位置检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种检测磁性标尺、光学式标尺等标尺与头的相对位置的位置检测装置。
【背景技术】
[0002]以往，作为检测直线位移、旋转位移等精密的位移位置的位置检测装置，已知有具备磁性标尺和磁检测元件的位置检测装置。该位置检测装置例如被广泛地利用于需要进行输送物的高精度的定位控制的电子部件的安装装置、检测(测定)部件的尺寸的检测(测定)装置等。
[0003]图1是表示以往的磁性式的位置检测装置的原理结构的图。该图1的位置检测装置检测直线位移，具备由磁性介质构成的磁性标尺I。磁性标尺I使S极和N极的磁化方向每隔固定的距离反转。该S极和N极重复的一个单位为磁性标尺I的记录信号的一个波长。
[0004]而且，在图1的位置检测装置中，准备沿着磁性标尺I的磁化方向反转的长度方向(图中的X方向)移动的磁头5，在该磁头5上配置有两个磁传感器5a、5b。各个磁传感器5a,5b是检测从被记录于所靠近的磁性标尺I的磁化泄漏到空间中的磁的传感器，使配置位置偏移了与再生信号的一个波长(I λ)的1/4周期相当的距离。因此，一方的磁传感器5a将磁性标尺I的记录信号检测为正弦波形的信号(SIN信号)，另一方的磁传感器5b将磁性标尺I的记录信号检测为余弦波形的信号(COS信号)。
[0005]在此，将磁性标尺I与磁头5的相对位置设为X，根据磁传感器5a输出的SIN信号sin(x)和磁传感器5b输出的COS信号cos (X)计算相对位置X。此外，使用该SIN信号和COS信号进行sin (X)/cos (X)的运算来求出tan(x)，根据该tan(x)的值求出磁性标尺I与磁头5的在一个波长内的相对位置X (内插处理)，以比一个波长的长度更精细的分辨率计算位置X。计算出的位置的信息被传送到位置信息的显示装置、控制装置。
[0006]图2是表示以往的磁性式的位置检测装置的磁性标尺和磁检测元件的配置例的图。图2的例子是检测直线位移的情况，具备由磁性介质构成的磁性标尺I。磁性标尺I使S极和N极的磁化方向每隔固定的距离反转。该S极和N极重复的一个单位为磁性标尺I的记录信号的一个波长。
[0007]而且，位置检测装置在靠近磁性标尺I的位置具备配置有磁检测元件3a?3h的检测部2。作为磁检测元件3a?3h，使用例如利用了各向异性电阻效应的AMR (AnisotropicMagneto-Resistance:各向异性磁致电阻)元件。在该磁检测装置中，磁性标尺I被配置在固定侧，检测部2被配置在可动侧，位置检测装置检测磁性标尺I与检测部2的相对位置。
[0008]图3是表示八个磁检测元件3a?3h的配置例的图。图3的上侧是从磁性标尺I的上表面看到的元件配置，图3的下侧是在磁性标尺I的截面方向上看到的元件配置。
[0009]磁性标尺I沿长度方向以固定间隔被着磁为N极和S极。而且，作为磁检测元件检测的磁信号，N极和S极变化的一个周期为一个波长λ。该一个波长λ的1/2为一个间距P。N极和S极以一个间距为间隔排列成直线状。
[0010]而且，靠近磁性标尺I地将四个磁检测元件3a?3d靠近配置。作为这四个磁检测元件3a?3d的配置间隔，如图3所示那样将两个磁检测元件3a、3b以一个间距P为间隔进行配置，将其它两个磁检测元件3c、3d以一个间距P为间隔进行配置。而且，将磁检测元件3a和磁检测元件3c分离(n+l/2)P地进行配置。η为整数。这四个磁检测元件3a?3d被串联连接。将这四个磁检测元件3a?3d串联连接而成的串联电路被连接在规定的电位V的地方与接地电位部GND之间，从其串联电路的中点(即，磁检测元件3b、3c的连接点)取出信号Ch+。
[0011]并且，与这四个磁检测元件3a?3d分离固定的距离(m+l/2)P地配置其它的四个磁检测元件3e?3h。m为整数。这四个磁检测元件3e?3h的配置间隔与磁检测元件3a?3d相同，这四个磁检测元件3e?3h被串联连接。将这四个磁检测元件3e?3h串联连接而成的串联电路被连接在规定的电位V的地方与接地电位部GND之间，从该串联电路的中点(即，磁检测元件3f、3g的连接点)取出信号Ch —。
[0012]此外，各磁检测元件3a?3h在大致中央具有P/6的台阶部。该P/6的台阶部用于从检测信号中去除3阶失真。
[0013]图4是表示从这八个磁检测元件3a?3h获得检测信号的连接结构的图。
[0014]从四个磁检测元件3a?3d的中点获得的信号Ch+和从四个磁检测元件3e?3h的中点获得的信号Ch —被供给至运算放大器4。在该运算放大器4中，将两个信号Ch+、Ch —差分放大后作为检测信号被取出。
[0015]通过该图3、图4所示的结构取出磁检测元件3a?3h所检测出的信号，能够获得失真被消除后的检测信号。即，通过将四个磁检测元件3a?3d中的元件3a、3b和元件3c、3d以记录信号的一个波长的1/4为间隔进行配置，由此通过各个组检测出的信号变化为反相。而且，通过将该四个磁检测元件3a?3d串联连接并从其串联电路的中点取出信号Ch+，由此检测信号的偶数阶失真被消除。
[0016]关于另一组的四个磁检测元件3e?3h也同样连接并取出信号Ch —，由此检测信号的偶数阶失真被消除。
[0017]并且，通过供给这些信号Ch+、Ch 一，能够获得通过运算放大器4放大得到的检测信号。
[0018]该图3和图4所示的结构用于获得一个检测信号，在从磁性标尺I获得多个信号时，图3所示的检测部2被配置检测信号的个数。例如在需要将磁性标尺I的记录信号检测为正弦波形的信号(SIN信号)和余弦波形的信号(COS信号)的情况下，需要两组图3所示的检测部2。在获得一 SIN信号和一 COS信号的情况下，还需要两组检测部2。
[0019]在专利文献I中记载了磁性式的位置检测装置的例子。
[0020]专利文献1:日本特开2009-36637号公报
【发明内容】
[0021]发明要解决的问题
[0022]另外，以往作为位置检测装置的磁检测元件使用的AMR元件存在电阻变化率相对于磁场的变化较小这样的问题。另外，一般地，在将磁检测元件配置于靠近磁性标尺的位置时，成为灵敏度变高使得在尽可能小的磁场下电阻值发生变化那样的位置关系。
[0023]在此，AMR元件是在低磁场下电阻值敏锐地变化并在磁场强的地方达到饱和的特性。图5是表示AMR元件的相对于磁场(横轴)的电阻值的变化率(纵轴)的图。在图5中以将磁场为O时的电阻值与磁场为250时的电阻值中的变化率设为100来进行相对化得到的纵轴表示。作为实际的电阻值的变化，大致3%左右的电阻变化相当于该值。
[0024]如该图5所示那样，在磁场特别强的地方成为达到饱和的特性。在该达到饱和的地方，表示电阻值相对于磁场的变化率的曲线失真，导致与此同时检测出的信号也失真。另夕卜，在未饱和区域，虽然根据变化率曲线的弯曲形状而不是饱和区域的程度，但是一般也造成?目号失真。
[0025]像这样检测信号失真导致位置检测精度的劣化，并不理想。即，位置检测装置通过由检测部获得的检测波形的内插处理来检测准确的相对位置，因此需要尽可能避免由磁检测元件检测出的信号波形失真。然而，并不能说通过以往的失真去除结构就足够了，因而存在冋题。
[0026]需要配置消除各个阶数的失真的磁检测元件。因此，为了去除高阶的高阶谐波失真而需要配置很多的磁检测元件。然而，由AMR元件等构成的磁检测元件存在如下问题:一个的尺寸比较大，因此需要很多的设置空间，从而导致配置有磁检测元件的检测部大型化。
[0027]在图3的例子的情况下，各个磁检测元件3a?3h具有偏移P/6间距得到的台阶部是用于消除3阶高阶谐波。在消除3阶高阶谐波的情况下，能够通过该程度的结构进行处理，但是在消除3阶以上的高阶谐波的情况下，位移量更细小，从而产生用于消除各个高阶谐波的元件重叠这样的问题。因此，需要将各个元件分离一个间距以上进行配置，结果导致配置有磁检测元件的检测部非常地大型化。
[0028]另外，在像这样将用于消除高阶谐波的元件的各个元件分离一个间距以上进行配置的情况下，通过配置在从在作为基准的位置检测出的信号分离例如一个间距的整数倍+P/6间距这样的固定的距离后的位置，由此检测出作为目标的相位的信号。但是，从配置在像这样分离后的地方的元件检测出的信号不是从相同的位置检测出的信号，因此无法完全地消除失真。
[0029]例如如果磁性标尺的各个磁化部的磁化状态相等，即使是从分离一个间距以上的地方检测出的两个信号也能够正确地消除。然而，一般来说磁性标尺上的磁化状态(介质的磁均匀性、表面形状等)由于各种各样的原因而不会完全相等，从而来自磁性标尺的漏磁不均匀。因此，存在消除高阶谐波的失真的效果减少这样的问题。
[0030]此外，可以说在与磁性标尺的长度方向正交的宽度方向上也出现该情形，多个磁检测元件沿磁性标尺的宽度方向偏移地配置由于消除效果减少因此并不理想。
[0031]因而，消除高阶阶数的高阶谐波失真的一对磁检测元件优选为配置在同一波长内且在同一轨道位置，但是在上述的AMR元件等以往使用着的元件中，由于一个元件的尺寸大，因此难以配置在同一波长内的同一轨道位置。
[0032]另外，作为位置检测装置检测的信号，需要检测相位至少位移了90°的SIN信号和COS信号两个信号。在此，在使用了以往的AMR元件的检测部2的情况下，由于AMR元件的尺寸相对于磁性标尺比较大，因此难以通过一个检测部同时检测SIN信号和COS信号。也就是说，检测SIN信号的检测部和检测COS信号的检测部被配置在沿磁性标尺的长度方向偏移了规定波长量的位置。因而，关于两个相位的信号的状态(水平、相位等)，不会成为完全一致的状态，从而在精度上存在问题。
[0033]另夕卜，近年来公开了一种利用了隧道磁电阻效应(TMR效应:tunnelMagneto-Resistance Effect)的磁性隧道接合元件(以下称为“TMR元件”)。该TMR元件在硬盘等磁记录领域中的利用正在发展，例如使用了 TMR元件的硬盘驱动装置与以往相比大幅地提高了记录密度。
[0034]在使用了磁性标尺的位置检测装置中，通过将TMR元件应用于磁头，也能够期待位置检测精度的提尚。
[0035]在检测磁性标尺与磁头的相对位置的情况下，优选的是尽可能减少由磁头检测出的信号的失真、误差。即，在使用了磁性标尺的位置检测装置的情况下，由磁头检测出的信号是正弦波形、余弦波形。位置检测装置通过这些检测波形的内插处理来检测准确的相对位置，因此需要尽可能避免由磁头检测出的信号波形失真。
[0036]TMR元件具有与以往在位置检测装置中使用着的检测元件不同的失真特性，在应用于位置检测装置的情况下，需要新的失真去除方法。例如，TMR元件具有磁场所引起的电阻的变化率大的效果，但是如果无法确保施加于TMR元件的磁场所引起的电阻值的变化特性的线性则存在无法检测来自磁性标尺的准确的磁场这样的问题。
[0037]本发明的目的在于提供一种能够进行排除了失真等影响的精度高的位置检测的位置检测装置。
[0038]用于解决问题的方案
[0039]第一发明的位置检测装置具备:在磁性介质上磁记录了固定周期的磁信号而得到的标尺；磁检测元件，其检测来自标尺的漏磁，输出与检测出漏磁的位置的记录信号相应的信号；以及位置检测部，其根据记录信号，检测相对于标尺的位置。
[0040]磁检测元件沿着针对标尺检测磁信号的检测方向而配置成以该磁检测元件输出的信号的波长λ '的1/2η(η为3以上的质数)为间距的图案。
[0041]并且，作为消除m个奇数阶高阶谐波的图案，在检测方向上分离最远的磁检测元件的间距距离L为
[0042]L = (λ r /2).(1/3+1/5+1/7+...l/(2m+l))
[0043](m为整数)的范围内配置2的m次方个磁检测元件，从与记录信号相应的信号中减少奇数阶的高阶谐波信号。
[0044]第二发明的位置检测装置具备:在磁性介质上磁记录了固定周期的磁信号而得到的标尺；磁检测元件，其检测来自标尺的漏磁，输出与检测出漏磁的位置的记录信号相应的信号；以及位置检测部，其根据与记录信号相应的信号，检测相对于标尺的位置。
[0045]磁检测元件沿着针对标尺检测磁信号的检测方向而形成为输出相位不同的至少一组信号的图案，且在比磁信号的单位波长短的范围内配置在与检测方向正交的方向上。
[0046]在这种情况下，也可以输出相位不同的一组信号的反相，合计输出两组信号，相位为反相的输出的检测部在与检测方向正交的方向上相邻地配置。
[0047]并且，在输出上述相位不同的至少一组信号的检测部或检测上述两组信号的合计四个检测部中，各个检测元件群的配置结构相同，并且在各个检测元件群的长度方向的配置中，根据各自的不同的相位差沿长度偏移的量也可以设为比磁信号的单位波长少的距离下的最小相位差。
[0048]第三发明的位置检测装置具备:在磁性介质上磁记录了固定周期的磁信号而得到的标尺；磁检测元件，其检测与记录在标尺上的信号相应的信号；偏置磁场产生部，其对磁检测元件施加偏置磁场；以及位置检测部，其根据与磁检测元件检测出的记录信号相应的信号，检测相对于标尺的位置。
[0049]在此，磁检测元件是由具有夹持着势皇层的第一和第二磁性层的元件构成的。第一磁性层的磁化方向设为被固定为与进行位置检测的方向平行或反向平行的方向。第二磁性层根据来自标尺的漏磁中的与进行位置检测的方向平行或反向平行的方向的磁场的量使磁化方向变化，从而输出与检测出漏磁的位置相应的信号。
[0050]偏置磁场产生部对磁检测元件的第二磁性层施加偏置磁场，在没有来自标尺的漏磁的状态下将第二磁性层的磁化方向设为与第一磁性层的磁化方向不同的方向。
[0051]发明的效果
[0052]根据第一发明，在磁检测元件检测来自标尺的漏磁时，通过设为能够消除奇数阶高阶谐波的图案，能够获得奇数阶高阶谐波被降低后的检测信号。因而，第一发明的位置检测装置具有能够根据失真被降低后的检测信号进行精度高的位置检测这样的效果。
[0053]根据第二发明，通过将能够输出相位不同的信号的多个图案群在比磁信号的单位波长短的范围内且沿与检测信号的方向正交的方向并列配置，由此能够根据标尺上的相同单位波长内的记录信号检测各相位的检测信号。因此，具有如下效果:能够尽可能地抑制各个相位的信号的水平等不同，从而从相位不同的多个信号检测位置时的检测精度提高。
[0054]根据第三发明，在磁检测元件检测来自标尺的漏磁时，施加了适当的偏置磁场，因此能够将磁检测元件形成为