DE102018104428B4

DE102018104428B4 - Positionserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018104428B4
Application number: DE102018104428.3A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: US10627255B2; CN108627944A; JP6365908B1; CN108627944B; JP2018163023A; DE102018104428A1; US20180274945A1

Abstract

Eine Positionserfassungsvorrichtung (1), bestehend aus:einer ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds;einer zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds, wobei die zweite Magnetfelderzeugungseinheit (12) derart vorgesehen ist,dass ihre Relativposition gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) variabel ist; undeinem Magnetsensor (20) zur Erfassung eines zu erfassenden Magnetfelds an einer vorgegebenen Erfassungsposition und Erzeugung eines Erfassungssignals, das einer Richtung des erfassten Magnetfelds entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass:das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) eine Stärke oder Richtung des ersten Magnetfelds an der Erfassungsposition oder eine Richtung des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition nicht variiert, sondern eine Stärke des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition variiert;das zu erfassende Magnetfeld ein zusammengesetztes Magnetfeld aus den ersten undzweiten Magnetfeldern an der Erfassungsposition ist; undan der Erfassungsposition ein Relativwinkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds mit der Richtung des ersten Magnetfelds gebildet wird, größer als 90° und kleiner als 180 ° ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung, die einen Magnetsensor verwendet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Positionserfassungsvorrichtungen, bei denen Magnetsensoren eingesetzt werden, wurden für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Die Positionserfassungsvorrichtungen, bei denen Magnetsensoren eingesetzt werden, werden nachfolgend als Magnetpositionserfassungsvorrichtungen bezeichnet. Zum Beispiel werden die Magnetpositionserfassungsvorrichtungen zur Erfassung einer Linsenposition in einem Kameramodul mit einem Autofokussierungsmechanismus verwendet, das in einem Smartphone verbaut ist.
US 2009 / 0 252 488 A1 offenbart ein Gerät und ein Verfahren zum Zusammenbau des Geräts, das ein Gehäuse, zwei magnetische Elemente und einen Linsenhalter mit einer Linse umfasst und das zur Miniaturisierung geeignet ist. US 2016 / 0 306 134 A1 betrifft eine Linsenantriebsvorrichtung zur Verwendung in einer Kamera, die mit einer Autofokussierungsfunktion und einer Verwacklungskorrekturfunktion ausgestattet ist, sowie ein Kameramodul und ein mit einer Kamera ausgestattetes mobiles Endgerät. In US 2013 / 0 016 427 A1 wird eine Linsenhalter-Antriebsvorrichtung gezeigt, die in der Lage ist, ein Hall-Element, das als Positionserkennungssensor dient, davon fernzuhalten, einer nachteiligen Beeinflussung durch ein Magnetfeld zu unterliegen, das durch einen in einer Spule fließenden elektrischen Strom entsteht. US Patentoffenlegungsschrift US 2016 / 0 231 528 A1 offenbart eine Technik der Erfassung eines zusammengesetzten Vektors mit einem Positionssensor in einem Autofokussierungsmechanismus, bei dem eine Linse bewegbar an ein Substrat gekoppelt ist. Der zusammengesetzte Vektor wird durch Wechselwirkung zwischen einem ersten Magnetfeld mit einer konstanten Stärke in einer ersten Richtung und einem zweiten Magnetfeld in einer zweiten Richtung, das von einem Magneten erzeugt wird, der sich mit der Linse bewegt, erzeugt. Die zweite Richtung ist orthogonal zu der ersten Richtung. Gemäß der Technik variiert die Stärke des zweiten Magnetfelds in Abhängigkeit von der Linsenposition und im Ergebnis variiert der Winkel, den der zusammengesetzte Vektor gegenüber der zweiten Richtung bildet, welcher nachfolgend als zusammengesetzter Vektorwinkel bezeichnet wird, ebenfalls.
Die in der US Patentoffenlegungsschrift US 2016 / 0 231 528 A1 offenbarte Technik ermöglicht die Erfassung der Linsenposition durch Erfassung des zusammengesetzten Vektorwinkels.
Gemäß der in der US Patentoffenlegungsschrift US 2016 / 0 231 528 A1 offenbarten Technik ist jedoch das Verhältnis der Variationsmenge in dem zusammengesetzten Vektorwinkel zu der Variationsmenge in der Linsenposition gering, was in einer geringen Empfindlichkeit zur Positionserfassung resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionserfassungsvorrichtung vorzulegen, in der ein Magnetsensor verwendet wird und die eine hohe Empfindlichkeit für die Positionserfassung hat.
Eine Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst: eine erste Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds; eine zweite Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds, wobei die zweite Magnetfelderzeugungseinheit derart vorgesehen ist, dass ihre Relativposition gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit variabel ist; und einen Magnetsensor zur Erfassung eines zu ermittelnden Magnetfelds an einer vorgegebenen Erfassungsposition und Erzeugung eines Detektionssignals, das der Richtung des ermittelten Magnetfelds entspricht.
Das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit variiert die Stärke oder Richtung des ersten Magnetfelds an der Erfassungsposition oder die Richtung des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition nicht, variiert jedoch die Stärke des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition. Das zu erfassende Magnetfeld ist ein zusammengesetztes Magnetfeld aus den ersten und zweiten Magnetfeldern an der Erfassungsposition. An der Erfassungsposition ist ein Relativwinkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds mit der Richtung des ersten Magnetfelds gebildet wird, größer als 90° und kleiner als 180°.
Bei der Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Relativwinkel innerhalb des Bereichs von 105° bis 165°, oder innerhalb des Bereichs von 105° bis 145° liegen.
Bei der Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit den Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit ändern.
Bei der Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die erste Magnetfelderzeugungseinheit zwei Magnete umfassen, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden. In diesem Fall kann das erste Magnetfeld eine Zusammensetzung aus zwei von den beiden Magneten erzeugten Magnetfeldern sein.
Die Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner ein erstes Halteelement zum Halten der ersten Magnetfelderzeugungseinheit, und ein zweites Halteelement zum Halten der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit umfassen, wobei das zweite Halteelement derart vorgesehen ist, dass seine Position gegenüber dem ersten Halteelement in einer Richtung variabel ist. In einem solchen Fall kann das zweite Halteelement eingerichtet sein, eine Linse zu halten, und derart vorgesehen sein, dass seine Position gegenüber dem ersten Halteelement in einer Richtung einer optischen Achse der Linse variabel ist.
Gemäß der Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein Relativwinkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds mit der Richtung des ersten Magnetfelds gebildet wird, größer als 90° und kleiner als 180°. Aufgrund dieses Merkmals bietet die Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine hohe Empfindlichkeit für die Positionserfassung.
Andere und weitere Absichten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kameramoduls, das eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst.
2 zeigt eine schematische Innenansicht des Kameramoduls aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Positionserfassungsvorrichtung und einer Antriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Spulen der Antriebsvorrichtung aus 1.
5 ist eine Seitenansicht, die die wichtigsten Teile der Antriebsvorrichtung aus 1 darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die die wichtigsten Teile der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration eines Magnetsensors der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Magneterfassungselements aus 7.
9 ist ein Erläuterungsdiagramm, das ein erstes Magnetfeld, ein zweites Magnetfeld, und ein zusammengesetztes Magnetfeld der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die die wichtigsten Teile einer Positionserfassungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels darstellt.
11 ist ein Erläuterungsdiagramm, das ein erstes Magnetfeld, ein zweites Magnetfeld, und ein zusammengesetztes Magnetfeld des Vergleichsbeispiels darstellt.
12 ist eine charakteristische Darstellung, die beispielhafte Ausgabecharakteristika der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels darstellt.
13 ist eine charakterische Darstellung, die eine beispielhafte Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
14 ist eine charakteristische Darstellung, die Beispielwerte eines Parameters darstellt, der mit der Linearität des gesamten Bereichsbereichs der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit in Zusammenhang steht.
15 ist eine charakteristische Darstellung, die die Abhängigkeiten eines Erfassungssignalbereichs und des Parameters in Zusammenhang mit der Linearität an dem Relativwinkel in der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein erstes Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die ein zweites Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
18 ist eine perspektivische Ansicht, die ein drittes Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
19 ist eine perspektivische Ansicht einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[ Erste Ausführungsform ]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um die Aufbau eines Kameramoduls zu beschreiben, das eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Kameramoduls 100. 2 ist eine schematische innere Ansicht des Kameramoduls 100. Zum leichteren Verständnis sind in 2 die Teile des Kameramoduls 100 in einem anderen Maßstab und in einem anderen Layout als jene in 1 dargestellt. Das Kameramodul 100 stellt zum Beispiel einen Teil einer Kamera für ein Smartphone mit einem optischen Bildstabilisierungsmechanismus und einem Autofokussierungsmechanismus dar, und wird in Kombination mit einem Bildsensor 200 verwendet, der CMOS oder andere ähnliche Techniken verwendet.
Das Kameramodul 100 umfasst eine Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, eine Antriebsvorrichtung 3, eine Linse 5, ein Gehäuse 6, und ein Substrat 7. Die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Magnetpositionserfassungsvorrichtung und wird verwendet, um die Position der Linse 5 während des automatischen Fokussierens zu erfassen. Die Antriebsvorrichtung 3 dient zur Bewegung der Linse 5. Das Gehäuse 6 dient zum Schutz der Positionserfassungsvorrichtung 1 und der Antriebsvorrichtung 3. Das Substrat 7 hat eine Oberseite 7a. In 1 ist das Substrat 7 nicht dargestellt, und in 2 ist das Gehäuse 6 nicht dargestellt.
Nun definieren wir die U-, V- und Z-Richtungen wie in 1 und 2 dargestellt. Die U-, V- und Z-Richtungen sind zueinander orthogonal. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Z-Richtung eine Richtung senkrecht zu der Oberseite 7a des Substrats 7. In 2 ist die Z-Richtung die Richtung nach oben. Die U- und V-Richtungen sind beide parallel zu der Oberseite 7a des Substrats 7. Ferner beziehen sich die -U, -V, und -Z-Richtungen auf die Richtungen entgegengesetzt den U-, V- bzw. Z- Richtungen. Wenn hier verwendet bezieht sich der Begriff „über“ auf Positionen, die sich in der Z-Richtung vor einer Referenzposition befinden, und „unter“ bezieht sich auf Positionen, die sich auf einer Seite der Referenzposition entgegensetzt zu „über“ befinden.
Die Linse 5 ist über der Oberseite 7a des Substrats 7 in einer Ausrichtung derart vorgesehen, dass die Richtung ihrer optischen Achse parallel zu der Z-Richtung ist. Das Substrat 7 hat eine Öffnung (nicht dargestellt) zur Durchführung von Licht, das durch die Linse 5 hindurchgetreten ist. Wie in 2 dargestellt ist das Kameramodul 100 an dem Bildsensor 200 ausgerichtet, so dass Licht, dass durch die Linse 5 und die nicht dargestellte Öffnung getreten ist, zum Bildsensor 200 gelangen wird.
Nun werden die Positionserfassungsvorrichtung 1 und die Antriebsvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Positionserfassungsvorrichtung 1 und der Antriebsvorrichtung 3. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Spulen der Antriebsvorrichtung 3. 5 ist eine Seitenansicht, welche die wichtigsten Teile der Antriebsvorrichtung 3 darstellt.
Die Positionserfassungsvorrichtung 1 umfasst ein erstes Halteelement 14, ein zweites Halteelement 15, eine Vielzahl erster Drähte 16, und eine Vielzahl zweiter Drähte 17. Das zweite Halteelement 15 dient dem Halten der Linse 5. Obgleich dies nicht dargestellt ist, ist das zweite Halteelement 15 wie ein Hohlzylinder geformt, so dass die Linse 5 in den Hohlraum einführbar ist.
Das zweite Halteelement 15 ist derart vorgesehen, dass seine Position gegenüber dem ersten Halteelement 14 in einer Richtung, konkret in der Richtung der optischen Achse der Linse 5, also einer Richtung parallel zur Z-Achse, variabel ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Halteelement 14 wie ein Kasten ausgeformt, so dass die Linse 5 und das zweite Halteelement 15 darin aufgenommen werden können. Die Vielzahl von zweiten Drähten 17 verbinden die ersten und zweiten Halteelemente 14 und 15 und tragen bzw. stützen das zweite Halteelement 15 derart, dass das zweite Halteelement 15 gegenüber dem ersten Halteelement 14 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung bewegbar ist.
Das erste Haltelement 14 ist über der Oberseite 7a des Substrats 7 derart vorgesehen, dass seine Position gegenüber dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zu der U-Richtung und in einer Richtung parallel zu der V-Richtung variabel ist. Die Vielzahl der ersten Drähte 16 verbinden das Substrat 7 und das erste Halteelement 14, und stützen das erste Halteelement 14 derart, dass das erste Halteelement 14 gegenüber dem Substrat 7 in den Richtungen parallel zu der U-Richtung und parallel zu der V-Richtung bewegbar ist. Das Variieren der Relativposition des ersten Halteelements 14 gegenüber dem Substrat 7 variiert die Relativposition des zweiten Halteelements 15 gegenüber dem Substrat 7.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst Magnete 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A und 34B, und Spulen 41, 42, 43, 44, 45 und 46. Der Magnet 31A befindet sich vor der Linse 5 in der -V-Richtung. Der Magnet 32A befindet sich vor der Linse 5 in der V-Richtung. Der Magnet 33A befindet sich vor der Linse 5 in der -U-Richtung. Der Magnet 34A befindet sich vor der Linse 5 in der U-Richtung. Die Magnete 31B, 32B, 33B und 34B befinden sich über den Magneten 31A, 32A, 33A bzw. 34A. Die Magnete 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A und 34B sind an dem ersten Halteelement 14 befestigt.
Wie in 3 dargestellt sind die Magnete 31A, 31B, 31A und 32B jeweils wie ein rechteckiger Festkörper geformt, der in der U-Richtung verlängert ist. Die Magnete 33A, 33B, 34A und 34B sind jeweils wie in rechteckiger Festkörper geformt, der in der V-Richtung verlängert ist. Die Magnete 31A und 32B sind in der V-Richtung magnetisiert. Die Magnete 31B und 32A sind in der -V-Richtung magnetisiert. Die Magnete 33A und 34B sind in der U-Richtung magnetisiert. Die Magnete 33B und 34A sind in der -U-Richtung magnetisiert. In 5 geben die innerhalb der Magnete 31A und 31B gezeichneten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Magnete 31A und 31B an.
Die Spule 41 befindet sich zwischen dem Magneten 31A und dem Substrat 7. Die Spule 42 befindet sich zwischen dem Magneten 32A und dem Substrat 7. Die Spule 43 befindet sich zwischen dem Magneten 33A und dem Substrat 7. Die Spule 44 befindet sich zwischen dem Magneten 34A und dem Substrat 7. Die Spule 45 befindet sich zwischen der Linse 5 und den Magneten 31A und 31B. Die Spule 46 befindet sich zwischen der Linse 5 und den Magneten 32A und 32B. Die Spulen 41, 42, 43 und 44 sind an dem Substrat 7 befestigt. Die Spulen 45 und 46 sind an dem zweiten Halteelement 15 befestigt.
Die Spule 41 ist vorwiegend einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem Magneten 31A erzeugt wird. Die Spule 42 ist vorwiegend einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem Magneten 32A erzeugt wird. Die Spule 43 ist vorwiegend einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem Magneten 33A erzeugt wird. Die Spule 44 ist vorwiegend einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem Magneten 34A erzeugt wird.
Wie in den 2, 4, und 5 dargestellt umfasst die Spule 45 einen ersten Leiterabschnitt 45A, der sich in der U-Richtung entlang des Magneten 31A erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 45B, der sich in der U-Richtung entlang des Magneten 31B erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die die ersten und zweiten Leiterabschnitte 45A und 45B verbinden. Wie in den 2 und 4 dargestellt umfasst die Spule 46 einen ersten Leiterabschnitt 46A, der sich in der U-Richtung entlang des Magneten 32A erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 46B, der sich in der U-Richtung entlang des Magneten 32B erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die die ersten und zweiten Leiterabschnitte 46A und 46B verbinden.
Der erste Leiterabschnitt 45A der Spule 45 wird vorwiegend einer Komponente in der V-Richtung des Magnetfelds, das von dem Magneten 31A erzeugt wird, ausgesetzt. Der zweite Leiterabschnitt 45B der Spule 45 wird vorwiegend einer Komponente in der -V-Richtung eines Magnetfelds, das von dem Magneten 31B erzeugt wird, ausgesetzt. Der erste Leiterabschnitt 46A der Spule 46 wird vorwiegend einer Komponente in der -V-Richtung des Magnetfelds, das von dem Magneten 32A erzeugt wird, ausgesetzt. Der zweite Leiterabschnitt 46B der Spule 46 wird vorwiegend einer Komponente in der V-Richtung eines Magnetfelds ausgesetzt, das von dem Magneten 32B erzeugt wird.
Die Positionserfassungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds MF1, eine zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds MF2, und einen Magnetsensor 20. In der vorliegenden Ausführungsform hat die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 zwei Magneten, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden. In der vorliegenden Ausführungsform weist die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 insbesondere die Magnete 31A und 34A als die vorgenannten 2 Magnete auf. Das erste Magnetfeld MF1 ist eine Zusammensetzung der Magnetfelder, die von den Magneten 31A und 34A erzeugt wurden. Wie oben erwähnt sind die Magnete 31A und 34A an dem ersten Halteelement 14 befestigt. Die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 wird somit von dem ersten Halteelement 14 gehalten.
Wie in 3 dargestellt besitzt der Magnet 31A eine Stirnfläche 31A1, die sich in der U-Richtung an dem Ende des Magneten 31A befindet. Der Magnet 34A besitzt eine Stirnfläche 34A1, die sich in der -V-Richtung an dem Ende des Magneten 34A befindet.
Die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 ist derart vorgesehen, dass ihre Relativposition gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11 variabel ist. In der vorliegenden Ausführungsform besitzt die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 einen Magneten 13. Das zweite Magnetfeld MF2 ist ein Magnetfeld, das von dem Magneten 13 erzeugt wird. Der Magnet 13 ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Der Magnet 13 ist an dem zweiten Halteelement 15 in einem Raum nahe der Stirnfläche 31A1 des Magneten 31A und der Stirnfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt. Die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 wird daher von dem zweiten Halteelement 15 gehalten. Wenn die Relativposition des zweiten Halteelements 15 gegenüber dem ersten Halteelement 14 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung variiert, variiert auch die Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11 in der Richtung parallel zu der Z-Richtung.
Der Magnetsensor 20 erfasst ein zu erfassendes Magnetfeld an einer vorgegebenen Erfassungsposition und erzeugt ein Erfassungssignal, das der Richtung des erfassten Magnetfelds entspricht. Der Magnetsensor 20 ist an dem Substrat 7 in der Nähe der Stirnfläche 31A1 des Magneten 31A und der Stirnfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt. Der Abstand zwischen dem Magneten 31A und dem Magnetsensor 20 ist gleich dem Abstand zwischen dem Magneten 34A und dem Magnetsensor 20. Der Magnet 13 befindet sich über dem Magnetsensor 20.
In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der vorgegebenen Erfassungsposition um die Position, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist. Wie zuvor erwähnt, verändert das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11 den Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12. Das zu erfassende Magnetfeld ist ein zusammengesetztes Magnetfeld MF aus dem ersten Magnetfeld MF1 und dem zweiten Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition. Die ersten und zweiten Magnetfelder MF1 und MF2 sind in 6 dargestellt, die später beschrieben wird. Das zusammengesetzte Magnetfeld MF ist in 9 dargestellt, die später beschrieben wird.
Die Positionsbeziehungen zwischen der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11, der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 und dem Magnetsensor 20, und die Ausgestaltung des Magnetsensors 20 werden später ausführlicher beschrieben.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst ferner vier Magnetsensoren 30, die sich jeweils innerhalb der Spulen 41 bis 44 befinden und an dem Substrat 7 befestigt sind. Wie später beschrieben werden wird, werden die vier Magnetsensoren 30 dazu verwendet, die Position der Linse 5 zu variieren, um die Wirkung von Kameraverwacklungen aufgrund von Handzittem zu verringern.
Der Magnetsensor 30, der sich innerhalb der Spule 41 befindet, erfasst das Magnetfeld, das von dem Magneten 31A erzeugt wird und erzeugt ein Signal, das der Position des Magneten 31A entspricht. Der Magnetsensor 30, der sich innerhalb der Spule 42 befindet, erfasst das Magnetfeld, das von dem Magneten 32A erzeugt wird, und erzeugt ein Signal, das der Position des Magneten 32A entspricht. Der Magnetsensor 30, der sich innerhalb der Spule 43 befindet, erfasst das Magnetfeld, das von dem Magneten 33A erzeugt wird, und erzeugt ein Signal, das der Position des Magneten 33A entspricht. Der Magnetsensor 30, der sich innerhalb der Spule 44 befindet, erfasst das Magnetfeld, das von dem Magneten 34A erzeugt wird, und erzeugt ein Signal, das der Position des Magneten 34A entspricht. Die Magnetsensoren 30 sind aus Elementen zur Erfassung von Magnetfeldern, z.B. Hall-Elementen, gebaut. Die Antriebsvorrichtung 3 kann mit nur entweder dem Magnetsensor 30 innerhalb der Spule 41 oder dem Magnetsensor 30 innerhalb der Spule 42 versehen sein. In analoger Form kann die Antriebsvorrichtung 3 nur mit entweder dem Magnetsensor 30 innerhalb der Spule 43 oder dem Magnetsensor 30 innerhalb der Spule 44 versehen sein.
Die Positionsbeziehungen zwischen der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11, der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 und dem Magnetsensor 20 werden nun ausführlich beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die wichtigsten Teile der Positionserfassungsvorrichtung 1 darstellt. Hierbei sind die X- und Y-Richtungen wie in 6 gezeigt definiert. Sowohl die X- als auch die Y-Richtung sind parallel zu der Oberseite 7a (vgl. 2) des Substrats 7. Die X-Richtung ist die Richtung, die von der U-Richtung um 45° hin zu der V-Richtung gedreht ist. Die Y-Richtung ist die Richtung, die von der V-Richtung um 45° hin zu der -U-Richtung gedreht ist. Ferner ist die -X-Richtung die Richtung entgegen der X-Richtung, und die -Y-Richtung ist die Richtung entgegen der Y-Richtung.
In 6 stellt der Pfeil MF1 das erste Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition dar. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 und der Magnetsensor 20 derart vorgesehen, dass das erste Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition in der -Y-Richtung verläuft. Die Richtung des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition ist durch Abstimmung zum Beispiel der Positionsbeziehungen der Magnete 31A bis 34A gegenüber dem Magnetsensor 20 und der Ausrichtungen der Magnete 31A bis 34A einstellbar. Die Magnete 31A und 34A sind bevorzugt symmetrisch bezüglich der YZ-Ebene platziert, in der die Erfassungsposition liegt.
In 6 stellt der Pfeil MF2 das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition dar, und der innerhalb des Magneten 13 eingezeichnete Pfeil stellt die Magnetisierung des Magneten 13 dar. Das Symbol θ stellt einen Relativwinkel dar, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 mit der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition gebildet wird. Der Relativwinkel θ wird in Werten innerhalb des Bereichs von 0° bis 180° ausgedrückt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11, die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 und der Magnetsensor 20 derart vorgesehen, dass der Relativwinkel θ größer als 90° und kleiner als 180° ist. Der Relativwinkel θ ist zum Beispiel durch Einstellen der Ausrichtung des Magneten 13 einstellbar. 6 veranschaulicht ein Beispiel, in dem der Relativwinkel θ auf 135° eingestellt ist. In diesem Beispiel ist der Magnet 13 in einer Ausrichtung derart angeordnet, dass die Magnetisierung des Magneten 13 in der Richtung liegt, die von der -X-Richtung um 45° hin zu der -Y-Richtung gedreht ist.
Die Ausgestaltung des Magnetsensors 20 wird nun unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. 7 ist ein Schaltbild, welches die Ausgestaltung des Magnetsensors 20 darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Magnetsensor 20 eingerichtet, mit einem Erfassungssignal, das der Richtung des erfassten Magnetfelds entspricht, ein Erfassungssignal zu erzeugen, das einem Winkel entspricht, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF gegenüber einer Referenzrichtung bildet. Bei der Referenzrichtung handelt es sich um die Richtung des ersten Magnetfelds MF1, also der -Y-Richtung.
Wie in 7 dargestellt, umfasst der Magnetsensor 20 eine Wheatstone Brückenschaltung 21 und einen Differenzdetektor 22. Die Wheatstone Brückenschaltung 21 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, zwei Ausgangsanschlüsse E1 und E2, ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R1 und R2, und ein zweiten Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R3 und R4. Ein Ende von jedem der Magneterfassungselemente R1 und R3 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R1 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R2 und dem Ausgangsanschluss E1 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R3 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R4 und dem Ausgangsanschluss E2 verbunden. Das andere Ende von jedem der Magneterfassungselemente R2 und R4 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. Eine Stromversorgungsspannung eines vorgegebenen Wertes wird an dem Stromversorgungsanschluss V angelegt. Der Masseanschluss G ist geerdet.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst jedes der Magneterfassungselemente R1 bis R4 eine Vielzahl von Elementen mit magnetoresistivem Effekt bzw. MR-Elementen, die in Reihe geschaltet sind. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist zum Beispiel ein Spin-Valve-MR-Element. Das Spin-Valve-MR-Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, die eine Schicht ist, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des zu erfassenden Magnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. Bei dem Spin-Valve-MR-Element kann es sich um ein TMR-Element oder ein GMR-Element handeln. Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht. Das Spin-Valve-MR-Element variiert im Widerstand entsprechend dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gegenüber der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen minimalen bzw. kleinsten Widerstand, wenn der vorgenannten Winkel 0° beträgt, und hat einen maximalen bzw. größten Widerstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 7 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente an, und die leeren Pfeile geben die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
Die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in dem Magneterfassungselementen R1 und R4 enthalten sind, sind in der -Y-Richtung magnetisiert, und die Schicht mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungselementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der Y-Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entsprechend dem Kosinus des Winkels, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der -Y-Richtung bildet. Der Differenzdetektor 22 gibt ein Signal, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entspricht, als Erfassungssignal aus. Der Magnetsensor 20 erfasst daher das zusammengesetzte Magnetfeld MF und erzeugt ein Erfassungssignal, das dem Kosinus des Winkels entspricht, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der -Y-Richtung bildet.
Angesichts der Herstellungsgenauigkeit der MR-Elemente und anderen Faktoren können sich die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen geringfügig von den oben genannten Richtungen unterscheiden.
Ein Beispiel der Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Magneterfassungselements in dem Magnetsensor 20, der in 7 dargestellt ist, zeigt. In diesem Beispiel umfasst das Magneterfassungselement eine Vielzahl von unteren Elektroden 162, eine Vielzahl von MR-Elementen 150 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 163. Die Vielzahl von unteren Elektroden 162 sind auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 162 besitzt eine lange, schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 162, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen, haben zwischen sich einen Spalt. Wie in 8 dargestellt, sind die MR-Elemente 150 an den Oberseiten der unteren Elektroden 162 nahe gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung vorgesehen. Jedes der MR-Elemente 150 umfasst eine freie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine Schicht 153 mit festgelegter Magnetisierung, und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 151 am nächsten an der unteren Elektrode 162 liegt. Die freie Schicht 151 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 162 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist in Austauschkopplung mit der Schicht 153 mit festgelegter Magnetisierung, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht 153 mit festgelegter Magnetisierung festzulegen. Die Vielzahl der oberen Elektroden 163 sind über der Vielzahl von MR-Elementen 150 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 163 hat eine lange, schlanke Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 von zwei benachbarten MR-Elementen 150 her, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander auf zwei unteren Elektroden 162 angeordnet sind. Mit dieser Ausgestaltung ist die Vielzahl von MR-Elementen 150 in dem in 8 dargestellten Magneterfassungselement vermittels der Vielzahl von unteren Elektroden 162 und der Vielzahl von oberen Elektroden 163 in Reihe geschaltet. Es wird angemerkt, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Elemente 150 in der zu der in 8 gezeigten, umgekehrten Reihenfolge gestapelt werden können.
Es wird nun auf die 2 bis 5 Bezug genommen, um den Betrieb der Antriebsvorrichtung 3 zu erläutern. Die Antriebsvorrichtung 3 stellt einen Teil von optischen Bildstabilisierungs- und Autofokus-Mechanismen dar. Zunächst werden diese Mechanismen kurz beschrieben. Eine Steuereinheit (nicht dargestellt) außerhalb des Kameramoduls 100 steuert die Antriebsvorrichtung 3, den optischen Bildstabilisierungsmechanismus und den Autofokussierungsmechanismus.
Der optische Bildstabilisierungsmechanismus ist eingerichtet, ein durch eine Hand verursachtes Kameraverwackeln zu erfassen, zum Beispiel mithilfe eines Gyrosensors außerhalb des Kameramoduls 100. Bei Erfassung eines durch eine Hand verursachten Kameraverwackelns durch den optischen Bildstabilisierungsmechanismus steuert die nicht dargestellte Steuereinheit die Antriebsvorrichtung 3, um die Relativposition der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 in Abhängigkeit von der Art des Kamerawackelns zu variieren. Dies stabilisiert die absolute Position der Linse 5, um die Wirkung des Kamerawackelns zu verringern. Die relative Position der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 wird in einer Richtung parallel zu der U-Richtung oder parallel zu der V-Richtung variiert, in Abhängigkeit von der Art des Kamerawackeins.
Der Autofokussierungsmechanismus ist eingerichtet, einen Zustand, in dem eine Fokussierung auf einen Gegenstand erreicht wird, zum Beispiel mithilfe eines Bildsensors 200 oder eines Autofokussensors, zu erfassen. Mithilfe der Antriebsvorrichtung 3 variiert die nicht dargestellte Steuereinheit die Relativposition der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung, um so eine Fokussierung auf den Gegenstand zu erzielen. Dies ermöglicht ein automatisches Fokussieren auf den Gegenstand.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 in Zusammengang mit dem optischen Bildstabilisierungsmechanismus angegeben. Wenn Ströme von der nicht dargestellten Steuereinheit durch die Spulen 41 und 42 geleitet werden, bewegt sich das erste Halteelement 14 mit den daran befestigten Magneten 31A und 32A in einer Richtung parallel zu der V-Richtung aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern, die von den Magneten 31A und 32A erzeugt werden, und den Magnetfeldern, die von den Spulen 41 und 42 erzeugt werden. Im Ergebnis bewegt sich die Linse 5 ebenfalls in der Richtung parallel zu der V-Richtung. Wenn hingegen Ströme von der nicht dargestellten Steuereinheit durch die Spulen 43 und 44 geleitet werden, bewegt sich das erste Halteelement 14 mit den daran befestigten Magneten 33A und 34A in einer Richtung parallel zu der U-Richtung aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Magnetfeldern, die von den Magneten 33A und 34A erzeugt werden, und den Magnetfeldern, die von den Spulen 43 und 44 erzeugt werden. Im Ergebnis bewegt sich die Linse 5 ebenfalls in der Richtung parallel zu der U-Richtung. Die nicht dargestellte Steuereinheit erfasst die Position der Linse 5 durch Messsignale, die den Positionen der Magnete 31A, 32A, 33A, und 34A entsprechen, die von dem Magnetsensor 30 erzeugt werden.
Als nächstes wird der Betrieb der Antriebsvorrichtung 3 in Zusammenhang mit dem Autofokussierungsmechanismus beschrieben. Um die Relativposition der Linse 5 in der Z-Richtung gegenüber dem Substrat 7 zu bewegen, leitet die nicht dargestellte Steuereinheit einen Strom durch die Spule 45 derart, dass der Strom durch den ersten Leiterabschnitt 45A in der U-Richtung fließt und durch den zweiten Leiterabschnitt 45B in der -U-Richtung fließt, und leitet einen Strom durch die Spule 46 derart, dass der Strom durch den ersten Leiterabschnitt 46A in der -U-Richtung fließt und durch den zweiten Leiterabschnitt 46B in der U-Richtung fließt. Diese Ströme und Magnetfelder, die von den Magneten 31A, 32A, 33A und 34A erzeugt werden, bewirken, dass eine Lorentzkraft in der Z-Richtung auf die ersten und zweiten Leiterabschnitte 45A und 45B der Spule 45 und die ersten und zweiten Leiterabschnitte 46A und 46B der Spule 46 wirkt. Dies bewirkt, dass sich das zweite Halteelement 15 mit den daran befestigten Spulen 45 und 46 in der Z-Richtung bewegt. Im Ergebnis bewegt sich auch die Linse 5 in der Z-Richtung.
Um die Relativposition der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 in der -Z-Richtung zu bewegen, leitet die nicht dargestellte Steuereinheit Ströme durch die Spulen 45 und 46 in Richtungen entgegengesetzt zu jenen in dem Fall, in dem die Relativposition in der Z-Richtung bewegt wird.
Nun werden die Funktion und Wirkungen der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zum Erfassen der Position der Linse 5 verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform variiert das Variieren der Relativposition der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 die Relativposition des zweiten Halteelements 15 gegenüber sowohl dem Substrat 7 als auch dem ersten Halteelement 14. Wie zuvor erwähnt hält das erste Halteelement 14 die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11 und das zweite Halteelement 15 hält die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12. Daher variiert das Variieren der Relativposition der Linse 5 wie oben erwähnt die Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11. Nachfolgend wird die Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11 als Relativposition P12 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Relativposition P12 in einer Richtung der optischen Achse der Linse 5 variabel, also in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung.
Das Variieren der Relativposition P12 variiert nicht die Relativposition der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 11 gegenüber dem Substrat 7, sondern variiert die Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 gegenüber dem Substrat 7. Daher variiert das Variieren der Relativposition P12 nicht die Stärke oder Richtung des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition oder die Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 an der Erfassungsposition, sondern variiert die Stärke des zweiten Magnetfelds MF2 an der Erfassungsposition. Das Variieren der Stärke des zweiten Magnetfelds MF2 an der Erfassungsposition variiert die Richtung und Stärke des zusammengesetzten Magnetfelds MF, als des zu erfassenden Magnetfelds, und variiert dementsprechend den Wert des Erfassungssignals, der von dem Magnetsensor 20 erzeugt werden soll. Der Wert des Erfassungssignals variiert in Abhängigkeit von der Relativposition P12. Die nicht dargestellte Steuereinheit erfasst die Relativposition P12 durch Messen des Erfassungssignals.
Es wird nun Bezug genommen auf 9, um die Stärken und Richtungen des ersten Magnetfelds MF1, des zweiten Magnetfelds MF2 und des zusammengesetzten Magnetfelds MF an der Erfassungsposition zu beschreiben. In 9 stellt die X-Richtungsachse die Stärke Hx eines Magnetfelds in der X-Richtung dar, und die Y-Richtungsachse stellt die Stärke Hy eines Magnetfelds in der Y-Richtung dar. Nachfolgend wird das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition in dem Fall, in dem der Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 vergleichsweise groß ist, als Magnetfeld MF2a bezeichnet, und das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition in dem Fall, in dem der Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 vergleichsweise klein ist, wird als Magnetfeld MF2b bezeichnet. In 9 werden die Richtung und Stärke des Magnetfelds MF2a durch die Richtung bzw. Länge des Pfeils dargestellt, der mit MF2a markiert ist. In 9 und anderen ähnlichen Figuren, auf die in der weiteren Beschreibung Bezug genommen wird, werden die Richtung und Stärke von anderen Magnetfeldern als dem Magnetfeld MF2a ebenfalls in der gleichen Weise wie jene des Magnetfelds MF2a dargestellt. Wie in 9 dargestellt ist das Magnetfeld MF2b in dessen Stärke höher als das Magnetfeld MF2a. Das Magnetfeld MF2a und das Magnetfeld MF2b verlaufen in der gleichen Richtung.
9 veranschaulicht ein Beispiel, in dem der in 6 gezeigte Winkel θ 135° beträgt. In diesem Beispiel sind sowohl der Winkel, den das Magnetfeld MF2a mit dem ersten Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition bildet, und der Winkel, den das Magnetfeld MF2b mit dem ersten Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition bildet, 135°.
Hierbei stellt MFa ein zusammengesetztes Magnetfeld des Magnetfelds MF2a und des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition dar; MFb stellt ein zusammengesetztes Magnetfeld des Magnetfelds MF2b und des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition dar; θa stellt den Winkel dar, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MFa mit der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet; und θb stellt den Winkel dar, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MFb mit der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet. Wie in 9 dargestellt, ist der Winkel θb größer als der Winkel θa. Daher variiert der Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet, in Abhängigkeit von der Stärke des zweiten Magnetfelds MF2. Ferner variiert die Stärke des zweiten Magnetfelds MF2 in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12. Somit variiert der Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet, in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12.
In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Magnetsensor 20, mit dem Erfassungssignal, das der Richtung des erfassten Magnetfelds entspricht, ein Erfassungssignal, das dem Winkel entspricht, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 aus dem Erfassungssignal bestimmt werden, und dies ermöglicht die Erfassung der Relativposition P12.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der in 6 dargestellte Relativwinkel θ auf den Bereich größer als 90° und kleiner als 180° eingestellt. Dies ermöglicht es, die Variationsmenge in dem Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet, gegenüber der Variationsmenge in der Relativposition P12 zu erhöhen, wodurch die Empfindlichkeit zur Positionserfassung erhöht wird. Dies wird im Folgenden unter Bezugnahme auf eine Positionserfassungsvorrichtung eines Vergleichsbeispiels erläutert.
Zunächst wird auf 10 Bezug genommen, um den Aufbau der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels zu beschreiben. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die die wichtigsten Teile der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels darstellt. Die Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In dem Vergleichsbeispiel jedoch sind die erste Magnetfelderzeugungseinheit 11, die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12, und der Magnetsensor 20 vorgesehen, um einen Relativwinkel θ von 90° zu erhalten. Genauer gesagt ist der Magnet 13 der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 in einer solchen Ausrichtung angeordnet, dass die Magnetisierung des Magneten 13 in der -X-Richtung erfolgt.
Als nächstes wird auf 11 Bezug genommen, um ein erstes Magnetfeld MF1, ein zweites Magnetfeld MF2, und ein zusammengesetztes Magnetfeld in dem Vergleichsbeispiel an der Erfassungsposition zu beschreiben. In 11 stellt die X-Richtungsachse die Stärke Hx eines Magnetfelds in der X-Richtung dar, und die Y-Richtungsachse stellt die Stärke Hy eines Magnetfelds in der Y-Richtung dar. Für das Vergleichsbeispiel wird das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition in dem Fall, in dem der Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 vergleichsweise groß ist, als Magnetfeld MF2c bezeichnet, und das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition wird in dem Fall, in dem der Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 vergleichsweise groß ist, als Magnetfeld MF2d bezeichnet. Wie in 11 gezeigt ist das Magnetfeld MF2d in seiner Stärke höher als das Magnetfeld MF2c. Das Magnetfeld MF2c und das Magnetfeld MF2d verlaufen in der gleichen Richtung. Der Winkel, den das Magnetfeld MF2c mit dem ersten Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition bildet, und der Winkel, den das Magnetfeld MF2d mit dem ersten Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition bildet, sind jeweils 90°.
Hierbei stellt MFc ein zusammengesetztes Magnetfeld aus dem Magnetfeld MF2c und dem ersten Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition dar; MFd stellt ein zusammengesetztes Magnetfeld des Magnetfelds MF2d und des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition dar; θc stellt den Winkel dar, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MFc mit der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet; und θd stellt den Winkel dar, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MFd mit der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet.
Es wird angenommen, dass die Stärken des ersten Magnetfelds MF1, des Magnetfelds MF2c und des Magnetfelds MF2d, dargestellt in 11, gleich den Stärken des ersten Magnetfelds MF1, des Magnetfelds MF2a bzw. des Magnetfelds MF2b, dargestellt in 9, sind. Wie in 9 und 11 gezeigt ist eine Differenz θab zwischen dem Winkel θa und dem Winkel θb größer als eine Differenz θcd zwischen dem Winkel θc und dem Winkel θd. Die Differenzen θab und θcd entsprechen der Variationsmenge in dem Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet, bezüglich der Variationsmenge in der Relativposition P12.Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es, dass die Variationsmenge in dem oben genannten Winkel größer ist als in dem Vergleichsbeispiel.
Es wird nun auf 12 Bezug genommen, um die Beziehung zwischen der Relativposition P12 und dem Erfassungssignal, die nachfolgend als Ausgabecharakteristik bezeichnet wird, für die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels zu beschreiben. In 12 stellt die horizontale Achse die Relativposition P12 dar, und die vertikale Achse stellt den Wert des Erfassungssignals dar. Hierbei wird der Bereich, über den die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 bei Bewegung in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung bewegbar ist, als der bewegbare Bereich der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 bezeichnet. In 12, mit dem Ursprungspunkt der horizontalen Achse an einer Relativposition P12 eingestellt, die dem Mittelpunkt des bewegbaren Bereichs entspricht, wird eine Relativposition P12, die sich in der -Z-Richtung vor dem Ursprungspunkt befindet, in einem negativen Wert ausgedrückt, und eine Relativposition P12, die sich in der Z-Richtung vor dem Ursprungspunkt befindet, wird in einem positiven Wert ausgedrückt. In 12 stellt die Kurve 81 die Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar, und die Kurve 82 stellt die Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels dar. Hierbei ist der Relativwinkel θ in der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf 135° eingestellt.
Wie in 12 dargestellt, die gleiche Variationsmenge in der Relativposition P12 vorausgesetzt, zeigt das Erfassungssignal der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine größere Variationsmenge als das Erfassungssignal der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels. Daher stellt die vorliegende Ausführungsform verglichen mit dem Vergleichsbeispiel einen größeren Variationsumfang in dem Erfassungssignal gegenüber der Variationsumfang in der Relativposition P12 bereit. Hierbei wird das Verhältnis der Variationsmenge in dem Erfassungssignal zu der Variationsmenge in der Relativposition P12 in dem gesamten bewegbaren Bereich als Empfindlichkeit zur Positionserfassung bezeichnet. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist die Empfindlichkeit der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform etwa 600 mV/mm, wohingegen die Empfindlichkeit der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels etwa 250 mV/mm beträgt.
Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine Erhöhung der Empfindlichkeit zur Positionserfassung durch Erhöhen der Variationsmenge in dem Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der Referenzrichtung bildet, gegenüber der Variationsmenge in der Relativposition P12.
Wenn der Relativwinkel θ kleiner als 90° ist, wird der Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF bezüglich der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet, kleiner als jener in dem Fall, in dem der Relativwinkel θ 90° beträgt. Wenn der Relativwinkel 180° beträgt, besitzt der Winkel, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF mit der -Y-Richtung, also der Referenzrichtung, bildet einen konstanten Wert, weshalb keine Erzeugung eines Erfassungssignals, das entsprechend der Variationsmenge in der Relativposition P12 variiert, erreicht wird. Angesichts dieser Tatsachen wird in der vorliegenden Ausführungsform der Relativwinkel θ auf einen Wert innerhalb des Bereichs von größer als 90° und kleiner als 180° eingestellt.
Ferner liegt in der vorliegenden Ausführungsform der Relativwinkel θ bevorzugt innerhalb des Bereichs von 105° bis 165°, und besonders bevorzugt innerhalb des Bereichs von 105° bis 145°. Der Grund hierfür wird unten erläutert.
Linearität ist einer der Indikatoren der Leistung der Positionserfassungsvorrichtung 1. Die Linearität wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist ein typisches Diagramm, das eine beispielhafte Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In 13 stellt die horizontale Achse die Relativposition P12 dar, und die vertikale Achse stellt den Wert des Erfassungssignals dar. Die Definition des Ursprungspunkts der horizontalen Achse und die Definitionen der positiven und negativen Werte der Relativposition P12 in 13 sind die gleichen wie jene in 12. In 13 stellt die Kurve 83 die Ausgabecharakteristik dar. Die in 13 dargestellte Ausgabecharakteristik ist die gleiche wie jene der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dargestellt in 12. Die gerade Linie 84 ist eine Ideallinie, die eine ideale Ausgabecharakteristik darstellt. Hierbei ist die ideale Linie eine gerade Linie, die den Wert des Erfassungssignals an einer Relativposition P12, die der unteren Grenze des bewegbaren Bereichs der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 entspricht, und den Wert des Erfassungssignals an einer Relativposition P12, die der oberen Grenze des bewegbaren Bereichs der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 entspricht, verbindet. Die Position der geraden Linie 85 stellt die Relativposition P12 dar, die der unteren Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht, und die Position der geraden Linie 86 stellt die Relativposition P12 dar, die der oberen Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht.
Zv sei der Wert der tatsächlichen Relativposition P12, der dem Wert eines beliebigen gegebenen Erfassungssignals entspricht. Zf sei der Wert der Relativposition P12, die sich auf der Ideallinie befindet und dem Wert des vorgenannten gegebenen Erfassungssignals entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Betrag |Zv - Zf| der Differenz zwischen Zv und Zf als Parameter D definiert, der ein Parameter ist, der mit der Linearität in Zusammenhang steht. Jede kleiner der Wert des Parameters D über den gesamten bewegbaren Bereich ist, desto besser ist die Linearität.
14 zeigt ein Beispiel von Werten des Parameters D in dem gesamten bewegbaren Bereich. Die Charakteristik des in 14 dargestellten Parameters D wurde aus der Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung des in 12 gezeigten Vergleichsbeispiels erhalten. In 14 stellt die horizontale Achse die Relativposition P12 dar, die vertikale Achse links stellt den Wert des Erfassungssignals dar, und die vertikale Achse rechts stellt den Wert des Parameters D dar. Die Definition des Ursprungspunkts der horizontalen Achse und die Definitionen der positiven und negativen Werte der Relativposition P12 in 14 sind die gleichen wie jene in 12. In 14 stellt die Kurve 87 die Ausgabecharakteristik der Positionserfassungsvorrichtung des Vergleichsbeispiels dar, die Kurve 88 stellt die Charakteristik des Parameters D dar, die Position der geraden Linie 89 stellt die Relativposition P12 dar, die der unteren Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht, und die Position der geraden Linie 90 stellt die Relativposition P12 dar, die der oberen Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht. Die in 14 dargestellte Ausgabecharakteristik ist die gleiche wie jene der Positionserfassungsvorrichtung des in 12 gezeigten Vergleichsbeispiels. In dem in 14 dargestellten Beispiel ist der Wert des Parameters D in dem bewegbaren Bereich 5 µm oder weniger.
Die Differenz zwischen dem Wert des Erfassungssignals an der Relativposition P12, der der unteren Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht, und dem Wert des Erfassungssignals an der Relativposition P12, der der oberen Grenze des bewegbaren Bereichs entspricht, wird als Erfassungssignalbereich bezeichnet. Der Erfassungssignalbereich und die Linearität variieren in Abhängigkeit von dem Relativwinkel θ. Hierbei wird ein Winkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 mit der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 an der Erfassungsposition gebildet wird und in Werten innerhalb des Bereichs von -180° bis 180° ausgedrückt wird, als vorzeichenbehafteter Relativwinkel θs bezeichnet. Der vorzeichenbehaftete Relativwinkel θs wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn die Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 gegenüber der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 im Gegenuhrzeigersinn innerhalb des Bereichs von 0° bis 180° von oben betrachtet liegt. Der vorzeichenbehaftete Relativwinkel θs wird in negativen Werten ausgedrückt, wenn die Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 gegenüber der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 im Uhrzeigersinn innerhalb des Bereichs von 0° bis 180° von oben betrachtet liegt. Der Relativwinkel θ ist der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs.
15 zeigt die Abhängigkeiten des Erfassungssignalbereichs und des Parameters D von dem Relativwinkel an einer vorgegebenen Relativposition P12.In 15 stellt die horizontale Achse den vorzeichenbehafteten Relativwinkel θs dar, die vertikale Achse links stellt den Wert des Erfassungssignalbereichs dar, und die vertikale Achse rechts stellt den Wert des Parameters D dar. In 15 stellt die Kurve 91 die Abhängigkeit des Erfassungssignalbereichs von dem vorzeichenbehafteten Relativwinkel θs dar, und die Kurve 92 stellt die Abhängigkeit des Parameters D von dem vorzeichenbehafteten Relativwinkel θs dar.
Wie in 15 dargestellt nimmt der Erfassungssignalbereich zu, wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Winkels θs von 90° zunimmt, und ist maximiert, wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 180° beträgt. Der Erfassungssignalbereich ist bevorzugt in einem gewissen Maß groß. Konkret ist der Erfassungssignalbereich bevorzugt um zumindest 25% größer als in dem Fall, in dem der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 90° beträgt. Wie in 15 dargestellt ist diese Bedingung erfüllt, wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 105° oder mehr beträgt.
Wie in 15 dargestellt nimmt der Parameter D zu, wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs von 90° zunimmt, und ist maximiert, wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 180° beträgt. Der Parameter D ist bevorzugt 50 µm oder weniger, und besonders bevorzugt 20 µm oder weniger. 15 zeigt, dass wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 165° oder weniger ist, der Parameterwert D 50 µm oder weniger ist, und wenn der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs 145° oder weniger ist, der Parameterwert D 20 µm oder weniger ist.
Wie oben erwähnt ist der Relativwinkel θ der Betrag des vorzeichenbehafteten Relativwinkels θs. Somit ist der Relativwinkel θ bevorzugt innerhalb des Bereichs von 105° bis 165°, und besonders bevorzugt innerhalb des Bereichs von 105° bis 145°.
[Modifizierungsbeispiele]
Ein erstes bis drittes Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Zunächst wird auf 16 Bezug genommen, um das erste Modifizierungsbeispiel zu beschreiben. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die das erste Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 darstellt. In dem ersten Modifizierungsbeispiel hat die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 einen Magneten 131 anstelle des Magneten 13. Das zweite Magnetfeld MF2 in dem ersten Modifizierungsbeispiel ist ein Magnetfeld, das von dem Magneten 131 erzeugt wird. Der Magnet 131 ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Der Magnet 131 ist an dem zweiten Halteelement 15 in dem Raum nahe der Stirnfläche 31A1 des Magneten 31A und der Stirnfläche 34A1 des Magneten 34A, dargestellt in 3, befestigt.
Wie in 16 gezeigt umfasst der Magnet 131 einen ersten Abschnitt 131A und einen zweiten Abschnitt 131B. In 16 ist die Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 131A und dem zweiten Abschnitt 131B durch die gestrichelten Linien angedeutet. In 16 gibt der innerhalb des ersten Abschnitts 131A eingezeichnete Pfeil die Magnetisierungsrichtung des ersten Abschnitts 131A an, und der innerhalb des zweiten Abschnitts 131B gezeichnete Pfeil gibt die Magnetisierungsrichtung des zweiten Teils 131B an. Die Magnetisierungsrichtung des ersten Teils 131A ist die -Z-Richtung. Die Magnetisierungsrichtung des zweiten Teils 131B ist die Z-Richtung. In dem in 16 dargestellten Beispiel beträgt der Relativwinkel θ 135°.
Als nächstes wird das zweite Modifizierungsbeispiel unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die das zweite Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 zeigt. In dem zweiten Modifizierungsbeispiel, wie in 17 dargestellt, hat die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 anstelle des Magneten 13 zwei Magnete 132A und 132B. Die zwei Magnete 132A und 132B befinden sich in einem vorgegebenen Abstand voneinander. Das zweite Magnetfeld MF2 in dem zweiten Modifizierungsbeispiel ist eine Zusammensetzung von Magnetfeldern, die von den zweiten Magneten 132A und 132B erzeugt werden. Jeder der Magnete 132A und 132B ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Die Magnete 132A und 132B sind an dem zweiten Halteelement 15 in dem Raum nahe der Stirnfläche 31A1 des Magneten 31A und der Stirnfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt, dargestellt in 3.
In 17 gibt der innerhalb des Magneten 132A eingezeichnete Pfeil die Magnetisierungsrichtung des Magneten 132A an, und der innerhalb des Magneten 132B eingezeichnete Pfeil gibt die Magnetisierungsrichtung des Magneten 132B an. Die Magnetisierungsrichtung von jedem der Magnete 132A und 132B ist eine Richtung parallel zu der Richtung, in der die Magnete 132A und 132B ausgerichtet sind. In dem in 17 dargestellten Beispiel ist der Relativwinkel θ gleich 135°.
Als nächstes wird das dritte Modifizierungsbeispiel unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die das dritte Modifizierungsbeispiel der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 12 darstellt. In dem dritten Modifizierungsbeispiel, wie in 18 dargestellt, hat die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 12 zwei Magnete 133A und 133B anstelle des Magneten 13. Die beiden Magnete 133A und 133B befinden sich in einem vorgegebenen Abstand voneinander. Das zweite Magnetfeld MF2 in dem dritten Modifizierungsbeispiel ist eine Zusammensetzung von Magnetfeldern, die von den beiden Magneten 133A und 133B erzeugt werden. Jeder der Magnete 133A und 133B ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Die Magnete 133A und 133B sind an dem zweiten Halteelement 15 in dem Raum nahe der Stirnfläche 31A1 des Magneten 31A und der Stirnfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt, wie in 3 dargestellt.
In 18 gibt der innerhalb des Magneten 133A eingezeichnete Pfeil die Magnetisierungsrichtung des Magneten 133A an, und der innerhalb der Magneten 133B eingezeichnete Pfeil gibt die Magnetisierungsrichtung des Magneten 133B an. Die Magnetisierungsrichtung des Magneten 133A ist die -Z-Achse. Die Magnetisierungsrichtung des Magneten 133B ist die Z-Richtung. In dem in 18 dargestellten Beispiel beträgt der Relativwinkel θ 135°.
[Zweite Ausführungsform ]
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Eine Positionserfassungsvorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform wird zur Erfassung der Linsenposition verwendet, wie die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Positionserfassungsvorrichtung 101 umfasst ein erstes Halteelement 114 und ein zweites Halteelement 115. Das erste Halteelement 114 ist plattenförmig und hat eine Oberseite 114a.
Nun sind die X-, Y- und Z-Richtung wie in 19 dargestellt definiert. Die X-, Y- und Z-Richtung sind zueinander orthogonal. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Z-Richtung eine Richtung senkrecht zu der Oberseite 114a des ersten Halteelements 114. In 19 ist die Z-Richtung die Richtung nach oben. Die X- und Y-Richtungen sind beide parallel zu der Oberseite 114a des ersten Halteelements 114. Ferner beziehen sich die -X, -Y, und-Z-Richtungen auf Richtungen, die den Richtungen X, Y bzw. Z entgegengesetzt sind.
Das zweite Halteelement 115 ist derart vorgesehen, dass seine Position in einer Richtung, insbesondere in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung, bezüglich dem ersten Haltelement 114 variabel ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Halteelement 115 eingerichtet, eine Linse (nicht dargestellt) halten zu können. Die nicht dargestellte Linse ist in einer Ausrichtung derart angeordnet, dass die Richtung ihrer optischen Achse parallel zu der Z-Richtung ist. Die Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) ist eingerichtet, das zweite Halteelement 115 in der Richtung parallel zu der Z-Richtung bewegen zu können.
Die Positionserfassungsvorrichtung 101 umfasst ferner eine erste Magnetfelderzeugungseinheit 111 zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds MF1, eine zweite Magnetfelderzeugungseinheit 112 zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds MF2, und einen Magnetsensor 20. Der Magnetsensor 20 ist an dem ersten Halteelement 114 befestigt. Der Magnetsensor 20 hat allgemein die gleiche Ausgestaltung wie jener der ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist die vorgegebene Erfassungsposition die Position, wo der Magnetsensor 20 platziert ist.
Die erste Magnetfelderzeugungseinheit 111 hat zwei Magnete 111A und 111 B, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden. Das erste Magnetfeld MF1 in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Zusammensetzung aus Magnetfeldern, die von den Magneten 111A und 111B erzeugt werden. Jeder der Magnete 111A und 111B ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Der Magnet 111A befindet sich in der -Y-Richtung vor dem Magnetsensor 20. Der Magnet 111B befindet sich in der Y-Richtung vor dem Magnetsensor 20. Die Magnete 111A und 111B sind an dem ersten Halteelement 114 befestigt. Die erste Magnetfelderzeugungseinheit 111 wird somit von dem ersten Halteelement 114 gehalten.
Die Magnete 111A und 111B haben Magnetisierungen in der -Y-Richtung. In 19 geben die innerhalb der Magnete 111A und 111B gezeichneten Pfeile die Magnetisierungsrichtung der Magnete 111A und 111B an. Das erste Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition verläuft ebenfalls in der -Y-Richtung. In 19 stellt der Pfeil MF1 das erste Magnetfeld MF1 an der Erfassungsposition dar.
Die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 112 ist derart vorgesehen, dass ihre Relativposition gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 111 variabel ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 112 einen Magneten 113. Das zweite Magnetfeld MF2 ist ein Magnetfeld, das von dem Magneten 113 erzeugt wird. Der Magnet 113 ist wie ein rechteckiger Festkörper geformt. Der Magnet 113 ist an dem zweiten Halteelement 115 an einer Position über dem Magnetsensor 20 befestigt. Die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 112 wird somit von dem zweiten Halteelement 115 gehalten. Wenn die Relativposition des zweiten Halteelements 115 gegenüber dem ersten Halteelement 114 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung variiert, variiert ebenfalls die Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit 112 gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit 111 in der Richtung parallel zu der Z-Richtung.
In 19 stellt der Pfeil MF2 das zweite Magnetfeld MF2 an der Erfassungsposition dar. Die erste Magnetfelderzeugungseinheit 111, die zweite Magnetfelderzeugungseinheit 112 und der Magnetsensor 20 sind derart vorgesehen, dass der Relativwinkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 mit der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 gebildet wird, größer als 90° und kleiner als 180° ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Relativwinkel durch Einstellen der Ausrichtung des Magneten 113 einstellbar. 19 veranschaulicht ein Beispiel, in dem Relativwinkel θ auf 135° eingestellt ist. In diesem Beispiel ist der Magnet 113 in einer Ausrichtung derart angeordnet, dass die Magnetisierung des Magneten 113 in der Richtung liegt, die von der -X-Richtung um 45 Grad hin zu der -Y-Richtung gedreht ist. In 19 gibt der innerhalb des Magneten 113 gezeichnete Pfeil die Magnetisierungsrichtung des Magneten 113 an. Der bevorzugte Bereich des Relativwinkels ist der gleiche wie jene in der ersten Ausführungsform.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedenen Modifizierungen vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die Formen und Orte der ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinheiten und der Ort des Magnetsensors 29 nicht auf die jeweiligen in den obenstehenden Ausführungsformen dargestellten Beispiele beschränkt, sondern können frei gewählt werden, solang die Anforderungen der beigefügten Ansprüche eingehalten werden.
Die Positionserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann dazu eingesetzt werden, nicht nur eine Linsenposition, sondern auch die Position eines beliebigen, sich in einer vorgegebenen Richtung bewegenden Objekts zu erfassen.
Offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre viele Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung denkbar. Deshalb wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen in anderen Ausführungsformen als den oben genannten, besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.

Claims

Eine Positionserfassungsvorrichtung (1), bestehend aus: einer ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds; einer zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds, wobei die zweite Magnetfelderzeugungseinheit (12) derart vorgesehen ist, dass ihre Relativposition gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) variabel ist; und einem Magnetsensor (20) zur Erfassung eines zu erfassenden Magnetfelds an einer vorgegebenen Erfassungsposition und Erzeugung eines Erfassungssignals, das einer Richtung des erfassten Magnetfelds entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass: das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) eine Stärke oder Richtung des ersten Magnetfelds an der Erfassungsposition oder eine Richtung des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition nicht variiert, sondern eine Stärke des zweiten Magnetfelds an der Erfassungsposition variiert; das zu erfassende Magnetfeld ein zusammengesetztes Magnetfeld aus den ersten und zweiten Magnetfeldern an der Erfassungsposition ist; und an der Erfassungsposition ein Relativwinkel, der von der Richtung des zweiten Magnetfelds mit der Richtung des ersten Magnetfelds gebildet wird, größer als 90° und kleiner als 180 ° ist.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Relativwinkel innerhalb eines Bereichs von 105° bis 165° liegt.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Relativwinkel innerhalb eines Bereichs von 105° bis 145° liegt.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Variieren der Relativposition der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) gegenüber der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11) einen Abstand zwischen der Erfassungsposition und der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12) variiert.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Magnetfelderzeugungseinheit (11) zwei Magnete (31A, 34A) umfasst, die sich an voneinander verschiedenen Positionen befinden, und das erste Magnetfeld eine Zusammensetzung aus zwei von den beiden Magneten (31A, 31B) erzeugten Magnetfeldern ist.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend ein erstes Halteelement (14) zum Halten der ersten Magnetfelderzeugungseinheit (11), und ein zweites Halteelement (15) zum Halten der zweiten Magnetfelderzeugungseinheit (12), wobei das zweite Halteelement (15) derart vorgesehen ist, dass seine Position gegenüber dem ersten Halteelement (14) in einer Richtung variabel ist.
Die Positionserfassungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei das zweite Halteelement (15) ausgelegt ist, eine Linse (5) zu halten, und derart vorgesehen ist, dass seine Position gegenüber dem ersten Halteelement (14) in einer Richtung einer optischen Achse der Linse (5) variabel ist.