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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- output
- 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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