JP3033111B2

JP3033111B2 - 磁気センサ

Info

Publication number: JP3033111B2
Application number: JP2057678A
Authority: JP
Inventors: 淳史松園
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH03257326A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、測長ないし測角用の磁気エンコーダ等に
好適な、磁気センサに関する。

［発明の概要］この発明は、正弦波信号出力部及び余弦波信号出力部
を有する磁気センサにおいて、各信号出力部を形成する
複数の磁気抵抗素子を同数ずつ交互に配列することによ
り、両信号出力部を空間的に接近させて、各信号間の位
相差の精度を向上させ、レベル差を低減すると共に、セ
ンサの形状を小型化するようにしたものである。

［従来の技術］従来、測長ないし測角用の磁気エンコーダとして、第
５図に示すように、記録波長がλの磁気スケール（１）
に対向して、サイン波信号発生用及びコサイン波信号発
生用の磁気センサブロック（10）及び（20）を配置した
磁気センサが知られている。

磁気センサブロック（10），（20）は、図示を省略し
たガラス等の絶縁基板上に、複数の磁気抵抗効果素子
（Magneto−Resistive Effect Element）が所定の距離
で配設されて構成される。このMR素子は、例えばNi−F
e,Ni−Co等の強磁性体薄膜から形成される。

この従来例では、磁気センサブロック（10），（20）
の各８個のMR素子（11）〜（18），（21）〜（28）が第
６図，第７図に示すように配置され、接続される。

即ち、磁気センサブロック（10）では、それぞれλ/2
間隔のMR素子（11），（12）；（17），（18）が２個ず
つＵ字状に接続される。第2,第３及び第6,第７のMR素子
（12），（13）及び（16），（17）は、間隔がそれぞれ
λ/4の奇数倍に設定されると共に、それぞれの他端がＵ
字状に接続される。また、第1,第５のMR素子（11），
（15）の間隔もλ/4の奇数倍に設定される。

第1,第５のMR素子（11），（15）の他端が電源端子Ｖ
に接続され、第4,第８のMR素子（14），（18）の他端が
接地端子Ｅに接続される。第2,第３及び第6,第７のMR素
子（12），（13）及び（16），（17）の各接続中点が信
号端子（10a），（10b）にそれぞれ接続される。

第７図に示すように、磁気センサブロック（10）の第
１〜第４のMR端子（11）〜（14）と、第５〜第８のMR素
子（15）〜（18）とが、電源端子Ｖと接地端子Ｅの間に
ブリッジ接続され、信号端子（10a），（10b）に作動増
幅器（19）が接続される。

他方の磁気センサブロック（20）も上述と同様に構成
され、両磁気センサブロック（10），（20）の各第１の
MR素子（11），（21）の距離D0はλ/8の奇数倍に設定さ
れる。

磁気スケール（１）から、次の（１）式で表される磁
場がMR素子に印加されると、ゼロバイアスで動作するMR
素子の抵抗値が印加磁場の２乗に比例して減少し、次の
（２）式で表される出力信号成分が得られる。

Ｈ＝Ha・sinθｍ ‥‥（１）Ｒ＝（ΔR/2）（Ha/Hs）^２・cos2θｍ ‥‥（２） Hs:飽和磁場磁気スケール（１）と磁気センサブロック（10）の相
対位置が第５図に示すようであるとき、スケール（１）
の磁場が印加されるMR素子（13），（14）；（15），
（16）の抵抗値が減少して、磁場が印加されないMR素子
（11），（12）；（17），（18）の抵抗値は変化しな
い。

上述の従来例では、内挿分割の技法により、磁気セン
サブロック（10），（20）が発生するサイン波信号及び
コサイン波信号から、相互に位相が異なる複数の信号を
合成し、各合成信号のゼロクロス点を検出することによ
り、所要の分解能を有する検出パルス列を得ている。

そして、各MR素子をブリッジ接続することにより、低
周波の減衰、偶数次高調波・温度特性の相殺等で、信号
歪みが低減され、また、差動接続することにより、直流
成分・同相ノイズが除去される。

［発明が解決しようとする課題］ところが、従来の磁気センサでは、前述のように、各
磁気センサブロック（10），（20）が、所定の位相関係
を満足する位置に配設された一団のMR素子（11）〜（1
8），（21）〜（28）からそれぞれ構成されているた
め、両センサブロック（10），（20）が空間的に離れて
しまう。

例えば、λ＝80μｍの場合、両センサブロック（1
0），（20）の各第１のMR素子（11），（21）の距離
が、D0＝730μｍにもなる。

両センサブロック（10），（20）が空間的に離れる
と、磁気センサの形状を小型化することが困難であると
共に、MR素子蒸着用のマスクの加工精度，熱膨張，スケ
ール・センサ間のアジマス等により、各センサブロック
（10），（20）から出力される、サイン波信号及びコサ
イン波信号間の位相差の精度が低下するという問題があ
った。

また、磁気スケールの記録むらにより、サイン波信号
及びコサイン波信号間に、非定常的なレベル差が発生し
て、内挿分割時のパルス列の分解能が低下するという問
題があった。

かかる点に鑑み、この発明の目的は、両磁気センサブ
ロックを空間的に接近させて、各信号間の位相差の精度
を向上させ、レベル差を低減すると共に、形状を小型化
した磁気センサを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］この発明の磁気センサは、基盤上にそれぞれ所定の間
隔で配列された複数の磁気抵抗素子の内、それぞれ所定
数の磁気抵抗素子がサイン波センサブロック（10）およ
びコサイン波センサブロック（20）を形成するようにな
された磁気センサにおいて、上記サイン波センサブロッ
クを形成する磁気抵抗素子の第１及び第２の各ペア（1
1）〜（14）と、上記コサイン波センサブロックを形成
する磁気抵抗素子の第１及び第２の各ペア（21）〜（2
4）と、上記サイン波センサブロックを形成する磁気抵
抗素子の第３及び第４の各ペア（15）〜（18）と、上記
コサイン波センサブロックを形成する磁気抵抗素子の第
３及び第４の各ペア（25）〜（28）とをそれぞれ直列に
接続して４グループを形成し、1/2波長間隔に接続され
た上記各グループの各ペア間を所定の距離として、１つ
のグループの各ペア間に他のグループの各ペアが介挿配
置され、上記サイン波センサブロックの第１のペアと上
記コサイン波センサブロックの第１のペアとの距離は1/
8波長の奇数倍に設定され、同一グループの第１のペア
と、第２のペアとの間隔はそれぞれ1/4波長の奇数倍に
設定され、同一センサブロックの第１のペア、第３のペ
アとの間隔はそれぞれ1/4波長の奇数倍に設定され、上
記サイン波センサブロックの各ペアと、上記コサイン波
センサブロックの各ペアとを同数ずつ交互に配列したも
のである。

［作用］かかる構成によれば、両信号出力部が空間的に接近し
て、各信号間の位相差の精度が向上し、レベル差が低減
すると共に、センサの形状が小型化される。

［実施例］以下、第１図を参照しながら、この発明による磁気セ
ンサの一実施例の前提について説明する。

この発明の一実施例の前提の構成を第１図に示す。こ
の第１図において、前出第６図に対応する部分には同一
の符号を付ける。

第１図においては、両磁気センサブロック（10）及び
（20）の各第１〜第４のMR素子（11）〜（14）及び（2
1）〜（24）と、第５〜第８のMR素子（15）〜（18）及
び（25）〜（28）とが、前出第６図と同様にそれぞれ直
列に接続される。各直列グループの４個のMR素子、例え
ば（11）〜（14）の相対配置は前出第６図と同様であ
る。

第１図では、サイン波用センサブロック（10）の第２
グループのMR素子（15）〜（18）と、コサイン波用セン
サブロック（20）の第１グループのMR素子（21）〜（2
4）とが、前出第６図の従来例とほぼ入れ替わって配設
されて、両センサブロック（10）及び（20）の各第１の
MR素子（11）及び（21）の距離D1が、従来例と同様に、
λ/8の奇数倍に設定される。

また、同一センサブロックの第1,第５のMR素子、例え
ば（11），（15）の間隔はλ/4の奇数倍に設定される。

上述のように、両センサブロック（10），（20）の各
第1,第２のグループが交互に配設されて、両センサブロ
ック（10），（20）の各第１のMR素子（11），（21）の
距離D1は、従来例の対応する距離D0に比べて半減し、サ
イン波信号及びコサイン波信号間の位相差の精度が向上
すると共に、レベル差が低減する。

次に、第２図を参照しながら、この発明の実施例につ
いて説明する。

この発明の実施例の構成を第２図示す。この第２図に
おいて、前出第１図，第６図に対応する部分には同一の
符号を付ける。

第２図の実施例においては、両磁気センサブロック
（10）及び（20）の各第１〜第４のMR素子（11）〜（1
4）及び（21）〜（24）と、第５〜第８のMR素子（15）
〜（18）及び（25）〜（28）とが、それぞれ直列に接続
されて、４グループが形成される。

第２図の実施例では、λ/2間隔でＵ字状に接続された
各グループのペアのMR素子が、各ペア間の距離を拡大さ
れて、一つのグループのペア間に他のグループのペアが
介挿配置される。この場合、両センサブロック（10）及
び（20）の各第１のMR素子（11）及び（21）の距離D2
は、従来例と同様に、λ/8の奇数倍に設定される。

また、同一グループの第1,第３のMR素子、例えば（1
1），（13）；（21），（23）の間隔はそれぞれλ/4の
奇数倍に設定され、同一センサブロックの第1,第５のMR
素子、例えば（11），（15）の間隔もλ/4の奇数倍に設
定される。

上述のように、この実施例では、サイン波用センサブ
ロック（10）とコサイン波用センサブロック（20）との
各MR素子ペア、例えば（11），（12）；（13），（14）
と（21），（22）；（23），（24）とが交互に配設され
て、両センサブロック（10），（20）の各第１のMR素子
（11），（21）の距離D2は、第１図の実施例の対応距離
D1に比べても半減し、サイン波信号及びコサイン波信号
間の位相差の精度が更に向上すると共に、レベル差が更
に低減する。

第１図及び第２図の実施例では、同一グループのペア
のMR素子、例えば（11），（12）；（13），（14）が相
互に離れて配設されている。両図に示すように、同一グ
ループの第1,第３のMR素子、例えば（11），（13）の間
隔はλ/4の奇数倍に設定されればよいのであるから、ｎ
＝０として、最小間隔のλ/4とすることができる。

一方、ペアのMR素子、例えば（11），（12）の間隔
は、前述のようにλ/2であるから、同一グループの第1,
第３のMR素子の間隔をλ/4の最小倍に設定することによ
り、第３図に示すように、同一グループのペアのMR素
子、例えば（11），（12）；（13），（14）を交互に配
設することができて、４個のMR素子からなる各グループ
の占有長が縮小され、磁気センサの形状を一層小型化す
ることができる。

なお、この場合は、MR素子層とは別に、接続用の配線
層を設けることが必要となる。

次に、第４図を参照しながら、他の磁気センサについ
て説明する。

他の磁気センサの構成を第４図に示す。この第４図に
おいて、前出第１図〜第３図，第６図に対応する部分に
は同一の符号を付ける。

第４図においては、サイン波用とコサイン波用の両磁
気センサブロック（10），（20）の各第１のMR素子（1
1），（21）の距離Ｄがλ/8の奇数倍に設定されること
に着目して、両センサブロック（10），（20）の各第１
のMR素子（11），（21）の距離D3を、第３図と同様、λ
/8の最小倍に設定する。

これにより、第４図では、両センサブロック（10），
（20）の、それぞれλ/2間隔の、各ペアのMR素子、例え
ば（11），（12）；（21），（22）を交互に配設するこ
とができて、８個のMR素子からなる各センサブロック
（10），（20）の占有長が短縮されると共に、各センサ
ブロック（10），（20）が殆ど重なり合って、磁気セン
サの形状を格段に小型化することができる。

例えば、λ＝80μｍの場合、磁気センサの全長が、Ｌ
＝230μｍにも短縮されると共に、各センサブロック（1
0），（20）間の距離が、D3＝10μｍにも短縮される。

また、サイン波信号及びコサイン波信号間の位相差の
精度が更に向上すると共に、レベル差が更に低減する。

なお、この場合も、MR素子層とは別に、接続用の配線
層を設けることが必要である。

［発明の効果］この発明によれば、両センサブロックの第１のペアの
距離を短くすることができ、サイン波信号及びコサイン
波信号間の位相差の精度を向上させると共に、レベル差
を低減させることにより、形状が小型の磁気センサを得
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による磁気センサの一実施例の前提の
構成を示す略線平面図、第２図はこの発明の実施例の構
成を示す略線平面図、第３図は他の磁気センサの要部の
構成を示す略線平面図、第４図は他の磁気センサの構成
を示す略線平面図、第５図及び第６図は従来の磁気セン
サの構成例を示す略線概念図及び略線平面図、第７図は
この発明の説明のための結線図である。（10）は正弦波信号出力部、（20）は余弦波信号出力
部、（11）〜（18），（21）〜（28）は磁気抵抗素子で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基盤上にそれぞれ所定の間隔で配列された
複数の磁気抵抗素子の内、それぞれ所定数の磁気抵抗素
子がサイン波センサブロックおよびコサイン波センサブ
ロックを形成するようになされた磁気センサにおいて、上記サイン波センサブロックを形成する磁気抵抗素子の
第１及び第２の各ペアと、上記コサイン波センサブロッ
クを形成する磁気抵抗素子の第１及び第２の各ペアと、
上記サイン波センサブロックを形成する磁気抵抗素子の
第３及び第４の各ペアと、上記コサイン波センサブロッ
クを形成する磁気抵抗素子の第３及び第４の各ペアとを
それぞれ直列に接続して４グループを形成し、 1/2波長間隔に接続された上記各グループの各ペア間を
所定の距離として、１つのグループの各ペア間に他のグ
ループの各ペアが介挿配置され、上記サイン波センサブロックの第１のペアと上記コサイ
ン波センサブロックの第１のペアとの距離は1/8波長の
奇数倍に設定され、同一グループの第１のペアと、第２のペアとの間隔はそ
れぞれ1/4波長の奇数倍に設定され、同一センサブロッ
クの第１のペア、第３のペアとの間隔はそれぞれ1/4波
長の奇数倍に設定され、上記サイン波センサブロックの各ペアと、上記コサイン
波センサブロックの各ペアとを同数ずつ交互に配列した
ことを特徴とする磁気センサ。