JPH0429967B2

JPH0429967B2 -

Info

Publication number: JPH0429967B2
Application number: JP58137205A
Authority: JP
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1992-05-20
Also published as: JPS6029611A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は磁気スケール等を用いる測尺装置のス
ケール信号検出ヘツド、特にスケール検出信号歪
を除去し、スケールの精度向上を計るための改良
に関する。

背景技術とその問題点磁束応答型マルチギヤツプヘツドを用いて磁気
スケールの磁気格子を読取るようにした位相変調
方式の測尺装置は例えば特開昭57−137812号公報
に開示されている如く公知である。

而してこのような装置において、従来の磁束応
答型マルチギヤツプヘツドによると検出されたス
ケール信号には基本波の外に３次高調波等の成分
が存在しており、この高調波成分による歪のため
内挿誤差が発生する欠点があつた。そこで本発明
者はその原因を究明した結果、下記の理由による
ことが判明した。

第１図公知の位相変調方式の磁気スケール装置
を使用する測尺装置の主要部の構成を示すブロツ
ク図で、１は磁気スケール、２は第１チヤネル・
ヘツド（磁束応答型マルチギヤツプヘツド）、３
は第２チヤネル・ヘツド（磁束応答型マルチギヤ
ツプヘツド）・４は発振器、５は周波数逓減回路、
６は励磁回路、７は移相器、８はミキサ増幅回
路、９は帯域通過フイルタ、１０はリミツタ増幅
器である。発振器４の出力信号（基準信号）を
f₀、発振器出力の角周波数をω₀、逓減回路の出力
をf₀／２，両ヘツド２，３間の距離を（ｍ±1/4）
λとするとき、 f₀＝sinω_pｔ f₀／２＝sinω_pｔ／２で、リミツタ増幅器１０の出力（位相変調信号）
はスケールの格子点ピツチをλ、スケールとヘツ
ドとの相対変位量をｘとすれば、Ｓ＝sin（ω_pｔ＋2π／λｘ）である。

上式から明らかなように上記測尺装置を使用し
た精密測定システムあるいは工作機械などに要求
される高分解能化のためには波長λを電気的に内
挿する必要がある。しかし、この内挿を行なうと
各種の要因により内挿誤差が発生する。その主な
ものはヘツド間隔のずれ、再生出力の直流偏倚、
再生出力の振巾変動、再生出力の第３次高調波歪
である。

現在高精度化を実現する場合、内挿誤差は極力
抑制する必要があるが、第３次高調波歪以外の要
因は電気的な調整によつて軽減できる。

第３次高調波歪は電磁変換系、回路系及びスケ
ール等で発生するが特にスケール歪が大きい。よ
つてこのスケール歪を除去することによつて内挿
誤差が低減できる。そこで第３次高調波歪による
内挿誤差量を算出する。

いま第３次高調波の大きさが基本波のC₃倍で
あるとするとヘツド出力電圧ｅは e₁＝sinω_pｔ｛cos2π／λｘ＋C₃cos2π／λ3x｝ e₂＝cosω_pｔ｛sin2π／λｘ−C₃sin2π／λ3x｝ ω_pｔ＝Ｔ 2π／λｘ＝Ｘとおくとｅ＝e₁−e₂＝sinT｛cosX＋C₃cos3X｝−cosT｛sinX−C₃s
in3X｝…(1) たとえばC₃＝０ならば(1)式はｅ＝sin（Ｔ−Ｘ） …(2) となり、Ｔ＝Ｘのときｅ＝０となる。即ち(2)式の
電圧と基準波ｅ＝sinTとの位相を検出すること
によりＸが求められる。

Ｔ＝Ｘ＋ΔXとおくとｅ＝sin（Ｘ＋ΔX）｛cosX＋C₃cos3X｝−cos（Ｘ＋ΔX
）｛sinX−C₃sin3X｝ｅ＝０とおき ΔXを求めると ΔX＝tan^-1｛−sinX−C₃sin3X／cosX＋C₃cos3X｝−Ｘ
…(3) Δxは内挿誤差として残り、コンピユータでシユ
ミレーシヨンすると第２図の通りで、その周期は
基本波の４倍となる。

発明の目的本発明の目的は上述したスケール検出信号乃至
トランスジユーサの変位に関する出力波形の歪み
の原因である高調波、特に第３次高調波成分を除
去した検出ヘツドを提供するにある。

発明の概要本発明の検出ヘツドは上記目的を達成するた
め、同振幅の出力が得られるように各ヘツド構成
部材のバターンを少くとも２つのブロツクに分割
し、両ブロツク間の位相差がｎを整数としてπ／α （１＋2n）となるように配置することにより両ブ
ロツクからの出力を合成してα次の高調波成分を
除去する如く構成したことを特徴とする。

実施例以下図面に示す実施例を参照して本発明を更に
詳述すると、今磁束応答型マルチギヤツプヘツド
によつて検出されたスケール信号をｆ（ｘ）とし
て、ｆ（x₁）とｆ（x₂）との検出信号ｆ（ｘ）＝ｆ（x₁）＋ｆ（x₂） …(4) から合成され、ｆ（x₁）とｆ（x₂）は同振巾でかつ
互に位相差π／αを持つとすると、2πを周期とするフーリエ級数で表わすことができる。

ｆ（x₁）＝a_p／２＋_∞ 〓ⁿ⁼¹ （a_ocosnx₁＋b_osinn_x1） …(5) ｆ（x₂）＝a_p／２＋_∞ 〓〓ⁿ⁼¹ ｛a_ocos（nx₁＋π／α）＋b_osin（nx₁＋π／α）｝
…(6) よつてｆ（ｘ）＝ｆ（x₁）＋ｆ（x₂）＝a_p＋_∞ 〓〓ⁿ⁼¹ 〔a_o｛cosnx₁＋cos（nx₁＋π／α）｝＋b_o｛sinnx1
＋cos（nx₁＋π／α）｝〕…(7) ｎ＝αの時 a〓｛cosα_x1＋cos（α_x1＋π／α）｝＝０ b〓｛sinα_x1＋sin（α_x1＋π／α）｝＝０ …(8) すなわちｆ（ｘ）はα次高調波成分を含まない
関数となる。たとえば２次高調波を除去するため
にはα＝３とし互いにπ／３だけ位相差を持つたｆ（x₁）とｆ（x₂）の検出信号を合成すればよいこと
になる。

このことを磁束応答型マルチギヤツプヘツドに
適用してみると、例えば各ヘツド構成部材のパタ
ーンを夫々同振幅出力が得られるように２つのブ
ロツクに分割し、両ブロツクの位相差をmλ±λ／６とすれば、各ブロツクの出力ｆ（x₁），ｆ（x₂）を
合成することにより、ヘツド出力であるスケール
信号から３次高調波歪を除去できること明らかで
ある。

第３図Ａ，Ｂ及びＣはかかる原理に基いて構成
された同軸式磁束応答型マルチギヤツプヘツドの
一実施例で、N₁…，S₁…及びN′₁…，S′₁…は夫
夫パーマロイ等の高透磁性材料から成る薄板コア
で、これらコア間にはベリリウム銅等の非磁性材
料から成るギヤツプスペーサGP₁…が挿入されて
いる。上記コアのパターンは第３図Ｃに示す如く
夫々同振巾出力が得られるように２つのブロツク
ａ，ｂに分割され、両ブロツク間の位相差がmλ
±λ／６となるように位相調整スペーサGAを介して配置されている。

第４図Ａ及びＢは上記実施例と同様に構成され
た本発明による平面式磁束応答型マルチギヤツプ
ヘツドを示す。

なお、上述した各ヘツド構成部材パターンの配
置は２分割に限定されるものではなく、第５図又
は第６図に示すようにブロツクa₁，a₂，b₁，b₂の
４分割、あるいはa₁〜a₃，b₁〜b₃の６分割等任意
に選択可能である。

また本発明は上述した磁束応答型マルチギヤツ
プヘツドに限定されるものではなく、例えば磁気
抵抗効果を利用した強磁性金属薄膜磁気ヘツドに
も適用できる。

第７図において、H₁〜H₈は第１チヤンネルヘ
ドを構成する磁気抵抗の異方性効果を有する強磁
性金属薄膜により形成される夫々直列に接続され
た磁気抵抗素線で、図示していない絶縁体基板上
に設けられていて、各素子間隔は磁気スケールの
磁気格子パターンと一定の位相関係をもつてお
り、磁気格子面とは平行に一定クリアランスを以
て保持され、素線方向にバイアス磁界を印加する
か、或いは素線方向の磁気異方性を与えてバイア
ス磁界を印加するのと同じ効果があるようになつ
ている。

H′₁〜H′₈は上記と同様の構成の第２チヤンネ
ルヘツドである。

磁気スケールの記録波長をλとすると、上記ヘ
ツドを使用する磁気スケールにおける実効波長は
λ／２で、スケールとヘツド間の相対変位ｘに対し 2λ／λｘ＝Ｘとおけば、第１チヤンネルヘツドCH₁ と第２チヤンネルヘツドCH₂との間隔は（ｍ±
１／４）λ／２で、夫々のヘツドにおいて素線H₁〜 H₄，H′₁〜H′₄に対しπ／６（実効波長の１／６）ずらせてH₅〜H₈，H′₅〜H′₈が設けてある。

今、第１、第２チヤンネルヘツドに駆動電圧e_p
sinT，e_pcosTを印加すると、夫々の素線で検出
される電圧e₁〜e₄は下式のようになる。

(i) Ｘ e₁＝e_p（α₁sinX＋sin2X＋α₃sin6X）cosT＋e_p
（α₁cosX＋cos2X＋α₃cos6X）sinT (ii) Ｘ→Ｘ＋π e₂＝e_p｛α₁sin（Ｘ＋π）＋sin2（Ｘ＋π）＋α₃sin6
（Ｘ
＋π）｝cosT＋e_p｛α₁cos（Ｘ＋π）＋cos2
（Ｘ＋π）＋α₃cos6（Ｘ＋π）｝sinT＝e_p（−
α₁sinX＋sin2X＋α₃sin6X）cosT＋e_p（−
α₁cosX＋cos2X＋α₃cos6X）sinT (iii) Ｘ→Ｘ＋π／６ e₃＝e_p｛α₁sin（Ｘ＋π／６）＋sin2（Ｘ＋π／６）＋
α₃6（Ｘ＋π／６）｝cosT＋e_p｛α₁cos（Ｘ＋π／６）＋cos2 （Ｘ＋π／６）＋α₃6（Ｘ＋π／６）｝sinT＝e_p ｛α₁sin（Ｘπ／６）＋sin（2X＋π／３）−α₃sin6X
｝ cosT＋e_p｛α₁cos（Ｘ＋π／６）＋cos（2X＋π／３） −α₃sin6X｝sinT (iv) Ｘ→Ｘ＋π＋π／６ e₄＝e_p｛α₁sin（Ｘ＋π＋π／６）＋sin2（Ｘ＋π＋π
／６）＋α₃6（Ｘ＋π＋π／６）｝cosT＋e_p｛α₁cos（Ｘ＋π＋π／６）＋cos2（Ｘ＋π＋π／６）＋α₃6（Ｘ＋π＋π／６）｝sinT＝e_p｛−α₁sin（Ｘ＋π／６）＋sin（2X＋π／３）−α₃sin6X｝cosT＋e_p｛− α₁cos（Ｘ＋π／６）＋cos（2X＋π／３）− α₃sin6X｝sinT 従つて両ヘツドの合成出力電圧ＥはＥ＝e₁＋e₂＋e₃＋e₄＝2e_p｛sin2X＋sin（2X＋π／３）
｝ cosT＋2e_p｛cos2X＋cos（2X＋π／３）｝sinT ＝2e_psin１／２（4X＋π／３）cosπ／３cosT＋2e_p cos１／２（4X＋π／３）cosπ／３sinT＝２√３e_p sin（2X＋π／６＋Ｔ）すなわち、記録波長成分及び実効波長の第３調
波成分の含まれない実効波長のみの位相変調信号
Ｅが得られる。

発明の効果以上説明した所から明らかなように本発明によ
れば、検出されたスケール信号より高調波成分を
除去することができ、特に第３次高調波成分を除
去して内挿誤差を大巾に減少せしめることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は位相変調方式をとる磁気スケール装置
の構成を示すブロツク図、第２図は上記装置にお
ける内挿誤差のコンピユータシミユレーシヨン
図、第３図Ａ，Ｂ及びＣは本発明の一実施例を示
す概略図、第４図Ａ及びＢは本発明の他の実施例
を示す概略図、第５図及び第６図は夫々本発明の
更に他の実施例のブロツクパターンを示す図、第
７図は本発明の更に他の実施例を示す略線図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１同振幅の出力が得られるように各ヘツド構成
部材のパターンを少なくとも２つのブロツクに分
割し、両ブロツク間に（π／α）×（１＋2n）（但し、
α＝高調波成分の次数、ｎ＝整数）の位相差の間
隔を設けて配置し、両ブロツクからの出力を合成して高調波成分を
除去するように構成したことを特徴とする磁気検
出ヘツド。２前記ヘツド構成部材が磁束応答型マルチギヤ
ツプヘツドの構成部材であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の検出ヘツド。３前記ヘツド構成部材が磁気抵抗の異方性を有
する強磁性金属薄膜から成ることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の検出ヘツド。