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CN104913792A - 位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种位置检测装置。磁检测元件检测来自记录有固定周期的磁信号的标尺的漏磁，从而检测标尺与磁检测元件的相对位置。磁检测元件沿着针对标尺检测磁信号的检测方向被配置成以该元件输出的信号的波长λ′的1/2n为间距的图案，其中，n为3以上的质数。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L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))的范围内配置2的m次方个磁检测元件。

Description

位置检测装置
技术领域
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
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。
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1。磁性标尺1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1的记录信号的一个波长。
而且，在图1的位置检测装置中，准备沿着磁性标尺1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1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(1λ)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1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1的记录信号检测为余弦波形的信号(COS信号)。
在此，将磁性标尺1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1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。
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1。磁性标尺1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1的记录信号的一个波长。
而且，位置检测装置在靠近磁性标尺1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(Anisotropic Magneto-Resistance：各向异性磁致电阻)元件。在该磁检测装置中，磁性标尺1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1与检测部2的相对位置。
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1的上表面看到的元件配置，图3的下侧是在磁性标尺1的截面方向上看到的元件配置。
磁性标尺1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。
而且，靠近磁性标尺1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+1/2)P地进行配置。n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+。
并且，与这四个磁检测元件3a～3d分离固定的距离(m+1/2)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－。
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。
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。
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。
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。
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。
并且，通过供给这些信号Ch+、Ch－，能够获得通过运算放大器4放大得到的检测信号。
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1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1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－SIN信号和－COS信号的情况下，还需要两组检测部2。
在专利文献1中记载了磁性式的位置检测装置的例子。
专利文献1：日本特开2009-36637号公报
发明内容
发明要解决的问题
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。
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0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。
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。另外，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，但是一般也造成信号失真。
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，因而存在问题。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
另外，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。
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高。
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。
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。
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。
用于解决问题的方案
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。
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1/2n(n为3以上的质数)为间距的图案。
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
L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
在此，磁检测元件是由具有夹持着势垒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。
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。
发明的效果
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。
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。
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被记录于标尺的信号的变换效率、变换线性好的检测元件，结果能够进行高精度的位置检测。
附图说明
图1是表示以往的磁性标尺和磁检测元件的配置例的立体图。
图2是表示以往的位置检测装置的磁性标尺和磁检测元件的配置例的说明图。
图3是表示图2所示的磁检测元件的配置状态的详细内容的平面图和剖面图。
图4是表示以往的磁检测元件的连接例的结构图。
图5是表示以往的磁检测元件(AMR元件)的磁场-电阻的检测特性的例子的特性图。
图6是表示包括本发明的第一实施方式的位置检测装置的机构整体结构的例子的结构图。
图7是表示本发明的第一实施方式的位置检测装置的元件排列例的结构图。
图8是表示本发明的第一实施方式的磁检测元件结构例的立体图。
图9是表示本发明的第一实施方式的磁检测元件的电阻值的变化例的说明图。
图10是表示本发明的第一实施方式的磁检测元件的连接例的结构图。
图11是表示本发明的第二实施方式的位置检测装置的元件排列例的结构图。
图12是将图11的一部分放大表示的结构图。
图13是表示本发明的第二实施方式的磁检测元件的连接例的结构图。
图14是表示使本发明的第二实施方式的元件排列例发展成降低更高阶的高阶谐波失真的例子的结构图。
图15是表示本发明的第三实施方式的磁检测元件相对于磁性标尺的配置例的原理图。
图16是表示本发明的第三实施方式的磁检测元件由于标尺磁场而磁化方向改变的情形的图。
图17是表示根据偏置磁场的大小而检测状态变化的例子的图。
图18是表示本发明的第三实施方式的偏置磁场与标尺磁场的关系的例子的图。
图19是表示本发明的第三实施方式的适当的偏置磁场的例子(图19的(A))和正交的偏置磁场的例子(图19的(B))的图。
图20是表示根据偏置磁场的朝向而磁检测元件检测的特性的变化例的图。
图21是表示本发明的第四实施方式的磁性标尺和头的配置例的立体图。
图22是表示本发明的第四实施方式的磁性标尺和头的配置例的平面图。
图23是表示本发明的第四实施方式的各传感器的输出信号的处理例的框图。
图24是表示本发明的第四实施方式的输出信号例的波形图。
图25是表示本发明的第四实施方式的变形例的头结构例(具备高阶谐波去除用传感器的例子)的平面图。
图26是表示本发明的第四实施方式的变形例的头结构例(具备多个副传感器的例子)的平面图。
图27是表示图26的例子的各传感器的输出信号的处理例的框图。
图28是表示本发明的第四实施方式的变形例的结构(光学式标尺的例子)的原理图。
附图标记说明
1：磁性标尺；2：检测部；3a～3h：磁检测元件；4：运算放大器；5：磁头；5a、5b：磁传感器；11：磁性标尺；11N：N极着磁部；11S：S极着磁部；20：检测部；20-1：－COS检测部；20-2：COS检测部；20-3：－SIN检测部；20-4：SIN检测部；20-1a～20-1j、20-2a～20-2j、20-3a～20-3j、20-4a～20-4j：密集配置部；21：磁检测元件；21a：钉扎(Pinning)层；21b：势垒(Barrier)层；21c：自由(Free)层；22、23：运算放大器；31、32：偏置磁场产生部；100：位置检测装置；101：固定部；102：移动台；103：被加工物；104：位置检测部；105：加工工具；106：驱动部；107：控制部；108：目标位置输入部；220：磁头；221、221a～221h、222、222a、222b、223、223a～223h、224、224a、224b：磁传感器；231、232：减法器；233：位置运算部；234、235：加法器；301：主标尺；302：副标尺；310：光源；320：光学头；321：减法器。
具体实施方式
<1.第一实施方式例>
下面，参照图6～图10说明本发明的第一实施方式例。
此外，在该第一实施方式中说明的结构也可以与在本说明书中说明的其它实施方式(例如第三实施方式、第四实施方式)中说明的结构组合。
[1-1.位置检测装置的结构例]
图6是表示将本例的位置检测装置嵌入于驱动机构时的包括位置检测装置的机构整体结构的例子的图。
图6所示的位置检测装置100是应用于机床的例子。即，位置检测装置100用于检测具备移动自如地配置在固定部101之上的移动台102的机床中固定部101上的移动台102的移动距离。
被加工物103被固定在移动台102上，通过加工工具105对被加工物103进行加工。移动台102通过驱动部106的驱动而改变位置。
在移动台102上配置有磁性标尺11。磁性标尺11是将记录有每隔固定的距离交替地着磁为N极和S极的信号的磁性介质粘贴在金属板的表面而得到的结构。该磁性标尺11被形成为通过位置检测装置100检测移动的最大距离以上的长度。
另外，在固定部101侧配置检测部20，该检测部20与磁性标尺11相靠近。而且，检测部20内的检测元件(图7所示的磁检测元件21)检测被记录于磁性标尺11的信号。在此，检测部20具备多个磁检测元件，通过各个磁检测元件将磁性标尺11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)。另外，在检测部20中还配置有检测作为SIN信号和COS信号的反转信号的－SIN信号和－COS信号的磁检测元件。
检测部20所检测出的这些SIN信号、－SIN信号、COS信号以及－COS信号被供给至位置检测部104，通过位置检测部104的运算处理，根据这些信号计算磁性标尺11与检测部20的相对位置。位置检测部104所计算出的位置信息被供给至控制部107。控制部107计算从目标位置输入部108输入的目标位置信息与从位置检测部104供给的位置信息的差分，生成使移动台102移动该差分的量的驱动信号。然后，将控制部107所生成的驱动信号供给至驱动部106。驱动部106使移动台102移动被供给的驱动信号中所示的移动量。
[1-2.磁检测元件的配置例]
图7是表示检测部20相对于磁性标尺11的配置例的图。
磁性标尺11为N极着磁部11N和S极着磁部11S以固定间隔连续。如图7所示，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。在此，将一个波长λ设为400μm。
检测部20是准备多个由TMR元件(磁性隧道接合元件)构成的磁检测元件21并密集地配置得到的。TMR元件利用了隧道磁电阻效应(TMR效应：tunnel Magneto-Resistance Effect)。TMR元件具有电阻值相对于磁场变化而变化大这样的优点，在将TMR元件应用于检测从磁性标尺11泄漏的磁场的磁检测元件21的情况下，能够使各个磁检测元件21的尺寸非常小。
在图7的例子中，四个检测部20-1～20-4沿与磁性标尺11的长度方向正交的方向即磁性标尺11的宽度W的方向相邻地配置。在将这四个检测部20-1～20-4沿磁性标尺11的宽度W的方向排列时，在比单位波长短的范围内以尽可能短的间隔进行配置。
检测部20-1a、20-1b是作为检测－COS信号的元件的图案群发挥功能的－COS检测部。检测部20-2a、20-2b是作为检测COS信号的元件的图案群发挥功能的COS检测部。检测部20-3a、20-3b是作为检测－SIN信号的元件的图案群发挥功能的－SIN检测部。检测部20-4a、20-4b是作为检测SIN信号的元件的图案群发挥功能的SIN检测部。为了检测这些－SIN信号、SIN信号、－COS信号以及COS信号，各个检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b被配置在沿磁性标尺11的长度方向依次各位移λ/4的位置。具体地说，－COS检测部20-1a、20-1b和COS检测部20-2a、20-2b以一个间距P为间隔配置，－SIN检测部20-3a、20-3b和SIN检测部20-4a、20-4b也以一个间距P为间隔配置。－COS检测部20-1和－SIN检测部20-3以一个间距P的一半为间隔(即，λ/4)配置。
附带符号a、b表示的各检测部20-1～20-4的两个检测部(例如检测部20-1a和检测部20-1b)被电性串联连接，从该串联连接的两个检测部(例如检测部20-1a、20-1b)的连接点取出输出信号。通过这样，检测部形成为所谓的桥结构。
在各个检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b中，在磁信号的单位波长的范围内，多个磁检测元件21以规定的图案密集地配置。在以后的说明中，这些检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b有时称为密集配置部。在此，各检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b内的多个磁检测元件21被配置在能够消除奇数阶的高阶谐波失真的位置。
即，各个磁检测元件21沿着磁性标尺11的长度方向被配置成以信号波长λ′的1/2n(n为3以上的质数)为间距的图案。信号波长λ′是磁检测元件21的输出信号的波长，在磁检测元件21是本说明书中说明的TMR元件的情况下，[磁信号的波长λ]与[输出信号的波长λ′]一致，但是根据磁检测元件21的结构的不同，也存在[磁信号的波长λ]＝[输出信号的波长λ′×2]的情况(AMR元件等)。下面的说明是磁检测元件21为TMR元件的例子，是[磁信号的波长λ]＝[输出信号的波长λ′]的例子。此外，如图15等中后述的那样，在元件的钉扎层的朝向是与标尺长度方向相同的朝向的情况下，使用TMR元件，[磁信号的波长λ]＝[输出信号的波长λ′]成立。也存在即使在使用TMR元件的情况下根据元件的钉扎层的朝向的不同而[磁信号的波长λ]与[输出信号的波长λ′]不同的情况。
而且，为了消除m个(m为整数)奇数阶高阶谐波，在磁性标尺11的长度方向上分离最远的磁检测元件21的距离L为
L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))
的范围内配置2的m次方个磁检测元件21。
具体地说，例如在检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b是消除3阶、5阶以及7阶的高阶谐波失真的结构时，在各个检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b中在L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7)的范围内配置八个(2的3次方个)磁检测元件21。
在图7的例子中，在作为各个密集配置部的检测部20-1a、20-1b～20-4a、20-4b中沿磁性标尺11的长度方向配置四个磁检测元件21，该四个磁检测元件21沿磁性标尺11的宽度方向配置两列。关于消除3阶、5阶以及7阶的高阶谐波失真所需要的元件21的配置间隔的具体例，在第二实施方式例中进行说明，在此省略。
[1-3.磁检测元件的结构]
接着，参照图8说明检测部20所具备的磁检测元件21的结构。
图8是表示作为TMR元件的磁检测元件21的结构例的图。
如图8所示，磁检测元件21形成为具有钉扎层21a、势垒层21b以及自由层21c三层的结构。此外，磁检测元件21除了这些层以外，还具有用于提取信号的配线层、保护层等各种层结构，在此省略。
钉扎层21a是磁化方向被固定的层。钉扎层21a的磁化方向H1例如成为与从磁性标尺11的N极着磁部泄漏的磁场方向相同的方向。
自由层21c是由于从磁性标尺11泄漏的磁而磁化方向变化的层。这些钉扎层21a和自由层21c是磁性层，势垒层21b是绝缘层。磁检测元件21为在钉扎层21a和自由层21c的磁化方向相同时，磁检测元件21整体的电阻值变小，在钉扎层21a和自由层21c的磁化方向相反时，磁检测元件21整体的电阻值变大。这样，与磁化方向的变化相应地磁检测元件21的电阻值变化很大。并且，TMR元件能够将一个磁检测元件21的一边的长度设为2μm～10μm左右的非常小的尺寸。
图9是表示磁检测元件21内的各层的磁化方向与电阻值的关系的图。
图9的(A)表示钉扎层21a的磁化方向和自由层21c的磁化方向为相同的方向时(例如检测出来自N极着磁部11N的磁场Ha时)，图9的(B)表示钉扎层21a的磁化方向和自由层21c的磁化方向为相反的朝向时(例如检测出来自S极着磁部11S的磁场Hb时)。图9的(A)和图9的(B)中的e1是电流的流动。电流的朝向也可以是与图示相反的朝向。
图9的(C)所示的曲线图表示自由层21c的磁化方向的变化所引起的电阻值的变化。在自由层21c的磁化方向为0°时，是图9的(A)所示的状态，在自由层21c的磁化方向为180°时，是图9的(B)所示的状态。
如从图9的(C)可知，在自由层21c的磁化方向为0°时，磁检测元件21的电阻值最低，在自由层21c的磁化方向为180°时，磁检测元件21的电阻值最大。而且，如从图9的(C)所示的特性曲线可知，在自由层21c的磁化方向为0°至180°之间时，能够获得与各个角度相应的电阻值。
[1-4.磁检测元件的连接状态]
图10是表示检测部20内的四个检测部20-1～20-4内的磁检测元件21的连接例的图。
图10的(A)表示获得SIN信号的结构。检测－SIN信号的－SIN检测部20-3内的磁检测元件21串联连接在能够获得规定电压V的地方与接地电位部GND之间，从其串联电路的中点取出－SIN信号。
另外，关于检测SIN信号的SIN检测部20-4内的磁检测元件21，也串联连接在能够获得规定电压V的地方与接地电位部GND之间，从其串联电路的中点取出SIN信号。
从磁检测元件21的串联电路取出－SIN信号和SIN信号被供给至运算放大器22，作为运算放大器22的输出信号，能够获得SIN信号。该运算放大器22所输出的SIN信号被供给至位置检测部104(图6)。
图10B表示获得COS信号的结构。检测－COS信号的－COS检测部20-1内的磁检测元件21串联连接在能够获得规定电压V的地方与接地电位部GND之间，从其串联电路的中点取出－COS信号。
另外，关于检测获得COS信号的信号的COS检测部20-2内的磁检测元件21，也串联连接在能够获得规定电压V的地方与接地电位部GND之间，从其串联电路的中点取出COS信号。
从磁检测元件21的串联电路取出的－COS信号和COS信号被供给至运算放大器23，作为运算放大器23的输出信号，能够获得COS信号。该运算放大器23所输出的COS信号被供给至位置检测部104。
此外，在图10A的连接结构和图10B的连接结构中的任一个中也使得由连接在相比于各个串联电路的中点靠近电压V侧的元件检测出的信号和由连接在相比于中点靠近设置电位部GND侧的元件检测出的信号为信号变化相互形成反相。通过像这样形成为信号变化相互形成反相的连接，经运算放大器22、23获得的信号的偶数阶失真被消除。
并且，作为各个磁检测元件21的配置，通过在长度方向上分离最远的磁检测元件21的距离L为L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))的范围内配置2的m次方个，由此奇数阶的高阶谐波也被良好地消除。
特别地，如图7所示，通过在各个检测部20-1～20-4内将磁检测元件21配置成4个×2列的配置且密集的状态，由此各个磁检测元件21检测从磁性标尺11的大致相同的地方泄漏的磁。因此，即使在例如磁性标尺11的各个信号记录位置的记录状态不均一的情况下，也能够获得充分的消除效果。
通过这样能够获得偶数阶、奇数阶双方的高阶谐波失真被消除的SIN信号和COS信号，由此位置检测部104能够根据那些SIN信号和COS信号通过内插进行精度高的位置检测。
SIN信号和COS信号是信号周期λ为固定周期的信号且是偏移90°相位得到的信号。如果利用该SIN信号和COS信号制作利萨如曲线则为圆。在输出一个周期的信号时，在利萨如上圆旋转一周。
在此，某位置处的信号为利萨如圆上的某处的点，如果求出将该点与原点连结的直线和作为基准的轴所形成的角度，则该角度为信号的那一点处的在λ内的唯一的角度。在图6所示的位置检测部104中，通过进行精细地求出该角度的运算，能够以细小的分辨率求出磁性标尺11上的检测部20的位置。
利萨如圆上的角度能够根据基于SIN信号和COS信号的TAN角以及信号所在的象限求出。在此，通过如上述那样获得偶数阶、奇数阶双方的高阶谐波失真被消除的SIN信号和COS信号，能够根据没有失真的信号进行运算，从而能够进行精度高的位置检测。并且，为了消除而配置的多个磁检测元件21如图7所示那样被配置为密集的状态，因此能够在根据大致相同位置的记录信号而检测出的信号之间进行消除，并且能够进行精度高的失真去除，因此位置精度进一步提高。
并且，如从图7的元件配置可知，用于检测－SIN信号、SIN信号、－COS信号以及COS信号的四个检测部20-1、20-2、20-3、20-4沿与磁性标尺11的长度方向正交的方向并列配置，因此根据标尺上的相同的单位波长内的记录信号检测各相位的检测信号。因此，尽可能地抑制各个相位的信号的水平等不同，从该点来看，检测精度也提高。
<2.第二实施方式例>
接着，参照图11～图14说明本发明的第二实施方式例。在该图11～图14中，关于与在第一实施方式例中说明的地方相同的部分附加相同的符号，省略其详细说明。在该第二实施方式中说明的结构也可以与在本说明书说明的其它实施方式(例如第三实施方式、第四实施方式)所说明的结构组合。
在第二实施方式例中，与第一实施方式例的不同在于检测部20所具备的磁检测元件21的配置状态，关于位置检测装置整体的结构，应用例如在第一实施方式例中说明的结构。
[2-1.磁检测元件的配置例]
图11是表示检测部20相对于磁性标尺11的配置例的图。另外，图12是将图11的用虚线包围的A部放大表示的图。
磁性标尺11为N极着磁部11N和S极着磁部11S以固定间隔连续。在该例的情况下，一个波长λ为400μm，一个间距P为200μm。
检测部20所具备的磁检测元件21是TMR元件。由该TMR元件构成的磁检测元件21例如与图8所说明的结构相同。
在检测部20中，沿磁性标尺11的宽度W的方向将四个检测部20-1～20-4相邻地配置。即，检测部20具备检测－COS信号的－COS检测部20-1、检测COS信号的COS检测部20-2、检测－SIN信号的－SIN检测部20-3以及检测SIN信号的SIN检测部20-4。这些检测部20-1～20-4是位移90°(1/4λ)得到的元件配置。
而且，各个检测部20-1～20-4具备沿磁性标尺11的长度方向连续配置的10个密集配置部。
具体地说，－COS检测部20-1具备10个密集配置部20-1a～20-1j。另外，COS检测部20-2具备10个密集配置部20-2a～20-2j。另外，－SIN检测部20-3具备10个密集配置部20-3a～20-3j。并且，SIN检测部20-4具备10个密集配置部20-4a～20-4j。
在各个密集配置部20-1a～20-1j、20-2a～20-2j、20-3a～20-3j、20-4a～20-4j内在磁信号的单位波长的范围内配置有多个磁检测元件21。在此，在各密集配置部内各配置有32个一边为5μm左右的尺寸的磁检测元件21。该32个元件以轨道方向两个、宽度方向两个的2×2即各四个元件为一组元件的方式配置，形成为在各个密集配置部各配置有八个磁检测元件21的状态。在下面的图12的说明中记述为一个元件时，将该四个元件的组设为一个。
配置有多个磁检测元件21是检测设为目标的信号的元件，并且还是用于针对该设为目标的信号消除奇数阶的高阶谐波的元件。在此，通过在一个密集配置部中配置的八个磁检测元件21来消除3阶、5阶以及7阶三个高阶谐波。
即，为了消除m个(在此，m为3)奇数阶高阶谐波，而在磁性标尺11的长度方向上分离最远的磁检测元件21的距离L为
L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7)
的范围内配置2的m次方个(2的3次方个＝8个)磁检测元件21。在波长λ′为磁检测元件21的输出信号的波长、磁检测元件21为本说明书中说明的TMR元件的情况下，[磁信号的波长λ]和[输出信号的波长λ′]一致。
图12所示的各检测部20-1～20-4中示出的磁检测元件21的框内的数字是为了在下面的说明中容易理解而表示各个元件所消除的高阶谐波的阶数的关系。记载为“1”的磁检测元件21是作为基准的信号(1阶的信号)。另外，各密集配置部内的磁检测元件21如图12中用线连接表示的那样进行串联连接。其中，省略了四个元件的组的内部的连接线。
在此，关于一个密集配置部内部的磁检测元件21的配置，说明消除直到7阶的高阶谐波的具体结构。在图12中示出密集配置部20-4a内的八个磁检测元件21的配置间隔的详细内容，但是关于其它的密集配置部也为相同的配置间隔。其中，一部分密集配置部的列反转了。
首先，在以下示出，在磁性标尺11的一个波长λ为400μm时，消除3阶到7阶的奇数阶的高阶谐波失真所需要的磁检测元件21的间隔。
3阶：66.6μm
5阶：40μm
7阶：28.57μm
在此，3阶的66.6μm为λ/6，5阶的40μm为λ/10，7阶的28.57μm为λ/14。
在密集配置部内，在这些间隔的位置配置2的3次方个即八个磁检测元件21。在一个磁检测元件21的大小为一边10μm左右时，无法将所有的元件配置在同一轨道位置上，因此在此配置成两列。此处的同一轨道表示磁性标尺11上的宽度方向的位置相同。
在密集配置部内配置磁检测元件21时，首先从低阶的3阶、5阶开始优先在同一轨道上配置磁检测元件21。即，在从作为基准的磁检测元件21(记载为“1”的元件)位移66.6μm的位置配置3阶失真降低用的磁检测元件21(记载为“3”的元件)。另外，在从作为基准的磁检测元件21位移40μm的位置和从3阶失真降低用的磁检测元件21位移40μm的位置分别配置5阶失真降低用的磁检测元件21(记载为“5”的元件)。
接着，在与配置有这四个元件21的轨道相邻的其它的轨道上配置7阶失真降低用的磁检测元件21(记载为“7”的元件)。该7阶失真降低用的磁检测元件21被配置在从相邻的轨道上的1阶、3阶、5阶用的四个磁检测元件21分别位移28.57μm的位置。
通过这样，3阶、5阶、7阶的高阶谐波降低用的磁检测元件21被配置在一个密集配置部内。
此外，在图12的例子中，示出了3阶降低用的磁检测元件21和5阶失真降低用的磁检测元件21能够配置在同一轨道上的例子，但是在这些所有的元件无法配置在同一轨道的情况下，优选为从较低的阶数(3阶)的失真降低用的元件开始优先地配置在同一轨道上。
[2-2.密集配置部的连接例]
图13是表示图11所示的各个检测部20-1～20-4所具备的10个密集配置部的连接例的图。
在－COS检测部20-1中将10个密集配置部20-1a～20-1j沿磁性标尺11的长度方向以一个间距P为间隔(200μm)进行配置。在此，如图13所示，每隔一个地交替地将各密集配置部的磁检测元件21串联连接。
即，五个密集配置部20-1a、20-1c、····、20-1i被串联连接，对该串联电路施加规定电压V。另外，其它的五个密集配置部20-1b、20-1d、···、20-1j被串联连接，将该串联电路与接地电位部GND连接。
而且，在－COS检测部20-1中，如图13所示，将被施加规定电压V一侧的五个密集配置部20-1a～20-1i所形成的串联电路和与接地电位部GND连接一侧的五个密集配置部20-1b～20-1j所形成的串联电路串联连接。并且，在该连接点获得的信号被供给至运算放大器22的一方的输入端。
关于其它的检测部(COS检测部20-2、－SIN检测部20-3、SIN检测部20-4)，也如图13所示那样将10个密集配置部每隔一个地交替地串联连接，对一方的串联电路施加规定电压V，另一方的串联电路与接地电位部GND连接。而且，各个连接点的信号被供给至运算放大器22或23的输入端。
通过这样，对运算放大器22供给－COS信号的检测信号和COS信号的检测信号，通过运算放大器22的放大而获得COS信号。同样地，对运算放大器23供给－SIN信号的检测信号和SIN信号的检测信号，通过运算放大器23放大而获得SIN信号。
根据该图13所示的结构，通过以180°(＝1/2λ)为间隔配置的各五个密集配置部获得的信号的加法信号被供给至运算放大器22和23，通过桥连接消除偶数阶的失真。
通过这样获得由各五个密集配置部获得的信号的加法信号，由此即使存在来自磁性标尺11的漏磁的偏差，也能够尽可能地抑制通过运算放大器22、23获得的COS信号、SIN信号的水平变动。
如以上说明的那样，具备设为图11、图12所示的元件配置的检测部的位置检测装置能够进行直到7阶的高阶谐波失真都被去除的非常好的信号检测。特别地，通过在一个密集配置部内使3阶、5阶、7阶的高阶谐波降低用的磁检测元件21密集配置，能够根据相同波长内的信号进行直到7阶的失真去除，另外，通过将各五个密集配置部的电阻元件相加来获得信号，能够进行排除磁性标尺11的水平变动等影响的、效果良好的失真去除。
另外，在3阶、5阶、7阶的高阶谐波失真内，从水平比较高的低阶的失真降低用的元件开始优先地配置在与作为基准的元件相同的轨道上，由此能够实现效果更高的失真去除。具体地说，为了降低3阶的高阶谐波失真而沿着磁性标尺11的长度方向配置分离λ/6的位置的两个磁检测元件。这两个磁检测元件由于在与磁性标尺11的长度方向(检测方向)正交的方向上没有分离开距离，因此能够可靠地进行3阶的高阶谐波失真的降低。
另外，关于用于降低5阶的高阶谐波失真的两个磁检测元件，由于配置在沿磁性标尺11的长度方向分离λ/10的位置，因此在与磁性标尺11的长度方向(检测方向)正交的方向上也没有分离开距离。因此也能够可靠地进行5阶的高阶谐波失真的降低。
[2-3.进行更高阶的失真去除的结构例]
在图11～图13所示的例子中，说明去除直到7阶的高阶谐波失真的结构。对于此，也可以进行更高阶的失真去除。
在此，说明进行直到13阶的高阶谐波的失真去除的密集配置部的结构。图14是表示进行该直到13阶的高阶谐波的失真去除的密集配置部20-1a～20-1j、20-2a～20-2j、20-3a～20-3j、20-4a～20-4j的例子的图。
如果针对进行直到13阶的高阶谐波的失真去除所需要的具体的磁检测元件21的配置间隔进行说明，则在磁性标尺11的一个波长λ为400μm时，消除3阶至13阶的奇数阶的高阶谐波失真所需要的磁检测元件21的间隔如下。
3阶：66.6μm
5阶：40μm
7阶：28.57μm
9阶：22.2μm
11阶：18.18μm
13阶：15.38μm
接着，9阶的高阶谐波是3阶的高阶谐波的3倍，3阶高阶谐波的消除图案的间隔66.6μm为9阶高阶谐波的1.5λ的间隔，而在该位置处9阶高阶谐波的相位也正好为反相，因此能够消除。像这样，是奇数阶高阶谐波且不是质数的高阶谐波必然是某更低的阶数的奇数阶高阶谐波的奇数倍，因此能够利用该某更低的阶数的奇数阶高阶谐波的消除图案进行消除。
这样，通过使用降低3阶高阶谐波的元件的对，由此能够消除9阶高阶谐波失真的大部分。因此，不需要特别地配置9阶的高阶谐波降低用元件对。
也就是说，在通过上述的式L＝(λ/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))决定元件的配置数时，通过将是奇数且不是质数的阶数的项去除，来配置2的q次方个(q为3～2m+1的质数的个数)磁检测元件。
因此，在进行直到13阶的高阶谐波的失真去除的情况下，在密集配置部内以下面所示的间隔配置去除了9阶的高阶谐波降低用元件对后的3阶、5阶、7阶、11阶以及13阶的高阶谐波降低用元件对。
3阶：66.6μm
5阶：40μm
7阶：28.57μm
11阶：18.18μm
13阶：15.38μm
在一个密集配置部内，在这些间隔的位置配置2的5次方＝32个磁检测元件21。也就是说，在3阶至13阶的3、5、7、9、11、13中质数为3、5、7、11、13这五个，根据该5个，为2的5次方＝32个。
当一个磁检测元件21的大小设为一边10μm左右时，无法在同一轨道位置上配置所有元件，因此在此如图14所示那样将沿磁性标尺11的长度方向排列八个的列沿宽度方向配置成四列。
如图14所示，在各个密集配置部内配置32个磁检测元件21时，首先低阶的3阶、5阶的高阶谐波失真降低用元件被优先配置在同一轨道(第一轨道)上。并且，配置能够配置在第一轨道上的13阶的高阶谐波失真降低用元件对，合计八个元件被配置在第一轨道上。
而且，7阶的高阶谐波失真降低用元件和11阶的高阶谐波失真降低用元件分开配置在沿宽度方向位移得到的第二、第三、第四轨道上。此时也从接近配置有检测作为基准的信号(1阶)的元件的轨道的轨道开始配置低阶的失真去除用的元件。通过这样，能够使用四列的配置且32个磁检测元件21被配置成密集的状态的密集配置部，来进行直到13阶的高阶谐波失真的降低。
即使在进行该直到13阶的高阶谐波失真的降低的情况下，关于多个密集配置部的连接状态，也能够直接应用图11、图13所示的结构。
此外，目前为止说明的任一个实施方式例中的COS检测部、－COS检测部、SIN检测部、－SIN检测部这四个元件群的图案配置结构都相同，结果四个检测部具有同等的检测性能。因而，能够将COS、－COS、SIN、－SIN的信号检测为相同水平的信号。
而且，这四个检测部使配置位置沿长度方向偏移磁信号的单位波长以下的所需最小的相位差的间隔，并且在正交方向上也配置在比单位波长短的范围内，因此四个检测部能够在能够检测的最佳的同一区域中进行信号检测。因此，在各信号的输出、水平中均一性良好。
例如设为在磁性标尺的磁记录中，在长度方向的一部分(例如一个波长)存在记录弱的地方(即，漏磁少的地方)。
在以往的检测元件(例如由AMR元件构成)中，虽然在COS检测部、－COS检测部、SIN检测部、－SIN检测部的各个中在长度方向上检测部之间存在前后的嵌入，但是各检测部的元件配置相偏移，因此记录弱的地方的检测不是同时的而是分别在不同的定时进行检测，其结果，产生例如在由SIN检测部正在进行通常的检测时COS检测部通过记录弱的地方而检测信号的振幅减少的情形。因此，SIN信号和COS信号的增益平衡破坏，因此据此运算出的位置信号的精度也变差。
而且，该现象在各检测元件每次通过记录弱的地方时都产生，导致精度多次变差。
另一方面，在上述的第一和第二实施方式例的结构中，COS检测部、－COS检测部、SIN检测部、－SIN检测部各自的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，各个不同的相位差为比磁信号的单位波长少的距离的最小相位差。
因而，SIN信号和COS信号在同一波长内检测记录弱的地方，因此在同一波长的信号中振幅减少。即，SIN信号和COS信号在最小相位差下同样地信号减少。在这种情况下，通过SIN信号和COS信号大致同时地同样地减少，由此与以往相比，增益平衡的恶化显著得到改善。
这样，相对于标尺的长度的变动、正交方向的变动，检测部大致同时地受到相同的影响，从而所有的信号产生同样的变化。其结果虽然存在增益的变动，但是SIN信号和COS信号的增益平衡的变动变少，其结果能够进行更高精度的位置检测。
<3.第三实施方式例>
下面，参照图1、图15～图20说明本发明的第三实施方式的例子。
此外，在该第三实施方式中说明的结构也可以与本说明书中说明的其它实施方式(第一、第二、第四实施方式)所说明的结构组合。
[3-1.位置检测装置的结构例]
第三实施方式的例子的位置检测装置的整体结构能够应用例如图1的结构。即，如图6所示，位置检测装置100检测具备移动自如地配置在固定部101之上的移动台102的机床中的固定部101上的移动台102的移动距离。
被加工物103被固定在移动台102上，通过加工工具105对被加工物103进行加工。移动台102通过驱动部106的驱动而改变位置。
在移动台102上配置有磁性标尺11。磁性标尺11是将记录有每隔固定的距离交替地着磁为N极和S极的信号的磁性介质粘贴在金属板的表面而得到的结构。该磁性标尺11被形成为通过位置检测装置100检测移动的最大距离以上的长度。
另外，在固定部101侧配置检测部20，该检测部20与磁性标尺11相靠近。而且，检测部20内的检测元件(图15所示的磁检测元件21)检测被记录于磁性标尺11的信号。在此，检测部20具备多个检测元件，通过各个检测元件将正弦波形SIN和磁性标尺11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)。
检测部20所检测出的SIN信号和COS信号被供给至位置检测部104，通过位置检测部104的运算处理，根据这些SIN信号和COS信号计算磁性标尺11与检测部20的相对位置。位置检测部104所计算出的位置信息被供给至控制部107。控制部107计算从目标位置输入部108输入的目标位置信息与从位置检测部104供给的位置信息的差分，生成使移动台102移动该差分的量的驱动信号。然后，将控制部107所生成的驱动信号供给至驱动部106。驱动部106使移动台102移动被供给的驱动信号中所示的移动量。
[3-2.磁检测元件结构和偏置磁场施加部的配置例]
接着，参照图15说明检测部20所具备的磁检测元件结构和偏置磁场施加部的配置例。
检测来自磁性标尺11的信号的检测部20如图15所示那样具备磁检测元件21。磁检测元件21被配置成靠近磁性标尺11的表面的状态。此外，图15是表示磁性标尺11与磁检测元件21的位置关系的示意图，实际的磁检测元件21也可以设为比该图15所示的形状的磁检测元件小的尺寸。另外，在图15中，仅示出了一个磁检测元件21，但是实际上为了检测SIN信号和COS信号的各个而配置多个磁检测元件21。
在磁性标尺11上N极着磁部11N和S极着磁部11S每隔固定的距离交替地形成。在此，在磁性标尺11上以200μm间隔形成有N极着磁部11N和S极着磁部11S。作为磁检测元件21所检测的信号，N极和S极变化的一个周期为一个波长。即，N极着磁部11N的磁场方向HN和S极着磁部11S的磁场方向HS每隔200μm反转，一个波长的长度为400μm。
在本例的情况下，作为磁检测元件21，使用利用了隧道磁电阻效应的TMR元件。作为TMR元件的磁检测元件21例如使用图8所示的结构的元件。即，如图8所示，磁检测元件21形成为具有钉扎层21a、势垒层21b以及自由层21c三层的结构。
钉扎层21a是磁化方向被固定的层。在此，如图15所示那样，钉扎层21a的磁化方向H1为与N极着磁部11N的磁场方向HN相同的方向。
自由层21c是由于从磁性标尺11泄漏的磁而磁化方向变化的层。这些钉扎层21a和自由层21c是强磁性层，势垒层21b是绝缘层。磁检测元件21为在钉扎层21a和自由层21c的磁化方向相同时，元件21整体的电阻值变小，在钉扎层21a和自由层21c的磁化方向相反时，元件21整体的电阻值变大。在TMR元件的情况下，具有该磁化方向的变化所引起的电阻值的变化非常大的特征。在后面记述磁检测元件21的电阻值变化的状态的详细内容。
而且，在本例中，如图15所示，在磁检测元件21附近配置偏置磁场产生部31、32。两个偏置磁场产生部31、32在与磁性标尺11的长度方向大致正交的方向上相邻，以通过两个偏置磁场产生部31、32夹持磁检测元件21的自由层21c的方式进行配置。由两个偏置磁场产生部31、32产生的偏置磁场设为与钉扎层21a的磁化方向H1大致正交的方向H2。在不存在从磁性标尺11泄漏的外部磁场的状态时，磁检测元件21的自由层21c的磁化方向为大致该偏置磁场的方向H2。
此外，产生偏置磁场的方向H2的两个偏置磁场产生部31、32优选配置在从与磁化方向H1正交的方向少许位移后的方向上，在后面记述这一点。另外，如上述那样配置多个磁检测元件21，但是偏置磁场产生部31、32个别地配置于所有的磁检测元件21，设为分别对各个磁检测元件21施加偏置磁场那样的配置。
[3-3.磁检测元件检测标尺磁场的原理]
接着，关于磁检测元件21检测磁性标尺11的磁场的原理进行说明。
图16是表示钉扎层21a的磁化方向H1、偏置磁场所产生的自由层21c的磁化方向H2以及磁性标尺11的磁场方向HN、HS的关系的图。
如图16所示，钉扎层21a的磁化方向H1为与磁性标尺11的N极着磁部11N的磁场方向HN相同的方向，是与S极着磁部11S的磁场方向HS呈180°相反的方向。
而且，在磁性标尺11的磁场未受影响的状态下的由于偏置磁场而产生的自由层21c的磁化方向H2是与钉扎层21a的磁化方向H1正交的方向。
在此，在磁检测元件21检测磁性标尺11的信号时，将由于偏置磁场而产生的自由层21c的磁化方向H2与磁性标尺11的磁场方向HN、HS合成得到的磁化方向H2N、H2S为自由层21c的磁化方向。
即，在磁检测元件21位于磁性标尺11的N极着磁部11N之上时，将自由层21c的磁化方向H2与N极着磁部11N的磁化方向HN合成得到的磁化方向H2N为自由层21c的磁化方向。另外，在磁检测元件21位于磁性标尺11的S极着磁部11S之上时，将自由层21c的磁化方向H2与S极着磁部11S的磁化方向HS合成得到的磁化方向H2S为自由层21c的磁化方向。
因而，作为磁检测元件21的输出信号，优选的是在磁检测元件21位于N极着磁部11N之上时检测出的磁化方向H2N与在磁检测元件21位于S极着磁部11S之上时检测出的磁化方向H2S所形成的角度θ0大。
磁检测元件21内的各层的磁化方向与电阻值的关系是图9所示的状态。即，在自由层21c的磁化方向为0°时，磁检测元件21的电阻值最低，在自由层21c的磁化方向为180°时，磁检测元件21的电阻值最大。而且，如从图9的(C)所示的特性曲线可知，在自由层21c的磁化方向处于0°至180°之间时，能够获得与各个角度相应的电阻值。
在此，通过设置图15所示的偏置磁场产生部31、32，如图9的(C)所示那样对存在偏置磁场的0磁场位置X进行设定使得旋转方向在0°至180°的大致中间成为与不存在磁性标尺11的磁场的状态(＝无磁场)下的磁化方向大致正交的方向。
通过这样产生偏置磁场，使得由TMR元件构成的磁检测元件21在线性好的地方进行检测动作。
[3-4.偏置磁场所产生的影响]
接着，说明偏置磁场所产生的影响。
如图16所示，在将偏置磁场设为在几何学上与磁性标尺11的磁场方向HS、HN成直角的方向的情况下，根据该偏置磁场的强度，存在磁检测元件21的自由层21c的磁化方向H2无法旋转到与偏置磁场成直角的情况。图16所示的自由层21c的磁化方向H2S表示存在磁性标尺11的磁场方向HS的影响时。另外，图16所示的自由层21c的磁化方向H2N表示存在磁性标尺11的磁场方向HN的影响时。
如果增大偏置磁场，则能够通过该偏置磁场使自由层21c的磁化方向可靠地旋转，但是在这种情况下，偏置磁场的量相对于标尺磁场变大，因此使磁化方向相对于同一标尺磁场变动的角度θ0减少。
图17是将偏置磁场弱的情况和偏置磁场强的情况进行比较的图。
图17的(A)是偏置磁场H2-1弱的情况的例子。在像这样偏置磁场H2-1弱的情况下，成为能够检测出将磁性标尺11的N极着磁部11N的磁化方向HN和偏置磁场H2-1合成得到的磁化方向的状态以及能够检测出将磁性标尺11的S极着磁部11S的磁化方向HS和偏置磁场H2-1合成得到的磁化方向的状态中的任一个。因而，由磁检测元件21检测出的磁化方向的变化范围为角度θ1。
图17的(B)是偏置磁场H2-2强的情况的例子。即使在像这样偏置磁场H2-2强的情况下，也是能够检测出将N极着磁部11N的磁化方向HN和偏置磁场H2-2合成得到的磁化方向的状态以及能够检测出将磁性标尺11的S极着磁部11S的磁化方向HS和偏置磁场H2-2合成得到的磁化方向的状态中的任一个，这一点与图17的(A)所示的状态相同。然而，在该图17的(B)所示的例子的情况下，由磁检测元件21检测出的磁化方向的变化范围为角度θ2。在该偏置磁场H2-2强的情况下的角度范围θ2与偏置磁场H2-2弱的情况下的角度范围θ1相比变窄。
像这样偏置磁场H2-2强的情况下的角度范围θ2窄也就是磁性标尺11的磁场的变化所引起的电阻变化量减少、磁检测元件21的输出信号的振幅减少，在确保检测精度方面并不理想。
另外，作为与目前为止说明的偏置磁场的强弱不同的问题，存在磁检测元件21的电阻变化不是在正方向和负方向上完全对称的特性这样的问题。即，磁检测元件21的电阻变化的中心并不限于图17所示的角度范围θ1、θ2的中央。并且，在如上述那样使偏置磁场变强时，存在磁检测元件21的输出信号的振幅减少这样的问题，为了兼顾解决这些问题，在本例中，在将偏置磁场设为适度的强度之后将施加偏置磁场的方向设为从在几何学上与磁性标尺11的长度方向成直角的方向少许位移后的方向。
即，在没有来自磁性标尺11的磁场的状态下，改变偏置磁场的方向进行设定使得磁检测元件21的电阻值成为大致最大的电阻值与最小的电阻值的中间点。
图18是说明该电阻值为中间点的状态的图。图18的(A)表示仅来自偏置磁场产生部31、32的偏置磁场施加于自由层21c的状态。该图18的(A)时的偏置磁场的方向设为成为最大的电阻值与最小的电阻值的中间值R0的方向。
图18的(B)和图18的(C)表示在施加了该偏置磁场的状态下检测出来自磁性标尺11的一方或另一方的磁场的状态。在图18B所示的状态下，磁检测元件21的钉扎层21a的磁化方向与自由层21c的磁化方向相同，在图18的(C)所示的状态下，磁检测元件21的钉扎层21a的磁化方向与自由层21c的磁化方向是相差180°的方向。
磁检测元件21在图18的(B)所示的状态时为最小的电阻值R1，在图18的(C)所示的状态时为最大的电阻值R2。
图18的(D)是表示磁检测元件21的最小的电阻值R1、最大的电阻值R2以及中间值R0的关系的图。这样，通过使仅偏置磁场施加于自由层21c的状态下的磁检测元件21的电阻值R0处于最小值R1与最大值R2的中间，由此磁检测元件21的特性成为相对磁性标尺11的交变磁场对称的特性。
图19是表示偏置磁场产生部31、32对磁检测元件21施加的偏置磁场的例子的图。
图19的(A)表示偏置磁场产生部31、32以从与磁检测元件21的钉扎层21a的磁化方向正交的方向位移角度θa后的角度施加偏置磁场的情况。该状态是上述的图18的(D)所示的磁检测元件21的中间的电阻值R0时。角度θa根据磁检测元件21的配置状态等而不同，但是例如是10°左右的值。
作为偏置磁场产生部31、32的配置状态，通过设定为该图19的(A)所示的状态，使得施加于磁检测元件21的磁量与由磁检测元件21检测出的电阻值在固定的关系下准确地一致。因而，能够进行信号失真少的检测，有助于位置检测装置检测出的位置信息的高精度。
图19的(B)示出偏置磁场产生部31、32对磁检测元件21施加的偏置磁场为与磁性标尺11的交变磁场正交的方向的例子以供参考。在该图19B的情况下，检测出从中间的电阻值R0偏移得到的电阻值，并不理想。
图20表示如图19的(A)所示那样从正交位置位移角度θa来配置偏置磁场产生部31、32的情况下的电阻值的变化特性Hx和如图19的(B)所示那样将偏置磁场产生部31、32配置在正交位置的情况下的电阻值的变化特性Hy。
图20的横轴表示磁性标尺11的交变磁场的强度(Oe)，纵轴表示电阻值。此外，电阻值是在Hx中将外部磁场为零时的电阻值设为100的相对值。
根据该图20可知，关于从正交位置位移角度θa来配置偏置磁场产生部31、32的情况下的特性Hx，磁性标尺11的交变磁场的磁场0[Oe]时处于电阻值变化的中心。即，磁检测元件21的电阻变化特性曲线是以外部磁场为0时的电阻值为中心呈大致180°对称。
另一方面，关于将偏置磁场产生部31、32配置在正交位置的情况下的特性Hy，磁性标尺11的交变磁场的磁场0[Oe]时成为从电阻值变化的中心偏移的状态。
这样，根据第三实施方式例的位置检测装置，磁检测元件21的电阻变化特性呈现以施加了偏置磁场的位置为中心对称的特性，结果能够获得相对于磁性标尺11的交变磁场对称地变化的特性。该情形为磁检测元件21在将施加于该元件的磁量转换为电阻值时在其转换特性的品质好的状态下转换为电阻值。因此，本例的位置检测装置在信号失真少的状态下进行位置检测，有助于位置检测的高精度化。
此外，如目前为止说明的那样，作为偏置磁场的施加方向，设为从相对于磁性标尺11的交变磁场正交的方向少许位移后的位置是最期望的，但是即使在如图19的(B)所示那样在相对于磁性标尺11的交变磁场正交的方向上施加了偏置磁场的情况下，也相应地存在特性的改善效果。即，如图18的(D)所说明的那样，通过施加偏置磁场来使动作点移动，能够使用针对磁场的灵敏度(＝变化率)高的区域使电阻变化，因此能够获得信号大、S/N比好、适合于高精度的信号处理的信号。
<4.第四实施方式例>
接着，参照图21～图24说明本发明的第四实施方式的例子。第四实施方式的例子是应用于使用了磁性标尺的磁性标尺式的位置检测装置的例子。安装有位置检测装置的装置能够应用作为例如图6所示的机床的位置检测装置100。
此外，第四实施方式中所说明的结构也可以与本说明书中说明的其它的实施方式(第一、第二、第三实施方式)所说明的结构组合。
[4-1.磁性标尺与头的配置结构]
图21和图22是表示本例的位置检测装置的磁性标尺与磁头的配置状态的例子的图。图21是立体图，图22是将磁性标尺与磁头重叠的俯视图。
如图21所示，磁性标尺210形成为将每隔固定的距离被交替地着磁为N极和S极并记录有信号的磁性介质粘贴在金属板的表面而得到的结构。该磁性标尺210被形成为由位置检测装置检测移动的最大的距离以上的长度。N极和S极变化的一个周期为一个波长。一个波长的长度设为例如400μm。
磁头220被安装于沿磁性标尺210的长度方向(x方向)移动的物体(未图示)，与磁性标尺210的表面保持固定的间隔(间隙)地移动。在被记录于磁性标尺210的信号的一个波长为400μm时，磁性标尺210与磁头220的间隙选择在例如150μm～350μm左右的范围内。作为一例，将间隙设定为250μm。
磁头20具备检测磁性标尺210的记录信号的多个磁传感器221、222、223、224。在各磁传感器221～224中使用例如AMR(Anisotropic Magneto Resistive：各向异性磁电阻)元件、TMR(Tunnel Magneto Resistance：隧道磁电阻)元件。在由这些元件形成的磁传感器中，电阻值与记录信号的磁化方向的变化对应地变化。上述的一个波长、间隙的值是在使用TMR元件作为磁传感器的情况下应用的值。
在磁头220所具备的四个磁传感器221、222、223、224中，磁传感器221是将记录信号检测为正弦波形的信号(SIN信号)的传感器。另外，磁传感器223被配置在沿磁性标尺210的长度方向相对于磁传感器221位移1/4波长的距离后的位置，是将记录信号检测为余弦波形的信号(COS信号)的传感器。这些磁传感器221、223作为检测SIN信号或COS信号的主传感器发挥功能。这些检测SIN信号的磁传感器221和检测COS信号的磁传感器223是检测从被记录于磁性标尺210的磁化泄漏到空间中的磁的传感器，x方向的长度与一个波长的长度相比充分地小。
而且，在检测SIN信号的磁传感器221的旁边配置磁传感器222。同样地，在检测COS信号的磁传感器223的旁边配置磁传感器224。
这些磁传感器222、224相对于相邻的磁传感器221或223被配置在沿与x方向正交的方向相邻的位置。
如图22所示，磁传感器222、224将x方向的长度L1、L2设定为与磁性标尺210的记录信号的一个波长(1λ)的长度相等的长度。例如在被记录于磁性标尺210的信号的一个波长为400μm时，将磁传感器222、224的x方向的长度L1、L2设定为400μm。
在图21、图22的例子中，与一个波长的长度的磁传感器222的x方向的中心位置相邻地配置磁传感器221。同样地，与一个波长的长度的磁传感器224的x方向的中心位置相邻地配置磁传感器222。因而，磁传感器222检测与磁传感器221相同的位置的信号，磁传感器224检测与磁传感器223相同的位置的信号。此外，像这样在磁传感器222、224的中心位置配置磁传感器221、223是一例，只要能够通过成对的磁传感器(传感器221、222以及传感器223、224)检测大致相同位置的记录信号，则也可以设为将磁传感器221、223配置在从磁传感器222、224的中心位置少许偏移后的位置。
从这些磁传感器222、224检测将磁性标尺210的记录信号的一个波长的范围的磁场的信号平均化得到的信号。也就是说，由于从磁传感器222、224检测不依赖于被记录于磁性标尺210的信号的波长的成分(DC成分)，因此磁传感器222、224本身针对被记录于磁性标尺210的信号的波长的灵敏度为零。此外，不依赖于波长的成分是进行位置检测方面不需要的成分，相当于被记录于磁性标尺210的与位置检测用的信号无关的噪声。在下面的说明中，将与检测SIN信号的磁传感器221相邻地配置的磁传感器222的检测信号称为SIN-DC信号，将与检测COS信号的磁传感器221相邻地配置的磁传感器222的检测信号称为COS-DC信号。
[4-2.各传感器的输出信号的处理例]
图23表示用于对配置在磁头220上的四个磁传感器221、222、223、224的输出信号进行处理的电路结构。
磁传感器221所检测出的SIN信号和磁传感器222所检测出的SIN-DC信号被供给至减法器231。在该减法器231中，检测磁传感器221所输出的SIN信号与磁传感器222所输出的SIN-DC信号的差分。通过该减法器231获得的差分的信号作为正弦波形的检测信号SIN(x)被供给至位置获取部233。
另外，磁传感器223所检测出的COS信号和磁传感器224所检测出的COS-DC信号被供给至减法器232。在该减法器232中，检测出磁传感器223所输出的COS信号与磁传感器224所输出的COS-DC信号的差分。通过该减法器232获得的差分的信号作为余弦波形的检测信号COS(x)被供给至位置获取部233。
位置获取部233通过使用所供给的两个检测信号SIN(x)和COS(x)的运算处理来计算磁头220与磁性标尺210的相对位置x。即，根据[检测信号SIN(x)/检测信号COS(x)]的运算求出正切波形的信号TAN(x)，通过求出信号TAN(x)的值x来计算相对位置x。
图24表示各检测信号的波形例。
图24的(A)表示减法器231所输出的正弦波形的检测信号SIN(x)。在磁传感器221所检测出的SIN信号中包含有比一个波长长的周期的噪声成分即SIN-DC信号，但是通过减法器231能够获得该噪声成分被去除后的信号SIN(x)。
图24的(B)表示减法器232所输出的余弦波形的检测信号COS(x)。在磁传感器223所检测出的COS信号中包含有比一个波长长的周期的噪声成分即COS-DC信号，但是通过减法器32能够获得该噪声成分被去除后的信号COS(x)。
在位置运算部233中，如图24的(C)所示那样进行TAN(x)＝[检测信号SIN(x)/检测信号COS(x)]的运算，检测出信号TAN(x)。如图24的(D)所示那样，根据该信号TAN(x)计算位置信息x。
通过这样计算出的磁头220与磁性标尺210的相对位置的信息为基于噪声少的检测信号而得到的精度高的位置信息。即，本例的位置检测装置进行如下处理：通过磁传感器222、224检测比一个波长的周期长的周期的噪声、没有周期性的噪声，使用由各个磁传感器222、224检测出的噪声去除磁传感器221、223中所包含的噪声。因而，在被供给至位置运算部33的正弦波形的检测信号SIN(x)和余弦波形的检测信号COS(x)中不存在长波长的成分的噪声所导致的失真，从而位置的检测精度提高。
在各磁传感器221、222、223、224与磁性标尺210的间隙大的情况下，能够去除该噪声的效果特别显著。即，在间隙大的情况下，导致与以比被记录于磁性标尺210的信号的波长长的周期出现的噪声成分的衰减量相比被记录于磁性标尺210的信号波形的衰减量更大。在此，通过本例的结构进行噪声去除，由此即使在各磁传感器221、222、223、224与磁性标尺210的间隙大的情况下，也能够提高检测精度。
[4-3.第四实施方式的变形例(具备高阶谐波除去用传感器的例子)]
接着，说明第四实施方式的变形例。
图21和图22所示的磁头20所具备的检测SIN信号的磁传感器221和检测COS信号的磁传感器223分别由一个传感器构成。对于此，也可以由多个传感器传感器构成检测各个信号的磁传感器221、223，通过该多个传感器的信号的运算处理来去除正弦波形、余弦波形的高阶谐波成分。
图25表示为了去除SIN信号的高阶谐波而配置八个磁传感器221a～221h且为了去除COS信号的高阶谐波而配置八个磁传感器223～223h的例子。
例如检测SIN信号的八个磁传感器221a～221h分开为第一群的磁传感器221a～221d和第二群的磁传感器221e～221h，将各个群的四个磁传感器进行桥连接来消除偶数阶失真。另外，两个群的磁传感器以两个群中电阻的增减变化彼此为反相那样的间隔进行配置。而且，利用差分放大器将通过两个群的桥连接而获得的信号相加来消除奇数阶(3阶等)的高阶谐波失真。
关于检测COS信号的八个磁传感器223a～223h，也分开为第一群的磁传感器223a～223d和第二群的磁传感器223e～223h，将各群的四个磁传感器进行桥连接，利用差分放大器将通过两个群的桥连接而获得的信号相加。通过这样，关于COS信号，也设为能够消除偶数阶失真和奇数阶失真的信号。
而且，与检测SIN信号的八个磁传感器221a～221h相邻地配置一个波长的长度的磁传感器222，通过磁传感器222检测SIN-DC信号。另外，与检测COS信号的八个磁传感器223a～223h相邻地配置一个波长的长度的磁传感器224，通过磁传感器224检测COS-DC信号。
然后，将从八个磁传感器221a～221h获得的SIN信号和通过磁传感器222获得的SIN-DC信号在图23所示的减法器231中相减而获得正弦波形的检测信号SIN(x)。同样地，将从八个磁传感器223a～223h获得的COS信号和通过磁传感器224获得的COS-DC信号在图23所示的减法器232中相减而获得余弦波形的检测信号COS(x)。以后的处理与图23中说明的处理相同。
如该图25所示，通过设为去除高阶谐波失真的传感器排列，在进行位置检测的信号中不存在高阶谐波失真，结合比一个波长的周期长的周期的噪声、没有周期性的噪声被去除的点，检测精度进一步提高。此外，图25所示的去除高阶谐波失真的多个传感器的个数和其排列是一例，也可以应用其它的传感器数和排列。
[4-4.第四实施方式的变形例(具备多个副传感器的例子)]
在目前为止说明的磁头中，示出了与一个或一组磁传感器相邻地配置有噪声成分检测用的一个磁传感器222、224的例子。对于此，也可以在一个或一组磁传感器的左右两侧各配置一个、合计配置两个噪声成分检测用的传感器。
即，例如图26所示，在磁头220上配置检测SIN信号的磁传感器221和检测COS信号的磁传感器223。而且，在检测SIN信号的磁传感器221的一侧旁边配置记录信号的一个波长的长度L1的磁传感器222a，在磁传感器221的另一侧旁边配置记录信号的一个波长的长度L2的磁传感器222b。
并且，在检测COS信号的磁传感器223的一侧旁边配置记录信号的一个波长的长度L2的磁传感器224a，在磁传感器223的另一侧旁边配置记录信号的一个波长的长度L2的磁传感器224b。
图27是表示用于对图26例的磁头220的检测信号进行处理的电路结构的图。
一个波长的长度的两个磁传感器222a、222b的检测信号在加法器234中相加。通过该加法器234相加得到的信号为SIN-DC信号。然后，通过减法器231获取通过加法器234获得的噪声成分即SIN-DC信号与通过磁传感器221获得的SIN信号的差分，由此能够获得正弦波形的信号SIN(x)。
同样地，一个波长的长度的两个磁传感器224a、224b的检测信号在加法器235中相加。通过该加法器235相加得到的信号为COS-DC信号。然后，通过减法器232获取通过加法器235获得的噪声成分即COS-DC信号与通过磁传感器223获得的COS信号的差分，由此能够获得余弦波形的信号COS(x)。
通过将像这样检测噪声成分的磁传感器配置在于磁性标尺210的长度方向正交的方向的左右两侧，由此能够更有效地进行噪声成分的去除。
此外，在图26和图27的结构中示出了将检测SIN信号的磁传感器221和检测COS信号的磁传感器223各配置一个的例子。对于此，也可以如图25所示那样，在去除高阶谐波失真的结构的传感器的情况下也同样地将检测噪声成分的磁传感器配置在各个群的磁传感器的左右两侧。
[4-5.第四实施方式的变形例(光学式标尺的例子)]
图28是表示将第四实施方式应用于光学式标尺的例子的图。
图28所示的光学式标尺准备分别形成了固定间距的网格的主标尺301和副标尺302，使各个标尺301、302具有某种程度的角度地重叠。而且，使来自光源310的光透过主标尺301和副标尺302，由光学头320接受其透过光。在此，光学头320沿主标尺301的网格所排列的方向移动，因此根据光学头320中的受光状态的变化检测与网格的配置状态对应的波形，从而检测光学头320的移动位置。
在此，作为光学头320，具备受光范围比较窄的主传感器和受光范围广的副传感器。副传感器设为对配置于主标尺301的网格的一个间距的宽度(或该一个间距的整数倍的宽度)的信号进行受光的、受光范围广的传感器。因而，主传感器接受并输出的信号为水平与网格图案的位置相应地变动的信号。另一方面，副传感器接受并输出的信号为不受网格图案的位置影响的信号。
然后，将光学头320内的主传感器的输出320a和副传感器的输出320b供给至减法器321，通过减法器321获取两个传感器的差分。该减法器321的输出为位置检测用的检测信号。
通过这样构成，能够去除光学头320接受的信号中所包含的噪声成分，从而能够进行良好的位置检测。
[4-6.第四实施方式的其它变形例]
此外，在上述的实施方式例中说明的作为一个波长的值示出400μm、作为间隙的数值示出的250μm等的值表示较佳的一例，本发明不限定于这些数值。另外，本例的位置检测装置将与以往相比能够将间隙扩大的点作为效果之一进行了说明，但是也可以将本发明应用于标尺与头的间隙窄的位置检测装置，这是不言而喻的。在间隙窄的情况下，相应地能够确保传感器的检测信号的振幅，相应地能够实现检测精度的提高。
另外，在上述的实施方式例中，作为检测噪声成分的副传感器的磁传感器22、24设为被记录于磁性标尺10的信号的一个波长的长度。对于此，作为磁传感器22、24，也可以设为被记录于磁性标尺10的信号的一个波长的整数倍的长度。即使在设为长度为一个波长的长度的整数倍的传感器的情况下，也能够使相对于被记录于磁性标尺10的信号的波长的灵敏度为零，能够获得与使用了一个波长的长度的磁传感器22、24的情况同样的效果。
另外，在图21～图23所示的例子中，示出了使用正弦波形的SIN信号和余弦波形的COS信号进行位置检测的结构。对于此，也可以设为配置获得与各个信号成为反相的－SIN信号、－COS信号的磁传感器，在进行位置检测时使用－SIN信号、－COS信号。在这种情况下也同样地，只要与获得－SIN信号、－COS信号的磁传感器相邻地配置一个波长长度(或其整数倍)的磁传感器，针对各个信号进行噪声去除即可。
另外，关于图23、图27所示的各传感器的检测信号的处理结构，也示出了较佳的一例，不限定于这些图23、图27所记载的结构。在例如图23所示的例子中，将作为主传感器的磁传感器21、23的输出信号和作为副传感器的磁传感器22、24的输出信号供给至减法器31、32，通过减法器31、32获取差分。相对于此，也可以获得主传感器的输出信号和副传感器的输出信号的两个检测信号，进行使用这两个检测信号的其它运算处理，来进行将噪声成分的影响排除后的位置检测处理。
另外，在图23、图27所示的结构中，仅示出了通过减法器、加法器进行运算的结构，但是也可以在进行这些减法、加法等运算之前等对各个传感器的检测信号进行振幅(增益)的调整之后，进行减法、加法。
<各实施方式所共通的变形例>
此外，在第一～第四实施方式中说明的结构也可以用组合应用到一个位置检测装置。
另外，在各实施方式中说明的一个波长、一个间距等的各值示出了较佳的一例，本发明不限定于这些数值。例如作为一个波长，示出了400μm，能够与作为位置检测装置所需要的侧位分辨率相应地在数十μm至数百μm左右的范围内选择适当的值。
关于各个磁检测元件的尺寸，一边的长度设为2μm～10μm左右也是一个例子，也可以使用比其大的尺寸、比其小的尺寸的磁检测元件。
另外，关于图7、图11、图12、图14等所示的磁检测元件的配置例，也分别示出了较佳的例子，也可以以与这些例子不同的配置状态配置磁检测元件。
另外，关于降低(去除)的高频失真的阶数，也表示较佳的例子，也可以去除更高阶数(15阶以上)的高频失真。
另外，在各实施方式例中，作为磁检测元件，使用利用了隧道磁电阻效应的TMR元件，但是也可以使用其它结构的元件。
另外，如图15所示，关于以夹持磁检测元件21的方式配置两个偏置磁场产生部31、32的结构，也表示较佳的例子。本发明不限定于这样的配置位置。
另外，在各实施方式例中，说明了将标尺应用于直线状的位置检测装置的例子。对于此，通过将磁性标尺配置成圆形，由此也可以将本发明应用于检测标尺与头的相对旋转角度的位置检测装置。作为直线状的位置检测装置的例子示出了标尺的图6的结构也只是一例，本发明能够应用于其它各种设备用的位置检测装置。

Claims (14)

1.一种位置检测装置，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，其检测来自上述标尺的漏磁，输出与检测出上述漏磁的位置的记录信号相应的信号；以及
位置检测部，其根据上述记录信号，检测相对于上述标尺的位置，
其中，上述磁检测元件沿着针对上述标尺检测上述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1/2n为间距的图案，其中，n为3以上的质数，
作为消除m个奇数阶的高阶谐波的图案，在检测方向上分离最远的上述磁检测元件的间距距离L为L＝(λ′/2)·(1/3+1/5+1/7+···1/(2m+1))的范围内配置2的m次方个上述磁检测元件，其中，m为整数，
从与上述记录信号相应的信号中减少奇数阶的高阶谐波信号。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
从决定上述间距距离L的条件式的右边去除2m+1不是质数的项，
配置2的q次方个上述磁检测元件，其中，q为3～2m+1之间的质数的个数。
3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
在沿检测方向分离λ′/6的位置处配置的用于减少3阶高阶谐波的两个上述磁检测元件排列在沿着上述检测方向的相同的线上，在与上述检测方向正交的方向上彼此没有分离开距离。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于，
在沿检测方向分离λ′/10的位置处配置的用于减少5阶高阶谐波的两个上述磁检测元件排列在沿着上述检测方向的相同的线上，在与上述检测方向正交的方向上彼此没有分离开距离。
5.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
上述磁检测元件具备主传感器和副传感器，
上述主传感器被配置成与上述标尺相向，检测记录于上述标尺的位置检测用的信号，
上述副传感器被配置在与上述固定周期的磁信号连续的方向正交的方向上与上述主传感器相邻的位置，检测将记录于上述标尺的上述固定周期或该固定周期的整数倍的范围的位置检测用的信号平均化得到的信号，
上述位置检测部根据上述主传感器的输出信号和上述副传感器的输出信号，检测相对于上述标尺的位置。
6.根据权利要求5所述的位置检测装置，其特征在于，
上述位置检测部根据从上述主传感器的输出信号减去上述副传感器的输出信号得到的信号检测相对于上述标尺的位置。
7.一种位置检测装置，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，其检测来自上述标尺的漏磁，输出与检测出上述漏磁的位置的记录信号相应的信号；以及
位置检测部，其根据与上述记录信号相应的信号，检测相对于上述标尺的位置，
其中，上述磁检测元件沿着针对上述标尺检测上述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，且在比上述磁信号的单位波长短的范围内配置在与上述检测方向正交的方向上。
8.根据权利要求7所述的位置检测装置，其特征在于，
上述图案包括输出SIN波形的第一图案群、输出COS波形的第二图案群、输出－SIN波形的第三图案群、输出－COS波形的第四图案群，
上述第一图案群、上述第二图案群、上述第三图案群以及上述第四图案群沿着上述检测方向各偏移上述磁信号的单位波长的1/4，相位为反相的图案群在与上述检测方向正交的方向上彼此相邻地配置，且在上述磁信号的单位波长的范围内配置上述磁检测元件。
9.根据权利要求8所述的位置检测装置，其特征在于，
上述第一图案群、上述第二图案群、上述第三图案群以及上述第四图案群在构成各个图案群的元件的配置中各图案群形成完全相同的配置结构，各图案群的长度方向的配置为以在比上述记录信号的单位波长短的范围内形成规定的相位差的方式偏移。
10.根据权利要求8所述的位置检测装置，其特征在于，
上述第一图案群、上述第二图案群、上述第三图案群以及上述第四图案群分别沿着上述检测方向交替地配置，从包括与电源电压串联连接的第一元件群和串联连接于地端的第二元件群的桥电路输出上述记录信号。
11.一种位置检测装置，具备：
在磁性介质上磁记录了磁信号而得到的标尺；
磁检测元件，其由具有夹持着势垒层的第一磁性层和第二磁性层的元件构成，上述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状态，上述第二磁性层根据来自上述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而改变电阻值，从而输出与检测出上述漏磁的位置的记录信号相应的信号；
偏置磁场产生部，其对上述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上述第二磁性层的磁化方向设为与上述第一磁性层的上述磁化方向不同的方向；以及
位置检测部，其根据与上述记录信号相应的信号，检测相对于上述标尺的位置。
12.根据权利要求11所述的位置检测装置，其特征在于，
上述偏置磁场产生部在与上述第一磁性层的上述磁化方向正交的正交方向、或者相对于上述正交方向具有规定的角度的方向上施加上述偏置磁场。
13.根据权利要求12所述的位置检测装置，其特征在于，
通过在相对于上述正交方向具有规定的角度的方向上施加上述偏置磁场，使磁检测元件的电阻变化特性曲线以外部磁场为0时的电阻值为中心呈大致180°对称。
14.根据权利要求11所述的位置检测装置，其特征在于，
上述偏置磁场产生部从夹持各个磁检测元件的位置对每个上述磁检测元件施加上述偏置磁场。
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