JPH10185507A - Position detector - Google Patents

Position detector

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JPH10185507A
JPH10185507A JP34143596A JP34143596A JPH10185507A JP H10185507 A JPH10185507 A JP H10185507A JP 34143596 A JP34143596 A JP 34143596A JP 34143596 A JP34143596 A JP 34143596A JP H10185507 A JPH10185507 A JP H10185507A
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JP
Japan
Prior art keywords
output
magnetoresistive
scale
detection element
detection
Prior art date
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Application number
JP34143596A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiharu Miyata
宮田  俊治
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove harmonic components contained in the positional information of a scale. SOLUTION: A magnetic sensor head 14 reads in positional information varying periodically with a basic wavelength λ written in a scale 10. The magnetic sensor head 14 comprises two reluctance element groups 22, 24 including first, second and third magnetoresistive elements 16, 18, 20 delivering the positional information in the form of a specified signal. The second and third magnetoresistive elements 18, 20 are arranged on the opposite sides of the first magnetoresistive element 16 at an interval of δwhile being connected in series. N-order harmonic can be removed when a condition represented by a following expression r+2cos(2nπδ/λ)=0 (n is an odd number of 3 or above) where, r is the output ratio between the first reluctance element 16 and the second and third magnetoresistive elements 18, 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、長さ方向に周期変
化する位置情報が書き込まれたスケールとの相対移動量
を算出して位置の測定を行う位置測定器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring instrument for measuring a position by calculating a relative movement amount with respect to a scale on which position information that periodically changes in a length direction is written.

【0002】[0002]

【従来の技術】長さ方向に周期変化をする位置情報が書
き込まれたスケールに対し、この位置情報を検出する検
出素子を相対移動させて、検出値の変化に基づきスケー
ルと検出素子の相対移動量を算出し、位置の測定を行う
位置測定器が知られている。たとえば、このような測定
器には、所定の間隔で着磁された磁気スケールと、この
着磁に基づく磁界変化を磁気抵抗素子により検出する磁
気式位置測定器がある。
2. Description of the Related Art A detecting element for detecting position information is relatively moved with respect to a scale on which position information that changes periodically in the length direction is written, and a relative movement between the scale and the detecting element is performed based on a change in the detected value. Position measuring devices that calculate an amount and measure a position are known. For example, such a measuring device includes a magnetic scale magnetized at a predetermined interval and a magnetic position measuring device that detects a change in a magnetic field based on the magnetization by a magnetoresistive element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述のようなスケール
を用いた位置測定器においては、位置情報の周期変化が
基本波長成分のみならず高調波成分を含む変化となる場
合が多い。この高調波成分によって、高い検出精度が得
られないという問題があった。
In a position measuring instrument using a scale as described above, the periodic change of the position information often includes not only a fundamental wavelength component but also a harmonic component. There is a problem that high detection accuracy cannot be obtained due to the harmonic components.

【0004】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、高調波成分が除去された位置情報を
検出することができる位置測定器を提供することを目的
とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has as its object to provide a position measuring instrument capable of detecting position information from which harmonic components have been removed.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる位置測定器は、基本波長λで周期
変化する位置情報が書き込まれたスケールと、前記位置
情報を検出し、所定の信号にて出力する第1、第2およ
び第3検出素子を含む検出素子群であって、第2および
第3検出素子は、第1検出素子両側に間隔δをもって配
置され、前記第1、第2および第3検出素子の出力の総
和を出力する検出素子群と、前記検出素子群の出力に基
づき前記スケールとの相対移動量を算出する相対移動量
算出部と、を有し、前記第1検出素子の出力と前記第2
および第3検出素子の出力の比がrであるときに、
In order to achieve the above-mentioned object, a position measuring device according to the present invention detects a scale on which position information periodically changing at a fundamental wavelength λ is written, and the position information, A detection element group including first, second, and third detection elements that output a predetermined signal, wherein the second and third detection elements are arranged at both sides of the first detection element with an interval δ; A detection element group that outputs a sum of outputs of the second and third detection elements, and a relative movement amount calculation unit that calculates a relative movement amount with respect to the scale based on an output of the detection element group, The output of the first detecting element and the second
And when the output ratio of the third detection element is r,

【数2】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たすよう構成されている。
R + 2 cos (2nπδ / λ) = 0 (n is 3
(Odd number).

【0006】この条件を満たす場合、n次高調波を除去
することが可能である。
When this condition is satisfied, it is possible to remove the n-th harmonic.

【0007】さらに、前記検出素子群を二つ用いて検出
素子ブリッジを形成し、さらにこの検出素子ブリッジを
λ/4の位相差をもって二つ配置することができる。検
出素子ブリッジを形成することで、SN比の大きな検出
信号を得ることができる。また、二つの検出ブリッジを
λ/4の位相差をもって配置することにより、波長λ以
下の分解能を得ることができる。
Further, a detection element bridge can be formed by using two of the detection element groups, and two detection element bridges can be arranged with a phase difference of λ / 4. By forming the detection element bridge, a detection signal having a large SN ratio can be obtained. Further, by arranging the two detection bridges with a phase difference of λ / 4, it is possible to obtain a resolution of a wavelength λ or less.

【0008】3次高調波を除去する場合には、前記間隔
δをλ/8、前記出力比rを√2とすることができる。
When removing the third harmonic, the interval δ can be set to λ / 8 and the output ratio r can be set to √2.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以
下、実施形態と記す)を図面に従って説明する。図1に
は、本実施形態の磁気式位置測定器の要部構成が示され
ている。スケール10には、長さ方向に周期λで磁極1
2が配列されている。スケール10に対向して、前記磁
極12により形成された磁界を検出する磁気センサヘッ
ド14が配置されている。磁気センサヘッド14は、そ
れぞれ三つの磁気抵抗素子16,18,20を有する二
つの磁気抵抗素子群22,24から構成された第1磁気
抵抗ブリッジ26を有し、さらに第1磁気抵抗ブリッジ
26と同等の構成を有し、第1磁気抵抗ブリッジ26に
対して長さ方向にλ/4ずらして配置された第2磁気抵
抗ブリッジ28を有している。第1および第2磁気抵抗
ブリッジ26,28は、配置された位置だけが異なるも
のであり、以降の個々の説明においては、第1磁気抵抗
ブリッジ26についてのみ言及し、第2磁気抵抗ブリッ
ジ28の説明は省略する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main configuration of a magnetic position measuring device according to the present embodiment. The scale 10 has a magnetic pole 1 with a period λ in the longitudinal direction.
2 are arranged. A magnetic sensor head 14 for detecting a magnetic field formed by the magnetic poles 12 is arranged to face the scale 10. The magnetic sensor head 14 has a first magnetoresistive bridge 26 composed of two magnetoresistive element groups 22, 24 having three magnetoresistive elements 16, 18, 20, respectively. It has the same configuration, and has a second magnetoresistive bridge 28 that is arranged at a λ / 4 offset from the first magnetoresistive bridge 26 in the length direction. The first and second magnetoresistive bridges 26 and 28 differ only in the position where they are arranged. In the following description, only the first magnetoresistive bridge 26 will be referred to, and the second magnetoresistive bridge 28 will be described. Description is omitted.

【0010】第1磁気抵抗ブリッジ26を構成する第1
および第2磁気抵抗素子群22,2は同等の構成を有し
ており、間隔λ/2をもって配置されている。二つの磁
気抵抗素子群22,24の個々の構成の説明について
は、第1磁気抵抗素子群22について言及し、他方につ
いては省略する。第1磁気抵抗素子群22は、長さL1
の第1磁気抵抗素子16と、この第1磁気抵抗素子16
の両側に間隔δをもって配置された長さL2 の第2およ
び第3磁気抵抗素子18,20を有している。三つの磁
気抵抗素子16,18,20の幅は同一である。そし
て、これら三つの磁気抵抗素子16,18,20は、直
列に接続されている。
The first magnetoresistive bridge 26 has a first
And the second magnetoresistive element groups 22 and 2 have the same configuration and are arranged at an interval of λ / 2. For the description of the individual configurations of the two magnetoresistive element groups 22 and 24, the first magnetoresistive element group 22 will be referred to, and the other will be omitted. The first magnetoresistive element group 22 has a length L1
First magnetoresistive element 16 and the first magnetoresistive element 16
And the second and third magnetoresistive elements 18 and 20 having a length L2 arranged at an interval .delta. The widths of the three magnetoresistive elements 16, 18, 20 are the same. And these three magnetoresistive elements 16, 18, and 20 are connected in series.

【0011】さらに、第1および第2磁気抵抗素子群2
2,24は直列に接続され、その両端に電源電圧−V,
+Vの電圧が印加されており、二つの磁気抵抗素子群2
2,24の間から出力電圧Vaが取り出されるブリッジ
が形成されている。ブリッジを形成することにより、S
N比の高い出力信号Vaを得ている。
Further, the first and second magnetoresistive element groups 2
2, 24 are connected in series, and a power supply voltage −V,
+ V is applied to the two magnetoresistive element groups 2
A bridge from which the output voltage Va is taken out between 2 and 24 is formed. By forming a bridge, S
An output signal Va having a high N ratio is obtained.

【0012】間隔λ/2で配置された長さL2 の二つの
磁気抵抗素子によって構成されるブリッジの出力Vは、
スケール10に対するブリッジの移動量をxとすれば、
The output V of a bridge formed by two magnetoresistive elements having a length L2 arranged at an interval of λ / 2 is
Assuming that the movement amount of the bridge with respect to the scale 10 is x,

【数3】 と表される。3次を超える高調波を無視すれば、(1)
式が、
(Equation 3) It is expressed as If we ignore the third harmonic, we have (1)
The expression is

【数4】 と簡略化できる。(2)式は、更に、(Equation 4) It can be simplified. Equation (2) is

【数5】 と簡略化できる。(Equation 5) It can be simplified.

【0013】ここで、二つの磁気抵抗素子群22、24
に各々含まれる二つの第1磁気抵抗素子16,16の出
力V1 、二つの第2磁気抵抗素子18,18の出力V2
および二つの第3磁気抵抗素子20,20の出力V3
は、
Here, the two magnetoresistive element groups 22, 24
, And the output V2 of the two second magnetoresistive elements 18 and 18, respectively.
And the output V3 of the two third magnetoresistive elements 20, 20
Is

【数6】 と表される。出力V1,V2,V3 を加えた出力Vaは、(Equation 6) It is expressed as The output Va to which the outputs V1, V2 and V3 are added is

【数7】 で表される。3次高調波成分が0となる条件は、第2項
の括弧のなかが0となれば良いから、
(Equation 7) It is represented by The condition that the third-order harmonic component is 0 is only required to be 0 in the parentheses in the second term.

【数8】 となる。(8)式を満たすr(=L1 /L2 )とδの組
み合わせは、無数に存在するが、たとえば、r=√2,
δ=λ/8がこの条件を満たす。このときの電圧値V1,
V2,V3,(V2 +V3 ),Vaを図2に示す。
(Equation 8) Becomes There are countless combinations of r (= L1 / L2) and δ satisfying the expression (8), for example, r = √2
δ = λ / 8 satisfies this condition. At this time, the voltage value V1,
FIG. 2 shows V2, V3, (V2 + V3), and Va.

【0014】一方、第2磁気抵抗ブリッジ28の出力V
bも同様に3次高調波成分が除去され、
On the other hand, the output V of the second magnetoresistive bridge 28
b also removes the third harmonic component,

【数9】 を得る。(9)式を満たすxが磁極の配置ピッチ間の磁
気センサヘッド14の位置となる。したがって、移動量
算出部においては、スケール10と磁気センサヘッド1
4の相対移動量Xを、出力VaまたはVbの周期の回数
Nと前記xから、
(Equation 9) Get. X satisfying the expression (9) is the position of the magnetic sensor head 14 between the arrangement pitches of the magnetic poles. Therefore, in the movement amount calculation unit, the scale 10 and the magnetic sensor head 1
4 is calculated from the number N of cycles of the output Va or Vb and the value x.

【数10】X=Nλ+x …(10) に従って求めることができる。X = Nλ + x (10)

【0015】また、(8)式は、3次高調波の除去をす
るために求めた条件であるが、n次高調波を除去するた
めには、
Equation (8) is a condition obtained for removing the third harmonic. To remove the n-th harmonic,

【数11】 r+2cos (2nπδ/λ)=0 …(11) を満たせば良い。It suffices that r + 2 cos (2nπδ / λ) = 0 (11) be satisfied.

【0016】以上の実施形態の説明においては、λは、
第1磁気抵抗素子16と、第2および第3磁気抵抗素子
18,20の長さの比であったが、これはある磁界に対
する出力の比と考えることができる。したがって、三つ
の磁気抵抗素子の感度の比をrとすれば良い。たとえ
ば、前述の長さの比以外に、幅の比を1/rとしても良
く、膜厚の比を1/rとすることもできる。
In the above description of the embodiment, λ is
The ratio of the length of the first magnetoresistive element 16 to the lengths of the second and third magnetoresistive elements 18 and 20 can be considered as the ratio of the output to a certain magnetic field. Therefore, the ratio of the sensitivities of the three magnetoresistive elements may be set to r. For example, in addition to the above-described length ratio, the width ratio may be 1 / r, and the film thickness ratio may be 1 / r.

【0017】また、前述の実施形態においては、三つの
磁気抵抗素子を直列に配置したが、個別に電圧を印加し
て個別に出力した電圧値を後に加算することも可能であ
る。この場合、三つの磁気抵抗素子は等価なものとし
て、中央に配置される磁気抵抗素子に印加する電圧と他
の磁気抵抗素子に印加する電圧の比をrとすることで、
各磁気抵抗素子の出力比がrとなる。また、印加する電
圧は共通にして、中央に配置される磁気抵抗素子の出力
電圧に対して比率rで増幅することでも同様の結果を得
ることができる。
Further, in the above-described embodiment, three magneto-resistive elements are arranged in series. However, it is also possible to individually apply voltages and add individually output voltage values later. In this case, assuming that the three magneto-resistive elements are equivalent, the ratio of the voltage applied to the magneto-resistive element disposed at the center to the voltage applied to the other magneto-resistive elements is represented by r.
The output ratio of each magnetic resistance element is r. Similar results can be obtained by applying a common voltage and amplifying the output voltage of the centrally arranged magnetoresistive element at a ratio r.

【0018】また、磁気式の位置検出器に限らず、静電
容量式、光電式など、周期的な位置情報を書き込んだス
ケールとこの位置情報を読み取るセンサの出力に基づき
相対移動量を算出する位置検出器であれば、どのような
ものにも適用可能である。
In addition to the magnetic type position detector, the relative movement amount is calculated based on a scale on which periodic position information is written, such as a capacitance type or a photoelectric type, and an output of a sensor which reads this position information. It can be applied to any position detector.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、スケールに書き込まれ
た位置情報のn次高調波成分を除去することができ、高
精度な位置検出が可能となる。
According to the present invention, it is possible to remove the n-th harmonic component of the position information written on the scale, and it is possible to detect the position with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態の位置検出器の要部構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a position detector according to an embodiment.

【図2】 本実施形態の磁気抵抗素子の出力電圧の一例
である。
FIG. 2 is an example of an output voltage of the magnetoresistive element of the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 スケール、12 磁極、14 磁気センサヘッ
ド、16 第1磁気抵抗素子、18 第2磁気抵抗素
子、20 第3磁気抵抗素子、22 第1磁気抵抗素子
群、24 第2磁気抵抗素子群、26 第1磁気抵抗ブ
リッジ、28 第2磁気抵抗ブリッジ。
10 scale, 12 magnetic poles, 14 magnetic sensor heads, 16 first magnetic resistance element, 18 second magnetic resistance element, 20 third magnetic resistance element, 22 first magnetic resistance element group, 24 second magnetic resistance element group, 26 1 MR bridge, 28 2 MR bridge.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本波長λで周期変化する位置情報が書
き込まれたスケールと、 前記位置情報を検出し、所定の信号にて出力する第1、
第2および第3検出素子を含む検出素子群であって、第
2および第3検出素子は、第1検出素子両側に間隔δを
もって配置され、前記第1、第2および第3検出素子の
出力の総和を出力する検出素子群と、 前記検出素子群の出力に基づき前記スケールとの相対移
動量を算出する相対移動量算出部と、を有し、前記第1
検出素子の出力と前記第2および第3検出素子の出力の
比がrであるときに、 【数1】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たす位置検出器。
1. A scale on which position information that changes periodically at a fundamental wavelength λ is written, and a first, which detects the position information and outputs the position information as a predetermined signal.
A detection element group including second and third detection elements, wherein the second and third detection elements are arranged on both sides of the first detection element with an interval δ, and the outputs of the first, second, and third detection elements A detection element group that outputs a total sum of, and a relative movement amount calculation unit that calculates a relative movement amount with respect to the scale based on an output of the detection element group;
When the ratio of the output of the detecting element to the output of the second and third detecting elements is r, the following equation is obtained: r + 2 cos (2nπδ / λ) = 0 (n is 3
A position detector that satisfies the above condition (odd number).
【請求項2】 請求項1に記載の位置検出器において、
それぞれ二つの前記検出素子群からなり、λ/4の位相
差をもって配置された第1および第2検出素子ブリッジ
を有する、位置検出器。
2. The position detector according to claim 1, wherein
A position detector comprising first and second detection element bridges each comprising two of said detection element groups and arranged with a phase difference of λ / 4.
【請求項3】 請求項1または2に記載の位置検出器で
あって、前記nが3、前記間隔δがλ/8、前記出力比
rが√2である、位置検出器。
3. The position detector according to claim 1, wherein n is 3, the interval δ is λ / 8, and the output ratio r is √2.
JP34143596A 1996-12-20 1996-12-20 Position detector Pending JPH10185507A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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