JPH10185507A - 位置検出器 - Google Patents
位置検出器Info
- Publication number
- JPH10185507A JPH10185507A JP34143596A JP34143596A JPH10185507A JP H10185507 A JPH10185507 A JP H10185507A JP 34143596 A JP34143596 A JP 34143596A JP 34143596 A JP34143596 A JP 34143596A JP H10185507 A JPH10185507 A JP H10185507A
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- JP
- Japan
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- magnetoresistive
- scale
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- Pending
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 スケールの位置情報に含まれる高調波成分を
除去する。 【解決手段】 スケール10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ヘッド14にて読
み取る。磁気センサヘッド14は、前記位置情報を所定
の信号にて出力する第1、第2および第3磁気抵抗素子
16,18,20を含む二つの磁気抵抗素子群22,2
4、を有している。第2および第3磁気抵抗素子18,
20は、第1磁気抵抗素子16両側に間隔δをもって配
置され直列接続されている。前記第1磁気抵抗素子16
と前記第2および第3磁気抵抗素子18,20の出力の
比がrであるときに、 【数1】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たすことにより、n次高調波が除去される。
除去する。 【解決手段】 スケール10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ヘッド14にて読
み取る。磁気センサヘッド14は、前記位置情報を所定
の信号にて出力する第1、第2および第3磁気抵抗素子
16,18,20を含む二つの磁気抵抗素子群22,2
4、を有している。第2および第3磁気抵抗素子18,
20は、第1磁気抵抗素子16両側に間隔δをもって配
置され直列接続されている。前記第1磁気抵抗素子16
と前記第2および第3磁気抵抗素子18,20の出力の
比がrであるときに、 【数1】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たすことにより、n次高調波が除去される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、長さ方向に周期変
化する位置情報が書き込まれたスケールとの相対移動量
を算出して位置の測定を行う位置測定器に関する。
化する位置情報が書き込まれたスケールとの相対移動量
を算出して位置の測定を行う位置測定器に関する。
【0002】
【従来の技術】長さ方向に周期変化をする位置情報が書
き込まれたスケールに対し、この位置情報を検出する検
出素子を相対移動させて、検出値の変化に基づきスケー
ルと検出素子の相対移動量を算出し、位置の測定を行う
位置測定器が知られている。たとえば、このような測定
器には、所定の間隔で着磁された磁気スケールと、この
着磁に基づく磁界変化を磁気抵抗素子により検出する磁
気式位置測定器がある。
き込まれたスケールに対し、この位置情報を検出する検
出素子を相対移動させて、検出値の変化に基づきスケー
ルと検出素子の相対移動量を算出し、位置の測定を行う
位置測定器が知られている。たとえば、このような測定
器には、所定の間隔で着磁された磁気スケールと、この
着磁に基づく磁界変化を磁気抵抗素子により検出する磁
気式位置測定器がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のようなスケール
を用いた位置測定器においては、位置情報の周期変化が
基本波長成分のみならず高調波成分を含む変化となる場
合が多い。この高調波成分によって、高い検出精度が得
られないという問題があった。
を用いた位置測定器においては、位置情報の周期変化が
基本波長成分のみならず高調波成分を含む変化となる場
合が多い。この高調波成分によって、高い検出精度が得
られないという問題があった。
【0004】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、高調波成分が除去された位置情報を
検出することができる位置測定器を提供することを目的
とする。
されたものであり、高調波成分が除去された位置情報を
検出することができる位置測定器を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる位置測定器は、基本波長λで周期
変化する位置情報が書き込まれたスケールと、前記位置
情報を検出し、所定の信号にて出力する第1、第2およ
び第3検出素子を含む検出素子群であって、第2および
第3検出素子は、第1検出素子両側に間隔δをもって配
置され、前記第1、第2および第3検出素子の出力の総
和を出力する検出素子群と、前記検出素子群の出力に基
づき前記スケールとの相対移動量を算出する相対移動量
算出部と、を有し、前記第1検出素子の出力と前記第2
および第3検出素子の出力の比がrであるときに、
めに、本発明にかかる位置測定器は、基本波長λで周期
変化する位置情報が書き込まれたスケールと、前記位置
情報を検出し、所定の信号にて出力する第1、第2およ
び第3検出素子を含む検出素子群であって、第2および
第3検出素子は、第1検出素子両側に間隔δをもって配
置され、前記第1、第2および第3検出素子の出力の総
和を出力する検出素子群と、前記検出素子群の出力に基
づき前記スケールとの相対移動量を算出する相対移動量
算出部と、を有し、前記第1検出素子の出力と前記第2
および第3検出素子の出力の比がrであるときに、
【数2】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たすよう構成されている。
以上の奇数) の条件を満たすよう構成されている。
【0006】この条件を満たす場合、n次高調波を除去
することが可能である。
することが可能である。
【0007】さらに、前記検出素子群を二つ用いて検出
素子ブリッジを形成し、さらにこの検出素子ブリッジを
λ/4の位相差をもって二つ配置することができる。検
出素子ブリッジを形成することで、SN比の大きな検出
信号を得ることができる。また、二つの検出ブリッジを
λ/4の位相差をもって配置することにより、波長λ以
下の分解能を得ることができる。
素子ブリッジを形成し、さらにこの検出素子ブリッジを
λ/4の位相差をもって二つ配置することができる。検
出素子ブリッジを形成することで、SN比の大きな検出
信号を得ることができる。また、二つの検出ブリッジを
λ/4の位相差をもって配置することにより、波長λ以
下の分解能を得ることができる。
【0008】3次高調波を除去する場合には、前記間隔
δをλ/8、前記出力比rを√2とすることができる。
δをλ/8、前記出力比rを√2とすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以
下、実施形態と記す)を図面に従って説明する。図1に
は、本実施形態の磁気式位置測定器の要部構成が示され
ている。スケール10には、長さ方向に周期λで磁極1
2が配列されている。スケール10に対向して、前記磁
極12により形成された磁界を検出する磁気センサヘッ
ド14が配置されている。磁気センサヘッド14は、そ
れぞれ三つの磁気抵抗素子16,18,20を有する二
つの磁気抵抗素子群22,24から構成された第1磁気
抵抗ブリッジ26を有し、さらに第1磁気抵抗ブリッジ
26と同等の構成を有し、第1磁気抵抗ブリッジ26に
対して長さ方向にλ/4ずらして配置された第2磁気抵
抗ブリッジ28を有している。第1および第2磁気抵抗
ブリッジ26,28は、配置された位置だけが異なるも
のであり、以降の個々の説明においては、第1磁気抵抗
ブリッジ26についてのみ言及し、第2磁気抵抗ブリッ
ジ28の説明は省略する。
下、実施形態と記す)を図面に従って説明する。図1に
は、本実施形態の磁気式位置測定器の要部構成が示され
ている。スケール10には、長さ方向に周期λで磁極1
2が配列されている。スケール10に対向して、前記磁
極12により形成された磁界を検出する磁気センサヘッ
ド14が配置されている。磁気センサヘッド14は、そ
れぞれ三つの磁気抵抗素子16,18,20を有する二
つの磁気抵抗素子群22,24から構成された第1磁気
抵抗ブリッジ26を有し、さらに第1磁気抵抗ブリッジ
26と同等の構成を有し、第1磁気抵抗ブリッジ26に
対して長さ方向にλ/4ずらして配置された第2磁気抵
抗ブリッジ28を有している。第1および第2磁気抵抗
ブリッジ26,28は、配置された位置だけが異なるも
のであり、以降の個々の説明においては、第1磁気抵抗
ブリッジ26についてのみ言及し、第2磁気抵抗ブリッ
ジ28の説明は省略する。
【0010】第1磁気抵抗ブリッジ26を構成する第1
および第2磁気抵抗素子群22,2は同等の構成を有し
ており、間隔λ/2をもって配置されている。二つの磁
気抵抗素子群22,24の個々の構成の説明について
は、第1磁気抵抗素子群22について言及し、他方につ
いては省略する。第1磁気抵抗素子群22は、長さL1
の第1磁気抵抗素子16と、この第1磁気抵抗素子16
の両側に間隔δをもって配置された長さL2 の第2およ
び第3磁気抵抗素子18,20を有している。三つの磁
気抵抗素子16,18,20の幅は同一である。そし
て、これら三つの磁気抵抗素子16,18,20は、直
列に接続されている。
および第2磁気抵抗素子群22,2は同等の構成を有し
ており、間隔λ/2をもって配置されている。二つの磁
気抵抗素子群22,24の個々の構成の説明について
は、第1磁気抵抗素子群22について言及し、他方につ
いては省略する。第1磁気抵抗素子群22は、長さL1
の第1磁気抵抗素子16と、この第1磁気抵抗素子16
の両側に間隔δをもって配置された長さL2 の第2およ
び第3磁気抵抗素子18,20を有している。三つの磁
気抵抗素子16,18,20の幅は同一である。そし
て、これら三つの磁気抵抗素子16,18,20は、直
列に接続されている。
【0011】さらに、第1および第2磁気抵抗素子群2
2,24は直列に接続され、その両端に電源電圧−V,
+Vの電圧が印加されており、二つの磁気抵抗素子群2
2,24の間から出力電圧Vaが取り出されるブリッジ
が形成されている。ブリッジを形成することにより、S
N比の高い出力信号Vaを得ている。
2,24は直列に接続され、その両端に電源電圧−V,
+Vの電圧が印加されており、二つの磁気抵抗素子群2
2,24の間から出力電圧Vaが取り出されるブリッジ
が形成されている。ブリッジを形成することにより、S
N比の高い出力信号Vaを得ている。
【0012】間隔λ/2で配置された長さL2 の二つの
磁気抵抗素子によって構成されるブリッジの出力Vは、
スケール10に対するブリッジの移動量をxとすれば、
磁気抵抗素子によって構成されるブリッジの出力Vは、
スケール10に対するブリッジの移動量をxとすれば、
【数3】 と表される。3次を超える高調波を無視すれば、(1)
式が、
式が、
【数4】 と簡略化できる。(2)式は、更に、
【数5】 と簡略化できる。
【0013】ここで、二つの磁気抵抗素子群22、24
に各々含まれる二つの第1磁気抵抗素子16,16の出
力V1 、二つの第2磁気抵抗素子18,18の出力V2
および二つの第3磁気抵抗素子20,20の出力V3
は、
に各々含まれる二つの第1磁気抵抗素子16,16の出
力V1 、二つの第2磁気抵抗素子18,18の出力V2
および二つの第3磁気抵抗素子20,20の出力V3
は、
【数6】 と表される。出力V1,V2,V3 を加えた出力Vaは、
【数7】 で表される。3次高調波成分が0となる条件は、第2項
の括弧のなかが0となれば良いから、
の括弧のなかが0となれば良いから、
【数8】 となる。(8)式を満たすr(=L1 /L2 )とδの組
み合わせは、無数に存在するが、たとえば、r=√2,
δ=λ/8がこの条件を満たす。このときの電圧値V1,
V2,V3,(V2 +V3 ),Vaを図2に示す。
み合わせは、無数に存在するが、たとえば、r=√2,
δ=λ/8がこの条件を満たす。このときの電圧値V1,
V2,V3,(V2 +V3 ),Vaを図2に示す。
【0014】一方、第2磁気抵抗ブリッジ28の出力V
bも同様に3次高調波成分が除去され、
bも同様に3次高調波成分が除去され、
【数9】 を得る。(9)式を満たすxが磁極の配置ピッチ間の磁
気センサヘッド14の位置となる。したがって、移動量
算出部においては、スケール10と磁気センサヘッド1
4の相対移動量Xを、出力VaまたはVbの周期の回数
Nと前記xから、
気センサヘッド14の位置となる。したがって、移動量
算出部においては、スケール10と磁気センサヘッド1
4の相対移動量Xを、出力VaまたはVbの周期の回数
Nと前記xから、
【数10】X=Nλ+x …(10) に従って求めることができる。
【0015】また、(8)式は、3次高調波の除去をす
るために求めた条件であるが、n次高調波を除去するた
めには、
るために求めた条件であるが、n次高調波を除去するた
めには、
【数11】 r+2cos (2nπδ/λ)=0 …(11) を満たせば良い。
【0016】以上の実施形態の説明においては、λは、
第1磁気抵抗素子16と、第2および第3磁気抵抗素子
18,20の長さの比であったが、これはある磁界に対
する出力の比と考えることができる。したがって、三つ
の磁気抵抗素子の感度の比をrとすれば良い。たとえ
ば、前述の長さの比以外に、幅の比を1/rとしても良
く、膜厚の比を1/rとすることもできる。
第1磁気抵抗素子16と、第2および第3磁気抵抗素子
18,20の長さの比であったが、これはある磁界に対
する出力の比と考えることができる。したがって、三つ
の磁気抵抗素子の感度の比をrとすれば良い。たとえ
ば、前述の長さの比以外に、幅の比を1/rとしても良
く、膜厚の比を1/rとすることもできる。
【0017】また、前述の実施形態においては、三つの
磁気抵抗素子を直列に配置したが、個別に電圧を印加し
て個別に出力した電圧値を後に加算することも可能であ
る。この場合、三つの磁気抵抗素子は等価なものとし
て、中央に配置される磁気抵抗素子に印加する電圧と他
の磁気抵抗素子に印加する電圧の比をrとすることで、
各磁気抵抗素子の出力比がrとなる。また、印加する電
圧は共通にして、中央に配置される磁気抵抗素子の出力
電圧に対して比率rで増幅することでも同様の結果を得
ることができる。
磁気抵抗素子を直列に配置したが、個別に電圧を印加し
て個別に出力した電圧値を後に加算することも可能であ
る。この場合、三つの磁気抵抗素子は等価なものとし
て、中央に配置される磁気抵抗素子に印加する電圧と他
の磁気抵抗素子に印加する電圧の比をrとすることで、
各磁気抵抗素子の出力比がrとなる。また、印加する電
圧は共通にして、中央に配置される磁気抵抗素子の出力
電圧に対して比率rで増幅することでも同様の結果を得
ることができる。
【0018】また、磁気式の位置検出器に限らず、静電
容量式、光電式など、周期的な位置情報を書き込んだス
ケールとこの位置情報を読み取るセンサの出力に基づき
相対移動量を算出する位置検出器であれば、どのような
ものにも適用可能である。
容量式、光電式など、周期的な位置情報を書き込んだス
ケールとこの位置情報を読み取るセンサの出力に基づき
相対移動量を算出する位置検出器であれば、どのような
ものにも適用可能である。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、スケールに書き込まれ
た位置情報のn次高調波成分を除去することができ、高
精度な位置検出が可能となる。
た位置情報のn次高調波成分を除去することができ、高
精度な位置検出が可能となる。
【図1】 本実施形態の位置検出器の要部構成を示す図
である。
である。
【図2】 本実施形態の磁気抵抗素子の出力電圧の一例
である。
である。
10 スケール、12 磁極、14 磁気センサヘッ
ド、16 第1磁気抵抗素子、18 第2磁気抵抗素
子、20 第3磁気抵抗素子、22 第1磁気抵抗素子
群、24 第2磁気抵抗素子群、26 第1磁気抵抗ブ
リッジ、28 第2磁気抵抗ブリッジ。
ド、16 第1磁気抵抗素子、18 第2磁気抵抗素
子、20 第3磁気抵抗素子、22 第1磁気抵抗素子
群、24 第2磁気抵抗素子群、26 第1磁気抵抗ブ
リッジ、28 第2磁気抵抗ブリッジ。
Claims (3)
- 【請求項1】 基本波長λで周期変化する位置情報が書
き込まれたスケールと、 前記位置情報を検出し、所定の信号にて出力する第1、
第2および第3検出素子を含む検出素子群であって、第
2および第3検出素子は、第1検出素子両側に間隔δを
もって配置され、前記第1、第2および第3検出素子の
出力の総和を出力する検出素子群と、 前記検出素子群の出力に基づき前記スケールとの相対移
動量を算出する相対移動量算出部と、を有し、前記第1
検出素子の出力と前記第2および第3検出素子の出力の
比がrであるときに、 【数1】r+2cos (2nπδ/λ)=0 (nは3
以上の奇数) の条件を満たす位置検出器。 - 【請求項2】 請求項1に記載の位置検出器において、
それぞれ二つの前記検出素子群からなり、λ/4の位相
差をもって配置された第1および第2検出素子ブリッジ
を有する、位置検出器。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の位置検出器で
あって、前記nが3、前記間隔δがλ/8、前記出力比
rが√2である、位置検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34143596A JPH10185507A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34143596A JPH10185507A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 位置検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10185507A true JPH10185507A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18346063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34143596A Pending JPH10185507A (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 位置検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10185507A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005009923A1 (de) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Sensitec Gmbh | Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung einer Position des Sensors |
WO2013024830A1 (ja) | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 日立金属株式会社 | エンコーダ |
EP3907477A1 (de) | 2020-05-06 | 2021-11-10 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Magnetische positionsmesseinrichtung |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP34143596A patent/JPH10185507A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005009923A1 (de) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Sensitec Gmbh | Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung einer Position des Sensors |
DE102005009923B4 (de) * | 2005-03-04 | 2016-11-24 | Sensitec Gmbh | Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung einer Position des Sensors |
WO2013024830A1 (ja) | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 日立金属株式会社 | エンコーダ |
US9250301B2 (en) | 2011-08-12 | 2016-02-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Encoder |
EP3907477A1 (de) | 2020-05-06 | 2021-11-10 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Magnetische positionsmesseinrichtung |
DE102021203973A1 (de) | 2020-05-06 | 2021-11-11 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Magnetische Positionsmesseinrichtung |
US11408756B2 (en) | 2020-05-06 | 2022-08-09 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Magnetic position measuring device |
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