JPH10260059A - Magnetic scale and magnetic type detecting device having it - Google Patents

Magnetic scale and magnetic type detecting device having it

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JPH10260059A
JPH10260059A JP6595597A JP6595597A JPH10260059A JP H10260059 A JPH10260059 A JP H10260059A JP 6595597 A JP6595597 A JP 6595597A JP 6595597 A JP6595597 A JP 6595597A JP H10260059 A JPH10260059 A JP H10260059A
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JP
Japan
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magnetic
magnetic pole
pole
magnetic field
scale
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Application number
JP6595597A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Takeda
稔 武田
Masayuki Togawa
雅之 外川
Morio Kobayashi
盛男 小林
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Nabtesco Corp
Original Assignee
Teijin Seiki Co Ltd
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Publication date
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form magnetic field distribution at magnetic pole end parts into a rectangular shape so as to accurately detect displacement by constituting a magnetic field generating means of a center magnetic pole row consisting of one magnetic pole of N-pole or S-pole, and magnetic pole rows consisting of the other magnetic pole on both sides of the former. SOLUTION: This magnetic scale 10 moves integratedly with an object to be detected in displacement, and it can be relatively displaced against a sensor head 20. A magnetic field generating means is constituted of a center magnetic pole row 12, and magnetic pole rows 13, 14 on both sides of the former, and in the center magnetic pole row 12, magnetic poles 12a having one polarity of Npole or S-pole are arranged in the fixed displacement direction at regular pitches. In the magnetic pole rows 13, 14 on both sides, magnetic poles 13a, 14a having the other polarity of the respective N-pole or S-pole are arranged at the same pitches as the magnetic poles 12a. Hereby, difference of magnetic field intensity on the magnetic pole and between the magnetic poles is made clear, the magnetic field intensity detecting level at the magnetic pole end part can be made into a rectanglar shape, and the magnetic scale capable of accurately detecting positioin is provided.

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、磁気スケールおよ
びこれを備えた磁気式検出装置に係り、例えばエンコー
ダ等のように変位を検出するのに好適な磁気スケールお
よびそれを用いて所定変位方向における変位、速度又は
角速度等を検出する磁気式検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic scale and a magnetic detection device provided with the same, and more particularly to a magnetic scale suitable for detecting displacement, such as an encoder, and using the magnetic scale in a predetermined displacement direction. The present invention relates to a magnetic detection device that detects displacement, velocity, angular velocity, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気スケールを備えた磁気式エンコーダ
等の変位検出器においては、センサヘッドに対する磁気
スケールの変位を信号として取り出すため、磁気スケー
ルの表面にコード化された磁気パターンが設けられてい
る。その信号コードの主な形態は、例えば次の(1)、
(2)のようなものである。 (1)インクリメンタルコード 一定周期の磁気パターンを少なくとも2列配置し両磁気
パターン間に位相差を設けることで変位方向を検出する
とともに、1箇所の原点基準を設けたインクリメントコ
ードとし位置、角度、速度、加速度等の検出を可能にす
る。 (2)アブソリュートコード 代表例であるグレーコードあるいはBCDコード等の場
合、スケール変位方向で磁極長さの異なる磁石列を変位
方向とほぼ直交する方向に並列配置して所謂絶対位置、
角度、速度、加速度の検出を行う。
2. Description of the Related Art In a displacement detector such as a magnetic encoder having a magnetic scale, a coded magnetic pattern is provided on the surface of the magnetic scale in order to take out a displacement of the magnetic scale with respect to a sensor head as a signal. . The main form of the signal code is, for example, the following (1),
It is like (2). (1) Incremental code At least two rows of fixed-period magnetic patterns are arranged and a phase difference is provided between the two magnetic patterns to detect a displacement direction, and the position, angle, and speed are set as incremental codes provided with one origin reference. , Acceleration and the like can be detected. (2) Absolute code In the case of a gray code or a BCD code as a representative example, magnet rows having different magnetic pole lengths in the scale displacement direction are arranged in parallel in a direction substantially orthogonal to the displacement direction, so-called absolute position.
Performs angle, velocity, and acceleration detection.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁気スケールを用いる位置検出にあっては、
所の極性配置(例えばNNN・・、NSNSN・・)で
配列された磁極間のピッチが小さい場合に、磁極間にお
いて磁界強度のサブピークが生じたり磁極上(変位検出
方向)において十分な磁界強度の得られる領域が短すぎ
たりして安定した検出ができなかった。
However, in such a conventional position detection using a magnetic scale,
When the pitch between the magnetic poles arranged in a certain polar arrangement (for example, NNN,..., NSSN,...) Is small, a magnetic field intensity sub-peak occurs between the magnetic poles or a magnetic field intensity sufficient on the magnetic poles (displacement detection direction). Stable detection was not possible because the obtained region was too short.

【0004】また、測長範囲の拡大に伴って変位検出方
向における磁極の長さが増加した場合に、例えば図5に
実線Bで示すように磁極端部付近での磁界の変化が矩形
でなくなだらかになり、電気信号処理回路内のコンパレ
ータ等においてスレッショールドレベルが僅かに変動し
ても検出位置のずれ量が大きくなるため、安定かつ正確
な位置検出ができなかった。
When the magnetic pole length in the displacement detection direction increases with the expansion of the length measurement range, for example, as shown by a solid line B in FIG. Even if the threshold level slightly fluctuates in a comparator or the like in the electric signal processing circuit, the amount of deviation of the detection position becomes large, so that stable and accurate position detection cannot be performed.

【0005】このような理由から、従来のアブソリュー
ト型の磁気式検出方式では、磁極長さを所定範囲内にす
るよう測長範囲が制限され、実用的な測長範囲を得るた
めに、前記(1)と同様な磁気パターンを並列に複数列
配置するとともにこれらの間に位相差を設けることで変
位方向を検出し、磁気パターンから得られた位置情報を
電気信号処理回路内のメモリに逐次蓄えることによって
絶対位置を検出するという擬似アブソリュート型が採用
されている。
For these reasons, in the conventional absolute type magnetic detection method, the length measurement range is limited so that the magnetic pole length is within a predetermined range. By disposing a plurality of magnetic patterns similar to 1) in parallel and providing a phase difference between them, a displacement direction is detected, and positional information obtained from the magnetic patterns is sequentially stored in a memory in the electric signal processing circuit. Therefore, a pseudo-absolute type that detects an absolute position is adopted.

【0006】しかしながら、この擬似アブソリュート型
の磁気式検出方式にあっても、何らかの障害により停電
が生じた後、その復帰までの間に磁気スケールに位置変
化が生じたような場合、メモリー内に保持されていた位
置情報に対応する位置と復帰時の実際のスケール位置と
が異なるため、復帰後に検出誤差が生じる可能性があっ
た。
However, even in this pseudo-absolute type magnetic detection system, if a position change occurs on the magnetic scale after a power failure due to some kind of failure and before the recovery, it is stored in the memory. Since the position corresponding to the position information that has been set is different from the actual scale position at the time of return, a detection error may occur after the return.

【0007】このように、従来の磁気式検出方式にあっ
ては、測長範囲の大きい高精度な変位検出(直線方向又
は回転方向の位置、速度又は角速度)を行うことが困難
であった。そこで本発明は、磁極長さに関係なく磁極端
部での磁界分布を矩形化することのできる磁気スケール
を提供することを第一目的とし、それにより測長範囲の
大きい場合でも、安定かつ高精度な変位検出が可能な磁
気式検出装置を提供することを第2の目的とする。
As described above, in the conventional magnetic detection method, it has been difficult to perform displacement detection (position, velocity or angular velocity in a linear or rotational direction) with a large length measurement range. Therefore, the present invention has as its first object to provide a magnetic scale capable of making the magnetic field distribution at the magnetic pole end rectangular regardless of the magnetic pole length. It is a second object to provide a magnetic detection device capable of detecting displacement accurately.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項1記載の発明は、複数の磁極を有し該磁極により所
定変位方向で磁界強度が規則的に異なる磁界を発生する
磁界発生手段を備えた磁気スケールにおいて、前記磁界
発生手段が、前記所定変位方向に配列したN極およびS
極のうち一方の磁極からなる中央の磁極列と、前記所定
変位方向とほぼ直交する方向で前記中央の磁極列の両側
に配列されたそれぞれN極およびS極のうち他方の磁極
からなる両側の磁極列と、を有するものである。したが
って、中央の磁極列と両側の磁極列からなる3極構造の
磁極配置において、両側の磁極列と中央の磁極列との間
で前記所定変位方向と直交する方向(以下、磁極幅方向
ともいう)に磁化ベクトルが生じ、前記所定変位方向
(以下、磁極長さ方向ともいう)については磁極間が無
磁化に近い状態となるから、磁極長さ方向において磁極
上と磁極間とで磁界強度の差が明確になり、磁極端部に
おける磁界強度検出レベルが矩形化されることになる。
また、磁極幅方向で隣り合う磁極間で互いに極性の異な
る少なくとも3つの磁極を並列させているから、磁界が
ループ化され、並行する他の磁極列あるいは外部からの
漏洩磁界による悪影響を受け難いものとなる。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a plurality of magnetic poles, the magnetic poles generating a magnetic field having a magnetic field intensity regularly different in a predetermined displacement direction. Wherein the magnetic field generating means includes an N pole and an S pole arranged in the predetermined displacement direction.
A central magnetic pole row composed of one magnetic pole of the poles, and two magnetic poles arranged on both sides of the central magnetic pole row in a direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction, on both sides composed of the other magnetic poles of the N pole and the S pole, respectively. And a magnetic pole array. Therefore, in a magnetic pole arrangement having a three-pole structure including a central magnetic pole array and both magnetic pole arrays, a direction perpendicular to the predetermined displacement direction between the magnetic pole arrays on both sides and the central magnetic pole array (hereinafter also referred to as a magnetic pole width direction). ), A magnetization vector is generated, and in the predetermined displacement direction (hereinafter, also referred to as a magnetic pole length direction), the gap between the magnetic poles is almost non-magnetized. Therefore, the magnetic field strength between the magnetic pole and the magnetic pole in the magnetic pole length direction is reduced. The difference becomes clear, and the magnetic field intensity detection level at the magnetic pole tip is rectangularized.
In addition, since at least three magnetic poles having different polarities are arranged in parallel between magnetic poles adjacent in the magnetic pole width direction, the magnetic field is looped, and the magnetic field is hardly affected by another parallel magnetic pole row or a leakage magnetic field from the outside. Becomes

【0009】請求項2記載の発明は、複数の磁極を有し
該磁極により所定変位方向で磁界強度が規則的に異なる
磁界を発生する磁界発生手段を備えた磁気スケールにお
いて、前記磁界発生手段が、前記所定変位方向に交互に
N極およびS極の極性が変化するよう配列された複数の
磁極からなる中央の磁極列と、前記所定変位方向とほぼ
直交する方向で前記中央の磁極列の一方側に配列された
N極および前記中央の磁極列の他方側に配列されたS極
からなる両側の磁極列と、を有するものである。したが
って、中央の磁極列と両側の磁極列からなる3極構造の
磁極配置において、両側の磁極列および中央の磁極列の
各部でN極からS極に向かう磁極幅方向(前記所定変位
方向に対し直交方向)の磁化ベクトルが生じ、磁極上で
所要磁界強度の得られる領域長さが十分に確保されるこ
ととなる。また、磁界の向きが磁極間では周期的に変化
するのとで磁極ピッチが短い場合であっても磁界強度の
サブピークを生じることのない所定ピッチの磁気パター
ンが形成されるのに加え、前記両側の磁極列の磁界の強
さを適宜設定することで、前記各磁極列上の磁界分布を
好適な状態にすることができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetic scale comprising a plurality of magnetic poles and a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a magnetic field intensity that is regularly different in a predetermined displacement direction by the magnetic poles, wherein the magnetic field generating means is One of a central magnetic pole row composed of a plurality of magnetic poles arranged so that the polarities of the N pole and the S pole change alternately in the predetermined displacement direction, and one of the central magnetic pole row in a direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction. And a magnetic pole row on both sides including an N pole arranged on the side and an S pole arranged on the other side of the central magnetic pole row. Therefore, in the magnetic pole arrangement of the three-pole structure including the central magnetic pole row and the magnetic pole rows on both sides, the magnetic pole width direction from the N pole to the S pole in each part of the magnetic pole rows on both sides and the central magnetic pole row (with respect to the predetermined displacement direction) A magnetization vector in the (perpendicular direction) is generated, and the length of the region where the required magnetic field strength is obtained on the magnetic pole is sufficiently secured. Further, since the direction of the magnetic field changes periodically between the magnetic poles, a magnetic pattern having a predetermined pitch that does not cause a subpeak of the magnetic field intensity is formed even when the magnetic pole pitch is short. By appropriately setting the strength of the magnetic field of the magnetic pole row, the magnetic field distribution on each of the magnetic pole rows can be set in a suitable state.

【0010】前記磁界発生手段は、請求項3に記載のよ
うに、前記中央の磁極列および前記両側の磁極列のうち
少なくとも中央の磁極列を形成する磁石と、該磁石と共
に前記中央の磁極列および前記両側の磁極列を通る所定
の磁路を形成する磁性材料と、を有するものにでき、さ
らに、請求項4,5に記載のように、中央の磁極列が所
定の直線又は円に沿って配置された複数の磁極を有する
ような磁極配置が可能である。また、前記中央側の磁極
列および前記両側の磁極列は、請求項6に記載のよう
に、それぞれ前記所定変位方向と直交する方向に並列す
るよう複数列配置されてもよい。なお、上記の磁極配置
は、機械的に加工した磁石を用いることで実現できる
し、磁性体上に直接着磁することでも実現できる。前記
磁性材料は例えば高透磁率材料からなり、前記磁極と高
透磁率材料との組合せで磁路を構成することによって特
性向上を実現できる。
The magnetic field generating means may include a magnet forming at least a central magnetic pole row of the central magnetic pole row and the magnetic pole rows on both sides, and the central magnetic pole row together with the magnet. And a magnetic material forming a predetermined magnetic path passing through the magnetic pole rows on both sides. Further, the central magnetic pole row may be formed along a predetermined straight line or circle as described in claim 4 or 5. A magnetic pole arrangement having a plurality of magnetic poles arranged in a vertical direction is possible. The magnetic pole row on the center side and the magnetic pole rows on both sides may be arranged in a plurality of rows so as to be arranged in parallel in a direction orthogonal to the predetermined displacement direction. The above magnetic pole arrangement can be realized by using a mechanically machined magnet or by directly magnetizing a magnetic material. The magnetic material is made of, for example, a high magnetic permeability material, and the characteristics can be improved by forming a magnetic path with a combination of the magnetic pole and the high magnetic permeability material.

【0011】請求項7記載の発明は、上記目的達成のた
め、請求項1〜6の何れかに記載の磁気スケールと、光
信号を出力する光出射手段と、前記中央の磁極列に対向
するよう所定位置に設けられ、該中央の磁極により形成
される磁界の強度に応じて前記光信号の偏光方向を回転
させる偏光回転手段と、特定偏光方向の偏光のみを透過
させる偏光制御手段と、偏光制御手段透過後の光信号を
電気信号に変換する光電気変換手段と、光電変換手段か
らの電気信号を処理して該信号に応じた特定の物理量を
求める電気信号処理手段と、を備えたことを特徴とする
ものであり、請求項8に記載のように、前記電気信号処
理手段が、前記光電変換手段からの電気信号に基づい
て、前記磁気スケールと前記偏光回転手段との相対的な
変位、速度および加速度のうち少なくとも1つを求める
ものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the magnetic scale according to any one of the first to sixth aspects, light emitting means for outputting an optical signal, and the central magnetic pole row are opposed to each other. A polarization rotating means provided at a predetermined position so as to rotate the polarization direction of the optical signal in accordance with the strength of the magnetic field formed by the central magnetic pole; a polarization control means for transmitting only polarized light in a specific polarization direction; A photoelectric conversion means for converting an optical signal transmitted through the control means into an electric signal; and an electric signal processing means for processing the electric signal from the photoelectric conversion means to obtain a specific physical quantity corresponding to the signal. The electric signal processing means, based on the electric signal from the photoelectric conversion means, the relative displacement between the magnetic scale and the polarization rotation means, as described in claim 8, , Speed and load Of time and requests at least one.

【0012】さらに、請求項9に記載の発明は、上記目
的達成のため、請求項1〜6の何れかに記載の磁気スケ
ールと、前記中央の磁極列に対向するよう所定位置に設
けられ、該中央の磁極により形成される磁界の強度に応
じて電気的変化を生じる磁気電気変換素子を含む磁界強
度検出手段と、該磁界強度検出手段からの電気信号を処
理して該信号に応じた特定の物理量を求める電気信号処
理手段と、を備えたことを特徴とするものであり、請求
項10に記載のように、前記電気信号処理手段が、前記
磁気スケールと前記磁気電気変換素子との相対的な変
位、速度および加速度のうち少なくとも1つを求めるも
のである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a magnetic scale according to any one of the first to sixth aspects, wherein the magnetic scale is provided at a predetermined position so as to face the central magnetic pole row. A magnetic field strength detecting means including a magneto-electric conversion element which generates an electrical change in accordance with the strength of a magnetic field formed by the central magnetic pole; and an electric signal from the magnetic field strength detecting means being processed to specify a signal corresponding to the signal. Electrical signal processing means for determining a physical quantity of the magnetic scale and the magneto-electric conversion element, as described in claim 10, wherein the electrical signal processing means At least one of a typical displacement, velocity, and acceleration is determined.

【0013】前記偏光回転手段は、例えば、請求項11
に記載のように、前記光信号の光の進行方向とほぼ直交
する方向の磁界成分を感知して該光の偏光方向を変化さ
せるフォークト配置型の磁気光学効果素子からなるも
の、あるいは、請求項12に記載のように、前記偏光回
転手段が、前記光信号の光の進行方向とほぼ平行な方向
の磁界成分を感知して該光の偏光方向を変化させる型フ
ァラデー配置型の磁気光学効果素子からなるものであ
る。
[0013] The polarization rotating means may be, for example, an eleventh aspect.
As described in (1), the optical signal comprises a Voigt type magneto-optical effect element that senses a magnetic field component in a direction substantially orthogonal to the traveling direction of the light and changes the polarization direction of the light, or As described in 12, the Faraday arrangement type magneto-optical effect element, wherein the polarization rotation means senses a magnetic field component in a direction substantially parallel to the traveling direction of the light of the optical signal and changes the polarization direction of the light. It consists of

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。 <第1実施例>図1〜図5は、請求項1、3、4、6〜
12記載の発明に係る第1実施例の磁気スケールおよび
磁気式検出装置を示す図で、リニア位置センサとしての
磁気式エンコーダに適用した例を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. <First Embodiment> FIGS. 1 to 5 show the first to third embodiments.
12 is a diagram showing a magnetic scale and a magnetic detection device of a first embodiment according to the invention described in 12, and shows an example applied to a magnetic encoder as a linear position sensor.

【0015】まず、その構成を説明する。図1(a)お
よび図1(b)において、10は磁気スケール、20は
磁気スケール10に対向するセンサヘッドであり、磁気
スケール10は例えば図外の変位検出対象物と一体に図
1(a)中の左右方向に移動することで、センサヘッド
20に対して相対的に変位可能である。
First, the configuration will be described. 1A and 1B, reference numeral 10 denotes a magnetic scale, reference numeral 20 denotes a sensor head opposed to the magnetic scale 10, and the magnetic scale 10 is integrated with, for example, a displacement detection target (not shown) in FIG. By moving in the left and right directions in ()), the sensor head 20 can be displaced relative to the sensor head 20.

【0016】図1(a)および図1(b)に示すよう
に、磁気スケール10は、磁極表出面11aを形成する
スケール本体11と、スケール本体11上に複数列に並
列配置された磁極列12,13,14を有しており、こ
れらの磁極列12〜14は、例えば図2(a)に示す複
数の磁石列15,16,17(磁界発生手段)によって
形成されている。複数列の磁極列12〜14は、磁気ス
ケール10とセンサヘッド20との相対変位方向(所定
変位方向)と直交する幅方向で中央に位置する中央の磁
極列12と、前記幅方向で中央の磁極列12の両側に配
列された両側の磁極列13,14とからなり、中央の磁
極列12はN極およびS極のうち一方の極性を有する磁
極12aを前記所定変位方向に所定ピッチで配列したも
のである。また、両側の磁極列13,14は、それぞれ
N極およびS極のうち他方の極性を有する磁極13a,
14aを前記所定変位方向に磁極12aと同一のピッチ
で配列したものである。なお、図1に示す中央の磁極列
12のの磁極12aは例えばN極、両側の磁極列13,
14の磁極13a,14aはそれぞれ例えばS極であ
り、これらの磁極12a〜14aは磁気スケール10と
センサヘッド20との相対変位方向で同一の位置に並列
配置されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a magnetic scale 10 includes a scale body 11 forming a magnetic pole surface 11a, and a plurality of magnetic pole rows arranged on the scale body 11 in parallel. The magnetic pole arrays 12 to 14 are formed, for example, by a plurality of magnet arrays 15, 16, 17 (magnetic field generating means) shown in FIG. The plurality of magnetic pole arrays 12 to 14 include a central magnetic pole array 12 located at the center in the width direction orthogonal to the relative displacement direction (predetermined displacement direction) between the magnetic scale 10 and the sensor head 20, and a central magnetic pole array 12 in the width direction. The central magnetic pole array 12 includes magnetic poles 12a having one of N and S poles at a predetermined pitch in the predetermined displacement direction. The central magnetic pole array 12 includes magnetic pole arrays 13 and 14 arranged on both sides of the magnetic pole array 12. It was done. The magnetic pole rows 13 and 14 on both sides are respectively magnetic poles 13a and 13a having the other polarity of the N pole and the S pole.
14a are arranged at the same pitch as the magnetic poles 12a in the predetermined displacement direction. The magnetic poles 12a of the central magnetic pole row 12 shown in FIG.
The 14 magnetic poles 13a and 14a are, for example, south poles, respectively, and these magnetic poles 12a to 14a are arranged in parallel at the same position in the relative displacement direction between the magnetic scale 10 and the sensor head 20.

【0017】図2(a)に示すように、本実施例の磁界
発生手段は、ブロック状の磁石15,16,17の一端
面部(同図において上端面部)を磁極12a,13a,
14aとして利用するものであり、これら磁石が非磁性
材料11cからなるスケール本体11に埋設されてい
る。なお、図2(b)に示すように、ブロック状の磁石
15〜17の他端面部がスケール本体11内に設けられ
た高透磁率材料からなる板状の磁性材料11bに当接し
ているものでもよい。また、図2(c)に示すように、
中央の磁極列12および両側の磁極列13,14のうち
少なくとも中央の磁極列12を形成する磁石18と、そ
の磁石18の両側で残りの磁極13,14を形成するリ
ブ部19a,19bを有するコの字形断面の磁性材料1
9とにより、同様な磁界発生手段を構成することもでき
る。図2(b)、図2(c)に示す何れの態様において
も、磁石とこれに組み合わされた高透磁率の磁性材料と
は、中央の磁極列12および両側の磁極列13,14を
通る所定のループ状の磁路を形成し、磁気スケール10
はそのスケール本体11上に所定の磁極長さおよび磁極
幅を有する複数の磁極12a〜14aを形成し、これら
が所定間隔で離間した所定磁界強度分布の磁気パターン
を形成している。したがって、磁気スケール10は、所
定変位方向において磁極12a〜14a上では磁界強度
が大きく、これら磁極12a〜14aのうち所定変位方
向(図1(b)中の双方向矢印の方向)で隣り合う2つ
の磁極間では磁界強度が小さくなるように、規則的に磁
界強度の異なる磁界を発生する。
As shown in FIG. 2 (a), the magnetic field generating means of this embodiment is configured such that one end portions (upper end portions in FIG. 2) of the block-shaped magnets 15, 16 and 17 are magnetic poles 12a, 13a and 13a.
These magnets are buried in the scale main body 11 made of the nonmagnetic material 11c. As shown in FIG. 2B, the other end surfaces of the block-shaped magnets 15 to 17 are in contact with a plate-shaped magnetic material 11 b made of a high magnetic permeability material provided in the scale main body 11. May be. Also, as shown in FIG.
It has a magnet 18 forming at least the central magnetic pole row 12 of the central magnetic pole row 12 and both magnetic pole rows 13 and 14, and rib portions 19a and 19b forming the remaining magnetic poles 13 and 14 on both sides of the magnet 18. U-shaped magnetic material 1
9, the same magnetic field generating means can be constituted. 2B and 2C, the magnet and the high-permeability magnetic material combined with the magnet pass through the central magnetic pole row 12 and the magnetic pole rows 13 and 14 on both sides. A predetermined loop-shaped magnetic path is formed, and the magnetic scale 10
Form a plurality of magnetic poles 12a to 14a having a predetermined magnetic pole length and a predetermined magnetic pole width on the scale main body 11, and form a magnetic pattern having a predetermined magnetic field intensity distribution spaced at predetermined intervals. Therefore, the magnetic scale 10 has a large magnetic field strength on the magnetic poles 12a to 14a in the predetermined displacement direction, and two adjacent magnetic poles 12a to 14a in the predetermined displacement direction (the direction of the bidirectional arrow in FIG. 1B). Magnetic fields having different magnetic field strengths are regularly generated between the two magnetic poles so as to reduce the magnetic field strength.

【0018】センサヘッド20は、ヘッド本体21に、
所定パターンの光導波路を形成した素子22(以下、単
に光導波路という)と、その光導波路22に光の進行経
路中に介在するよう一体に装着され入射光から特定方向
の偏光を透過させる偏光子23と、光導波路22の先端
部に一面側で接合された磁気光学効果素子25と、その
磁気光学効果素子25の他面側に形成された反射ミラー
部26とを含んで構成されている。磁気光学効果素子2
5は例えば軟磁性体からなり、光の進行方向と略平行な
方向に自発磁化を持ち、その自発磁化により内部では磁
気的に飽和している。この磁気光学効果素子25は、磁
極12〜14により形成される磁界の強度に応じて、内
部を通過する直線偏光の偏光面を回転させる偏光回転手
段となっており、例えば磁界強度が所定レベル以下で自
発磁化によって光信号の偏光方向を約90度回転させる
ことができる。また、偏光子23は、レーザダイオード
91からの光のうち特定方向の偏光のみを透過させて直線
偏光の光信号を作るとともに、磁気光学効果素子25を
透過した後の光の経路において特定方向の偏光のみを透
過させる検光子(偏光制御手段)ともなっている。した
がって、この磁気光学効果素子25に光の進行方向(所
定変位方向)とほぼ直交する方向に内部磁化を配向させ
るよう磁極12〜14によって磁界を作用させ、前記直
線偏光の偏光面の回転角(偏光方向の回転)が最小とな
るようにすることができる。
The sensor head 20 includes a head main body 21 and
An element 22 having an optical waveguide having a predetermined pattern formed thereon (hereinafter simply referred to as an optical waveguide); and a polarizer which is integrally mounted on the optical waveguide 22 so as to be interposed in a light traveling path and transmits polarized light in a specific direction from incident light. 23, a magneto-optical effect element 25 joined to the tip of the optical waveguide 22 on one surface side, and a reflection mirror section 26 formed on the other surface side of the magneto-optical effect element 25. Magneto-optical effect element 2
Reference numeral 5 is made of, for example, a soft magnetic material, has spontaneous magnetization in a direction substantially parallel to the traveling direction of light, and is internally magnetically saturated by the spontaneous magnetization. The magneto-optical effect element 25 is a polarization rotating means for rotating the plane of polarization of linearly polarized light passing therethrough in accordance with the strength of the magnetic field formed by the magnetic poles 12 to 14. For example, the magnetic field strength is equal to or less than a predetermined level. As a result, the polarization direction of the optical signal can be rotated by about 90 degrees by the spontaneous magnetization. The polarizer 23 is a laser diode.
An analyzer that transmits only polarized light in a specific direction out of the light from 91 to generate a linearly polarized optical signal and transmits only polarized light in a specific direction in the light path after transmitting through the magneto-optical effect element 25 (polarized light) Control means). Therefore, a magnetic field is applied to the magneto-optical effect element 25 by the magnetic poles 12 to 14 so as to orient the internal magnetization in a direction substantially orthogonal to the traveling direction of light (predetermined displacement direction), and the rotation angle of the plane of polarization of the linearly polarized light ( (Rotation of the polarization direction) can be minimized.

【0019】また、センサヘッド20は、図3に示すよ
うに、所定形状(例えば長さ50mm程度で、幅が5〜2
0mm程度の大きさ)の基板上に所定チャンネル数(例え
ば2〜16ch)分だけ並列に一体的に設けられている。
すなわち、センサヘッド20はマルチチャンネルヘッド
の1ch分のセンサヘッドとなっており、その光導波路
22は例えば入射側の複数の(あるいは途中で複数に分
岐する)導波路と、出射側の複数の(あるいは途中で単
一に結合される)導波路とを形成したものとなってい
る。同図において、31はセンサヘッド20の各チャン
ネルに接続された複数の光ファイバ、32は光信号をセ
ンサヘッド20に出力するとともにセンサヘッド20か
らの光信号を電気信号に変換するための信号処理回路
(電気信号処理手段)、33はセンサヘッド20と信号
処理回路32の間に設けられた光コネクタである。
As shown in FIG. 3, the sensor head 20 has a predetermined shape (for example, a length of about 50 mm and a width of 5 to 2 mm).
A predetermined number of channels (for example, 2 to 16 channels) are integrally provided in parallel on a substrate having a size of about 0 mm.
That is, the sensor head 20 is a sensor head for one channel of a multi-channel head, and its optical waveguides 22 include, for example, a plurality of waveguides on the incident side (or branch into a plurality of paths on the way) and a plurality of waveguides on the emission side. Alternatively, a single waveguide is formed on the way. In the figure, 31 is a plurality of optical fibers connected to each channel of the sensor head 20, and 32 is a signal processing for outputting an optical signal to the sensor head 20 and converting the optical signal from the sensor head 20 into an electric signal. A circuit (electric signal processing means) 33 is an optical connector provided between the sensor head 20 and the signal processing circuit 32.

【0020】図4に示すように、光コネクタ33は、入
力電気信号に応じて光信号を出力するレーザダイオード
42(光出射手段)と、センサヘッド20の各チャンネ
ル部20cを通過した後の光信号を電気信号に変換する
フォトダイオード43(光電気変換手段)と、を有して
いる。また、信号処理回路32は、レーザダイオード4
2を発光駆動する発光駆動回路41と、フォトダイオー
ド43からの電気信号を入力するコンパレータ44と、
変位量に相当するコンパレータ44の出力パルス数をカ
ウントするカウンタ45と、所定時間毎にカウンタ45
のカウント値を入力して記憶保持すするとともにこのカ
ウント値から前回のカウント値を減算して速度(所定の
物理量)に相当する所定時間当りのカウント値を算出す
る減算器46とを含んでいる。さらに、詳細を図示しな
いが、信号処理回路32は発光駆動回路41を制御する
CPUと、所定の処理プログラムを予め格納したROM
と、CPUおよびROMとデータの授受を行なうRAM
と、レーザダイオード42およびフォトダイオード43
に接続するI/O回路等を含んで構成されており、RO
M内に予め格納した所定の制御プログラムに従い、フォ
トダイオード43からの電気信号に基づいて、磁気スケ
ール10とセンサヘッド20との相対的な変位、速度又
は加速度を算出し、あるいは片側、例えばセンサヘッド
20を固定としたときの磁気スケール10の位置を求め
ることができる。勿論、複数の光強度信号を複数の電気
信号に変換して位置情報を含む複数ビットの信号とする
ことで、所謂アブソリュート型のリニアエンコーダとし
て機能させることができる。また、減算器46の出力を
更にもう1つ減算器に取り込んで所定時間当りの速度変
化を計算し、加速度を検出することもできる。すなわ
ち、信号処理回路32は、フォトダイオード43からの
電気信号に基づいて、磁気スケール10とセンサヘッド
20との相対的な変位、速度および加速度のうち何れか
を求める手段となっている。
As shown in FIG. 4, the optical connector 33 includes a laser diode 42 (light emitting means) for outputting an optical signal in accordance with an input electric signal, and light after passing through each channel section 20c of the sensor head 20. A photodiode 43 (photoelectric conversion means) for converting a signal into an electric signal. The signal processing circuit 32 includes a laser diode 4
A light emission drive circuit 41 for driving light emission of the light emitting element 2, a comparator 44 for inputting an electric signal from the photodiode 43,
A counter 45 for counting the number of output pulses of the comparator 44 corresponding to the displacement amount;
And a subtractor 46 for inputting and storing the count value, and subtracting the previous count value from the count value to calculate a count value per predetermined time corresponding to the speed (predetermined physical quantity). . Further, although not shown in detail, the signal processing circuit 32 includes a CPU for controlling the light emission drive circuit 41 and a ROM in which a predetermined processing program is stored in advance.
And a RAM for exchanging data with the CPU and ROM
And the laser diode 42 and the photodiode 43
And an I / O circuit connected to the
The relative displacement, speed or acceleration between the magnetic scale 10 and the sensor head 20 is calculated based on the electric signal from the photodiode 43 in accordance with a predetermined control program stored in advance in M, or one side, for example, the sensor head The position of the magnetic scale 10 when 20 is fixed can be obtained. Of course, by converting a plurality of light intensity signals into a plurality of electric signals to generate a plurality of bits of signals including position information, it is possible to function as a so-called absolute type linear encoder. Further, the output of the subtractor 46 can be taken into another subtractor to calculate the speed change per predetermined time and detect the acceleration. That is, the signal processing circuit 32 is a means for determining any of the relative displacement, speed, and acceleration between the magnetic scale 10 and the sensor head 20 based on the electric signal from the photodiode 43.

【0021】なお、磁気スケール10を作製する際に
は、まず、スケール本体11の非磁性材料11c内又は
磁性材料11b上に磁石15〜17を配置し(あるいは
磁石18と磁性材料19を組み合わせ)、磁極12〜1
4を形成する。次いで、磁石15〜17の間(又は磁石
18と磁性材料19の間)の隙間部分に非磁性材料11
cを配置するとともに、磁石15〜17の周囲に固定し
て、図示形状の磁気スケール10とする。なお、磁石1
5〜17の素材を配置してそれらの間に非磁性材料11
cを配置し、所定の信号を必要とする領域を残して磁極
12〜14を形成するよう不要な部分を切削加工等によ
って削除してもよい。この場合、前記非磁性材料の一部
が削除した空間部分の空気となってもよい。また、本実
施例では磁界発生手段に永久磁石を用いているが、電磁
石であってもよいことはいうまでもない。
When manufacturing the magnetic scale 10, first, magnets 15 to 17 are arranged in the non-magnetic material 11c of the scale main body 11 or on the magnetic material 11b (or a combination of the magnet 18 and the magnetic material 19). , Magnetic poles 12-1
4 is formed. Next, the nonmagnetic material 11 is placed in the gap between the magnets 15 to 17 (or between the magnet 18 and the magnetic material 19).
c is arranged and fixed around the magnets 15 to 17 to obtain the magnetic scale 10 having the illustrated shape. The magnet 1
5 to 17 materials are arranged and a non-magnetic material 11 is placed between them.
c may be arranged, and unnecessary portions may be removed by cutting or the like so as to form the magnetic poles 12 to 14 while leaving a region requiring a predetermined signal. In this case, a part of the non-magnetic material may be air in the removed space. In this embodiment, a permanent magnet is used for the magnetic field generating means, but it is needless to say that an electromagnet may be used.

【0022】次に、作用を説明する。上述のように構成
された本実施例の装置では、中央の磁極列12と両側の
磁極列13,14とからなる3極構造の磁極配置におい
て、両側の磁極列13,14と中央の磁極列12との間
で、図1(a)の紙面に垂直な方向と上下方向(磁極幅
方向)とに向かうN極からS極への磁化ベクトルが生
じ、図1(a)の左右方向(磁極長さおよび変位方向)
においては磁極間が実質的に無磁化に近い状態となる。
Next, the operation will be described. In the apparatus of the present embodiment configured as described above, in the magnetic pole arrangement having a three-pole structure including the central magnetic pole array 12 and the magnetic pole arrays 13 and 14 on both sides, the magnetic pole arrays 13 and 14 on both sides and the central magnetic pole array 12, a magnetization vector is generated from the N pole to the S pole in the direction perpendicular to the plane of FIG. 1A and in the up-down direction (the magnetic pole width direction), and the left-right direction (magnetic pole) in FIG. Length and direction of displacement)
In, the state between the magnetic poles is substantially close to non-magnetization.

【0023】一方、センサヘッド20内では、レーザダ
イオード42からの光が光導波路22に入って偏光子2
3を通過すると、特定方向の偏光(直線偏光)が生成さ
れ、この光が一定の方向に自発磁化している磁気光学効
果素子25に入射すると、その自発磁化によって偏光方
向の回転(ファラデー回転)が生ずる。また、磁気スケ
ール10によって磁気光学効果素子25に対し光の進行
方向と直交する方向に磁界が印加されると、前記直線偏
光はその偏光方向を回転しないまま前進する。そして、
反射ミラー部26により反射されながら出射側の導波路
に達した前記光が、その偏光方向に応じて検光子として
の偏光子23(偏光制御手段)を透過し、あるいは遮光
される。すなわち、センサヘッド20と磁気スケール1
0とが相対変位するとき、磁気光学効果素子25に作用
する磁界の強度が所定レベルより低下すれば、前記光は
自ら磁気的に飽和した磁気光学効果素子25内の磁区に
より、磁気光学効果素子25を通過する間にその偏光方
向を約90度回転させ、その後は偏光子23を透過する
ことができないので、センサヘッド20は光信号を出力
しない。一方、センサヘッド20と磁気スケール10の
相対変位に伴い、磁気スケール10によって磁気光学効
果素子25に光の進行方向と直交する方向の磁界が印加
されると、磁気光学効果素子25の内部に発生していた
磁区構造が消失し、前記直線偏光は、その偏光方向を回
転しないまま前進するので、センサヘッド20は光信号
を出力する(勿論、検光子を異なる向きに配置して出力
の有無を逆にすることもできる)。
On the other hand, in the sensor head 20, light from the laser diode 42 enters the optical waveguide 22 and enters the polarizer 2.
3, a polarized light in a specific direction (linearly polarized light) is generated. When this light is incident on the magneto-optical effect element 25 which is spontaneously magnetized in a certain direction, the spontaneous magnetization causes rotation of the polarization direction (Faraday rotation). Occurs. When a magnetic field is applied to the magneto-optical effect element 25 by the magnetic scale 10 in a direction orthogonal to the direction of light propagation, the linearly polarized light advances without rotating the polarization direction. And
The light that has reached the output-side waveguide while being reflected by the reflection mirror unit 26 is transmitted through a polarizer 23 (polarization control unit) as an analyzer or shielded according to the polarization direction. That is, the sensor head 20 and the magnetic scale 1
When the intensity of the magnetic field acting on the magneto-optical effect element 25 falls below a predetermined level when the relative displacement of the magneto-optical effect element 25 is zero, the light is generated by the magnetic domain in the magneto-optical effect element 25 that is magnetically saturated by itself. While passing through 25, its polarization direction is rotated by about 90 degrees, and thereafter it cannot pass through the polarizer 23, so that the sensor head 20 does not output an optical signal. On the other hand, when a magnetic field in a direction orthogonal to the traveling direction of light is applied to the magneto-optical effect element 25 by the magnetic scale 10 due to the relative displacement between the sensor head 20 and the magnetic scale 10, the magnetic field is generated inside the magneto-optical effect element 25. Since the magnetic domain structure disappears and the linearly polarized light advances without rotating its polarization direction, the sensor head 20 outputs an optical signal (of course, the analyzer is arranged in a different direction to determine the presence or absence of the output). And vice versa).

【0024】このような状態において、磁気スケール1
0とセンサヘッド20の相対変位方向における各磁極1
2〜14の端部付近で、図5に太線Aで示すような磁界
強度分布が生じ、各磁極12〜14上では磁界の強度が
コンパレータ44のスレッショールドレベルより十分に
大きく、磁極間の各位置では磁界の強度がコンパレータ
44のスレッショールドレベルCより十分に小さくな
る。同図中の実線Bは、比較のために示した2極構造の
磁気スケールの磁極端部付近における磁界強度分布を示
す比較例である。この比較例は、センサヘッド20との
相対変位方向に一列に並ぶ複数のN極からなる一方の磁
極列と、一方の磁極列と平行に並ぶ複数のS極からなる
他方の磁極列とからなる2極構造造の磁極配置を有し、
磁極中心付近の検出高さ位置において磁界強度が上記実
施例と同一レベルとなるように作製されたものである。
In such a state, the magnetic scale 1
0 and each magnetic pole 1 in the relative displacement direction of the sensor head 20
Near the ends of the magnetic poles 2 to 14, a magnetic field strength distribution as shown by a thick line A in FIG. 5 is generated. On each of the magnetic poles 12 to 14, the magnetic field strength is sufficiently larger than the threshold level of the comparator 44, and At each position, the strength of the magnetic field becomes sufficiently smaller than the threshold level C of the comparator 44. The solid line B in the figure is a comparative example showing the magnetic field intensity distribution near the pole tip of the magnetic scale having the two-pole structure shown for comparison. This comparative example includes one magnetic pole row composed of a plurality of N poles arranged in a row in the direction of relative displacement with respect to the sensor head 20, and the other magnetic pole row composed of a plurality of S poles arranged in parallel with one magnetic pole row. It has a two-pole structure magnetic pole arrangement,
It is manufactured so that the magnetic field intensity at the detection height position near the center of the magnetic pole is the same level as in the above embodiment.

【0025】図5に示すように、本実施例では、磁極長
さ方向において、同図にハッチングを付して示す磁極上
と磁極間とで太線Bで示す磁界強度が明確に異なり、磁
極端部における磁界強度検出レベルが矩形化されること
になる。したがって、コンパレータ44のスレッショー
ルドレベルCが図5に点線で示すように変動したとして
も、実線Bで示す比較例のように検出位置がずれること
(同図に点線で示す変位方向のずれ)がなく、正確な変
位、速度又は加速度検出ができる。さらに、磁極幅方向
で隣り合う磁極間で互いに極性の異なる少なくとも3つ
の磁極を並列させているから、複数のチャンネルの磁極
列の磁界がチャンネル毎にループ化され、並行する他の
磁極列あるいは外部からの漏洩磁界による悪影響を受け
難いものとなる。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, in the magnetic pole length direction, the magnetic field strength indicated by the bold line B is clearly different between the magnetic poles indicated by hatching in FIG. The detection level of the magnetic field strength in the section is made rectangular. Therefore, even if the threshold level C of the comparator 44 fluctuates as shown by the dotted line in FIG. 5, the detection position shifts as in the comparative example shown by the solid line B (shift in the displacement direction shown by the dotted line in FIG. 5). And accurate displacement, speed or acceleration can be detected. Furthermore, since at least three magnetic poles having different polarities are arranged in parallel between magnetic poles adjacent in the magnetic pole width direction, the magnetic field of the magnetic pole row of a plurality of channels is looped for each channel, and another magnetic pole row in parallel or external From being adversely affected by the leakage magnetic field.

【0026】なお、本実施例ではセンサヘッド20とし
て磁気光学効果素子を用いるものをあげたが、このセン
サヘッド20においては、図6(a)に示すように、セ
ンサヘッド20内における光の進行方向と磁気スケール
10の磁極列12〜14上の磁化ベクトルの向きがほぼ
直交するような上述の配置(以下、フォークト配置とい
う)、あるいは、図6(b)に示すように、センサヘッ
ド20内における光の進行方向と磁気スケール10の磁
極列12〜14上の磁化ベクトルの向きがほぼ平行とな
る配置(以下、ファラデー配置という)のうち、何れの
配置も採用することができる。
In this embodiment, the sensor head 20 using a magneto-optical effect element has been described. In this sensor head 20, as shown in FIG. The above arrangement (hereinafter, referred to as Voigt arrangement) in which the direction is substantially orthogonal to the direction of the magnetization vector on the magnetic pole arrays 12 to 14 of the magnetic scale 10, or as shown in FIG. In any of the arrangements (hereinafter, referred to as Faraday arrangements) in which the traveling direction of the light and the directions of the magnetization vectors on the magnetic pole arrays 12 to 14 of the magnetic scale 10 are substantially parallel, any of the arrangements can be adopted.

【0027】また、センサヘッド20に磁気光学素子を
用いず、磁極列12〜14に対向して所定検出高さにお
ける磁界強度に応じて電気的変化を生じる磁気電気変換
素子を設け、これによって磁界強度を検出する手段を構
成することもできる。この場合、信号処理回路32が磁
気電気変換素子からの電気信号を処理してその検出信号
に応じた特定の物理量を求めることとなる。例えば、磁
気電気変換素子としてのホール効果素子又は磁気抵抗効
果素子からなるセンサヘッド(磁界強度検出素子)と
し、このセンサヘッドに作用する磁界の強度に応じた発
生電圧又は電気抵抗から、特定の物理量である変位、速
度又は加速度を求めることができる。 <第2実施例>図7は、請求項2記載の発明に係る第2
実施例の磁気スケールを示す図である。
In addition, a magneto-electric conversion element is provided in the sensor head 20 which does not use a magneto-optical element but opposes the magnetic pole arrays 12 to 14 and generates an electrical change in accordance with the magnetic field strength at a predetermined detection height. Means for detecting the intensity may be configured. In this case, the signal processing circuit 32 processes the electric signal from the magneto-electric conversion element and obtains a specific physical quantity according to the detected signal. For example, a sensor head (magnetic field intensity detecting element) including a Hall effect element or a magnetoresistive element as a magneto-electric conversion element, and a specific physical quantity is determined from a generated voltage or an electric resistance corresponding to the intensity of a magnetic field acting on the sensor head. , Velocity or acceleration can be obtained. <Second Embodiment> FIG. 7 shows a second embodiment according to the second aspect of the present invention.
It is a figure showing a magnetic scale of an example.

【0028】なお、本実施例は磁極の配置以外は第1実
施例と全く同様のものであるので、第1実施例との相違
点について主に説明し、第1実施例と同一又はそれに相
当する構成については第1実施例と同一符号を用いる。
図7(a)において、50は磁気スケールであり、この
磁気スケール50は、スケール本体51と、図7(a)
中の左右方向(所定変位方向)に配列された複数の磁極
52a、52bからなる中央の磁極列52と、前記所定
変位方向とほぼ直交する磁極幅方向で中央の磁極列52
の一方側に配列されたN極および中央の磁極列52の他
方側に配列されたS極からなる両側の磁極列53、54
と、を有している。中央の磁極列52は、N極およびS
極の極性が同図中に双方向矢印で示す所定変位方向にお
いてN、S、N、Sと交互に極性が変化する複数の磁極
52a、52bからなり、両側の磁極列53、54に対
してその磁極52a、52bの磁極長さが十分に短いも
のである。
The present embodiment is completely the same as the first embodiment except for the arrangement of the magnetic poles. Therefore, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the same as or equivalent to the first embodiment will be described. The same reference numerals as those in the first embodiment are used for the configuration.
7A, reference numeral 50 denotes a magnetic scale. The magnetic scale 50 includes a scale main body 51 and a magnetic scale 50 shown in FIG.
A central magnetic pole row 52 composed of a plurality of magnetic poles 52a and 52b arranged in a middle left-right direction (predetermined displacement direction), and a central magnetic pole row 52 in a magnetic pole width direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction.
The magnetic pole arrays 53 and 54 on both sides, each including an N pole arranged on one side and an S pole arranged on the other side of the central magnetic pole array 52
And The central pole row 52 comprises a north pole and a south pole.
The poles are composed of a plurality of magnetic poles 52a, 52b whose polarity alternates with N, S, N, S alternately in a predetermined displacement direction indicated by a bidirectional arrow in FIG. The magnetic poles 52a and 52b have sufficiently short magnetic pole lengths.

【0029】本実施例では、中央の磁極列52と両側の
磁極列53、54からなる3極構造の磁極配置におい
て、両側の磁極列53、54および中央の磁極列52の
各部でN極からS極に向かう磁極幅方向(前記所定変位
方向に対し直交方向)の磁化ベクトルが生じる。したが
って、磁界の向きが磁極52a、52b間で周期的に変
化するとともに両側の磁極53、54との間でN極から
S極に向かう磁化ベクトルによって前記所定変位方向に
ついての磁界の強度が増すことになる。その結果、磁極
52a、52b間のピッチが小さい場合であっても従来
のような磁界強度のサブピークを生じることがないとと
もに、磁極52a、52b上で所要磁界強度の得られる
領域長さを十分に確保することができ、高分解能の磁気
スケールとすることができる。また、両側の磁極列5
3、54の磁界の強さを適宜設定することで、磁極列5
2〜54上の磁界分布を好適な検出レベルの得られる状
態にすることができる。なお、本実施例におけるセンサ
ヘッド20は、磁気電気変換素子を用いたもの、あるい
は、磁気光学効果素子25として磁気スケール50上の
所定検出方向の磁界によって光信号にファラデー回転を
生じさせる素子を用いたものの何れであってもよい。 <第3実施例>図8は請求項1、2、4記載の発明に係
る第3実施例の磁気スケールを示す図である。
In this embodiment, in a magnetic pole arrangement having a three-pole structure consisting of a central magnetic pole row 52 and magnetic pole rows 53 and 54 on both sides, the magnetic pole rows 53 and 54 on both sides and each part of the central magnetic pole row 52 start from the N pole. A magnetization vector is generated in the magnetic pole width direction toward the S pole (a direction orthogonal to the predetermined displacement direction). Accordingly, the direction of the magnetic field periodically changes between the magnetic poles 52a and 52b, and the strength of the magnetic field in the predetermined displacement direction increases due to the magnetization vector from the N pole to the S pole between the magnetic poles 53 and 54 on both sides. become. As a result, even when the pitch between the magnetic poles 52a and 52b is small, a sub-peak of the magnetic field strength does not occur as in the related art, and the region length where the required magnetic field strength can be obtained on the magnetic poles 52a and 52b is sufficiently increased. Thus, a high-resolution magnetic scale can be obtained. Also, the magnetic pole rows 5 on both sides
By appropriately setting the magnetic field strengths of the magnetic pole arrays 5 and 3,
The magnetic field distribution above 2 to 54 can be brought to a state where a suitable detection level can be obtained. The sensor head 20 according to the present embodiment uses a magneto-electric conversion element or an element that causes Faraday rotation of an optical signal by a magnetic field in a predetermined detection direction on a magnetic scale 50 as a magneto-optical effect element 25. Any of these may be used. <Third Embodiment> FIG. 8 is a view showing a magnetic scale according to a third embodiment of the present invention.

【0030】本実施例は、第1実施例の磁極列12〜1
4と、これらとは磁極間ピッチの異なる第2実施例の磁
極列52〜54とを、所定の直線L1,L2に沿って平
行に配置したものである。このように磁極間ピッチの異
なる複数組の磁極列を並列させた磁気パターンを採用す
ると、各組の磁極列に対抗するセンサヘッド出力に基づ
いて、迅速で高精度な直線変位検出が可能になる。 <第4実施例>図9は、請求項1、5記載の発明に係る
第4実施例の磁気スケールを示す図であり、回転角度セ
ンサとしての磁気式ロータリーエンコーダへの適用例を
示している。
In this embodiment, the magnetic pole arrays 12 to 1 of the first embodiment are used.
4 and the magnetic pole arrays 52 to 54 of the second embodiment having different magnetic pole pitches are arranged in parallel along predetermined straight lines L1 and L2. By employing a magnetic pattern in which a plurality of sets of magnetic pole rows having different pitches between magnetic poles are arranged in parallel in this manner, quick and highly accurate linear displacement detection can be performed based on sensor head outputs opposing each set of magnetic pole rows. . <Fourth Embodiment> FIG. 9 is a diagram showing a magnetic scale of a fourth embodiment according to the first and fifth aspects of the present invention, showing an example of application to a magnetic rotary encoder as a rotation angle sensor. .

【0031】本実施例では、第1実施例と同様な複数の
磁石の一端面部から所定ピッチで並ぶ複数の磁極62
a,63a,64aを形成するとともに、これら複数の
磁極62a,63a,64aを所定半径の円L3に沿っ
て配置することにより、中央の磁極列62および円L3
の内外の同心円上に配置された両側の磁極列63、64
とを形成している。ここで、同一円周方向磁極列内の複
数の磁極62a,63a又は64aは、所定検出方向で
ある円周方向に所定角度間隔を隔てるよう配列され、円
L3の半径方向で隣り合う磁極同士が互いに逆極性とな
り、同一磁極列内の複数の磁極62a,63a又は64
a同士は極性配置を一定にしている。すなわち、本実施
例の磁気スケールは、スケール本体に複数の磁石を所定
の角度間隔で同一極性配置となるよう埋設した円板形の
ものであり、第1実施例の磁気スケール10とほぼ同様
な手順で作製される。なお、ここでは円板上に磁極面が
配置される例を示したが、円柱の側面に磁極を表出させ
てもよいことはいうまでもない。
In this embodiment, a plurality of magnetic poles 62 arranged at a predetermined pitch from one end face of a plurality of magnets similar to the first embodiment.
a, 63a, 64a, and by arranging the plurality of magnetic poles 62a, 63a, 64a along a circle L3 having a predetermined radius, a central magnetic pole row 62 and a circle L3 are formed.
Magnetic pole rows 63, 64 arranged on concentric circles inside and outside
And form. Here, the plurality of magnetic poles 62a, 63a, or 64a in the same circumferential magnetic pole row are arranged at predetermined angular intervals in the circumferential direction that is the predetermined detection direction, and the magnetic poles adjacent in the radial direction of the circle L3 are adjacent to each other. A plurality of magnetic poles 62a, 63a or 64 in the same magnetic pole row have opposite polarities.
“a” has a constant polarity arrangement. That is, the magnetic scale of the present embodiment is a disk-shaped one in which a plurality of magnets are embedded in the scale body so as to have the same polarity at predetermined angular intervals, and is substantially the same as the magnetic scale 10 of the first embodiment. It is made by the procedure. Although the example in which the magnetic pole surface is arranged on the disk is shown here, it goes without saying that the magnetic pole may be exposed on the side surface of the cylinder.

【0032】本実施例では、センサヘッド20を円L3
の接線方向に向けて配置することで、これらの磁極列6
2〜64を支持するエンコーダプレートのセンサヘッド
に対する回転角度、角速度又は角加速度(特定の物理
量)を高精度に検出することができる。 <第5実施例>図10は、請求項1、2、4、6記載の
発明に係る第5実施例の磁気スケールを示す図である。
In this embodiment, the sensor head 20 is connected to a circle L3
The magnetic pole row 6
The rotation angle, angular velocity, or angular acceleration (specific physical quantity) of the encoder plate supporting 2 to 64 with respect to the sensor head can be detected with high accuracy. <Fifth Embodiment> FIG. 10 is a view showing a magnetic scale of a fifth embodiment according to the first, second, fourth and sixth aspects of the present invention.

【0033】同図に示すように、本実施例の磁気スケー
ルでは、4チャンネルに対応する4本の磁気パターン7
1,72,73,74を、直線的に配列された互いに磁
極間ピッチの異なる4組の磁極列71a〜71d、72
a〜72d、73a〜73cおよび74a〜74cによ
って構成している。ここで、磁気パターン71,72の
磁極列71a〜71d、72a〜72dは、第2実施例
の磁極列52〜54とほぼ同様に磁極71b,72bが
磁極71c,72cと逆極性になっている。磁気パター
ン73,74の磁極列73a〜73c、74a〜74c
は、第1実施例の磁極列12〜14とほぼ同様に形成さ
れている。
As shown in the figure, in the magnetic scale of this embodiment, four magnetic patterns 7 corresponding to four channels are provided.
1, 72, 73, and 74 are linearly arranged with four sets of magnetic pole arrays 71a to 71d and 72 having different magnetic pole pitches.
a to 72d, 73a to 73c and 74a to 74c. Here, in the magnetic pole arrays 71a to 71d and 72a to 72d of the magnetic patterns 71 and 72, the magnetic poles 71b and 72b have the opposite polarities to the magnetic poles 71c and 72c, similarly to the magnetic pole arrays 52 to 54 of the second embodiment. . Magnetic pole arrays 73a to 73c and 74a to 74c of magnetic patterns 73 and 74
Are formed almost similarly to the magnetic pole arrays 12 to 14 of the first embodiment.

【0034】この場合、全チャンネルについて所定変位
方向の同一位置で磁界強度検出を行うセンサヘッドが設
けられ、全チャンネルの検出情報から高精度の位置検出
が可能となる。 <第6実施例>図11は、請求項1、2、5、6記載の
発明に係る第6実施例の磁気スケールを示す図である。
In this case, a sensor head for detecting the magnetic field intensity at the same position in the predetermined displacement direction for all the channels is provided, and the position can be detected with high accuracy from the detection information of all the channels. <Sixth Embodiment> FIG. 11 is a view showing a magnetic scale of a sixth embodiment according to the first, second, fifth and sixth aspects of the present invention.

【0035】同図に示すように、本実施例の磁気スケー
ルでは、4チャンネルに対応する4本の磁気パターン8
1,82,83,84を、4つの同心円上に配置された
互いに磁極間ピッチの異なる4組の磁極列81a〜81
d、82a〜82d、83a〜83cおよび84a〜8
4cによって構成している。ここで、磁気パターン8
1,82の磁極列81a〜81d、82a〜82dは、
第5実施例の磁極列71a〜71d、72a〜72dと
ほぼ同様に、磁気パターン83,84の磁極列83a〜
83c、84a〜84cも、第5実施例の磁極列73a
〜73c、74a〜74cとほぼ同様に形成されてい
る。
As shown in the figure, in the magnetic scale of this embodiment, four magnetic patterns 8 corresponding to four channels are provided.
1, 82, 83, and 84 are arranged on four concentric circles and have four sets of magnetic pole arrays 81a to 81 having different magnetic pole pitches.
d, 82a-82d, 83a-83c and 84a-8
4c. Here, the magnetic pattern 8
The magnetic pole arrays 81a to 81d and 82a to 82d
Almost similarly to the magnetic pole arrays 71a to 71d and 72a to 72d of the fifth embodiment, the magnetic pole arrays 83a to 83d of the magnetic patterns 83 and 84 are provided.
83c, 84a to 84c are also the magnetic pole row 73a of the fifth embodiment.
73c and 74a to 74c.

【0036】この場合、全チャンネルについて角度変位
方向の同一位置で磁界強度検出を行うセンサヘッドが設
けられ、全チャンネルの検出情報から高精度の角度位置
検出および変位方向検出が可能になる。なお、上述の実
施例において磁気光学効果素子を用いるセンサヘッド2
0は反射面を有する反射型のものであったが、透過型の
ものであってもよいことはいうまでもない。
In this case, a sensor head for detecting the magnetic field intensity at the same position in the angular displacement direction for all channels is provided, and highly accurate angular position detection and displacement direction detection can be performed from detection information of all channels. The sensor head 2 using the magneto-optical effect element in the above-described embodiment
Although 0 is a reflection type having a reflection surface, it goes without saying that it may be a transmission type.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、所定変位
方向に配列したN極およびS極のうち一方の磁極からな
る中央の磁極列と、前記所定変位方向とほぼ直交する方
向で前記中央の磁極列の両側に配列されたそれぞれN極
およびS極のうち他方の磁極からなる両側の磁極列と、
を設け、両側の磁極列と中央の磁極列との間で前記所定
変位方向と直交する方向に磁化ベクトルを生じさせ、前
記所定変位方向については磁極間を無磁化に近い状態と
するようにしているので、所定変位方向において磁極上
と磁極間とで磁界強度の差を明確にして磁極端部におけ
る磁界強度検出レベルを矩形化することができ、高精度
な位置検出の可能な磁気スケールを提供することができ
る。また、所定変位方向と直交する幅方向で隣り合う磁
極間において、互いに極性の異なる少なくとも3つの磁
極を並列させるので、磁界をループ化して並行する他の
磁極列あるいは外部からの漏洩磁界による悪影響を受け
難くすることができる。
According to the first aspect of the present invention, the center magnetic pole row composed of one of the N pole and the S pole arranged in the predetermined displacement direction, and the center magnetic pole row in the direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction. A magnetic pole row on both sides composed of the other magnetic pole of the north pole and the south pole arranged on both sides of the central magnetic pole row,
Is provided, a magnetization vector is generated between the magnetic pole row on both sides and the central magnetic pole row in a direction orthogonal to the predetermined displacement direction, and the gap between the magnetic poles in the predetermined displacement direction is close to non-magnetized. As a result, the magnetic field strength detection level at the pole tip can be made rectangular by clarifying the difference in magnetic field strength between the magnetic pole and the magnetic pole in the predetermined displacement direction, providing a magnetic scale capable of highly accurate position detection. can do. Further, since at least three magnetic poles having different polarities are arranged in parallel between magnetic poles adjacent in the width direction orthogonal to the predetermined displacement direction, the magnetic field is looped to prevent adverse effects due to another parallel magnetic pole row or a leakage magnetic field from the outside. It can be hard to receive.

【0038】請求項2記載の発明によれば、所定変位方
向に交互にN極およびS極の極性が変化するよう配列さ
れた複数の磁極からなる中央の磁極列と、前記所定変位
方向とほぼ直交する方向で中央の磁極列の一方側に配列
されたN極および中央の磁極列の他方側に配列されたS
極からなる両側の磁極列と、を設けているので、両側の
磁極列および中央の磁極列の各部で、N極からS極に向
かう、前記所定変位方向に対し直交方向の磁化ベクトル
を生じさせ、磁極上で所要磁界強度の得られる領域長さ
を十分に確保することができ、検出精度を高めることが
できる。また、磁界の向きを磁極間で周期的に変化させ
ることで、磁極ピッチが短い場合であっても磁界強度の
サブピークを生じさせることなく所定ピッチの磁気パタ
ーンを形成することができ、しかも、前記両側の磁極列
の磁界の強さを適宜設定することで、各磁極列上の磁界
分布を好適化することができる。
According to the second aspect of the present invention, the central magnetic pole row including a plurality of magnetic poles arranged so that the polarities of the N pole and the S pole alternately change in the predetermined displacement direction, N poles arranged on one side of the center pole row and S poles arranged on the other side of the center pole row in the direction orthogonal to each other.
And a magnetic pole row on both sides consisting of poles, so that a magnetic vector in a direction perpendicular to the predetermined displacement direction from the north pole to the south pole is generated at each part of the magnetic pole row on both sides and the central magnetic pole row. In addition, it is possible to sufficiently secure the length of the region where the required magnetic field strength is obtained on the magnetic pole, and it is possible to enhance the detection accuracy. Further, by periodically changing the direction of the magnetic field between the magnetic poles, it is possible to form a magnetic pattern having a predetermined pitch without causing a subpeak of the magnetic field intensity even when the magnetic pole pitch is short. By appropriately setting the magnetic field strength of the magnetic pole rows on both sides, the magnetic field distribution on each magnetic pole row can be optimized.

【0039】また、前記磁界発生手段を、請求項3に記
載のように、中央の磁極列および両側の磁極列のうち少
なくとも中央の磁極列を形成する磁石と、該磁石と共に
中央の磁極列および両側の磁極列を通る所定の磁路を形
成する磁性材料とから構成することによって、その磁気
特性を向上させることができ、より精度の高い磁気スケ
ールにできる。さらに、請求項4,5に記載のように、
中央の磁極列を所定の直線又は円に沿って配置すること
で、直線変位又は角度変位の何れを検出する場合にも、
簡単な磁極配置のみで高精度な磁気スケールを得ること
ができる。さらに、中央側の磁極列および両側の磁極列
を、請求項6に記載のように、それぞれ前記所定変位方
向と直交する方向に並列するよう複数列配置すること
で、マルチチャンネルの検出が可能なより測長範囲の大
きい磁気スケールを得ることができる。
The magnetic field generating means may include a magnet forming at least a central magnetic pole row of the central magnetic pole row and the magnetic pole rows on both sides, and a central magnetic pole row together with the magnet. By using a magnetic material that forms a predetermined magnetic path passing through the magnetic pole rows on both sides, its magnetic characteristics can be improved, and a more accurate magnetic scale can be obtained. Further, as described in claims 4 and 5,
By arranging the central magnetic pole row along a predetermined straight line or circle, regardless of whether linear displacement or angular displacement is detected,
A highly accurate magnetic scale can be obtained only with a simple magnetic pole arrangement. Furthermore, multi-channel detection is possible by arranging a plurality of central pole rows and magnetic pole rows on both sides in parallel in a direction orthogonal to the predetermined displacement direction as described in claim 6. A magnetic scale having a larger length measurement range can be obtained.

【0040】請求項7記載の発明によれば、磁気スケー
ルの磁極表出面側に偏光回転手段を設け、該偏光回転手
段に送った光信号の偏光方向を前記磁極により形成され
る所定方向の磁界の強度に応じて回転させるとともに、
偏光制御手段を光信号の経路に介在させて磁界強度に応
じた光強度信号を生成し、これを電気信号に変換し信号
処理するようにしているので、過酷な環境下でも高精度
な位置検出のできる分解能に優れた光磁気変調方式の磁
気式検出装置を提供することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, a polarization rotating means is provided on the side of the magnetic scale on which the magnetic pole is exposed, and the polarization direction of the optical signal sent to the polarization rotating means is changed by a magnetic field in a predetermined direction formed by the magnetic pole. Rotate according to the strength of the
The polarization control means is interposed in the path of the optical signal to generate a light intensity signal corresponding to the magnetic field intensity, which is converted into an electric signal for signal processing, so that high-precision position detection can be performed even in harsh environments. Thus, it is possible to provide a magneto-optical modulation type magnetic detection device having an excellent resolution.

【0041】また、請求項9記載の発明によれば、磁気
スケールと、前記中央の磁極列に対向するよう所定位置
に設けられ、該中央の磁極により形成される磁界の強度
に応じて電気的変化を生じる磁気電気変換素子を含む磁
界強度検出手段と、該磁界強度検出手段からの電気信号
を処理して該信号に応じた特定の物理量を求める電気信
号処理手段と、を備えているので、構成の簡素な磁気式
検出装置を得ることができる。特に、所定検出方向で互
いに近接し同一面側に表出するN極およびS極の磁極を
所定変位方向に配列し、該方向で隣合う磁極間に下向き
の磁化が生じないようすることで、磁気抵抗効果素子や
ホール効果素子等の磁気電気変換素子からなる磁界強度
検出素子を容易に使用することができ、磁気スケールと
磁界強度検出素子との間隔を狭めることもできる。その
結果、検出装置の分解能およびS/N比を向上させるこ
とができる。さらに請求項10に記載のように、前記電
気信号処理手段が、前記磁気スケールと前記磁気電気変
換素子との相対的な変位、速度および加速度のうち少な
くとも1つを求めるものである。また、請求項8、10
に記載のように、磁気スケールと前記偏光回転手段との
相対的な変位(固定側を基準とする位置を含む)、速度
および加速度のうち少なくとも1つを精度良く求めるこ
とができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the magnetic scale is provided at a predetermined position so as to face the central magnetic pole row, and is electrically connected in accordance with the strength of the magnetic field formed by the central magnetic pole. A magnetic field strength detecting means including a magneto-electric conversion element causing a change, and an electric signal processing means for processing an electric signal from the magnetic field strength detecting means to obtain a specific physical quantity according to the signal, A magnetic detection device having a simple configuration can be obtained. In particular, by arranging N-pole and S-pole magnetic poles that are close to each other in the predetermined detection direction and are exposed on the same surface side in a predetermined displacement direction, so that downward magnetization is not generated between magnetic poles adjacent in the direction. It is possible to easily use a magnetic field strength detecting element composed of a magneto-electric transducer such as a magnetoresistive effect element or a Hall effect element, and it is also possible to reduce the distance between the magnetic scale and the magnetic field strength detecting element. As a result, the resolution and S / N ratio of the detection device can be improved. According to a tenth aspect of the present invention, the electric signal processing means determines at least one of a relative displacement, a velocity, and an acceleration between the magnetic scale and the magneto-electric transducer. Claims 8 and 10
As described in above, at least one of the relative displacement (including the position with respect to the fixed side), the velocity, and the acceleration between the magnetic scale and the polarization rotating means can be obtained with high accuracy.

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

【図1】本発明の第1実施例の概略構成を示す図で、
(a)はその磁気スケールの磁極配置を示す平面図、
(b)はそのセンサヘッドを含む平面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention;
(A) is a plan view showing the magnetic pole arrangement of the magnetic scale,
(B) is a plan view including the sensor head.

【図2】その磁界発生手段の2つの態様を示す横断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing two modes of the magnetic field generating means.

【図3】第1実施例の磁気式位置検出装置の全体構成を
示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of the magnetic position detecting device of the first embodiment.

【図4】図3に示した信号処理回路の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a signal processing circuit illustrated in FIG. 3;

【図5】第1実施例における磁極端部付近の磁界強度分
布を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a magnetic field intensity distribution near a magnetic pole tip in the first embodiment.

【図6】第1実施例のセンサヘッドの2つの態様を示す
図である。
FIG. 6 is a view showing two aspects of the sensor head of the first embodiment.

【図7】本発明の第2実施例の概略構成を示す図で、
(a)はその磁気スケールの磁極配置を示す平面図、
(b)はそのセンサヘッドを含む平面図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention;
(A) is a plan view showing the magnetic pole arrangement of the magnetic scale,
(B) is a plan view including the sensor head.

【図8】本発明の係る第3実施例を示すその磁気スケー
ルの磁極配置図である。
FIG. 8 is a view showing a magnetic pole arrangement of a magnetic scale according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の係る第4実施例を示すその磁気スケー
ルの磁極配置図である。
FIG. 9 is a view showing a magnetic pole arrangement of a magnetic scale according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の係る第5実施例を示すその磁気スケ
ールの複数列の磁極の配置図である。
FIG. 10 is an arrangement view of a plurality of rows of magnetic poles of the magnetic scale showing a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の係る第実6施例を示すその磁気スケ
ールの複数列の磁極の配置図である。
FIG. 11 is a layout view of a plurality of rows of magnetic poles of the magnetic scale showing a sixth practical example according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10;50 磁気スケール 11;51 スケール本体 11a;51a スケール面(磁極表出面) 11b,19 磁性材料 12;52;62;71b,71c,72b,72c,
73b,74b;81b,81c,82b,82c,8
3b,84b 中央の磁極 12a,13a,14a;52a,52b 磁極 13,14;53,54;63,64;71a,71
d,72a72d,73a,73c,74a,74c;
81a,81d,82a82d,83a,83c,84
a,84c 両側の磁極列 15〜17,18 磁石(磁界発生手段) 20 センサヘッド(磁界検出手段) 22 光導波路(光導波路形成素子) 23 偏光子(偏光制御手段) 25 磁気光学効果素子(偏光回転手段) 32 信号処理回路(電気信号処理手段) 42 レーザダイオード(光射出手段) 43 フォトダイオード(光電気変換手段)
10; 50 Magnetic scale 11; 51 Scale main body 11a; 51a Scale surface (magnetic pole exposed surface) 11b, 19 Magnetic material 12; 52; 62; 71b, 71c, 72b, 72c,
73b, 74b; 81b, 81c, 82b, 82c, 8
3b, 84b Central magnetic poles 12a, 13a, 14a; 52a, 52b Magnetic poles 13, 14, 53, 54; 63, 64; 71a, 71
d, 72a 72d, 73a, 73c, 74a, 74c;
81a, 81d, 82a, 82d, 83a, 83c, 84
a, 84c Magnetic pole arrays on both sides 15-17, 18 Magnet (magnetic field generating means) 20 Sensor head (magnetic field detecting means) 22 Optical waveguide (optical waveguide forming element) 23 Polarizer (polarization controlling means) 25 Magneto-optical effect element (polarized light) Rotating means) 32 signal processing circuit (electric signal processing means) 42 laser diode (light emitting means) 43 photodiode (photoelectric conversion means)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の磁極を有し該磁極により所定変位方
向で磁界強度の規則的に異なる磁界を発生する磁界発生
手段を備えた磁気スケールにおいて、 前記磁界発生手段が、前記所定変位方向に配列したN極
およびS極のうち一方の磁極からなる中央の磁極列と、
前記所定変位方向とほぼ直交する方向で前記中央の磁極
列の両側に配列されたそれぞれN極およびS極のうち他
方の磁極からなる両側の磁極列と、を有することを特徴
とする磁気スケール。
1. A magnetic scale comprising a plurality of magnetic poles and a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a magnetic field intensity that is regularly different in a predetermined displacement direction by the magnetic poles, wherein the magnetic field generating means is arranged in the predetermined displacement direction. A central magnetic pole row composed of one of the arranged N and S poles,
A magnetic scale, comprising: a magnetic pole row on both sides formed of the other magnetic pole of the N pole and the S pole arranged on both sides of the central magnetic pole row in a direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction.
【請求項2】複数の磁極を有し該磁極により所定変位方
向で磁界強度が規則的に異なる磁界を発生する磁界発生
手段を備えた磁気スケールにおいて、 前記磁界発生手段が、前記所定変位方向に交互にN極お
よびS極の極性が変化するよう配列された複数の磁極か
らなる中央の磁極列と、前記所定変位方向とほぼ直交す
る方向で前記中央の磁極列の一方側に配列されたN極お
よび前記中央の磁極列の他方側に配列されたS極からな
る両側の磁極列と、を有することを特徴とする磁気スケ
ール。
2. A magnetic scale comprising: a plurality of magnetic poles; and a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a magnetic field intensity that is regularly different in a predetermined displacement direction by the magnetic poles. A central magnetic pole row composed of a plurality of magnetic poles arranged so that the polarities of the N pole and the S pole alternately change, and N magnetic poles arranged on one side of the central magnetic pole row in a direction substantially orthogonal to the predetermined displacement direction. And a magnetic pole row on both sides comprising an S pole arranged on the other side of the central magnetic pole row.
【請求項3】前記磁界発生手段が、前記中央の磁極列お
よび前記両側の磁極列のうち少なくとも中央の磁極列を
形成する磁石と、該磁石と共に前記中央の磁極列および
前記両側の磁極列を通る所定の磁路を形成する磁性材料
と、を有することを特徴とする請求項1又は2記載の磁
気スケール。
3. The magnetic field generating means includes: a magnet forming at least a central magnetic pole row of the central magnetic pole row and the magnetic pole rows on both sides; and a central magnetic pole row and the magnetic pole rows on both sides together with the magnet. The magnetic scale according to claim 1, further comprising: a magnetic material that forms a predetermined magnetic path that passes therethrough.
【請求項4】前記中央の磁極列が、所定の直線に沿って
配置された複数の磁極を有することを特徴とする請求項
1、2又は3に記載の磁気スケール。
4. The magnetic scale according to claim 1, wherein said central magnetic pole row has a plurality of magnetic poles arranged along a predetermined straight line.
【請求項5】前記中央の磁極列が、所定半径の円に沿っ
て配置された複数の磁極を有することを特徴とする請求
項1、2又は3に記載の磁気スケール。
5. The magnetic scale according to claim 1, wherein the central magnetic pole row has a plurality of magnetic poles arranged along a circle having a predetermined radius.
【請求項6】前記中央側の磁極列および前記両側の磁極
列が、それぞれ前記所定変位方向と直交する方向に並列
するよう複数列配置されたことを特徴とする請求項1〜
5の何れかに記載の磁気スケール。
6. The magnetic pole row on the center side and the magnetic pole rows on both sides are arranged in a plurality of rows so as to be parallel to each other in a direction orthogonal to the predetermined displacement direction.
5. The magnetic scale according to any one of 5.
【請求項7】請求項1〜6の何れかに記載の磁気スケー
ルと、 光信号を出力する光出射手段と、 前記中央の磁極列に対向するよう所定位置に設けられ、
該中央の磁極により形成される磁界の強度に応じて前記
光信号の偏光方向を回転させる偏光回転手段と、 特定偏光方向の偏光のみを透過させる偏光制御手段と、 偏光制御手段透過後の光信号を電気信号に変換する光電
気変換手段と、 光電変換手段からの電気信号を処理して該信号に応じた
特定の物理量を求める電気信号処理手段と、を備えたこ
とを特徴とする磁気式検出装置。
7. A magnetic scale according to claim 1; a light emitting means for outputting an optical signal; and a light emitting means provided at a predetermined position so as to face the central magnetic pole row.
Polarization rotating means for rotating the polarization direction of the optical signal according to the strength of the magnetic field formed by the central magnetic pole, polarization control means for transmitting only polarized light in a specific polarization direction, and an optical signal after passing through the polarization control means Magnetic detection, comprising: photoelectric conversion means for converting the electric signal into an electric signal; and electric signal processing means for processing the electric signal from the photoelectric conversion means to obtain a specific physical quantity according to the signal. apparatus.
【請求項8】前記電気信号処理手段が、前記光電変換手
段からの電気信号に基づいて、前記磁気スケールと前記
偏光回転手段との相対的な変位、速度および加速度のう
ち少なくとも1つを求めることを特徴とする請求項7記
載の磁気式検出装置。
8. The electric signal processing means for determining at least one of relative displacement, velocity and acceleration between the magnetic scale and the polarization rotating means based on an electric signal from the photoelectric conversion means. The magnetic detection device according to claim 7, wherein:
【請求項9】請求項1〜6の何れかに記載の磁気スケー
ルと、 前記中央の磁極列に対向するよう所定位置に設けられ、
該中央の磁極により形成される磁界の強度に応じて電気
的変化を生じる磁気電気変換素子を含む磁界強度検出手
段と、 該磁界強度検出手段からの電気信号を処理して該信号に
応じた特定の物理量を求める電気信号処理手段と、を備
えたことを特徴とする磁気式検出装置。
9. A magnetic scale according to claim 1, wherein said magnetic scale is provided at a predetermined position so as to face said central magnetic pole row,
A magnetic field intensity detecting means including a magneto-electric conversion element that generates an electric change according to the intensity of a magnetic field formed by the central magnetic pole; and an electric signal from the magnetic field intensity detecting means is processed to specify the signal in accordance with the signal. And an electric signal processing means for obtaining a physical quantity of the magnetic field.
【請求項10】前記電気信号処理手段が、前記磁気スケ
ールと前記磁気電気変換素子との相対的な変位、速度お
よび加速度のうち少なくとも1つを求めることを特徴と
する請求項9記載の磁気式検出装置。
10. The magnetic system according to claim 9, wherein said electric signal processing means obtains at least one of a relative displacement, a velocity, and an acceleration between said magnetic scale and said magneto-electric transducer. Detection device.
【請求項11】前記偏光回転手段が、前記光信号の光の
進行方向とほぼ直交する方向の磁界成分を感知して該光
の偏光方向を変化させる磁気光学効果素子からなること
を特徴とする請求項7又は8記載の磁気式検出装置。
11. The apparatus according to claim 11, wherein said polarization rotating means comprises a magneto-optical effect element for sensing a magnetic field component in a direction substantially orthogonal to the traveling direction of the light of the optical signal and changing the polarization direction of the light. A magnetic detection device according to claim 7.
【請求項12】前記偏光回転手段が、前記光信号の光の
進行方向とほぼ平行な方向の磁界成分を感知して該光の
偏光方向を変化させる磁気光学効果素子からなることを
特徴とする請求項7又は8記載の磁気式検出装置。
12. The apparatus according to claim 1, wherein said polarization rotating means comprises a magneto-optical effect element for sensing a magnetic field component in a direction substantially parallel to the traveling direction of the light of the optical signal and changing the polarization direction of the light. A magnetic detection device according to claim 7.
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