DE102018128868A1

DE102018128868A1 - Magnetsensor und Magnetsensorsystem

Info

Publication number: DE102018128868A1
Application number: DE102018128868.9A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JP6620834B2; JP2019174196A; US11320285B2; CN110308409A; CN110308409B; US20190301894A1

Abstract

Ein Magnetsensor weist eine Magnetfeldkonversionseinheit, eine Magnetfelddetektionseinheit, und zwei Abschirmungen auf. Die Magnetfeldkonversionseinheit weist eine Vielzahl von Jochen auf. Jedes Joch ist derart geformt, dass es in einer Y-Richtung länglich ist, und ist eingerichtet, ein Eingangsmagnetfeld aufzunehmen und ein Ausgangsmagnetfeld auszugeben. Das Eingangsmagnetfeld enthält eine Eingangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer Z-Richtung, und eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung. Das Ausgangsmagnetfeld enthält eine Ausgangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer X-Richtung. Die Magnetfelddetektionseinheit erzeugt einen Detektionswert gemäß der Ausgangsmagnetfeldkomponente. Jede Abschirmung hat eine solche Form, dass ihre maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner als ihre maximale Abmessung in der X-Richtung ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor sowie ein Magnetsensorsystem, das den Magnetsensor aufweist.
Beschreibung der verwandten Technik
Magnetsensoren werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Ein Beispiel für Systeme, die Magnetsensoren enthalten, ist eine Positionsdetektionsvorrichtung, die einen Magnetsensor und einen Magneten aufweist, der in seiner Position bezüglich dem Magnetsensor variabel ist.
Beispiele von bekannten Magnetsensoren umfassen einen Magnetsensor, bei dem ein magnetoresistives Spin-Valve-Element zum Einsatz kommt, das auf einem Substrat bereitgestellt ist. Das magnetoresistive Spin-Valve-Element weist eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung, deren Richtung festgelegt ist, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß der Richtung eines angelegten Magnetfelds veränderlich ist, und eine Zwischenschicht auf, die zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist. In vielen Fällen ist das magnetoresistive Spin-Valve-Element, das auf einem Substrat bereitgestellt ist, eingerichtet, eine Empfindlichkeit gegenüber einem Magnetfeld in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats zu haben.
Hingegen kann ein System, das einen Magnetsensor aufweist, dazu dienen, ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche eines Substrats unter Verwendung eines magnetoresistiven Elements zu detektieren, das auf dem Substrat bereitgestellt ist. Ein Beispiel eines solchen Systems wird in US 2015/0192432 A1 beschrieben.
US 2015/0192432 A1 offenbart einen Magnetsensor zur Detektion der Position eines Magneten. Bei dem Magnetsensor sind magnetoresistive Elemente auf dem Substrat bereitgestellt, und der Magnet ist über dem Substrat bereitgestellt. Das Magnetsensor weist einen weichmagnetischen Körper auf, der zwischen dem Magneten und den magnetoresistiven Elementen bereitgestellt ist. Der weichmagnetische Körper wandelt eine senkrechte Magnetfeldkomponente eines durch den Magneten erzeugten Magnetfelds in eine Ausgangsmagnetfeldkomponente um und führt die Ausgangsmagnetfeldkomponente den magnetoresistiven Elementen zu. Bei der senkrechten Magnetfeldkomponente handelt es sich um eine Komponente in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats. Bei der Ausgangsmagnetfeldkomponente handelt es sich um eine Komponente in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats, gegenüber der die magnetoresistiven Elemente eine Empfindlichkeit haben.
Bei dem in US 2015/0192432 A1 beschriebenen Magnetsensor enthält das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld, das an den weichmagnetischen Körper und die magnetoresistiven Elemente angelegt wird, nicht nur die oben genannte senkrechte Magnetfeldkomponente, sondern auch eine horizontale Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats. In einem solchen Fall unterliegen die magnetoresistiven Elemente nicht nur der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die von dem weichmagnetischen Körper zugeführt wird, sondern auch der horizontalen Magnetfeldkomponente, die von dem Magneten erzeugt wird. Die Richtung der Ausgangsmagnetfeldkomponente und jene der horizontalen Magnetfeldkomponente sind zueinander orthogonal. Von den beiden Magnetfeldkomponenten ist es die Ausgangsmagnetfeldkomponente, die ursprünglich vorgesehen ist, von den magnetoresistiven Elementen detektiert zu werden. Falls die horizontale Magnetfeldkomponente stark ist, erleidet der Magnetsensor daher Probleme, die von der horizontalen Magnetfeldkomponente stammen, beispielsweise die Erzeugung eines Fehlers in dem Detektionswert des Magnetsensors, sowie eine Verringerung der Empfindlichkeit des Magnetsensors.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Magnetsensor mit einer Magnetfelddetektionseinheit und einer Magnetfeldkonversionseinheit anzugeben, wobei die Magnetfeld-Konversionseinheit eine Eingangsmagnetfeldkomponente in einer vorgegebenen Richtung eines Eingangsmagnetfelds in eine Ausgangsmagnetfeldkomponente umwandelt und die Ausgangsmagnetfeldkomponente der Magnetfelddetektionseinheit zuführt, wobei der Magnetsensor in der Lage ist, Probleme zu verhindern, die in dem Fall entstehen, bei dem das Eingangsmagnetfeld nicht nur die Eingangsmagnetfeldkomponente, sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer von der Richtung der Eingangsmagnetfeldkomponente verschiedenen Richtung enthält, sowie ein Magnetsensorsystem anzugeben, das einen derartigen Magnetsensor aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Magnetsensor weist eine Magnetfeldkonversionseinheit, eine Magnetfelddetektionseinheit, und zumindest eine Abschirmung auf, die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Die Magnetfeldkonversionseinheit weist zumindest ein Joch auf, das aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Das zumindest eine Joch ist eingerichtet, ein Eingangsmagnetfeld für den Magnetsensor aufzunehmen und ein Ausgangsmagnetfeld auszugeben. Das Eingangsmagnetfeld enthält eine Eingangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung. In einer Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet hat das zumindest eine Joch eine Form, die in einer zweiten, die erste Richtung schneidenden Richtung länglich ist. Das Ausgangsmagnetfeld enthält eine Ausgangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer dritten, die ersten und zweiten Richtungen schneidenden Richtung, wobei die Ausgangsmagnetfeldkomponente gemäß der Eingangsmagnetfeldkomponente variiert. Die Magnetfelddetektionseinheit ist eingerichtet, das Ausgangsmagnetfeld aufzunehmen und einen Detektionswert zu erzeugen, der gemäß der Ausgangsmagnetfeldkomponente variiert. In der Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet hat die zumindest eine Abschirmung eine derartige Form, dass ihre maximale Abmessung in der zweiten Richtung kleiner als ihre maximale Abmessung in der dritten Richtung ist, und ist derart angeordnet, dass sie die Magnetfeldkonversionseinheit und die Magnetfelddetektionseinheit überlappt.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor, in der Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet, befinden sich die Magnetfeldkonversionseinheit und die Magnetfeld-Detektionseinheit innerhalb des Umfangs der zumindest einen Abschirmung.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor können die ersten, zweiten und dritten Richtungen orthogonal zueinander sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor kann die Magnetfelddetektionseinheit zumindest ein magnetoresistives Element aufweisen. Das zumindest eine magnetoresistive Element weist eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, auf. In einem solchen Fall kann der Detektionswert gemäß einem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht mit der Richtung der Magnetisierung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, variieren. Die Richtung der Magnetisierung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung kann parallel zu der dritten Richtung sein.
Die Magnetfelddetektionseinheit kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, wobei der erste Teil und der zweite Teil so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt sind, wobei der mittige Querschnitt ein Querschnitt senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch einen Mittelpunkt in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs verläuft.
Das zumindest eine magnetoresistive Element kann ein erstes magnetoresistives Element, das in dem ersten Teil der Magnetfelddetektionseinheit enthalten ist, und ein zweites magnetoresistives Element, das in dem zweiten Teil der Magnetfelddetektionseinheit enthalten ist, aufweisen. Das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element sind so angeordnet, dass sie symmetrisch zu dem mittigen Querschnitt und zueinander in Reihe geschaltet sind.
Der erste Teil und der zweite Teil können voneinander verschiedene Teile des zumindest einen magnetoresistiven Elements sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor kann die Magnetfelddetektionseinheit einen Stromversorgungsanschluss, der eingerichtet ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Masseanschluss, der mit einer Masse verbunden ist, einen Ausgangsanschluss, einen ersten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem Ausgangsanschluss bereitgestellt ist, und einen zweiten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Masseanschluss bereitgestellt ist, aufweisen. Jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, wobei der erste Teil und der zweite Teil so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt sind, wobei der mittige Querschnitt ein Querschnitt ist, der senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch eine Mitte in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs verläuft.
Jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte kann zumindest ein magnetoresistives Element aufweisen. Das zumindest eine magnetoresistive Element weist eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, auf. In einem solchen Fall hängt der Detektionswert von einem elektrischen Potential an dem Ausgangsanschluss ab.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor kann die Magnetfeld-Detektionseinheit einen Stromversorgungsanschluss, der eingerichtet ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Masseanschluss, der mit einer Masse verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss, einen zweiten Ausgangsanschluss, einen ersten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss bereitgestellt ist, einen zweiten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und dem Masseanschluss bereitgestellt ist, einen dritten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss bereitgestellt ist, und einen vierten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss und dem Masseanschluss bereitgestellt ist, aufweisen. Jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen, wobei der erste Teil und der zweite Teil so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt sind, wobei der mittige Querschnitt ein Querschnitt ist, der senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch eine Mitte in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs verläuft.
Jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte kann zumindest ein magnetoresistives Element aufweisen. Das zumindest eine magnetoresistive Element weist eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, auf. In einem solchen Fall kann der Detektionswert von einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss abhängen.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensor kann das Eingangsmagnetfeld zusätzlich zu der Eingangsmagnetfeldkomponente eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung enthalten.
Ein erfindungsgemäßes Magnetsensorsystem weist den Magnetsensor der vorliegenden Erfindung sowie eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines vorgegebenen Magnetfelds auf. Der Magnetsensor und die Magnetfelderzeugungseinheit sind eingerichtet, so dass ein Teilmagnetfeld an dem Magnetsensor angelegt wird, wobei das Teilmagnetfeld ein Teil des vorgegebenen Magnetfelds ist. Das Teilmagnetfeld enthält eine erste Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung. Das Eingangsmagnetfeld ist das Teilmagnetfeld. Die Eingangsmagnetfeldkomponente ist die erste Magnetfeldkomponente.
Bei dem erfindungsgemäßen Magnetsensorsystem können der Magnetsensor und die Magnetfelderzeugungseinheit eingerichtet sein, so dass die erste Magnetfeldkomponente variiert, so wie die Position der Magnetfelderzeugungseinheit gegenüber dem Magnetsensor variiert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Magnetsensor sowie dem erfindungsgemäßen Magnetsensorsystem dient die Bereitstellung der zumindest einen Abschirmung zur Verhinderung des Problems, das in dem Fall entsteht, bei dem das Eingangsmagnetfeld nicht nur die Eingangsmagnetfeldkomponente sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer von der Richtung der Eingangsmagnetfeldkomponente verschiedenen Richtung enthält.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kameramoduls, das ein Magnetsensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist.
2 veranschaulicht eine schematische Innenansicht des Kameramoduls aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebsvorrichtung des Kameramoduls aus 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Spulen der Antriebsvorrichtung aus 1.
5 ist eine Seitenansicht, die die wesentlichen Teile der Antriebsvorrichtung aus 1 zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die die wesentlichen Teile des Magnetsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Draufsicht des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Seitenansicht des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
10 ist eine Schaltungsdiagramm, das die Schaltungsausgestaltung einer Magnetfelddetektionseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Verdrahtungsabschnitts und des magnetoresistiven Elements der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
12 ist eine perspektivische Ansicht des magnetoresistiven Elements der ersten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist ein Erläuterungsdiagramm, um die Beziehung zwischen einer Detektionsziel-Position und einem Eingangsmagnetfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
14 ist ein Erläuterungsdiagramm, um die Beziehung zwischen der Detektionsziel-Position und dem Eingangsmagnetfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
15 ist ein Erläuterungsdiagramm, um die Beziehung zwischen der Detektionsziel-Position und dem Eingangsmagnetfeld in der Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben.
16 ist ein Funktionsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Detektionsziel-Position und den drei Richtungen des Eingangsmagnetfelds in der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors eines Vergleichsbeispiels.
18 ist eine Draufsicht des Magnetsensors des Vergleichsbeispiels.
19 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Fluss eines magnetischen Flusses darstellt, wenn eine zweite Magnetfeldkomponente an den Magnetsensor des Vergleichsbeispiels angelegt wird.
20 ist ein Erläuterungsdiagramm, um die Probleme des Vergleichsbeispiels zu beschreiben.
21 ist ein Erläuterungsdiagramm, um den Fluss eines magnetischen Flusses zu veranschaulichen, wenn die zweite Magnetfeldkomponente an den Magnetsensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung angelegt wird.
22 ist ein Erläuterungsdiagramm, um die Wirkung der ersten Ausführungsform zu beschreiben.
23 ist ein Funktionsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Form einer Abschirmung und der Fähigkeit der Abschirmung zeigt.
24 ist eine Draufsicht eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst erfolgt eine Bezugnahme auf 1 und 2, um die Ausgestaltung eines Kameramoduls mit einem Magnetsensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Kameramoduls 100. 2 veranschaulicht eine schematische Innenansicht des Kameramoduls 100. Zum besseren Verständnis sind in 2 die Teile des Kameramoduls 100 in einem anderen Maßstab und mit einem anderen Layout dargestellt als jene in 1. Das Kameramodul 100 stellt beispielsweise einen Teil einer Kamera für ein Smartphone mit einem optischen Bildstabilisierungsmechanismus und einem Autofokusmechanismus dar, und wird in Kombination mit einem Bildsensor 200 genutzt, bei dem ein CMOS oder andere ähnliche Techniken zum Einsatz kommen.
Das Kameramodul 100 weist eine Antriebsvorrichtung 3, eine Linse 5, ein Gehäuse 6 und ein Substrat 7 auf. Die Antriebsvorrichtung 3 dient zum Bewegen der Linse 5. Die Antriebsvorrichtung 3 weist das Magnetsensorsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf. Das Magnetsensorsystem wird später beschrieben. Das Gehäuse 6 dient dem Schutz der Antriebsvorrichtung 3. Das Substrat 7 hat eine Oberseite 7a. In 1 entfällt die Darstellung des Substrats 7, und in 2 entfällt die Darstellung des Gehäuses 6.
Wir definieren nun die X-,Y-, und Z-Richtung wie in 1 und 2 dargestellt. Die X-, Y-, und Z-Richtung sind zueinander orthogonal. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Z-Richtung eine zur Oberseite 7a des Substrats 7 senkrechte Richtung. In 2 ist die Z-Richtung die Richtung nach oben. Die X- und Y-Richtung sind beide parallel zur Oberseite 7a des Substrats 7. Die zur X-, Y-, und Z-Richtung entgegengesetzten Richtungen werden jeweils als die negative X-, Y-, und Z-Richtung bezeichnet. Wenn vorliegend verwendet, bezieht sich der Begriff „über“/„oberhalb“ auf Richtungen, die sich in Z-Richtung vor einer Referenzposition befinden, und „unter“/„unterhalb“ bezieht sich auf Positionen, die auf einer Seite der Referenzposition gegenüberliegend von „über“ bzw. „oberhalb“ liegen.
Die Linse 5 ist oberhalb der Oberseite 7a des Substrats 7 in einer Ausrichtung derart angeordnet, dass die Richtung ihrer optischen Achse parallel zur Z-Richtung ist. Das Substrat 7 hat eine Öffnung (nicht dargestellt) für den Durchtritt von Licht, das durch die Linse 5 gelangt ist. Wie in 2 gezeigt ist das Kameramodul 100 mit dem Bildsensor 200 ausgerichtet, so dass Licht, das durch die Linse 5 und die nicht dargestellte Öffnung gelangt ist, in den Bildsensor 200 gelangen wird.
Die Antriebsvorrichtung 3 gemäß der Ausführungsform wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Antriebsvorrichtung 3. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Spulen der Antriebsvorrichtung 3. 5 ist eine Seitenansicht, die die wesentlichen Teile der Antriebsvorrichtung 3 veranschaulicht.
Die Antriebsvorrichtung 3 weist ein erstes Halteelement 14, ein zweites Halteelement 15, eine Vielzahl erster Drähte 16 und eine Vielzahl zweiter Drähte 17 auf. Das zweite Halteelement 15 dient zum Halten der Linse 5. Obgleich nicht dargestellt, hat das zweite Halteelement 15 die Form eines Hohlzylinders, so dass die Linse 5 in den Hohlraum eingesetzt werden kann.
Das zweite Halteelement 15 ist derart vorgesehen, dass seine Position in einer Richtung, konkret in der Richtung der optischen Achse der Linse 5, d.h. in einer Richtung parallel zur Z-Achsenrichtung, bezüglich dem ersten Halteelement 14 variabel ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Halteelement 14 wie ein Kasten geformt, so dass die Linse 5 und das zweite Halteelement 15 in diesem aufgenommen werden können. Die Vielzahl zweiter Drähte 17 verbinden das erste und das zweite Halteelement 14 und 15 und lagern das zweite Halteelement 15 derart, dass das zweite Halteelement 15 gegenüber dem ersten Halteelement 14 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung bewegbar ist.
Das erste Halteelement 14 ist oberhalb der Oberseite 7a des Substrats 7 derart vorgesehen, dass seine Position bezüglich dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zur X-Richtung und in einer Richtung parallel zur Y-Richtung variabel ist. Die Vielzahl erster Drähte 16 verbindet das Substrat 7 und das erste Halteelement 14 und lagert das erste Halteelement 14 derart, dass das erste Halteelement 14 bezüglich dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zur X-Richtung und in einer Richtung parallel zur Y-Richtung bewegbar ist. Variiert die Position des ersten Halteelements 14 bezüglich dem Substrat 7, so variiert die Position des zweiten Haltelements 15 bezüglich dem Substrat 7 ebenfalls.
Die Antriebsvorrichtung 3 weist ferner die Magnete 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A und 34B sowie die Spulen 41, 42, 43, 44, 45 und 46 auf. Der Magnet 31A befindet sich vor der Linse 5 in der negativen Y-Richtung. Der Magnet 32A befindet sich vor der Linse 5 in der Y-Richtung. Der Magnet 33A befindet sich vor der Linse 5 in der negativen X-Richtung. Der Magnet 34A befindet sich vor der Linse 5 in der X-Richtung. Die Magnete 31B, 32B, 33B und 34B befinden sich oberhalb der Magnete 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 gezeigt haben die Magnete 31A, 31B, 32A und 32B jeweils die Form eines rechtwinkligen Festkörpers, der in der X-Richtung lang ist. Die Magnete 33A, 33B, 34A und 34B haben jeweils die Form eines rechtwinkligen Festkörpers, der in der Y-Richtung lang ist. Die Magnete 31A und 32B sind in der Y-Richtung magnetisiert. Die Magnete 31B und 32A sind in der negativen Y-Richtung magnetisiert. Die Magnete 33A und 34B sind in der X-Richtung magnetisiert. Die Magnete 33B und 34A sind in der negativen X-Richtung magnetisiert. In den 1 und 3 sind die Magnetisierungsrichtungen der Magnete 31A, 31B, 32B, 33B, 34A und 34B durch die Pfeile dargestellt, die so gezeichnet sind, dass sie die jeweiligen Magnete überlappen. In 5 sind die Magnetisierungsrichtungen der Magnete 31A und 31B durch die Pfeile dargestellt, die innerhalb der Magnete 31A und 31B eingezeichnet sind.
Der Magnet 31A hat eine Endfläche 31A1, die sich an dem Ende in der X-Richtung des Magneten 31A befindet. Der Magnet 34A hat eine Endfläche 34A1, die sich an dem Ende in der negativen Y-Richtung des Magneten 34A befindet.
Die Spule 41 befindet sich zwischen dem Magnet 31A und dem Substrat 7. Die Spule 42 befindet sich zwischen dem Magnet 32A und dem Substrat 7. Die Spule 43 befindet sich zwischen Magnet 33A und dem Substrat 7. Die Spule 44 befindet sich zwischen dem Magnet 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 hauptsächlich einem von dem Magnet 31A erzeugten Magnetfeld ausgesetzt. Die Spule 42 ist hauptsächlich einem von dem Magnet 32A erzeugten Magnetfeld ausgesetzt. Die Spule 43 ist hauptsächlich einem von dem Magnet 33A erzeugten Magnetfeld ausgesetzt. Die Spule 44 ist hauptsächlich einem von dem Magnet 34A erzeugten Magnetfeld ausgesetzt.
Wie in den 2, 4 und 5 gezeigt, umfasst die Spule 45 einen ersten Leiterabschnitt 45A, der sich entlang des Magnets 31A in der X-Richtung erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 45B, der sich entlang des Magnets 31B in der X-Richtung erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die den ersten und den zweiten Leiterabschnitt 45A und 45B verbinden. Wie in den 2 und 4 gezeigt, umfasst die Spule 46 einen ersten Leiterabschnitt 46A, der sich entlang des Magnets 32A in der X-Richtung erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 46B, der sich entlang des Magnets 32B in der X-Richtung erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die den ersten und den zweiten Leiterabschnitt 46A und 46 B verbinden.
Der erste Leiterabschnitt 45A der Spule 45 ist hauptsächlich einer Komponente in Y-Richtung des von dem Magnet 31A erzeugten Magnetfelds ausgesetzt. Der zweite Leiterabschnitt 45B der Spule 45 ist hauptsächlich einer Komponente in negativer Y-Richtung des von dem Magnet 31B erzeugten Magnetfelds ausgesetzt. Der erste Leiterabschnitt 46A der Spule 46 ist hauptsächlich einer Komponente in der negativen Y-Richtung des von dem Magnet 32A erzeugten Magnetfelds ausgesetzt. Der zweite Leiterabschnitt 46B der Spule 46 ist hauptsächlich einer Komponente in der Y-Richtung des von dem Magnet 32B erzeugten Magnetfelds ausgesetzt.
Die Antriebsvorrichtung 3 weist ferner einen Magnetsensor 30, der an der Innenseite von einer der Spulen 41 und 42 angeordnet ist und an dem Substrat 7 befestigt ist, und einen Magnetsensor 30 auf, der an der Innenseite von einer der Spulen 43 und 44 angeordnet und an dem Substrat 7 befestigt ist. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass die zwei Magnetsensoren 30 an den Innenseiten der Spule 41 bzw. 44 angeordnet sind. Wie später beschrieben wird, werden die zwei Magnetsensoren 30 verwendet, um die Positionen der Linse 5 zu verstellen, um den Effekt einer durch eine Hand herbeigeführten Kameraruckeins zu verringern.
Der an der Innenseite der Spule 41 angeordnete Magnetsensor 30 detektiert das von dem Magnet 31A erzeugte Magnetfeld und erzeugt einen Detektionswert entsprechend der Position des Magnets 31A. Der an der Innenseite der Spule 44 angeordnete Magnetsensor 30 detektiert das durch den Magnet 34A erzeugte Magnetfeld und erzeugt einen Detektionswert entsprechend der Position des Magnets 34A. Die Ausgestaltung der Magnetsensoren 30 wird später beschrieben.
Die Antriebsvorrichtung 3 weist ferner einen Magnet 13 und einen Magnetsensor 20 auf. Der Magnetsensor 20 wird dazu verwendet, die Position der Linse 5 während der automatischen Fokussierung zu detektieren. Der Magnetsensor 20 ist an dem Substrat 7 an einer Position nahe der Endfläche 31A1 des Magneten 31A und der Endfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt. Zum Beispiel ist der Magnetsensor 20 aus Elementen zur Detektion von Magnetfeldern, beispielsweise magnetoresistiven Elementen, aufgebaut.
Der Magnet 13 ist oberhalb des Magnetsensors 20 angeordnet und an dem zweiten Haltelement 15 befestigt. Das Magnet 13 ist in der Form eines rechtwinkligen Festkörpers. Wenn die Position des zweiten Halteelements 15 gegenüber dem ersten Halteelement 14 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung variiert, variiert auch die Position des Magneten 13 gegenüber dem ersten Halteelement 14 in der Richtung parallel zu der Z-Richtung.
Es erfolgt nun eine Bezugnahme auf die 2 bis 5, um die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 zu beschreiben. Die Antriebsvorrichtung 3 stellt einen Teil eines Mechanismus zur optischen Bildstabilisierung und Autofokussierung dar. Solche Mechanismen werden zuerst kurz beschrieben. Eine Steuerungseinheit (nicht dargestellt) außerhalb des Kameramoduls 100 steuert die Antriebsvorrichtung 3, den Mechanismus zur optischen Bildstabilisierung und den Autofokusmechanismus.
Der optische Bildstabilisierungsmechanismus ist eingerichtet, um Hand-induziertes Kameraruckeln zu detektieren, beispielsweise mithilfe eines Gyrosensors außerhalb des Kameramoduls 100. Bei Detektion eines Hand-induzierten Kamerawackelns durch den optischen Bildstabilisierungsmechanismus steuert die Steuerungseinheit die Antriebsvorrichtung 3 dahingehend, die Position der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 abhängig von der Art des Kameraruckeins zu variieren. Dies stabilisiert die absolute Position der Linse 5, um die Wirkung des Kamerawackelns zu minimieren. Die Position der Linse 5 bezüglich dem Substrat 7 variiert in einer Richtung parallel zu der X-Richtung oder parallel zu der Y-Richtung, abhängig vom Modus des Kamerawackeins.
Der Autofokusmechanismus ist eingerichtet, einen Zustand zu detektieren, bei dem ein Fokus auf das Objekt erzielt wird, beispielsweise mithilfe eines Bildsensors 200 oder eines Autofokussensors. Mithilfe der Antriebsvorrichtung 3 variiert die (nicht dargestellte) Steuerungseinheit die Position der Linse 5 bezüglich dem Substrat 7 in einer zur Z-Richtung parallelen Richtung, um einen Fokus auf das Objekt zu erzielen. Dies erlaubt eine automatische Fokussierung auf das Objekt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 hinsichtlich des optischen Bildstabilisierungsmechanismus. Wenn durch die nicht-dargestellte Steuerungseinheit Ströme 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 zur Y-Richtung aufgrund von Wechselwirkung zwischen den von den Magneten 31A und 32A erzeugten Magnetfeldern und den von den Spulen 41 und 42 erzeugten Magnetfeldern. Im Ergebnis bewegt sich die Linse 5 ebenfalls in der zur Y-Richtung parallelen Richtung. Werden hingegen Ströme mittels der nicht-dargestellten Steuerungseinheit durch die Spulen 43 und 44 geleitet, bewegt sich das erste Halteelement 14 mit den daran befestigten Magneten 33A und 34A in einer zur X-Richtung parallelen Richtung aufgrund der Wechselwirkung zwischen den von den Magneten 33A und 34A erzeugten Magnetfeldern und den von den Spulen 43 und 44 erzeugten Magnetfeldern. Im Ergebnis bewegt sich die Linse 5 auch in der zur X-Richtung parallelen Richtung. Die nicht dargestellte Steuerungseinheit detektiert die Position der Linse 5 durch Messsignale, die den Positionen der Magnete 31A und 34A entsprechen, die von den zwei Magnetsensoren 30 erzeugt werden.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 hinsichtlich des Autofokusmechanismus beschrieben. Um die Position der Linse 5 bezüglich dem Substrat 7 in der Z-Richtung zu bewegen, leitet die (nicht dargestellte) Steuerungseinheit einen Strom durch die Spule 45, so dass der Strom den ersten Leiterabschnitt 45A in der X-Richtung durchfließt und den zweiten Leiterabschnitt 45B in der -X-Richtung durchfließt, und leitet einen Strom durch die Spule 46, so dass der Strom den ersten Leiterabschnitt 46A in der -X-Richtung durchfließt und den zweiten Leiterabschnitt 46B in der X-Richtung durchfließt. Diese Ströme und die von den Magneten 31A, 31B, 32A und 32B erzeugten Magnetfelder bewirken, dass eine Lorentzkraft in der Z-Richtung auf den ersten und zweiten Leiterabschnitt 45A und 45B der Spule 45 und den ersten und zweiten Leiterabschnitt 46A und 46B der Spule 46 wirkt. Dies bewirkt, dass sich das erste Halteelement 15 mit den daran befestigten Spulen 45 und 46 in die Z-Richtung bewegt. Im Ergebnis bewegt sich die Linse 5 ebenfalls in die Z-Richtung.
Um die Position der Linse 5 bezüglich dem Substrat 7 in der -Z-Richtung zu bewegen, leitet die (nicht dargestellte) Steuerungseinheit Ströme durch die Spulen 45 und 46, in Richtungen entgegengesetzt zu jenen im Falle der Bewegung der Position der Linse 5 bezüglich dem Substrat 7 in der Z-Richtung.
Wenn die Position der Linse 5 gegenüber dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung variiert, variiert auch die Position des Magneten 13 gegenüber dem Magnetsensor 20 in der Richtung parallel zu der Z-Richtung. Der Magnetsensor 20 detektiert zumindest ein Magnetfeld, das von dem Magneten 13 erzeugt wird, und erzeugt ein Signal entsprechend der Position des Magneten 13. Die nicht dargestellte Steuerungseinheit detektiert die Position der Linse 5 durch Messung des Signals, das von dem Magnetsensor 20 erzeugt wurde.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine schematische Ausgestaltung des Magnetsensorsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Magnetsensorsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen Magnetsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines vorgegebenen Magnetfelds auf. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Magnetsensor 30, der auf der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, oder der Magnetsensor 30, der auf der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist, dem Magnetsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei dem Magnetsensorsystem, bei dem der Magnetsensor 30 auf der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, entspricht der Magnet 31A der Magnetfelderzeugungseinheit. Bei dem Magnetsensorsystem, bei dem der Magnetsensor 30 auf der Innenseite der Spule 44 angeordnet, entspricht der Magnet 34A der Magnetfelderzeugungseinheit.
Es wird nun Bezug genommen auf 6, um das Magnetsensorsystem 101 zu beschreiben, bei dem der Magnetsensor 30 auf der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die wesentlichen Teile des Magnetsensorsystems 101 darstellt. Zum erleichterten Verständnis wurde die Spule 41 in 6 nicht eingezeichnet, und der Magnet 31A ist in einem anderen Maßstab und an einem anderen Ort als jene in den 1 bis 3 und 5 eingezeichnet. Falls nicht anderweitig angegeben, wird nachfolgend der Magnetsensor 30, der auf der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, einfach als Magnetsensor 30 bezeichnet, und kann auch als Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet werden.
Der Magnetsensor 30 und die Magnetfelderzeugungseinheit, also der Magnet 31A, sind eingerichtet, so dass ein Teilmagnetfeld an dem Magnetsensor 30 angelegt wird. Das Teilmagnetfeld ist Teil des von dem Magneten 31A erzeugten Magnetfelds. Das Teilmagnetfeld enthält eine erste Magnetfeldkomponente Hz parallel zu der Z-Richtung und eine zweite Magnetfeldkomponente Hy parallel zu der Y-Richtung. Die Z-Richtung entspricht der ersten Richtung in der vorliegenden Erfindung. Die Y-Richtung entspricht der zweiten Richtung in der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, ist der Magnet 31A in der Y-Richtung magnetisiert, und die zweite Magnetfeldkomponente Hy liegt in der negativen Y-Richtung. In 6 ist die erste Magnetfeldkomponente Hz dargestellt, wenn sich der Magnet 31A von der in 5 gezeigten Position in die Y-Richtung bewegt hat.
Wie oben beschrieben ist der Magnetsensor 30 an dem Substrat 7 befestigt, und der Magnet 31A ist an dem ersten Halteelement 14 befestigt (siehe 2). Wenn die Position des ersten Halteelements 14 gegenüber dem Substrat 7 in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung variiert, variiert auch die Position des Magneten 31A gegenüber der Magnetsensor 30 in der Richtung parallel zu der Y-Richtung. Der Detektionswert des Magnetsensors 30 entspricht der Position des Magneten 31A gegenüber dem Magnetsensor 30 in der Richtung parallel zu der Y-Richtung. Nachfolgend wird die Position des Magneten 31A gegenüber dem Magnetsensor 30 in der Richtung parallel zu der Y-Richtung auch als die Detektionszielposition bezeichnet. Das Magnetsensorsystem 101 ist eine Positionsdetektionsvorrichtung zur Detektion der Detektionszielposition.
Das Magnetsensor 30 und der Magnet 31A sind ebenfalls eingerichtet, so dass die erste Magnetfeldkomponente Hz variiert, wenn die Detektionszielposition variiert. In der vorliegenden Ausführungsform variiert die erste Magnetfeldkomponente Hz, wenn sich das erste Halteelement 14 in der Richtung parallel zu der Y-Richtung bewegt, um die Detektionsziel-Position zu variieren.
Nun wird der Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetsensors 30. 8 ist eine Draufsicht des Magnetsensors 30. 9 ist eine Seitenansicht des Magnetsensors 30. Der Magnetsensor 30 weist eine Magnetfeldkonversionseinheit 50 und eine Magnetfelddetektionseinheit 60 auf.
Die Magnetfeldkonversionseinheit 50 weist zumindest ein Joch auf, das aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. In einer Richtung parallel zur Z-Richtung betrachtet, z.B. von oben betrachtet, weist das zumindest eine Joch eine Form auf, die in der Y-Richtung länglich ist. Das zumindest eine Joch ist eingerichtet, ein Eingangsmagnetfeld aufzunehmen und ein Ausgangsmagnetfeld auszugeben. Das Eingangsmagnetfeld enthält eine Eingangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Eingangsmagnetfeld das vorgenannte Teilmagnetfeld. Die Eingangsmagnetfeldkomponente ist die vorgenannte erste Magnetfeldkomponente Hz (vergleiche 6). Das Ausgangsmagnetfeld enthält eine Ausgangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der X-Richtung. Die Ausgangsmagnetfeldkomponente variiert gemäß der Eingangsmagnetfeldkomponente, also der ersten Magnetfeldkomponente Hz. Die X-Richtung entspricht der dritten Richtung in der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Richtung (die Z-Richtung), die zweite Richtung (die Y-Richtung), und die dritte Richtung (die X-Richtung) orthogonal zueinander. Das Eingangsmagnetfeld enthält neben der Eingangsmagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz) die zweite Magnetfeldkomponente Hy, bei der es sich um eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung handelt.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 7 und 8 dargestellt, weist die Magnetfeldkonversionseinheit 50 eine Vielzahl von Jochen 51 als das zumindest eine Joch auf. Die Joche 51 sind in der X-Richtung ausgerichtet. Die Joche 51 haben jeweils die Form eines rechtwinkligen Festkörpers, der in der Y-Richtung länglich ist. Die Joche 51 haben eine identische Form.
Die Magnetfelddetektionseinheit 60 ist eingerichtet, das Ausgangsmagnetfeld aufzunehmen und einen Detektionswert zu erzeugen, der gemäß der Eingangsmagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz) und der Ausgangsmagnetfeldkomponente variiert. Die Magnetfelddetektionseinheit 60 weist zumindest ein magnetoresistives (MR) Element 220 auf. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Magnetfelddetektionseinheit 60 eine Vielzahl von MR-Elementen 220 als das zumindest eine MR-Element 220 auf.
Wie später ausführlich beschrieben werden wird, bildet die Vielzahl von MR-Elementen 220 eine Vielzahl von Elementzügen. Jeder der Vielzahl von Elementzügen wird aus zwei oder mehr MR-Elementen 220 gebildet, die in der Y-Richtung ausgerichtet sind. Zwei Elementzüge sind einem Joch 51 zugeordnet. Die beiden Elementzüge sind nahe dem Ende in der negativen Z-Richtung des Jochs 51 angeordnet und liegen einander in der X-Richtung gegenüber, wobei sich das Joch 51 zwischen ihnen befindet. Bei dem in den 7 und 8 dargestellten Beispiel gibt es acht Joche 51, und sechzehn Elementzüge. Jeder Elementzug ist aus vier MR-Elementen 220 gebildet.
Wie in 8 dargestellt weist die Magnetfelddetektionseinheit 60 ferner einen ersten Widerstandsabschnitt 61, einen zweiten Widerstandsabschnitt 62, einen dritten Widerstandsabschnitt 63, und einen vierten Widerstandsabschnitt 64 auf. Jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 weist zumindest ein MR-Element 220 auf. Die Ausgestaltung der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 wird später ausführlich beschrieben.
Der Magnetsensor 30 weist ferner zumindest eine Abschirmung auf, die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. In einer Richtung parallel zu der Z-Richtung betrachtet, z.B. von oben gesehen, weist die zumindest eine Abschirmung eine derartige Form auf, dass ihre maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner als ihre maximale Abmessung in der X-Richtung ist. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 7 bis 9 dargestellt, weist der Magnetsensor 30 eine Abschirmung 71 und eine Abschirmung 72 als die zumindest eine Abschirmung auf. Die Abschirmung 71 befindet sich oberhalb der Magnetfeld-Konversionseinheit 50 und der Magnetfelddetektionseinheit 60. Die Abschirmung 72 befindet sich unterhalb der Magnetfeldkonversionseinheit 50 und der Magnetfelddetektionseinheit 60. In 8 wird auf die Darstellung der Abschirmung 71 verzichtet. Die Abschirmungen 71 und 72 sind jeweils plattenförmig. In einer Richtung parallel zu der Z-Richtung betrachtet, also z.B. von oben betrachtet, sind die Abschirmungen 71 und 72 rechtwinklig und in der X-Richtung lang.
In einer Richtung parallel zu der Z-Richtung betrachtet, z.B. von oben gesehen, sind die Abschirmungen 71 und 72 derart angeordnet, dass die die Magnetfeldkonversionseinheit 50 und die Magnetfelddetektionseinheit 60 überlappen. Von oben betrachtet befinden sich die Magnetfeldkonversionseinheit 50 und die Magnetfelddetektionseinheit 60 innerhalb des Umfangs der Abschirmungen 71 und 72. Wie in 9 dargestellt kann die Abschirmung 71 mit der Vielzahl von Jochen 51 der Magnetfeldkonversionseinheit 50 in Kontakt stehen.
Hierbei wird ein Bereich, der mit der Abschirmung 72 von oben betrachtet zusammenfällt, als Abschirmungsprojektionsbereich bezeichnet. Von dem Abschirmungsprojektionsbereich wird ein Teil von dem Mittelpunkt in der X-Richtung zu dem Ende in der negativen X-Richtung als ein linker Bereich bezeichnet, und ein Teil von dem Mittelpunkt in der X-Richtung zu dem Ende in der X-Richtung wird als rechter Bereich bezeichnet.
Bei dem in den 7 und 8 dargestellten Beispiel befinden sich vier der acht Joche 51 in dem linken Bereich, und die übrigen vier Joche 51 befinden sich in dem rechten Bereich.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält das Eingangsmagnetfeld neben der Eingangsmagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz) die zweite Magnetfeldkomponente Hy. Bei der zweiten Magnetfeldkomponente handelt es sich um eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, die von der Richtung der Eingangsmagnetfeldkomponente verschieden ist. Ein Hauptrolle der Abschirmungen 71 und 72 dient der Absorption von magnetischen Flüssen entsprechend der zweiten Magnetfeldkomponente Hy und der Verringerung der Stärke eines Magnetfelds in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung, die sich aus der zweiten Magnetfeldkomponente Hy ergibt und an der Magnetfelddetektionseinheit 60 angelegt wird.
Die Abschirmungen 71 und 72 sind aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Ein Beispiel des weichmagnetischen Materials ist NiFe. Wenn NiFe eingesetzt wird, um die Abschirmungen 71 und 72 zu bilden, ist es bevorzugt, NiFe mit einer Zusammensetzung zu verwenden, die den thermischen Ausdehnungskoeffizienten verringert, konkret eine Zusammensetzung, bei der der Anteil von Ni 35 bis 60 Gewichtsprozent beträgt, um dadurch die Belastung durch Wärme für die Abschirmungen 71 und 72 zu verringern. Ferner ist es im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften der Abschirmungen 71 und 72 bevorzugt, NiFe mit einer Zusammensetzung zu verwenden, bei der der Anteil von Ni 40 bis 60 Gewichtsprozent beträgt.
Eine der Leistungsanforderungen für die Abschirmungen 71 und 72 ist eine hohe maximale Absorption des magnetischen Flusses. Die maximale Absorption des magnetischen Flusses von jeder der Abschirmungen 71 und 72 ist etwa proportional zu dem Produkt der Sättigungsmagnetisierung und der Dicke (Abmessung in der Z-Richtung) der Abschirmung. Um die Leistung für jede der Abschirmungen 71 und 72 sicherzustellen, ist das Produkt der Sättigungsmagnetisierung und der Dicke, also das magnetische Moment pro Flächeneinheit von jeder Abschirmung bevorzugt größer oder gleich 0,6 emu/cm².
Der Magnetsensor 30 weist ferner einen Verdrahtungsabschnitt 80 zum elektrischen Verbinden der Vielzahl von MR-Elementen 220 auf. In den 7 und 8 wird auf die Darstellung des Verdrahtungsabschnitts 80 verzichtet.
Obgleich dies nicht dargestellt ist, weist der Magnetsensor 30 ferner ein Sensorsubstrat und einen Isolierungsabschnitt auf. Die Abschirmung 71 ist auf dem Sensorsubstrat angeordnet. Der Isolierungsabschnitt ist aus einem Isolierungsmaterial gebildet und bedeckt die Abschirmungen 71 und 72, die MR-Elemente 220 und den Verdrahtungsabschnitt 80.
Es wird nun Bezug genommen auf die 8 bis 10, um die Schaltungsausgestaltung der Magnetfelddetektionseinheit 60 zu beschreiben. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Schaltungskonfiguration der Magnetfelddetektionseinheit 60 darstellt. Die Magnetfelddetektionseinheit 60 weist ferner einen Stromversorgungsanschluss V, der eingerichtet ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Masseanschluss G, der mit der Masse verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss E1, und einen zweiten Ausgangsanschluss E2 auf. Der Widerstandsabschnitt 61 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgangsanschluss E1 bereitgestellt. Der zweite Widerstandsabschnitt 62 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G dargestellt. Der dritte Widerstandsabschnitt 63 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 bereitgestellt. Der vierte Widerstandsabschnitt 64 ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G bereitgestellt. Die Magnetfelddetektionseinheit 60 erzeugt einen Detektionswert, der von einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 abhängig ist.
Die Ausgestaltung der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform weist jeder ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 eine Vielzahl von MR-Elementen 220 auf. Die in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 enthaltenen MR-Elemente 220 befinden sich in dem linken Bereich. Die MR-Elemente 220, die in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 enthalten sind, befinden sich in dem rechten Bereich. In 8 sind die in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 enthaltenen MR-Elemente 220 und die in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 enthaltenen MR-Elemente 220 schraffiert hinterlegt.
Bei dem in 8 dargestellten Beispiel weisen die ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 vier Elementzüge auf. Nachfolgend werden die in dem ersten Widerstandsabschnitt 61 enthaltenen Elementzüge als die ersten Elementzüge bezeichnet; die in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62 enthaltenen Elementzüge werden als die zweiten Elementzüge bezeichnet; die in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 enthaltenen Elementzüge werden als die dritten Elementzüge bezeichnet; und die in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 enthaltenen Elementzüge werden als die vierten Elementzüge bezeichnet.
Die vier ersten Elementzüge und die vier dritten Elementzüge sind den vier Jochen 51, die sich in dem linken Bereich befinden, zugeordnet. Ein erster Elementzug, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der negativen X-Seite des Jochs 51. Ein dritter Elementzug, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der X-Seite des Jochs 51.
Die vier zweiten Elementzüge und die vier vierten Elementzüge sind den vier Jochen 51, die sich in dem rechten Bereich befinden, zugeordnet. Ein zweiter Elementzug, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der negativen X-Seite des Jochs 51. Ein vierter Elementzug, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der X-Seite des Jochs 51.
Der erste Widerstandsabschnitt 61 weist einen ersten Teil 61A und einen zweiten Teil 61B auf. Der zweite Widerstandsabschnitt 62 weist einen ersten Teil 62A und einen zweiten Teil 62B auf. Der dritte Widerstandsabschnitt 63 weist einen ersten Teil 63A und einen zweiten Teil 63B auf. Der vierte Widerstandsabschnitt 64 weist einen ersten Teil 64A und einen zweiten Teil 64B auf. Die Magnetfelddetektionseinheit 60 weist daher vier erste Teile und vier zweite Teile der Widerstandsabschnitte 61 bis 64 auf.
Der linke Bereich weist einen Bereich R11 und einen Bereich R12 auf. Bezogen auf den Mittelpunkt in der Y-Richtung des linken Bereichs befindet sich der Bereich R11 in der Y-Richtung stromaufwärts, und der Bereich R12 befindet sich in der negativen Y-Richtung stromaufwärts. Der rechte Bereich weist einen Bereich R21 und einen Bereich R22 auf. Bezogen auf den Mittelpunkt in der Y-Richtung des rechten Bereichs befindet sich der Bereich R21 in der Y-Richtung stromaufwärts, und der Bereich R22 befindet sich in der negativen Y-Richtung stromaufwärts.
Der erste Teil 61A der ersten Widerstandsabschnitts 61 und der erste Teil 63A des dritten Widerstandsabschnitts 63 sind in dem Bereich R11 enthalten. Der zweite Teil 61B des ersten Widerstandsabschnitts 61 und der zweite Teil 63B des dritten Widerstandsabschnitts 63 sind in dem Bereich R12 enthalten. Der erste Teil 62A des zweiten Widerstandsabschnitts 62 und der erste Teil 64A des vierten Widerstandsabschnitts 64 sind in dem Bereich R21 enthalten. Der zweite Teil 62B des zweiten Widerstandsabschnitts 62 und der zweite Teil 64B des vierten Widerstandsabschnitts 64 sind in dem Bereich R22 enthalten.
In jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 sind der erste Teil und der zweite Teil derart angeordnet, dass sie symmetrisch in Bezug auf einen mittigen Querschnitt C sind. Der mittige Querschnitt C ist ein Querschnitt senkrecht zu der Y-Richtung und verläuft durch den Mittelpunkt in der Y-Richtung des zumindest einen Jochs 51. In dem in 8 dargestellten Beispiel verläuft der mittige Querschnitt C durch die Mittelpunkte aller Joche 51.
Hier sind ein erstes MR-Element 220A und ein zweites MR-Element 220B wie folgt definiert. Das erste MR-Element 220A ist ein MR-Element 220, das in dem ersten Teil enthalten ist. Das zweite MR-Element 220B ist ein MR-Element 220, das in dem zweiten Teil enthalten ist. Das erste MR-Element 220A und das zweite MR-Element 220B sind derart angeordnet, dass sie symmetrisch zu dem mittigen Querschnitt C sind und in Reihe geschaltet sind.
Bei dem in 8 dargestellten Beispiel weist ein Elementzug zwei Paare aus ersten und zweiten MR-Elementen 220A und 220B auf. Die vier MR-Elemente 220, die die beiden Paare aus ersten und zweiten MR-Elementen 220A und 220B darstellen, sind in Reihe geschaltet.
Als nächstes wird der Verdrahtungsabschnitt 80 unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Verdrahtungsabschnitts 80 und MR-Elemente 220 darstellt. Der Verdrahtungsabschnitt 80 weist eine Vielzahl von oberen Elektroden 82 und eine Vielzahl von unteren Elektroden 81 auf. Die MR-Elemente 220 sind auf den unteren Elektroden 81 angeordnet. Die oberen Elektroden 82 sind auf den MR-Elementen 220 angeordnet.
Die MR-Elemente 220, die oberen Elektroden 82, und die unteren Elektroden 81 sind in der folgenden Beziehung miteinander verbunden. Jede der unteren Elektroden 81 ist derart geformt, dass sie in der Y-Richtung lang und schmal ist. Jede zwei unteren Elektroden 81, die in der Y-Richtung nebeneinander liegen, haben zwischen sich einen Spalt. MR-Elemente 220 sind an den Oberseiten der unteren Elektroden 81 an Positionen nahe gegenüberliegenden Enden in der Y-Richtung bereitgestellt. Jede der oberen Elektroden 82 verbindet zwei benachbarte MR-Elemente 220, die auf zwei unteren Elektroden 81, nebeneinander in der Y-Richtung, angeordnet sind, elektrisch miteinander. Auf diese Weise wird die Vielzahl der MR-Elemente 220 in Reihe geschaltet.
Der Verdrahtungsabschnitt 80 weist ferner eine Vielzahl von Anschlusselektroden auf. In jeder ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 verbinden die Anschlusselektroden die unteren Elektroden 81 elektrisch, so dass die Vielzahl der Elementzüge in Reihe geschaltet sind.
Ein Beispiel der Ausgestaltung des MR-Elements 220 wird nun unter Bezugnahme auf die 8 und 12 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht des MR-Elements 220. In diesem Beispiel weist das MR-Element 220 auf: eine Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegeben Richtung; eine freie Schicht 224 mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist; eine Zwischenschicht 223, die zwischen der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht 224 angeordnet ist; und eine antiferromagnetische Schicht 221. Die antiferromagnetische Schicht 221, die Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung, die Zwischenschicht 223, und die freie Schicht 224 sind in dieser Reihenfolge in der Richtung von der unteren Elektrode 81 gestapelt. Die antiferromagnetische Schicht 221 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet, und in Austauschkopplung mit der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung festzulegen.
Das MR-Element 220 kann ein TMR (Tunnelmagnetowiderstand) -Element oder ein GMR (Riesenmagnetowiderstand) Element vom CCP (Current Perpendicular to Plane bzw. „Strom senkrecht zur Ebene“) sein, bei dem ein Sensierstrom zur Verwendung bei der Magnetsignaldetektion in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Schichten eingespeist wird, die das MR-Element 220 bilden. Bei dem TMR-Element ist die Zwischenschicht 223 eine Tunnelbarriereschicht. In dem GMR-Element ist die Zwischenschicht 223 eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht.
Das MR-Element 220 variiert im Widerstand entsprechend dem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 mit der Richtung der Magnetisierung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen minimalen Widerstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen maximalen Widerstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung der Magnetisierung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung parallel zu der X-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem ersten Widerstandsabschnitt 61 in der entgegengesetzten Richtung zu den Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62. Die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 liegen in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem ersten Widerstandsabschnitt 61. Die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 sind in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62.
Konkret sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 in der X-Richtung. Die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 liegen in der negativen X-Richtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedes MR-Element 220 derart geformt, dass es schmal und lang in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung ist. Die freie Schicht 224 von jedem MR-Element 220 hat das eine Formanisotropie, so dass die Richtung der Achse einfacher Magnetisierung parallel zu der Y-Achse ist. Daher, wenn es ein aufgebrachtes Magnetfeld gibt, ist die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 parallel zu der Y-Richtung. In Gegenwart der Ausgangsmagnetfeldkomponente variiert die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 entsprechend der Richtung und Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente. Der Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 mit der Richtung der Magnetisierung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung bildet, variiert daher entsprechend der Richtung und Stärke der von jedem MR-Element 220 aufgenommenen Ausgangsmagnetfeldkomponente. Der Widerstand von jedem MR-Element 220 entspricht daher der Ausgangsmagnetfeldkomponente.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die von den MR-Elementen 220 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62 aufgenommen wurde, die gleiche wie die Richtung der von dem MR-Elementen 220 aufgenommenen Ausgangsmagnetfeldkomponente in dem ersten Widerstandsabschnitt 61. Hingegen sind die Richtung der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die von den MR-Elementen 220 in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 aufgenommen wird, und jene der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die von den MR-Elementen 220 in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 aufgenommen wird, entgegengesetzt der Richtung der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die von den MR-Elementen 220 in dem ersten Widerstandsabschnitt 62 aufgenommen wird.
Es versteht sich, dass die oben unter Bezugnahme auf 12 beschriebene Ausgestaltung der MR-Elemente 220 beispielhaft und nicht beschränkend ist. Zum Beispiel kann das MR-Element 220 ohne die antiferromagnetische Schicht 151 eingerichtet sein. In einer solchen Ausgestaltung kann beispielsweise eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung einer künstlichen antiferromagnetischen Struktur, die zwei ferromagnetische Schichten und eine nichtmagnetische Metallschicht zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten aufweist, anstelle der antiferromagnetischen Schicht 221 und der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung bereitgestellt sein.
Die Funktionsweisen und Wirkungen des Magnetsensors 30 und des Magnetsensorsystems 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben. Die Funktionsweise der Magnetfelddetektionseinheit 60 wird zuerst beschrieben. Hierbei wird angenommen, dass das Eingangsmagnetfeld nur aus der Eingangsmagnetfeldkomponente besteht. Wenn es keine Eingangsmagnetfeldkomponente gibt, und im Ergebnis keine Ausgangsmagnetfeldkomponente, ist die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 von jedem MR-Element 220 parallel zu der Y-Richtung. Wenn die Eingangsmagnetfeldkomponente in der Z-Richtung existiert, liegen die Ausgangsmagnetfeldkomponenten, die von dem MR-Elementen 220 in den ersten und zweiten Widerstandsabschnitten 61 und 62 aufgenommen werden, in der X-Richtung, und die Ausgangsmagnetfeldkomponenten, die von den MR-Elementen 220 in den dritten und vierten Widerstandsabschnitten 63 und 64 aufgenommen werden, liegen in der negativen X-Richtung. In einem solchen Fall neigt sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten 224 der MR-Elemente 220 in den ersten und zweiten Widerstandsabschnitten 61 und 62 in der X-Richtung von der Richtung parallel zu der Y-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten 224 der MR-Elemente 220 in den dritten und vierten Widerstandsabschnitten 63 und 64 neigt sich in der negativen X-Richtung von der Richtung parallel zu der Y-Richtung. Im Ergebnis, gegenüber dem Zustand, bei dem es keine Ausgangsmagnetfeldkomponente gibt, nehmen die Widerstände der MR-Elemente 220 in den ersten und vierten Widerstandsabschnitten 61 und 64 ab, und die Widerstände der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 nehmen ebenfalls ab. Verglichen mit dem Zustand, bei dem keine Ausgangsmagnetfeldkomponente vorhanden ist, nehmen die Widerstände der MR-Elemente 220 in den zweiten und dritten Widerstandsabschnitten 62 und 63 hingegen zu, und die Widerstände der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 nehmen ebenfalls zu.
Wenn die Eingangsmagnetfeldkomponente in der negativen Z-Richtung liegt, kehren sich die Richtung der Ausgangsmagnetfeldkomponente und die Veränderungen in den Widerständen der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 gegenüber jenen in dem oben beschriebenen Fall, wo die Eingangsmagnetfeldkomponente in der Z-Richtung liegt, um.
Die Änderungsmenge in dem Widerstand von jedem MR-Element 220 hängt von der Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente ab, die von dem MR-Element 220 aufgenommen wird. Der Widerstand des MR-Elements 20 nimmt um einen größeren Betrag ab bzw. zu, als die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente zunimmt. Der Widerstand des MR-Elements 20 nimmt um einen kleiner Betrag ab bzw. zu, als die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente abnimmt. Die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente hängt von der Stärke der Eingangsmagnetfeldkomponente ab.
Wie oben beschrieben bewirken Veränderungen in der Richtung und Stärke der Eingangsmagnetfeldkomponente, dass die ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 sich im Widerstand verändern, so dass die Widerstände der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 zunehmen, wohingegen die Widerstände der zweiten und dritten Widerstandsabschnitt 62 und 63 abnehmen, oder so dass die Widerstände der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 abnehmen, wohingegen die Widerstände der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 zunehmen, oder dass die Widerstände der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 63 abnehmen, wohingegen die Widerstände der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 zunehmen. Dies bewirkt eine Veränderung in der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem zweiten Ausgangsanschluss E2, dargestellt in den 8 und 10. Die Magnetfelddetektionseinheit 60 erzeugt einen Detektionswert, der von der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 abhängt. Der Detektionswert variiert entsprechend dem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 224 mit der Richtung der Magnetisierung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung bildet.
Es wird nun Bezug genommen auf die 13 bis 15, um die Beziehung zwischen der Detektionszielposition und dem Eingangsmagnetfeld zu erläutern. Die 13 bis 15 stellen die Beziehung zwischen der Detektionszielposition und dem Eingangsmagnetfeld dar. In den 13 bis 15 stellt der Pfeil H das Teilmagnetfeld dar, das an dem Magnetsensor 30 angelegt wird, also das Eingangsmagnetfeld. Der Pfeil Hz stellt die erste Magnetfeldkomponente Hz dar, also die Eingangsmagnetfeldkomponente, und der Pfeil Hy stellt die zweiten Magnetfeldkomponente Hy dar.
13 zeigt einen Zustand, bei dem die Position des Magneten 31A in der Y-Richtung mit jener des Magnetsensors 30 in der Y-Richtung übereinstimmt. 14 zeigt einen Zustand, bei dem der Magnet 31A in der Y-Richtung von der in 13 gezeigten Position bewegt wird. 15 zeigt einen Zustand, bei dem der Magnet 31A in der negativen Y-Richtung von der in 13 gezeigten Position bewegt wird. Die erste Magnetfeldkomponente Hz bzw. die Eingangsmagnetfeldkomponente variiert, wenn die Detektionszielposition bzw. die Position des Magnets 31A gegenüber dem Magnetsensor 30 in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung variiert, wie in den 13 bis 15 gezeigt.
Nun wird die Beziehung zwischen der Detektionszielposition und den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten Hz und Hy beschrieben. 16 ist ein Funktionsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Detektionszielposition und den magnetischen Flussdichten entsprechend den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten Hz und Hy beschreibt. In 16 stellt die horizontale Achse die Detektionszielposition dar, und die vertikale Achse stellt die magnetische Flussdichte dar. In 16 zeigt die Detektionszielposition von null an, dass die Position des Magneten 31A in der Y-Richtung mit der Position des Magnetsensors 30 in der Y-Richtung übereinstimmt. Die Detektionszielposition wird in positiven Werten ausgedrückt, wenn sich der Magnet 31A in der Y-Richtung von der Null-Position bewegt, und in negativen Werten ausgedrückt, wenn sich der Magnet 31A in der negativen Y-Richtung von der Null-Position bewegt.
In 16 stellt die Kurve Bz eine magnetische Flussdichte entsprechend der ersten Magnetfeldkomponente Hz dar, und die Kurve By stellt eine magnetische Flussdichte entsprechend der zweiten Magnetfeldkomponente Hy dar. 16 zeigt ebenfalls eine magnetische Flussdichte Bx entsprechend einer Komponente des Teilmagnetfelds parallel zu der X-Richtung. Die Größe der magnetischen Flussdichte Bx ist im Wesentlichen 0, unabhängig von der Detektionszielposition.
In 16 wird eine magnetische Flussdichte Bz, wenn die erste Magnetfeldkomponente in der Z-Richtung liegt, in einem positiven Wert ausgedrückt, und eine magnetische Flussdichte Bz, wenn die erste Magnetfeldkomponente Hz in der negativen Z-Richtung liegt, wird in einem negativen Wert ausgedrückt. Die magnetische Flussdichte Bz ist etwa proportional zu dem Wert der Detektionszielposition.
In 16 wird eine magnetische Flussdichte By, wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy in der negativen Y-Richtung liegt, in einem negativen Wert ausgedrückt. Die magnetische Flussdichte By ist betragsmäßig größer als die magnetische Flussdichte Bz.
Die obige Beschreibung des Funktionsweise der Magnetfelddetektionseinheit 60 erfolgte basierend auf der Annahme, dass das Eingangsmagnetfeld nur aus der Eingangsmagnetfeldkomponente besteht, also der ersten Magnetfeldkomponente Hz. Jedoch enthält in dem Magnetsensorsystem 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Eingangsmagnetfeld zusätzlich zu der Eingangsmagnetfeldkomponente die zweite Magnetfeldkomponente Hy, wie den 13 bis 16 entnommen werden kann.
Wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy an der Magnetfelddetektionseinheit 60 angelegt wird, wird die freie Schicht 224 von jedem MR-Element 220 nicht nur der Ausgangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der X-Richtung unterliegen, sondern auch der zweiten Magnetfeldkomponente Hy in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung. In einem solchen Fall wird der Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 244 mit der Magnetisierungsrichtung der Schicht 222 mit festgelegter Magnetisierung bildet, verschieden, und entsprechend wird auch der Detektionswert der Magnetfelddetektionseinheit 60 verschieden gegenüber jenen in dem Fall, bei dem das Eingangsmagnetfeld nur aus der Eingangsmagnetfeldkomponente besteht. Die zweite Magnetfeldkomponente Hy kann daher einen Fehler in dem Detektionswert der Magnetfelddetektionseinheit 60 und einen Abfall in der Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionseinheit 60 bewirken.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform absorbieren die Abschirmungen 71 und 72 einen magnetischen Fluss entsprechend der zweiten Magnetfeldkomponente Hy, um die Stärke eines Magnetfelds in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung zu verringern, die an der Magnetfelddetektionseinheit 60 aufgrund der zweiten Magnetfeldkomponente Hy angelegt würde.
Die vorliegende Ausführungsform kann daher die Probleme verhindern, die in dem Fall entstehen, bei dem das Eingangsmagnetfeld, das an dem Magnetsensor 30 anliegt, nicht nur die Eingangsmagnetfeldkomponente enthält, sondern auch die zweite Magnetfeldkomponente Hy, bei der es sich um eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung handelt, die von der Richtung der Eingangsmagnetfeldkomponente verschieden ist.
Als nächstes wird die Wirkung der Formen und Anordnung der Vielzahl von Jochen 51 und der Abschirmungen 71 und 72 in der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform weist jedes der Joche 51, von oben betrachtet, eine Form auf, die in der Y-Richtung lang ist, und jede der Abschirmungen 71 und 72 weist eine Form derart auf, dass ihre maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner als ihre maximale Abmessung in der X-Richtung ist. Mit anderen Worten sind die Joche 51, von oben betrachtet, mit ihrer Längsrichtung parallel zu der Y-Richtung ausgerichtet, wohingegen die Abschirmungen 71 und 72 mit ihrer Längsrichtung parallel zu der X-Richtung ausgerichtet sind.
Nun werden ein Magnetsensor und ein Magnetsensorsystem eines Vergleichsbeispiels beschrieben. 17 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetsensors 130 des Vergleichsbeispiels. 18 ist eine Draufsicht des Magnetsensors 130 des Vergleichsbeispiels. Der Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels weist eine Magnetfeldkonversionseinheit 150 und eine Magnetfelddetektionseinheit 160 anstelle der Magnetfeldkonversionseinheit 50 und der Magnetfelddetektionseinheit 60 der vorliegenden Ausführungsform auf. Der Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels weist ferner zwei Abschirmungen 71 und 72, wie auch der Magnetsensor 30 gemäß der Ausführungsform. Von oben betrachtet befinden sich die Magnetfeldkonversionseinheit 150 und die Magnetfelddetektionseinheit 160 innerhalb des Umfangs der Abschirmungen 71 und 72.
Die Magnetfeldkonversionseinheit 150 weist eine Vielzahl von Jochen 51 auf, so wie die Magnetfeldkonversionseinheit 50 der vorliegenden Ausführungsform. Jedoch beträgt die Anzahl der Joche 51 in dem Vergleichsbeispiel 12. Wie die Magnetfelddetektionseinheit 60 der vorliegenden Ausführungsform weist die Magnetfelddetektionseinheit 160 erste bis vierte Widerstandsabschnitte 61 bis 64, einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, einen ersten Ausgangsanschluss E1, und einen zweiten Ausgangsanschluss E2 auf. Jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 weist eine Vielzahl von MR-Elementen 220 auf.
Der Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels unterscheidet sich von dem Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Ausrichtung der Joche 51 und der Ausrichtung der MR-Elemente 220. Konkret sind, von oben betrachtet, die Joche 51 des Vergleichsbeispiels mit ihrer Längsrichtung parallel zu der X-Richtung ausgerichtet. In dem Vergleichsbeispiels sind die Joche 51 derart angeordnet, dass sechs der zwölf Joche 51 sich in dem linken Bereich befinden und in der Y-Richtung ausgerichtet sind, und die übrigen sechs Joche 51 sich in dem rechten Bereich befinden und in der Y-Richtung ausgerichtet sind.
In dem Vergleichsbeispiel sind die MR-Elemente 220 mit ihrer Längsrichtung parallel zu der X-Richtung ausgerichtet. Ferner ist in dem Vergleichsbeispiel jeder der Elementzüge aus zwei oder mehr MR-Elementen 220, die in der X-Richtung ausgerichtet sind, gebildet. Zwei Elementzüge sind einem Joch 51 zugeordnet. Die beiden Elementzüge sind nahe dem Ende in der negativen Z-Richtung des Jochs 51 angeordnet und liegen einander in der Y-Richtung gegenüber, wobei das Joch 51 zwischen ihnen angeordnet ist. Die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 liegen in der Y-Richtung, wohingegen die Magnetisierungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 in der negativen Y-Richtung liegen.
In dem Vergleichsbeispiel, wie der Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sind die Abschirmungen 71 und 72 von oben betrachtet mit ihrer Längsrichtung parallel zu der X-Richtung ausgerichtet. Daher sind die Joche 51 und die Abschirmungen 71 und 72 in dem Vergleichsbeispiel derart angeordnet, dass die Längsrichtung der Joche 51 mit jener der Abschirmungen 71 und 72 von oben betrachtet übereinstimmt.
Die Ausgestaltung des Magnetsensors 130 des Vergleichsbeispiels ist im Übrigens die gleiche wie jene des Magnetsensors 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Das Magnetsensorsystem des Vergleichsbeispiels weist den Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels und einen Magneten 31A als eine Magnetfelderzeugungseinheit auf. Die Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor 130 und dem Magneten 31A ist die gleiche wie die Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor 30 und dem Magneten 31A in der vorliegenden Ausführungsform, dargestellt in 6. Der Magnetsensor 130 und der Magnet 31A sind eingerichtet, so dass ein Teilmagnetfeld, das Teil eines durch den Magneten 31A erzeugten Magnetfelds ist, an dem Magnetsensor 130 angelegt wird. Das Teilmagnetfeld enthält eine erste Magnetfeldkomponente Hz parallel zu der Z-Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente Hy parallel zu der Y-Richtung.
Es wird nun Bezug genommen auf 19, um ein Magnetfeld zu beschreiben, das an den MR-Elementen 220 aufgrund der Strukturen der Joche 51 und der Abschirmungen 71 und 72 angelegt wird, wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy an dem Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels angelegt wird. Ein solches Magnetfeld wird nachfolgend als ein strukturbedingtes Magnetfeld bezeichnet.
Wie durch die Pfeile in 19 dargestellt, wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy an dem Magnetsensor 130 in der negativen Y-Richtung angelegt wird, entstehen magnetische Flüsse in die Abschirmungen 71 und 72 in der Umgebung der Enden in der Y-Richtung der Abschirmungen 71 und 72, und magnetische Flüsse, die aus den Abschirmungen 71 und 72 herausfließen, entstehen in der Umgebung der Enden in der negativen Y-Richtung der Abschirmungen 71 und 72. Darüber hinaus entstehen im Zusammenhang mit den magnetischen Flüssen, die durch die Abschirmung 71 verlaufen, magnetische Flüsse, die in die oder aus den Jochen 51 in Kontakt mit der Abschirmung 71 fließen, in der Umgebung der Enden in der negativen Z-Richtung der Joche 51. Je näher die Joche 51 an einem Ende der Abschirmung 71 in der Y-Richtung liegen, desto höher sind die magnetischen Flüsse. Bei dem strukturbedingten Magnetfeld handelt es sich um ein Magnetfeld, das an den MR-Elementen 220 aufgrund der oben beschrieben magnetischen Flüsse angelegt wird.
Als nächstes werden Probleme des Vergleichsbeispiels, die auf das strukturbedingte Magnetfeld zurückzuführen sind, unter Bezugnahme auf die 18 bis 20 beschrieben. 20 ist ein Erläuterungsdiagramm zur Beschreibung der Probleme des Vergleichsbeispiels, die auf das strukturbedingte Magnetfeld zurückzuführen sind. Hierbei wird die Stärke der ersten Magnetfeldkomponente Hz als null angenommen. In 20 geben die Pfeile, die eingezeichnet sind, so dass sie die MR-Elemente 220 überlappen, die Richtungen der Magnetisierungen der freien Schichten 224 in den MR-Elementen 220 an.
Vier Bereiche, R101, R102, R103, R104, die in 18 dargestellt sind, entsprechen den vorgenannten vier Bereichen R11, R12, R21, und R22. Die Hälfte die Vielzahl der MR-Elemente 220, die in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 enthalten sind, befinden sich in dem Bereich R101. Die andere Hälfte der Vielzahl von MR-Elementen 220, die in den ersten und dritte Widerstandsabschnitten 61 und 63 enthalten sind, befinden sich in dem Bereich R102. Die Hälfte der Vielzahl von MR-Elementen 220, die in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 enthalten sind, befinden sich in dem Bereich R103. Die andere Hälfte der Vielzahl von MR-Elementen 220, die in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 enthalten sind, befinden sich in dem Bereich R104.
20 zeigt schematisch den in 18 dargestellten Magnetsensor 130. Wie in 20 gezeigt weist jeder der ersten und dritten Widerstandsabschnitte 61 und 63 MR-Elemente 220 auf, die sich in dem Bereich R101 befinden, und MR-Elemente 220 auf, die sich in dem Bereich R102 befinden. Jeder der zweiten und vierten Widerstandsabschnitte 62 und 64 weist MR-Elemente 220 auf, die sich in dem Bereich 103 befinden, und MR-Elemente 220 auf, die sich in dem Bereich R104 befinden.
Hierbei richtet sich die Aufmerksamkeit auf das ganz rechte MR-Element 220 in 19. Dieses MR-Element 220 entspricht einem MR-Element 220 des ersten Widerstandsabschnitts 61, das sich in dem Bereich R101 befindet, und einem MR-Element 220 des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R103 befindet. Ein Magnetfeld, das einem magnetischen Fluss entspricht, der durch das ganz rechte Joch 51 in 19 verläuft, und ein Magnetfeld, das einem magnetischen Fluss entspricht, der durch die Abschirmung 72 verläuft, werden an dem MR-Element 220 angelegt. Die beiden Magnetfelder sind in ihrer Richtung im Wesentlichen einander entgegengerichtet und heben sich daher im Wesentlichen gegenseitig auf. Dieses MR-Element 220 wird daher kaum von dem strukturbedingten Magnetfeld beeinträchtigt. Im Ergebnis, wie in 20 dargestellt, bleibt bei dem MR-Element 220 des ersten Widerstandsabschnitts 61, der sich in dem Bereich R101 befindet, und dem MR-Element 220 des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R103 befindet, die Magnetisierungsrichtung von jeder freien Schicht 224 parallel zu der X-Richtung, bei der es sich um die Richtung der Achse leichter Magnetisierung handelt.
Als nächstes richten wir die Aufmerksamkeit auf das zweite MR-Element 220 von rechts in 19. Dieses MR-Element 220 entspricht einem MR-Element 220 des dritten Widerstandsabschnitts 63, der sich in dem Bereich R101 befindet, und einem MR-Element 220 des vierten Widerstandsabschnitts 64, der sich in dem Bereich R103 befindet. Ein Magnetfeld, das dem magnetischen Fluss entspricht, der durch das ganz rechte Joch 51 in 19 verläuft, und ein Magnetfeld, das dem magnetischen Fluss entspricht, der durch die Abschirmung 72 verläuft, werden an diesem MR-Element 220 angelegt. Diese beiden Magnetfelder heben sich nicht gegenseitig auf, weil sie jeweils eine Komponente in der negativen Y-Richtung enthalten. Daher unterliegt dieses MR-Element 220 einer Magnetfeldkomponente in der negativen Y-Richtung aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds. Im Ergebnis, wie in 20 dargestellt, neigt sich in dem MR-Element 220 des dritten Widerstandsabschnitts 63, der sich in dem Bereich R101 befindet, und dem MR-Element 220 des vierten Widerstandsabschnitts 64, der sich in dem Bereich R103 befindet, die Magnetisierungsrichtung von jeder freien Schicht 224 in die negative Y-Richtung von der Richtung parallel zu der X-Richtung.
Als nächstes richten wir die Aufmerksamkeit auf das ganz linke MR-Element 220 in 19. Dieses MR-Element 220 entspricht einem MR-Element 220 des dritten Widerstandsabschnitts 63, der sich in dem Bereich R102 befindet, und einem MR-Element 220 des vierten Widerstandsabschnitts 64, der sich in dem Bereich R104 befindet. Ein Magnetfeld, das einem magnetischen Fluss entspricht, der durch das ganz linke Joch 51 in 19 verläuft, und ein Magnetfeld, das dem magnetischen Fluss entspricht, der durch die Abschirmung 72 verläuft, werden an diesem MR-Element 220 angelegt. Diese beiden Magnetfelder verlaufen im Wesentlichen in entgegengerichteten Richtungen und heben sich daher im Wesentlichen auf. Dieses MR-Element 220 wird daher kaum durch das strukturbedingte Magnetfeld beeinträchtigt. Im Ergebnis, wie in 20 dargestellt, bleibt in dem MR-Element 220 des dritten Widerstandsabschnitts 63, der sich in dem Bereich R102 befindet, und dem MR-Element 220 des vierten Widerstandsabschnitts 64, der sich in dem Bereich R104 befindet, die Magnetisierungsrichtung von jeder freien Schicht 224 parallel zu der X-Richtung.
Nun richten wir die Aufmerksamkeit auf das zweite MR-Element 220 von links in 19. Dieses MR-Element 220 entspricht einem MR-Element 220 des ersten Widerstandsabschnitts 61, der sich in dem Bereich R102 befindet, und einem MR-Element 220 des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R104 befindet. Ein Magnetfeld, das dem magnetischen Fluss entspricht, der durch das ganze linke Joch 51 in 19 verläuft, und ein Magnetfeld, das dem magnetischen Fluss entspricht, der durch die Abschirmung 72 verläuft, werden an diesem MR-Element 220 angelegt. Diese beiden Magnetfelder heben einander nicht auf, weil sie jeweils eine Komponente in der negativen Y-Richtung enthalten. Dieses MR-Element 220 unterliegt daher einer Magnetfeldkomponente in der negativen Y-Richtung aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds. Im Ergebnis, wie in 20 dargestellt, neigt sich in dem MR-Element 220 des ersten Widerstandsabschnitts 61, der sich in dem Bereich R102 befindet, und dem MR-Element 220 des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R104 befindet, die Magnetisierungsrichtung jeder freien Schicht 224 von der Richtung parallel zu der X-Richtung in die negative Y-Richtung.
Wie der obigen Beschreibung entnommen werden kann, sind in dem Vergleichsbeispiel die MR-Elemente 220, die in dem gleichen Widerstandsabschnitt enthalten sind, von dem strukturbedingten Magnetfeld in Abhängigkeit davon, ob die MR-Elemente 220 sich in dem Bereich R101 oder R102 befinden, oder in Abhängigkeit davon, ob sich die MR-Elemente 220 in dem Bereich R103 oder R104 befinden, unterschiedlich beeinträchtigt. Darüber hinaus ist es nicht möglich, die Wirkungen des strukturbedingten Magnetfelds auf eine Vielzahl von MR-Elementen 220 innerhalb eines Widerstandsabschnitts aufzuheben. Daher sind in dem Vergleichsbeispiel alle der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 von dem strukturbedingten Magnetfeld beeinträchtigt. Im Ergebnis werden die Widerstände von allen der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 im Vergleich zu einer Situation, in der die nicht von dem strukturbedingten Magnetfeld beeinträchtigt werden, verschieden sein.
In dem Vergleichsbeispiel, obgleich die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten 224 sich aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds in der gleichen Richtung neigen, unterscheiden sich die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 222 mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 220 in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 von jeden in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64. Deshalb weicht in dem Vergleichsbeispiel aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds das Potential an jedem der ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse E1 und E2, wenn die Stärke der ersten Magnetfeldkomponente Hz null beträgt, was nachfolgend als Mittelpunktpotential bezeichnet werden wird, von jenem in dem Fall ab, wenn es keine zweite Magnetfeldkomponente Hy gibt. Im Ergebnis kann in dem Vergleichsbeispiel ein gewisser Fehler in dem Detektionswert der Magnetfelddetektionseinheit 160 entstehen und/oder die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionseinheit 160 kann aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds verringert werden. Ferner würden in dem Vergleichsbeispiel Variationen in den Positionen der Joche 51 in der Y-Richtung, also einer Richtung orthogonal zu der Längsrichtung der Joche 51, Variationen in Neigungen der Magnetisierungen der freien Schichten 224 der MR-Elemente 220 bewirken, und ebenfalls Variationen in dem Mittelpunktpotential, was zu verringerten Ergebnissen des Magnetsensors 130 des Vergleichsbeispiels führt. Solche Probleme werden nachfolgend als die ersten Probleme des Vergleichsbeispiels bezeichnet.
Als nächstes soll ein Fall betrachtet werden, bei dem der Magnetsensor 130 des Vergleichsbeispiels mit der Längsrichtung der Abschirmungen 71 und 72 parallel zu der Y-Richtung angeordnet ist. Das Anordnen der Abschirmungen 71 und 72 in einer solchen Ausrichtung erhöht die Abmessung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy und verringert ein diamagnetisches Feld auf die zweite Magnetfeldkomponente Hy verglichen mit dem Fall, bei dem die Abschirmungen 71 und 72 mit der Längsrichtung parallel zu der X-Richtung angeordnet sind. Im Ergebnis wird die Fähigkeit der Abschirmungen 71 und 72 zur Absorption der zweiten Magnetfeldkomponente Hy verringert. Ein solches Problem wird nachfolgend als das zweite Problem des Vergleichsbeispiels bezeichnet. Das Vergleichsbeispiel ist nicht in der Lage, die ersten und zweiten Probleme gleichzeitig zu lösen.
Hingegen ist die vorliegende Ausführungsform in der Lage, die ersten und zweiten Probleme des Vergleichsbeispiels gleichzeitig zu lösen. Dies wird untenstehend ausführlich erläutert.
Zunächst erfolgt unter Bezugnahme auf 21 eine Beschreibung über ein Magnetfeld, das aufgrund der Strukturen der Joche 51 und der Abschirmungen 71 und 72 an den MR-Elementen 220 angelegt wird, wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy an dem Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angelegt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie bei dem Vergleichsbeispiel, ein solches Magnetfeld als strukturbedingtes Magnetfeld bezeichnet.
Wie durch die Pfeile in 21 dargestellt, entstehen, wenn die zweiten Magnetfeldkomponente Hy in der negativen Y-Richtung an dem Magnetsensor 30 angelegt wird, magnetische Flüsse, die in die Joche 51 in der Umgebung der Enden in der Y-Richtung der Joche 51 fließen, und aus den Jochen 51 in der Umgebung der Enden in der negativen Y-Richtung der Joche 51 herausfließen. Aufgrund solches magnetischen Flüsse wird das strukturbedingte Magnetfeld an den MR-Elementen 220 angelegt.
22 zeigt schematisch den in 21 gezeigten Magnetsensor 30. Wie in 22 dargestellt weist jeder der ersten und dritten Widerstandsabschnitte 61 und 63 MR-Elemente 220A, die sich in dem Bereich R11 befinden, und MR-Elemente 220B auf, die sich in dem Bereich R12 befinden. Jeder der zweiten und vierten Widerstandsabschnitte 62 und 64 weist die MR-Elemente 220A auf, die sich in dem Bereich R21 befinden, und die MR-Elemente 220B auf, die sich in dem Bereich R22 befinden.
22 veranschaulicht die Neigungen der Magnetisierungen der freien Schichten 224 der MR-Elemente 220, die durch das strukturbedingte Magnetfeld verursacht werden. Hierbei wird die Stärke der ersten Magnetfeldkomponente Hz als null angenommen. In 22 zeigen die Pfeile, die so gezeichnet sind, dass sie die MR-Elemente 220 überlappen, die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten 224 der jeweiligen MR-Elemente 220 an.
Aufgrund der Wirkung des strukturbedingten Magnetfelds, wie in 22 dargestellt, neigt sich in dem ersten MR-Element 220A des ersten Widerstandsabschnitts 61, der sich in dem Bereich R11 befindet, und dem ersten MR-Element 220A des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R21 befindet, die Magnetisierungsrichtung jeder freien Schicht 224 von der Richtung parallel zu der Y-Richtung hin zu der X-Richtung. In dem zweiten MR-Element 220B des ersten Widerstandsabschnitts 61, der sich in dem Bereich R12 befindet, und dem zweiten MR-Element 220B des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R22 befindet, neigt sich die Magnetisierungsrichtung jeder freien Schicht 224 von der Richtung parallel zu der Y-Richtung in die negative X-Richtung.
In dem ersten MR-Element 220A des dritten Widerstandabschnitts 63, der sich in dem Bereich R11 befindet, und dem ersten MR-Element 220A des vierten Widerstandsabschnitts 64, der sich in dem Bereich R21 befindet, neigt sich die Magnetisierungsrichtung jeder freien Schicht 224 von der Richtung parallel zu der Y-Richtung in die negative X-Richtung. In dem zweiten MR-Element 220B des dritten Widerstandsabschnitts 63, der sich in dem Bereich R12 befindet, und dem zweiten MR-Element 220B des vierten Widerstandsabschnitts 62, der sich in dem Bereich R22 befindet, neigt sich die Magnetisierungsrichtung jeder freien Schicht 224 von der Richtung parallel zu der Y-Richtung in die X-Richtung.
In der vorliegenden Ausführungsform neigt sich in jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 224 des ersten MR-Elements 220A und die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 224 des zweiten MR-Elements 220B in entgegengesetzte Richtungen. Dies ermöglicht eine Aufhebung der Wirkungen des strukturbedingten Magnetfelds auf die ersten und zweiten MR-Elemente 220A und 220B in jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64. Der Grund hierfür ist, dass das erste MR-Element 220A und das zweite MR-Element 220B derart angeordnet sind, dass sie symmetrisch bezüglich dem mittigen Querschnitt C sind. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung der Wirkung des strukturbedingten Magnetfelds auf die Magnetfelddetektionseinheit 60. Mit anderen Worten löst die vorliegende Ausführungsform die ersten Probleme des Vergleichsbeispiels.
In der vorliegenden Ausführungsform sind vermittels der oben genannten Funktionsweise die Mengen der Abweichungen der Mittelpunkt-Potentiale an den ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen E1 und E2, die aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds entstehen, kleiner als in dem Vergleichsbeispiel. Ferner sind in der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn die Positionen der Joche 51 in der X-Richtung variieren, bei der es sich um eine Richtung orthogonal zu der Längsrichtung handelt, die Neigung der Magnetisierung der freien Schicht 224 des ersten MR-Elements 220A, die aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds stattfinden, und die Neigung der Magnetisierung der freien Schicht 224 des zweiten MR-Elements 220B, die aufgrund des strukturbedingten Magnetfelds stattfinden, hinsichtlich ihrer Stärke in jedem der ersten bis vierten Widerstandstabschnitte 61 bis 64 nahezu gleich. Im Ergebnis werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform Variationen in den Mittelpunkt-Potentialen aufgrund von Variationen in den Positionen der Joche 51 kleiner als in dem Vergleichsbeispiel.
Die vorliegende Ausführungsform ist auch in der Lage, das zweite Problem des Vergleichsbeispiels wie folgt zu lösen. Die Abschirmungen 71 und 72 der vorliegenden Ausführungsform sind von oben betrachtet mit ihrer Längsrichtung parallel zu der X-Richtung angeordnet. Das Anordnen der Abschirmungen 71 und 72 in einer solchen Ausrichtung verringert die Abmessung der Abschirmungen 71 und 72 in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy, und erhöht ein diamagnetisches Feld zu der zweiten Magnetfeldkomponente Hy gegenüber dem Fall, bei dem die Abschirmungen 71 und 72 von oben betrachtet mit ihrer Längsrichtung parallel zu der Y-Richtung angeordnet sind. Die vorliegende Ausführungsform erhöht dadurch die Fähigkeit der Abschirmungen 71 und 72, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren. Mit anderen Worten löst die vorliegende Ausführungsform das zweite Problem des Vergleichsbeispiels.
Aus den oben genannten Gründen löst die vorliegende Ausführungsform die ersten und zweiten Probleme des Vergleichsbeispiels gleichzeitig.
Nun erfolgt eine Beschreibung von Versuchsergebnissen, welche darlegen, dass eine Abnahme in der Abmessung der Abschirmungen 71 und 72 in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy die Fähigkeit der Abschirmungen 71 und 72 zur Absorption der zweiten Magnetfeldkomponente Hy verbessert.
Bei dem Versuch wurden erste bis dritte Proben des Magnetsensors 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet, wobei die Form der Abschirmungen 71 und 72 von Probe zu Probe verschieden war. Die ersten und zweiten Proben waren Proben, die dem Magnetsensor 30 entsprechen, der in den 7 und 8 dargestellt ist. Die Abschirmungen 71 und 72 der ersten Probe hatten jeweils eine Abmessung von 100 µm in der Y-Richtung. Die Abschirmungen 71 und 72 der zweiten Probe hatten jeweils eine Abmessung von 90 µm in der Y-Richtung.
Die dritte Probe war eine Probe mit zwei Abschirmungen 71, die von einander getrennt sind und in der Y-Richtung ausgerichtet sind, und zwei Abschirmungen 72, die voneinander getrennt sind und in der Y-Richtung ausgerichtet sind, anstelle der einzelnen Abschirmung 71 bzw. der einzelnen Abschirmung 72 des in den 7 und 8 dargestellten Magnetsensors 30. In der dritten Probe hatten die beiden Abschirmungen 71 und die beiden Abschirmungen 72 jeweils eine Abmessung von 50 µm in der Y-Richtung. In jeder der ersten bis dritten Proben hatten die Abschirmungen 71 und 72 jeweils eine Abmessung von 180 µm in der X-Richtung.
Hierbei wird die Empfindlichkeit des Magnetsensors 30 als das Verhältnis einer Änderung in dem Detektionswert des Magnetsensors 30 zu einer Änderung in der magnetischen Flussdichte entsprechend der Ausgangsmagnetfeldkomponente definiert. In dem Versuch wurden die Empfindlichkeiten der Magnetsensoren 30 bestimmt, wobei die magnetische Flussdichte, die der ersten Magnetfeldkomponente Hz entspricht, innerhalb des Bereichs von -50 bis 50 mT variierte. Die magnetische Flussdichte, die der ersten Magnetfeldkomponente Hz entspricht, wird in einem positiven Wert ausgedrückt, wenn die erste Magnetfeldkomponente Hz in der Z-Richtung verläuft. Die magnetische Flussdichte, die der ersten Magnetfeldkomponente Hz entspricht, wird in einem negativen Wert ausgedrückt wenn die erste Magnetfeldkomponente Hz in der negativen Z-Richtung liegt. Ferner wurde in dem Versuch die zweite Magnetfeldkomponente Hy in der negativen Y-Richtung an den Magnetsensoren 30 angelegt, und eine Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, und dem Empfindlichkeit des Magnetsensors 30 wurde bestimmt, wobei die magnetische Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, innerhalb des Bereichs von 0 bis 300 mT variierte.
23 zeigt das Versuchsergebnis. In 23 stellt die horizontale Achse die magnetische Flussdichte dar, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht. In 23 stellt die vertikale Achse die normalisierte Empfindlichkeit dar. Die normalisierte Empfindlichkeit bezieht sich auf einen Wert, der erhalten wird durch teilen der Empfindlichkeit des Magnetsensors 30, wenn die magnetische Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, einen beliebigen Wert hat, durch die Empfindlichkeit des Magnetsensors 30, wenn die magnetische Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, 0 ist. In 23 stellt die Kurve 91 die normalisierte Empfindlichkeit der ersten Probe dar, die Kurve 92 stellt die normalisierte Empfindlichkeit der dritten Probe dar.
Wie in 23 gezeigt beträgt die normalisierte Empfindlichkeit von jeder der ersten bis dritten Proben nahezu 1 über einen Bereich der magnetischen Flussdichte, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, von 0 bis zu einem bestimmten Wert. Wenn die magnetische Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, einen solchen gewissen Wert übersteigt, nimmt die normalisierte Empfindlichkeit ab. Es wird angenommen, dass die normalisierte Empfindlichkeit beginnt, abzunehmen, wenn die magnetische Flussdichte, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, erhöht ist und wenn die magnetischen Flüsse in jeder der Abschirmungen 71 und 72 eine Sättigung erreichen. Wenn die magnetischen Flüsse in jeder der Abschirmungen 71 und 72 gesättigt sind, wird ein Teil der zweiten Magnetfeldkomponente Hy, der nicht von den Abschirmungen 71 oder 72 absorbiert wird, an der Magnetfelddetektionseinheit 60 angelegt, und die normalisierte Empfindlichkeit fällt entsprechend ab. Mit anderen Worten, je höher der Wert der magnetischen Flussdichte, an dem die normalisierte Empfindlichkeit beginnt abzunehmen, je höher die Fähigkeit der Abschirmungen, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren. Wie in 23 gezeigt ist der Wert der magnetisches Flussdichte, bei dem die normalisierte Empfindlichkeit beginnt, abzunehmen, der niedrigste bei der ersten Probe, und der höchste bei der dritten Probe. Wie aus diesem Ergebnis abgelesen werden kann, verbessert sich die Fähigkeit der Abschirmungen 71 und 72 zur Absorption der zweiten Magnetfeldkomponente Hy, wenn die Abmessung der Abschirmungen 71 und 72 in der Y-Richtung oder der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy abnimmt.
Der Grund dafür, dass sich die Fähigkeit der Abschirmungen 71 und 72 zur Absorption der zweiten Magnetfeldkomponente Hy verbessert, wenn die Abmessung der Abschirmungen 71 und 72 in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy abnimmt, ist, dass die Stärke eines diamagnetischen Felds, das in den Abschirmungen 71 und 72 aufgrund der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entsteht, mit einer sich verkleinernden Abmessung der Abschirmungen 71 und 72 in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy zunimmt.
Die Beschreibung hat sich bislang auf den Magnetsensor 30 bezogen, der auf der Innenseite der Spule 41 (siehe 1) angeordnet ist, und das Magnetsensorsystem 101, das diesen Magnetsensor 30 aufweist. Der oben beschriebene Magnetsensor 30 und das oben beschriebene Magnetsensorsystem 101 werden nachfolgend als ein Magnetsensor und ein Magnetsensorsystem eines ersten Beispiels bezeichnet.
Bei dem Kameramodul 100, das in den 1 bis 3 dargestellt ist, können nicht nur der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des ersten Beispiels, sondern auch der Magnetsensor 30, der auf der Innenseite der Spule 44 (vergleiche 1) angeordnet ist, und ein Magnetsensorsystem, das diesen Magnetsensor 30 aufweist, der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform sein. Der Magnetsensor 30, der auf der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist, und das Magnetsensorsystem, das diesen Magnetsensor 30 aufweist, werden nachfolgend als Magnetsensor bzw. als Magnetsensorsystem eines zweiten Beispiels bezeichnet.
Der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des zweiten Beispiels haben grundsätzlich die gleiche Ausgestaltung wie der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des ersten Beispiels. In dem zweiten Beispiel jedoch entspricht die X-Richtung der zweiten Richtung in der vorliegenden Erfindung, und die Y-Richtung entspricht der dritten Richtung in der vorliegenden Erfindung. Die oben genannte Beschreibung des ersten Beispiels gilt daher für das zweite Beispiel, falls der Magnet 31A, die X-Richtung, und die Y-Richtung in der Beschreibung durch den Magneten 34A, die Y-Richtung, bzw. die X-Richtung ersetzt werden. Das Magnetsensorsystem des zweiten Beispiels ist eine Positionsdetektionsvorrichtung zur Detektion der Position des Magneten 34A gegenüber dem Magnetsensor 30 in einer Richtung parallel zu der X-Richtung.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zunächst wird Bezug auf 24 genommen, um die Ausgestaltung eines Magnetsensors gemäß der zweiten Ausführungsform zu beschreiben. 24 ist eine Draufsicht des Magnetsensors gemäß der zweiten Ausführungsform.
Bei dem Magnetsensor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 zumindest ein MR-Element 230 anstelle der Vielzahl von MR-Elementen 220 in der ersten Ausführungsform auf. In dem in 24 dargestellten Beispiel weist jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 vier MR-Elemente 230 auf. Ein einzelner Elementzug in der ersten Ausführungsform wird durch ein einzelnes MR-Element 230 ersetzt. Zwei MR-Elemente 230 sind einem Joch 51 zugeordnet. Jedes der MR-Elemente 230 ist derart geformt, dass es in einer Richtung parallel zu der Y-Richtung länglich ist. Die beiden MR-Elemente 230, die einem Joch 51 zugeordnet sind, sind nahe dem Ende in der negativen Z-Richtung des Jochs 51 angeordnet und liegen einander in der X-Richtung gegenüber, wobei das Joch 51 zwischen ihnen angeordnet ist. Bei dem in 24 dargestellten Beispiel beträgt die Anzahl der Joche 51 acht, und die Anzahl der MR-Elemente 230 beträgt sechzehn.
Wie in der ersten Ausführungsform wird ein Bereich, der mit der Abschirmung 72 von oben betrachtet übereinstimmt, als ein Abschirmungsprojektionsbereich bezeichnet. Von dem Abschirmungsprojektionsbereich wird ein Teil von dem Mittelpunkt in der X-Richtung zu dem Ende in der negativen X-Richtung als ein linker Bereich bezeichnet, und ein Teil von dem Mittelpunkt in der X-Richtung bis zu dem Ende in der X-Richtung wird als ein rechter Bereich bezeichnet. Bei dem in 24 dargestellten Beispiel befinden sich vier der acht Joche 51 in dem linken Bereich, und die übrigen vier Joche 51 befinden sich in dem rechten Bereich.
Die MR-Elemente 230, die in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 angeordnet sind, befinden sich in dem linken Bereich. Die MR-Elemente 230, die in dem zweiten und vierten Widerstandsabschnitt 62 und 64 enthalten sind, befinden sich in dem rechten Bereich. In 24 sind die MR-Elemente 230, die in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 enthalten sind, und die MR-Elemente 230, die in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 enthalten sind, schraffiert dargestellt.
Die MR-Elemente 230, die in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 enthalten sind, sind den vier Jochen 51 zugeordnet, die sich in dem linken Bereich befinden. Ein MR-Element 230 des ersten Widerstandsabschnitt 61, das einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der negativen X-Seite des Jochs 51. Ein MR-Element 230 des dritten Widerstandsabschnitts 63, das einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der X-Seite des Jochs 51.
Die MR-Elemente 230, die in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 enthalten sind, sind den vier Jochen 51 zugeordnet, die sich in dem rechten Bereich befinden. Ein MR-Element 230 des zweiten Widerstandsabschnitts 62, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der negativen X-Seite des Jochs 51. Ein MR-Element 230 des vierten Widerstandsabschnitts 64, der einem Joch 51 zugeordnet ist, befindet sich auf der X-Seite des Jochs 51.
Wie in der ersten Ausführungsform weist der erste Widerstandsabschnitt 61 einen ersten Teil 61A und einen zweiten Teil 61B auf, der zweite Widerstandsabschnitt 62 weist einen ersten Teil 62A und einen zweiten Teil 62B auf, der dritte Widerstandsabschnitt 63 weist einen ersten Teil 63A und einen zweiten Teil 63B auf, und der vierte Widerstandsabschnitt 64 weist einen ersten Teil 64A und einen zweiten Teil 64B auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Teil und der zweite Teil von jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 voneinander verschiedene Teile des zumindest einen MR-Elements 230. In dem in 24 dargestellten Beispiel sind der erste Teil und der zweite Teil von jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 voneinander verschiedene Teile einer Gesamtheit von vier MR-Elementen 230.
Der linke Bereich weist einen Bereich R11 und einen Bereich R12 auf, und der rechte Bereich weist einen Bereich R21 und einen Bereich R22 auf. Die Definitionen der Bereiche R11, R12, R21 und R22 sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Der erste Teil 61A des ersten Widerstandsabschnitts 61 und der erste Teil 63A des dritten Widerstandsabschnitts 63 sind in dem Bereich R11 enthalten. Der zweite Teil 61B des ersten Widerstandsabschnitt 61 und der zweite Teil 63B des dritten Widerstandsabschnitts 63 sind in dem Bereich R12 enthalten. Der erste Teil 62A des zweiten Widerstandsabschnitts 62 und der erste Teil 64A des vierten Widerstandsabschnitts 64 sind in dem Bereich R21 enthalten. Der zweite Teil 62B des zweiten Widerstandsabschnitts 62 und der zweite Teil 64B des vierten Widerstandsabschnitts 64 sind in dem Bereich R22 enthalten.
In jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 sind der erste Teil und der zweite Teil derart angeordnet, dass sie symmetrisch bezüglich eines mittigen Querschnitts C sind. Der mittige Querschnitt C ist ein Querschnitt senkrecht zu der Y-Richtung und verläuft durch den Mittelpunkt in der Y-Richtung des zumindest einen Jochs 51. In dem in 24 dargestellten Beispiel verläuft der mittige Querschnitt C durch die Mittelpunkte aller Joche 51.
Nun wird ein Beispiel einer Ausgestaltung der MR-Elemente 230 beschrieben. Wie die MR-Elemente 220 der ersten Ausführungsform weisen die MR-Elemente 230 jeweils eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, die gemäß einem angelegten Magnetfeld variiert, eine Zwischenschicht, die zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist, und eine antiferromagnetische Schicht auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind die MR-Elemente 230 konkret GMR Elemente vom Typ Current-in-Plane (CIP), bei denen ein Sensierstrom zur Verwendung bei der Magnetsignaldetektion in einer Richtung gespeist wird, die allgemein zu der Ebene der Schichten, die die MR-Elemente 230 darstellen, parallel ist. Die Zwischenschicht ist eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht.
In der vorliegenden Ausführungsform haben in jedem der ersten und dritten Widerstandsabschnitte 61 und 63 die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 230 Magnetisierungen in der X-Richtung. In jedem der zweiten und vierten Widerstandsabschnitte 62 und 64 haben die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente 230 Magnetisierungen in der negativen X-Richtung.
Nun werden die Funktionsweise und Wirkung des Magnetsensors 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht die Aufhebung der Wirkungen des strukturbedingten Magnetfelds auf die ersten und zweiten Teile von jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64. Der Grund hierfür ist, dass der erste Teil und der zweite Teil derart angeordnet sind, dass sie symmetrisch bezüglich des mittigen Querschnitts C sind. Auf diese Weise verringert die vorliegende Ausführungsform die Wirkung des strukturbedingten Magnetfelds auf die Magnetfelddetektionseinheit 60.
Die Ausgestaltung, Funktionsweise und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind im Übrigen die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Soweit die Anforderungen der beigefügten Ansprüche erfüllt werden, sind beispielsweise die Formen, Anzahl und Orte der MR-Elemente, der Joche und der Abschirmungen nicht auf die jeweiligen in den oben genannten Ausführungsformen dargestellten Beispiele beschränkt, sondern können frei gewählt werden.
Ferner kann die Magnetfelddetektionseinheit 60 eingerichtet sein, so dass sie den Stromversorgungsanschluss V, den Masseanschluss G, den ersten Ausgangsanschluss E1 und die ersten und zweiten Widerstandsabschnitte 61 und 62 aufweist, und weder den zweiten Ausgangsanschluss E2 noch den dritten oder vierten Widerstandsabschnitt 63 oder 64 aufweist. In einem solchen Fall hängt der Detektionswert von dem elektrischen Potential an dem ersten Ausgangsanschluss E1 ab.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung in Anbetracht der obigen Lehre möglich. Deshalb wird angemerkt, dass innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen die Erfindung in anderen Ausführungsformen als den oben genannten, besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0192432 A1 [0004, 0005, 0006]

Claims

Magnetsensor (30), aufweisend: eine Magnetfeldkonversionseinheit (50); eine Magnetfelddetektionseinheit (60); und zumindest eine Abschirmung (71, 72), die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetfeldkonversionseinheit (50) zumindest ein Joch (51) aufweist, das aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist; das zumindest eine Joch (51) eingerichtet ist, ein Eingangsmagnetfeld für den Magnetsensor (30) aufzunehmen und ein Ausgangsmagnetfeld auszugeben; das Eingangsmagnetfeld eine Eingangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung enthält; in der Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet, das zumindest eine Joch (51) eine Form hat, die in einer zweiten, die erste Richtung schneidenden Richtung länglich ist; das Ausgangsmagnetfeld eine Ausgangsmagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer dritten, die erste Richtung und zweite Richtung schneidenden Richtung enthält, wobei die Ausgangsmagnetfeldkomponente gemäß der Eingangsmagnetfeldkomponente variiert; die Magnetfelddetektionseinheit (60) eingerichtet ist, das Ausgangsmagnetfeld aufzunehmen und einen Detektionswert zu erzeugen, der gemäß der Ausgangsmagnetfeldkomponente variiert; und in der Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet, die zumindest eine Abschirmung (71, 72) eine derartige Form hat, dass ihre maximale Abmessung in der zweiten Richtung kleiner als ihre maximale Abmessung in der dritten Richtung ist, und derart angeordnet ist, dass sie die Magnetfeldkonversionseinheit (50) und die Magnetfelddetektionseinheit (60) überlappt.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 1, wobei, in der Richtung parallel zu der ersten Richtung betrachtet, sich die Magnetfeldkonversionseinheit (50) und die Magnetfeld-Detektionseinheit (60) innerhalb eines Umfangs der zumindest einen Abschirmung (71, 72) befinden.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten, zweiten und dritten Richtungen orthogonal zueinander sind.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetfelddetektionseinheit (60) zumindest ein magnetoresistives Element (220) aufweist, das zumindest eine magnetoresistive Element (220) eine Schicht (222) mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht (224) mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, aufweist, und der Detektionswert gemäß einem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht (224) mit der Richtung der Magnetisierung der Schicht (222) mit festgelegter Magnetisierung bildet, variiert.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 4, wobei die Richtung der Magnetisierung der Schicht (222) mit festgelegter Magnetisierung parallel zu der dritten Richtung ist.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Magnetfelddetektionseinheit (60) einen ersten Teil (61A, 62A, 63A, 64A) und einen zweiten Teil (61B, 62B, 63B, 64B) aufweist, und der erste Teil (61A, 62A, 63A, 64A) und der zweite Teil (61B, 62B, 63B, 64B) so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt (C) sind, wobei der mittige Querschnitt (C) ein Querschnitt senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch einen Mittelpunkt in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs (51) verläuft.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine magnetoresistive Element (220) ein erstes magnetoresistives Element (220A), das in dem ersten Teil (61A, 62A, 63A, 64A) enthalten ist, und ein zweites magnetoresistives Element (220B), das in dem zweiten Teil (61B, 62B, 63B, 64B) enthalten ist, aufweist, und das erste magnetoresistive Element (220A) und das zweite magnetoresistive Element (220B) so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu dem mittigen Querschnitt (C) sind und zueinander in Reihe geschaltet sind.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 6, wobei der erste Teil (61A, 62A, 63A, 64A) und der zweite Teil (61B, 62B, 63B, 64B) voneinander verschiedene Teile des zumindest einen magnetoresistiven Elements (230) sind.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetfelddetektionseinheit (60) einen Stromversorgungsanschluss (V), der eingerichtet ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Masseanschluss (G), der mit einer Masse verbunden ist, einen Ausgangsanschluss (E1), einen ersten Widerstandsabschnitt (61), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem Ausgangsanschluss (E1) bereitgestellt ist, und einen zweiten Widerstandsabschnitt (62), der zwischen dem Ausgangsanschluss (E1) und dem Masseanschluss (G) bereitgestellt ist, aufweist, jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte (61, 62) einen ersten Teil (61A, 62A) und einen zweiten Teil (61B, 62B) aufweist, der erste Teil (61A, 62A) und der zweite Teil (61B, 62B) so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt (C) sind, wobei der mittige Querschnitt (C) ein Querschnitt ist, der senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch eine Mitte in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs (51) verläuft, jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte (61, 62) zumindest ein magnetoresistives Element (220) aufweist, das zumindest eine magnetoresistive Element (220) eine Schicht (222) mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht (224) mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, aufweist, und der Detektionswert von einem elektrischen Potential an dem Ausgangsanschluss (E1) abhängt.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Magnetfeld-Detektionseinheit (60) einen Stromversorgungsanschluss (V), der eingerichtet ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Masseanschluss (G), der mit einer Masse verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss (E1), einen zweiten Ausgangsanschluss (E2), einen ersten Widerstandsabschnitt (61), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem ersten Ausgangsanschluss (E1) bereitgestellt ist, einen zweiten Widerstandsabschnitt (62), der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (E1) und dem Masseanschluss (G) bereitgestellt ist, einen dritten Widerstandsabschnitt (63), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem zweiten Ausgangsanschluss (E2) bereitgestellt ist, und einen vierten Widerstandsabschnitt (64), der zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss (E2) und dem Masseanschluss (G) bereitgestellt ist, aufweist, jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte (61, 62, 63, 64) einen ersten Teil (61A, 62A, 63A, 64A) und einen zweiten Teil (61B, 62B, 63B, 64B) aufweist, der erste Teil (61A, 62A, 63A, 64A) und der zweite Teil (61B, 62B, 63B, 64B) so angeordnet sind, dass sie symmetrisch zu einem mittigen Querschnitt (C) sind, wobei der mittige Querschnitt (C) ein Querschnitt ist, der senkrecht zu der zweiten Richtung ist und durch eine Mitte in der zweiten Richtung des zumindest einen Jochs (51) verläuft, jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte (61, 62, 63, 64) zumindest ein magnetoresistives Element (220) aufweist, das zumindest eine magnetoresistive Element (220) eine Schicht (222) mit festgelegter Magnetisierung mit einer Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung, und eine freie Schicht (224) mit einer Magnetisierung, deren Richtung gemäß einem angelegten Magnetfeld veränderlich ist, aufweist, und der Detektionswert von einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (E1) und dem zweiten Ausgangsanschluss (E2) abhängt.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Eingangsmagnetfeld zusätzlich zu der Eingangsmagnetfeldkomponente eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung enthält.
Magnetsensorsystem (101), aufweisend: den Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines vorgegebenen Magnetfelds, wobei der Magnetsensor (30) und die Magnetfelderzeugungseinheit eingerichtet sind, so dass ein Teilmagnetfeld an dem Magnetsensor (30) angelegt wird, wobei das Teilmagnetfeld ein Teil des vorgegebenen Magnetfelds ist, das Teilmagnetfeld eine erste Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung enthält, das Eingangsmagnetfeld das Teilmagnetfeld ist, und die Eingangsmagnetfeldkomponente die erste Magnetfeldkomponente ist.
Magnetsensorsystem (101) nach Anspruch 12, wobei der Magnetsensor (30) und die Magnetfelderzeugungseinheit so eingerichtet sind, dass die erste Magnetfeldkomponente variiert, so wie eine Position der Magnetfelderzeugungseinheit gegenüber dem Magnetsensor (30) variiert.