(57)【要約】【課題】磁気センサを用いた位置検出装置の位置検出の精度を高める。【解決手段】位置検出装置は、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、第２の磁界を発生する第２の磁界発生部と、磁気センサを備えている。第２の磁界発生部は、第１の磁界発生部に対する位置が変化可能である。磁気センサは、基準平面ＲＰ内の検出位置Ｐにおける対象磁界ＭＦの方向に対応した検出信号を生成する。対象磁界ＭＦは、基準平面ＲＰに平行な第１および第２の磁界のそれぞれの成分である第１の磁界成分ＭＦ１と第２の磁界成分ＭＦ２の合成磁界である。磁気センサは、自由層と磁化固定層を含む磁気抵抗効果素子を有している。基準平面ＲＰ内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向ＰＰ１，ＰＰ２の各々は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。【選択図】図９
2019082445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
前記第１の磁界発生部に対する相対的な位置が変化可能に設けられ、第２の磁界を発生する第２の磁界発生部と、
基準平面内の検出位置における検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成する磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含み、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記検出対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
前記基準平面は、前記磁化固定層の磁化の方向および前記検出対象磁界の方向を含む平面であり、
前記検出位置における、前記基準平面に平行な前記第１の磁界の成分を第１の磁界成分とし、前記検出位置における、前記基準平面に平行な前記第２の磁界の成分を第２の磁界成分としたときに、前記第１の磁界発生部に対する前記第２の磁界発生部の相対的な位置が変化すると、前記第１の磁界成分の強度および方向と前記第２の磁界成分の方向は変化しないが、前記第２の磁界成分の強度は変化し、
前記検出対象磁界は、前記第１の磁界成分と前記第２の磁界成分との合成磁界であり、
前記基準平面内において、前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向の各々は、前記第１の磁界成分の方向と前記第２の磁界成分の方向のいずれとも異なることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第２の磁界成分の方向は、前記第１の磁界成分の方向に直交していることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記第１の磁界発生部に対する前記第２の磁界発生部の相対的な位置の変化により、前記検出位置と前記第２の磁界発生部との間の距離が変化することを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記第１の磁界発生部に対する前記第２の磁界発生部の相対的な位置の可動範囲に対応する前記検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記検出対象磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記第１の磁界発生部に対する前記第２の磁界発生部の相対的な位置が、前記第１の磁界発生部に対する前記第２の磁界発生部の相対的な位置の可動範囲の中間位置であるときに、前記検出対象磁界の方向は、前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方と同じ方向であることを特徴とする請求項４または５記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、出力ポートとを含み、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、前記出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、前記第１の方向とは反対の第２の方向であり、
前記検出信号は、前記出力ポートの電位に依存することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを含み、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記第１の出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記第２の出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子は、前記第２の出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向と、前記少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向と、前記少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、前記第１の方向とは反対の第２の方向であり、
前記検出信号は、前記第１の出力ポートと前記第２の出力ポートの電位差に依存することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記第１の磁界発生部は、互いに異なる位置に配置された２つの磁石を有し、
前記第１の磁界は、前記２つの磁石がそれぞれ発生する２つの磁界が合成されたものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１０】
更に、前記第１の磁界発生部を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材に対して一方向に位置変更可能に設けられ、前記第２の磁界発生部を保持する第２の保持部材とを備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記第２の保持部材は、レンズを保持するものであり、且つ前記第１の保持部材に対して前記レンズの光軸方向に位置変更可能に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の位置検出装置。
【請求項１２】
基準平面内の検出位置において、前記基準平面内において１８０°未満の可変範囲内で変化する検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成する磁気センサであって、
少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備え、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、前記検出対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
前記基準平面は、前記磁化固定層の磁化の方向および前記検出対象磁界の方向を含む平面であり、
前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項１３】
前記磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記検出対象磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１２記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記検出対象磁界の方向の可変範囲は、９０°未満であることを特徴とする請求項１２または１３記載の磁気センサ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、出力ポートとを備え、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、前記出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、前記第１の方向とは反対の第２の方向であり、
前記検出信号は、前記出力ポートの電位に依存することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子であり、
前記磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを備え、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記第１の出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子は、前記電源ポートと前記第２の出力ポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子は、前記第２の出力ポートと前記グランドポートの間に設けられ、
前記少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向と、前記少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向であり、
前記少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向と、前記少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化の方向は、前記第１の方向とは反対の第２の方向であり、
前記検出信号は、前記第１の出力ポートと前記第２の出力ポートの電位差に依存することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサおよびこれを用いた位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の用途で、磁気センサを用いた位置検出装置が利用されている。以下、磁気センサを用いた位置検出装置を、磁気式の位置検出装置と言う。磁気式の位置検出装置は、例えば、スマートフォンに内蔵された、オートフォーカス機構を備えたカメラモジュールにおいて、レンズの位置を検出するために用いられている。
【０００３】
特許文献１には、レンズが基板に対して移動可能に設けられたオートフォーカス機構において、第１の方向の一定の大きさの第１の磁界と、レンズと共に移動する磁石によって生成された第２の方向の第２の磁界との相互作用によって生じる合成ベクトルを位置センサによって検出する技術が記載されている。第２の方向は、第１の方向に対して直交している。この技術では、レンズの位置に応じて第２の磁界の大きさが変化し、その結果、合成ベクトルが第２の方向に対してなす角度（以下、合成ベクトルの角度と言う。）も変化する。
【０００４】
特許文献２には、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子を用いた磁界検出装置であって、バイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加し、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗値の特性を変化させるバイアス部を備えた磁界検出装置が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、矩形状の基板と、基板上に形成され、互いに接続される第１および第２の磁気抵抗効果素子とを備え、第１の磁気抵抗効果素子の電流経路は、基板の辺に対して所定の角度を有する第１の方向に形成され、第２の磁気抵抗効果素子の電流経路は、第１の方向に直交する第２の方向に形成された磁気センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０２３１５２８号明細書
【特許文献２】特開２００７−６４８１３号公報
【特許文献３】特開２０１６−２２３８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された技術によれば、合成ベクトルの角度を検出することによって、レンズの位置を検出することができる。
【０００８】
ところで、特許文献２に記載されているように、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果素子の線形領域を用いないと、正確に磁界を検出することができない。ここで、磁気抵抗効果素子の線形領域とは、磁気抵抗効果素子に対する印加磁界と磁気抵抗効果素子の抵抗値の関係を表す特性図において、印加磁界の変化に対して磁気抵抗効果素子の抵抗値が直線的またはほぼ直線的に変化する領域である。特許文献２には、バイアス磁界を磁気抵抗効果素子に印加することによって、磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する抵抗値の特性を変化させる技術が記載されている。
【０００９】
ここで、特許文献１に記載されているような、合成ベクトルの角度を検出することによってレンズ等の対象物の位置を検出する位置検出装置であって、合成ベクトルの角度を、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサによって検出する位置検出装置を考える。この位置検出装置では、対象物の可動範囲に応じて合成ベクトルの角度の可変範囲が決まる。従来、この合成ベクトルの角度の可変範囲において、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの検出精度を高めることは考慮されていなかった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気センサを用いた位置検出装置であって、精度の高い位置検出を行うことができるようにした位置検出装置、ならびにこの位置検出装置に適した磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の位置検出装置は、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、第１の磁界発生部に対する相対的な位置が変化可能に設けられ、第２の磁界を発生する第２の磁界発生部と、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成する磁気センサとを備えている。
【００１２】
磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、検出対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。基準平面は、磁化固定層の磁化の方向および検出対象磁界の方向を含む平面である。
【００１３】
検出位置における、基準平面に平行な第１の磁界の成分を第１の磁界成分とし、検出位置における、基準平面に平行な第２の磁界の成分を第２の磁界成分としたときに、第１の磁界発生部に対する第２の磁界発生部の相対的な位置が変化すると、第１の磁界成分の強度および方向と第２の磁界成分の方向は変化しないが、第２の磁界成分の強度は変化する。検出対象磁界は、第１の磁界成分と第２の磁界成分との合成磁界である。基準平面内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向の各々は、第１の磁界成分の方向と第２の磁界成分の方向のいずれとも異なる。
【００１４】
本発明の位置検出装置において、第２の磁界成分の方向は、第１の磁界成分の方向に直交していてもよい。
【００１５】
また、本発明の位置検出装置において、第１の磁界発生部に対する第２の磁界発生部の相対的な位置の変化により、検出位置と第２の磁界発生部との間の距離が変化してもよい。
【００１６】
また、本発明の位置検出装置において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、第１の磁界発生部に対する第２の磁界発生部の相対的な位置の可動範囲に対応する検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれていてもよい。この場合、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、検出対象磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であってもよい。また、第１の磁界発生部に対する第２の磁界発生部の相対的な位置が、第１の磁界発生部に対する第２の磁界発生部の相対的な位置の可動範囲の中間位置であるときに、検出対象磁界の方向は、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方と同じ方向であってもよい。
【００１７】
また、本発明の位置検出装置において、第１の磁界発生部は、互いに異なる位置に配置された２つの磁石を有していてもよい。この場合、第１の磁界は、２つの磁石がそれぞれ発生する２つの磁界が合成されたものであってもよい。
【００１８】
また、本発明の位置検出装置は、更に、第１の磁界発生部を保持する第１の保持部材と、第１の保持部材に対して一方向に位置変更可能に設けられ、第２の磁界発生部を保持する第２の保持部材とを備えていてもよい。この場合、第２の保持部材は、レンズを保持するものであり、且つ第１の保持部材に対してレンズの光軸方向に位置変更可能に設けられていてもよい。
【００１９】
本発明の磁気センサは、基準平面内の検出位置において、基準平面内において１８０°未満の可変範囲内で変化する検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成するものである。本発明の磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備えている。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、検出対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。基準平面は、磁化固定層の磁化の方向および検出対象磁界の方向を含む平面である。磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれている。
【００２０】
本発明の磁気センサにおいて、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、検出対象磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であってもよい。また、検出対象磁界の方向の可変範囲は、９０°未満であってもよい。
【００２１】
また、本発明の位置検出装置および磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子であってもよい。また、磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、出力ポートとを含んでいてもよい。この場合、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、電源ポートと出力ポートの間に設けられている。また、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、出力ポートとグランドポートの間に設けられている。また、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向であり、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向とは反対の第２の方向である。検出信号は、出力ポートの電位に依存する。
【００２２】
また、本発明の位置検出装置および磁気センサにおいて、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子と、少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子であってもよい。また、磁気センサは、更に、所定の電圧が印加される電源ポートと、グランドに接続されるグランドポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートとを含んでいてもよい。この場合、少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子は、電源ポートと第１の出力ポートの間に設けられている。少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子は、第１の出力ポートとグランドポートの間に設けられている。少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子は、電源ポートと第２の出力ポートの間に設けられている。少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子は、第２の出力ポートとグランドポートの間に設けられている。
【００２３】
少なくとも１つの第１の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向と、少なくとも１つの第４の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向である。少なくとも１つの第２の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向と、少なくとも１つの第３の磁気抵抗効果素子の磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向とは反対の第２の方向である。検出信号は、第１の出力ポートと第２の出力ポートの電位差に依存する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の位置検出装置において、検出対象磁界の方向は、第１の磁界成分の方向と第２の磁界成分の方向のいずれとも異なり、これらの間の方向である。また、本発明の位置検出装置では、基準平面内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向の各々は、第１の磁界成分の方向と第２の磁界成分の方向のいずれとも異なる。これらのことから、本発明の位置検出装置では、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方を、検出対象磁界の方向の可変範囲に近づけたり含めたりすることが可能である。これにより、本発明の位置検出装置によれば、検出対象磁界の方向の可変範囲内において、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の検出精度を高めることが可能になり、その結果、精度の高い位置検出を行うことが可能になるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明の磁気センサでは、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向のうちの一方は、１８０°未満の検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれている。これにより、本発明の磁気センサによれば、検出対象磁界の方向を精度よく検出することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含むカメラモジュールを示す斜視図である。
【図２】図１に示したカメラモジュールの内部を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置と駆動装置を示す斜視図である。
【図４】図１における駆動装置の複数のコイルを示す斜視図である。
【図５】図１における駆動装置の要部を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る位置検出装置の要部を示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態における磁気センサの構成を示す回路図である。
【図８】図７における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施の形態における磁化固定層の磁化の方向と第１および第２の磁界成分の方向を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における相対位置と対象角度との関係を示す特性図である。
【図１１】比較例における磁化固定層の磁化の方向と第１および第２の磁界成分の方向を示す説明図である。
【図１２】比較例における印加磁界角度と規格化検出信号との関係を示す特性図である。
【図１３】比較例における温度の変化に伴う規格化検出信号の変化を説明するための特性図である。
【図１４】本発明の一実施の形態における印加磁界角度と規格化検出信号との関係を示す特性図である。
【図１５】本発明の一実施の形態における温度の変化に伴う規格化検出信号の変化を説明するための特性図である。
【図１６】本発明の一実施の形態における直線性パラメータについて説明するための説明図である。
【図１７】比較例における相対位置および対象角度と規格化検出信号との関係を示す特性図である。
【図１８】比較例における相対位置および対象角度と直線性パラメータとの関係を示す特性図である。
【図１９】本発明の一実施の形態における相対位置および対象角度と規格化検出信号との関係を示す特性図である。
【図２０】本発明の一実施の形態における相対位置および対象角度と直線性パラメータとの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含むカメラモジュールの構成について説明する。図１は、カメラモジュール１００を示す斜視図である。図２は、カメラモジュール１００の内部を模式的に示す説明図である。なお、図２では、理解を容易にするために、カメラモジュール１００の各部を、図１における対応する各部とは異なる寸法および配置で描いている。カメラモジュール１００は、例えば、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構とを備えたスマートフォン用のカメラの一部を構成するものであり、ＣＭＯＳ等を用いたイメージセンサ２００と組み合わせて用いられる。
【００２８】
カメラモジュール１００は、本実施の形態に係る位置検出装置１と、駆動装置３と、レンズ５と、筐体６と、基板７とを備えている。本実施の形態に係る位置検出装置１は、磁気式の位置検出装置であり、自動的に焦点合わせを行う際にレンズ５の位置を検出するために用いられる。駆動装置３は、レンズ５を移動させるものである。筐体６は、位置検出装置１と駆動装置３を保護するものである。基板７は、上面７ａを有している。なお、図１では基板７を省略し、図２では筐体６を省略している。
【００２９】
ここで、図１および図２に示したように、Ｕ方向、Ｖ方向、Ｚ方向を定義する。Ｕ方向、Ｖ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、基板７の上面７ａに垂直な一方向（図２では上側に向かう方向）をＺ方向とする。Ｕ方向とＶ方向は、いずれも、基板７の上面７ａに対して平行な方向である。また、Ｕ方向とは反対の方向を−Ｕ方向とし、Ｖ方向とは反対の方向を−Ｖ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。
【００３０】
レンズ５は、その光軸方向がＺ方向に平行な方向に一致するような姿勢で、基板７の上面７ａの上方に配置されている。また、基板７は、レンズ５を通過した光を通過させる図示しない開口部を有している。図２に示したように、カメラモジュール１００は、レンズ５および図示しない開口部を通過した光がイメージセンサ２００に入射されるように、イメージセンサ２００に対して位置合わせされている。
【００３１】
次に、図２ないし図５を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置１と駆動装置３について詳しく説明する。図３は、位置検出装置１と駆動装置３を示す斜視図である。図４は、駆動装置３の複数のコイルを示す斜視図である。図５は、駆動装置３の要部を示す側面図である。
【００３２】
位置検出装置１は、第１の保持部材１４と、第２の保持部材１５と、複数の第１のワイヤ１６と、複数の第２のワイヤ１７とを備えている。第２の保持部材１５は、レンズ５を保持するものである。図示しないが、第２の保持部材１５は、例えば、その内部にレンズ５を装着できるように構成された筒状の形状を有している。
【００３３】
第２の保持部材１５は、第１の保持部材１４に対して一方向、具体的にはレンズ５の光軸方向すなわちＺ方向に平行な方向に位置変更可能に設けられている。本実施の形態では、第１の保持部材１４は、その内部にレンズ５と第２の保持部材１５を収容できるように構成された箱状の形状を有している。複数の第２のワイヤ１７は、第１の保持部材１４と第２の保持部材１５とを接続し、第２の保持部材１５が第１の保持部材１４に対してＺ方向に平行な方向に移動できるように、第２の保持部材１５を支持している。
【００３４】
第１の保持部材１４は、基板７の上面７ａの上方において、基板７に対してＵ方向に平行な方向とＶ方向に平行な方向に位置変更可能に設けられている。複数の第１のワイヤ１６は、基板７と第１の保持部材１４とを接続し、第１の保持部材１４が基板７に対してＵ方向に平行な方向とＶ方向に平行な方向に移動できるように、第１の保持部材１４を支持している。基板７に対する第１の保持部材１４の相対的な位置が変化すると、基板７に対する第２の保持部材１５の相対的な位置も変化する。
【００３５】
駆動装置３は、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂと、コイル４１，４２，４３，４４，４５，４６を備えている。磁石３１Ａは、レンズ５の−Ｖ方向の先に配置されている。磁石３２Ａは、レンズ５のＶ方向の先に配置されている。磁石３３Ａは、レンズ５の−Ｕ方向の先に配置されている。磁石３４Ａは、レンズ５のＵ方向の先に配置されている。磁石３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂは、それぞれ、磁石３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの上方に配置されている。また、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、第１の保持部材１４に固定されている。
【００３６】
図３に示したように、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、それぞれＵ方向に長い直方体形状を有している。磁石３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、それぞれＶ方向に長い直方体形状を有している。磁石３１Ａ，３２Ｂの磁化の方向は、Ｖ方向である。磁石３１Ｂ，３２Ａの磁化の方向は、−Ｖ方向である。磁石３３Ａ，３４Ｂの磁化の方向は、Ｕ方向である。磁石３３Ｂ，３４Ａの磁化の方向は、−Ｕ方向である。図５において、磁石３１Ａ，３１Ｂ内に描かれた矢印は、磁石３１Ａ，３１Ｂの磁化の方向を表している。
【００３７】
コイル４１は、磁石３１Ａと基板７の間に配置されている。コイル４２は、磁石３２Ａと基板７との間に配置されている。コイル４３は、磁石３３Ａと基板７との間に配置されている。コイル４４は、磁石３４Ａと基板７との間に配置されている。コイル４５は、磁石３１Ａ，３１Ｂとレンズ５との間に配置されている。コイル４６は、磁石３２Ａ，３２Ｂとレンズ５との間に配置されている。また、コイル４１，４２，４３，４４は、基板７に固定されている。コイル４５，４６は、第２の保持部材１５に固定されている。
【００３８】
コイル４１には、主に、磁石３１Ａから発生される磁界が印加される。コイル４２には、主に、磁石３２Ａから発生される磁界が印加される。コイル４３には、主に、磁石３３Ａから発生される磁界が印加される。コイル４４には、主に、磁石３４Ａから発生される磁界が印加される。
【００３９】
また、図２、図４および図５に示したように、コイル４５は、磁石３１Ａに沿ってＵ方向に延びる第１の導体部４５Ａと、磁石３１Ｂに沿ってＵ方向に延びる第２の導体部４５Ｂと、第１および第２の導体部４５Ａ，４５Ｂを接続する２つの第３の導体部とを含んでいる。また、図２および図４に示したように、コイル４６は、磁石３２Ａに沿ってＵ方向に延びる第１の導体部４６Ａと、磁石３２Ｂに沿ってＵ方向に延びる第２の導体部４６Ｂと、第１および第２の導体部４６Ａ，４６Ｂを接続する２つの第３の導体部とを含んでいる。
【００４０】
コイル４５の第１の導体部４５Ａには、主に、磁石３１Ａから発生される磁界のＶ方向の成分が印加される。コイル４５の第２の導体部４５Ｂには、主に、磁石３１Ｂから発生される磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第１の導体部４６Ａには、主に、磁石３２Ａから発生される磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第２の導体部４６Ｂには、主に、磁石３２Ｂから発生される磁界のＶ方向の成分が印加される。
【００４１】
位置検出装置１は、更に、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部１１と、第２の磁界を発生する第２の磁界発生部１２と、磁気センサ２０とを備えている。本実施の形態では、第１の磁界発生部１１は、互いに異なる位置に配置された２つの磁石を有している。本実施の形態では特に、第１の磁界発生部１１は、上記２つの磁石として、磁石３１Ａ，３４Ａを有している。第１の磁界は、磁石３１Ａ，３４Ａがそれぞれ発生する磁界が合成されたものである。前述のように、磁石３１Ａ，３４Ａは、第１の保持部材１４に固定されている。従って、第１の磁界発生部１１は、第１の保持部材１４によって保持されている。
【００４２】
図３に示したように、磁石３１Ａは、磁石３１ＡのＵ方向の端に位置する端面３１Ａ１を有している。磁石３４Ａは、磁石３４Ａの−Ｖ方向の端に位置する端面３４Ａ１を有している。
【００４３】
第２の磁界発生部１２は、第１の磁界発生部１１に対する相対的な位置が変化可能に設けられている。本実施の形態では、第２の磁界発生部１２は、磁石１３を有している。第２の磁界は、磁石１３が発生する磁界である。磁石１３は、直方体形状を有している。また、磁石１３は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１および磁石３４Ａの端面３４Ａ１の近傍の空間において、第２の保持部材１５に固定されている。これにより、第２の磁界発生部１２は、第２の保持部材１５によって保持されている。第１の保持部材１４に対する第２の保持部材１５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置もＺ方向に平行な方向に変化する。
【００４４】
磁気センサ２０は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。磁気センサ２０は、基準平面内の検出位置における検出対象磁界を検出し、検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成する。以下、検出対象磁界を対象磁界ＭＦと言う。磁気センサ２０は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１と磁石３４Ａの端面３４Ａ１の近傍において基板７に固定されている。磁石３１Ａから磁気センサ２０までの距離と、磁石３４Ａから磁気センサ２０までの距離は、互いに等しい。磁石１３は、磁気センサ２０の上方に配置されている。
【００４５】
検出位置は、磁気センサ２０が第１の磁界と第２の磁界を検出する位置である。本実施の形態では、基準平面は、検出位置を含み、Ｚ方向に垂直な平面である。第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置が変化すると、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離が変化する。
【００４６】
ここで、検出位置における、基準平面に平行な第１の磁界の成分を第１の磁界成分ＭＦ１とし、検出位置における、基準平面に平行な第２の磁界の成分を第２の磁界成分ＭＦ２とする。対象磁界ＭＦは、第１の磁界成分ＭＦ１と第２の磁界成分ＭＦ２との合成磁界である。なお、第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２と対象磁界ＭＦは、後で説明する図６および図９に示されている。
【００４７】
第１の磁界発生部１１、第２の磁界発生部１２および磁気センサ２０の位置関係と、磁気センサ２０の構成については、後で更に詳しく説明する。
【００４８】
駆動装置３は、更に、コイル４１，４２の一方の内側において基板７に固定された磁気センサ３０と、コイル４３，４４の一方の内側において基板７に固定された磁気センサ３０を備えている。ここでは、２つの磁気センサ３０は、それぞれコイル４１の内側とコイル４４の内側に配置されているものとする。後で説明するように、この２つの磁気センサ３０は、手振れの影響を低減するためにレンズ５の位置を変化させる際に用いられる。
【００４９】
コイル４１の内側に配置された磁気センサ３０は、磁石３１Ａから発生される磁界を検出し、磁石３１Ａの位置に対応した信号を生成する。コイル４４の内側に配置された磁気センサ３０は、磁石３４Ａから発生される磁界を検出し、磁石３４Ａの位置に対応した信号を生成する。磁気センサ３０は、例えば、ホール素子等の磁界を検出する素子によって構成されている。
【００５０】
次に、図３および図６を参照して、第１の磁界発生部１１、第２の磁界発生部１２および磁気センサ２０の位置関係について詳しく説明する。図６は、位置検出装置１の要部を示す斜視図である。ここで、図６に示したように、Ｘ方向とＹ方向を定義する。Ｘ方向とＹ方向は、いずれも、基板７の上面７ａ（図２参照）に対して平行な方向である。Ｘ方向は、Ｕ方向からＶ方向に向かって４５°だけ回転した方向である。Ｙ方向は、Ｖ方向から−Ｕ方向に向かって４５°だけ回転した方向である。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とする。
【００５１】
図６において、符号ＭＦ１を付した矢印は、第１の磁界成分ＭＦ１を表している。本実施の形態では、第１の磁界発生部１１と磁気センサ２０は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向が、−Ｙ方向になるように設けられている。第１の磁界成分ＭＦ１の方向は、例えば、磁気センサ２０に対する磁石３１Ａ，３４Ａの位置関係と、磁石３１Ａ，３４Ａの姿勢によって調整することができる。磁石３１Ａ，３４Ａは、検出位置を含むＹＺ平面に対して対称に配置されていることが好ましい。
【００５２】
図６において、符号ＭＦ２を付した矢印は、第２の磁界成分ＭＦ２を表している。また、磁石１３内に描かれた矢印は、磁石１３の磁化の方向を表している。第２の磁界成分ＭＦ２の方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向とは異なる。対象磁界ＭＦの方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なり、これらの間の方向である。対象磁界ＭＦの方向の可変範囲は、１８０°未満である。本実施の形態では特に、第２の磁界成分ＭＦ２の方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向に直交する−Ｘ方向である。この場合、対象磁界ＭＦの方向の可変範囲は、９０°未満である。
【００５３】
次に、図７を参照して、磁気センサ２０の構成の一例について説明する。図７は、磁気センサ２０の構成を示す回路図である。本実施の形態では、磁気センサ２０は、対象磁界ＭＦの方向に対応した検出信号として、対象磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度に対応した検出信号を生成するように構成されている。本実施の形態では、基準方向は、Ｘ方向である。
【００５４】
図７に示したように、磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路２１と、差分検出器２２とを有している。ホイートストンブリッジ回路２１は、所定の電圧が印加される電源ポートＶと、グランドに接続されるグランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。
【００５５】
ホイートストンブリッジ回路２１は、更に、第１の抵抗部Ｒ１と、第２の抵抗部Ｒ２と、第３の抵抗部Ｒ３と、第４の抵抗部Ｒ４とを含んでいる。第１の抵抗部Ｒ１は、電源ポートＶと第１の出力ポートＥ１との間に設けられている。第２の抵抗部Ｒ２は、第１の出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。第３の抵抗部Ｒ３は、電源ポートＶと第２の出力ポートＥ２との間に設けられている。第４の抵抗部Ｒ４は、第２の出力ポートＥ２とグランドポートＧとの間に設けられている。
【００５６】
第１の抵抗部Ｒ１は、少なくとも１つの第１のＭＲ素子を含んでいる。第２の抵抗部Ｒ２は、少なくとも１つの第２のＭＲ素子を含んでいる。第３の抵抗部Ｒ３は、少なくとも１つの第３のＭＲ素子を含んでいる。第４の抵抗部Ｒ４は、少なくとも１つの第４のＭＲ素子を含んでいる。
【００５７】
本実施の形態では特に、第１の抵抗部Ｒ１は、直列に接続された複数の第１のＭＲ素子を含み、第２の抵抗部Ｒ２は、直列に接続された複数の第２のＭＲ素子を含み、第３の抵抗部Ｒ３は、直列に接続された複数の第３のＭＲ素子を含み、第４の抵抗部Ｒ２は、直列に接続された複数の第４のＭＲ素子を含んでいる。
【００５８】
ホイートストンブリッジ回路２１に含まれる複数のＭＲ素子の各々は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、対象磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図７において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子における自由層の磁化の方向を表している。
【００５９】
抵抗部Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は第１の方向である。抵抗部Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、第１の方向とは反対の第２の方向である。以下、第１の方向を符号ＭＰ１で表し、第２の方向を符号ＭＰ２で表す。図６には、第１の方向ＭＰ１と第２の方向ＭＰ２を示している。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、基準平面内において、第１の方向ＭＰ１に直交する２方向の各々は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。基準平面内において、第２の方向ＭＰ２に直交する２方向は、第１の方向ＭＰ１に直交する２方向と同じである。従って、基準平面内において、第２の方向ＭＰ２に直交する２方向の各々も、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。
【００６０】
出力ポートＥ１の電位と、出力ポートＥ２の電位と、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差は、対象磁界ＭＦの方向が第１の方向ＭＰ１に対してなす角度の余弦に応じて変化する。差分検出器２２は、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号を検出信号として出力する。検出信号は、出力ポートＥ１の電位と、出力ポートＥ２の電位と、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に依存する。また、検出信号は、対象磁界ＭＦの方向に応じて変化するため、対象磁界ＭＦの方向に対応した信号である。
【００６１】
ここで、図８を参照して、抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の構成の一例について説明する。図８は、抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のうちの１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。この例では、１つの抵抗部は、複数の下部電極１６２と、複数のＭＲ素子１５０と、複数の上部電極１６３とを有している。複数の下部電極１６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極１６２は細長い形状を有している。下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２の間には、間隙が形成されている。図８に示したように、下部電極１６２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子１５０が配置されている。ＭＲ素子１５０は、下部電極１６２側から順に積層された自由層１５１、ギャップ層１５２、磁化固定層１５３および反強磁性層１５４を含んでいる。自由層１５１は、下部電極１６２に電気的に接続されている。反強磁性層１５４は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１５３との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極１６３は、複数のＭＲ素子１５０の上に配置されている。個々の上部電極１６３は細長い形状を有し、下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子１５０の反強磁性層１５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図８に示した抵抗部は、複数の下部電極１６２と複数の上部電極１６３とによって直列に接続された複数のＭＲ素子１５０を有している。
【００６２】
なお、ＭＲ素子１５０における層１５１〜１５４の配置は、図８に示した配置とは上下が反対でもよい。また、ＭＲ素子１５０は、反強磁性層１５４を含まない構成であってもよい。この構成は、例えば、反強磁性層１５４および磁化固定層１５３の代わりに、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層と含む人工反強磁性構造の磁化固定層を含む構成であってもよい。
【００６３】
次に、図２ないし図５を参照して、駆動装置３の動作について説明する。始めに、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構について簡単に説明する。駆動装置３は、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構の一部を構成する。駆動装置３、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構は、カメラモジュール１００の外部の図示しない制御部によって制御される。
【００６４】
光学式手振れ補正機構は、例えば、カメラモジュール１００の外部のジャイロセンサ等によって、手振れを検出できるように構成されている。光学式手振れ補正機構が手振れを検出すると、図示しない制御部は、手振れの態様に応じて基板７に対するレンズ５の相対的な位置が変化するように、駆動装置３を制御する。これにより、レンズ５の絶対的な位置を安定化させて、手振れの影響を低減することができる。なお、基板７に対するレンズ５の相対的な位置は、手振れの態様に応じて、Ｕ方向に平行な方向またはＶ方向に平行な方向に変化する。
【００６５】
オートフォーカス機構は、例えば、イメージセンサ２００またはオートフォーカスセンサ等によって、被写体に焦点が合った状態を検出できるように構成されている。図示しない制御部は、被写体に焦点が合った状態になるように、駆動装置３によって、基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ方向に平行な方向に変化させる。これにより、自動的に被写体に対する焦点合わせを行うことができる。
【００６６】
次に、光学式手振れ補正機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。図示しない制御部によってコイル４１，４２に電流が流されると、磁石３１Ａ，３２Ａから発生される磁界とコイル４１，４２から発生される磁界との相互作用によって、磁石３１Ａ，３２Ａが固定された第１の保持部材１４は、Ｖ方向に平行な方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｖ方向に平行な方向に移動する。また、図示しない制御部によってコイル４３，４４に電流が流されると、磁石３３Ａ，３４Ａから発生される磁界とコイル４３，４４から発生される磁界との相互作用によって、磁石３３Ａ，３４Ａが固定された第１の保持部材１４は、Ｕ方向に平行な方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｕ方向に平行な方向に移動する。図示しない制御部は、２つの磁気センサ３０によって生成される磁石３１Ａ，３４Ａの位置に対応した信号を測定することによって、レンズ５の位置を検出する。
【００６７】
次に、オートフォーカス機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ方向に移動させる場合、図示しない制御部は、第１の導体部４５ＡにＵ方向の電流が流れ、第２の導体部４５Ｂに−Ｕ方向の電流が流れるように、コイル４５に電流を流し、第１の導体部４６Ａに−Ｕ方向の電流が流れ、第２の導体部４６ＢにＵ方向の電流が流れるように、コイル４６に電流を流す。これらの電流と磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂから発生される磁界によって、コイル４５の第１および第２の導体部４５Ａ，４５Ｂとコイル４６の第１および第２の導体部４６Ａ，４６Ｂに、Ｚ方向のローレンツ力が作用する。これにより、コイル４５，４６が固定された第２の保持部材１５は、Ｚ方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｚ方向に移動する。
【００６８】
基板７に対するレンズ５の相対的な位置を−Ｚ方向に移動させる場合には、図示しない制御部は、コイル４５，４６に、Ｚ方向に移動させる場合とは逆方向に電流を流す。
【００６９】
次に、本実施の形態に係る位置検出装置１の作用および効果について説明する。本実施の形態に係る位置検出装置１は、レンズ５の位置を検出するために用いられる。本実施の形態では、基板７に対するレンズ５の相対的な位置が変化する場合、基板７および第１の保持部材１４に対する第２の保持部材１５の相対的な位置も変化する。前述のように、第１の保持部材１４は第１の磁界発生部１１を保持し、第２の保持部材１５は第２の磁界発生部１２を保持している。従って、上述のようにレンズ５の相対的な位置が変化すると、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置が変化する。以下、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置を、相対位置と言う。本実施の形態では、相対位置の変化の方向は、レンズ５の光軸方向すなわちＺ方向に平行な方向である。
【００７０】
相対位置が変化すると、基板７に対する第１の磁界発生部１１の相対的な位置は変化しないが、基板７に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置は変化する。そのため、相対位置が変化すると、第１の磁界成分ＭＦ１の強度および方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向は変化しないが、第２の磁界成分ＭＦ２の強度は変化する。第２の磁界成分ＭＦ２の強度が変化すると、対象磁界ＭＦの方向と強度も変化し、それに伴い、磁気センサ２０が生成する検出信号の値も変化する。検出信号の値は、相対位置に依存して変化する。図示しない制御部は、検出信号を測定することによって、相対位置を検出する。基板７に対するレンズ５の相対的な位置の変化の方向および大きさは、相対位置の変化の方向および大きさと同じである。従って、相対位置は、基板７に対するレンズ５の相対的な位置を表すものとも言える。
【００７１】
ここで、図９を参照して、第１および第２の方向ＭＰ１，ＭＰ２と第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２について詳しく説明する。図９において、符号ＲＰは基準平面を表し、符号Ｐは検出位置を表している。図９では、符号ＭＦ１を付した矢印で第１の磁界成分ＭＦ１を表し、符号ＭＦ２を付した矢印で第２の磁界成分ＭＦ２を表し、符号ＭＦを付した矢印で対象磁界を表している。また、図９において、Ｘ方向の軸はＸ方向の磁界の強度Ｈｘを示し、Ｙ方向の軸はＹ方向の磁界の強度Ｈｙを示している。
【００７２】
対象磁界ＭＦは、第１の磁界成分ＭＦ１と第２の磁界成分ＭＦ２との合成磁界であることから、対象磁界ＭＦの方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なり、これらの間の方向である。
【００７３】
図９には、基準平面ＲＰ内において第１の方向ＭＰ１に直交する２方向を、符号ＰＰ１，ＰＰ２で表している。基準平面ＲＰ内において第２の方向ＭＰ２に直交する２方向は、２方向ＰＰ１，ＰＰ２と同じである。前述の通り、本実施の形態では、２方向ＰＰ１，ＰＰ２の各々は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。
【００７４】
以下、図９において基準方向（Ｘ方向）から反時計回り方向に見て、対象磁界ＭＦの方向が基準方向（Ｘ方向）に対してなす角度を、対象角度と言い、記号θで表す。対象角度θは、対象磁界ＭＦの方向を表す。本実施の形態では、磁気センサ２０は、対象角度θに対応した検出信号を生成する。
【００７５】
ここで、図１０を参照して、本実施の形態における相対位置と対象角度θとの関係について説明する。図１０は、相対位置と対象角度θとの関係を示す特性図である。図１０において、横軸は相対位置を示し、縦軸は対象角度θを示している。
【００７６】
本実施の形態では、検出位置Ｐに対して第２の磁界発生部１２が最も近いときの検出位置Ｐと第２の磁界発生部１２との間の距離を最短距離とし、相対位置を、任意の位置にある第２の磁界発生部１２と検出位置Ｐとの間の距離から最短距離を引いた値で表す。また、本実施の形態では、相対位置の可動範囲を、０〜０．３ｍｍの範囲としている。
【００７７】
本実施の形態では、図１０に示したように、相対位置が０〜０．３ｍｍの可動範囲で変化するとき、対象角度θは２０７°〜２４０°の可変範囲で変化する。相対位置の変化に対する対象角度θの変化は直線的である。対象角度θは、対象磁界ＭＦの方向を表す。従って、対象角度θの可変範囲の範囲は、相対位置の可動範囲に対応する対象磁界ＭＦの方向の可変範囲に対応する。図９において、符号θＲで示した範囲は、対象角度θの可変範囲を表している。
【００７８】
図９に示したように、本実施の形態では、基準平面ＲＰ内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向ＰＰ１，ＰＰ２の各々は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。これにより、本実施の形態に係る位置検出装置１によれば、精度の高い位置検出を行うことが可能になる。以下、これについて、比較例の位置検出装置と比較しながら説明する。
【００７９】
始めに、図１１を参照して、比較例の位置検出装置について説明する。比較例の位置検出装置では、磁化固定層の磁化の方向が、本実施の形態に係る位置検出装置１と異なっている。比較例では、抵抗部Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向である第１の方向ＭＰ１は、−Ｙ方向である。また、抵抗部Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向である第２の方向ＭＰ２は、Ｙ方向である。比較例の位置検出装置におけるその他の構成は、本実施の形態に係る位置検出装置１と同じである。
【００８０】
図１１は、図９に対応する図であって、比較例における第１および第２の方向ＭＰ１，ＭＰ２と第１および第２の磁界成分ＭＦ１，ＭＦ２を示している。比較例では、基準平面ＲＰ内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方の方向ＰＰ１は第２の磁界成分ＭＦ２の方向と一致し、他方の方向ＰＰ２は第２の磁界成分ＭＦ２の方向とは反対方向である。
【００８１】
次に、比較例の位置検出装置の問題点について説明する。ここで、本実施の形態に係る位置検出装置１および比較例の位置検出装置に関して、基準平面ＲＰ内において、検出位置Ｐに印加される任意の印加磁界の方向が基準方向に対してなす角度を、印加磁界角度と言う。図１２は、比較例の位置検出装置における印加磁界角度と規格化検出信号との関係を示す特性図である。規格化検出信号は、印加磁界角度を０°〜３６０°の範囲で変化させたときの最大値と最小値がそれぞれ１と−１に対応するように検出信号を規格化した信号である。第１の出力ポートＥ１と第２の出力ポートＥ２の電位差が０のとき、規格化検出信号は０である。
【００８２】
比較例において、第１の出力ポートＥ１と第２の出力ポートＥ２の電位差が０になるのは、印加磁界の方向が２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方と一致するとき、すなわち、印加磁界角度が０°のときと印加磁界角度が１８０°のときである。
【００８３】
ここで、図１２のような、印加磁界角度と規格化検出信号との関係を表す特性図において、印加磁界角度の変化に対する検出信号の変化がより直線的である度合いを検出信号の直線性と言う。
【００８４】
図１２に示されるように、比較例では、０°を含む０°近傍の印加磁界角度の範囲と、１８０°を含む１８０°近傍の印加磁界角度の範囲では、検出信号の直線性は高い。また、比較例では、印加磁界角度が９０°または２７０°に近づくほど、検出信号の直線性は低くなる。
【００８５】
図１２には、対象角度θの可変範囲θＲを示している。比較例では、この可変範囲θＲが、０°または１８０°を含まず、０°または１８０°から離れている。そのため、この可変範囲θＲでは、検出信号の直線性は低い。
【００８６】
比較例において、対象磁界ＭＦの方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なり、これらの間の方向である。また、比較例では、基準平面ＲＰ内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方の方向ＰＰ１は第２の磁界成分ＭＦ２の方向と一致し、他方の方向ＰＰ２は第２の磁界成分ＭＦ２の方向とは反対方向である。これらのことから、比較例では、対象磁界ＭＦの方向が２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方と一致することはあり得ない。すなわち、比較例では、可変範囲θＲが、０°または１８０°を含むことはあり得ない。従って、比較例では、可変範囲θＲを、検出信号の直線性の高い範囲に設定することができない。そのため、比較例では、精度の高い位置検出を行うことができないという問題点がある。
【００８７】
ここで、検出信号から求まる相対位置を位置検出値と言う。比較例では、温度変化に伴う位置検出値の誤差が大きいという問題点もある。以下、これについて、図１３を参照して説明する。図１３は、図１２と同様の特性図である。図１３において、符号１１１を付した曲線と符号１１２を付した曲線は、いずれも比較例の位置検出装置における印加磁界角度と規格化検出信号との関係を示している。符号１１１を付した曲線は、例えば室温である第１の温度における上記の関係を示している。符号１１２を付した曲線は、第１の温度よりも高い第２の温度における上記の関係を示している。符号１１２を付した曲線における規格化検出信号は、第１の温度における検出信号に対する規格化検出信号の比率を、第２の温度における検出信号に掛けて求めたものである。
【００８８】
図１３に示したように、印加磁界角度と規格化検出信号との関係は、温度の変化に伴って変化する。比較例では、可変範囲θＲにおいて、温度の変化に伴う上記の関係の変化が大きい。そのため、比較例では、温度変化に伴う位置検出値の誤差が大きいという問題点がある。
【００８９】
以上説明した比較例の問題点は、基準平面ＲＰ内において、２方向ＰＰ１，ＰＰ２の一方が、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と一致する場合にも当てはまる。
【００９０】
本実施の形態に係る位置検出装置１では、対象磁界ＭＦの方向は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なり、これらの間の方向である。また、本実施の形態では、基準平面ＲＰ内において、磁化固定層の磁化の方向に直交する２方向ＰＰ１，ＰＰ２の各々は、第１の磁界成分ＭＦ１の方向と第２の磁界成分ＭＦ２の方向のいずれとも異なる。
【００９１】
これらのことから、本実施の形態では、２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方を、比較例に比べて、対象磁界ＭＦの方向の可変範囲に近づけることが可能である。言い換えると、本実施の形態では、規格化検出信号が０になるときの印加磁界角度を、比較例に比べて、可変範囲θＲに近づけることが可能である。これにより、本実施の形態によれば、比較例に比べて、対象磁界ＭＦの方向の可変範囲内において、ＭＲ素子の検出精度、具体的には検出信号の直線性を高めることが可能になり、その結果、精度の高い位置検出を行うことが可能になる。
【００９２】
本実施の形態において、位置検出の精度をより高めるためには、対象磁界ＭＦの方向の可変範囲が２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方を含むこと、すなわち、可変範囲θＲが、規格化検出信号が０になるときの印加磁界角度を含むことが好ましい。
【００９３】
また、本実施の形態において、位置検出の精度をより高めるためには、対象磁界ＭＦの方向の可変範囲の中間の方向が、２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方と同じ方向であることがより好ましい。同様の趣旨で、相対位置が、相対位置の可動範囲の中間位置であるときに、対象磁界ＭＦの方向が、２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方と同じ方向であることがより好ましい。
【００９４】
図１０に示したように、相対位置の可動範囲が０〜０．３ｍｍで、対象角度θの可変範囲θＲが２０７°〜２４０°である場合には、相対位置の可動範囲の中間位置は０．１５ｍｍである。そして、相対位置がその可動範囲の中間位置であるときの対象磁界ＭＦの方向、ならびに対象磁界ＭＦの方向の可変範囲の中間の方向は、いずれも２２３．５°の対象角度θで表される方向である。この場合、２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方が基準方向に対してなす角度は、２０７°〜２４０°の範囲内であることが好ましく、２２３．５°であることがより好ましい。
【００９５】
図１４は、本実施の形態に係る位置検出装置１における印加磁界角度と規格化検出信号との関係の一例を示す特性図である。この例では、２方向ＰＰ１，ＰＰ２のうちの一方の方向ＰＰ１が基準方向に対してなす角度を、２２３．５°としている。
【００９６】
図１４から理解されるように、本実施の形態によれば、対象角度θの可変範囲θＲを、検出信号の直線性の高い範囲に設定することができる。これにより、磁気センサ２０によって対象磁界ＭＦの方向を精度よく検出することが可能になり、位置検出装置１によって精度の高い位置検出を行うことが可能になる。
【００９７】
図１５は、図１４と同様の特性図である。図１５において、符号１１３を付した曲線と符号１１４を付した曲線は、いずれも本実施の形態に係る位置検出装置１における印加磁界角度と規格化検出信号との関係を示している。符号１１３を付した曲線は、例えば室温である第１の温度における上記の関係を示している。符号１１４を付した曲線は、第１の温度よりも高い第２の温度における上記の関係を示している。符号１１４を付した曲線における規格化検出信号は、第１の温度における検出信号に対する規格化検出信号の比率を、第２の温度における検出信号に掛けて求めたものである。
【００９８】
図１５に示したように、本実施の形態では、図１３に示した比較例の特性に比べて、対象角度θの可変範囲θＲにおいて、温度の変化に伴う、印加磁界角度と規格化検出信号との関係の変化が小さい。そのため、本実施の形態によれば、温度変化に伴う位置検出値の誤差を小さくすることができる。
【００９９】
次に、比較例の位置検出装置と本実施の形態に係る位置検出装置１について、位置検出の精度を比較した結果について説明する。
【０１００】
始めに、図１６を参照して、位置検出の精度を表すパラメータである直線性パラメータについて説明する。図１６は、検出信号と相対位置との関係を模式的に示す特性図である。図１６において、横軸は検出信号を示し、縦軸は相対位置を示している。
【０１０１】
図１６において、符号１２１を付した曲線は、相対位置の可動範囲内における検出信号と相対位置との関係の一例を示している。また、符号１２２を付した直線は、曲線１２１の両端の２点を結ぶ直線である。ここで、任意の検出信号の値に対応する曲線１２１上の相対位置と直線１２２上の相対位置をそれぞれＺｒ、Ｚｉとする。そして、Ｚｒ−Ｚｉを、Ｚｉに対応する直線性パラメータＬの値とする。相対位置の可動範囲の全体にわたって直線性パラメータＬの絶対値が小さいほど、位置検出の精度が高いと言える。
【０１０２】
図１７は、比較例における相対位置および対象角度θと規格化検出信号との関係を示す特性図である。図１７において、横軸は相対位置および対象角度θを示し、縦軸は規格化検出信号を示している。
【０１０３】
図１８は、比較例における相対位置および対象角度θと直線性パラメータＬとの関係を示す特性図である。図１８において、横軸は相対位置および対象角度θを示し、縦軸は直線性パラメータＬを示している。
【０１０４】
図１９は、本実施の形態における相対位置および対象角度θと規格化検出信号との関係を示す特性図である。図１９において、横軸は相対位置および対象角度θを示し、縦軸は規格化検出信号を示している。
【０１０５】
図２０は、本実施の形態における相対位置および対象角度θと直線性パラメータＬとの関係を示す特性図である。図２０において、横軸は相対位置および対象角度θを示し、縦軸は直線性パラメータＬを示している。
【０１０６】
図１８と図２０を比較すると分かるように、本実施の形態では、比較例に比べて、相対位置の可動範囲の全体にわたって直線性パラメータＬの絶対値が小さくなっている。このことから、本実施の形態によれば、精度の高い位置検出を行うことができることが分かる。
【０１０７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、第１および第２の磁界発生部の形状および配置と、磁気センサ２０の配置は、各実施の形態に示した例に限られず、任意である。
【０１０８】
また、請求の範囲の要件を満たす限り、第１および第２の磁界成分の方向は任意である。例えば、第１の磁界成分の方向をＹ方向または−Ｙ方向とし、第２の磁界成分の方向をＺ方向または−Ｚ方向としてもよい。この場合、基準平面は、Ｘ方向に垂直な平面となる。
【０１０９】
また、磁気センサ２０の構成は、ホイートストンブリッジ回路２１と差分検出器２２を有する構成に限られない。例えば、磁気センサ２０は、電源ポートＶ、グランドポートＧ、第１の出力ポートＥ１、第１の抵抗部Ｒ１および第２の抵抗部Ｒ２を含むが、第２の出力ポートＥ２、第３の抵抗部Ｒ３、第４の抵抗部Ｒ４および差分検出器２２を含まない構成であってもよい。この場合、検出信号は、第１の出力ポートＥ１の電位に依存する信号である。
【０１１０】
また、本発明の位置検出装置は、レンズに限らず、所定の方向に移動する対象物の位置を検出するために用いることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１…位置検出装置、３…駆動装置、５…レンズ、６…筐体、７…基板、１１…第１の磁界発生部、１２…第２の磁界発生部、１３…磁石、１４…第１の保持部材、１５…第２の保持部材、２０…磁気センサ、３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…磁石、４１〜４６…コイル、１００…カメラモジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月4日(2018.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
本実施の形態では、図１０に示したように、相対位置が０〜０．３ｍｍの可動範囲で変化するとき、対象角度θは２０７°〜２４０°の可変範囲で変化する。相対位置の変化に対する対象角度θの変化は直線的である。対象角度θは、対象磁界ＭＦの方向を表す。従って、対象角度θの可変範囲は、相対位置の可動範囲に対応する対象磁界ＭＦの方向の可変範囲に対応する。図９において、符号θＲで示した範囲は、対象角度θの可変範囲を表している。