CN114487949A - 磁传感器组件和具有其的相机模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以简单的结构检测可动部相对于固定部的位置关系和旋转方向的磁传感器组件和具有其的相机模块。磁传感器组件(1)具有包括第一～第三磁传感器(13A～13C)的第一部件(10)和包括第一～第三磁铁(22A～22C)的第二部件(20)。第二部件(20)在三维正交坐标系(101)中，能够相对于第一部件(10)进行向X、Y方向的相对移动和Z轴周围的相对旋转。第一～第三磁传感器(13A～13C)分别在Z方向上与第一～第三磁铁(22A～22C)相对。第一～第三磁传感器(13A～13C)的输出单调变化。第一磁传感器(13A)的输出变化与第二磁传感器(13B)的输出变化互不相同。第一～第三磁铁(22A～22C)分别位于第一～第三直线(L1～L3)上。第一直线(L1)与X轴所成的角度、第二直线(L2)与X轴所成的角度、第三直线(L3)与Y轴所成的角度相同。

Description

磁传感器组件和具有其的相机模块
技术领域
本申请基于作为2020年10月23日申请的日本申请的日本特愿2020-178346，并主张基于该申请的优先权。该申请的整体通过参照而被引入到本申请中。
本发明涉及磁传感器组件和具备其的相机模块，特别是涉及磁传感器组件的结构。
背景技术
在各种用途中，使用检测可动部相对于固定部的相对位置的磁传感器组件。在专利文献1中公开了应用于相机模块的像抖动校正装置。在包括摄像元件的可动部设置有多个霍尔元件，在相机机身设置有与霍尔元件相对的磁铁。可动部的相对于相机机身正交2个方向的移动量和与该2个方向正交的轴的周围的旋转角度根据多个霍尔元件的输出变化量求出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-94185号公报
在专利文献1所记载的像抖动校正装置中，无论霍尔元件相对于磁铁向哪个方向旋转，元件输出的变化量都相同。因此，为了检测可动部的旋转方向，需要另外的机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够以简单的结构检测可动部相对于固定部的位置关系和旋转方向的磁传感器组件。
本发明的磁传感器组件具有包含第一～第三磁传感器的第一部件和包含第一～第三磁铁的第二部件。第二部件在三维正交坐标系101中，能够相对于第一部件进行向X、Y方向的相对移动和Z轴周围的相对旋转。第一～第三磁传感器分别在Z方向上与第一～第三磁铁相对。第一磁传感器的输出根据第一磁传感器相对于第一磁铁的X方向的相对位移而单调变化，第二磁传感器的输出根据第二磁传感器相对于第二磁铁的X方向的相对位移而单调变化，第三磁传感器的输出根据第三磁传感器相对于第三磁铁的Y方向的相对位移而单调变化。第二部件相对于第一部件在X方向、Y方向上相对位移，在Z轴周围相对旋转时的第一磁传感器的输出变化与第二磁传感器的输出变化互不相同。第一～第三磁铁分别位于以规定的X-Y平面的原点为一端的第一～第三直线上。第一直线与X轴所成的第一角度、第二直线与X轴所成的第二角度、和第三直线与Y轴所成的第三角度相同。
根据本发明，能够提供一种能够以简单的结构检测可动部相对于固定部的位置关系和旋转方向的磁传感器组件。
上述和其他的本申请的目的、特征和优点通过参照例示了本申请的附图的以下叙述的详细的说明而变得明确。
附图说明
图1是包括本发明的磁传感器组件的相机模块的概念图。
图2A、2B是图1所示的磁传感器组件的俯视图。
图3A～3C是图1所示的磁传感器组件的局部截面图。
图4是第一实施方式及其变形例的磁传感器组件的俯视图。
图5是第一实施方式的另一变形例的磁传感器组件的俯视图。
图6是第一实施方式的另一变形例的磁传感器组件的俯视图。
图7是比较例的磁传感器组件的俯视图。
图8A、8B是第二实施方式的磁传感器组件的俯视图。
图9是第二实施方式的变形例的磁传感器组件的俯视图。
图10是第三实施方式的磁传感器组件的俯视图。
图11是第四实施方式的磁传感器组件的俯视图。
图12是说明其他变形例的图。
图13A、13B是说明其他变形例的图。
图14A～14C是说明其他变形例的图。
符号的说明
1 磁传感器组件
10 第一部件
13A～13C 第一～第三磁传感器
20 第二部件
21 壳体
22A～22C 第一～第三磁铁
122A 第一磁铁
22D 平衡器
24 N极与S极的边界面
30 第三部件
100 相机模块
L1～L4 第一～第四直线
θ1～θ4 第一～第四角度
具体实施方式
参照附图，对本发明的几个实施方式的磁传感器组件进行说明。在以下的实施方式中，X方向、Y方向、Z方向是由三维正交坐标系101定义的彼此正交的3个方向。X方向和Y方向与下述的透镜的光轴正交，Z方向与透镜的光轴平行。另外，有时将图中X、Y、Z方向的箭头所示的朝向称为+X方向、+Y方向、+Z方向，将与它们相反侧的方向称为-X方向、-Y方向、-Z方向。
(第一实施方式)
图1是包括第一实施方式的磁传感器组件1的相机模块100的概略立体图。相机模块100安装于便携式电话的主体，但也可以安装于相机专用机的相机机身。相机模块100具有固定于便携式电话的主体的第一部件10。第一部件10相对于三维正交坐标系101被固定。第一部件10包括基板11、摄像元件12、第一～第三磁传感器13A～13C、第一线圈(未图示)等。摄像元件12由CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor(互补型金属氧化物半导体))等构成。摄像元件12和第一～第三磁传感器13A～13C被搭载于基板11。基板11与将摄像元件12与外部连接的电配线部件14连接。
相机模块100具有能够在三维正交坐标系101中移动的第二部件20。第二部件20具有矩形形状的壳体21和固定于壳体21的第一～第三磁铁22A～22C。第二部件20在三维正交坐标系101中，能够相对于第一部件10进行向X、Y方向的相对移动(平移运动)和Z轴周围的相对旋转。在壳体21的内侧(内部)收纳有从Z方向观察为圆形的透镜31，壳体21包围透镜31。透镜31以能够相对于壳体21在Z方向上相对移动的方式支承于壳体21。透镜31构成能够与第二部件20独立地移动的可动部件(第三部件30)的一部分。在透镜31的周围配置有第二线圈(未图示)。当对第二线圈通电时，通过在第二线圈与第一～第三磁铁22A～22C之间产生的洛伦兹力，透镜31相对于壳体21能够在Z方向上相对移动地被驱动。由此，执行自动对焦功能。另外，当对第一线圈通电时，通过在第一线圈与第一～第三磁铁22A～22C之间产生的洛伦兹力，第二部件20相对于第一部件10在X、Y方向上相对移动，并且在Z轴周围相对旋转。由此，实现了光学式抖动修正(OIS)功能。在本实施方式中，第一～第三磁铁22A～22C用于透镜31的驱动，但也可以另外设置用于驱动透镜31的OIS用磁铁。
图2A、2B是从Z方向观察到的磁传感器组件1的俯视图，表示了第一～第三磁铁22A～22C、第一～第三磁传感器13A～13C、透镜31和壳体21。图2A表示第一～第三磁铁22A～22C处于基准位置的状态(基准状态)，图2B表示第二部件20相对于第一部件10逆时针地旋转dθ后的状态。在此，基准位置是指第一～第三磁铁22A～22C的中心与第一～第三磁传感器13A～13C的中心在Z方向上一致的位置。图3A～3C分别是沿着图2A、2B的A-A线、B-B线、C-C线的局部截面图。
第一～第三磁铁22A～22C位于三维正交坐标系101的第一X-Y平面P1(规定的X-Y平面)。第一～第三磁传感器13A～13C位于三维正交坐标系101的与第一X-Y平面P1不同的(在本实施方式中为-Z侧的)第二X-Y平面P2。第一～第三磁传感器13A～13C分别在Z方向上与第一～第三磁铁22A～22C相对。具体而言，在基准状态下通过第一磁传感器13A的中心和第一磁铁22A的中心的线与Z轴平行，在基准状态下通过第二磁传感器13B的中心和第二磁铁22B的中心的线与Z轴平行，在基准状态下通过第三磁传感器13C的中心和第三磁铁22C的中心的线与Z轴平行。第一磁传感器13A和第一磁铁22A构成第一位置检测体2A，第二磁传感器13B和第二磁铁22B构成第二位置检测体2B，第三磁传感器13C和第三磁铁22C构成第三位置检测体2C。
从Z方向观察，第一磁传感器13A和第一磁铁22A(第一位置检测体2A)与第二磁传感器13B和第二磁铁22B(第二位置检测体2B)，位于隔着三维正交坐标系101的X轴彼此相对的象限。另外，从Z方向观察，第三磁传感器13C和第三磁铁22C(第三位置检测体2C)位于与第一磁传感器13A和第一磁铁22A(第一位置检测体2A)所在的象限(第二象限II)以及第二磁传感器13B和第二磁铁(第二位置检测体2B)所在的象限(第三象限III)不同的象限(第一象限I)。另外，从Z方向观察，第一～第三磁铁22A～22C的中心和第一～第三磁传感器13A～13C的中心位于以三维正交坐标系101的原点为中心的同一圆R1上。再有，第一～第三磁铁22A～22C全部具有相同的结构且具有相同的重量。因此，能够容易地确保第二部件20的周向的重量平衡。另外，优选第一～第三磁铁22A～22C全部具有相同的尺寸。
从Z方向观察，第一～第三磁铁22A～22C的中心分别位于以第一X-Y平面P1的原点O为一端的第一～第三直线L1～L3上。第一磁铁22A和第二磁铁22B设置于关于X轴线对称的位置，第一直线L1与X轴所成的第一角度θ1和第二直线L2与X轴所成的第二角度θ2相等。第三直线L3与第一直线L1正交。因此，第三直线L3与Y轴所成的第三角度θ3，与第一和第二角度θ1、θ2相等。在此，第一～第三角度θ1～θ3在0～90度的范围内被定义。尽管在后面详细说明，但第一角度θ1和第二角度θ2可以是超过0度且为90度以下的角度的任意的角度(即，夹角或直角)，能够根据磁铁的尺寸、位置、壳体21的形状、大小等适当确定。
在本实施方式中，优选第一磁铁22A与第二磁铁22B以一定程度分离。具体而言，第一角度θ1和第二角度θ2优选为20～70度。由此，能够将第一～第三磁铁22A～22C设置于壳体21的角部23或其附近，能够防止壳体21的尺寸增大，进而能够防止相机模块100的大型化。另外，通过确保第一磁铁22A与第二磁铁22B的Y方向的分隔距离，第一磁传感器13A能够主要检测第一磁铁22A产生的磁通，第二磁传感器13B能够主要检测第二磁铁22B产生的磁通。由此，磁传感器组件1的精度提高。
第一～第三磁铁22A～22C以N极与壳体21或透镜31的中心、或者第一X-Y平面P1的原点O相对的朝向安装于壳体21。但是，从第一和第二磁铁22A、22B的N极的端面25引出的垂线与X轴平行，不通过原点O。从第三磁铁22C的N极的端面25引出的垂线与Y轴平行，不通过原点O。第一磁铁22A和第二磁铁22B在相同的方向上被磁化，第三磁铁22C在与第一和第二磁铁22A、22B正交的方向上被磁化。具体而言，在基准状态下，第一磁铁22A和第二磁铁22B的N极朝向+X方向，第三磁铁22C的N极朝向-Y方向。
第一～第三磁传感器13A～13C包括感测规定的方向的磁场的磁场检测元件。磁场检测元件可以是霍尔元件，也可以是GMR元件、TMR元件、AMR元件等磁阻效应元件。第一～第三磁传感器13A～13C具有相同的结构和相同的灵敏度。磁传感器组件1具有对来自第一～第三磁传感器13A～13C的输出进行处理的运算部(未图示)。运算部通常设置在壳体21的外部，但也可以设置在壳体21的内部。
对磁传感器组件1的动作进行说明。在此，假定第二部件20相对于第一部件10向+X方向相对位移(平移运动)dX、向+Y方向相对位移(平移运动)dY，在Z轴周围逆时针地相对旋转dθ。这些位移和旋转是微小的，所以能够分别考虑。首先，假定第二部件20逆时针地旋转dθ。此时，如图2B和图3A～3C所示，第一磁铁22A向-X方向移动，第二磁铁22B向+X方向移动，第三磁铁22C向+Y方向移动。
第一～第三磁传感器13A～13C的磁场检测元件具有Z方向的感磁轴。在此，假定第一～第三磁传感器13A～13C的输出电压与检测出的磁通密度成比例，并且当检测出朝向-Z方向的磁通时增加，当检测出朝向+Z方向的磁通时减少。如图3A～3C中实线所示，在基准位置，从Z方向观察，第一～第三磁传感器13A～13C的中心分别与第一～第三磁铁22A～22C的中心一致。因此，第一～第三磁传感器13A～13C检测的Z方向磁场大致为零。与此相对，如图3A中虚线所示，当第一磁铁22A向-X方向移动时，检测到朝向-Z方向的磁通，所以第一磁传感器13A的输出电压增加。同样地，如图3B中虚线所示，当第二磁铁22B向+X方向移动时，检测到朝向+Z方向的磁通，所以第二磁传感器13B的输出电压减少。同样地，如图3C中虚线所示，当第三磁铁22C向+Y方向移动时，检测到朝向-Z方向的磁通，所以第三磁传感器13C的输出电压增加。当第一～第三磁铁22A～22C向反方向移动时，输出电压的增减也相反。因此，第一磁传感器13A的输出根据第一磁传感器13A与第一磁铁22A的X方向的相对位移而单调变化，第二磁传感器13B的输出根据第二磁传感器13B与第二磁铁22B的X方向的相对位移而单调变化，第三磁传感器13C的输出根据第三磁传感器13C与第三磁铁22C的Y方向的相对位移而单调变化。为了方便，能够理解为在图2B中，在磁传感器的中心与N极相对的情况下，输出电压增加，在与S极相对的情况下，输出电压减少。
在第二部件20相对于第一部件10在X方向上相对位移(平移运动)dX的情况下，也能够同样地考虑。从图3A可知，当第一磁铁22A向+X方向移动时，第一磁传感器13A的输出电压减少，当向-X方向移动时，第一磁传感器13A的输出电压增加。从图3B可知，当第二磁铁22B向+X方向移动时，第二磁传感器13B的输出电压减少，当向-X方向移动时，第二磁传感器13B的输出电压增加。同样地，从图3C可知，如果第三磁铁22C向+Y方向移动，则第三磁传感器13C的输出电压增加，如果向-Y方向移动，则第三磁传感器13C的输出电压减少。另外，由以上可知，第一和第二磁传感器13A、13B作为X方向的位移传感器发挥功能，第三磁传感器13C作为Y方向的位移传感器发挥功能。
第一和第二磁铁22A、22B的Y方向尺寸比第一和第二磁传感器13A、13B的Y方向尺寸长。另外，在基准状态下，第一和第二磁传感器13A、13B分别位于第一和第二磁铁22A、22B的Y方向中央。因此，即使第二部件20在Y方向上移动，第一和第二磁传感器13A、13B的输出也不会受到影响。同样地，第三磁铁22C的X方向尺寸比第三磁传感器13C的X方向尺寸长。另外，在基准状态下，第三磁传感器13C位于第三磁铁22C的X方向中央。因此，即使第二部件20在X方向上移动，第三磁传感器13C的输出也不会受到影响。
在本实施方式中，从Z方向观察，第一和第二磁铁的N极与S极的中间的面24与圆R1交叉。例如，在图2A中位于虚线的位置的第一磁铁22A表示比较例，中间的面24与圆R1相接，所以不与圆R1交叉。在该情况下，如从上述的说明能够理解的那样，无论第一磁铁22A向顺时针、逆时针中的哪个方向旋转，N极都与第一磁传感器13A的中心相对，第一磁传感器13A的输出电压增加。因此，能够检测第二部件20旋转的情况，但无法检测向哪个方向旋转。与此相对，在本实施方式中，中间的面24与圆R1交叉，所以根据第二部件20旋转的方向，第一磁传感器13A的输出电压增加或减少。因此，能够检测第二部件20向哪个方向旋转。关于第二磁传感器13B和第三磁传感器13C也相同。另外，在本实施方式中，在第二部件20在Z轴周围旋转时，第一磁铁22A和第二磁铁22B在X方向上向彼此相反侧运动。因此，在本实施方式中，第一磁传感器13A的输出变化与第二磁传感器13B的输出变化互不相同。
基于以上情况，第二部件20相对于第一部件10在X方向上位移(平移运动)dX，在Y方向上位移(平移运动)dY，在Z轴周围旋转dθ时的第一磁传感器13A的输出变化Vx1、第二磁传感器13B的输出变化Vx2、第三磁传感器13C的输出变化Vy如下求出。
VX1＝f(dX)+f(dθ)···(式1)
VX2＝f(dX)-f(dθ)···(式2)
Vy＝f(dY)+f(dθ)···(式3)
在此，f(dX)、f(dY)、f(dθ)是各磁传感器的输出变化，f(dX)、f(dY)、f(dθ)分别由dX、dY、dθ产生。当将(式1)～(式3)变形时，则如下，
f(dx)＝Vx1-(Vx1-Vx2)/2···(式4)
f(dy)＝Vy-(Vx1-Vx2)/2···(式5)
f(dθ)＝(Vx1-Vx2)/2···(式6)。能够根据f(dx)、f(dy)、f(dθ)求出第二部件20相对于第一部件10的移动量(dX、dY、dθ)。该运算能够由运算部16执行。
这样，在本实施方式中，能够利用3个磁铁22A～22C和3个磁传感器13A～13C求出第二部件20相对于第一部件10的向X方向和Y方向的相对移动量、以及Z轴周围的相对旋转角。由于第一～第三角度θ1～θ3的可选择的范围大，所以通过对第一～第三磁传感器13A～13C和第一～第三磁铁22A～22C的配置进行研究，能够实现磁传感器组件1的小型化。
(第一实施方式的变形例和比较例)
配置第一～第三磁传感器13A～13C和第一～第三磁铁22A～22C的位置只要(式1)～(式6)成立，则不限定于第一实施方式。图4表示第一实施方式及其变形例。第二部件20逆时针地旋转dθ。在变形例1-1中，第三磁铁22C与第一磁铁22A同样地配置于第二象限II，第三直线L3与第二直线L2正交。换言之，第三磁铁22C与第一实施方式的第三磁铁22C处于关于Y轴线对称的关系。在变形例1-2中，第三磁铁22C配置于第四象限IV，第三直线L3与第二直线L2正交。换言之，第三磁铁22C与第一实施方式的第三磁铁22C处于关于X轴线对称的关系。在变形例1-3中，第三磁铁22C配置于第三象限III，第三直线L3与第一直线L1正交。换言之，第三磁铁22C与第一实施方式的第三磁铁22C处于关于原点O点对称的关系。在这些情况下，如果第二部件20逆时针地旋转dθ，则第三磁铁22C的N极与第三磁传感器13C的中心相对，所以(式1)～(式6)也成立。
图5表示第一实施方式的另一变形例。第二部件20逆时针地旋转dθ。变形例1-4～1-7的第一～第三磁铁22A～22C的被配置的位置分别与第一实施方式和变形例1-1～1-3相同，但第三磁铁22C的磁化方向相反。在这些情况下，以下的式成立。
VX1＝f(dX)+f(dθ) (式1)
VX2＝f(dX)-f(dθ) (式2)
Vy＝f(dY)-f(dθ) (式3’)
f(dx)＝Vx1-(Vx1-Vx2)/2 (式4)
f(dy)＝Vy+(Vx1-Vx2)/2 (式5’)
f(dθ)＝(Vx1-Vx2)/2 (式6)
即，仅通过改变(式3)和(式5)，基本上能够通过与第一实施方式同样的方法求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。虽然省略了图示，但即使使第三传感器的极性相反(即，当检测到朝向-Z方向的磁通时输出电压减少，当检测到朝向+Z方向的磁通时输出电压增加)，也能够得到同样的结果。
图6表示第一实施方式的另一变形例。图6是本变形例的磁传感器组件1的从Z方向观察的与图2A同样的俯视图。在本变形例中，第一～第三角度θ1～θ3全部为90度。从第一磁铁22A和第二磁铁22B的N极的端面25引出的垂线与X轴平行，不通过原点O。从第三磁铁22C的N极的端面25引出的垂线与Y轴平行，不通过原点O。第一磁铁22A和第二磁铁22B在相同的方向上被磁化，第三磁铁22C在与第一和第二磁铁22A、22B正交的方向上被磁化。即，本变形例除了第一～第三角度θ1～θ3全部为90度这一点以外，与第一实施方式相同。因此，本变形例满足式(1)～(6)，与第一实施方式同样地工作。
图7表示比较例。第二部件20逆时针地旋转dθ。比较例1-1～1-4分别与第一实施方式和变形例1-1～1-3对应，但第二磁铁22B的磁化方向相反。因此，当第二部件20逆时针地旋转dθ时，第二磁铁22B的N极与第二磁传感器13B的中心相对。由于第一磁铁22A的N极也与第一磁传感器13A的中心相对，所以第一磁传感器13A与第二磁传感器13B的输出相同(Vx1＝Vx2)。在该情况下，由于无法求出f(dx)，所以也无法求出f(dy)、f(dθ)。根据比较例可知，为了使(式1)～(式6)成立，需要使第一磁传感器13A与第二磁传感器13B的输出不同。
(第二实施方式)
图8A、8B是第二实施方式的磁传感器组件1的从Z方向观察的与图2A、2B相同的俯视图。图8A表示第一～第三磁铁22A～22C处于基准位置的状态(基准状态)，图8B表示第二部件20相对于第一部件10逆时针地旋转dθ后的状态。在本实施方式中，第一直线L1和第二直线L2位于同一直线上，第三直线L3与第一直线L1和第二直线L2正交。从Z方向观察，第一磁传感器13A和第一磁铁22A(第一位置检测体2A)与第二磁传感器13B和第二磁铁22B(第二位置检测体2B)，位于隔着三维正交坐标系101的原点彼此相对的象限。即，第一磁传感器13A和第一磁铁22A(第一位置检测体2A)位于第二象限II，第二磁传感器13B和第二磁铁22B(第二位置检测体2B)位于第四象限IV。另外，第三磁传感器13C和第三磁铁22C(第三位置检测体2C)位于第一象限I。因此，与第一实施方式相比，第二部件20的周向的重量平衡进一步提高。从图8B可知，第二部件20逆时针地旋转dθ时的第二磁铁22B与第二磁传感器13B的位置关系与第一实施方式相同(第二磁铁22B的S极与第二磁传感器13B的中心相对)。因此，(式1)～(式6)在本实施方式中也成立。虽然省略了图示，但第三磁铁22C也能够设置在第三象限III、即图8A、8B所示的与第三磁铁22C关于原点O点对称的位置。
(第二实施方式的变形例)
图9是第二实施方式的变形例的磁传感器组件1的从Z方向观察的与图2A同样的俯视图。在本变形例中，隔着原点O在磁铁22C的相反侧设置有与第一～第三磁铁22A～22C相同重量的平衡器22D。平衡器22D可以是与第一～第三磁铁22A～22C相同重量的磁铁，但只要重量相同，则能够使用任何磁铁。从Z方向观察，平衡器22D的中心位于以第一X-Y平面P1的原点O为一端的第四直线L4上。第四直线L4与第一直线L1和第二直线L2正交。因此，第四直线L4与Y轴所成的第四角度θ4，与第一～第三角度θ1～θ3相等。由于第一～第三磁铁22A～22C和平衡器22D在同一圆上以90度间隔设置，所以与第二实施方式相比，第二部件20的周向的重量平衡进一步提高。平衡器22D只要位于与第一磁传感器13A和第一磁铁22A(第一位置检测体2A)所在的象限、第二磁传感器13B和第二磁铁22B(第二位置检测体2B)所在的象限、以及第三磁传感器13C和第三磁铁22C(第三位置检测体2C)所在的象限不同的象限即可，也可以与第一～第三磁铁22A～22C不具有旋转对称的关系。
(第三实施方式)
图10是第三实施方式的磁传感器组件1的从Z方向观察的与图2A同样的俯视图。从Z方向观察，第一～第三磁铁22A～22C的任一者的中心和其他任一者的中心位于以三维正交坐标系101的原点为中心且直径不同的同心圆R1、R2上。在本实施方式中，第一磁铁22A的中心比第二和第三磁铁22B、22C的中心更远离原点O。伴随于此，第一磁传感器13A的中心也比第二和第三磁传感器13B、13C的中心更远离原点O。因此，旋转dθ时的第一磁传感器13A的X方向位移变大。换言之，第一磁传感器13A的灵敏度提高。如果设第一磁铁22A的中心距原点O的距离:第二和第三磁铁22B、22C的中心距原点O的距离＝n:1，则(式1)～(式6)如以下那样改写。
VX1＝f(dX)+n×f(dθ) (式1”)
VX2＝f(dX)-f(dθ) (式2)
Vy＝f(dY)+f(dθ) (式3)
f(dx)＝Vx1-(Vx1-Vx2)/(1+n) (式4”)
f(dy)＝Vy-(Vx1-Vx2)/(1+n) (式5”)
f(dθ)＝(Vx1-Vx2)/(1+n) (式6”)
即，仅通过改变(式1)和(式4)～(式6)，基本上能够通过与第一实施方式同样的方法求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。其中，在本实施方式中，从Z方向观察，第一和第二磁铁22A、22B的N极与S极的中间的面24与圆R1交叉，但也可以相接。这是因为，由于n≠1，所以与比较例不同，不成为Vx1＝Vx2。
虽然省略了图示，但第三磁铁22C也能够设置在第三象限III、即与图10所示的第三磁铁22C关于原点O点对称的位置。另外，第二磁铁22B也能够设置在第三象限III、即图2A、2B所示的第二磁铁22B的位置，在该情况下，也能够应用图4、5所示的变形例1-1～1-7。再有，在本实施方式中，将第一磁铁22A的位置从第一实施方式变更，但也可以变更第二磁铁22B或第三磁铁22C的位置，也可以将第一～第三磁铁22A～22C配置在距原点O彼此距离不同的位置。
(第四实施方式)
图11是第四实施方式的磁传感器组件1的从Z方向观察的与图2A同样的俯视图。在本实施方式中，第一磁铁22A和第二磁铁22B夹着X轴而被一体化，成为第一磁铁122A。第三磁铁22C以关于Y轴对称的方式延伸至第二象限II。即，第三磁铁22C在Y轴的两侧与X轴平行地延伸。如从图2A和图2B的对比能够理解的那样，第一磁铁22A和第二磁铁22B，在原点O的周围不改变彼此的位置关系地旋转。换言之，第一磁铁22A和第二磁铁22B即使例如彼此约束(即，即使如本实施方式那样一体化)，也能够与第一实施方式同样地移动。因此，本实施方式的磁传感器组件1满足式(1)～(6)，与第一实施方式的磁传感器组件1同样地工作。其中，在第一磁铁22A或第二磁铁22B较长的情况下，为了不与透镜31干涉，需要注意磁铁的安装位置及安装方法。
通过使磁铁122A、22C长条化，第一～第三磁传感器13A～13C的设置位置的自由度提高，例如，能够将第一～第三角度θ1～θ3设定得更小。即，根据本实施方式，能够提高磁传感器组件1的设计自由度。相机模块中的磁铁的配置并不限定于图1所示的例子，例如，有时在图11所示的位置配置透镜31驱动用和OIS用的磁铁。在本实施方式中，能够将这样的磁铁用作第一磁铁122A和第三磁铁22C。另外，第三磁铁22C不需要长条化，也可以具有与第一～第三实施方式同样的形状。
如果将以上的各实施方式进一步一般化，则第二部件20相对于第一部件10在X方向上位移(平移运动)dX，在Y方向上位移(平移运动)dY，在Z轴周围旋转dθ时的第一磁传感器13A的输出变化Vx1、第二磁传感器13B的输出变化Vx2、第三磁传感器13C的输出变化Vy如以下那样求出。
VX1＝f(dX)+a×f(dθ) (式7)
VX2＝f(dX)+b×f(dθ) (式8)
Vy＝f(dY)+c×f(dθ) (式9)
在此，f(dX)、f(dY)、f(dθ)是各磁传感器的基于dX、dY、dθ的输出变化，a、b、c是常数。将(式7)～(式9)变形时，则如下，
f(dx)＝Vx1-a×(Vx1-Vx2)/(a-b) (式10)
f(dy)＝Vy-c×(Vx1-Vx2)/(a-b) (式11)
f(dθ)＝(Vx1-Vx2)/(a-b) (式12)。
a、b、c例如是由第一～第三磁铁22A～22C的配置位置决定的常数，a＝1、b＝-r2/r1、c＝r3/r1(在此，r1、r2、r3是从Z方向观察的、第一～第三磁铁22A～22C的中心距三维正交坐标系101中的原点的距离)。从(式7)～(式9)可知，a、b、c是与f(dθ)相关的系数，所以例如也可以是与第三磁传感器13C的灵敏度成比例的常数。从(式10)～(式12)可知，当Vx1＝Vx2时，f(dx)＝Vx1，f(dy)＝Vy，f(dθ)＝0，无法求出旋转角。由此可知，Vx1≠Vx2是必须的条件。此外，根据(式10)～(式12)也需要a≠b，但根据(式7)、(式8)的对比，如果Vx1≠Vx2，则自动地满足该条件。
以上，以几个实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。例如，在本实施方式中，第一部件10是固定部件，第二部件20是可动部件，但也可以是第一部件10是可动部件，第二部件20是固定部件。另外，第一磁铁22A和第二磁铁22B分别设置在一个象限内，但也能够设置在X轴或Y轴上(例如，图2A中的虚线的位置)，即跨象限设置。在该情况下，如果第一和第二磁铁22A、22B的N极与S极的中间的面24与圆R1交叉，则Vx1≠Vx2成立，所以能够按照(式1)～(式6)求出第二部件20的位移。另外，在此，以将本发明应用于相机模块100的磁传感器组件1为例进行了说明，但磁传感器组件1当然能够应用于相机模块100以外的用途。
另外，在第一实施方式中，说明了通过将第一角度θ1和第二角度θ2设为20～70度，能够防止壳体21的尺寸增大。另一方面，通过将第一角度θ1和第二角度θ2设为0～20°，也能够防止壳体21的尺寸增大。在此，为了便于说明，设为磁传感器旋转，但即使磁铁旋转也相同。在图12中，磁传感器113与磁铁222相对，配置在角度θ的初始位置。图12还表示了从初始位置逆时针地旋转dθ的磁传感器113。如果将旋转dθ后的磁传感器113的X方向和Y方向的移动距离设为a、b，将磁传感器113的感磁部距原点的距离设为r，则，
a＝2×r×sin(dθ/2)×sin(dθ/2+θ)＝C×sin(θ)
b＝2×r×sin(dθ/2)×cos(dθ/2+θ)＝C’×cos(θ)。在此，C、C’是常数。dθ例如通过OIS功能来实现。
如果从Z方向观察磁传感器113的感磁部位于磁铁222的内部，则磁传感器113能够工作，但如果位于磁铁222的外部，则磁传感器113难以工作。在角度θ小的情况下，如上式所示，a变小。因此，缩小磁铁222的X方向尺寸，由此能够防止壳体21的尺寸增大。角度θ优选为0＜θ≤～20°的范围，在一例中θ＝8°。
另外，参照图7，说明了在比较例1-1～1-4中不能求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。但是，在该情况下，也能够通过变更信号处理来求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。图13A表示霍尔元件、MR元件等第一～第四磁场检测元件S1～S4通过桥接电路(惠斯通电桥)彼此连接的磁传感器。4个磁场检测元件S1～S4被分割为2个组S1、S2和S3、S4，各组的磁场检测元件S1、S2和磁场检测元件S3、S4串联连接。磁场检测元件的组S1、S2和S3、S4各自的一端与电源电压Vcc连接，另一端接地(GND)。另外，取出磁场检测元件S1与磁场检测元件S2之间的中点电压V1和磁场检测元件S3与磁场检测元件S4之间的中点电压V2。各磁场检测元件S1～S4中的电压降大致与各磁场检测元件S1～S4的电阻成比例。因此，当将磁场检测元件S1～S4的电阻分别设为R1～R4时，中点电压V1、V2分别如下式那样求出，通常，中点电压的差分V1-V2作为磁传感器的输出被输出。
[数1]
Figure BDA0003317182480000151
[数2]
Figure BDA0003317182480000152
图13B表示磁铁和磁场检测元件的一般的配置和输出处理方法。情形1和情形3是通常进行的差动输出的输出方法。但是，如从情形1与情形2的比较(或情形3与情形4的比较)可知的那样，即使磁铁的磁化方向相同，输出的极性也会根据将差动输出dV设为V1-V2还是设为V2-V1而变化。图14A是与图7所示的比较例1-3同样的磁传感器的概略结构图，图14B概念性地表示将全部磁传感器的差动输出dV设为V1-V2的情况下的各磁传感器的输出。在该情况下，由于第一、第二磁传感器13A、13B的输出相同，所以无法求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。与此相对，图14C将第二磁传感器13B的差动输出dV设为V2-V1。由此，磁传感器13A、13B的输出互不相同，能够求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。这样，通过使第一、第二磁传感器13A、13B的差动输出的极性彼此相反，也能够求出f(dx)、f(dy)、f(dθ)。
详细地表示本发明的几个优选的实施方式并进行了说明，但应当理解，能够在不脱离权利要求书所记载的主旨或范围的情况下进行各种变更和修正。

Claims (19)

1.一种磁传感器组件，其特征在于：
具有包含第一～第三磁传感器的第一部件和包含第一～第三磁铁的第二部件，所述第二部件在三维正交坐标系中，能够相对于所述第一部件进行向X、Y方向的相对移动和Z轴周围的相对旋转，所述第一～第三磁传感器分别在Z方向上与所述第一～第三磁铁相对，
所述第一磁传感器的输出根据所述第一磁传感器与所述第一磁铁的X方向的相对位移而单调变化，所述第二磁传感器的输出根据所述第二磁传感器与所述第二磁铁的X方向的相对位移而单调变化，所述第三磁传感器的输出根据所述第三磁传感器与所述第三磁铁的Y方向的相对位移而单调变化，
所述第二部件相对于所述第一部件在X方向、Y方向上相对位移且在Z轴周围相对旋转时的所述第一磁传感器的输出变化与所述第二磁传感器的输出变化互不相同，
第一～第三磁铁分别位于以规定的X-Y平面的原点为一端的第一～第三直线上，所述第一直线与X轴所成的第一角度、所述第二直线与X轴所成的第二角度、和所述第三直线与Y轴所成的第三角度相同。
2.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度是超过0度且为90度以下的角度。
3.如权利要求2所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度处于20～70度的范围。
4.如权利要求2所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度为90度。
5.一种磁传感器组件，其特征在于：
具有包含第一～第三磁传感器的第一部件和包含第一～第三磁铁的第二部件，所述第二部件在三维正交坐标系中，能够相对于所述第一部件进行向X、Y方向的相对移动和Z轴周围的相对旋转，所述第一～第三磁传感器分别在Z方向上与所述第一～第三磁铁相对，
所述第一磁传感器的输出根据所述第一磁传感器与所述第一磁铁的X方向的相对位移而单调变化，所述第二磁传感器的输出根据所述第二磁传感器与所述第二磁铁的X方向的相对位移而单调变化，所述第三磁传感器的输出根据所述第三磁传感器与所述第三磁铁的Y方向的相对位移而单调变化，
在所述第二部件相对于所述第一部件在X方向上位移dx、在Y方向上位移dy、且在Z轴周围旋转dθ时的所述第一磁传感器的输出变化设为Vx1，所述第二磁传感器的输出变化设为Vx2，所述第三磁传感器的输出变化设为Vy时，所述第一～第三磁传感器的输出变化f(dx)、f(dy)、f(dθ)为，
f(dx)＝Vx1-a×(Vx1-Vx2)/(a-b)
f(dy)＝Vy-c×(Vx1-Vx2)/(a-b)
f(dθ)＝(Vx1-Vx2)/(a-b)
在此，f(dx)、f(dy)、f(dθ)分别由dx、dy、dθ产生，a、b、c是常数，Vx1≠Vx2。
6.如权利要求5所述的磁传感器组件，其特征在于：
在将从Z方向观察到的、所述第一～第三磁铁的中心距所述三维正交坐标系中的原点的距离设为r1、r2、r3时，a＝1，b＝-r2/r1，c＝r3/r1。
7.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第一磁传感器和所述第一磁铁与所述第二磁传感器和所述第二磁铁位于隔着所述三维正交坐标系的原点彼此相对的象限。
8.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第一磁传感器和所述第一磁铁与所述第二磁传感器和所述第二磁铁位于隔着所述三维正交坐标系的X轴彼此相对的象限。
9.如权利要求7所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第三磁传感器和所述第三磁铁位于与所述第一磁传感器和所述第一磁铁所在的象限以及所述第二磁传感器和所述第二磁铁所在的象限不同的象限。
10.如权利要求9所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第二部件相对于所述三维正交坐标系可动，所述第一～第三磁铁具有相同的重量，
在所述第二部件，在与所述第一磁铁所在的象限、所述第二磁铁所在的象限、和所述第三磁铁所在的象限不同的象限，设置有与第一～第三磁铁相同重量的平衡器。
11.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第一～第三磁铁的中心位于以所述三维正交坐标系的规定的X-Y平面的原点为中心的同一圆上。
12.如权利要求11所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第一和第二磁铁的N极与S极的中间的面与所述圆交叉。
13.如权利要求1～10中任一项所述的磁传感器组件，其特征在于：
从Z方向观察，所述第一～第三磁铁的任一者的中心和其他任一者的中心位于以所述三维正交坐标系的规定的X-Y平面的原点为中心且直径不同的同心圆上。
14.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第一磁铁和所述第二磁铁在相同的方向上被磁化，所述第三磁铁在与所述第一和第二磁铁正交的方向上被磁化。
15.如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于：
在所述第二部件的内侧设置有通过所述第一～第三磁铁，相对于所述第二部件能够相对移动地被驱动的第三部件。
16.如权利要求15所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第二部件具有包围所述第三部件的矩形形状的壳体，所述第三部件从Z方向观察为圆形，所述第一～第三磁铁设置于所述壳体的角部。
17.如权利要求8所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第一磁铁和所述第二磁铁夹着所述X轴而被一体化。
18.如权利要求17所述的磁传感器组件，其特征在于：
所述第三磁铁在所述Y轴的两侧与所述X轴平行地延伸。
19.一种相机模块，其特征在于：
具有权利要求1～18中任一项所述的磁传感器组件。
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