KR920008235B1 - 엔코더용 자기 저항 센서 - Google Patents

엔코더용 자기 저항 센서 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

엔코더용 자기 저항 센서
제1도는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 일실시예의 요부 발췌도.
제1b도는 제1a도의 라인 1B-1B를 따라 취한 단면도.
제1c도는 제1b도에서의 보인 구조에 대한 요부 확대도.
제2a도는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 또 다른 요부 발췌도.
제2b도는 제2a도에서의 라인 ⅡB-ⅡB를 따라 취한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 자기 저항 센서에 의하여 검출이 수행될 때 출력 신호 파동을 보인 그래프.
제4도는 종래의 자기 저항 센서에 의하여 수행되는 출력 신호 파동을 보인 그래프.
제5a도는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 또 다른 실시예의 요부 발췌도.
제5b도는 제5a도의 라인 ⅤB-ⅤB를 따라 취한 단면도.
제5c도는 제5a도에서 보인 구조의 확대도.
제6도는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 또 다른 실시예의 발췌도이다.
본 발명은 엔코더용 자기 저항 센서에 관한 것이며, 특히 상대 변위 동안에 자기 기록매체에 위하여 발생되는 자계 강도의 변화에 따라 각각의 고유 저항이 변화하는 두개의 자기 저항 소자들에 의해 자기 기록 매체의 상대 변위를 검출하는 자기 저항 센서의 기능 개선에 관한 것이다.
일반적으로, 로터리 엔코더는 상대 변위를 위해 자기 기록 매체와 면하도록 배열된 디스크형 자기 기록 매체 및 자기 저항 센서를 포함한다.
파장 λ의 사인파 신호는 자화된 패턴을 형성하기 위하여 자기 기록 매체의 주변을 따라 자화되어진다. 자기 저항 센서는 유리기판과 진공 증기를 통하여 유리기판상에 형성된 두 가지 저항 소자를 포함한다. 각 자기 저항 소자는 자계내에 위치될 경우 자계 강도의 변화에 따라 고유 저항이 변화하는 물질로 만들어진다. 자기 기록 매체와 자기 저항 센서와의 사인에 존재하는 상대 변위동안, 자기 기록 매체상에서 자화된 패턴은 상대 변위의 크기 및 방향을 검출하는 저항 센서에 의하여 판독된다.
두 자기 저항 소자는 상대 변위 방향으로 나란히 배열되어진다. 그 하나의 자기 저항 소자는 자화된 패턴의 사인파 성분의 방향을 검출하는 데에, 다른 하나의 자기 저항 소자는 자화된 패턴의 코사인파 성분의 방향을 검출하는데 사용된다. 사인파 검출용 자기 저항 소자는 상재 변위 방향으로 나란이 배열 다수의 검출부를 포함하며 인접 검출부는 연결부에 의해 상호 연결된다. 코싸인 검출용 자기 저항 소자는 거의 동일한 구조를 갖는다.
사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자에 의해 발생되는 출력 신호는 λ/4의 위상 지연을 갖는다.
사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자의 종방향 중심간의 거리는 8λ에 상응하는 약 1mm로 설정되어진다. 비록 이 거리가 매우 작을지라도 자기 기록 매체상에 물리적인 뒤틀림이 존재하게 되어 고정확 검출신호의 발생을 저지한다.
그러한 물리적인 뒤틀림이 자기 기록 매체상에 존재할 때 자기 저항 소자로부터의 출력 신호에는 반대 위상에 파동이 포함된다. 그러한 반대 위상 파동이 있을 경우 출력 신호들간의 레벨 갭이 커지게 된다. 이들 출력신호들이 파형 식별 회로를 지나서 디지탈 데이타 처리를 위한 소정의 한계치와의 비교를 통해 H 또는 L레벨 변환될 경우, 이러한 2개의 신호는 폭이 다른 펄스를 갖으므로써 검출 에러를 야기시키게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 물리적인 뒤틀림이 자기 저항기 센서에 의하여 검출되는 자기 기록 매체상에 존재할지라도 자기 저항센서의 자기 저항 소자에 의하여 발생되는 출력 신호들에 포함된 위상 파동을 제거함으로써 검출에러를 최소화하는 데 있다.
본 발명의 기본개념에 의하면, 자기 기록 매체와 면하게 배치된 자기 저항 센서의 싸인파 및 코사인파 검출 소자는 자기기록 매체와 자기 저항 센서간의 상대 변위 방향에서 특정의 공간 지연을 가지고 서로 중첩된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1a도 내지 제1c도에는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 일실시예가 도시되었는 바, 제1c도에 있어서, 각각의 자기 저항소자(A)의 패턴 이외의 부분은 도식의 간략화를 위해 생략하였다.
자기 저항 센서는 붕산 유리와 같이 매우 평탄한 절연체로 만들어진 기판(10)을 포함한다. 사인파 검출용 자기 저항 소자(A)는 진공증발에 의해 기판(10)위에 형성된다. 사인파 검출용 자기 저항 소자(A)는 검출헤드와 자기 기록 매체간의 상대 변위 방법(M)으로 나란히 배열된 검출부(S1-S8)를 포함하는 데 인접 검출부들은 연결부(C1-C8)중 하나의 연결부에 의해 상호 연결된다. 기판(10)과 사인파 검출용 자기 저항 소자(A)는 수백 내지 1000Å의 두께를 갖는 신화실리콘층과 같은 절연층(12)으로 완전히 덮혀진다. 코사인파 검출용 자기 저항 소자(B)는 진공 증발에 의해 절연층(12)위에 형성된다. 코사인파 검출용 자기 저항소자(B)는 상대변위 방향(M)으로 나란히 배열된 검출부(S9-S16)를 포함하는데, 인접검출부들은 연결부(C9-C16)중 하나의 연결부에 의해 상호연결된다.
절연층(12)과 코사인파 검출용 자기 저항 소자(B)는 PSG층(인-규산-유리층)이 도핑된 산화실리콘층과 같은 보호층(14)으로 완전히 덮혀진다. 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자(A,B)는 Ni-Fe합금 및 Ni-Co합금 또는 InSb와 같은 반도체와 같은 강자성물질로 만들어진다.
파장 λ의 사인파 신호가 자기기록매체 상에서 자화된 패턴을 형성하는 데 이용될 경우, 검출부(S1-S4)는 서로로부터 거리(λ)만큼 이격되고, 검출부(S5)는 검출부(S4)로부터 거리 λ/2만큼 이격되며, 검출부(S5-S8)는 서로로부터 거리(λ)만큼 이격되어 있다. 이와 유사하게 검출부(S16-S13)는 서로로부터 λ만큼 이격되고, 검출부(S12)는 검출부(S13)로부터 λ/2만큼 이격되며, 검출부(S12-S9)는 서로에 대해 λ만큼 이격되어 있다. 사인파 검출용 자기 저항 소자(A)의 검출부(S16-S9)로부터 λ/4만큼 각각 이격되어 있다. 이러한 방법으로 사인파 및 코사인파 검출용자가 저항 소자(A,B)는 서로에 대해 절연층(12)만큼 이격되는 동안 상대 변위 방법(M)에서 공간 지연(λ/4)을 가지고서 서로 중첩된다.
본 발명에 따른 자기 저항 센서의 또 다른 일실시예가 제2a도 및 제2b도에 도시되어 있는바, 여기에서, 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자(A,B)는 절연층(12)에 의해 분리 됨이 없이 서로 중첩되어 있다. 다시말하면, 한 자기 저항 소자의 인접 검출부는 교번적인 배열로 다른 자기 저항기 소자의 인접 검출부사이에 공간적으로 위치되어 있다.
특히 검출부(S2)는 검출부(S1)로부터 λ만큼 이격되어 있고, 검출부(S3)는 검출부(S2)로부터 2λ만큼 이격되며, 검출부(S4)는 검출부(S3)로부터 λ만큼 이격되고, 검출부(S5)는 검출부(S4)로부터 3/4λ 만큼 이격되며, 검출부(S6)은 검출부(S5)로부터 λ만큼 이격되고, 검출부(S7)는 검출부(S6)로부터 2λ만큼 이격되며, 검출부(S8)는 검출부(S7)로부터 λ만큼 이격되어 있다.
검출부(S15)는 검출부(S16)로부터 2λ만큼, 검출부(S14)는 검출부(S15)에서 λ만큼, 검출부(S13)는 검출부(S14)에서부터 2λ만큼, 검출부(S12)는 검출부(S13)에서와 λ/2만큼, 검출부(S11)는 검출부(S12)로부터 2λ만큼, 검출부(S10)는 검출부(S11)로부터 λ만큼, 검출부(S9)는 검출부(S10)로부터 2λ만큼 이격되어 있다.
또한 사인파 검출용 자기 저항 소자(A)의 (S1,S3,S5 및 S7)는 자기 저항 소자 B를 검출하는 코사인파 검출용 자기 저항 소자(B)의 검출부(S16,S14,S12 및 S10)로부터 λ/4만큼 각각 떨어져 있다.
이러한 방법에 있어서, 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항기 소자(A 및 B)는 절연층(12)에 의해 분리 없이 상대 변위의 방향 M에서 공간 지연(λ14)을 가지고서 서로 중첩되어 있다.
본 발명에 따른 자기 저항 센서의 동작은 다음과 같다.
연결부(C8)에 연결된 단자(T3)가 접지되고, 전압(+Vcc)이 검출부(S1)에 연결된 단자(T1)와 검출부(S16)에 연결된 단자(T5)와의 사이에 인가되어지면, 제3도에서 도시한 출력신호(Sin OUT 및 Cos OUT)는 연결부(C4)에 연결된 단자(T2)와 연결부(C13)에 연결된 단자(T4)에서 방생되어진다.
사인파 및 코사인파 검출용 저항기 소자(A 및 B)는 상대변위의 방향에서 특정의 공간 지연으로 서로 중첩되어지기 때문에 자화에 사용된 사인파 신호는 자기 기록 매체상에 자화된 패턴의 동일 위치에서 뽑아 낼 수 있고, 자기 기록 매체상에 어느 물리적인 뒤틀림이 존재하더라도 출력신호(Sin OUT 및 Cos OUT)의 파동위상을 제거할 수 있을 것이다.
사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자가 상대 변위의 방향에서 나란히 배열되어 있는 종래의 자기 센서가 동일 사인파 신호를 검출하는데 사용되어질 때, 출력 신호 Sin OUT 및 Cos OUT는 제4도에서 나타난 바와같이 반대 위상 파동을 포함하며, 본 발명의 출현으로 검출 에러가 현저하게 감소된다는 것이 명확하다.
제1a도 내지 1c도에서 도시된 실시예의 경우에 있어서, 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자(A 및 B)는 절연층(12)에 의하여 분리되어진다. 그러나 그러한 절연층의 사용은 코사인파 검출용 자기 저항소자(B)의 출력 특성을 나쁘게 하며, 특히 히스테리시스를 증가시킨다.
제2a도 및 2b도에서 도시된 배열을 사용하면 그러한 문제점을 제거된다. 그러나 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자(A 및 B)사이의 공간 지연은 고정확도로 명시된 값, 즉 λ/4로 정확하게 설정되어야 한다. 공간 지연이 그러한 고정확 셋팅은 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항기 소자(A 및 B)가 진공증발에 의하여 분리되어 형성되기 때문에 마스크 패턴 매칭(matching)의 현재 레벨은 실현 불가능하다.
로더리 엔코우더는 고정확 변위 데이타(디지탈 데이타)를 얻기 위하여 자기 기록 매체상에 자화된 패턴의 자기 영역을 극히 미세한 부분을 전기적으로 나누는 분주 회로를 포함하다. 8비트 변위 데이타를 얻기 위하여 한 자기 영역은 256부분으로 나누어져야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 전기적인 위상각 에러는 0.4%이하이어야 한다. 그러한 작은 값을 얻기 위하여 자기 저항 소자(A와 B)간의 공간 지연 허용도는 0.4%(±0.3μm)이하이어야 한다. 전술한 바와같이, 마스크 패턴 매칭의 현재 레벨은 그러한 작은 허용도를 만족할 수 없다.
본 발명의 다른 실시예는 자기 저항 소자(A와 B)간의 공간지연의 고정확 설정 요구에 충족하기 위하여 제안되어진다.
요약하면, 자기 저항 소자(A 및 B)는 기판(10)상에 직접 형성되어지지만, 그들의 각 교차점에서 자기 저항기 소자의 단면은 기판 상에 형성되어지는 반면에 다른 자기 저항 소자의 해당부위는 도전성 브릿지에 형성되어 진다.
제5a도 내지 제5c도에서 도시된 실시예에서, 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자 A 및 B는 그들의 교차점을 제외하고는 기판(10)상에 직접 형성되어진다. 사인검출용 자기 저항 소자(A)의 검출부(S2)와 코사인파 검출용 자기 저항 소자(B)의 연결부(C16)와의 교차점에서 검출부(S2)는 기판(10)상에 형성되어지지만, 연결부 (C16)의 끝단(J14)은 도전성 브릿지(20)에 의해 검출부(S15)의 끝단(J13)에 연결되어진다.
자기 저항 소자(A 및 B)가 브릿지(20)를 제외하고는 기판(10)상에 직접 위치되어지기 때문에 그들은 진공 증발에 의하여 기판(10)상에 동시에 형성되어질 수 있다. 그리하여 자기 저항 소자(A와 B)간의 공간 지연은 마스크 패턴 매칭의 현재 레벨을 가지더라도 1μm이하의 정확도로 설정할 수 있다.
제6도에 도시된 실시예는 제5a도 내지 5c도에서 도시된 실시예의 변형이다.
이 경우 검출부(S8 내지 S16)의 끝단(J1 내지 J14) 및 코사인파 검출용 자기 저항 소자(B)의 연결부(C10 내지 C16)는 단지 브릿지(20)에 의하여 연결된다.

Claims (5)

  1. 사인파 신호를 기록하는 세장형 자기기록 매체가 제공된 엔코더용 자기 저항기 센서에 있어서, 상대변위를 위해 상기의 자기 기록 매체와 면하도록 배치되고, 상기의 상대 변위시 상기의 자기 기록 매체에 의해 발생된 자계 강도 변화에 따라 각각의 고유 저항을 변화시키는 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항기 소자로 된 검출헤드로 구성시키되, 상기의 한 개의 자기 저항 소자는 기판위에 직접 형성되고, 상기의 다른 자기저항 소자는 절연층에 의해 상기 한개의 자기 저항 소자로부터 분리되고, 상기의 사인파 및 코사인파 검출용 저항기 소자는 상기의 상대운동 방향에서 사인파 신호파장(λ)의 1/4 지연(λ/4)을 가지고서 서로 중첩됨을 특징으로 하는 엔코더용 자기 저항 센서.
  2. 사인파 신호를 기록하는 세장형 자기 기록 매체가 제공된 엔코더용 자기 저항 센서에 있어서, 상대 변위를 위해 상기의 자기기록 매체와 면하도록 배치되고, 상기의 상대 변위시 상기의 자기 기록 매체에 의해 발생된 자계강도 변화에 따라 각각의 고유 저항을 변화시키는 사인파 및 코사인파 검출용 자기 저항기 소자로 된 검출 헤드로 구성시키되, 상기 자기 저항 소자들은 기판위에 직접 형성되고, 상기의 사인파 및 코사인파 검출용 저항 소자는 상기의 상대 운동 방향에서 사인파 신호 파장(λ)의 1/4공간 지연 (λ/4)을 가지고서 서로 중첩됨을 특징으로 하는 엔코더용 자기 저항 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기의 자기 저항 소자들은 상기의 기판 위에 직접적으로 완전히 형성되고, 상기 각각의 자기 저항기 소자는 상기 상대변위 방향에서 나란히 배열되고 연결부에 의해 연결된 다수의 검출부로 구성되며, 한 개의 자기 저항 소자의 인접 검출부들은 다른 자기 저항 소자의 인접 검출부 사이에 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 엔코더용 자기 저항 센서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 자기 저항 소자의 각각의 교차점에서 상기의 한 개의 저항 소자의 대용 검출부는 상기의 기판 위에 직접 형성되고, 다른 자기 저항 소자의 대응 검출부는 전도성 브릿지에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 엔코더용 자기 저항 센서.
  5. 제1항에 있어서, 한 개의 자기 저항기 센서는 상기의 기판 위에 직접적으로 완전히 형성되고, 상기 자기 저항소자의 각각의 교차점에서 상기의 다른 자기 저항 소자의 대응 검출부는 전도성 브릿지에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 엔코더용 자기 저항 센서.
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JP86-247062 1986-10-17

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