(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配列された複数の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサーと、前記磁気センサーに対して相対移動する磁気媒体とを備えており、
前記磁気媒体は、周期２λｍで変化する磁化パターンを有し、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、ピッチλで配列する少なくとも４個の磁気抵抗効果素子でブリッジ接続を構成しており、
前記λはゼロより大きく且つ前記λｍよりも小さく、
前記磁気抵抗効果素子はスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気抵抗効果素子の長手方向は、前記磁化パターンの長手方向に対して１〜３°傾いている
ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】
前記磁気媒体は磁気ドラムであり、前記磁気抵抗効果素子の長手方向が磁気ドラムの回転軸と平行であり、前記回転軸に対して前記磁化パターンの長手方向は傾いていることを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項３】
前記磁気媒体は磁気ドラムであり、前記磁化パターンの長手方向が磁気ドラムの回転軸と平行であり、前記回転軸に対して前記磁気抵抗効果素子の長手方向は傾いていることを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を得ることができる磁気式エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可動部材の変位や速度を精密に検出し、帰還制御を行う機械装置は多い。一例として、オートフォーカスカメラ用のレンズ鏡筒がある。レンズ鏡筒内には、電動モーターや超音波モーターで合焦用レンズを進退させるフォーカス機構が設けられている。フォーカス機構を構成する回転筒の回転変位を検出するには、磁気媒体の移動量（すなわち、合焦用レンズ群の進退量）を高精度に検出するため、磁気式エンコーダが使われている。
【０００３】
高精度に変位検出するため、磁気式エンコーダには高い分解能が要求される。分解能は磁気媒体の着磁ピッチで表わすこともでき、その着磁ピッチは従来３０〜５０μｍであったのが、１０〜２０μｍさらに１０μｍ以下が求められて来ている。高分解能化を進めるに従い、磁気媒体と磁気センサーの素子との距離である磁気ギャップの出力に対する影響が大きくなり、ギャップ変動をなくすことが必要となってくる。そのため、磁気媒体と磁気センサーを接触させて摺動させる方式が有利であり、多く採用されている。
【０００４】
本明細書において、磁気センサーと磁気媒体の位置関係の説明を解りやすくするため、磁気センサーに対して磁気媒体が相対移動する方向をＸ軸、Ｘ軸と垂直な方向の内、磁気媒体の曲率中心と交わる方向をＺ軸、他方をＹ軸と定義する。Ｙ軸は磁気媒体の回転軸に沿った向きに相当する。また、磁気センサーを磁気媒体に押し当てる力が加わる点（加圧点）が、Ｚ軸上に位置するときをＸ軸の原点とし、Ｘ軸原点からＸ方向への位置ずれをＸオフセットと定義する。更に、磁気センサーの摺動面と磁気媒体の相対姿勢の説明を解りやすくするため、摺動面がＸ軸を回転軸として回転する角度をピッチ角、Ｙ軸を回転軸として回転する角度をロール角とし、摺動面がＸ軸に平行なとき、ロール角を０度、Ｙ軸に平行なとき、ピッチ角を０度と定義する。
【０００５】
特許文献１は、媒体である磁気ドラムに磁気センサーを対向させて出力信号を得る磁気式エンコーダにおいて、磁気ドラムの回転方向に対して傾けて記録ピッチを着磁することを、開示している（段落００１８、図１参照）。
【０００６】
特許文献２は、トラック方向に垂直な方向と磁化転移線とのなす角度が２５〜７５°である磁気ディスク装置を、開示している（段落０００７、図１及び図６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２８４８５号公報
【特許文献２】特開平１１−２７３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の段落００１８は、記録ピッチの着磁を傾ける理由として「ＭＲ素子に印加される磁界は、隣り合うＭＲ素子間にλ／４の位相差を生じさせた」ことを記載している。この傾斜は、磁気ギャップを均一にする為に直線状に配置した複数のＭＲ素子に、位相差をつけた磁界を印加する為に、用いられている。着磁によって磁気ドラム表面に形成された磁化パターン（すなわち、着磁パターン）の傾きは、λ／４の位相差を生じる大きな傾きに限定される。記録ピッチの着磁を傾けること自体が出力信号の精度向上に寄与するといったことは、特許文献１には示唆されていない。複数のＭＲ素子を平行に配列した磁気センサーと着磁を傾けた磁気媒体とを有する磁気式エンコーダは、開示されていない。
【０００９】
特許文献２は、磁気記録再生分野の「高密度化が可能な磁気ディスク装置」（段落０００６の課題参照）を提供することを目的としており、磁気式エンコーダとは分野の異なる技術である。特許文献２の段落００３４の効果には、「再生時の隣接トラックからの漏洩磁界を低減してクロストークを大幅に低減できる」ことが記載されている。すなわち、隣接トラックからのノイズ低減である。記録ピッチの着磁を傾けること自体が磁気式エンコーダの出力信号の精度向上に寄与するといったことは、特許文献２には示唆されていない。
【００１０】
本発明は、出力信号の精度を向上した磁気式エンコーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の磁気式エンコーダは、平行に配列された複数の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサーと、前記磁気センサーに対して相対移動する磁気媒体とを備えており、
前記磁気媒体は、周期２λｍで変化する磁化パターンを有し、
前記複数の磁気抵抗効果素子は、ピッチλで配列する少なくとも４個の磁気抵抗効果素子でブリッジ接続を構成しており、
前記λはゼロより大きく且つ前記λｍよりも小さく、
前記磁気抵抗効果素子はスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気抵抗効果素子の長手方向は、前記磁化パターンの長手方向に対して１〜３°傾いている
ことを特徴とする。
【００１２】
前記磁気媒体を回転式の磁気ドラムとする場合、磁気ドラムの回転方向に沿って、前記複数の磁気抵抗効果素子は配列される。
λをλｍより小さくすることにより、少なくとも４個の磁気抵抗効果素子を用いたブリッジ回路から、逓倍化した出力を得る。
【００１３】
前記磁気抵抗効果素子と前記磁気パターン間の磁気ギャップは、０〜２０μｍの範囲内にあることを特徴とする。
【００１４】
前記磁気媒体は磁気ドラムであり、前記磁気ドラムの回転方向に対して垂直な方向に回転軸を定義する。前記磁気抵抗効果素子の長手方向が磁気ドラムの回転軸と平行である場合、前記回転軸に対して、前記磁化パターンの長手方向は傾いている。
【００１５】
前記磁化パターンの長手方向が磁気ドラムの回転軸と平行である場合、前記回転軸に対して、前記磁気抵抗効果素子の長手方向は傾いている。
【００１６】
上記磁気センサーは、磁気媒体に摺動させる為のセンサー基板と、前記センサー基板を設ける配線基板と、前記配線基板を介して前記センサー基板を支持するセンサー保持板と、前記配線基板に接続されるフレキシブルプリント配線とを備えることが望ましい。本発明の磁気式エンコーダをカメラに搭載することで、カメラ用レンズ鏡筒の回転変位を検知することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、出力信号の精度を向上した磁気式エンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の磁気式エンコーダを説明する概略図である。
【図２】センサー基板の上面図である。
【図３】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の接続を示す回路図である。
【図４】図２のセンサー基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】センサー基板を設けた配線基板の斜視図である。
【図６】磁気式エンコーダの概略図である。
【図７】図６の磁気式エンコーダの側面図である。
【図８】図７を補足する概略図である。
【図９】他の磁気式エンコーダの斜視図である。
【図１０】スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の概略図である。
【図１１】比較形態の磁気式エンコーダを説明する概略図である。
【図１２】比較形態を説明するための概略図である。
【図１３】比較形態を説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の他の磁気式エンコーダを説明する概略図である。
【図１５】本発明の他の磁気式エンコーダを説明する概略図である。
【図１６】比較例の出力波形を示すグラフである。
【図１７】実施例の出力波形を示すグラフである。
【図１８】実施例の出力波形を示すグラフである。
【図１９】実施例の出力波形を示すグラフである。
【図２０】比較例の１６逓倍化の出力波形を示すグラフである。
【図２１】実施例の１６逓倍化の出力波形を示すグラフである。
【図２２】比較例のリサージュ波形を示すグラフである。
【図２３】実施例のリサージュ波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。判り易くするため、同一の部品又は部位には同じ符号を用いる。一対となっている部位には、左右のどちら側であるかを示す為に、符号の後にａ又はｂのアルファベットを付した。例えば符号５０であれば５０ａと５０ｂが対応する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本発明に係る磁気式エンコーダを説明する概略図である。磁気シート６２は平面に展開した様子で図示している。磁気シート６２には着磁パターン６２ｂがピッチλｍでＮＳの向きを交互に逆にしながら着磁されている。すなわち、移動方向に沿って、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎという向きに着磁されている。そして、それぞれの着磁パターン６２ｂの長手方向は、着磁パターンの配列方向（すなわち、図１中の両矢印）に直交する向き（Ｙ軸方向）に対して、θの角度で傾いている。このθをアジマス角と称する。回転可能なカメラ用レンズ鏡筒の外周面に磁気シート６２を貼り付け、図１に示した位置関係となるように、センサー基板１０に形成したＧＭＲセンサー２を磁気シート６２に対向させることで、磁気ドラムを用いた磁気式エンコーダを構成する。前記両矢印が磁気ドラムの回転方向に相当する。ＧＭＲセンサー２はセンサー基板の磁気シート対向側に隠れているが、位置関係をわかりやすくするため、透視して図示する。図３に示すようにＧＭＲセンサー２で逓倍化を用いると共に、着磁パターンの配列方向に対して着磁パターン６２ｂの長手方向を傾けることで、ＧＭＲセンサーの出力を正弦波状にすることができ、位置検出精度を高めることができる。
【００２１】
図２は、磁気シートと対向する側からみたセンサー基板１０の詳細な上面図である。センサー基板１０の媒体対向側の面と、切削で形成された側面との間には、Ｒ面取り部７が形成されている。Ｒ面取り部７はプラズマでドライエッチングされて滑らかな面取り面に仕上げられている。ＧＭＲセンサー２では、図３に示すように、複数のスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子ａ〜ｌおよび端子部ｍ〜ｘを接続してブリッジ回路を構成しており、配線膜２ｂを介して電極パッド２ｃに接続されている。電極パッド２ｃは詳細には２ｃ１〜２ｃ４を用いる。センサー基板の幅は０．６ｍｍ、この幅に直交する向きにおけるセンサー基板の長さ（長手方向の寸法）は３．１ｍｍとした。幅はＡ−Ａ’方向、すなわち摺動方向（図１では移動方向）におけるセンサー基板寸法である。
【００２２】
図３は、ブリッジ接続した素子のパターンを示す回路図である。以下、単に“素子”と記載する場合には、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を指している。まず、ピッチλで配列した素子ａ、素子ｂ及び素子ｃの３本が端子部ｍ及び端子部ｎを介して直列に接続されて第１の枝部を構成する。ピッチλで配列した素子ｄ、素子ｅ及び素子ｆの３本が端子部ｏ及び端子部ｐを介して直列接続されて第２の枝部を構成する。ピッチλで配列した素子ｇ、素子ｈ及び素子ｉの３本が端子部ｑ及び端子部ｒを介して直列接続されて第３の枝部を構成する。ピッチλで配列した素子ｊ、素子ｋ及び素子ｌの３本が端子部ｓ及び端子部ｔを介して直列接続されて第４の枝部を構成する。第１の枝部と第２の枝部は５λ／４のピッチで隣り合い、第２の枝部と第３の枝部は３λ／２のピッチで隣り合い、第１の枝部と第４の枝部は１５λ／２のピッチで隣り合う。端子部ｕは第１及び第２の枝部をつないで電極パッド２ｃ２（すなわち、電源電圧Ｖｃｃ）に接続し、端子部ｖは第３及び第４の枝部をつないで電極パッド２ｃ４（すなわち、ＧＮＤ）に接続し、端子部ｗは第１及び第４の枝部をつないで第１の出力端子である電極パッド２ｃ１（すなわち、Ｂ相出力）に接続し、端子部ｘは第２及び第３の枝部をつないで第２の出力端子である電極パッド２ｃ３（すなわち、Ａ相出力）に接続する。これらの接続により、ＧＭＲセンサー２に相当するブリッジ回路を構成している。長いストライプ形状の素子同士は互いに平行に配列されている。λ＝２０μｍとした。素子ａ〜ｌの長手方向は、図１ではＹ軸方向に相当する。各々の枝部では、図１３で後述するように、λのピッチで平行に配列した３つの素子を直列に接続し、逓倍化によって、３素子の合成出力としてλｍより小さいλのピッチの出力を得ることができる。
【００２３】
なお、図３のパターンの他の例として、端子部を素子とは別の部材として形成するのではなく、素子の膜構成を用いて、素子と端子部を一体に形成することもできる。ただし、端子部を幅広に形成することにより、端子部における磁気抵抗変化を十分に小さくすることが望ましい。
【００２４】
図４は、図２のセンサー基板１０のＡ−Ａ’断面図である。シリコン基板１ｃでＧＭＲセンサー２を形成した面は、その両側の稜にＲ面取り部が形成されている。ＳｉＯ２の被覆３の端は滑らかなテーパーとなるように形成した。平坦な領域での被覆厚さは約２μｍとした。素子や配線を含めても数μｍ厚であり、センサー基板の厚さ＝ウェハの厚さと見なしても差し支えない。素子上のＳｉＯ２膜は磁気シート６２の表面との磁気ギャップとなっている。Ｒ面取り面の間にある検出面は、平面と滑らかな凸曲面で構成されている。ＧＭＲセンサー２は電極パッドを除いて図４に示すように、酸化物の保護膜である被覆３で覆うものとしたが、図２では被覆３の図示を省略している。図４において、ＧＭＲセンサー２の部分は、図２と比較すると簡略化して図示している。磁気シートに対して摺動させる際には、間隙はゼロとなるが、磁気ギャップは２μｍである。
【００２５】
図５は、図２のセンサー基板１０とそれを設けた配線基板２０の斜視図である。配線基板２０は配線回路を作りこんだガラスエポキシ基板であり、センサー基板の電極パッド２ｃと配線基板の配線パッド２１とをボンディングワイヤー２３を介して導通させている。配線パッド２１と配線端子２２は、配線基板内で電気的に接続されている。電極パッド２ｃにＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：フレキシブルプリント配線）を直接接続することはサイズの違いから難しい。そこで配線基板を設けた。配線端子には無鉛半田を介してＦＰＣを接続する。
【００２６】
図６に磁気式エンコーダの概略図を示す。磁気媒体である磁気シート６２、ＧＭＲセンサー２を有するセンサー基板１０、ガラスエポキシ配線基板２０、センサー保持板３０および取り付け台５０について、磁気媒体側から見たときの配置を示す。判り易くするために、透視した磁気シート６２を点線で示し、センサー保持板３０の背面に隠れている取り付け台５０を鎖線で示す。取り付け台はカメラ用レンズ鏡筒の一部分に相当する。
【００２７】
図６において、センサー保持板３０は、固定部３７に形成した孔３９ａ，３９ｂを用いて取り付け台５０ａ，５０ｂにねじ止めで固定した。センサー保持板３０を取り付け台に固定することで、磁気シート６２に対してセンサー基板１０を所定の位置に所定の荷重で押し付ける。センサー保持板３０は一体の金属薄板からなり、板バネとして機能すると共に、ガラスエポキシ配線基板２０を保持するセンサー保持部３１と、２本の弾性アーム部と、１つの固定部３７で構成されている。
【００２８】
弾性アーム部を剛性の高い別の部材で作製して組み立てる場合やセンサー保持板のほかにピボットを併用する場合に比べて、一体の板バネからなるセンサー保持板は薄型化を図っている。また、一体の板バネからなるセンサー保持板は、センサー基板の姿勢角変動を低減し、部品点数の低減及び組立てコストの低減にも寄与している。このセンサー保持板を磁気式エンコーダに使う際には、平板の状態で用いる。バネ性を高めようと、予め曲げておいてＺ方向（厚さ方向）で立体的な構造にすると、加工コストが増加するだけでなく、磁気式エンコーダの組立て工程を経ることによる不測の変形により、バネ荷重にバラツキが生じ、姿勢角にもバラツキを生じるので、好ましくない。
【００２９】
前記弾性アーム部は、弾性変形部３２と支持部３３で構成されている。弾性変形部は、Ｘ軸の方向に延びており、つづら折り形状である。それらのピッチ方向における回転軸をＸ軸に沿った一点鎖線で示す。この一点鎖線がセンサー保持部３１のピッチ方向の回転軸となるよう、センサー保持部３１の両側にはそれぞれ弾性変形部３２ａ，３２ｂが連なっている。それぞれの弾性変形部３２の他端は、片持ち梁として機能する支持部３３で支持され、支持部は固定部３７に接合するよう連なっている。支持部３３と固定部３７の境は、スペース３６ｓとＬ４の寸法線を結ぶ波線上にある。
【００３０】
弾性変形部３２は、センサー基板１０を磁気シート６２に押し付ける際に、バネ荷重を発生する部位となり、磁気シート６２とセンサー基板１０の摺動を安定させる。また、弾性変形部３２は、ピッチ剛性を小さくすることが出来るので、ピッチ角変動に対して、エアギャップの広がりを抑えることができる。
【００３１】
センサー基板１０中のＧＭＲセンサー２の中心（一点鎖線の中心線と２点鎖線の交点）は、弾性変形部３２のピッチ方向の回転軸（Ｙ軸に平行な１点鎖線）よりも、磁気シートの縁６２ａの側にある。これの位置関係を採用することで、ＧＭＲセンサー２においてピッチ角変動の影響を抑制することができ、そして、センサー基板を磁気シートに押し付ける際に支持部３３が変形することを抑制することができる。なお、センサー保持部３１の重心は、弾性変形部３２のピッチ方向の回転軸よりもわずかにＹ軸のマイナス方向にシフトした位置にあるが、実質的に前記“ピッチ方向の回転軸”上にあるとして差し支えない。
【００３２】
一対の支持部３３ａ，３３ｂの端は、固定部３７に接続されている。そして、支持部３３は、弾性変形部を支持する交差部３４と、交差部３４と固定部の間にある太幅部３５及び広幅部３６で構成されている。前記交差部３４において、弾性変形部３２と接続する箇所の両側にはＸ軸方向にスリットを設ける。スリット３３ｓを形成した領域では交差部の幅Ｍ１は、交差部の残りの部分における幅Ｍ２よりも小さい。スリット３３ｓを設けると、衝撃等の外力が加わっても、弾性変形部と交差部の接続箇所に応力が集中することが抑制される。交差部の大部分において幅を太くしてＭ２としているので、支持部の幅がＭ１のみで延伸するように作製した板バネに比べて、剛性が高められている。広幅部３６においては、衝撃等の外力で配線基板２０が傾いたときのためのスペース３６ｓを確保するべく、配線基板２０を避けられる程度に内側（中心線側）に向けて、幅Ｍ３を拡幅して剛性を高めている。広幅部３７においては、外側に向けて更に幅を（Ｍ３＋Ｍ４）まで拡幅して固定部との間を埋めることで、剛性の向上に寄与している。広幅部３６に設けた小さい方の孔３８はセンサー保持板の仮止めに利用するものであり、確実に固定するための孔ではない。
【００３３】
このように支持部を、その付け根に向かって拡幅することで、剛性を高め、センサー基板１０がロール方向で傾くことを抑制する。この剛性向上により、平板の板バネの状態で用いても、薄型且つピボットレスで用いることができる。Ｙ軸方向に平行な一点鎖線は、センサー保持部３１の中心と固定部３７の中心を結ぶ中心線に相当する。弾性アーム部同士は中心線に対して対称に形成した。
【００３４】
図６において、センサー基板１０の下方の端近傍には電極パッドを有し、配線基板２０とはワイヤー配線を介して導通させ、配線基板２０の配線端子には無鉛はんだを介してＦＰＣ４０と導通させている（無鉛はんだはＦＰＣの反対側に隠れているので、図示を省略する）。ＦＰＣ４０は樹脂５１によって固定部３７の下方の端に支持されている。ＧＭＲセンサ２からの電気信号は、配線基板２０及びＦＰＣ４０を介して、外部に取り出している。ＦＰＣは配線基板２０と樹脂５１の間で細幅にしている。この細幅化によって、ピッチ方向におけるセンサー保持板の動作を妨げないようにしている。太い幅のＦＰＣを用いると、ＦＰＣの剛性の寄与が大きくなりすぎる。すると、センサー保持板を磁気シートと平行に対面させるように弾性変形部が撓むことを、太幅のＦＰＣが妨げる。
【００３５】
Ｌ０は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸とＧＭＲ素子の中心との距離であり、Ｘ方向に沿った１点鎖線と２点鎖線の間隔に相当する。Ｌ１は、弾性変形部のピッチ方向の回転軸から磁気シートの縁６２ａ（固定部に近い側の縁）までの距離に相当する。Ｌ２は弾性変形部のピッチ方向の回転軸（Ｘ軸に沿った向きの１点鎖線）から支持部（交差部または支持部の交差部）３４の付け根（太幅部３５との境界）までの寸法に相当する。Ｌ３は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から太幅部３５の付け根（広幅部３６との境界）までの寸法に相当する。Ｌ４は弾性変形部のピッチ方向の回転軸から広幅部３６の付け根（固定部３７との境界）までの寸法に相当する。
【００３６】
図７は、図６のＹ軸の負の向きに沿って、磁気媒体側から見たときの側面図である。磁気シート６２にセンサー基板１０を押し当てて、弾性変形部を撓ませた状態である。Ｘ軸方向において、センサー基板の位置にずれを生じた場合、そのずれの量をオフセット量と称する。
【００３７】
図６及び図７に係る磁気シート６２は、テープ状のプラスチックフィルム上に磁性体をコーティングしたものを、所定の曲率を有する非磁性面に接着剤で固着して作製した。非磁性面の回転に伴って、センサー基板１０と交差する方向における磁気シートの幅Ｗｂは２．５ｍｍ、磁気シート表面の曲率半径は２７．５ｍｍとした。
【００３８】
図８は、図７を補足する概略図である。図８（ａ）はカメラ用のレンズ鏡筒６９の一部に貼り付けて固着した磁気シート６２と、センサー基板１０とが、摺動する様子を示している。センサー保持板等の図示は省略した。図８（ａ）の一部を拡大したものが、図７に相当する。図８(ｂ)〜（ｄ）は、図７のＸ軸に沿った向きからみた断面図である。図８（ｂ）は、磁気シート６２に対してセンサー基板１０を押し付けるために、センサー保持板３０の周囲は実線表示した箇所まで押し込むが、センサー保持部３１は点線表示した箇所にあることを示している。この点線箇所と実線箇所の位置の差を“押し込み量”と称する。図８（ｃ）は、磁気シート６２にセンサー基板１０を押し付けたときに、押し付ける前のセンサー保持板３０の面に平行な面と、押し付けた後のセンサー基板の媒体対向側の面１１との為す角度を示し、この角度をピッチ角と称する。図８（ｄ）は、磁気シート６２とセンサー基板１０が重なっている領域の長さを示し、この長さを“重なり量”と称する。
【００３９】
図９は、他の磁気式エンコーダの斜視図であり、磁気シートの着磁状態を説明するために例示する。磁気シート６２は印加する着磁磁界の磁界方向を反転させながら、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ、Ｓ−Ｎの順で、磁化の向きが反転した着磁パターン６２ｂを形成している。ただし、アジマス角＝０°の場合について図示している。磁気センサーは、センサー基板１０にＧＭＲセンサー２を有し、ＧＭＲセンサー２は配線膜（図示を省略）を介してＦＰＣ４０’に接続されている。磁気シート６２とＧＭＲセンサー２間の物理的な間隔は、摺動型であれば、ゼロである。ただし、ＧＭＲセンサー２と着磁パターン間には被覆の層等があるので、磁気的な間隔（すなわち、磁気ギャップ）はゼロではない。両矢印で示した移動方向において、磁気センサーに対して磁気シート６２が移動することで、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子に印加される磁界強度が変化して、素子の抵抗が変化する。なお、図９では、実施形態１とは異なり、フレキシブルプリント配線が媒体対向面側とは反対側でセンサー基板に設けられている。
【００４０】
図１０は、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の１例を示す模式図である。シリコン基板１ｃ上に、固定層１２１、非磁性導体層１２２、及び自由層１２３の順に製膜した後、フォトリソグラフィー技術でレジストマスクを形成し、イオンミリング加工でパターニングして、長手方向を有するストライプ形状の素子を作製した。固定層１２１はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの積層膜とし、厚み５（ｎｍ）とした。非磁性導体層１２２はＣｕで、厚さ２（ｎｍ）とした。自由層１２３はＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの２層膜とし、厚さ３（ｎｍ）とした。固定層の磁化方向を固定するため、約２．４ｋＡ／ｍの磁場中でスパッターによる製膜を行った。約２．４ｋＡ／ｍは、約３０Ｏｅに相当する。自由層もＮｉＦｅに異方性をつけて磁気特性を上げるため、磁場中でスパッターによる製膜を行った。
なお、実施例では、基板と固定層の間に更に反強磁性層を設けたタイプのスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子を用いた。
【００４１】
固定層１２１の磁化方向は実線の矢印２６で示しており、自由層１２３に加わる外部の磁界方向は、一点鎖線の矢印２７と破線の矢印２８で示している。外部の磁界が一点鎖線の矢印２７の方向に加わると、固定層の磁化方向と同方向となるので、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗は磁界強度の増加と共に低下する。破線の矢印２８方向に外部磁界が加わっても、固定層の磁化方向と逆方向となるためスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の電気抵抗は変化しない。
【００４２】
（比較形態１）
図１１は、比較例に関わる磁気式エンコーダを説明する概略図である。磁気シート６２の着磁パターン６２ｂの長手方向は、両矢印で示した磁気シートの移動方向と直交する。すなわち、磁気シート、センサー基板１０及びＧＭＲセンサー２以外の構成は図示を省略しているだけであり、アジマス角θ＝０°であることを除いて実施形態１と同様に構成している。
【００４３】
図１２は、図１１の比較形態１の一部を拡大し、Ｙ軸方向でみた概略図であり、センサー基板１０が備える回路（図３の回路）中の素子ａ、素子ｂ及び素子ｃと磁気シートとの関係を示す。図１３は、素子ａ、素子ｂ及び素子ｃについて、信号の逓倍化を説明するグラフである。図１２のセンサー基板１０の一部を拡大した部分１０’に着目すると、ピッチλで配列した素子ａ、素子ｂ及び素子ｃのそれぞれは、相対的に移動する磁気シートから漏洩磁界を受けることで、磁気抵抗が変化する。各々の変化を電気信号の出力波形として図１３に示す。素子ａ、素子ｂ、及び素子ｃの各々の出力波形の他に、３つの出力波形の和を素子ａ＋素子ｂ＋素子ｃの合成波形として図示する。この合成波形のピッチはλ＝２０μｍであり、磁気シートの着磁パターンのピッチλｍ＝３０μｍより、小さい。このようにλのピッチで平行に配列した３つの素子を直列に接続し、逓倍化によって、３素子の合成出力としてλｍより小さいλのピッチの出力を得ることができる。
【００４４】
カメラ用の磁気式エンコーダの分野では、センサー出力信号の高分解能化が求められている。高分解能化を実現させるためには、センサー出力振幅の安定化と出力信号そのものの高分解能化、更にセンサー出力を信号処理回路で高逓倍化し易い様にセンサー出力波形を正弦波に保つ事が必要になると発明者らは考えている。発明者らは、図１１の構成において、磁気シートの着磁ピッチλｍを３０μｍと大きくしたものを検討した。着磁ピッチを大きくして漏洩磁界の強度を強くするのは、センサー出力振幅を安定したいが為である。しかし、λｍを大きくするとセンサー出力信号そのものの分解能は低下する。それを改善するために図３のブリッジ回路を用いて、逓倍化を図り、着磁ピッチλｍより小さいλの出力信号を得ることで、分解能を向上した。ただし、漏洩磁界がセンサーの飽和磁界以上となり、センサー出力波形の高調波成分が大きくなり、出力波形が歪んでしまう。そこで、この歪みを低減し、高分解能に対応させるため、実施形態１の構成を作製した。具体的には、実施例と比較例でグラフを用いて説明する。
【００４５】
（実施形態２）
図１４は、本発明に係る他の磁気式エンコーダを説明する概略図である。比較形態１と異なる点は、ＧＭＲセンサー２が素子の長手方向を、着磁パターン６２ｂの長手方向に対してアジマス角θと同じ角度だけ傾けるように、センサー基板１０を配置していることである。アジマス角による効果は実施形態１と同様になる。ただし、磁気式エンコーダにおいて、センサー基板１０を微小な角度だけ媒体の移動方向に傾けて配置しようとすると、組立て誤差の影響を受けてしまう。したがって、工業的に量産を図るには、実施形態２よりも実施形態１の方が出力信号の精度を高めるうえでより好ましい。
【００４６】
（実施形態３）
図１５は、本発明に係る他の磁気式エンコーダを説明する概略図である。比較形態１と異なる点は、センサー基板１０上において、センサー基板の長手方向に対してＧＭＲセンサー２の素子長手方向を傾けて形成しておくことである。この傾斜角度は、着磁パターン６２ｂの長手方向に対して素子の長手方向がアジマス角θを為すようにする。アジマス角による効果は実施形態１と同様になる。
【００４７】
（比較例１）
図１６は、比較形態１の構成において、アジマス角θ＝０°としたときに、図３のブリッジ回路から得た２つの出力信号を示すグラフである。横軸の時間は単位をミリ秒で表わし、縦軸の電圧は単位を任意単位(arbitrary  unit)で示した。Ａ相の出力信号、Ｂ相の出力信号ともに、振幅のピークの前後で波形が飽和しており、台形波的となった出力を得た。
【００４８】
比較例１の測定では、図８に係る条件を次のように設定した。
ＧＭＲセンサーでは、スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子は、長さ＝２２５μｍ、幅＝４μｍ、λ＝２０μｍとした。
磁気シートでは、着磁ピッチ＝λｍ／２＝３０μｍとした。
センサー基板は、オフセット量＝０μｍ、押し込み量＝＋０．３５μｍ、ピッチ角＝０°、重なり量＝１．７μｍとした。
【００４９】
（実施例１）
図１７は、実施形態１の構成においてアジマス角θ＝１°としたときに、図３のブリッジ回路から得た２つの出力信号を示すグラフである。アジマス角以外の条件は比較例１と同様にした。実施例１では、微小なアジマス角を付けることで、Ａ相の出力信号、Ｂ相の出力信号ともに、比較例１よりピークが明瞭となり、歪みが抑えられて正弦波的となった出力を得た。
【００５０】
（実施例２）
図１８は、アジマス角θ＝２°としたときに、図３のブリッジ回路から得た２つの出力信号を示すグラフである。他の条件は実施例１と同様にした。Ａ相の出力信号、Ｂ相の出力信号ともに、実施例１よりピークが明瞭となり、歪みが抑えられて正弦波的となった出力を得た。
【００５１】
（実施例３）
図１９は、アジマス角θ＝３°としたときに、図３のブリッジ回路から得た２つの出力信号を示すグラフである。他の条件は実施例１と同様にした。Ａ相の出力信号、Ｂ相の出力信号ともに、実施例２よりピークが明瞭となり、歪みが抑えられて正弦波的となった出力を得た。ただし、出力電圧の振幅は実施例２よりも小さくなった。
【００５２】
θ＞３°で実験したところ、アジマス角θを増やすにつれて、出力電圧の振幅は急激に小さくなっていった。
【００５３】
（比較例２）
図２０は、比較例１の出力信号Ａ相、Ｂ相のセンサー出力を基にして、電子回路を用いた位相の反転や波形の合成によって、１６相の信号を生成した様子（１６逓倍化）を示すグラフである。信号同士のピッチの長さを両矢印でグラフの左上に示す。このピッチは位相差に対応する。元の波形が歪んでいるため、位相の隣り合う信号同士のピッチが均一になってはいない。
【００５４】
（実施例４）
図２１は、実施例２の出力信号Ａ相、Ｂ相のセンサー出力を基にして、電子回路を用いた位相の反転や波形の合成によって、１６相の信号を生成した様子（１６逓倍化）を示すグラフである。信号同士のピッチの長さを両矢印でグラフの左上に示す。このピッチは位相差に対応する。元の波形の歪みが抑制されているため、位相の隣り合う信号同士のピッチが比較例２よりも均一化されており、磁気式エンコーダとして位置検出精度を高め、高分解能に対応することができる。
【００５５】
（比較例３）
図２２は、比較例１の出力信号Ａ相、Ｂ相のセンサー出力を合成して得たリサージュ波形を示すグラフである。元の波形に歪みがあるため、リサージュが四角形的になっている。リサージュのカーブが太幅になっているのはノイズの影響である。これら出力信号のノイズをフィルターで除くと細幅になり、角の丸くなった四角形に近いリサージュを得ることができる。このリサージュを用いて磁気シートの回転角度を精度よく求めることは難しい。
【００５６】
（実施例５）
図２３は、実施例２の出力信号Ａ相、Ｂ相のセンサー出力を合成して得たリサージュ波形を示すグラフである。元の波形で歪みが抑制されているため、リサージュが円形的である。リサージュのカーブが太幅になっているのはノイズの影響である。これら出力信号のノイズをフィルターで除くと細幅になり、円のリサージュを得ることができる。円形であると、実施例２のＡ相及びＢ相のセンサー出力を用いて、アークタンジェントの計算を行うことで、電気角を位置又は距離に換算して、レンズ鏡筒に設けた磁気シートの回転角度を精度よく求めることができる。センサー出力の一方が正弦波信号で表わされ、センサー出力の他方が余弦波信号で表わされるとき、次の式で回転角度ψを求めることができる。
ψ＝ａｒｃｔａｎ（（正弦波信号）／（余弦波信号））
【産業上の利用可能性】
【００５７】
磁気媒体から出ている磁気を磁気センサーで検出し、可動部材の変位あるいは速度を求めることができる磁気式エンコーダとして、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１：磁気式エンコーダ、
１ｃ：シリコン基板、
２：ＧＭＲセンサー、
ａ〜ｌ：スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子、
ｍ〜ｘ：端子部、
２ｂ：配線膜、
２ｃ：電極パッド、
３：被覆、
７：Ｒ面取り部、
１０：センサー基板、
１０’：センサー基板の一部、
１１：媒体対向側の面、
２０：配線基板、
２１：配線パッド、
２２：配線端子、
２３：ボンディングワイヤー、
１２１：固定層、
１２２：非磁性導体層、
１２３：自由層、
２６：固定層磁化方向、
２７、２８：自由層磁化方向、
３０：センサー保持板、
３０’：センサー保持板、
３０’’：センサー保持板、
３１：センサー保持部、
３２ａ，３２ｂ：弾性変形部、
３２ｅ，３２ｆ：弾性変形部、
３２ｄ：弾性変形部、
３３ａ，３３ｂ：支持部、
３３ｓ：スリット、
３４ａ，３４ｂ：交差部、
３５ａ，３５ｂ：太幅部、
３６ａ，３６ｂ：広幅部、
３６ｓ：スペース、
３７：固定部、
３８：孔、
３９ａ，３９ｂ：孔、
４０：ＦＰＣ、
５１：樹脂、
５０ａ、５０ｂ：取り付け台、
６２：磁気シート、
６２ｂ：着磁パターン、
６９：鏡筒、
１０１：磁気式エンコーダ、
１０２：ＧＭＲセンサー、
１１０：センサー基板
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３】
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【図２０】
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【図２１】
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