JPH08212522A - 関連する磁気トラック上のマークを読みとるための磁気エンコーダ - Google Patents

関連する磁気トラック上のマークを読みとるための磁気エンコーダ

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JPH08212522A
JPH08212522A JP7315589A JP31558995A JPH08212522A JP H08212522 A JPH08212522 A JP H08212522A JP 7315589 A JP7315589 A JP 7315589A JP 31558995 A JP31558995 A JP 31558995A JP H08212522 A JPH08212522 A JP H08212522A
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JP
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magnetic
encoder
magnetoresistor
magnetoresistors
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JP7315589A
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Jean Marc Fedeli
− マルク フェデリ ジャン
Miguel Saro
サロ ミゲル
Rochaz Line Vieux
ビュー − ロシャ リヌ
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Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Digital Magnetic Recording (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定の分解能を向上させ、高精度の”ゼロ合
図”基準信号を供給することの可能なエンコーダを提案
することである。 【解決手段】 エンコーダを、少なくともひとつの磁気
抵抗器を有し磁気媒体が媒体に沿って配列された一連の
磁化区域を有し、磁気エンコーダはまたエンコーダの磁
気抵抗器に向かって相対的に移動する磁気媒体により生
成される磁束の方向を導くための磁束ガイドを有し、前
記磁束ガイドは少なくともひとつの、磁気区域の最小間
隔よりも小さな長さを有する、空気間隙で分離された読
みとり極部材片を有するように構成し、極部材片は少な
くとも部分的に磁気抵抗器の下、すなわち磁気抵抗器と
磁気媒体の読みとり面の間、に配置された端部を有する
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は関連する磁気トラッ
ク上のマークを読みとるための磁気エンコーダに関す
る。
【０００２】更に詳細には、例えばふたつの物体間の相
対的動きを測定するための増分エンコーダに関する。本
発明は更にとりわけロボット並びに機械工具の分野に適
用される。
【０００３】
【従来の技術】二つの物体間の相対動作を測定するため
には、エンコーダによる変位測定を実施する事が知られ
ている。これらのエンコーダは通常線形エンコーダまた
は角度エンコーダであって、一方の端に一つの物体で運
ばれる目盛定規を有し、そしてもう一方の端に少なくと
もひとつのもう一つの物体で運ばれる読みとり器を有す
る。
【０００４】エンコーダの目盛定規はひとつまたは複数
のトラックまたはチャンネルを有し、その上に目盛り、
更に一般的にはマークが刻み込まれており、これは種々
の型式が可能であって特に磁気マークとする事が可能で
ある。
【０００５】一般的に言えば、知られているエンコーダ
は二つの大きなグループに細分割できる、すなわち絶対
エンコーダと増分エンコーダである。エンコーダのこの
細分割は各々のエンコーダが供給できる情報型式の機能
として生じる。絶対エンコーダは測定定規上の読みとり
器の位置に対応する情報を供給する。加えて定規の各々
の目盛りは唯一無二の方法でマーク付けされており、別
の目盛りと混乱されることは無い。この場合読みとり器
は定規上のマークを読みとる。増分エンコーダは読みと
り器／定規位置が一目盛り変化する毎に基本情報を供給
する。加えて全ての目盛りは同一の情報を載せており、
読みとり器と定規との間の変位を認識するために、読み
とり器で読みとられる情報の個数を計測する必要があ
る。
【０００６】計数は”ゼロ合図”（ゼロ・キュー，ｚｅ
ｒｏ ｃｕｅ）として知られるひとつまたは複数のマー
クから開始される。
【０００７】これに関連して、いくつかの磁気トラック
を用意して、例えば”ゼロ合図”情報、変位情報そして
変位方向に対応させることが出来る。
【０００８】知られている磁気エンコーダは一般的に四
つの磁気抵抗器を有し、これらは一般的に二つづつ直列
に、エンコーダの測定ブリッジの二本の並列枝となるよ
うに接続されている。
【０００９】図１から判るように、測定ブリッジ１０は
二本の磁気抵抗器２０、２２を有し、これらは並列に供
給電源１６と接地電位との間に接続されている。磁気抵
抗器２０、２２および２４、２６は直列に、それぞれ枝
１２および１４を形成するように接続されている。
【００１０】測定信号は端子２８および３０から取り出
され、これらは枝１２及び１４上に、それぞれ磁気抵抗
器２０、２２と磁気抵抗器２４、２６の間に位置してい
る。この信号は次に測定実施ユニット３２の増幅器に供
給される。
【００１１】磁気抵抗器は直線上に配列され磁気媒体の
トラックに向けられている。図２はその様な磁気トラッ
クを非常に図式的に、また磁気抵抗器の相対配置を図示
している。
【００１２】磁気トラック４０は反対向きに磁化された
複数の連続した区域４２を有し、前記区域は磁気媒体の
マークと考えられる。間隙ｐは空間的間隔、例えば区域
４２の開始４４と同一磁化を有する後続の区域４２の開
始４４’を分離する間隔を表す。図の事例では区域が全
て同じ長さを有し、この間隔は二つの区域４２の長さに
対応する。
【００１３】図２から判るように、磁気抵抗器はそれら
の内の二つが最大磁束を横切る位置に来たときに、残り
の磁気抵抗器は最少磁束を横切るように配列されてい
る。図示された位置では、磁気抵抗器２０、２６が”最
大”位置、すなわち単一の区域４２に面しており、磁気
抵抗器２２、２４は”最少”位置、すなわち二つの区域
４２にまたがっている。エンコーダと磁気テープの相対
的な動きが、ｐ／４の大きさだけＹ方向になされればこ
の状況が逆転する。
【００１４】エンコーダ及び磁気テープが互いに相手に
対して移動すると、端子２８、３０（図２には図示せ
ず）に於いて正弦波信号が得られ、基準値からの線形ま
たは回転変位を計数する事が可能となる。
【００１５】更に第二測定ブリッジ、図１のものと同一
でそれぞれ第一ブリッジからｐ／８に相当する距離のと
ころに配置された磁気抵抗器を具備するものが、別の時
間的にシフトされた正弦波を収集する事が出来て、第一
信号に関してエンコーダまたは磁気トラックの変位方向
を検出することを可能としている。
【００１６】先に説明したように変位はいわゆる”ゼロ
合図”に対して計数される。これは例えば、また図３に
示されるように磁気トラック４０上の磁気マーク４６で
ある。矢印は磁化を象徴的に示し、これはマーク４６の
磁化がトラック４０の残りの部分とは反対方向であるこ
とを示している。これが磁気抵抗器ＭＲの前面を通過す
る間、後者は基準信号を供給する。
【００１７】説明されている型式の磁気エンコーダは簡
素であるという特長を有するが、良好な測定分解能は得
られない。エンコーダの精度を向上させるために、ひと
つ考えられることは磁気マークの間隔、すなわちトラッ
クの磁気区間の間隔を小さくすることである。しかしな
がら、間隔に従ってこれらの区間の寸法を小さくするこ
とは、ひとつの磁気抵抗器または複数の磁気抵抗器で検
出される磁束が減少することは避けられない。
【００１８】磁束の減少を補償するために、磁気トラッ
クから磁気抵抗器を隔てている距離（図２参照）を減じ
る必要がある。しかしながら、磁気抵抗器はおよそ２μ
ｍの有限な幅ｌを有する。従って、距離ｄ並びに区域の
間隔ｐを減少させる結果磁気抵抗器が区域に比較して幅
が広すぎるようになり、測定の空間分解能が減少してし
まい考えている目的と相反してしまう。
【００１９】良好な分解能を得ることの難しさはまたい
わゆる”ゼロ合図”基準マークを生成する際のハンディ
キャップでもある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、測定の分解能を著しく向上させることの可能なエン
コーダを提案することである。
【００２１】本発明の別な目的は、高精度の”ゼロ合
図”基準信号を供給することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの目的
を、関連する磁気媒体上のマーク読みとり用磁気エンコ
ーダを提案することで実現可能であり、このエンコーダ
は少なくともひとつの磁気抵抗器を有し磁気媒体は媒体
に沿って配列された一連の磁化区域を有し、磁気エンコ
ーダはまたエンコーダの磁気抵抗器に向かって相対的に
移動する磁気媒体により生成される磁束の方向を導くた
めの磁束ガイドを有し、前記磁束ガイドは少なくともひ
とつの、磁気区域の最小間隔よりも小さな長さを有す
る、空気間隙で分離された読みとり極部材片を有するこ
とを特徴とする。極部材片は少なくとも部分的に磁気抵
抗器の下、すなわち磁気抵抗器と磁気媒体の読みとり面
の間、に配置された端部を有する。従って磁気抵抗器は
空気間隙の上部に配置されている。
【００２３】本発明の特徴によれば、磁気トラックは
ｌ，２ｘｇに近い標準的な間隔ｐを備えたいわゆる標準
的に磁化された区域と、標準区域の連なりの中に配置さ
れ局部的にｐよりも大きな、例えばおよそｐ’＝１．５
ｐの間隔ｐ’を形成する、少なくともひとつのいわゆる
基準区域とを有することが可能である。
【００２４】従ってｐ＝１．２ｇとなる間隔ｐに対して
センサ応答は最小となる。従ってより大きな間隔を具備
したひとつまたは複数の区域の存在はまた、”ゼロ合
図”情報の基準として機能することの出来るマークを構
成する。
【００２５】センサの分解能そして／または十分な強度
を備えた”ゼロ合図”信号からの恩恵を増すために、エ
ンコーダは磁気媒体に沿って直線状に配列された複数の
いわゆるアクティブ磁気抵抗器を有することが可能で、
この磁気抵抗器には、それぞれが磁気抵抗器と関連づけ
られ不等距離で対になって分離された複数の空気間隙を
有する磁束ガイドが装備され、磁気媒体は空気間隙を分
離している距離とそれぞれ等しい距離で対になって分離
されている複数の基準区域を有する。
【００２６】本発明のその他の特徴並びに特長は、添付
図を参照した図示を目的としかつ制限することが目的で
はない以下の説明から理解されよう。
【００２７】
【発明の実施の形態】図４、図５並びに図６は本発明に
基づく磁気エンコーダを示し、絶縁基板１５０上に形成
され、アクティブ幅ｗそして長さｌを具備したリボン形
式の磁気抵抗器１２０を有する。これは集積半導体で
も、または積層型式のいずれでもかまわない。図４、図
５並びに図６に示される幅ｗ及び長さｌはそれぞれ、磁
気抵抗器に関連する磁束ガイド１５４の空気間隙１５２
に平行にまた垂直に測られたものである。
【００２８】長さｇの空気間隙１５２は、図５及び図６
に示すように、二つの極部材片１５６、１５６’を磁束
ガイド１５４から分離しており、この磁束ガイドの端部
は部分的に磁気抵抗器に重なっている。磁束ガイド１５
４は磁気抵抗器から絶縁物質層１５５によって電気的に
絶縁されている。
【００２９】基板上に形成された電力供給点１５８、１
６０は、磁気抵抗器の自由端１６２、１６４に接続され
ており、これらを図示はされていない回路に接続してい
る。図４並びに図６から判るように、磁気抵抗器の端部
１６２、１６４は、電力供給点１５８、１６０に重なっ
ている。電力供給点及び磁気抵抗器は食刻処理を使用し
て基板上に蒸着する事ができる。極部材片１５６、１５
６’は電解蒸着によって形成され、これらを平板とする
ために研磨される場合もある。
【００３０】極部材片並びに空気間隙を生成するため
に、例えば欧州特許１２５ ３２６に記述されている処
理工程を使用することが可能である。更に、仏国特許２
６４５ ３１４及び２ ６５７ １８９は磁気ヘッド
のアプリケーションに関連して磁気抵抗器を製造するた
めの処理工程を図示している。
【００３１】図７は磁束ガイドの機能を明らかにしてい
る。これは磁気抵抗器２２０と磁束ガイド２５４とを具
備したセンサを示し、このセンサは逆方向に磁化された
一連の区域２４２を有する磁気媒体２４０のトラックに
面している。
【００３２】磁束ガイドの空気間隙２５２が、図７に示
されるように二つの区域の切り替わりの間に配置されて
いる場合は、磁気抵抗器はガイド２５４の極部材片２５
６、２５６’で形成された磁束路の中に短絡回路を構成
する。従って磁束線２７０は磁気抵抗器によって中断ま
たは検出される。空気間隙２５２が丁度切り替わり２４
４の真上に配置された時には、磁気抵抗器を横切る磁束
は存在しない。
【００３３】磁束ガイドの結果、磁気抵抗器の長さｌを
ほぼ２μｍの一定に保ちながら、一方で磁気トラックの
区域の間隔を減ずる（例えば従来技術による２０μｍの
代わりにｐ＝２μｍ）事が可能である。これはエンコー
ダの測定の分解能の改善に導く。
【００３４】計数トラックを組み込むために、図８に示
すように、エンコーダはそれぞれ各々の磁気抵抗器に関
連した四つの空気間隙３５２を形成する複数の極部材片
３５６を具備した磁束ガイド３５４に関連した四つのア
クティブ磁気抵抗器３２０、３２２、３２４、３２６を
有することができる。磁気トラック３４０の区域３４２
は減少された間隔を有する。
【００３５】異なる磁気抵抗器を図１に基づいて、ただ
し区域３４２が標準間隔を有する場合はそれぞれ２０、
２２、２４、２６を３２０、３２２、３２４、３２６で
置き換えて、ブリッジ形式に接続することが可能であ
る。
【００３６】基準として働くゼロ合図を得るため、従っ
て図９に示す方法で不規則間隔の区域の読みとりを可能
とするために、磁気抵抗器３２０、３２２、３２４及び
３２６は四つのいわゆる補償磁気抵抗器３２１、３２
３、３２５、３２７と共に測定ブリッジ３１０の中に接
続されている。補償磁気抵抗器は磁気媒体から入力され
る全ての磁束に対して絶縁されているが、測定ブリッジ
接続の中で外部干渉障害への不感応及び熱ドリフトの平
衡に寄与している。
【００３７】測定ブリッジ３１０は二本の枝３１２、３
１４を有し、これらは並列に供給電源３１６と接地電位
との間に接続されている。枝３１２、３１４はそれぞれ
順番に磁気抵抗器３２０、３２２、３２５、３２７及
び、磁気抵抗器３２１、３２３、３２４、３２６を有
し、後者はそれぞれ直列にブリッジ枝として接続されて
いる。
【００３８】測定信号はブリッジ３１２、３１４の磁気
抵抗器３２２、３２５の間および磁気抵抗器３２３、３
２４の間の端子３２８、３３０で得られる。この信号は
次に図示されていない演算ユニットに供給される。
【００３９】本発明に基づくエンコーダが、先に説明し
たようにひとつまたは複数の磁気抵抗器を有することと
は関係なく、本発明は磁気媒体上の測定マークの間隔を
減少させるための磁束ガイドのみならず、前記間隔と磁
束ガイドの空気間隙の間の寸法比をも減少させるという
特長を有する。
【００４０】エンコーダの応答を示す測定値はもはや磁
気抵抗器の長さｌには依存せず、その代わりに磁束ガイ
ドの空気間隙の長さｇと、関連する磁気トラックの区域
の間隔ｐとの間の比に依存する。
【００４１】図１０の曲線はエンコーダの端子に供給さ
れる信号の強度を、与えられた長さｇの空気間隙を有す
る磁束ガイド用の磁気トラックの区域の間隔の関数とし
て示す。縦座標上にプロットされた信号の強度は正規化
された単位を表す。この曲線は信号の強度が間隔と共に
減少し、間隔ｐがほぼｐ≒１．２ｇの時に最初の最小値
Ｍ１に達することを示す。
【００４２】また、信号の強度がｐ’＞１．２ｇの間隔
値に対して最大となることが判る。ｐ＝１．２ｇと取る
ことにより経験的に最大値ｐ’はおよそ１．５ｐである
ことが示されている。
【００４３】特長的に、ゼロ合図マークを得るために、
磁気媒体のひとつのトラックは間隔ｐをｐ＝１．２ｇに
近くなるように配列した一連の規則的な磁化区域を有す
るようにして、これに対しては仮想的にエンコーダから
は信号が供給され無くし、ひとつまたは複数の区域には
異なるより大きな間隔を具備し、これがエンコーダの下
を通過すると検出されてゼロ合図マークを構成するよう
にする事が出来る。
【００４４】ゼロ合図を符号化するために、図１１に示
されるように磁気トラックが磁束ガイドの空気間隙と同
じ距離に分離されたいくつかの基準区域を有するように
するのが好都合である。
【００４５】本明細書では、空気間隙、それぞれの磁束
ガイドを分離している距離という用語は空気間隙または
磁束ガイドの中心から中心の距離を意味するものと理解
されている。従って基準区域が空気間隙と合致すると、
四つの磁気抵抗器は同時にゼロ合図信号を供給し、これ
らの強度は合計される。
【００４６】この様なトラック４４０が図１１に示され
ており、ｐ≒１．２ｇのである間隔ｐで配列された一連
の規則的な区域４４２と、四つの基準区域４０１、４０
２、４０３および４０４を有し、これらの基準区域はそ
れぞれ距離ｌ１ , ｌ２ 及びｌ３ で、空気間隙４５
２を磁気抵抗器３２０、３２２、３２４、３２６に関し
て分離している距離ｌ１ , ｌ２ 及びｌ３ と対にな
るように不等分に等しくなるように分離されている。好
適に距離ｌ１ , ｌ２ 及びｌ３ は互いに約分するこ
とは出来ない。全ての空気間隙４５２と区域４０１、４
０２、４０３、４０４の間には一回の通過に際して唯一
度だけ合致が生じる。この様な構成の特長は図１２の曲
線を調べれば明らかであり、これはトラック４４０が図
１１のエンコーダ上を通過する間の端子３２８と３３０
（図９）の間の測定ブリッジ上で取られた信号を示す。
【００４７】ｌ１ = ２，ｌ２ = ７そしてｌ３ = １
３の例の場合、表Ｉは信号５０１から５０７の間のトラ
ックと空気間隙との間の相対位置の対応を示す。
【００４８】
【表１】 表Ｉ 信号 マークの通過 空気間隙下の磁気抵抗器 ５０１ ４０４ ３２０ ５０２ ４０４ ３２２ ５０３ ４０４ ３２４ ５０４ ４０３ ３２０ ５０５ ４０３ ３２２ ５０６ ４０２ ３２０ ５０７ ４０１ ３２０ ４０２ ３２２ ４０３ ３２４ ４０４ ３２６
【００４９】表の最後の行は信号５０７が全ての基準区
域と磁気抵抗器とが同時に一致した応答を示している。
距離ｌ1 ,ｌ2 およびｌ3 は対になって異なっているの
で、この同時性は磁気トラックを読みとる際に唯一度だ
け発生する。更に装置の四つの磁気抵抗器上で同時に検
出するので四倍高い強度信号を与え、従って検出が容易
である。
【００５０】これらの特徴の結果エンコーダの分解能及
びゼロ合図マークの精度が共に向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の磁気エンコーダの配線詳細を図示した回
路図。
【図２】磁気媒体の図式表現であり、図１のエンコーダ
の磁気抵抗器の配列を磁気トラックとの関連で示す。
【図３】既知の型式のいわゆる”ゼロ合図”を具備した
磁気媒体の図式表現。
【図４】本発明に基づくエンコーダの図式的断面図。
【図５】図４のエンコーダの図式的長軸断面図。
【図６】図４のエンコーダの図式的平面図。
【図７】本発明に基づく単一磁気抵抗器を有するエンコ
ーダの関連する磁気媒体との図式的断面図。
【図８】複数の磁気抵抗器を備えた本発明に基づくエン
コーダの図式的断面図。
【図９】特に四つの磁気抵抗器を使用した場合の、図８
のエンコーダの配線を示す回路図。
【図１０】本発明に基づくエンコーダから供給される信
号の強度を、磁気媒体の磁化区域の間隔の関数として図
示した曲線。
【図１１】本発明に基づく磁気トラックの図式的表現。
【図１２】図８のエンコーダから供給され、図１１に基
づくトラックの通過を検出したときの信号を示す曲線。
【符号の説明】
１０，３１０ 測定ブリッジ １２，１４，３１２，３１４ ブリッジ枝 １６ 供給電源 ２０，２２，２４，２６ 磁気抵抗器 １２０，２２０，３２０，３２２，３２４，３２６，２
８，３０ 測定端子 ３２ 測定実施ユニット ４０，３４０ 磁気トラック ４２，２４２，３４２，４４２ 磁化区域 ４４，２４４ 磁化区域切り替わり ４６ 磁気マーク １５０ 絶縁基板 １５２，２５２，３５２ 空気間隙 １５４，２５４，３５４，４５４ 磁束ガイド １５５ 絶縁物質層 １５６，２５６，３５６ 極部材片 １５８，１６０ 電力供給点 １６２，１６４ 磁気抵抗器端部 ２４０ 磁気媒体 ３２１，３２３，３２５，３２７ 補償磁気抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リヌ ビュー − ロシャ フランス国サスナージュ，リュ ドゥ グ ラン プレ，60

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 関連する磁気媒体上のマークを読みとる
    ための磁気エンコーダであって、このエンコーダは少な
    くともひとつの磁気抵抗器及び媒体に沿って配列された
    一連の磁化区域を有する磁気媒体とを有し、磁気エンコ
    ーダはまたエンコーダの磁気抵抗器に向かって相対的に
    移動する磁気媒体により生成される磁束の方向を導くた
    めの磁束ガイドを有し、前記磁束ガイドは少なくともひ
    とつの、磁気区域の最小間隔よりも小さな長さ（ｇ）を
    有する、空気間隙で分離された読みとり極部材片を有
    し、この極部材片は少なくとも部分的に磁気抵抗器の下
    に配置された端部を有することを特徴とする、前記磁気
    エンコーダ。
  2. 【請求項２】 請求項第１項記載の磁気エンコーダに於
    いて、磁気媒体が１．２ｇに近い規則的な間隔ｐを具備
    して配列された一連のいわゆる規則的磁化区域を備えた
    磁気トラックと、一連の規則区域内に配置され局所的に
    間隔ｐを超える間隔ｐ’を形成する少なくともひとつの
    基準区域とを有する、前記磁気エンコーダ。
  3. 【請求項３】 請求項第２項記載のエンコーダに於い
    て、間隔ｐ’が１．５ｐに近い、前記エンコーダ。
  4. 【請求項４】 請求項第２項記載のエンコーダに於い
    て、磁気媒体に沿って直線状となるように配置された複
    数のいわゆるアクティブ磁気抵抗器を有し、この磁気抵
    抗器にはそれぞれ磁気抵抗器と関連づけられて、不等距
    離で分離されて対とされた複数の空気間隙を有する磁束
    ガイドが装備され、磁気媒体がそれぞれ空気間隙を分離
    している距離に等しい距離で対となって分離された複数
    の基準領域を有する、前記エンコーダ。
  5. 【請求項５】 請求項第４項記載のエンコーダに於い
    て、連続している空気間隙が互いに約分できない距離で
    分離されている、前記エンコーダ。
  6. 【請求項６】 請求項第４項記載のエンコーダに於い
    て、磁気抵抗器が検出ブリッジとして接続されている、
    前記エンコーダ。
  7. 【請求項７】 請求項第６項記載のエンコーダに於い
    て、このブリッジが供給電源と接地電位との間に並列に
    接続された二本の枝を有し、それぞれが枝の中で直列に
    接続された二つのアクティブ読みとり磁気抵抗器とふた
    つの補償磁気抵抗器とを具備する、前記エンコーダ。
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