い第３ピッチで形成されており、
   前記アブソリュート信号出力部は、前記第３ピッチに対応する前記第３波長のアブソリュート信号を出力することを特徴とする位置検出装置。