WO2013024830A1 - エンコーダ - Google Patents

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WO2013024830A1
WO2013024830A1 PCT/JP2012/070569 JP2012070569W WO2013024830A1 WO 2013024830 A1 WO2013024830 A1 WO 2013024830A1 JP 2012070569 W JP2012070569 W JP 2012070569W WO 2013024830 A1 WO2013024830 A1 WO 2013024830A1
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magnetoresistive effect
relative movement
movement direction
pattern
plan
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PCT/JP2012/070569
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泰行 岡田
泰典 阿部
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日立金属株式会社
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
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    • G—PHYSICS
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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • the present invention relates to an encoder, and more particularly to harmonic suppression.
  • An encoder of the type is known (Patent Document 1).
  • this encoder increases as the pitch ⁇ that changes the magnetization direction is reduced. However, if the pitch ⁇ is reduced, the leakage magnetic field from the surface of the magnetic medium is reduced. If it is not close enough to slide on the medium, it will be difficult to obtain a sufficient output signal.
  • FIG. 15A shows an example of an output signal when the magnetic sensor moves on the magnetic medium.
  • this signal is represented by the order of the component of the included signal, as shown in FIG. 15 (b)
  • an odd-order harmonic signal is included in addition to the originally obtained primary signal (fundamental wave). It is. The higher the order of the harmonic, the smaller the component, but the signal detection accuracy may deteriorate due to this harmonic.
  • the amplitude of the primary signal (fundamental wave) is 100%
  • the amplitude of the third harmonic is 30% of the amplitude of the fundamental wave
  • the amplitude of the fifth harmonic is 10% of the amplitude of the fundamental wave.
  • the second harmonic signal is 5%.
  • Patent Document 2 discloses a position detector that reads position information periodically changing at a fundamental wavelength ⁇ written on a scale with a magnetic sensor, and the magnetic sensor outputs the position information as a predetermined signal.
  • Patent Document 3 an MR element is used as the magnetoresistive effect element, and the pitch of NS of the signal magnetic field is ⁇ , n is an integer, m is an odd number, and the harmonic order is k (n / 2 ⁇ m / (2k))
  • MR elements are arranged at a distance of [lambda] (for example, the configuration of FIG. 14 for the purpose of canceling the seventh harmonic).
  • this Patent Document 3 does not disclose a spin valve type GMR element.
  • the MR element is also called an AMR element.
  • JP 2007-121253 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-185507 Japanese Patent No. 2529960 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-225124)
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an encoder that can make a magnetic medium and a magnetic sensor face each other with a gap and can improve the detection accuracy of the movement amount. .
  • An invention for solving the problems of the above conventional example is an encoder comprising a magnetic medium and a magnetic sensor that faces the magnetic medium with a gap and moves relative to the magnetic medium.
  • the medium is magnetized at a pitch ⁇ m in the relative movement direction
  • the magnetic sensor includes a plurality of magnetoresistive effect elements whose electric resistance values change in accordance with the magnetic field at the place where the medium is provided.
  • a natural number N is used as the first prime number, and a position away from the reference position by ⁇ m / (2 ⁇ P (n)) (where N ⁇ n> 1) on at least one side in the relative movement direction in plan view.
  • P (L) to L (L is a natural number)
  • ⁇ m / (2 ⁇ P (L)) (where 1 ⁇ L ⁇ N) is further shifted from the position shifted to at least one side of the relative movement direction by ⁇ m / And (2 ⁇ P (L + 1)).
  • harmonics included in the output of the magnetic sensor can be reduced, the magnetic medium and the magnetic sensor are opposed to each other with a gap, and the detection accuracy of the movement amount can be improved.
  • An encoder includes a magnetic medium 10 and a magnetic sensor 20 as illustrated in FIG.
  • the magnetic sensor 20 includes a base material 21, a magnetic sensitive element 22, and a wiring part 23 as illustrated in FIG. 2.
  • the magnetosensitive element 22 is arranged on a base material 21 and includes, for example, a plurality of giant magnetoresistive effect (GMR) elements of a spin valve (SV) type.
  • GMR giant magnetoresistive effect
  • SV spin valve
  • SVGMR element spin valve type giant magnetoresistive element.
  • This SVGMR element is an element having a laminated structure of a fixed layer 31, a nonmagnetic intermediate layer 32, and a free layer 33, as shown in FIG.
  • the magnetic medium 10 and the magnetic sensor 20 each have a surface (XZ surface) facing each other with a gap, and relatively move in a predetermined direction (hereinafter referred to as a relative movement direction). By placing the air gap, the magnetic medium and the magnetic sensor become non-contact.
  • the rotary encoder is not limited to the linear encoder.
  • the magnetic medium 10 includes magnetic medium elements 11 arranged in a line.
  • the magnetic medium element 11 is magnetized so that the relative movement direction with respect to the magnetic sensor 20 (hereinafter simply referred to as the movement direction) and the magnetization direction are parallel to each other. That is, the magnetization direction is the magnetization direction.
  • the magnetic media 10 are arranged in a row so that the same poles face each other in adjacent magnetic media elements 11. That is, the magnetic medium elements 11 adjacent to each other are magnetized in the opposite directions to each other and arranged in the moving direction so as to become NS, SN, NS as a whole.
  • the magnetic medium elements 11 magnetized in the opposite directions are alternately arranged in a line at a constant pitch ⁇ m.
  • the pitch ⁇ m is set larger than that of the encoder that moves relative to the magnetic medium 10 and the magnetic sensor 20 while being in contact with each other.
  • the SVGMR element is provided between the fixed layer 31 in which the magnetization direction is fixed, the free layer 33 in which the magnetization direction is changed by an external magnetic field, and the fixed layer 31 and the free layer 33.
  • the nonmagnetic intermediate layer 32 is provided.
  • a protective layer (cap layer) 34 may be provided on the surface side.
  • the fixed layer 31 has a magnetization direction fixed in a predetermined direction. In the present embodiment, it is assumed that the material is magnetized in the relative movement direction (hereinafter referred to as the movement direction) with respect to the magnetic medium 10.
  • the SVGMR element according to an embodiment of the present invention is manufactured using a DC magnetron sputtering apparatus.
  • a DC magnetron sputtering apparatus for example, on a glass substrate as a base material, an underlayer (NiFeCr (3 nm) / NiFe (1 nm)) / antiferromagnetic layer (MnPt (14 nm)) / fixed layer (CoFe (1.8 nm) / Ru (0.9 nm) / CoFe (2.2 nm)) / nonmagnetic intermediate layer (Cu (2.1 nm)) / free layer (CoFe (1 nm) / NiFe (3 nm)) / back layer (Cu (0.6 nm)) ))) / Thin films in the order of protective layer (Ta (3 nm)) (numbers in parentheses indicate film thickness).
  • SVGMR elements for example, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-285805, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-306112, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-112881 can be used. Further, a tunnel junction type spin valve type giant magnetoresistive element using a nonmagnetic insulating layer as the nonmagnetic intermediate layer may be used.
  • the following is performed in order to obtain the magnetic sensor 20.
  • a laminated structure including the fixed layer 31, the nonmagnetic intermediate layer 32, the free layer 33, and the protective layer 34 is formed on the base material 21 as described above, and a desired structure is formed on the laminated film by photolithography.
  • An element-shaped resist mask is created, and ion milling using argon ions or the like is performed to form a pattern constituting the magnetic sensor 20.
  • the wiring part 23 is formed by patterning the same laminated structure as that of the magnetoresistive element. However, the width of the wiring portion 23 is set larger than that of the magnetoresistive effect element so as not to operate as a magnetoresistive effect element.
  • a wiring for forming a bridge circuit by connecting patterns (basic patterns) formed including a plurality of SVGMR elements and wiring portions 23 is formed using a metal thin film such as Cu or Al. .
  • the magnetoresistive effect element, the wiring portion 23, and the wiring connecting the basic patterns may be covered with an insulator.
  • the insulator may be formed using a general insulating material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or silicon oxide (SiO 2 ).
  • An example of the pattern (basic pattern) of the magnetic sensor 20 of the present embodiment has a meander shape as a whole as shown in FIG. Specifically, it includes a detection element pattern including a magnetoresistive effect element 51 extending in a direction orthogonal to the moving direction, and harmonic cancellation patterns 52a, 52b connected in series to the magnetoresistive effect element 51. They are interconnected by the wiring part 23.
  • the harmonic cancellation pattern 52 is also a magnetoresistive element.
  • the magnetoresistive effect element of the harmonic cancellation pattern 52 is also formed in the same manner as the magnetoresistive effect element 51.
  • These detection element patterns and harmonic cancellation patterns function as the position detection unit 50.
  • the AMR element corresponds to a magnetoresistive effect element formed of a single layer film.
  • a laminated GMR element corresponds to a magnetoresistive element in which a nonmagnetic layer and a magnetic layer are alternately and repeatedly laminated many times.
  • the position of one end of the magnetoresistive element 51 in the width direction is set as the detection position C.
  • At least one of the other magnetoresistive elements formed is arranged with a new harmonic cancellation pattern 52 at a position of ⁇ m / (2 ⁇ P (i + 1)) in the relative movement direction.
  • the setting of the arrangement position of each next stage is repeated while incrementing i by 1 until N is set in advance. That is, in the i-th stage, the position of ⁇ m / (2 ⁇ P (i + 1)) (where P (n) is the nth position from the magnetoresistive effect element of the detection element pattern and the harmonic cancellation pattern 52 arranged up to that stage.
  • P (n) is the nth position from the magnetoresistive effect element of the detection element pattern and the harmonic cancellation pattern 52 arranged up to that stage.
  • i 1
  • one harmonic cancellation pattern 52b, c is placed at the position of ⁇ m / 10 from the detection element pattern to the arrangement side and from the third harmonic cancellation pattern to the position of ⁇ m / 10 from the arrangement side. Arrange one by one. These are the fifth harmonic cancellation patterns.
  • harmonic cancellation patterns 52d, e, f, and g are arranged one by one at a total of four positions of each position (two places) of ⁇ m / 14. These are 7th harmonic cancellation patterns.
  • the odd harmonics that are not prime orders have odd divisors smaller than themselves, and are canceled by the effect of the harmonic cancellation pattern corresponding to the divisor orders.
  • the ninth harmonic is canceled out by a third harmonic cancellation pattern corresponding to the third order which is an odd divisor order smaller than nine. Therefore, the ninth-order harmonic cancellation pattern is not necessarily provided in this embodiment (it may be provided intentionally).
  • the example up to the seventh order pattern is used. However, higher order harmonic cancellation patterns may be arranged.
  • the harmonic cancellation pattern 52 arranged by this method and the detection element pattern are connected in a meandering manner to form the pattern of the magnetic sensor 20.
  • the magnetic sensor 20 in the present embodiment has at least one basic pattern determined in this way.
  • the detection element pattern and each harmonic cancellation pattern included in the basic pattern are not limited to one each, but may be a set of m magnetoresistive effect elements.
  • the position detection unit 50 illustrated in FIG. 3 or FIG. 5 is used as a basic pattern, and this basic pattern is separated by an interval of (L + 1/2) ⁇ m (where L is 0 or a positive integer).
  • a plurality of patterns arranged in series may be formed.
  • FIG. 6A an example of a detection circuit using a basic pattern which is a repeating unit illustrated in FIG. 3 is shown. Note that this basic pattern may be replaced with the one illustrated in FIG. 3 and other patterns such as those illustrated in FIGS. 12 and 14 may be used.
  • 60a and 60b are arranged along the moving direction with an interval of ⁇ m / 2.
  • the terminal T11 on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60a is connected to the power supply (Vcc), and the terminal on the other side (right side of the drawing) is the terminal T21 on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60b.
  • the terminal T12 on the other side (right side of the drawing) of the basic pattern 60b is connected to the ground (GND).
  • the terminal T21 is the middle point of the pattern. Each terminal corresponds to a pad.
  • 60c and d are arranged.
  • the basic pattern 60c corresponds to a pattern obtained by vertically inverting the basic pattern 60a, and the portions other than the wiring portion are the same as the basic pattern 60a. That is, the pitch of the element arrangement in the detection element pattern and the harmonic cancellation pattern is the same in the basic patterns 60a and 60c.
  • the basic pattern and the terminals are connected by wiring (any one of L11, L12, L21, and L22).
  • These basic patterns 60c and 60d are also separated by ⁇ m / 2.
  • the terminal T11 on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60d is connected to the power source (Vcc), and the terminal on the other side (right side of the drawing) is the terminal on one side (left side of the drawing) of the basic pattern 60c.
  • the terminal T21 on the other side (right side of the drawing) of the basic pattern 60c is connected to the ground (GND).
  • the terminal T22 is the middle point of the pattern. Therefore, this circuit forms a bridge circuit shown in FIG. 6B as a whole.
  • the interval between the magnetoresistive elements is determined by the exposure apparatus used for forming the magnetoresistive elements and the resolution of the photoresist. From this point of view, may substantially spacing between magnetoresistive element is 0.5 [mu] m at a minimum. Furthermore, if the line width of the magnetoresistive effect element becomes narrow, there is a concern that the element may be destroyed by static electricity. On the other hand, if the line width is too large, the spatial resolution of the sensor output decreases, so the range of 1 to 20 ⁇ m is practically used. desirable.
  • the surface (plane: XZ plane in FIG. 1) facing the magnetic medium 10 of the magnetic sensor 20 may be multilayered (in the Y-axis direction in FIG. 1). At this time, if it is impossible or difficult to form magnetoresistive elements for reducing higher harmonics in the same layer, they are formed in at least adjacent layers.
  • magnetoresistive elements for reducing the same-order harmonics are formed in the same layer if possible.
  • the detection element pattern and the third and fifth harmonic cancellation patterns are arranged in the first layer, and the seventh harmonic cancellation pattern is arranged in the second layer.
  • the example which has arranged the magnetoresistive effect element which concerns on is shown.
  • the film thickness of each layer is not necessarily the same, the range in which the distribution of the magnetic field from the magnetic medium 10 to the magnetoresistive effect element included in each layer can be regarded as equivalent, specifically, the film thickness is less than 800 nm. The degree is preferred. The lower limit is, for example, 80 nm in terms of a thickness that does not cause electrostatic breakdown when the distance between the first layer magnetoresistive element and the second layer magnetoresistive element in plan view is shorter than a predetermined range. Is preferably exceeded.
  • the film thickness refers to the distance from the surface of the magnetoresistive effect element formed in the i-th layer to the bottom surface of the i + 1-th layer.
  • the detection element pattern and the third and fifth harmonic cancellation patterns are provided in the first layer, the seventh harmonic cancellation pattern is provided in the second layer, and the third and fourth layers. Eleventh-order harmonic cancellation patterns are arranged in the eyes.
  • the magnetoresistive effect elements are connected in a meandering manner by wiring through through-holes or the like that straddle between layers so that the magnetoresistive effect elements are in series in order from the detection element pattern.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a harmonic generation rate (a harmonic component ratio included in an output signal).
  • the horizontal axis in FIG. 9 represents the harmonic order.
  • FIG. 9A shows an example in which only the detection element pattern is arranged.
  • FIG. 9B shows an example in which a harmonic cancellation pattern for canceling the third harmonic is provided for the detection element pattern. As shown in FIG. 9 (b), components of multiples of 3 out of odd harmonics are reduced.
  • FIG. 9C shows an example in which a harmonic cancellation pattern for canceling the third harmonic and the fifth harmonic is further provided.
  • the seventh-order harmonic is somewhat reduced even though the pattern corresponding to the seventh-order is not provided.
  • FIG. 9D shows an example in which a harmonic cancellation pattern for canceling the third, fifth, seventh and eleventh harmonics is further provided. In this example, most harmonic components up to the 19th order are less than 3%.
  • the following configuration is used instead of the multilayer structure as described above.
  • the arrangement method of the magnetoresistive effect element may be changed.
  • a pattern (suppression pattern) for reducing harmonic components is provided in addition to or in place of providing a pattern (cancellation pattern) for reducing harmonics of a specific order. It is a thing.
  • a magnetoresistive effect element is disposed at a detection element pattern and a position of ⁇ m / 6 on the arrangement side in the relative movement direction from the detection position C in the detection element pattern.
  • Magnetoresistive elements are arranged at a position of ⁇ m / 10 and a position of ⁇ m / 6 + ⁇ m / 10 on the arrangement side in the relative movement direction from the detection position C in the element pattern. Further, the magnetoresistive elements are respectively arranged at positions shifted from each of the four magnetoresistive elements by ⁇ m / (2 ⁇ x), where 5 ⁇ x ⁇ 19, in the relative movement direction. .
  • FIG. 10 shows how much the 7th-order, 11th-order, 13th-order, 17th-order, and 19th-order harmonics are included in the output signal by the magnetic sensor 20 thus obtained (the harmonic generation rate of the fundamental wave).
  • the horizontal axis represents x and the vertical axis represents the harmonic generation rate.
  • the 7th harmonic is about 2%, but it can be read that the 11th harmonic is about 9%.
  • the seventh harmonic is reduced, but it is understood that the eleventh harmonic is included by about 7%.
  • the value of x that can be reduced by a desired ratio is obtained from the occurrence rate of each harmonic that has been experimentally investigated in this way, and the detection element pattern and the harmonic cancellation pattern are obtained.
  • the magnetoresistive effect elements are arranged at positions shifted by ⁇ m / (2 ⁇ x) from the magnetoresistive effect elements functioning as ⁇ m / (2 ⁇ x) on the arrangement side in the relative movement direction.
  • an example of the pattern (basic pattern) of the magnetic sensor 20 has a meander shape as a whole as shown in FIG. Specifically, a detection element pattern including a magnetoresistive effect element 51 extending in a direction orthogonal to the moving direction, and harmonic cancellation patterns 52a, b... And suppression patterns 53a, b connected in series to the magnetoresistive effect element 51. ... And so on.
  • the harmonic cancellation pattern (both on the arrangement side in the relative movement direction) is for canceling the third harmonic (a harmonic cancellation pattern 52a at a position of ⁇ m / 6 from the detection position C), Harmonic cancellation patterns 52b and c arranged at ⁇ m / 10 from the detection position C and ⁇ m / 10 from the harmonic cancellation patterns 52a to ⁇ m / 10 in order to cancel the fifth harmonic, and further, the detection position C and the harmonic cancellation pattern 52a, b, c includes four magnetoresistive elements as suppression patterns 53a, b, c, d arranged at positions where the ninth harmonic should be canceled out.
  • FIG. 13 and FIG. 14 for an example in which a harmonic cancellation pattern that cancels the third, fifth, and seventh harmonics is provided and a suppression pattern that suppresses them is arranged for higher harmonics.
  • a magnetoresistive effect element is arranged at a position of ⁇ m / 6 on the arrangement side in the relative movement direction from the detection position C in the detection element pattern, and in the detection element pattern.
  • / 14 is provided with a magnetoresistive effect element, and ⁇ m / (2 ⁇ x) from each of the eight magnetoresistive effect elements to the arrangement side in the relative movement direction, where 7 ⁇ x ⁇ 19
  • the magnetoresistive effect elements are arranged at positions shifted by an integer of.
  • FIG. 13 shows an example in which the generation rate of the 11th and higher harmonics is examined while changing this x.
  • the value of x may be a non-integer.
  • FIG. 14 as an example of a basic pattern, as the magnetic sensor 20, a detection element pattern, (1) a position of ⁇ m / 6 on the arrangement side in the relative movement direction from the detection position C in the detection element pattern; (2) Each position of ⁇ m / 10, ⁇ m / 14, each position of ⁇ m / 6 + ⁇ m / 10, ⁇ m / 6 + ⁇ m / 14, and ⁇ m / 10 + ⁇ m on the arrangement side in the relative movement direction from the detection position C in the detection element pattern / 14, ⁇ m / 6 + ⁇ m / 10 + ⁇ m / 14, (3) ⁇ m / 23.6, ⁇ m / 6 + ⁇ m / 23.6, ⁇ m / 10 + ⁇ m / 23.6, ⁇ m / 14 + ⁇
  • the magnetoresistive effect element is assumed to be a spin valve type, but the present embodiment is not limited to this, and may be an AMR element or a laminated GMR element. In these cases, the positions described in the embodiments are multiplied by 2 in consideration of the relationship between ⁇ m and ⁇ s.
  • the encoder of this embodiment is an encoder comprising a magnetic medium and a magnetic sensor that faces the magnetic medium with a gap and moves relative to the magnetic medium,
  • the magnetic medium is magnetized at a pitch ⁇ m in the relative movement direction
  • the magnetic sensor includes a plurality of magnetoresistive effect elements whose electrical resistance values change according to the magnetic field of the place where they are arranged, With the position where the magnetoresistive effect element is disposed as a reference position, in addition to the magnetoresistive effect element at this reference position, the magnetoresistive effect element as a harmonic reduction pattern is the nth (n is a natural number) P (n) As a prime number of A position using a natural number N where N> 3 and a distance from the reference position by ⁇ m / (2 ⁇ P (n)) (where N ⁇ n> 1) on at least one side in the relative movement direction in plan view.
  • P (L) is an Lth (L is a natural number) prime number and ⁇ m / (2 ⁇ P (L)) (where 1 ⁇ L ⁇ ) on at least one side of the relative movement direction in plan view from the reference position. N)
  • a position further shifted by ⁇ m / (2 ⁇ P (L + 1)) from the position shifted by are arranged respectively.
  • a position away from the reference position by ⁇ m / (2 ⁇ P (2)) ⁇ m / 6 in plan view on the one side
  • ⁇ m / (2 ⁇ P (3)) ⁇ m / 10.
  • An encoder is an encoder including a magnetic medium, and a magnetic sensor that faces the magnetic medium with a gap and moves relative to the magnetic medium.
  • the magnetic medium is magnetized at a pitch ⁇ m in the relative movement direction
  • the magnetic sensor includes a plurality of magnetoresistive effect elements whose electrical resistance values change according to the magnetic field of the place where they are arranged, With the position where the magnetoresistive effect element is disposed as a reference position, in addition to the magnetoresistive effect element at this reference position, the magnetoresistive effect element as a harmonic reduction pattern is the nth (n is a natural number) P (n) As a prime number of Using a natural number N where N> 2, and in plan view from the reference position, a position separated by ⁇ m / (2 ⁇ P (n)) (where N ⁇ n> 1) on at least one side in the relative movement direction , P (L) is an Lth (L is a natural number) prime number and ⁇ m / (2 ⁇ P (L)) (where 1 ⁇ L ⁇ ) on at least one side of the relative movement direction in plan view from the reference position.

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Abstract

【課題】磁気媒体との間に空隙をおきつつ、移動量の検出精度を向上できるエンコーダを提供する。 【解決手段】磁気媒体は、前記相対移動方向に予め定めたピッチλmで着磁され、磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ番目の素数として、Ｎ＞３である自然数Ｎを用い、基準位置から、相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、λm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置からさらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、にそれぞれ配される

Description

エンコーダ
　本発明は、エンコーダに係り、特に高調波の抑制に関する。
　Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶよう配した磁気媒体を用い、この磁気媒体に対して相対移動する磁気センサにより磁気媒体からの漏洩磁場の変化を検出することで、移動量を検出する磁気式のエンコーダが知られている（特許文献１）。
　このエンコーダの検出精度は、着磁方向を異ならせるピッチλを小さくするほど高くなるが、ピッチλを小さくすると磁気媒体表面からの漏洩磁界が小さくなるため、磁気センサが磁気媒体に接して、磁気媒体上を摺動するまでに近接させなければ、十分な出力信号を得ることが難しくなる。
　磁気媒体上を磁気センサが移動した際の出力信号の例を図１５（ａ）に示す。この信号を、含まれる信号の成分の次数で表すと、図１５（ｂ）に示すように、本来求められている１次信号（基本波）のほかに、奇数次の高調波の信号が含まれている。高調波は次数が高くなるほどその成分は小さくなるが、この高調波のために信号の検出精度が劣化する場合がある。ある例では１次の信号（基本波）の振幅を１００％とすると、３次高調波の振幅は基本波の振幅の３０％、５次高調波の振幅は基本波の振幅の１０％、７次高調波の信号は同じく５％といったようになる。
　従来から、このような高調波をキャンセルするために、図１６に示すように、感磁素子である第１磁気抵抗効果素子から所定距離（ｎ次高調波の場合にλ／（２ｎ）、但しλは磁気媒体の着磁ピッチ）だけ離れた位置に、高調波を打ち消すための高調波打ち消しパターンを設けることが行われている。具体的に特許文献２には、スケールに書き込まれた基本波長λで周期変化する位置情報を、磁気センサにて読み取る位置検出器であって、磁気センサが、位置情報を所定の信号にて出力する第１、第２および第３磁気抵抗効果素子を含み、第２および第３磁気抵抗効果素子が、第１磁気抵抗効果素子両側に間隔δをもって配置され直列接続されている例が開示されている。この例では、第１磁気抵抗効果素子と前記第２および第３磁気抵抗効果素子の出力の比がｒであるときに、ｒ＋２cos（２ｎπδ／λ）＝０（ｎは３以上の奇数）の条件を満たすことにより、ｎ次高調波が除去される、として、各磁気抵抗効果素子の出力比ｒを調整している。
　なお特許文献３には、磁気抵抗効果素子としてＭＲ素子を用い、信号磁界のＮＳのピッチをλとし、ｎを整数、ｍを奇数、高調波の次数をｋとして、（ｎ／２±ｍ／（２ｋ））×λの間隔位置を離してＭＲ素子を配する例が開示されている（例えば７次高調波のキャンセルを目的とした図１４の構成）。しかしこの特許文献３ではスピンバルブ型ＧＭＲ素子については開示をしていない。なお、ＭＲ素子はＡＭＲ素子とも呼ばれるものである。
特開２００７－１２１２５３号公報 特開平１０－１８５５０７号公報 特許第２５２９９６０号公報（特開昭６３－２２５１２４号）
　これまで、エンコーダの高分解能化を図るためには、磁気媒体と磁気センサとの空隙を極力小さく、場合によっては摺動させて用いる必要があった。磁気媒体と磁気センサとの距離を近接させるということは、すなわち離間距離に対してセンサ出力が大きく変動しやすいことを意味しており、装置設計の尤度が狭くなる懸念がある。また、相対移動方向において長尺な磁気スケール（磁気媒体）を使用する場合、磁気センサを、接触状態を維持しつつ長距離移動させると、摩擦抵抗により駆動装置（モータ等）に大きなトルクが必要となり、小型モータでは対応が困難となり装置の小型化の妨げとなる。
　本発明は、上記実情に鑑みて為されたもので、磁気媒体と磁気センサを空隙を置いて対向させ、かつ移動量の検出精度を向上できるエンコーダを提供することを、その目的の一つとする。
　上記従来例の問題点を解決するための発明は、磁気媒体と、当該磁気媒体に空隙を置いて対向し、前記磁気媒体と相対移動する磁気センサとを含んでなるエンコーダであって、前記磁気媒体は、前記相対移動方向にピッチλmで着磁され、前記磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ(ｎ＝１，２，３…、つまり自然数)番目の素数として、自然数Ｎを用い、前記基準位置から、平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））　（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、Ｐ（Ｌ）をＬ(Ｌは自然数)番目の素数として、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、にそれぞれ配されることとしたものである。
　本発明によると、磁気センサの出力に含まれる高調波が低減でき、磁気媒体と磁気センサとを空隙を置いて対向させ、かつ移動量の検出精度を向上できる。
本発明の実施の形態に係るエンコーダの概要を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の構成例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置の一例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置位置の決定方法を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置の別の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配線例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子を多層に配置する例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子を多層に配置するもう一つの例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダの出力する信号の成分の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける高調波抑制パターンとしての磁気抵抗効果素子の配置位置の決定の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける高調波抑制パターンとしての磁気抵抗効果素子の配置位置の決定の例を表すもう一つの説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置のまた別の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける高調波抑制パターンとしての磁気抵抗効果素子の配置位置の決定の別の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置のさらに別の例を表す説明図である。 磁気式エンコーダの出力信号の例を表す説明図である。 磁気式エンコーダにおける磁気抵抗効果素子の配置例を表す説明図である。
　本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係るエンコーダは、図１に例示するように、磁気媒体１０と、磁気センサ２０とを含んで構成される。また磁気センサ２０は、図２に例示するように、基材２１と、感磁素子２２と、配線部２３とを含む。この感磁素子２２は、基材２１上に配され、例えばスピンバルブ（ＳＶ）型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子を複数備えたものである。以下、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子をＳＶＧＭＲ素子と称する。このＳＶＧＭＲ素子は図２に示したように、固定層３１、非磁性中間層３２、及び自由層３３の積層構造を有する素子である。本実施の形態では、これら磁気媒体１０と磁気センサ２０とは空隙をおいて対向する面（ＸＺ面）をそれぞれ有し、所定の方向（以下相対移動方向と呼ぶ）に相対移動する。空隙を置くことで、磁気媒体及び磁気センサは非接触となる。なお、リニアエンコーダに限らず、ロータリーエンコーダとしてもよい。
　磁気媒体１０は、図１に示したように、磁気媒体要素１１を一列に配したものである。この磁気媒体要素１１は、磁気センサ２０との相対移動方向（以下単に移動方向と呼ぶ）と磁化方向とが平行となるように着磁されている。すなわち、着磁方向が磁化方向となる。磁気媒体１０は、隣り合う磁気媒体要素１１において同極が向き合うように一列に配したものとなっている。すなわち、互いに隣り合う磁気媒体要素１１は、互いに逆向きに着磁され、移動方向に、全体として…Ｎ－Ｓ，Ｓ－Ｎ，Ｎ－Ｓ…となるように配する。これより本実施の形態の磁気媒体１０では、互いに逆向きに着磁された磁気媒体要素１１が、一定のピッチλmで交互かつ一列に配されている状態となる。このピッチλmは、磁気媒体１０と磁気センサ２０とが接触しつつ相対移動するエンコーダに比べ大きくしておく。
　ＳＶＧＭＲ素子は、図２に例示したように、磁化の向きが固定された固定層３１と、磁化の向きが外部磁界によって変化する自由層３３と、これら固定層３１及び自由層３３の間に設けられる非磁性中間層３２とを備えたものである。さらに自由層３３或いは固定層３１のいずれかが表面側になったときには、表面側に保護層（キャップ層）３４を設けてもよい。
　この固定層３１は、磁化方向が予め定めた方向に固定されている。本実施の形態では磁気媒体１０に対する相対移動方向（以下、移動方向と呼ぶ）に磁化されているものとする。
　本実施のある態様に係るＳＶＧＭＲ素子は，ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて作製される。詳細には、例えば基材となるガラス製基板上に、下地層（ＮｉＦｅＣｒ（３ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１ｎｍ））／反強磁性層（ＭｎＰｔ（１４ｎｍ））／固定層（ＣｏＦｅ（１.８ｎｍ）／Ｒｕ（０.９ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２.２ｎｍ））／非磁性中間層（Ｃｕ（２.１ｎｍ））／自由層（ＣｏＦｅ（１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３ｎｍ））／背後層（Ｃｕ（０.６ｎｍ））／保護層（Ｔａ（３ｎｍ））という順で薄膜を積層したものである（括弧内の数字は膜厚を示す）。
　なお、固定層３１の磁化方向の固定方法や、自由層３３に異方性をつけて磁気特性を向上させる方法については広く知られているので、ここでの詳しい説明を省略する。こうしたＳＶＧＭＲ素子としては、例えば、特開２００７－２８５８０５号公報、特開２００８－３０６１１２号公報、或いは特開２０１０－１１２８８１号公報に記載のものを用いることができる。また、非磁性中間層に非磁性絶縁層を用いたトンネル接合型のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を用いてもよい。
　本実施の形態では、磁気センサ２０を得るために次のようにする。まず基材２１上に、上述のように固定層３１、非磁性中間層３２、及び自由層３３、保護層３４を備える積層構造を形成したのち、この積層した膜上に、フォトリソグラフィにより所望の素子形状のレジストマスクを作成し、アルゴンイオンなどを用いたイオンミリングを行い、磁気センサ２０を構成するパターンを形成する。なお、磁気センサ２０のパターンにおいて、配線部２３は、磁気抵抗効果素子と同様の積層構造をパターニングすることで形成する。ただし、この配線部２３は、磁気抵抗効果素子として動作しないよう、その幅を磁気抵抗効果素子に比して大きくしておく。これにより抵抗として作用せずに配線として作用するようにしておく。また、複数のＳＶＧＭＲ素子や配線部２３を含んで形成されるパターン（基本パターン）同士を接続して、ブリッジ回路を構成する為の配線は、例えばＣｕやＡｌ等の金属薄膜を用いて形成する。さらに、これら磁気抵抗効果素子や配線部２３、基本パターン間を接続する配線は、絶縁体によって被覆されてもよい。この絶縁体としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの一般的な絶縁材料を用いて形成すればよい。
　本実施の形態の磁気センサ２０のパターン（基本パターン）の一例は、図３に示すように、全体としてミアンダ形状をなす。具体的には移動方向に直交する方向に延びる磁気抵抗効果素子５１を含む検出素子パターンと、この磁気抵抗効果素子５１に直列に接続された高調波打ち消しパターン５２ａ，ｂ…とを含み、これらを配線部２３により相互接続したものである。ここで高調波打ち消しパターン５２もまた、磁気抵抗効果素子である。この高調波打ち消しパターン５２の磁気抵抗効果素子も、磁気抵抗効果素子５１と同様に形成する。磁気抵抗効果素子としてＳＶＧＭＲ素子を用いる場合、信号周期λsが、着磁ピッチλmに対してλs＝２×λmの関係にある。これら検出素子パターン及び高調波打ち消しパターンが位置検出部５０として機能する。
　なお、磁気抵抗効果素子が、ＡＭＲ素子や積層ＧＭＲ素子の場合はλs＝λmである。ＡＭＲ素子は、単層の膜で構成されてなる磁気抵抗効果素子に相当する。積層ＧＭＲ素子は、非磁性層及び磁性層が交互に多数回繰り返し積層されてなる磁気抵抗効果素子に相当する。
　本実施の形態では、磁気抵抗効果素子５１の幅方向の一方端（ここでは配置方向とは逆の端としている）の位置を検出位置Ｃとする。また本実施の形態では、この検出位置Ｃを基準位置として、次の規則に従って複数の高調波打ち消しパターン５２を配していく。すなわち検出素子パターンを配した状態を初期状態とし、第１段階（ｉ＝１；以下、ｉは自然数）として、当該段階までに配した検出素子パターン及び高調波打ち消しパターン５２に加え、これら既に配された他の磁気抵抗効果素子の少なくとも一つからそれぞれ平面視で、相対移動方向に、λm／（２・Ｐ（ｉ＋１））の位置に新たな高調波打ち消しパターン５２の磁気抵抗効果素子を配する。ここでＰ（ｎ）はｎ番目の素数を意味し、つまりＰ（ｉ＋１）はｉ＋１番目の素数を意味する。すなわちｉ＝１の場合、ｉ＋１は「２」であり、２番目の素数は「３」であるので、高調波打ち消しパターン５２の磁気抵抗効果素子の位置は、平面視で、相対移動方向に、他の磁気抵抗効果素子からλm／６の位置になる。ここではＳＶＧＭＲ素子を用いているのでλs＝２×λmの関係から、このλm／６の位置の磁気抵抗効果素子は３次高調波の打ち消しパターンとなる。
　なお、平面視で、としているのは、この基準位置からの距離（λm／（２・Ｐ（ｉ＋１）））に対して無視できる程度に厚さ方向の変動があっても構わないことを意味しており、相対移動方向に、としたのは、平面視で相対移動方向に直交する方向にずれて配されても構わないことを意味するものである。
　第１段階では、検出素子パターンしかないので、検出位置Ｃを基準位置として定め、この基準位置から相対移動方向のいずれか、予め定めた一方側（以下配置側と呼ぶ）にλm／６だけ離れた位置に高調波打ち消しパターン５２ａを一つ配することになる（図４のＳ１）。ここではＳＶＧＭＲ素子を用いているのでλs＝２×λmの関係がある。そこでこの検出位置Ｃから、相対移動方向の配置側にλm／（２・Ｐ（ｉ＋１））だけ離れた位置に配された磁気抵抗効果素子は、Ｐ（ｉ＋１）次の高調波を打ち消すパターンとして働く。そこで以下、検出位置Ｃからλm／（２・Ｐ（ｉ＋１））だけ離れた位置に配された磁気抵抗効果素子を、Ｐ（ｉ＋１）次高調波打ち消しパターンと呼ぶ。この第１段階で配した高調波打ち消しパターン５２ａは従って、３次高調波打ち消しパターンとなる。
　以下、ｉを１ずつインクリメントしながら、予め定めたＮになるまで、次の各段階の配置位置の設定を繰り返す。すなわち第ｉ段階では、当該段階までに配した検出素子パターン及び高調波打ち消しパターン５２の磁気抵抗効果素子からλm／（２・Ｐ（ｉ＋１））の位置（ここでＰ（ｎ）はｎ番目の素数とする。すなわちｉ＝１の場合、λm／６の位置）に新たな高調波打ち消しパターン５２の磁気抵抗効果素子を配していく（図４のＳ２からＳ４）。
　これによると第２段階では、検出素子パターンから配置側にλm／１０の位置と、３次高調波打ち消しパターンから配置側にλm／１０の位置とにそれぞれ高調波打ち消しパターン５２ｂ，ｃを一つずつ配する。これらは５次高調波打ち消しパターンとなる。
　また第３段階では、検出素子パターンから配置側にλm／１４の位置と、３次高調波打ち消しパターンから配置側にλm／１４の位置と、２つの５次高調波打ち消しパターンのそれぞれから配置側にλm／１４の各位置（２ヶ所）の合計４ヶ所に、それぞれ高調波打ち消しパターン５２ｄ，ｅ，ｆ，ｇを一つずつ配する。これらは７次高調波打ち消しパターンとなる。奇数次の高調波のうち素数次でないものは、自己よりも小さい奇数の約数をもつので、当該約数の次数に対応する高調波打ち消しパターンの効果により打ち消される。例えば９次の高調波は９より小さい奇数の約数の次数である３次に対応する３次高調波打ち消しパターンによって打ち消されている。従って、９次の高調波打ち消しパターンは、本実施の形態では必ずしも設ける必要がない（敢えて設けてもよい）。なお、図４では７次のパターンまで配する例としたが、これより高い次数の高調波打ち消しパターンを配しても構わない。
　本実施の形態では、この方法で配した高調波打ち消しパターン５２と、検出素子パターンとはミアンダ状に折り返して接続されて、磁気センサ２０のパターンとする。本実施の形態における磁気センサ２０は、このようにして定めた基本パターンを少なくとも一つ有する。
　またここで基本パターンに含まれる検出素子パターンと各高調波打ち消しパターンとは１つずつでなく、それぞれｍ個ずつの磁気抵抗効果素子をセットとしたものであってもよい。図５には、ｍ＝２の場合とｍ＝３の場合の各パターンの配置例を示す。
　本実施の形態では、図３または図５に例示した位置検出部５０を基本パターンとして用い、（Ｌ＋１／２）λm（ただしＬは０または正の整数）だけの間隔をおいてこの基本パターンを複数配置して直列接続したパターンを形成してもよい。
　具体的に図６（ａ）の例では、図３で例示した繰り返し単位である基本パターンを用いた検出回路の例を示している。なお、この基本パターンは図３で例示したものに置き換えて、図１２，図１４で例示するものなど、他のパターンとしても構わない。図６（ａ）では、６０ａ，ｂがλm／２だけの間隔をおいて、移動方向に沿って配される。基本パターン６０ａの移動方向一方側（図面の左側）の端子Ｔ１１が、電源（Ｖｃｃ）に接続され、他方側（図面の右側）の端子は基本パターン６０ｂの一方側（図面の左側）の端子Ｔ２１と共通しており、基本パターン６０ｂの他方側（図面の右側）の端子Ｔ１２はグランド（ＧＮＤ）に接続される。端子Ｔ２１はパターンの中点となる。各端子はパッドに相当する。
　また図６の例では、基本パターン６０ａ，ｂのそれぞれからさらに（Ｌ＋１／４）λm（ただしＬは０または正の整数）だけの間隔をおいた位置にもう一つずつの繰り返し単位の基本パターン６０ｃ，ｄを配する。なお、基本パターン６０ｃは、基本パターン６０ａを上下反転させたパターンに相当し、配線部以外の部分は基本パターン６０ａと同様である。つまり、検出素子パターン及び高調波打ち消しパターンにおける素子配列のピッチは、基本パターン６０ａ及び６０ｃで同様である。基本パターン及び端子の間は、配線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２のいずれか）によって接続されている。
　これら基本パターン６０ｃ，ｄもまた、λm／２だけ離れて配される。そして基本パターン６０ｄの移動方向一方側（図面の左側）の端子Ｔ１１が、電源（Ｖｃｃ）に接続され、他方側（図面の右側）の端子は基本パターン６０ｃの一方側（図面の左側）の端子Ｔ２２と共通しており、基本パターン６０ｃの他方側（図面の右側）の端子Ｔ２１はグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、端子Ｔ２２はパターンの中点となる。従って、この回路は全体としては図６（ｂ）に示すブリッジ回路を形成することとなる。
　しかしながら、磁気抵抗効果素子同士の間隔は、磁気抵抗効果素子の形成に用いる露光装置ならびにフォトレジストの解像能力で決定される。この観点から、実質的に磁気抵抗効果素子間の間隔は最低でも０．５μｍあるとよい。さらに、磁気抵抗効果素子の線幅が細くなると静電気による素子の破壊を引き起こす懸念があり、一方で太すぎるとセンサ出力の空間分解能が低下するため、実質的に１～２０μｍの範囲とすることが望ましい。
　従って配置する磁気抵抗効果素子の数が多くなると、この間隔が確保できず、技術的に形成が困難となる場合があることに鑑み、磁気抵抗効果素子や配線部等をビアホール或いは層間配線を介して接続し、磁気センサ２０の磁気媒体１０に対向する面（平面：図１のＸＺ面）を（図１でＹ軸方向に）多層化してもよい。この際、同次の高調波を低減するための磁気抵抗効果素子が同じ層に形成が不能または困難である場合は、少なくとも隣接する層に形成するものとする。
　このように多層に形成する場合、同次の高調波を低減するための磁気抵抗効果素子は可能であれば同じ層に形成することとする。図７の例では、第一層目に検出素子パターンと、３次及び５次の高調波打ち消しパターンとに係る各磁気抵抗効果素子を配し、第二層目に７次の高調波打ち消しパターンに係る磁気抵抗効果素子を配した例を示している。
　なお、各層の厚さは必ずしも同じでなくてもよいが、各層に含まれる磁気抵抗効果素子への磁気媒体１０からの磁界の分布が同等とみなせる範囲、具体的には膜厚で８００ｎｍを下回る程度が好ましい。また下限は第一層の磁気抵抗効果素子と第二層の磁気抵抗効果素子との平面視での間隔が所定範囲より短い場合に、これらが静電破壊しない程度の厚みとして例えば膜厚で８０ｎｍを超えていることが好ましい。ここで膜厚は第ｉ層に形成した磁気抵抗効果素子の表面から第ｉ＋１層の底面までの距離をいう。
　図８の例では、第一層目に検出素子パターンと、３次及び５次の高調波打ち消しパターンとを、第二層目に７次の高調波打ち消しパターンを、第三層及び第四層目に１１次の高調波打ち消しパターンをそれぞれ配している。
　なお、このように多層に形成する場合も層間をまたぐスルーホール等を通じた配線によってミアンダ状に、検出素子パターンと、この検出素子パターンから近い順に直列になるよう各磁気抵抗効果素子を接続する。
　本実施の形態のエンコーダによると、図９にその概要を示すように、高調波が除去される。図９は、高調波の発生率（出力信号に含まれる高調波の成分比率）を表す概要図である。図９の横軸は高調波の次数を表す。図９（ａ）には、検出素子パターンのみを配した例を示す。また図９（ｂ）は検出素子パターンに対し、３次高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを設けた場合の例を示す。図９（ｂ）に示すように、これより奇数次の高調波のうち３の倍数の成分が低減される。
　さらに３次高調波と５次高調波とを打ち消す高調波打ち消しパターンを設けた例を図９（ｃ）に示す。この例から理解されるように、７次に対応するパターンを設けていないにもかかわらず、７次の高調波についてもやや低減される。以下、さらに３次、５次、７次、１１次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを設けた例を図９（ｄ）に示す。この例では、１９次までのほとんどの高調波成分が３％未満となっている。
　またさらに、１平面上に配置する磁気抵抗効果素子の数が多くなり、技術的に磁気抵抗効果素子の形成が困難となったときには、上述のように多層化する構成に代えて、次のように磁気抵抗効果素子の配置の方法を変更してもよい。以下に説明する例では、特定の次数の高調波を低減するためのパターン（打ち消しパターン）を設けることと併せ、あるいはこれに代えて、高調波成分を低減させるパターン（抑制パターン）を設けることとしたものである。
　すなわち、図９（ｃ）、（ｄ）にも示したように、特定の次数の高調波を低減する高調波打ち消しパターンを設けたときに、当該特定の次数とは異なる次数の高調波もまた抑制される。そこで３次、５次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを設けるとともに、次のようにして抑制パターンを設けた場合に高調波の発生率がどのように変化するかを調べる。
　ここで用いた磁気センサ２０には、検出素子パターンと、当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／６の位置とに磁気抵抗効果素子を配し、また、当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／１０の位置と、λm／６＋λm／１０の位置とに磁気抵抗効果素子を配する。そしてさらに、これら４つの磁気抵抗効果素子のそれぞれから相対移動方向の配置側にλm／（２×ｘ）、ただし５＜ｘ≦１９の整数だけずらした位置に、それぞれ磁気抵抗効果素子を配する。
　こうして得た磁気センサ２０により、７次、１１次、１３次、１７次、１９次の各高調波が、出力信号にどの程度含まれているか（基本波の高調波発生率）を、図１０に示す。図１０では、横軸にｘ、縦軸に高調波発生率をとっている。図１０の例では、ｘ＝６のとき、７次高調波が約２％となるが、１１次の高調波は約９％含まれることが読み取れる。また、ｘ＝７の場合、７次高調波は低減されるが、１１次の高調波が７％程度含まれることがわかる。一方ｘ＝９とすると、７次、１１次、１３次、１７次、１９次の各高調波の発生率はいずれも５％未満となる。そこでさらにｘ＝８からｘ＝１０までの間でｘを０．２ずつ変化させたときの各高調波の発生率を調べた例を図１１に示す。
　すなわち本実施の形態では、このように実験的に調べられた各次の高調波の発生率から、所望の割合だけ低減できているｘの値を得て、検出素子パターン及び、高調波打ち消しパターンとして機能する各磁気抵抗効果素子から、相対移動方向の配置側にλm／（２×ｘ）だけずらした位置に、それぞれ磁気抵抗効果素子を配する。
　例えば図１０，図１１を参照し、７次、１１次、１３次、１７次、１９次の各高調波の発生率はいずれも５％未満で、かつ、１１次の高調波の発生率が３％以下、という条件を満足するｘとしてｘ＝９を選択する。この場合、磁気センサ２０のパターン（基本パターン）の一例は、図１２に示すように、全体としてミアンダ形状をなす。具体的には移動方向に直交する方向に延びる磁気抵抗効果素子５１を含む検出素子パターンと、この磁気抵抗効果素子５１に直列に接続された高調波打ち消しパターン５２ａ，ｂ…及び抑制パターン５３ａ，ｂ…とを含むものとなる。
　ここで高調波打ち消しパターンは（以下、いずれも相対移動方向の配置側に）、３次高調波を打ち消すためのもの（検出位置Ｃからλm／６の位置にある高調波打ち消しパターン５２ａ）と、５次高調波を打ち消すために検出位置Ｃからλm／１０及び高調波打ち消しパターン５２ａからλm／１０のそれぞれに配された高調波打ち消しパターン５２ｂ，ｃと、さらに、検出位置Ｃ及び高調波打ち消しパターン５２ａ，ｂ，ｃのそれぞれから９次の高調波を打ち消すべき位置にそれぞれ配された抑制パターン５３ａ，ｂ，ｃ，ｄとしての４つの磁気抵抗効果素子を含んで構成される。
　さらに、３次、５次、７次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを設け、それより高次の高調波についてはそれらを抑制する抑制パターンを配する例について、図１３，図１４を参照しながら説明する。ここでは磁気センサ２０として、検出素子パターンと、当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／６の位置とに磁気抵抗効果素子を配し、また、当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／１０，λm／１４の各位置と、λm／６＋λm／１０，λm／６＋λm／１４の各位置と、λm／１０＋λm／１４，λm／６＋λm／１０＋λm／１４の各位置とにそれぞれ磁気抵抗効果素子を配し、そしてさらに、これら８つの磁気抵抗効果素子のそれぞれから相対移動方向の配置側にλm／（２×ｘ）、ただし７＜ｘ≦１９の整数だけずらした位置に、それぞれ磁気抵抗効果素子を配する。
　そしてこのｘを変化させつつ、１１次以上の高調波の発生率を調べた例を図１３に示す。図１３（ａ）では、ｘ＝８からｘ＝１９までの各値についてｘを１ずつ変化させつつ調べた例である。この例からｘ＝１１からｘ＝１３の間に最適なｘの値があるとしてこのｘ＝１１からｘ＝１３までの間でより細かく調べた例を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）から比較的低次の高調波がより小さくなるｘの値として、ｘ＝１１．８を選択する。本実施の形態のこの例においては、ｘの値は非整数であって構わない。
　そこで３次、５次、７次の高調波を打ち消す高調波打ち消しパターンを設け、それより高次の高調波についてはそれらを抑制する抑制パターンを配する場合、ｘ＝１１．８（つまり２ｘ＝２３．６）として、図１４に基本パターンの例を示すように、磁気センサ２０として、検出素子パターンと、
（１）当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／６の位置と、
（２）当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／１０，λm／１４の各位置と、λm／６＋λm／１０，λm／６＋λm／１４の各位置と、λm／１０＋λm／１４，λm／６＋λm／１０＋λm／１４の各位置と、
（３）当該検出素子パターンにおける検出位置Ｃから相対移動方向の配置側にλm／２３．６，λm／６＋λm／２３．６，λm／１０＋λm／２３．６，λm／１４＋λm／２３．６，λm／６＋λm／１０＋λm／２３．６，λm／６＋λm／１４＋λm／２３．６，λm／１０＋λm／１４＋λm／２３．６，λm／６＋λm／１０＋λm／１４＋λm／２３．６の各位置と、
にそれぞれ磁気抵抗効果素子を配する。
　なお、ここまでの例では、磁気抵抗効果素子はスピンバルブ型であるものとしたが、本実施の形態はこればかりに限られず、ＡＭＲ素子や積層ＧＭＲ素子としてもよい。これらの場合は、λmとλsとの関係に配慮して、実施形態に記載した各位置に２を乗じた位置とする。
　本実施形態のエンコーダは、磁気媒体と、当該磁気媒体に空隙を置いて対向し、前記磁気媒体と相対移動する磁気センサとを含んでなるエンコーダであって、
　前記磁気媒体は、前記相対移動方向にピッチλmで着磁され、
　前記磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、
　当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ(ｎは自然数)番目の素数として、
　Ｎ＞３である自然数Ｎを用い、前記基準位置から、平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））　（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、
　Ｐ（Ｌ）をＬ(Ｌは自然数)番目の素数として、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、
　にそれぞれ配される。
　ここで、前記基準位置から、前記一方側に平面視でλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけ離れた位置と、λm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけ離れた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（２＋１））＝λm／１０だけずれた位置とに高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子を配してもよい。
　さらに、前記高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子の一部は、前記磁気媒体に対向する面内で、前記基準位置の磁気抵抗効果素子とは異なる層に配されてもよい。
　また本実施の形態の一態様に係るエンコーダは、磁気媒体と、当該磁気媒体に空隙を置いて対向し、前記磁気媒体と相対移動する磁気センサとを含んでなるエンコーダであって、
　前記磁気媒体は、前記相対移動方向にピッチλmで着磁され、
　前記磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、
　当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ(ｎは自然数)番目の素数として、
　Ｎ＞２である自然数Ｎを用い、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））　（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、
　Ｐ（Ｌ）をＬ(Ｌは自然数)番目の素数として、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、
　にそれぞれ配されるとともに、Ｐ（Ｎ＋１）＜ｘかつ、ｘ≠Ｐ（ｋ）なるｘ（ただし、ｋは、１＜ｋである自然数）を定め、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方の側にλm／（２ｘ）だけ離れた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
　にそれぞれ配されることとしたものである。
　ここで、前記基準位置から、前記一方側に平面視でλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけ離れた位置と、λm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけ離れた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６ずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（２＋１））＝λm／１０だけずれた位置と、
にそれぞれ配されるとともに、５＜ｘかつ、ｘ≠Ｐ（ｋ）なるｘ（ただし、ｋは、１＜ｋである自然数）を定め、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方の側にλm／（２ｘ）だけ離れた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６およびλm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０ずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
にそれぞれ配されてもよい。
１０　磁気媒体、
２０　磁気センサ、
１１　磁気媒体要素、
２１　基材、
２２　感磁素子、
３１　固定層、
３２　非磁性中間層、
３３　自由層、
３４　保護層、
５１　磁気抵抗効果素子、
５２　高調波打ち消しパターン、
５３　高調波抑制パターン、
６０　基本パターン
 

Claims (5)

  1. 　磁気媒体と、当該磁気媒体に空隙を置いて対向し、前記磁気媒体と相対移動する磁気センサとを含んでなるエンコーダであって、
    　前記磁気媒体は、前記相対移動方向にピッチλmで着磁され、
    　前記磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、
    　当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ(ｎは自然数)番目の素数として、
    　Ｎ＞３である自然数Ｎを用い、前記基準位置から、平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））　（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、
    　Ｐ（Ｌ）をＬ(Ｌは自然数)番目の素数として、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、
    　にそれぞれ配されるエンコーダ。
  2. 　請求項１に記載のエンコーダであって、
    　前記基準位置から、前記一方側に平面視でλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけ離れた位置と、λm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけ離れた位置と、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（２＋１））＝λm／１０だけずれた位置とに高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子を配したエンコーダ。
  3. 　請求項１または２に記載のエンコーダであって、
    　前記高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子の一部は、前記磁気媒体に対向する面内で、前記基準位置の磁気抵抗効果素子とは異なる層に配されるエンコーダ。
  4. 　磁気媒体と、当該磁気媒体に空隙を置いて対向し、前記磁気媒体と相対移動する磁気センサとを含んでなるエンコーダであって、
    　前記磁気媒体は、前記相対移動方向にピッチλmで着磁され、
    　前記磁気センサは、配された場所の磁界に応じて電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子を複数備え、
    　当該磁気抵抗効果素子を配した位置を基準位置として、この基準位置の磁気抵抗効果素子に加えて、高調波低減パターンとしての磁気抵抗効果素子が、Ｐ（ｎ）をｎ(ｎは自然数)番目の素数として、
    　Ｎ＞２である自然数Ｎを用い、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方側にλm／（２・Ｐ（ｎ））　（ただしＮ≧ｎ＞１）だけ離れた位置と、
    　Ｐ（Ｌ）をＬ(Ｌは自然数)番目の素数として、前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（Ｌ＋１））だけずれた位置と、
    　にそれぞれ配されるとともに、Ｐ（Ｎ＋１）＜ｘかつ、ｘ≠Ｐ（ｋ）なるｘ（ただし、ｋは、１＜ｋである自然数）を定め、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方の側にλm／（２ｘ）だけ離れた位置と、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（Ｌ））（ただし１＜Ｌ＜Ｎ）だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
    　にそれぞれ配されるエンコーダ。
  5. 　請求項４に記載のエンコーダであって、
    　前記基準位置から、前記一方側に平面視でλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけ離れた位置と、λm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけ離れた位置と、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６ずれた位置から、さらにλm／（２・Ｐ（２＋１））＝λm／１０だけずれた位置と、
    にそれぞれ配されるとともに、５＜ｘかつ、ｘ≠Ｐ（ｋ）なるｘ（ただし、ｋは、１＜ｋである自然数）を定め、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも一方の側にλm／（２ｘ）だけ離れた位置と、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
    　前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０だけずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
    前記基準位置から平面視で、前記相対移動方向の少なくとも前記一方の側にλm／（２・Ｐ（２））＝λm／６およびλm／（２・Ｐ（３））＝λm／１０ずれた位置から、さらにλm／（２ｘ）だけずれた位置と、
    にそれぞれ配されるエンコーダ。
     
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