CN112068048B - 位置检测装置 - Google Patents

Abstract

位置检测装置具备产生检测对象磁场的磁铁、和磁传感器。磁传感器对检测对象磁场进行检测，从而生成与磁铁的位置对应的检测值。磁传感器包含MR元件和基板。基板包含主面。MR元件接受的检测对象磁场具有在第一平面内变化的第一方向。MR元件含有具有方向可在与主面平行的第二平面内变化的第一磁化的磁性层。第一平面和第二平面形成90°之外的二面角而交叉。检测值依存于第一磁化的方向。

Description

位置检测装置

技术领域

本发明涉及一种使用了磁传感器的位置检测装置。

背景技术

近年来，使用了磁传感器的的位置检测装置在各种用途中被利用。以下，将使用了磁传感器的位置检测装置称为磁式位置检测装置。磁式位置检测装置例如在内置于手机的具备光学式抖动修正机构或自动对焦机构的相机模块中，被用于检测透镜的位置。

磁式位置检测装置例如具备与对象物的移动连动地移动的磁铁、和检测该磁铁产生的磁场的磁传感器。作为磁传感器，已知有使用了设置于基板上的自旋阀型的磁阻效应元件的磁传感器。自旋阀型的磁阻效应元件具有：磁化固定层，其具有方向被固定的磁化；自由层，其具有方向可根据施加磁场的方向变化的磁化；间隙层，其配置于磁化固定层和自由层之间。设置于基板上的自旋阀型的磁阻效应元件经常构成为相对于与基板的面平行的方向的磁场具有灵敏度。因此，这种磁阻效应元件适于检测方向在平行于基板的面的平面内变化的磁场。

在磁式位置检测装置中有时构成为通过设置于基板上的磁阻效应元件检测包含垂直于基板的面的方向的分量的磁场。这种例子记载于中国专利申请公开第104764470A号说明书，日本专利申请公开平9-219546号公报。

在中国专利申请公开第104764470A号说明书中记载有用于探测磁铁的位置的磁传感器。该磁传感器具有基板、设置于基板上的两个磁传感器元件、位于基板的上方的磁铁、软磁性体。软磁性体位于磁铁和两个磁传感器元件之间。软磁性体将磁铁产生的XZ平面上的磁场转换为两个磁传感器元件具有灵敏度的XY平面上的磁场。XY平面与基板的面平行，XZ平面与基板的面垂直。

在日本专利申请公开平9-219546号公报中记载有在形成于基板上的倾斜面上配置有由磁条(magnetic stripe)构成的磁阻元件，在基板的上方设置有由磁铁构成的旋转体。在该装置中，旋转体旋转时，旋转体产生的磁场的方向在与倾斜面垂直的接触面内发生变化。磁阻元件检测旋转体产生的磁场。

在中国专利申请公开第101142494A号说明书、中国专利出申请公开第108291948A号说明书中记载有不是磁式位置检测装置而包含用于检测外部磁场的X方向分量、Y方向分量及Z方向分量的三个传感器的装置。在该装置中，用于检测Z方向分量的传感器包含在形成于基板上的倾斜面上所配置的磁阻效应元件。

在中国专利申请公开第104764470A号说明书中所记载的磁传感器中，具有因软磁性体引起而产生的不需要的磁场及软磁性体的磁滞特性而有时探测精度降低的这种问题点。

接着，对于日本专利申请公开平9-219546号公报、中国专利申请公开第101142494A号说明书及中国专利申请公开第108291948A号说明书中所记载的装置中的问题点进行说明。以下，在中国专利申请公开第101142494A号说明书、中国专利申请公开第108291948A号说明书中，将用于检测Z方向分量的传感器称为Z方向传感器。另外，在日本专利申请公开平9-219546号公报中将施加于磁阻元件的磁场、和在中国专利申请公开第101142494A号说明书、中国专利申请公开第108291948A号说明书中施加在Z方向传感器的磁场称为施加磁场。另外，将作为施加磁场的分量的日本专利申请公开平9-219546号公报的磁阻元件具有灵敏度的分量、作为施加磁场的分量的在中国专利申请公开第101142494A号说明书、中国专利申请公开第108291948A号说明书中的Z方向传感器具有灵敏度的分量称为灵敏度分量。

对于施加磁场的强度，因装置的构成要素的配置的偏差等而产生偏差。在日本专利申请公开平9-219546号公报、中国专利申请公开第101142494A号说明书及中国专利申请公开第108291948A号说明书所记载的装置中，具有相对于施加磁场的强度偏差的检测精度降低的程度大这种问题点。以下，对这些进行详细说明。

首先，灵敏度分量的强度越小，相对于施加磁场的强度偏差的检测精度的降低程度越大。在日本专利申请公开平9-219546号公报所记载的装置中，施加磁场的方向在与倾斜面垂直的磁场的接触面内产生变化。因此，在该装置中，施加磁场的方向可以变为与倾斜面垂直的方向即磁阻元件不具有灵敏度的方向。因此，在该装置中，灵敏度分量的强度可以为0。

另外，在中国专利申请公开第101142494A号说明书、中国专利申请公开第108291948A号说明书所记载的装置中，施加磁场的方向可以为与倾斜面垂直的方向即Z方向传感器不具有灵敏度的方向。因此，在该装置中，灵敏度分量的强度可以为0。

在日本专利申请公开平9-219546号公报、中国专利申请公开第101142494A号说明书及中国专利申请公开第108291948A号说明书所记载的装置中，特别是在施加磁场的方向为灵敏度分量的强度成为0或接近于0的值的方向时，相对于施加磁场的强度偏差的检测精度的降低程度变大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位置检测装置，该位置检测装置具备对检测对象磁场进行检测而生成检测值的磁传感器，磁传感器包含适于检测方向在规定的平面内变化的磁场的磁阻效应元件，检测对象磁场即使是方向在包含规定的平面外的方向的可变范围内产生变化的磁场，也能够一边抑制检测精度的降低一边生成检测值。

本发明的第一方式的位置检测装置具备产生检测对象磁场的磁场发生器和磁传感器。磁传感器对检测对象磁场进行检测，生成与磁场发生器相对于磁传感器的相对的位置对应的检测值。

磁传感器包含磁阻效应元件和支承磁阻效应元件的基板。基板包含由平面构成的主面。磁阻效应元件接受的检测对象磁场在第一平面内具有第一方向。磁场发生器和磁传感器构成为在磁场发生器相对于磁传感器的相对位置发生变化时，第一方向在第一平面内在规定的可变范围内变化。磁阻效应元件包含具可有在平行于主面的第二平面内变化的方向的第一磁化的第一磁性层。第一平面和第二平面形成90°之外的二面角并交叉。

磁阻效应元件接受的检测对象磁场能够分为与第二平面平行的面内分量和与第二平面垂直的垂直分量。面内分量具有根据第一方向的变化而变化的第二方向。第一磁化的方向根据第二方向的变化而变化。检测值依存于第一磁化的方向。

在本发明的第一方式的位置检测装置中，第一磁性层在第一方向处于可变范围内的至少一部分的范围内时，也可以具有第一磁化因检测对象磁场而成为饱和状态的特性。

另外，在本发明的第一方面的位置检测装置中，磁阻效应元件还可以包含具有与第二平面平行的方向的第二磁化的第二磁性层、和配置于第一磁性层和第二磁性层之间的间隙层。

另外，在本发明的第一方面的位置检测装置中，二面角也可以是30°～84°的范围内。

另外，在本发明的第一方面的位置检测装置中，磁场发生器也可以是磁铁。磁场发生器相对于磁传感器的相对的位置也可以以磁铁中的规定的点在与主面平行的直线状的可动范围内移动的方式变化。磁铁具有与包含可动范围且垂直于主面的垂直面平行的方向的磁化。磁阻效应元件也可以配置于与垂直面不交叉的位置。

本发明的第二方面的位置检测装置具备产生检测对象磁场的磁铁、和磁传感器。磁传感器对检测对象磁场进行检测，生成与磁铁相对于磁传感器的相对位置对应的检测值。磁传感器包含磁阻效应元件、和支承磁阻效应元件的基板。基板包含由平面构成的主面。

在本发明的第二方面的位置检测装置中，磁阻效应元件包含第一磁性层，该第一磁性层具有可在与主面平行的基准平面内根据磁阻效应元件接受的检测对象磁场的方向而变化的方向的第一磁化。磁铁相对于磁传感器的相对位置能够以磁铁中的规定的点在与主面平行的直线状的可动范围内移动的方式变化。磁铁具有与包含可动范围且垂直于主面的垂直面平行的方向的磁化。磁阻效应元件配置于与垂直面不交叉的位置。

在本发明的第一方面的位置检测装置中，第一平面和第二平面形成90°之外的二面角而交叉，从而只要检测对象磁场存在，不管可变范围内的第一方向，面内分量的强度都不会为0。因此，根据第一方面的位置检测装置，磁传感器含有适于检测方向在规定的平面内变化的磁场的磁阻效应元件，检测对象磁场即使是方向在包含规定的平面外的方向的可变范围内产生变化，也能够一边抑制检测精度的降低一边生成检测值。

在本发明的第二方面的位置检测装置中，磁铁相对于磁传感器的相对位置可以以磁铁中的规定的点在与主面平行的直线状的可动范围内移动的方式变化，磁铁具有与包含可动范围且垂直于主面的垂直面平行的方向的磁化，磁阻效应元件配置于与垂直面不交叉的位置，从而只要检测对象磁场存在，检测对象磁场的与基准平面平行的分量的强度就不会为0。因此，根据第二方面的位置检测装置，磁传感器含有适于检测方向在规定的平面内产生变化的磁场的磁阻效应元件，检测对象磁场即使是方向在包含规定的平面外的方向的可变范围内产生变化，也能够一边抑制检测精度的降低一边生成检测值。

本发明的其它的目的、特征及利益利用以下的说明变得十分清楚。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所涉及的位置检测装置的立体图。

图2是本发明第一实施方式所涉及的位置检测装置的侧视图。

图3是表示本发明第一实施方式中的磁传感器的结构的一例的立体图。

图4是表示本发明第一实施方式中的磁传感器的电路结构的一例的电路图。

图5是表示本发明第一实施方式中的磁阻效应元件的一部分的立体图。

图6是表示本发明第一实施方式中的第一平面上的磁铁和检测对象磁场的说明图。

图7是表示本发明第一实施方式中的第一平面上的磁铁和检测对象磁场的说明图。

图8是表示本发明第一实施方式中的第一平面上的磁铁和检测对象磁场的说明图。

图9是用于说明本发明第一实施方式中的第一方向和第一角度的说明图。

图10是用于说明本发明第一实施方式中的第二方向和第二角度的说明图。

图11是本发明第二实施方式所涉及的位置检测装置的立体图。

图12是本发明第二实施方式所涉及的位置检测装置的侧视图。

图13是表示本发明第二实施方式中的第一平面上的磁铁和检测对象磁场的说明图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。首先，参照图1及图2，对本发明第一实施方式的位置检测装置的概略进行说明。如图1及图2所示，本实施方式的位置检测装置1具备产生检测对象磁场的磁场发生器2、和磁传感器3。磁传感器3对检测对象磁场进行检测，生成与磁场发生器2相对于磁传感器3的相对位置对应的检测值θs。在本实施方式中，特别地磁场发生器2是磁铁。以下，对于磁铁，也用符号2表示。另外，关于磁铁2的说明也适用于磁场发生器2。

后面将详细说明，但磁传感器3包括至少一个磁阻效应元件(以下，记为MR元件)、和支承至少一个MR元件的基板。

在此，如图1及图2所示，定义X方向、Y方向和Z方向。X方向、Y方向和Z方向彼此正交。在本实施方式中，将垂直于基板的主面的一个方向(图1及图2中朝向上侧的方向)设定为Z方向。X方向和Y方向均为与基板的主面平行的方向。另外，将与X方向相反的方向设定为-X方向，将与Y方向相反的方向设定为-Y方向，将与Z方向相反的方向设定为-Z方向。另外，以下，将相对于基准的位置位于Z方向的前端的位置称为“上方”，将相对于基准的位置位于与“上方”相反侧的位置称为“下方”。

磁铁2相对于磁传感器3的相对位置可以磁铁2中的规定的点在规定的可动范围RM内移动的方式变化。以下，将磁铁2相对于磁传感器3的相对的位置简单地称为磁铁2的位置。另外，将上述的磁铁2中的规定的点称为位置基准点，由符号2C表示。位置基准点2C例如也可以是磁铁2的重心等的磁铁2的内部的点，也可以是磁铁2的表面上的点。在以下的说明中，将磁铁2的重心设定为位置基准点2C。

可动范围RM存在于与主面垂直的垂直面VP内。垂直面VP示于图1。另外，图2表示垂直面VP。在本实施方式中特别地，垂直面VP是YZ平面。可动范围RM是与主面平行的直线状。如图2所示，可动范围RM由平行于Y方向的线段表示。

磁铁2具有平行于垂直面VP的方向的磁化。特别是在本实施方式中磁铁2具有-Y方向的磁化。在图1及图2中附加了符号2M的箭头表示磁铁2的磁化的方向。

接着，参照图3及图4，对磁传感器3的结构的一例进行说明。图3是表示磁传感器3的结构的一例的立体图。图4是表示磁传感器3的电路结构的一例的电路图。在该例中，如图3所示，磁传感器3包含四个MR元件R1、R2、R3、R4、和支承MR元件R1、R2、R3、R4的基板10。基板10为平板状。基板10都具有由平面构成的上表面10a及底面10b。上表面10a位于基板10中的Z方向的端部。底面10b位于基板10的-Z方向的端部。上表面10a及底面10b均为XY平面，相当于前述的主面。MR元件R1、R2、R3、R4配置于上表面10a上。

以下，在对MR元件R1、R2、R3、R4中的任意的MR元件进行说明时，用记号R表示该MR元件。MR元件R接受的检测对象磁场在第一平面内具有第一方向。磁铁2和磁传感器3构成为当磁铁2的位置产生变化时，第一方向在第一平面内在规定的可变范围内变化。

在磁传感器3包含多个MR元件R的情况下，上述的第一平面和第一方向由每个MR元件R定义。但是，MR元件R1、R2、R3、R4配置于不会因受到检测对象磁场的位置而产生检测对象磁场的方向的实际的差异的区域内。因此，MR元件R1、R2、R3、R4接受的检测对象磁场的方向实际上相同。另外，与MR元件R1、R2、R3、R4对应的第一平面彼此平行。在此，在以下的说明中将每个MR元件R的第一平面用附加记号PL1的一个第一平面代表表示。第一平面PL1示于图1。第一平面PL1和对应于MR元件R1、R2、R3、R4的第一平面平行。另外，将第一平面PL1上的基准位置P0处的检测对象磁场的方向称为第一方向D1。第一方向D1是与对应于MR元件R1、R2、R3、R4的第一方向相同的方向。以下，由第一方向D1代表表示每个MR元件R的第一方向。

MR元件R包含具有可在与主面平行的第二平面PL2内变化的方向的第一磁化的第一磁性层。第二平面PL2示于图1。在本实施方式中特别地第二平面PL2是XY平面。

如图1所示，第一平面PL1和第二平面PL2形成90°之外的二面角α而交叉。α是大于0°而小于90°的角度。

在此，将从Z方向朝向X方向仅旋转α的方向设定为V方向。另外，将与V方向相反的方向设定为-V方向。第一平面PL1是与Y方向及V方向平行的平面即YV平面。

如图1所示，磁传感器3配置于与垂直面VP不交叉的位置。因此，磁传感器3所含的MR元件R也配置于与垂直面VP不交叉的位置。具体而言，磁传感器3及MR元件R相对于垂直面VP和第二平面PL2的交线位于-X方向的前端。磁铁2位于第二平面PL2的上方。

MR元件R接受的检测对象磁场能够分为与第二平面PL2平行的面内分量和与第二平面PL2垂直的垂直分量。

在本实施方式中，将第二平面PL2也称为基准平面RP。在使用该基准平面RP表现时，可以说MR元件R的第一磁性层具有可在与主面平行的基准平面RP内变化的方向的第一磁化。另外，第一平面PL1和基准平面RP形成90°之外的二面角α而交叉。

MR元件R即可以是自旋阀型的MR元件，也可以是各向异性MR元件。特别是在本实施方式中，MR元件R是自旋阀型MR元件。该情况下，MR元件R除前述的第一磁性层以外，还包含具有与第二平面PL2平行的方向的第二磁化的第二磁性层、和配置于第一磁性层和第二磁性层之间的间隙层。第二磁化的方向无变化。自旋阀型MR元件既可以是TMR(隧道磁阻效应)元件，也可以是GMR(巨大磁阻效应)元件。TMR元件中，间隙层是隧道势垒层。GMR元件中，间隙层是非磁性导电层。MR元件R中，电阻值根据第一磁性层的第一磁化的方向相对于第二磁性层的第二磁化的方向所形成的角度而变化，该角度为0°时，电阻值为最小值，角度为180°时，电阻值为最大值。在图3及图4中，实心的箭头表示第二磁化的方向。

在本实施方式中，MR元件R1、R4中的第二磁化的方向为-X方向，MR元件R2、R3中的第二磁化的方向为X方向。从MR元件R的制作精度等的观点来看，第二磁化的方向也可以从上述的方向稍微偏离。

如图4所示，磁传感器3还包含电源端V1、接地端G、第一信号输出端E1、和第二信号输出端E2。MR元件R1和MR元件R2经由第一信号输出端E1串联连接。MR元件R1设置于电源端V1和第一信号输出端E1之间。MR元件R2设置于第一信号输出端E1和接地端G之间。MR元件R3和MR元件R4经由第二信号输出端E2串联连接。MR元件R3设置于电源端V1和第二信号输出端E2之间。MR元件R4设置于第二信号输出端E2和接地端G之间。电源端V1上施加规定的大小的电源电压。接地端G接地连接。

磁传感器3还包含差分检测器21、和检测值生成部22。差分检测器21输出与信号输出端E1、E2的电位差对应的检测信号S1。检测值生成部22基于检测信号S1生成检测值θs。检测值生成部22例如由专用集成电路(ASIC)或微型计算机构成。

在此，参照图5，对MR元件R的结构的一例进行说明。图5是表示MR元件R的一部分的立体图。在该例中，MR元件R具有多个下部电极41、多个MR膜50、和多个上部电极42。多个下部电极41配置于基板10的上表面10a上。各个下部电极41具有细长的形状。在与下部电极41的长度方向邻接的两个下部电极41之间形成间隙。如图5所示，在下部电极41的上表面上，在长度方向的两端的附近分别配置有MR膜50。MR膜50包含从下部电极41侧按顺序层叠的第一磁性层51、间隙层52、第二磁性层53及反铁磁性层54。第一磁性层51与下部电极41电连接。反铁磁性层54由反铁磁性材料构成，使其在与第二磁性层53之间生成交换耦合，从而固定第二磁性层53的磁化的方向。多个上部电极42配置于多个MR膜50之上。各个上部电极42具有细长的形状，配置于与下部电极41的长度方向邻接的两个下部电极41上而电连接邻接的两个MR膜50的反铁磁性层54彼此。根据这样的结构，图5所示的MR元件R具有通过多个下部电极41和多个上部电极42串联连接的多个MR膜50。此外，MR膜50中的层51～54的配置也可以与图5所示的配置上下相反。

接着，参照图6～图8，对磁铁2的位置和检测对象磁场的关系进行说明。图6～图8表示第一平面PL1上的磁铁2和磁传感器3。在图6～图8中，虚线表示与检测对象磁场对应的磁通量的一部分。以下，用位置基准点2C的位置表示磁铁2的位置。该情况下，可以将可动范围RM称为磁铁2的位置的可动范围。图6表示磁铁2位于可动范围RM的中央的状态。图7表示磁铁2位于可动范围RM的-Y方向的端部的状态。图8表示磁铁2位于可动范围RM的Y方向的端部的状态。

以下，用记号H表示基准位置P0的检测对象磁场。如图6所示，在本实施方式中，可动范围RM的中央的点位于通过基准位置P0且与V方向平行的假想的直线L1上。

如图6～图8所示，检测对象磁场H能够分为与V方向平行的方向的第一分量Hv和与Y方向平行的方向的第二分量Hy。此外，在图6所示的状态下，第一分量Hv为0，第二分量Hy与检测对象磁场H相等。磁铁2的位置发生变化时，检测对象磁场H的方向即第一方向D1发生变化。以下，将第一方向D1相对于规定的基准方向形成的角度称为第一角度，用记号θ1表示。在本实施方式中，将V方向设定为基准方向。第一角度θ1在从V方向朝向Y方向旋转的方向观察时，用正的值表示，在从V方向朝向-Y方向旋转的方向观察时用负的值表示。磁铁2的位置发生变化时，第一角度θ1发生变化。因此，第一角度θ1与磁铁2的位置具有对应关系。

接着，参照图1，对检测对象磁场和面内分量进行说明。磁铁2的位置在可动范围RM内变化，由此，第一方向D1在第一平面PL1内在规定的可变范围内变化。在图1中，附加了记号D1的箭头表示第一方向D1和基准位置P0处的检测对象磁场H的强度。附加了记号D1的箭头的前端在附加了记号C1的圆上移动。在本实施方式中，第一方向D1的可变范围的大小为180°以下。第一角度θ1的可变范围最大是0°～180°的范围。

第二平面PL2上的面内分量具有根据第一方向D1的变化而变化的第二方向D2。在图1中，附加记号D2的箭头表示第二方向D2、和第二平面PL2上的面内分量的强度。附加了记号D2的箭头的前端在附加记号C2的椭圆上移动。第二方向D2及椭圆C2是分别将第一方向D1及圆C1垂直投影到第二平面PL2得到的。

以下，将第二方向D2相对于X方向形成的角度称为第二角度，用记号θ2表示。第二角度θ2在从X方向朝向Y方向旋转的方向观察时用正的值表示，从X方向朝向-Y方向旋转的方向观察时用负的值表示。第二角度θ2与第一角度θ1具有对应关系。在本实施方式中，第二方向D2的可变范围的大小为180°以下。第二角度θ2的可变范围最大为0°～180°的范围。

第一角度θ1为0°时，第二角度θ2也为0°，第一角度θ1为90°时，第二角度θ2也为90°，第一角度θ1为180°时，第二角度θ2也为180°。

接着，对第一及第二角度θ1、θ2和检测信号S1的关系进行说明。首先，MR元件R的电阻值依存于MR元件R的第一磁性层的第一磁化的方向。MR元件R的第一磁性层的第一磁化的方向根据第二方向D2的变化即第二角度θ2的变化而变化。在图3及图4所示的磁传感器3中，第二角度θ2为0°时，MR元件R1、R4的电阻值为最大值，MR元件R2、R3的电阻值为最小值。另外，第二角度θ2为180°时，MR元件R1、R4的电阻值成为最小值，MR元件R2、R3的电阻值成为最大值。

这样，MR元件R1、R2、R3、R4的电阻值依存于第一磁化的方向及第二角度θ2。如前述，第二角度θ2与第一角度θ1具有对应关系。因此，MR元件R1、R2、R3、R4的电阻值也依存于第一角度θ1。

检测信号S1与信号输出端E1、E2的电位差对应。信号输出端E1的电位依存于MR元件R1、R2的电阻值。信号输出端E2的电位依存于MR元件R3、R4的电阻值。因此，检测信号S1依存于MR元件R1、R2、R3、R4的电阻值。

根据以上的情况，检测信号S1依存于第一磁化的方向、第一角度θ1及第二角度θ2。

此外，磁传感器3的结构不限于图3及图4所示的结构。例如，磁传感器3包括MR元件R1、R2，但也可以不含MR元件R3、R4。该情况可以将与信号输出端E1的电位对应的信号设定为检测信号S1。该情况的检测信号S1也依存于第一磁化的方向、第一角度θ1及第二角度θ2。

另外，磁传感器3不含MR元件R3、R4，并且也可以替代MR元件R1含有具有一定电阻值的电阻器。该情况也可以将与信号输出端E1的电位对应的信号设定为检测信号S1。该情况下的检测信号S1也依存于第一磁化的方向、第一角度θ1及第二角度θ2。

接着，对于检测值生成部22生成的检测值θs进行说明。检测值θs依存于检测信号S1。如前述，检测信号S1依存于第一磁化的方向、第一角度θ1及第二角度θ2。因此，检测值θs依存于第一磁化的方向、第一角度θ1及第二角度θ2。

特别是在本实施方式中，检测值θs是表示第一角度θ1的值。如前述，第一角度θ1与磁铁2的位置具有对应关系。因此，检测值θs与磁铁2的位置对应。此外，检测值θs既可以是表示磁铁2的位置自身的值，也可以是表示第二角度θ2的值。如前述，第二角度θ2与第一角度θ1具有对应关系，第一角度θ1与磁铁2的位置具有对应关系。因此，第二角度θ2与磁铁2的位置具有对应关系，表示第二角度θ2的检测值θs也与磁铁2的位置具有对应关系。

以下，参照图9及图10，对检测值θs的生成方法具体说明。图9表示第一方向D1、第一角度θ1和圆C1。图10表示第二方向D2、第二角度θ2和椭圆C2。首先，对检测值θs的生成方法的概要进行说明。表示图9所示的第一方向D1的箭头可以说是表示在以基准位置P0为原点的YV坐标系中，表示MR元件R接受的检测对象磁场的方向和强度的向量。以下，将该向量称为第一向量D1。另外，分别将第一向量D1的Y分量和V分量设为Y1、V1。

表示图10所示的第二方向D2的箭头可以说是表示在以基准位置P0为原点的YX坐标系中，表示MR元件R接受的面内分量的方向和强度的向量。以下，将该向量称为第二向量D2。第二向量D2是将第一向量D1垂直投影到第二平面PL2上的向量。第二向量D2的Y分量为与第一向量D1的Y分量相同的值即Y1。以下，分别将第二向量D2的Y分量和X分量设为Y1、X1。

V1可以使用X1和二面角α表示。因此，比Y1/V1可以使用比Y1/X1和二面角α表示。利用比Y1/V1和第一角度θ1的关系、比Y1/X1和第二角度θ2的关系、比Y1/V1和比Y1/X1的关系时，可以获得表示第一角度θ1和第二角度θ2的关系的式子。

另外，表示第二角度θ2的值θ2s使用检测信号S1能够求出。在本实施方式中，检测值生成部22通过求出θ2s，并将θ2s代入表示第一角度θ1和第二角度θ2的关系的式中，生成检测值θs。

接着，对于检测值θs的具体的计算方法进行说明。比Y1/V1及比Y1/X1分别由下述的式(1)、(2)表示。

Y1/V1＝tanθ1……(1)

Y1/X1＝tanθ2……(2)

另外，V1由下述的式(3)表示。

V1＝X1/cosα……(3)

将式(1)变形，在变形后的式中代入式(2)、(3)时，可获得表示第一角度θ1和第二角度θ2的关系的下述的式(4)。此外，“atan”表示反正切。

θ1＝atan(Y1/V1)

＝atan(Y1/(X1/cosα))

＝atan(cosα·Y1/X1)

＝atan(cosα·tanθ2)……(4)

在图3及图4所示的磁传感器3中，检测信号S1在第二角度θ2为0°时为最小值，在第二角度θ2为180°时为最大值。

检测信号S1可以标准化为在第二角度θ2为0°时，检测信号S1的值成为-1，在第二角度θ2为90°时，检测信号S1的值成为0，第二角度θ2为180°时，检测信号S1的值成为1。该情况下，检测信号S1由下述的式(5)表示。

S1＝-cosθ2……(5)

以下，对于第一角度θ1的可变范围不同的第一例和第二例进行说明。第一角度θ1的可变范围在第一例中为0°～180°的范围，在第二例中为大于0°且小于180°的范围。

在第一及第二例的任一例中，检测值生成部22均通过下述的式(6)算出值θ2s。值θ2s的范围在第一例中为0°～180°的范围，在第二例中为大于0°且小于180°的范围。式(6)是将式(5)中的θ2置换为θ2s而变形的式子。此外，“acos”表示反余弦。

θ2s＝acos(-S1)……(6)

在第一例中，检测值生成部22除后面说明的例外，通过下述的式(7)算出检测值θs。检测值θs的范围为0°～180°的范围。式(7)是将式(4)中的θ1、θ2分别置换为θs、θ2s得到的式子。

θs＝atan(cosα·tanθ2s)……(7)

上述的例外为值θ2s为0°或180°时。在值θ2s为0°或180°时，由式(7)得到的θs的解具有0°和180°两个解。在此，检测值生成部22在值θ2s为0°或180°时，将值θ2s依然设为检测值θs。这是利用了在第一角度θ1为0°时，第二角度θ2也为0°，在第一角度θ1为180°时，第二角度θ2也为180°的结果。

在第二例中，无上述的例外，检测值生成部22常常通过式(7)来算出检测值θs。

此外，检测值生成部22的处理内容不限于上述的例子。例如，检测值生成部22保持表示检测信号S1和检测值θs的对应关系的表，参照该表，也可以根据检测信号S1生成检测值θs。上述表中的检测信号S1和检测值θs的对应关系可以是如上述理论性地求出的对应关系，也可以是通过实验求出的对应关系。

接着，对于本实施方式的位置检测装置1的作用及效果进行说明。位置检测装置1的磁传感器3包含至少一个MR元件R。各MR元件R包含具有在规定的平面即第二平面PL2内可变化的方向的第一磁化的第一磁性层。因此，各MR元件R适于检测方向在规定的平面即第二平面PL2内变化的磁场。

另一方面，MR元件R接受的检测对象磁场在第一平面内具有第一方向。磁铁2的位置变化时，第一方向在第一平面内在规定的可变范围内变化。与MR元件R对应的上述的第一方向与第一平面PL1内的基准位置P0处的检测对象磁场的方向即第一方向D1相同的方向。另外，与MR元件R对应的第一方向的可变范围与第一方向D1的可变范围相同。

磁铁2的位置变化时，与MR元件R对应的第一方向在包含上述的规定的平面外的方向的可变范围内变化。根据本实施方式，如以下，磁传感器3包含适于检测方向在规定的平面内变化的磁场的MR元件R，MR元件R接受的检测对象磁场即使是方向在包含规定的平面外的方向的可变范围内变化的检测对象磁场，也能够一边抑制检测精度的降低，一边生成与磁铁2的位置对应的检测值θs。

即，在本实施方式中，第一平面PL1和第二平面PL2形成90°之外的二面角α并交叉。据此，通过各MR元件R能够对作为检测对象磁场的一个分量即面内分量进行检测。面内分量的方向即第二方向D2会根据第一方向D1的变化而变化。第一方向D1根据磁铁2的位置的变化而变化。因此，第二方向D2也根据磁铁2的位置的变化而变化。

另外，在各MR元件R中，第一磁化的方向根据第二方向D2的变化而变化。检测值θs依存于第一磁化的方向。根据以上的情况，检测值θs依存于第一方向D1及第二方向D2，并且与磁铁2的位置对应。

然而，如果第一平面要与第二平面PL2正交，则取决于第一方向D1，面内分量的强度有时成为0或接近于0的值。作为第一平面与第二平面PL2正交的情况下的例子，有MR元件R配置于与垂直面VP交叉的位置，且第一平面与垂直面VP一致的情况。该情况下，第一方向D1垂直于第二平面PL2时，面内分量的强度为0，第一方向D1是接近垂直于第二平面PL2的方向时，面内分量的强度成为接近于0的值。这样，面内分量的强度成为0或接近于0的值时，相对于检测对象磁场的强度的偏差的磁传感器3的检测精度的降低程度变大。

与此对应，在本实施方式中，MR元件R配置于与垂直面VP不交叉的位置，其结果，第一平面PL1和第二平面PL2形成90°之外的二面角α而交叉。据此，只要检测对象磁场存在，不管可变范围内的第一方向D1，面内分量的强度都不会为0。因此，根据本实施方式的位置检测装置1，磁传感器3包含适于检测方向在规定的平面内变化的磁场的MR元件R，MR元件R接受的检测对象磁场即使是方向在包含规定的平面外的方向的可变范围内变化的磁场，也能够一边抑制检测精度的降低，一边生成与磁铁2的位置对应的检测值θs。

另外，在本实施方式中，磁铁2具有与垂直于基板10的主面的垂直面VP平行的方向的磁化。另外，磁铁2的可动范围RM为与主面平行的直线状。另外，MR元件R包含具有方向可在与主面平行的第二平面PL2内变化的第一磁化的第一磁性层。通过这样的位置关系，根据本实施方式，可容易地规定磁传感器3和磁铁2的位置关系。

以下，对于二面角α优选范围进行说明。将检测对象磁场的强度设为H1时，面内分量的强度的最小值为Hlcosα。面内分量的强度的最小值优选为H1的10％以上，更优选为30％以上。因此，二面角α优选为84°以下，更优选为73°以下。另一方面，二面角α过小时，磁铁2和磁传感器3之间的距离过大，MR元件R接受的检测对象磁场的强度过小。磁铁2和磁传感器3之间的距离优选为关于Z方向的磁铁2和磁传感器3之间的距离的2倍以下，优选为1.5倍以下。因此，二面角α优选为30°以上，更优选为42°以上。根据以上的情况，二面角α优选为30°～84°的范围内，更优选为42°～73°的范围内。

然而，优选MR元件R的第一磁性层的第一磁化的方向高精度地追随于面内分量的第二方向D2的变化。因此，在检测对象磁场的第一方向D1处于可变范围内的至少一部分的范围内时，优选第一磁性层具有第一磁化因检测对象磁场而成为饱和状态的特性。进一步优选不管第一方向D1是可变范围内的任一方向，第一磁性层都具有第一磁化因检测对象磁场而成为饱和状态的特性。

另外，MR元件R为自旋阀型MR元件的情况下，为了第一磁性层的第一磁化的方向高精度地追随于第二方向D2的变化而优选第一磁性层的单轴磁各向异性小。

MR元件R的第一磁性层也可以具有不管第一方向D1是可变范围内的任一方向，第一磁化也都会因检测对象磁场而成为饱和状态的特性。该情况下，第一磁性层的第一磁化的方向不会因检测对象磁场的强度的变动而变动。因此，该情况下，能够抑制检测对象磁场的强度的变动引起的检测值θs的变动。检测对象磁场的强度的变动例如能够因环境温度的变化或磁传感器3和磁铁2的位置关系的变动而产生。

本实施方式的位置检测装置1构成为磁铁2与想要检测位置的对象物的移动连动而移动，从而能够用作检测各种对象物的位置的装置。例如，位置检测装置1可以应用于具备以下的光学式抖动修正机构的相机模块。该相机模块具备透镜、支承机构和驱动装置。透镜的光轴方向是与本实施方式中的Z方向平行的方向。支承机构以透镜可在垂直于Z方向的第一及第二方向移动的方式支承透镜。驱动装置是用于使透镜在第一及第二方向移动的装置。

在该相机模块中，需要检测关于第一方向的透镜的位置、和关于第二方向的透镜的位置。本实施方式的位置检测装置1可以用于检测该透镜的位置。在为了检测关于第一方向的透镜的位置而使用位置检测装置1的情况下，以磁铁2与透镜的第一方向的移动连动而向与本实施方式中的Y方向平行的方向移动的方式来构成位置检测装置1即可。同样，在为了检测关于第二方向的透镜的位置而使用位置检测装置1的情况下，以磁铁2与透镜的第二方向的移动连动而向与本实施方式中的Y方向平行的方向移动的方式来构成位置检测装置1即可。

另外，本实施方式的位置检测装置1例如能够应用于具备以下的自动对焦机构的相机模块。该相机模块具备透镜、支承机构和驱动装置。透镜的光轴方向是与本实施方式的Y方向平行的方向。支承机构以透镜向与Y方向平行的方向可移动的方式支承透镜。驱动装置是用于使透镜在与Y方向平行的方向移动的装置。

在该相机模块中，需要检测关于与Y方向平行的方向的透镜的位置。本实施方式的位置检测装置1可以用于检测该透镜的位置。该情况下，可以以磁铁2与透镜的移动连动而向与Y方向平行的方向移动的方式构成位置检测装置1。

[第二实施方式]

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图11是本实施方式的位置检测装置1的立体图。图12是本实施方式的位置检测装置1的侧视图。以下，对于本实施方式的位置检测装置1与第一实施方式的位置检测装置1不同的点进行说明。本实施方式的位置检测装置1代替第一实施方式的磁场发生器2而包含磁场发生器62。特别是在本实施方式中，磁场发生器62是磁铁。以下，对于磁铁，也用符号62表示。另外，关于磁铁62的说明也适用于磁场发生器62。

磁铁62具有与垂直面VP平行的方向的磁化。特别是在本实施方式中，磁铁62具有Z方向的磁化。在图11及图12中，附加了符号62M的箭头表示磁铁62的磁化的方向。

与第一实施方式同样，将磁铁62相对于磁传感器3的相对的位置简单地称为磁铁62的位置。磁铁62的相对的位置可以以磁铁62中的位置基准点62C在可动范围RM内移动的方式变化。位置基准点62C例如是磁铁62的重心。

本实施方式中的可动范围RM与第一实施方式同样。即，可动范围RM存在于与主面垂直的垂直面VP内。垂直面VP示于图11。另外，图12表示垂直面VP。可动范围RM是与主面平行的直线状。如图12所示，可动范围RM由与Y方向平行的线段表示。

在本实施方式中，也可与第一实施方式同样地定义代表各MR元件R的第一平面表示的第一平面PL1、基准位置P0、第一方向D1、第一角度θ1、第二平面PL2、第二方向D2、第二角度θ2及基准平面RP。

图13表示第一平面PL1上的磁铁62和磁传感器3。在图13中，多个虚线表示与检测对象磁场对应的磁通的一部分。

磁铁62的位置在可动范围RM内变化时，作为基准位置P0处的检测对象磁场H的方向的第一方向D1在第一平面PL1内在规定的可变范围内变化。这可以根据图13容易地理解。即，磁铁62的位置在可动范围RM内变化时，通过基准位置P0的磁通的方向即第一方向D1变化。

与第一实施方式同样，在本实施方式中第一角度θ1及第二角度θ2与磁铁62的位置也具有对应关系。

在本实施方式中，第一方向D1的可变范围的大小为180°以下，第一角度θ1的可变范围最大为-90°～90°的范围。另外，第二方向D2的可变范围的大小为180°以下，第二角度θ2的可变范围最大为-90°～90°的范围。

在本实施方式中，MR元件R1、R4中的第二磁化的方向为Y方向，MR元件R2、R3中的第二磁化的方向为-Y方向。检测信号S1可以标准化为在第二角度θ2为-90°时，检测信号S1的值成为-1，在第二角度θ2为0°时，检测信号S1的值成为0，第二角度θ2为90°时，检测信号S1的值成为1。该情况下，检测信号S1可替代第一实施方式的式(5)，由下述的式(8)表示。

S1＝sinθ2……(8)

本实施方式的检测值生成部22替代第一实施方式中的式(6)，通过下述的式(9)算出值θ2s。此外，“asin”表示反正弦。

θ2s＝asinS1……(9)

本实施方式中的其它的结构、作用及效果与第一实施方式同样。

此外，本发明不限于上述各实施方式，可进行各种变更。例如，在本发明中，磁铁2的磁化的方向也可以是除第一及第二实施方式中所示的方向以外的与垂直面VP平行的方向。

基于以上的说明，显然可实施本发明的各种方式及变形例。因此，在以下的权利要求的范围的均等的范围内也可以以上述的最佳的方式以外的方式实施本发明。

Claims (5)

1.一种位置检测装置，其特征在于，

所述位置检测装置具备磁场发生器和磁传感器，所述磁场发生器产生检测对象磁场，

所述磁传感器检测所述检测对象磁场并生成检测值，所述检测值与所述磁场发生器相对于所述磁传感器的相对的位置对应，

所述磁传感器包含磁阻效应元件和支承所述磁阻效应元件的基板，

所述基板含有由平面构成的主面，

所述磁阻效应元件接受的所述检测对象磁场在第一平面内具有第一方向，

所述磁场发生器和所述磁传感器构成为：在所述磁场发生器相对于所述磁传感器的相对的位置变化时，所述第一方向在所述第一平面内在规定的可变范围内变化，

所述磁场发生器相对于所述磁传感器的相对的位置能够以所述磁场发生器中的规定的点在与所述主面平行的直线状的可动范围内移动的方式变化，

所述磁阻效应元件包含第一磁性层、第二磁性层和间隙层，该第一磁性层具有方向能够在与所述主面平行的第二平面内变化的第一磁化，该第二磁性层具有与所述第二平面平行且正交于所述规定的点的移动方向的方向的第二磁化，该间隙层配置于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间，

所述第一平面和所述第二平面形成90°之外的二面角而交叉，

所述磁阻效应元件接受的所述检测对象磁场能够分成与所述第二平面平行的面内分量和与所述第二平面垂直的垂直分量，

所述面内分量具有根据所述第一方向的变化而变化的第二方向，

所述第一磁化的方向根据所述第二方向的变化而变化，

所述检测值依存于所述第一磁化的方向。

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，

所述第一磁性层具有在所述第一方向处于所述可变范围内的至少一部分的范围内时，所述第一磁化因所述检测对象磁场而成为饱和状态的特性。

3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，

所述二面角为30°～84°的范围内。

4.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，

所述磁场发生器是磁铁，

所述磁铁具有与包含所述可动范围且垂直于所述主面的垂直面平行的方向的磁化，

所述磁阻效应元件配置于与所述垂直面不交叉的位置。

5.一种位置检测装置，其特征在于，

所述位置检测装置具备磁铁和磁传感器，所述磁铁产生检测对象磁场，

所述磁传感器检测所述检测对象磁场，生成与所述磁铁相对于所述磁传感器的相对的位置对应的检测值，

所述磁传感器包含磁阻效应元件和支承所述磁阻效应元件的基板，

所述基板包含由平面构成主面，

所述磁铁相对于所述磁传感器的相对的位置能够以所述磁铁中的规定的点在与所述主面平行的直线状的可动范围内移动的方式变化，

所述磁铁具有与包含所述可动范围且垂直于所述主面的垂直面平行的方向的磁化，

所述磁阻效应元件含有第一磁性层、第二磁性层和间隙层，该第一磁性层在与所述主面平行的基准平面内具有方向可根据所述磁阻效应元件接受的所述检测对象磁场的方向变化的第一磁化，该第二磁性层具有与所述基准平面平行且正交于所述规定的点的移动方向的方向的第二磁化，该间隙层配置于所述第一磁性层和所述第二磁性层之间，

所述磁阻效应元件配置于与所述垂直面不交叉的位置。