DE102019114160A1

DE102019114160A1 - Magnetsensor und magnetsensorsystem

Info

Publication number: DE102019114160A1
Application number: DE102019114160.5A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US20240142548A1; CN110857968B; US20230204689A1; US11002805B2; CN110857968A; US11906602B2; JP6658823B2; US20200064414A1; JP2020030155A; US20210231752A1; US11619686B2

Abstract

Ein Magnetsensor umfasst einen Magnetfeldkonverter, einen Magnetfelddetektor und mehrere Schirme, die in einer Y-Richtung ausgerichtet sind. Der Magnetfeldkonverter umfasst mehrere Jochs. Jedes Joch weist eine Form auf, die in der Y-Richtung verlängert ist, und ist konfiguriert, eine Eingabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer Z-Richtung zu empfangen und eine Ausgabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer X-Richtung auszugeben. Der Magnetfelddetektor umfasst mehrere Elementstränge. Jeder Elementstrang umfasst mehrere MR-Elemente, die in der Y-Richtung entlang eines Jochs ausgerichtet und in Reihe verbunden sind. Jeder Schirm weist eine solche Form auf, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor und ein Magnetsensorsystem, das den Magnetsensor enthält.
Beschreibung des Stands der Technik
Magnetsensoren werden für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Beispiele bekannter Magnetsensoren umfassen einen, der ein magnetoresistives Spin-Ventilelement verwendet, das an einem Substrat bereitgestellt ist. Das magnetoresistive Spin-Ventilelement umfasst eine Magnetisierungspinschicht, die eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung feststeht, eine freie Schicht, die eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung abhängig von der Richtung eines angelegten Magnetfelds variabel ist, und eine Spaltschicht, die zwischen der Magnetisierungspinschicht und der freien Schicht angeordnet ist. In vielen Fällen ist das magnetoresistive Spin-Ventilelement, das an einem Substrat bereitgestellt ist, konfiguriert, eine Empfindlichkeit gegen ein Magnetfeld in einer Richtung aufzuweisen, die parallel zu der Fläche des Substrats liegt.
Andererseits kann ein System, das einen Magnetsensor enthält, vorgesehen sein, ein Magnetfeld in einer Richtung rechtwinklig zu der Fläche eines Substrats zu erkennen, indem ein magnetoresistives Element verwendet wird, das auf dem Substrat bereitgestellt ist. Magnetsensoren, die ein oder mehrere Magnetfeldkonvertierungselemente umfassen, die aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet sind, sind als einem solchen Zweck dienend bekannt. Die Magnetfeldkonvertierungselemente konvertieren ein Magnetfeld in einer Richtung rechtwinklig zu der Fläche des Substrats in ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zu der Fläche des Substrats, und führen das konvertierte Magnetfeld dem magnetoresistiven Element zu. Solche Magnetsensoren sind beispielsweise in EP 3045926 A1 und DE 102017120052 A1 beschrieben.
EP 3045926 A1 beschreibt einen magnetoresistiven Sensor, der ein Substrat, mehrere magnetoresistive Sensorelement und mindestens einen Flussleiter umfasst. Der Flussleiter konvertiert ein externes Magnetfeld in einer Z-Achsenrichtung in eine Magnetfeldkomponente in einer X-Achsenrichtung. Jedes magnetoresistive Sensorelement erkennt die Magnetfeldkomponente in der X-Achsenrichtung von dem Flussleiter. Der Flussleiter weist eine lange Achse parallel zu einer Y-Achse, und eine kurze Achse parallel zu der X-Achse auf. Der Flussleiter entspricht dem oben genannten Magnetfeldkonvertierungselement. EP 3045926 A1 beschreibt, dass der Flussleiter einen Schirm gegen ein externes Magnetfeld in der Y-Achsenrichtung bereitstellt.
DE 102017120052 A1 beschreibt eine Magnetfelderkennungsvorrichtung, die eine erste weiche magnetische Schicht und eine zweite weiche magnetische Schicht aufweist, die an verschiedenen Positionen in der Z-Achsenrichtung angeordnet sind, und einen Magnetdetektor, der zwischen den ersten und zweiten weichen magnetischen Schichten angeordnet ist. Die erste weiche magnetische Schicht umfasst eine erste flache Fläche parallel zu einer X-Y-Ebene. Die zweite weiche magnetische Schicht umfasst eine zweite flache Fläche parallel zu einer X-Y-Ebene. Die ersten und zweiten flachen Flächen liegen sich gegenüber. Mindestens eine aus den ersten und zweiten flachen Flächen ist mit einem oder mehr Vorsprüngen versehen. Die Vorsprünge biegen einen magnetischen Fluss, der durch eine externe Magnetfeldkomponente in der Z-Achsenrichtung erzeugt wird, in eine Richtung entlang der X-Y-Ebene, die die magnetische Sensorrichtung des Magnetdetektors ist, und führen den magnetischen Fluss zu dem Magnetdetektor. Jeder Vorsprung entspricht dem oben genannten Magnetfeldkonvertierungselement. Die ersten und zweiten weichen magnetischen Schichten zeigen einen Schirmeffekt gegen die externe Magnetfeldkomponente in der Richtung entlang der X-Y-Ebene.
DE 102017120052 A1 beschreibt ferner, dass, wenn LX/LY in den Bereich von 1 bis einschließlich 4 fällt, dies möglich macht, dass die ersten und zweiten weichen magnetischen Schichten effektiver verhindern, dass ein externes Magnetfeld in der Y-Achsenrichtung den Magnetdetektor erreicht, wobei LX eine Abmessung jeder der ersten und zweiten weichen magnetischen Schichten in der X-Achsenrichtung darstellt, und LY eine Abmessung davon in der Y-Achsenrichtung darstellt.
Der Magnetsensor, der das obige Magnetfeldkonvertierungselement enthält, weist ein Problem auf, dass, wenn ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zu der Fläche des Substrats auf einen Magnetsensor angewendet wird, die Magnetfelder einen Fehler in dem Erkennungssignal des Magnetsensors auslösen oder die Empfindlichkeit des Magnetsensors senken können.
Wie oben beschrieben, beschreibt EP 3045926 A1 , dass der Flussleiter einen Schirm gegen das externe Magnetfeld in der Y-Achsenrichtung bereitstellt. Wenn jedoch das externe Magnetfeld in der Y-Achsenrichtung eine hohe Kraft aufweist, kann es schwer sein, es ausreichend mit dem Flussleiter alleine abzuschirmen.
Eine vorstellbare Lösung hierfür ist es, einen Schirm wie die in DE 102017120052 A1 beschriebene weiche magnetische Schicht zu dem Magnetsensor, der das Magnetfeldkonvertierungselement umfasst, hinzuzufügen.
Es wurde jedoch festgestellt, dass ein Magnetsensor, der mehrere magnetoresistive Elemente und eine oder mehr Magnetfeldkonvertierungselemente umfasst, möglicherweise dem Schirm nicht erlaubt, eine ausreichende Abschirmwirkung auszuüben, selbst, wenn der Schirm angeordnet ist, um die magnetoresistiven Elemente und das/die Magnetfeldkonvertierungselement(e) vollständig abzudecken.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen Magnetsensor bereitzustellen, der einen Magnetfelddetektor und einen Magnetfeldkonverter umfasst, wobei der Magnetfeldkonverter eine Eingabemagnetfeldkomponente in einer vorgegebenen Richtung eines Eingabemagnetfelds in eine Ausgabemagnetfeldkomponente konvertiert und die Ausgabemagnetfeldkomponente zu dem Magnetfelddetektor zuführt, wobei der Magnetsensor in der Lage ist, das Auftreten von Problemen zu verhindern, wenn das Eingabemagnetfeld nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente, sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung umfasst,, die sich von der Richtung der Eingabemagnetfeldkomponente unterscheidet, und ein Magnetsensorsystem bereitzustellen, das einen solchen Magnetsensor umfasst.
Ein Magnetsensor dieser Erfindung umfasst einen Magnetfeldkonverter, einen Magnetfelddetektor und mehrere voneinander getrennte Schirme, wobei jeder der mehreren Schirme aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet sind. Der Magnetfeldkonverter umfasst ein oder mehrere Jochs, die jeweils aus einem weichen magnetischen Material gebildet sind. Jedes der einen oder mehr Jochs ist konfiguriert, ein Eingabemagnetfeld für den Magnetsensor zu empfangen und ein Ausgabemagnetfeld auszugeben. Das Eingabemagnetfeld umfasst eine Eingabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung. Mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung weist jedes der einen oder mehr Jochs eine Form auf, die in einer zweiten Richtung verlängert ist, die sich mit der ersten Richtung schneidet. Das Ausgabemagnetfeld umfasst eine Ausgabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung, die sich mit den ersten und zweiten Richtungen schneidet, wobei die Ausgabemagnetfeldkomponente abhängig von der Eingabemagnetfeldkomponente variiert.
Der Magnetfelddetektor erzeugt ein Erkennungssignal, das von der Ausgabemagnetfeldkomponente abhängt. Der Magnetfelddetektor umfasst ein oder mehr magnetische Erkennungselemente. Jedes der einen oder mehr magnetischen Erkennungselemente ist konfiguriert, das Ausgabemagnetfeld zu empfangen und einen Erkennungswert zu erzeugen, der abhängig von der Ausgabemagnetfeldkomponente variiert. Das Erkennungssignal hängt von dem Erkennungswert ab.
Mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung sind die mehreren Schirme in der zweiten Richtung angeordnet und überlappen den Magnetfeldkonverter und den Magnetfelddetektor. Mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung weist jeder der mehreren Schirme eine solche Form auf, dass seine maximale Abmessung in der zweiten Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der dritten Richtung.
In dem Magnetsensor dieser Erfindung kann der Magnetfelddetektor eine Vielzahl von magnetischen Erkennungselementen wie das eineoder mehr magnetische Erkennungselemente umfassen. Mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung kann jedes der mehreren magnetischen Erkennungselemente sich in dem Umfang eines der mehreren Schirme befinden.
Der Magnetfeldkonverter kann mehrere Jochs wie das eine oder die mehreren Jochs umfassen. Mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung kann jedes der mehreren Jochs sich in dem Umfang eines der mehreren Schirme befinden.
Die mehreren magnetischen Erkennungselemente können einen oder mehr Elementstränge darstellen. Jeder der einen oder mehr Elementstränge kann zwei oder mehr der mehreren magnetischen Erkennungselemente umfassen, die in der zweiten Richtung entlang der einen oder mehr Jochs angeordnet und in Reihe verbunden sind.
Die einen oder mehr Elementstränge können mehrere Elementstränge sein. Der Magnetfelddetektor kann einen Stromversorgungsanschluss umfassen, der konfiguriert ist, eine vorgegebene Spannung aufzunehmen, einen Erdungsanschluss, der mit einer Erde verbunden ist, einen Ausgabeanschluss, einen ersten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem Ausgabeanschluss bereitgestellt ist, und einen zweiten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Ausgabeanschluss und dem Erdungsanschluss bereitgestellt ist. In einem solchen Fall kann jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte einen oder mehr der mehreren Elementstränge umfassen. Das Erkennungssignal kann von dem Potential am Ausgabeanschluss abhängen.
Die einen oder mehr Elementstränge können vier oder mehr Elementstränge sein. Der Magnetfelddetektor kann einen Stromversorgungsanschluss umfassen, der konfiguriert ist, eine vorgegebene Spannung zu empfangen, einen Erdungsanschluss, der mit einer Erde verbunden ist, einen ersten Ausgabeanschluss, einen zweiten Ausgabeanschluss, einen ersten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem ersten Ausgabeanschluss bereitgestellt ist, einen zweiten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem ersten Ausgabeanschluss und dem Erdungsanschluss bereitgestellt ist, einen dritten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Stromversorgungsanschluss und dem zweiten Ausgabeanschluss bereitgestellt ist, und einen vierten Widerstandsabschnitt, der zwischen dem zweiten Ausgabeanschluss und dem Erdungsanschluss bereitgestellt ist. In einem solchen Fall kann jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte einen oder mehr der vier oder mehr Elementstränge umfassen. Das Erkennungssignal kann von einem Potenzialunterschied zwischen dem ersten Ausgabeanschluss und dem zweiten Ausgabeanschluss abhängen.
In dem Magnetsensor dieser Erfindung können die ersten, zweiten und dritten Richtungen orthogonal zueinander sein.
In dem Magnetsensor dieser Erfindung kann jedes der einen oder mehr magnetischen Erkennungselemente ein magnetoresistives Element sein. Das magnetoresistive Element umfasst eine Magnetisierungspinschicht, die eine Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung aufweist, und eine freie Schicht, die eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung abhängig von den angelegten Magnetfeldern variieren kann. Der Erkennungswert kann abhängig von einem Winkel variieren, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht bezüglich der Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht ausbildet. Die Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht kann parallel zu der dritten Richtung sein.
In dem Magnetsensor dieser Erfindung kann das Eingabemagnetfeld nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente, sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung umfassen.
Ein Magnetsensorsystem dieser Erfindung umfasst den Magnetsensor dieser Erfindung, und einen Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines vorgegebenen Magnetfelds. Der Magnetsensor und der Magnetfeldgenerator sind konfiguriert, sodass ein Teilmagnetfeld auf den Magnetsensor angewendet wird, wobei das Teilmagnetfeld Teil des vorgegebenen Magnetfelds ist. Das Teilmagnetfeld umfasst eine erste Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung. Das Eingabemagnetfeld ist das Teilmagnetfeld. Die Eingabemagnetfeldkomponente ist die erste Magnetfeldkomponente.
In dem Magnetsensorsystem dieser Erfindung können der Magnetsensor und der Magnetfeldgenerator so konfiguriert sein, dass die erste Magnetfeldkomponente variiert, wenn die relative Position des Magnetfeldgenerators bezüglich des Magnetsensors variiert.
Nach dem Magnetsensor und dem Magnetsensorsystem dieser Erfindung dient die Bereitstellung der mehreren Schirme dem Verhindern des Auftretens von Problemen, wenn das Eingabemagnetfeld nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente, sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung umfasst, die sich von der Richtung der Eingabemagnetfeldkomponente unterscheidet.
Andere und weitere Objekte, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung erscheinen vollständiger aus der folgenden Beschreibung.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kameramoduls, das ein Magnetsensorsystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst.
2 illustriert eine interne schematische Ansicht des Kameramoduls aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebsvorrichtung des Kameramoduls aus 1.
4 ist eine perspektivische Ansicht mehrerer Spulen der Antriebsvorrichtung aus 1.
5 ist Seitenansicht, die die Hauptteile der Antriebsvorrichtung aus 1 illustriert.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptteile des Magnetsensorsystems nach der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Draufsicht des Magnetsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Draufsicht, die die Verbindungsbeziehung zwischen mehreren Elementsträngen in dem Magnetsensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
10 ist ein Schaltplan, der die Schaltkreiskonfiguration eines Magnetfelddetektors der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Verkabelungsabschnitts und der magnetoresistiven Elemente der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines magnetoresistiven Elements der ersten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine Seitenansicht eines Teils des Magnetsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
14 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen einer Erkennungszielposition und einem Eingabemagnetfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung.
15 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Erkennungszielposition und dem Eingabemagnetfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung.
16 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Erkennungszielposition und dem Eingabemagnetfeld in der ersten Ausführungsform der Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors eines vergleichenden Beispiels.
18 ist ein erklärendes Diagramm, das eine zweite Wirkung des Magnetsensors nach der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
19 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
20 ist eine Draufsicht des Magnetsensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
22 ist eine Draufsicht des Magnetsensors nach der dritten Ausführungsform der Erfindung.
23 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Modells für eine Simulation.
24 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem ersten Modell illustriert.
25 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Modells für die Simulation.
26 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem zweiten Modell illustriert.
27 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten Modells für die Simulation.
28 ist ein charakteristisches Diagramm, das einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem dritten Modell illustriert.
29 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Simulationsergebnisse illustriert.
30 ist ein erklärendes Diagramm zur Beschreibung eines Experiments, das auf den Magnetsensor nach der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
31 ist ein charakteristisches Diagramm, das die experimentellen Ergebnisse am Magnetsensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
32 ist ein charakteristisches Diagramm, das die experimentellen Ergebnisse am Magnetsensor nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
33 ist ein charakteristisches Diagramm, das die experimentellen Ergebnisse am Magnetsensor nach der dritten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
34 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Verteilungen erster Hystereseparameterwerte der Magnetsensoren nach der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
35 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Verteilungen der zweiten Hystereseparameterwerte der Magnetsensoren nach der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung illustriert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden nun ausführlich mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Erst wird auf 1 und 2 verwiesen, um die Konfiguration eines Kameramoduls zu beschreiben, das ein Magnetsensorsystem nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Kameramoduls 100. 2 illustriert eine schematische Innenansicht des Kameramoduls 100. Für einfacheres Verständnis sind in 2 die Teile des Kameramoduls 100 in einem anderen Maßstab und einem anderen Layout gezeichnet als die aus 1. Das Kameramodul 100 besteht beispielsweise aus einem Abschnitt einer Kamera für ein Smartphone, das einen optischen Bildstabilisationsmechanismus und einen Autofokusmechanismus aufweist, und in Kombination mit einem Bildsensor 200 verwendet wird, der CMOS oder andere ähnliche Techniken verwendet.
Das Kameramodul 100 umfasst eine Antriebsvorrichtung 3, eine Linse 5, ein Gehäuse 6 und ein Substrat 7. Die Antriebsvorrichtung 3 soll die Linse 5 bewegen. Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst das Magnetsensorsystem nach dieser Ausführungsform. Das Magnetsensorsystem wird später beschrieben. Das Gehäuse 6 soll die Antriebsvorrichtung 3 schützen. Das Substrat 7 weist eine obere Fläche 7a auf. 1 zeigt die Illustration des Substrats 7 nicht und 2 zeigt die Illustration des Gehäuses 6 nicht.
Nun definieren wir die Richtungen X, Y und Z wie in 1 und 2. Die Richtungen X, Y und Z sind orthogonal zueinander. In dieser Ausführungsform ist die Z-Richtung eine Richtung, die rechtwinklig zu der oberen Fläche 7a des Substrats 7 steht. In 2 ist die Z-Richtung die Aufwärtsrichtung. Die Richtungen X und Y sind beide parallel zu der oberen Fläche 7a des Substrats 7. Die Richtungen, die den Richtungen X, Y und Z entgegenlaufen, werden als die Richtungen -X, -Y bzw. -Z bezeichnet. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „über“ die Positionen, die sich vor einer Referenzposition in der Z-Richtung befinden und „unter“ bezieht sich auf Positionen, die sich an einer Seite der Referenzposition „oben“ gegenüber befinden.
Die Linse 5 ist über der oberen Fläche 7a des Substrats 7 in einer solchen Ausrichtung angeordnet, dass die Richtung ihrer optischen Achse parallel zur Z-Richtung ist. Das Substrat 7 weist eine Öffnung (nicht illustriert) auf, um Licht durchzulassen, das durch die Linse 5 gefallen ist. Wie in 2 gezeigt. ist das Kameramodul 100 an dem Bildsensor 200 ausgerichtet, sodass Licht, das durch die Linse 5 und die nicht illustrierte Öffnung gefallen ist, in den Bildsensor 200 eintritt.
Die Antriebsvorrichtung 3 wird nun ausführlich mit Verweis auf 2 bis 5 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Antriebsvorrichtung 3. 4 ist eine perspektivische Ansicht mehrerer Spulen der Antriebsvorrichtung 3. 5 ist eine Seitenansicht, die die Hauptteile der Antriebsvorrichtung 3 illustriert.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst ein erstes Halteelement 14, ein zweites Halteelement 15, mehrere erste Drähte 16 und mehrere zweite Drähte 17. Das zweite Halteelement 15 soll die Linse 5 halten. Wenn es auch nicht illustriert ist, ist das zweite Halteelement 15 wie ein hohler Zylinder geformt, sodass die Linse 5 in den Hohlraum eingesetzt werden kann.
Das zweite Halteelement 15 ist so bereitgestellt, dass seine Position in einer Richtung variabel ist, speziell in der Richtung der optischen Achse der Linse 5, d. h. einer Richtung parallel zur Z-Richtung, bezüglich des ersten Halteelements 14. In dieser Ausführungsform ist das erste Halteelement 14 wie ein Kasten geformt, sodass die Linse 5 und das zweite Halteelement 15 darin aufgenommen werden kann. Die mehreren zweite Drähte 17 verbinden die ersten und zweiten Halteelemente 14 und 15 und unterstützen das zweite Halteelement 15, sodass das zweite Halteelement 15 bezüglich des ersten Halteelements 14 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung beweglich ist.
Das erste Halteelement 14 ist über der oberen Fläche 7a des Substrats 7 bereitgestellt, sodass seine Position bezüglich des Substrats 7 in einer Richtung parallel zur X-Richtung und in einer Richtung parallel zur Y-Richtung variabel ist. Die mehreren ersten Drähte 16 verbinden das Substrat 7 und das erste Halteelement 14, und tragen das erste Halteelement 14, sodass das erste Halteelement 14 bezüglich des Substrats 7 in der Richtung parallel zur X-Richtung und in der Richtung parallel zur Y-Richtung beweglich ist. Wenn die relative Position des ersten Halteelements 14 bezüglich des Substrats 7 variiert, variiert die relative Position des zweiten Halteelements 15 bezüglich des Substrats 7 ebenfalls.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst ferner Magneten 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A und 34B, und Spulen 41, 42, 43, 44, 45 und 46. Der Magnet 31A befindet sich in der -Y-Richtung vor der Linse 5. Der Magnet 32A befindet sich in der Y-Richtung vor der Linse 5. Der Magnet 33A befindet sich in der -X-Richtung vor der Linse 5. Der Magnet 34A befindet sich in der X-Richtung vor der Linse 5. Die Magneten 31B, 32B, 33B und 34B befinden sich jeweils über den Magneten 31A, 32A, 33A und 34A. Die Magneten 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A und 34B sind an dem ersten Halteelement 14 befestigt.
Wie in 3 gezeigt, weisen die Magneten 31A, 31B, 32A und 32B je eine rechteckige parallelepipede Form auf, die in der X-Richtung verlängert ist. Die Magneten 33A, 33B, 34A und 34B weisen je eine rechteckige parallelepipede Form auf, die in der Y-Richtung verlängert ist. Die Magneten 31A und 32B sind in der Y-Richtung magnetisiert. Die Magneten 31B und 32A sind in der -Y-Richtung magnetisiert. Die Magneten 33A und 34B sind in der X-Richtung magnetisiert. Die Magneten 33B und 34A sind in der -X-Richtung magnetisiert. In 1 und 3 sind die Magnetisierungsrichtungen der Magneten 31A, 31B, 32B, 33B, 34A und 34B durch die Pfeile angezeigt, die eingezeichnet sind, um die jeweiligen Magneten zu überlappen. In 5 sind die Magnetisierungsrichtungen der Magneten 31A und 31B durch die Pfeile angezeigt, die in den Magneten 31A und 31B gezeichnet sind.
Der Magnet 31A weist eine Endfläche 31A1 auf, die sich an dem Ende des Magneten 31A in der X-Richtung befindet. Der Magnet 34A weist eine Endfläche 34A1 auf, die sich an dem Ende des Magneten 34A in der -Y-Richtung befindet.
Die Spule 41 befindet sich zwischen dem Magneten 31A und dem Substrat 7. Die Spule 42 befindet sich zwischen dem Magneten 32A und dem Substrat 7. Die Spule 43 befindet sich zwischen dem Magneten 33A und dem Substrat 7. Die Spule 44 befindet sich zwischen dem Magneten 34A und dem Substrat 7. Die Spule 45 befindet sich zwischen der Linse 5 und den Magneten 31A und 31B. Die Spule 46 befindet sich zwischen der Linse 5 und den Magneten 32A und 32B. Die Spulen 41, 42, 43 und 44 sind an dem Substrat 7 befestigt. Die Spulen 45 und 46 sind an dem zweiten Halteelement 15 befestigt.
Die Spule 41 unterliegt vornehmlich einem Magnetfeld, das durch Magnet 31A erzeugt wird. Die Spule 42 unterliegt vornehmlich einem Magnetfeld, das durch Magnet 32A erzeugt wird. Die Spule 43 unterliegt vornehmlich einem Magnetfeld, das durch Magnet 33A erzeugt wird. Die Spule 44 unterliegt vornehmlich einem Magnetfeld, das durch Magnet 34A erzeugt wird.
Wie in 2, 4 und 5 dargestellt, umfasst die Spule 45 einen ersten Leiterabschnitt 45A, der sich entlang des Magneten 31A in der X-Richtung erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 45B, der sich entlang des Magneten 31B in der X-Richtung erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die die ersten und zweiten Leiterabschnitte 45A und 45B verbinden. Wie in 2 und 4 dargestellt, umfasst die Spule 46 einen ersten Leiterabschnitt 46A, der sich entlang des Magneten 32A in der X-Richtung erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 46B, der sich entlang des Magneten 32B in der X-Richtung erstreckt, und zwei dritte Leiterabschnitte, die die ersten und zweiten Leiterabschnitte 46A und 46B verbinden.
Der erste Leiterabschnitt 45A der Spule 45 unterliegt vornehmlich einer Komponente in der Y-Richtung des Magnetfelds, das von dem Magneten 31A erzeugt wird. Der zweite Leiterabschnitt 45B der Spule 45 unterliegt vornehmlich einer Komponente in der -Y-Richtung eines Magnetfelds, das durch den Magneten 31B erzeugt wird. Der erste Leiterabschnitt 46A der Spule 46 unterliegt vornehmlich einer Komponente in der -Y-Richtung des Magnetfelds, das von dem Magneten 32A erzeugt wird. Der zweite Leiterabschnitt 45B der Spule 46 unterliegt vornehmlich einer Komponente in der Y-Richtung eines Magnetfelds, das von dem Magneten 32B erzeugt wird.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst ferner einen Magnetsensor 30, der an der Innenseite einer der Spulen 41 und 42 angeordnet und an dem Substrat 7 befestigt ist, und einen Magnetsensor 30, der an der Innenseite einer der Spulen 43 und 44 angeordnet und an dem Substrat 7 befestigt ist. Hier ist anzunehmen, dass die beiden Magnetsensoren 30 an den Innenseiten der Spulen 41 und 44, angeordnet sind. Wie später beschrieben wird, werden die beiden Magnetsensoren 30 verwendet, um die Position der Linse 5 anzupassen, um die Wirkung des handinduzierten Kamerawackelns zu verringern.
Der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, erkennt das Magnetfeld, das durch den Magneten 31A erzeugt wird, und gibt ein Erkennungssignal aus, das der Position des Magneten 31A entspricht. Der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist, erkennt das Magnetfeld, das durch den Magneten 34A erzeugt wird, und gibt ein Erkennungssignal aus, das der Position des Magneten 34A entspricht. Die Konfiguration der Magnetsensoren 30 wird später beschrieben.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst ferner einen Magneten 13 und einen Magnetsensor 20. Der Magnetsensor 20 wird verwendet, um die Position der Linse 5 bei automatischer Fokussierung zu erkennen. Der Magnetsensor 20 ist an dem Substrat 7 in einer Position in der Nähe der Endfläche 31A1 des Magneten 31A und der Endfläche 34A1 des Magneten 34A befestigt. Beispielsweise besteht der Magnetsensor 20 aus Elementen zur Erkennung von Magnetfeldern, wie etwa magnetoresistiven Elemente.
Der Magnet 13 ist über dem Magnetsensor 20 angeordnet und an dem zweiten Halteelement 15 befestigt. Der Magnet 13 weist eine rechteckige parallelepipede Form auf. Wenn die relative Position des zweiten Halteelements 15 bezüglich des ersten Halteelements 14 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung variiert, variiert auch die relative Position des Magneten 13 bezüglich des ersten Halteelements 14 in der Richtung parallel zur Z-Richtung.
Nun wird auf 2 bis 5 verwiesen, um den Betrieb der Antriebsvorrichtung 3 zu beschreiben. Die Antriebsvorrichtung 3 stellt einen Abschnitt der optischen Bildstabilisierungs- und Autofokusmechanismen dar. Solche Mechanismen werden zunächst kurz beschrieben. Eine Steuereinheit (nicht illustriert) außerhalb des Kameramoduls 100 steuert die Antriebsvorrichtung 3, den optischen Bildstabilisierungsmechanismus und den Autofokusmechanismus.
Der optische Bildstabilisierungsmechanismus ist konfiguriert, handinduziertes Kamerawackeln beispielsweise unter Verwendung eines Gyrosensors außerhalb des Kameramoduls 100 zu erkennen. Nach Erkennung von handinduziertem Kamerawackeln durch den optischen Bildstabilisierungsmechanismus steuert die nicht illustrierte Steuereinheit die Antriebsvorrichtung 3, um die relative Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 abhängig vom Modus des Kamerawackelns zu variieren. Dies stabilisiert die absolute Position der Linse 5 zum Verringern der Wirkung des Kamerawackeins. Die relative Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 wird in einer Richtung parallel zur X-Richtung oder parallel zur Y-Richtung variiert, abhängig vom Modus des Kamerawackeins.
Der Autofokusmechanismus ist konfiguriert, einen Zustand zu erkennen, in dem der Fokus auf das Subjekt erreicht wird, beispielsweise unter Verwendung eines Bildsensors 200 oder eines Autofokussensors. Unter Verwendung der Antriebsvorrichtung 3, variiert die nicht illustrierte Steuereinheit die relative Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, um den Fokus auf das Subjekt zu erreichen. Dies ermöglicht die automatische Fokussierung auf das Subjekt.
Als nächstes die Operation der Antriebsvorrichtung 3 bezüglich des optischen Bildstabilisierungsmechanismus beschrieben. Wenn Ströme durch die nicht illustrierte Steuereinheit die Spulen 41 und 42 geleitet werden, bewegt sich das erste Halteelement 14, an dem die Magneten 31A und 32A befestigt sind, durch die Interaktion zwischen den Magnetfeldern, die durch die Magneten 31A und 32A erzeugt werden, und den Magnetfeldern, die durch die Spulen 41 und 42 erzeugt werden, in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Als Ergebnis davon bewegt sich die Linse 5 auch in der Richtung parallel zur Y-Richtung. Wenn Ströme durch die nicht illustrierte Steuereinheit durch die Spulen 43 und 44 geleitet werden, bewegt sich andererseits das erste Halteelement 14, an dem die Magneten 33A und 34A befestigt sind, durch die Interaktion zwischen den Magnetfeldern, die durch die Magneten 33A und 34A erzeugt werden, und den Magnetfeldern, die durch die Spulen 43 und 44 erzeugt werden, in einer Richtung parallel zur X-Richtung. Als Ergebnis davon bewegt sich die Linse 5 auch in der Richtung parallel zur X-Richtung. Die nicht illustrierte Steuereinheit erkennt die Position der Linse 5 durch Messung von Signalen, die den Positionen der Magneten 31A und 34A, entsprechen, die durch die beiden Magnetsensoren 30 erzeugt werden.
Als nächstes wird die Operation der Antriebsvorrichtung 3 auf den Autofokusmechanismus bezogen beschrieben. Zum relativen Bewegen der Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 in der Z-Richtung, überträgt die nicht illustrierte Steuereinheit einen Strom durch die Spule 45, sodass der Strom durch den ersten Leiterabschnitt 45A in der X-Richtung fließt und durch den zweiten Leiterabschnitt 45B in der -X-Richtung fließt, und überträgt einen Strom durch die Spule 46, sodass der Strom durch den erste Leiterabschnitt 46A in der -X-Richtung fließt und durch den zweiten Leiterabschnitt 46B in der X-Richtung fließt. Diese Ströme und die Magnetfelder, die durch die Magneten 31A, 31B, 32A und 32B erzeugt werden, verursachen eine Lorentz-Kraft in der Z-Richtung, die auf die ersten und zweiten Leiterabschnitte 45A und 45B der Spule 45 und die ersten und zweiten Leiterabschnitte 46A und 46B der Spule 46 ausgeübt werden sollen. Dies führt dazu, dass sich das zweite Halteelement 15 mit den daran befestigten Spulen 45 und 46 in der Z-Richtung bewegen. Als Ergebnis davon bewegt sich die Linse 5 auch in der Z-Richtung.
Um die relative Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 in der -Z-Richtung zu bewegen, sendet die nicht illustrierte Steuereinheit Ströme durch die Spulen 45 und 46 in Richtungen, die denen in dem Fall der Bewegung der relativen Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 in der Z-Richtung entgegenlaufen.
Wenn die relative Position der Linse 5 bezüglich des Substrats 7 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung variiert, variiert auch die relative Position des Magneten 13 bezüglich des Magnetsensors 20 in der Richtung parallel zur Z-Richtung. Der Magnetsensor 20 erkennt mindestens ein Magnetfeld, das durch den Magneten 13 erzeugt wird, und erzeugt ein Signal, das der Position des Magneten 13 entspricht. Die nicht illustrierte Steuereinheit erkennt die Position der Linse 5 durch Messung des Signals, das durch den Magnetsensor 20 erzeugt wurde.
Eine schematische Konfiguration des Magnetsensorsystems nach dieser Ausführungsform wird nun mit Verweis auf 1 bis 5 beschrieben. Das Magnetsensorsystem nach dieser Ausführungsform umfasst einen Magnetsensor nach dieser Ausführungsform, und einen Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines vorgegebenen Magnetfelds. In dieser Ausführungsform entspricht der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, oder der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist, dem Magnetsensor nach dieser Ausführungsform. Für das Magnetsensorsystem, das den Magnetsensor 30 an der Innenseite der Spule 41 aufweist, entspricht der Magnet 31A dem Magnetfeldgenerator. Für das Magnetsensorsystem, das den Magnetsensor 30 an der Innenseite der Spule 44 aufweist, entspricht der Magnet 34A dem Magnetfeldgenerator.
Nun wird auf 6 verwiesen, um das Magnetsensorsystem 101 zu beschreiben, das den Magnetsensor 30 an der Innenseite der Spule 41 angeordnet hat. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Hauptabschnitte des Magnetsensorsystems 101 illustriert. Für einfacheres Verständnis ist in 6 die Spule 41 weggelassen und der Magnet 31A ist in einem anderen Maßstab und an einem anderen Ort als der in 1 bis 3 und 5 gezeichnet. Nachfolgend wird, wenn nicht anders vorgegeben, der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 41 angeordnet ist, einfach als der Magnetsensor 30 bezeichnet, und kann auch als der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform bezeichnet werden.
Der Magnetsensor 30 und der Magnetfeldgenerator, d. h. der Magnet 31A, sind konfiguriert, sodass ein Teilmagnetfeld auf den Magnetsensor 30 angewendet wird. Das Teilmagnetfeld ist ein Abschnitt des Magnetfelds, das durch den Magneten 31A erzeugt wird. Das Teilmagnetfeld umfasst 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 dieser Erfindung. Die Y-Richtung entspricht der zweiten Richtung in dieser Erfindung.
In dieser Ausführungsform ist, wie in 6 dargestellt, der Magnet 31A in der Y-Richtung magnetisiert und die zweite Magnetfeldkomponente Hy in der - Y-Richtung. In 6 ist die erste Magnetfeldkomponente Hz nach Bewegung des Magneten 31A in der Y-Richtung aus der Position aus 5 dargestellt.
Wie zuvor 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 bezüglich des Substrats 7 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung variiert, variiert auch die relative Position des Magneten 31A bezüglich des Magnetsensors 30 in der Richtung parallel zur Y-Richtung. Das Erkennungssignal des Magnetsensors 30 entspricht der relativen Position des Magneten 31A bezüglich des Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Nachfolgend wird die relative Position des Magneten 31A bezüglich des Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung auch als die Erkennungszielposition bezeichnet. Das Magnetsensorsystem 101 ist eine Positionserkennungsvorrichtung zum Erkennen der Erkennungszielposition.
Der Magnetsensor 30 und der Magnet 31A sind ebenfalls konfiguriert, sodass die erste Magnetfeldkomponente Hz variiert, wenn die Erkennungszielposition variiert. In dieser Ausführungsform variiert die erste Magnetfeldkomponente Hz, wenn sich das erste Halteelement 14 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung bewegt, um die Erkennungszielposition zu variieren. Eine Beschreibung erfolgt später bezüglich der Art, wie die erste Magnetfeldkomponente Hz variiert.
Der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform wird nun beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetsensors 30. 8 ist eine Draufsicht des Magnetsensors 30. Der Magnetsensor 30 umfasst einen Magnetfeldkonverter 50, einen Magnetfelddetektor 60 und mehrere Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D. 8 lässt die Illustration der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D weg.
Der Magnetfeldkonverter 50 umfasst ein oder mehr Jochs 51, die je aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet sind. Jedes der einen oder mehr Jochs 51 weist eine Form auf, die in der Y-Richtung mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, z. B. mit Blick von oben, verlängert ist. Jedes der einen oder mehr Jochs 51 ist konfiguriert, ein Eingabemagnetfeld zu empfangen und ein Ausgabemagnetfeld auszugeben. Das Eingabemagnetfeld umfasst eine Eingabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der Z-Richtung.
In dieser Ausführungsform ist das Eingabemagnetfeld das obige Teilmagnetfeld. Die Eingabemagnetfeldkomponente ist die obige erste Magnetfeldkomponente Hz (siehe 6). Das Ausgabemagnetfeld umfasst eine Ausgabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung. Die Ausgabemagnetfeldkomponente variiert abhängig von der Eingabemagnetfeldkomponente. d. h. der ersten Magnetfeldkomponente Hz. Die X-Richtung entspricht der dritten Richtung in dieser Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die erste Richtung (die Z-Richtung), die zweite Richtung (die Y-Richtung), und die dritte Richtung (die X-Richtung) orthogonal zueinander. Das Eingabemagnetfeld umfasst nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente (die erste Magnetfeldkomponente Hz), sondern auch die zweite Magnetfeldkomponente Hy, die eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur Y-Richtung ist.
In dieser Ausführungsform umfasst, wie in 7 und 8 gezeigt, der Magnetfeldkonverter 50 eine Vielzahl von Jochs 51 wie das eine oder die mehreren Jochs 51. Jedes der Jochs 51 weist eine rechteckige parallelepipede Form auf, die etwa in der Y-Richtung verlängert ist. Die Jochs 51 sind identisch geformt.
In dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Jochs 51 acht. Nachfolgend werden die acht Jochs 51 mit der Referenzsymbolen 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F, 51G und 51H bezeichnet, um sie voneinander zu unterscheiden. Die acht Jochs 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F, 51G und 51H sind in dieser Reihenfolge in der X-Richtung angeordnet.
Der Magnetfelddetektor 60 ist konfiguriert, das Ausgabemagnetfeld zu empfangen und ein Erkennungssignal abhängig von der Ausgabemagnetfeldkomponente zu erzeugen. Dieses Erkennungssignal ist dasselbe wie das Erkennungssignal, das durch den Magnetsensor 30 ausgegeben wird. Wie oben beschrieben, variiert die Ausgabemagnetfeldkomponente abhängig von der Eingabemagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz). Das Erkennungssignal hängt so von der Eingabemagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz) ab.
Der Magnetfelddetektor 60 umfasst ein oder mehr magnetische Erkennungselemente 90. Jedes der einen oder mehr magnetischen Erkennungselemente 90 ist konfiguriert, das Ausgabemagnetfeld zu empfangen und einen Erkennungswert zu erzeugen, der abhängig von der Ausgabemagnetfeldkomponente variiert. Das Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 hängt von diesem Erkennungswert ab.
Speziell in dieser Ausführungsform umfasst der Magnetfelddetektor 60 mehrere magnetische Erkennungselemente 90 als die einen oder mehr magnetische Erkennungselemente 90. Die mehreren magnetischen Erkennungselemente 90 stellen einen oder mehr Elementstränge dar. Jeder der einen oder mehr Elementstränge umfasst zwei oder mehr der mehreren magnetischen Erkennungselemente 90, die in der Y-Richtung entlang der einen oder mehr Jochs 51 angeordnet und in Reihe verbunden sind.
In dieser Ausführungsform ist jedes der mehreren magnetischen Erkennungselemente 90 speziell ein magnetoresistives (MR) Element. Nachfolgend wird ein magnetisches Erkennungselement 90 auch als ein MR-Element 90 bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist der Erkennungswert jedes magnetischen Erkennungselements (MR-Element) 90 der Widerstandswert des MR-Elements 90.
In dieser Ausführungsform sind der eine oder die mehr Elementstränge mehrere Elementstränge, speziell vier oder mehr Elementstränge. In dem Beispiel aus 7 und 8 gibt es sechzehn Elementstränge. Jeder Elementstrang besteht aus vier MR Elementen 90. Zwei Elementstränge sind mit einem Joch 51 assoziiert. Die beiden Elementstränge sind in der Nähe des Endes des Jochs 51 in der -Z-Richtung angeordnet und stehen sich in der X-Richtung gegenüber, wobei die Joch 51 dazwischen liegen.
9 illustriert die Verbindungsbeziehung zwischen den Elementsträngen. In 9 sind die zusammensetzenden Komponenten des Magnetfeldkonverters 50 in unterbrochenen Linien dargestellt. In 8 und 9 stellen die Symbole T₁ bis T₁₆ die sechzehn Elementstränge dar. Die Elementstränge T₁ und T₂ sind mit dem Joch 51A assoziiert. Die Elementstränge T₃ und T₄ sind mit dem Joch 51B assoziiert. Die Elementstränge T₅ und T₆ sind mit dem Joch 51C assoziiert. Die Elementstränge T₇ und T₈ sind mit dem Joch 51D assoziiert. Die Elementstränge T₉ und T₁₀ sind mit dem Joch 51E assoziiert. Die Elementstränge T₁₁ und T₁₂ sind mit dem Joch 51F assoziiert. Die Elementstränge T₁₃ und T₁₄ sind mit dem Joch 51G assoziiert. Die Elementstränge T₁₅ und T₁₆ sind mit dem Joch 51H assoziiert. Die vier MR-Elemente 90, die jeden Elementstrang darstellen, sind in Reihe verbunden.
Die Elementstränge T₁ , T₃ , T₅ , T₇ , T₉ , T₁₁ , T₁₃ und T₁₅ sind an der -X-Richtungsseite der Jochs 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F, 51G bzw. 51H angeordnet. die Elementstränge T₂ , T₄ , T₆ , T₈ , T₁₀ , T₁₂ , T₁₄ und T₁₆ sind an der X-Richtungsseite der Jochs 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F, 51G bzw. 51H angeordnet.
Nun wird auf 9 und 10 verwiesen, um die Schaltungskonfiguration des Magnetfelddetektors 60 zu beschreiben. 10 ist ein Schaltplan, der die Schaltungskonfiguration des Magnetfelddetektors 60 illustriert. Wie in 10 gezeigt, umfasst der Magnetfelddetektor 60 einen Stromversorgungsanschluss V, konfiguriert zum Empfangen einer vorgegebenen Spannung, einen Erdungsanschluss G, der mit der Erde verbunden ist, einen ersten Ausgabeanschluss E1, einen zweiten Ausgabeanschluss E2, einen ersten Widerstandsabschnitt 61, einen zweiten Widerstandsabschnitt 62, einen dritten Widerstandsabschnitt 63, und einen vierten Widerstandsabschnitt 64.
Der erste Widerstandsabschnitt 61 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgabeanschluss E1 bereitgestellt. Der zweite Widerstandsabschnitt 62 ist zwischen dem ersten Ausgabeanschluss E1 und dem Erdungsanschluss G bereitgestellt. Der dritte Widerstandsabschnitt 63 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgabeanschluss E2 bereitgestellt. Der vierte Widerstandsabschnitt 64 ist zwischen dem zweiten Ausgabeanschluss E2 und dem Erdungsanschluss G bereitgestellt. Das Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 hängt von einem Potenzialunterschied zwischen dem ersten Ausgabeanschluss E1 und dem zweiten Ausgabeanschluss E2 ab.
Jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 umfasst einen oder mehr Elementstränge. In dieser Ausführungsform speziell umfasst jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 vier in Reihe verbundene Elementstränge. Genauer umfasst der erste Widerstandsabschnitt 61 die Elementstränge T₁ , T₃ , T₅ und T₇ in Reihe verbunden. Der zweite Widerstandsabschnitt 62 umfasst die Elementstränge T₉ , T₁₁ , T₁₃ , und T₁₅ in Reihe verbunden. Der dritte Widerstandsabschnitt 63 umfasst die Elementstränge T₂ , T₄ , T₆ , und T₈ in Reihe verbunden. Der vierte Widerstandsabschnitt 64 umfasst die Elementstränge T₁₀ , T₁₂ , T₁₄ , und T₁₆ in Reihe verbunden.
Der Magnetfelddetektor 60 umfasst einen Verdrahtungsabschnitt 80 zur elektrischen Verbindung der mehreren MR-Elemente 90. Nun wird der Verdrahtungsabschnitt 80 mit Verweis auf 11 beschrieben. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt des Verdrahtungsabschnitts 80 und der MR-Elemente 90 illustriert. Der Verdrahtungsabschnitt 80 umfasst mehrere obere Elektroden 82 und mehrere untere Elektroden 81 für die elektrische Verbindung von vier MR-Elementen 90, die jeden Elementstrang darstellen. Die MR-Elemente 90 sind an den unteren Elektroden 81 angeordnet. Die oberen Elektroden 82 sind an den MR-Elementen 90 angeordnet.
Die MR-Elemente 90, die oberen Elektroden 82, und die unteren Elektroden 81 sind in der folgenden Beziehung verbunden. Jede der unteren Elektroden 81 ist geformt, um in der Y-Richtung schmal und lang zu sein. Alle zwei unteren Elektroden 81, die aneinander in der Y-Richtung angrenzen, haben eine Spalte zwischen sich. Die MR-Elemente 90 sind an den oberen Flächen der unteren Elektroden 81 in Positionen in der Nähe gegenüberliegender Enden in der Y-Richtung bereitgestellt. Jede der oberen Elektroden 82 verbindet elektrisch zwei aneinander angrenzende MR-Elemente 90, die an zwei unteren Elektroden 81 in der Y-Richtung aneinander angrenzend angeordnet sind. In einer solchen Weise sind die vier MR-Elemente 90 in Reihe verbunden.
Der Verdrahtungsabschnitt 80 umfasst ferner mehrere Verbindungselektroden. In jedem der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 verbinden die Verbindungselektroden elektrisch die unteren Elektroden 81, sodass die mehreren Elementstränge in Reihe verbunden sind.
Ein Beispiel der Konfiguration jedes MR-Elements 90 wird nun mit Verweis auf 12 beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines MR-Elements 90. In diesem Beispiel umfasst das MR-Element 90: eine Magnetisierungspinschicht 92, die eine Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung aufweist; eine freie Schicht 94, die eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung abhängig von einem angewendeten Magnetfeld variiert; eine Spaltschicht 93, die zwischen der Magnetisierungspinschicht 92 und der freien Schicht 94 angeordnet ist; und eine antiferromagnetische Schicht 91. Die antiferromagnetische Schicht 91, die Magnetisierungspinschicht 92, die Spaltschicht 93, und die freie Schicht 94 sind in dieser Reihenfolge gestapelt, von der nächsten zur am weitesten von der unteren Elektrode 81 entfernten. Die antiferromagnetische Schicht 91 ist aus einem antiferromagnetischen Material ausgebildet und befindet sich in Wechselkoppelung mit der Magnetisierungspinschicht 92, um die Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungspinschicht 92 festzulegen. Das MR-Element 90 kann ein tunnelndes magnetoresistives (TMR) Element oder ein riesiges magnetoresistives (GMR) Element vom Typ „current-perpendicular-to-plane“ (CPP) sein, wobei ein Sensorstrom zur Verwendung bei der magnetischen Signalerkennung in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene der Schichten zugeführt wird, die das MR-Element 90 bilden. In dem TMR Element ist die Spaltschicht 93 eine Tunnelbarriereschicht. In dem GMR Element ist die Spaltschicht 93 eine nichtmagnetische leitfähige Schicht.
Das MR-Element 90 variiert im Widerstandswert abhängig vom Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 94 bezüglich der Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht 92 bildet, und weist einen Mindestwiderstandswert auf, wenn der vorherige Winkel 0° ist, und einen maximalen Widerstandswert, wenn der vorherige Winkel 180° ist.
In dieser Ausführungsform erfolgt die Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht 92 in einer Richtung parallel zur X-Richtung. In dieser Ausführungsform sind die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in dem ersten Widerstandsabschnitt 61 in der entgegengesetzten Richtung der Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62. Die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 sind in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 in derselben Richtung wie die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in dem ersten Widerstandsabschnitt 61. Die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 in derselben Richtung der Magnetisierungen wie Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62.
In dieser Ausführungsform sind speziell die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in den ersten und dritten Widerstandsabschnitten 61 und 63 in der X-Richtung. Die Magnetisierungen der Magnetisierungspinschichten 92 der MR-Elemente 90 in den zweiten und vierten Widerstandsabschnitten 62 und 64 in der - X-Richtung.
In dieser Ausführungsform ist jedes der MR-Elemente 90 in der Form in einer Richtung parallel zur Y-Richtung verlängert. Die freie Schicht 94 jedes der MR-Elemente 90 weist so eine Formanisotropie auf, sodass die Richtung der einfachen Achse der Magnetisierung parallel zur Y-Richtung ist. Wenn keine Magnetfelder angelegt werden, ist die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 94 so parallel zur Y-Richtung. Bei Anwesenheit der Ausgabemagnetfeldkomponente variiert die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 94 abhängig von der Richtung und Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente. Der Winkel, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 94 bezüglich der Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht 92 formt, variiert so abhängig von der Richtung und Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch jedes der MR-Elemente 90 empfangen wird. Der Widerstandswert jedes der MR-Elemente 90 entspricht so der Ausgabemagnetfeldkomponente.
In dieser Ausführungsform ist die Richtung der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch die MR-Elemente 90 in dem zweiten Widerstandsabschnitt 62 empfangen wird, gleich, wie die Richtung der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch die MR-Elemente 90 in dem erste Widerstandsabschnitt 61 empfangen wird. Andererseits ist die Richtung der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch die MR-Elemente 90 in dem dritten Widerstandsabschnitt 63 empfangen wird, und die der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch die MR-Elemente 90 in dem vierten Widerstandsabschnitt 64 empfangen wird, entgegengesetzt zu der Richtung der Ausgabemagnetfeldkomponente, die durch die MR-Elemente 90 in dem erste Widerstandsabschnitt 61 empfangen wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Konfiguration des MR-Elements 90, die oben mit Verweis auf 12 beschrieben ist, beispielhaft und nicht einschränkend ist. Beispielsweise kann das MR-Element 90 ohne die antiferromagnetische Schicht 91 konfiguriert sein. In einer solchen Konfiguration kann beispielsweise eine Magnetisierungspinschicht einer künstlichen antiferromagnetischen Struktur, die zwei ferromagnetische Schichten und eine nichtmagnetische Metallschicht umfasst, die zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten eingesetzt ist, anstelle der antiferromagnetischen Schicht 91 und der Magnetisierungspinschicht 92 bereitgestellt sein.
Die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D werden nun beschrieben. Die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D sind je aus einem weichen magnetischen Material gebildet.
Die Schirme 71A, 71B, 71C und 71D sind voneinander getrennt und über dem Magnetfeldkonverter 50 und dem Magnetfelddetektor 60 angeordnet. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, z. B. mit Blick von oben, sind die Schirme 71A, 71B, 71C und 71D in dieser Reihenfolge in der Y-Richtung angeordnet und überlappen den Magnetfeldkonverter 50 und den Magnetfelddetektor 60.
Die Schirme 72A, 72B, 72C und 72D sind voneinander getrennt und unter dem Magnetfeldkonverter 50 und dem Magnetfelddetektor 60 angeordnet. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, sind die Schirme 72A, 72B, 72C und 72D in dieser Reihenfolge in der Y-Richtung angeordnet und überlappen den Magnetfeldkonverter 50 und den Magnetfelddetektor 60.
Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, weist jeder der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D eine solche Form auf, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung. Nachfolgend wird jeder der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D als ein individueller Schirm 70 bezeichnet. Der individuelle Schirm 70 kann plattenförmig sein. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung kann der individuelle Schirm 70 eine rechteckige Form aufweisen, die in der X-Richtung verlängert ist.
Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, fällt der Schirm 71A mit dem Schirm 72A zusammen, der Schirm 71B fällt mit dem Schirm 72B zusammen, der Schirm 71C fällt mit dem Schirm 72C zusammen und der Schirm 71D fällt mit dem Schirm 72D zusammen.
Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, wie in 7 bis 9 dargestellt, befindet sich jedes der MR-Elemente 90 innerhalb des Umfangs eines der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D und außerdem innerhalb des Umfangs eines der Schirme 72A, 72B, 72C und 72D.
Wenn die vier MR-Elemente 90, die einen einzigen Elementstrang darstellen, in einer Richtung parallel zur Z-Richtung betrachtet werden, befindet sich ein erstes der vier MR-Elemente 90, das in der hintersten Position in der Y-Richtung (der vordersten Position in der -Y-Richtung) liegt, innerhalb des Umfangs jedes der Schirme 71A und 72A; ein zweites der vier MR-Elemente 90, das in der zweithintersten Position in der Y-Richtung (der zweitvordersten Position in der -Y-Richtung) liegt, befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71B und 72B; ein drittes der vier MR-Elemente 90, das sich in der zweitvordersten Position in der Y-Richtung (der zweithintersten Position in der -Y-Richtung) befindet, befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71C und 72C; und das verbleibende der vier MR-Elemente 90, das sich in der vordersten Position in der Y-Richtung (der hintersten Position in der -Y-Richtung) befindet, befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71D und 72D.
In dieser Ausführungsform umfasst, wie in 8 dargestellt, jedes Joch 51 vier abgeschirmte Abschnitte 51a, 51b, 51c und 51d, und drei offenliegende Abschnitte 51e, 51f und 51g.
Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, befindet sich der abgeschirmte Abschnitt 51a in dem Umfang jedes der Schirme 71A und 72A; der abgeschirmte Abschnitt 51b befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71B und 72B; der abgeschirmte Abschnitt 51c befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71C und 72C; und der abgeschirmte Abschnitt 51d befindet sich in dem Umfang jedes der Schirme 71D und 72D.
Keiner der offengelegten Abschnitte 51e, 51f und 51g überlappt einen der individuellen Schirme 70 mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung liegt der offenliegende Abschnitt 51e zwischen den Schirmen 71A und 71B und zwischen den Schirmen 72A und 72B; der offenliegende Abschnitt 51f liegt zwischen den Schirmen 71B und 71C und zwischen den Schirmen 72B und 72C; und der offenliegende Abschnitt 51g liege zwischen den Schirmen 71C und 71D und zwischen den Schirmen 72C und 72D.
13 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts des Magnetsensors 30. 13 zeigt die Schirme 71A und 72A, die Jochs 51A und 51B, zwei MR-Elemente 90 in der Nähe von Joch 51A, und zwei MR-Elemente 90 in der Nähe von Joch 51B mit Blick in einer Richtung parallel zur Y-Richtung.
In dieser Ausführungsform umfasst das Eingabemagnetfeld die zweite Magnetfeldkomponente Hy neben der Eingabemagnetfeldkomponente (der ersten Magnetfeldkomponente Hz). Die zweite Magnetfeldkomponente Hy ist eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, die sich von der Richtung der Eingabemagnetfeldkomponente unterscheidet. Eine Hauptrolle der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D ist auf Aufnahme magnetischer Flüsse, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entsprechen, und das Verringern der Kraft eines Magnetfelds in einer Richtung parallel zur Y-Richtung, das aus der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entsteht und auf den Magnetfelddetektor 60 angewendet wird.
Der individuelle Schirm 70 ist aus einem weichen magnetischen Material gebildet. Ein Beispiel des weichen magnetischen Materials ist NiFe. Bei Einsatz von NiFe zur Ausbildung des individuellen Schirms 70 ist es vorzuziehen, wenn NiFe eine Zusammensetzung aufweist, die den Koeffizienten der Wärmeausdehnung verringert, genauer eine Zusammensetzung, in der der Prozentsatz von Ni 35 bis 60 Gew.% ist, um die Wärmebelastung des individuellen Schirms 70 zu verringern. Ferner ist es bei der Betrachtung der magnetischen Eigenschaften des individuellen Schirms 70 vorzuziehen, NiFe zu verwenden, das eine Zusammensetzung aufweist, bei der der Anteil von Ni 40 bis 60 Gew. % ausmacht.
Einer der Leistungsanforderungen für den individuellen Schirm 70 ist eine hohe maximale Absorption des magnetischen Flusses. Die maximale Absorption des magnetischen Flusses des individuellen Schirms 70 ist etwa proportional zu dem Produkt der Sättigungsmagnetisierung und Dicke (Abmessung in der Z-Richtung) des individuellen Schirms 70. Um die Leistung des individuellen Schirms 70 sicherzustellen, ist das Produkt der Sättigungsmagnetisierung und Dicke, d. h. das magnetische Moment pro Einheitenbereich des individuellen Schirms 70 vorzugsweise höher als oder gleich 0,6 emu/cm2.
Wenn auch nicht illustriert, umfasst der Magnetsensor 30 ferner ein Sensorsubstrat und einen Isolierungsabschnitt. Die Schirme 72A, 72B, 72C, und 72D sind an dem Sensorsubstrat angeordnet. Der Isolierungsabschnitt ist aus einem isolierenden Material gebildet und deckt den Magnetfeldkonverter 50, den Magnetfelddetektor 60 und die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D ab.
Die Operationen und Wirkungen des Magnetsensors 30 und des Magnetsensorsystems 101 nach dieser Ausführungsform werden nun beschrieben. Die Operation des Magnetfelddetektors 60 wird als erstes beschrieben. Hier ist anzunehmen, dass das Eingabemagnetfeld nur aus der Eingabemagnetfeldkomponente besteht. Wenn keine Eingabemagnetfeldkomponente, und daher auch keine Ausgabemagnetfeldkomponente, vorhanden ist, ist die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 94 jedes MR-Elements 90 parallel zur Y-Richtung. Wenn eine Eingabemagnetfeldkomponente in der Z-Richtung vorhanden ist, sind die Ausgabemagnetfeldkomponenten, die durch die MR-Elemente 90 in den ersten und zweiten Widerstandsabschnitten 61 und 62 empfangen werden, in der X-Richtung, und die Ausgabemagnetfeldkomponenten, die durch die MR-Elemente 90 in den dritten und vierten Widerstandsabschnitten 63 und 64 empfangen werden, sind in der -X-Richtung. In einem solchen Fall kippt die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten 94 der MR-Elemente 90 in den erste und zweiten Widerstandsabschnitten 61 und 62 aus der Richtung parallel zur Y-Richtung in die X-Richtung und die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten 94 der MR-Elemente 90 in den dritten und vierten Widerstandsabschnitten 63 und 64 kippt aus der Richtung parallel zur Y-Richtung in die -X-Richtung. Aufgrund dessen sinken relativ zu dem Zustand, in dem keine Ausgabemagnetfeldkomponente vorhanden ist, auch die Widerstandswerte der MR-Elemente 90 in den ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 und die Widerstandswerte der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 sinken ebenfalls. Andererseits steigen relativ zu dem Zustand, in dem keine Ausgabemagnetfeldkomponente vorhanden ist, die Widerstandswerte der MR-Elemente 90 in den zweiten und dritten Widerstandsabschnitten 62 und 63, und die Widerstandswerte der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 steigen ebenfalls.
Wenn die Eingabemagnetfeldkomponente in der -Z-Richtung verläuft, werden die Richtung der Ausgabemagnetfeldkomponente und die Änderungen der Widerstandswerte der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64 entgegengesetzt wie die in dem oben beschriebenen Fall, in dem die Eingabemagnetfeldkomponente in der Z-Richtung läuft.
Die Änderungsmenge in dem Widerstandswert jedes MR-Elements 90 hängt von der Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente ab, die durch das MR-Element 90 empfangen wird. Der Widerstandswert des MR-Elements 20 steigt oder sinkt um einen größeren Betrag als die Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente steigt. Der Widerstandswert des MR-Elements 20 steigt oder sinkt um einen kleineren Betrag als die Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente sinkt. Die Kraft der Ausgabemagnetfeldkomponente hängt von der Kraft der Eingabemagnetfeldkomponente ab.
Wie oben beschrieben, verursachen Änderungen in der Richtung und Kraft der Eingabemagnetfeldkomponente eine Änderung der Widerstandswerte der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte 61 bis 64, sodass die Widerstandswerte der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 ansteigen, während die Widerstandswerte der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 sinken, oder sodass die Widerstandswerte der ersten und vierten Widerstandsabschnitte 61 und 64 sinken, während die Widerstandswerte der zweiten und dritten Widerstandsabschnitte 62 und 63 ansteigen. Dies führt zu einer Änderung des Potenzialunterschieds zwischen dem ersten Ausgabeanschluss E1 und dem zweiten Ausgabeanschluss E2 aus 9 und 10. Der Magnetfelddetektor 60 erzeugt ein Erkennungssignal, das von dem Potenzialunterschied zwischen dem ersten Ausgabeanschluss E1 und dem zweiten Ausgabeanschluss E2 abhängt. Das Erkennungssignal hängt von dem Widerstandswert des MR-Elements 90 ab. Der Widerstandswert des MR-Elements 90 entspricht dem Erkennungswert in dieser Erfindung.
Nun wird auf 14 bis 16 verwiesen, um die Beziehung zwischen der Erkennungszielposition und dem Eingabemagnetfeld zu beschreiben. 14 bis 16 illustrieren die Beziehung zwischen der Erkennungszielposition und dem Eingabemagnetfeld. In 14 bis 16 stellt der Pfeil H das Teilmagnetfeld dar, d. h. das Eingabemagnetfeld, das auf den Magnetsensor 30 angewendet wird. Der Pfeil Hz stellt die erste Magnetfeldkomponente Hz dar, d. h. die Eingabemagnetfeldkomponente, und der Pfeil Hy stellt die zweite Magnetfeldkomponente Hy dar.
14 zeigt einen Zustand, in dem die Position des Magneten 31A in der Y-Richtung mit der Position des Magnetsensors 30 in der Y-Richtung zusammenfällt. 15 zeigt einen Zustand, in dem der Magnet 31A in der Y-Richtung aus der Position aus 14 bewegt wird. 16 zeigt einen Zustand, in dem der Magnet 31A in der -Y-Richtung aus der Position aus 14 bewegt wird. Die erste Magnetfeldkomponente Hz oder die Eingabemagnetfeldkomponente variiert, wen die Erkennungszielposition oder die relative Position des Magneten 31A bezüglich des Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung variiert, wie in 14 bis 16 gezeigt.
In der obigen Beschreibung der Operation des Magnetfelddetektors 60 wurde angenommen, dass das Eingabemagnetfeld nur aus der Eingabemagnetfeldkomponente besteht, d. h. der ersten Magnetfeldkomponente Hz. In dem Magnetsensorsystem 101 nach dieser Ausführungsform umfasst jedoch das Eingabemagnetfeld nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente, sondern auch die zweite Magnetfeldkomponente Hy, wie in 14 bis 16 gezeigt.
Wenn die zweite Magnetfeldkomponente Hy auf den Magnetfelddetektor 60 angewendet wird, unterliegt die freie Schicht 94 jedes MR-Elements 90 nicht nur der Ausgabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung, sondern auch der zweiten Magnetfeldkomponente Hy in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. In einem solchen Fall ändert sich der Winkel, der durch die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 94 bezüglich der Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungspinschicht 92 ausgebildet wird, gegen den aus dem Fall, in dem das Eingabemagnetfeld nur aus der Eingabemagnetfeldkomponente besteht. Aufgrund dessen werden auch der Widerstandswert des MR-Elements 90 und das Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 anders als die in dem Fall, in dem das Eingabemagnetfeld nur aus der Eingabemagnetfeldkomponente besteht. Die zweite Magnetfeldkomponente Hy kann so zu einem Fehler in dem Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 und einem Abfall der Sensitivität des Magnetfelddetektors 60 führen.
Nach dieser Ausführungsform absorbieren die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D magnetischen Fluss, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, um die Kraft eines Magnetfelds in einer Richtung parallel zur Y-Richtung, die auf den Magnetfelddetektor 60 angewendet wird, durch die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu verringern.
So ist es nach dieser Ausführungsform möglich, das Auftreten von Problemen zu verhindern, wenn das Eingabemagnetfeld, das auf den Magnetsensor 30 angewendet wird, nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente, sondern auch die zweite Magnetfeldkomponente Hy umfasst, die eine Magnetfeldkomponente in einer anderen Richtung als der Richtung der Eingabemagnetfeldkomponente ist.
Nun wird ein erstes Merkmal dieser Ausführungsform und eine erste Wirkung, die durch das erste Merkmal erzeugt wird, beschrieben. Das erste Merkmal bezieht sich auf die Formen und Anordnung der Jochs 51 und der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D.
Vor der Beschreibung der ersten Wirkung wird ein Magnetsensor 130 eines vergleichenden Beispiels beschrieben. 17 ist eine perspektivische Ansicht des Magnetsensors 130 des vergleichenden Beispiels. Der Magnetsensor 130 des vergleichenden Beispiels weist einen einzigen Schirm 171 anstelle der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D dieser Ausführungsform auf, und einen einzigen Schirm 172 anstelle der Schirme 72A, 72B, 72C und 72D dieser Ausführungsform. Der Schirm 171 ist über dem Magnetfeldkonverter 50 und dem Magnetfelddetektor 60 angeordnet. Der Schirm 172 ist unter dem Magnetfeldkonverter 50 und dem Magnetfelddetektor 60 angeordnet. Jeder der Schirme 171 und 172 überlappt den Magnetfeldkonverter 50 und den Magnetfelddetektor 60 mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung weist jeder der Schirme 171 und 172 eine solche Form auf, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung größer ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung. In anderen Worten, die Längsrichtung jedes der Schirme 171 und 172 ist parallel zur Y-Richtung. Die Konfiguration des Magnetsensors 130 des vergleichenden Beispiels ist anderweitig gleich wie die des Magnetsensors 30 nach dieser Ausführungsform.
Als nächstes wird ein Problem des Magnetsensors 130 des vergleichenden Beispiels beschrieben. Hier wird angenommen, dass der Magnetsensor 130 des vergleichenden Beispiels so ausgerichtet platziert ist, dass die Längsrichtung der Schirme 171 und 172 und die Längsrichtung der Jochs 51 parallel zur X-Richtung sind. In diesem Fall ist die Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy orthogonal zur Längsrichtung der Jochs 51 und der Längsrichtung der Elementstränge. Weiter biegt sich der magnetische Fluss, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, größtenteils in den einflussnahen Enden der Schirme 171 und 172, wobei der magnetische Fluss, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, einfließt und den ausflussnahen Enden der Schirme 171 und 172, wo der magnetische Fluss, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht, ausfließt. Weiterhin unterscheidet sich die Richtung des magnetischen Flusses, der der zweiten Magnetfeldkomponente Hy in der Nähe der Einflussenden entspricht, stark von der Richtung davon in der Nähe der Ausflussenden. Dementsprechend variieren die Wirkungen der zweiten Magnetfeldkomponente Hy auf die Elementstränge abhängig von den Positionen der Elementstränge. Dies führt infolgedessen zu einem Fehler in dem Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60.
Als nächstes wird angenommen, dass der Magnetsensor 130 des vergleichenden Beispiels so ausgerichtet platziert ist, dass die Längsrichtung der Schirme 171 und 172 und die Längsrichtung der Jochs 51 parallel zur Y-Richtung sind, wie in 17 gezeigt. In diesem Fall können die Wirkungen der zweiten Magnetfeldkomponente Hy auf die MR-Elemente 90 in einem einzigen Elementstrang abhängig von den Positionen der MR-Elemente 90 variieren. Selbst in einem solchen Fall ist es jedoch möglich, die Wirkungen der zweiten Magnetfeldkomponente Hy, die auf mehrere MR-Elemente 90 in einem einzigen Elementstrang aufgebracht wird, auszuschalten. Dementsprechend ist es möglich, den Fehler zu verringern, der in dem Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 auftritt.
Die Platzierung des Magnetsensors 130 des vergleichenden Beispiels wie in 17 gezeigt führt jedoch dazu, dass die Abmessung der Schirme 171 und 172 in der Richtung der zweiten Magnetfeldkomponente Hy größer sind als in dem Fall, in dem die Schirme 171 und 172 so ausgerichtet sind, sodass ihre Längsrichtung parallel zur X-Richtung verläuft. Dies verringert ein Entmagnetisierungsfeld gegen die zweite Magnetfeldkomponente Hy in jedem der Schirme 171 und 172. Aufgrund dessen verringert sich die Kapazität der Schirme 171 und 172, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren.
Das erste Merkmal dieser Ausführungsform ist wie folgt. In dieser Ausführungsform sind mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung die Schirme 71A, 71B, 71C, und 71D, die voneinander getrennt sind, in der Y-Richtung ausgerichtet, und die Schirme 72A, 72B, 72C und 72D, die voneinander getrennt sind, sind in der Y-Richtung ausgerichtet. Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, weist jeder der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C und 72D eine solche Form auf, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung.
Das erste Merkmal dieser Ausführungsform stellt die folgende erste Wirkung bereit. Nach dieser Ausführungsform erhöht sich das Entmagnetisierungsfeld gegen die zweite Magnetfeldkomponente Hy in den individuellen Schirmen 70. Dies ermöglicht die Verbesserung der Kapazität der individuellen Schirme 70, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren. Diese Ausführungsform macht es so möglich, das Auftreten eines Fehlers in dem Erkennungssignal des Magnetsensors 30 zu verhindern und eine die Empfindlichkeit des Magnetsensors 30 durch die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu verringern.
Wenn der Magnetfelddetektor 60 mehrere MR-Elemente 90 umfasst, können alle Versuche, zwei Schirme wie im Magnetsensor 130 des vergleichenden Beispiels bereitzustellen, dazu führen, dass jeder der zwei Schirme so geformt sein muss, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung größer ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, um dem Layout der mehreren MR-Elemente 90 zu entsprechen. Selbst in einem solchen Fall kann nach dieser Ausführungsform jeder der individuellen Schirme 70 eine solche Form aufweisen, dass seine maximale Abmessung in der Y-Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der X-Richtung mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung.
Die erste Wirkung wird genauer mit Verweis auf Simulationsergebnisse nach der Beschreibung einer dritten Ausführungsform beschrieben.
Ein zweites Merkmal dieser Ausführungsform und eine zweite Wirkung durch das zweite Merkmal werden nun beschrieben. Das zweite Merkmal ist, dass sich jedes der MR-Elemente 90 in dem Umfang eines der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D und außerdem in dem Umfang eines der Schirme 72A, 72B, 72C und 72D mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung befindet.
Vor der Beschreibung der zweiten Wirkung wird eine magnetische Hysterese der Jochs 51 bezüglich eines Magnetfelds beschrieben, das auf den Magnetsensor 30 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung angewendet wird, und einer daraus entstehenden Hysterese des Erkennungssignals des Magnetfelddetektors 60. Nachfolgend wird die magnetische Hysterese der Jochs 51 bezüglich des Magnetfelds, das auf den Magnetsensor 30 angewendet wird, in einer Richtung parallel zur Z-Richtung einfach als die magnetische Hysterese der Jochs 51 beschrieben. Die Kraft des Magnetfelds, das in der -Z-Richtung angewendet wird, wird als negativer Wert ausgedrückt. Die Kraft des Magnetfelds, das in der Z-Richtung angewendet wird, wird als positiver Wert ausgedrückt. Die magnetische Hysterese der Jochs 51 bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem die Magnetisierung der Jochs 51, wenn die Kraft des angewendeten Magnetfelds einen vorgegebenen Wert aufweist, abhängig vom Verlauf des angewendeten Magnetfelds variiert, d. h. davon abhängig, ob die Kraft des angewendeten Magnetfelds angestiegen ist, um den vorgegebenen Wert zu erreichen, oder gesunken ist, um den vorgegebenen Wert zu erreichen.
Die Hysterese des Erkennungssignals bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem der Wert des Erkennungssignals, wenn die Kraft des angewendeten Magnetfelds einen vorgegebenen Wert aufweist, abhängig vom Verlauf des angewendeten Magnetfelds variiert, d. h. davon abhängig, ob die Kraft des angewendeten Magnetfelds angestiegen ist, um den vorgegebenen Wert zu erreichen, oder gesunken ist, um den vorgegebenen Wert zu erreichen.
In dieser Ausführungsform umfasst jedes Joch 51 die abgeschirmten Abschnitte 51a, 51b, 51c und 51d, und die offenliegenden Abschnitte 51e, 51f und 51g. Die magnetische Hysterese jedes dieser Abschnitte wird nachfolgend besprochen.
18 illustriert die Schirme 71A, 71B, 72A und 72B, und die abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b und die offenliegenden Abschnitt 51e des Jochs 51A. In 18 stellt das Symbol 75A einen Abschnitt eines magnetischen Flusses dar, der durch den Schirm 72A und den Schirm 71A fließt, wenn das angewendete Magnetfeld in der Z-Richtung verläuft, und das Symbol 75B stellt einen Abschnitt eines magnetischen Flusses dar, der durch den Schirm 72B und den Schirm 71B fließt, wenn das angewendete Magnetfeld in der Z-Richtung verläuft. Die Pfeile, die in dem Joch 51A gezeichnet sind, zeigen jeweils die Richtung und Größe der Magnetisierung in der Position des Pfeils an.
Wie in 18 gezeigt, biegt sich der Abschnitt des magnetischen Flusses, der durch die Schirme 72A und 71A läuft, und läuft durch den offenliegenden Abschnitt 51e. Der Abschnitt des magnetischen Flusses, der durch die Schirme 72B und 71B läuft, biegt sich ebenfalls und läuft durch den offenliegenden Abschnitt 51e. Dementsprechend wird, wenn die Kraft des angewendeten Magnetfelds einen Wert aufweist, der nicht 0 ist, die Magnetisierung an dem offenliegenden Abschnitt 51e höher als an jedem der abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b. Für ein gesamtes Joch 51 gilt, dass, wenn die Kraft des angewendeten Magnetfelds einen Wert aufweist, der nicht 0 ist, die Magnetisierung an den offenliegenden Abschnitten 51e, 51f und 51g höher als an jedem der abgeschirmten Abschnitte 51a, 51b, 51c und 5 Id. Aufgrund dessen zweiten die offenliegenden Abschnitte 51e, 51f, und 51g je eine stärkere magnetische Hysterese im Vergleich mit den abgeschirmten Abschnitten 51a, 51b, 51c und 51d.
Angenommen, dass der Magnetsensor 30 das zweite Merkmal nicht aufweist, befindet sich mindestens eines der mehreren MR-Elemente 90 in der Nähe eines der offenliegenden Abschnitte 51e, 51f und 51g. Dies kann dazu führen, dass die Hysterese des Erkennungssignals stark wird, um den Fehler in dem Erkennungssignal zu erhöhen.
Im Gegensatz dazu befinden sich in dem Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform alle der mehreren MR-Elemente 90 wegen des zweiten Merkmals in der Nähe eines der abgeschirmten Abschnitte 51a, 51b, 51c und 51d, und nicht in der Nähe eines der offenliegenden Abschnitte 51e, 51f und 51g. Diese Ausführungsform macht es damit möglich, den Fehler in dem Erkennungssignal durch die Hysterese des Erkennungssignals zu verringern. Dies ist die zweite Wirkung dieser Ausführungsform.
Die Beschreibung hat sich bislang mit dem Magnetsensor 30 befasst, der an der Innenseite der Spule 41 (siehe 1) angeordnet ist, und dem Magnetsensorsystem 101, das diesen Magnetsensor 30 umfasst. Der Magnetsensor 30 und das Magnetsensorsystem 101, die oben beschrieben wurden, werden nachfolgend als ein Magnetsensor und ein Magnetsensorsystem eines ersten Beispiels bezeichnet.
Für das Kameramodul 100 aus 1 bis 3 kann können nicht nur der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des ersten Beispiels, sondern auch der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist (siehe 1) und ein Magnetsensorsystem, das diesen Magnetsensor 30 enthält, der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem nach dieser Ausführungsform sein. Der Magnetsensor 30, der an der Innenseite der Spule 44 angeordnet ist, und das Magnetsensorsystem, das diesen Magnetsensor 30 enthält, werden nachfolgend als ein Magnetsensor und ein Magnetsensorsystem eines zweiten Beispiels beschrieben.
Der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des zweiten Beispiels sind im Wesentlichen gleich in der Konfiguration wie der Magnetsensor und das Magnetsensorsystem des ersten Beispiels. In dem zweiten Beispiel entspricht jedoch die X-Richtung der zweiten Richtung in dieser Erfindung, und die Y-Richtung entspricht der dritten Richtung in dieser Erfindung. Die obige Beschreibung des ersten Beispiels gilt so für das zweite Beispiel, wenn der Magnet 31A, die X-Richtung und die Y-Richtung in der Beschreibung mit dem Magnet 34A, der Y-Richtung bzw. der X-Richtung ersetzt werden. Das Magnetsensorsystem des zweiten Beispiels ist eine Positionserkennungsvorrichtung zum Erkennen der relativen Position des Magneten 34A bezüglich des Magnetsensors 30 in einer Richtung parallel zur X-Richtung.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. 19 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors nach der zweiten Ausführungsform. 20 ist eine Draufsicht des Magnetsensors nach der zweiten Ausführungsform. 20 lässt die Illustration der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D weg.
Der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Magnetsensor 30 nach der ersten Ausführungsform auf folgende Weisen. In dieser Ausführungsform umfasst der Magnetfeldkonverter 50 sechzehn Jochs 51 statt der acht Jochs 51 der ersten Ausführungsform. Die sechzehn Jochs 51 werden nachfolgend voneinander unter Verwendung der Referenzsymbole 51A1, 51A2, 51B1, 51B2, 51C1, 51C2, 51D1, 51D2, 51E1, 51E2, 51F1, 51F2, 51G1, 51G2, 51H1 und 51H2 beschrieben.
Die Jochs 51A1 und 51A2 ersetzen das Joch 51A der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51B1 und 51B2 ersetzen das Joch 51B der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51C1 und 51C2 ersetzen das Joch 51C der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51D1 und 51D2 ersetzen das Joch 51D der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51E1 und 51E2 ersetzen das Joch 51E der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51F1 und 51F2 ersetzen das Joch 51F der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51G1 und 51G2 ersetzen das Joch 51G der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51H1 und 51H2 ersetzen das Joch 5111 der ersten Ausführungsform.
Ein Paar Jochs, das ein Joch 51 der ersten Ausführungsform ersetzt, wird als ein Jochstrang bezeichnet. Die beiden Jochs, die einen Jochstrang darstellen, sind voneinander getrennt und in der Y-Richtung ausgerichtet. Die beiden Jochs, die einen Jochstrang darstellen, entsprechen zwei Abschnitten eines Jochs 51 der ersten Ausführungsform, die durch Entfernen des offenliegenden Abschnitts 51f von dem Joch 51 erhalten werden. In dieser Ausführungsform sind zwei Elementstränge mit einem Jochstrang assoziiert.
Jedes der Jochs 51A1, 51B1, 51C1, 51D1, 51E1, 51F1, 51G1 und 51H1 umfasst die zwei abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b und den offenliegenden Abschnitt 51e, die bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben sind. Jedes der Jochs 51A2, 51B2, 51C2, 51D2, 51E2, 51F2, 51G2, und 51H2 umfasst die zwei abgeschirmten Abschnitte 51c und 51d und den offenliegenden Abschnitt 51g, die bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben sind.
In dieser Ausführungsform weist jedes der sechzehn Jochs 51 eine rechteckige parallelepipede Form auf, die beispielsweise in der Y-Richtung verlängert ist. Die sechzehn Jochs 51 sind identisch geformt.
Die Konfiguration, Operation und Wirkungen dieser Ausführungsform sind anderweitig gleich wie die der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben. 21 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnetsensors nach der dritten Ausführungsform. 22 ist eine Draufsicht des Magnetsensors nach der dritten Ausführungsform. 22 lässt die Illustration der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D weg.
Der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem Magnetsensor 30 nach der ersten Ausführungsform auf folgende Weisen. In dieser Ausführungsform umfasst der Magnetfeldkonverter 50 zweiunddreißig Jochs 51 statt der acht Jochs 51 der ersten Ausführungsform. Die zweiunddreißig Jochs 51 werden nachfolgend unter Verwendung der Referenzsymbole 51Aa, 51Ab, 51Ac, 51Ad, 51Ba, 51Bb, 51Bc, 51Bd, 51Ca, 51Cb, 51Cc, 51Cd, 51Da, 51Db, 51Dc, 51Dd, 51Ea, 51Eb, 51Ec, 51Ed, 51Fa, 51Fb, 51Fc, 51Fd, 51Ga, 51Gb, 51Gc, 51Gd, 51Ha, 51Hb, 51Hc und 51Hd voneinander unterschieden.
Die Jochs 51Aa, 51Ab, 51Ac, und 51Ad ersetzen das Joch 51A der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Ba, 51Bb, 51Bc, und 51Bd ersetzen das Joch 51B der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Ca, 51Cb, 51Cc, und 51Cd ersetzen das Joch 51C der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Da, 51Db, 51Dc, 51Dd ersetzen das Joch 51D der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Ea, 51Eb, 51Ec, und 51Ed ersetzen das Joch 51E der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Fa, 51Fb, 51Fc, 51Fd ersetzen das Joch 51F der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Ga, 51Gb, 51Gc, 51Gd ersetzen das Joch 51G der ersten Ausführungsform. Die Jochs 51Ha, 51Hb, 51Hc, und 51Hd ersetzen das Joch 51H der ersten Ausführungsform.
Eine Gruppe von vier Jochs, die ein Joch 51 der ersten Ausführungsform ersetzt, wird als ein Jochstrang bezeichnet. Die vier Jochs, die einen Jochstrang darstellen, sind voneinander getrennt und in der Y-Richtung ausgerichtet. Die vier Jochs, die einen Jochstrang darstellen, entsprechen vier Abschnitten eines Jochs 51 der ersten Ausführungsform, die durch Entfernen der drei offenliegenden Abschnitte 51e, 51f und 51g von dem Joch 51 erhalten werden. In dieser Ausführungsform sind zwei Elementstränge mit einem Jochstrang assoziiert.
Die Jochs 51Aa, 51Ba, 51Ca, 51Da, 51Ea, 51Fa, 51Ga, und 51Ha befinden sich in dem Umfang jedes der Schirme 71A und 72A mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Die Jochs 51Ab, 51Bb, 51Cb, 51Db, 51Eb, 51Fb, 51Gb, und 51Hb befinden sich in dem Umfang jedes der Schirme 71B und 72B mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Die Jochs 51Ac, 51Bc, 51Cc, 51Dc, 51Ec, 51Fc, 51Gc, und 51Hc befinden sich in dem Umfang jedes der Schirme 71C und 72C mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Die Jochs 51Ad, 51Bd, 51Cd, 51Dd, 51Ed, 51Fd, 51Gd, und 51Hd befinden sich in dem Umfang jedes der Schirme 71D und 72D mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung.
In dieser Ausführungsform weist jedes der zweiunddreißig Jochs 51 eine rechteckige parallelepipede Form auf, die beispielsweise in der Y-Richtung verlängert ist. Die zweiunddreißig Jochs 51 sind identisch geformt.
Der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform weist die ersten und zweiten Merkmale wie bei der ersten Ausführungsform auf. Der Magnetsensor 30 nach dieser Ausführungsform weist ferner ein drittes Merkmal auf. Das dritte Merkmal ist, dass sich jedes der zweiunddreißig Jochs 51 in dem Umfang eines der Schirme 71A, 71B, 71C und 71D und außerdem in dem Umfang eines der Schirme 72A, 72B, 72C und 72D mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung befindet.
Nach dieser Ausführungsform wird die zweite Wirkung, die bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben ist, effektiver durch die Ergänzung des dritten Merkmals zu dem zweiten Merkmal erreicht. Die Gründe dafür werden mit Verweis auf 18 beschrieben. Wie bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird, wenn die Kraft des angewendeten Magnetfelds einen Wert außer 0 aufweist, die Magnetisierung an dem offenliegenden Abschnitt 51e des Jochs 51A in 18 höher als an einem der abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b. Durch die Wirkung der Magnetisierung an dem offenliegenden Abschnitt 51e wird die Magnetisierung jedes der abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b höher als wenn kein offenliegender Abschnitt 51e vorhanden ist. Infolgedessen ist es schwerer für die Magnetisierung an jedem der abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b, sich glatt in Reaktion auf eine Änderung des angewendeten Magnetfelds zu ändern, im Vergleich damit, wenn kein offenliegender Abschnitt 51e vorliegt. Aufgrund dessen tritt eine magnetische Hysterese auch an jedem der abgeschirmten Abschnitte 51a und 51b auf. In dieser Weise tritt in den Jochs 51 der ersten Ausführungsform eine magnetische Hysterese auch an jedem der abgeschirmten Abschnitte 51a, 51b, 51c, und 51d auf.
In dieser Ausführungsform enthalten wegen des dritten Merkmals die Jochs 51 keine Abschnitte, die den offenliegenden Abschnitten 51e, 51f und 51g entsprechen. Die zweite Wirkung wird so nach dieser Ausführungsform effektiver ausgeführt.
Die Konfiguration, Operation und Wirkungen dieser Ausführungsform sind anderweitig gleich wie die der ersten Ausführungsform.
[Simulationsergebnisse]
Nun wird mit Verweis auf die folgenden Simulationsergebnisse eine weitere detaillierte Beschreibung bezüglich der ersten Ausführungsform bereitgestellt.
In der Simulation wurden die Fähigkeiten mehrerer Schirme, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren, zwischen ersten bis dritten Modellen verglichen. Die mehreren Schirme in den ersten bis dritten Modellen werden aus NiFe derselben Zusammensetzung ausgebildet.
23 ist eine perspektivische Ansicht des ersten Modells. Wie in 23 gezeigt, weist das erste Modell die Schirme 171 und 172 auf. Die Schirme 171 und 172 des ersten Modells entsprechen jeweils den Schirmen 171 und 172 des Magnetsensors 130 des vergleichenden Beispiels aus 17. Die Schirme 171 und 172 des ersten Modells weisen dieselbe rechteckige parallelepipede Form auf. Jeder der Schirme 171 und 172 weisen Abmessungen in von X-, Y- und Z-Richtungen von 135 µm, 120 µm bzw. 7 µm auf. Der Schirm 172 liegt unter dem Schirm 171, und in einem Abstand von 5 µm von dem Schirm 171.
Hier ist eine erste gerade Linie L1 anzunehmen, die sich in der Y-Richtung erstreckt, wie gezeigt in 23. Die erste gerade Linie L1 umfasst ein Liniensegment, das sich in der Mitte in den Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 171 und 172 befindet.
Jeder Punkt auf der ersten geraden Linie L1 wird als eine erste Messposition bezeichnet. Der Mittelpunkt des obigen Liniensegments wird als ein erster Ursprungspunkt bezeichnet. Die erste Messposition wird durch einen Wert dargestellt, dessen absoluter Wert die Distanz von dem ersten Ursprungspunkt ist. Die erste Messposition wird in einem negativen Wert ausgedrückt, wenn sie sich in der -Y-Richtung vor dem ersten Ursprungspunkt befindet, und in einem positiven Wert, wenn sie sich in der Y-Richtung vor dem ersten Ursprungspunkt befindet.
In der Simulation unterlag das erste Modell der zweiten Magnetfeldkomponente Hy variierter Kräfte, um die Beziehung zwischen der ersten Messposition und einer ersten magnetischen Flussdurchflussrate zu bestimmen. Die erste magnetische Flussdurchflussrate bezieht sich auf ein Verhältnis des Werts der magnetischen Flussdichte an der ersten Messposition zu dem Wert einer magnetischen Flussdichte By, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht.
24 illustriert einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem ersten Modell. In 24 stellt die horizontale Achse die erste Messposition dar und die vertikale Achse stellt die erste magnetische Flussdurchflussrate dar. In 24 stellen die Kurven, die mit 181, 182 und 183 beschriftet sind, die Beziehung zwischen der ersten Messposition und der ersten magnetischen Flussdurchflussrate dar, wenn die magnetische Flussdichte By einen Wert von 100 mT, 120 mT bzw. 140 mT aufwies.
25 ist eine perspektivische Ansicht des zweiten Modells. Wie in 25 gezeigt, weist das zweite Modell Schirme 271A und 271B anstelle von Schirm 171 des ersten Modells auf, und außerdem Schirme 272A und 272B anstelle von Schirm 172 des ersten Modells. Die Schirme 271A, 271B, 272A, und 272B weisen dieselbe rechteckige parallelepipede Form auf. Jeder der Schirme 271A, 271B, 272A, und 272B weist Abmessungen in den X-, Y- und Z-Richtungen von 135 µm, 60 µm bzw. 7 µm auf.
Der Schirm 271B befindet sich vor dem Schirm 271A in der Y-Richtung, in einem Abstand von 27 µm von dem Schirm 271A. Der Schirm 272B befindet sich vor dem Schirm 272A in der Y-Richtung, in einem Abstand von 27 µm von dem Schirm 272A. Der Schirm 272A liegt unter dem Schirm 271A, in einem Abstand von 5 µm von dem Schirm 271A. Der Schirm 272B liegt unter dem Schirm 271B, in einem Abstand von 5 µm von dem Schirm 271B.
Hier ist eine zweite gerade Linie L2 anzunehmen, die sich in der Y-Richtung erstreckt, wie gezeigt in 25. Die zweite gerade Linie L2 umfasst ein erstes Liniensegment, das sich in der Mitte in den Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 271A und 272A befindet, und ein zweites Liniensegment, das sich in der Mitte in den Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 271B und 272B befindet.
Jeder Punkt auf der zweiten geraden Linie L2 wird als eine zweite Messposition bezeichnet. Der Mittelpunkt zwischen den ersten und zweiten Liniensegmenten an der zweiten geraden Linie L2 wird als ein zweiter Ursprungspunkt bezeichnet. Die zweite Messposition wird durch einen Wert dargestellt, dessen absoluter Wert die Distanz von dem zweiten Ursprungspunkt ist. Die zweite Messposition wird in einem negativen Wert ausgedrückt, wenn sie sich in der -Y-Richtung vor dem zweiten Ursprungspunkt befindet, und in einem positiven Wert, wenn sie sich in der Y-Richtung vor dem zweiten Ursprungspunkt befindet.
In der Simulation unterlag das zweite Modell der zweiten Magnetfeldkomponente Hy variierter Kräfte, um die Beziehung zwischen der zweiten Messposition und einer zweiten magnetischen Flussdurchflussrate zu bestimmen. Die zweite magnetische Flussdurchflussrate bezieht sich auf ein Verhältnis des Werts der magnetischen Flussdichte an der zweiten Messposition zu dem Wert der magnetischen Flussdichte By, die der zweiten Magnetfeldkomponente Hy entspricht.
26 illustriert einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem zweiten Modell. In 26 stellt die horizontale Achse die zweite Messposition dar und die vertikale Achse stellt die zweite magnetische Flussdurchflussrate dar. In 26 stellen die Kurven, die mit 281, 282 und 283 beschriftet sind, die Beziehung zwischen der zweiten Messposition und der zweiten magnetischen Flussdurchflussrate dar, wenn die magnetische Flussdichte By einen Wert von 180 mT, 200 mT bzw. 220 mT aufwies.
27 ist eine perspektivische Ansicht des dritten Modells. Wie in 27 gezeigt, weist das dritte Modell Schirme 71A, 71B, 71C und 71D anstelle von Schirm 171 des ersten Modells auf, und außerdem Schirme 72A, 72B, 72C und 72D anstelle von Schirm 172 des ersten Modells. Die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, und 72D des dritten Modells entsprechen jeweils den Schirmen 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, und 72D der ersten bis dritten Ausführungsformen. Die Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, und 72D des dritten Modells weisen dieselbe rechteckige parallelepipede Form auf. Jeder der Schirme 71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, und 72D weist Abmessungen in den X-, Y- und Z-Richtungen von 135 µm, 25 µm bzw. 7 µm auf.
Mit Blick in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, sind die Schirme 71A, 71B, 71C und 71D in dieser Reihenfolge in der Y-Richtung angeordnet und die Schirme 72A, 72B, 72C, und 72D sind in dieser Reihenfolge in der Y-Richtung angeordnet. Die Distanz zwischen zweien der Schirme, die in der Y-Richtung aneinander angrenzen, ist 27 µm. die Schirme 72A, 72B, 72C und 72D befinden sich jeweils unter den Schirmen 71A, 71B, 71C und 71D in einem Abstand von 5 µm davon.
Hier ist eine dritte gerade Linie L3 anzunehmen, die sich in der Y-Richtung erstreckt, wie gezeigt in 27. Die dritte gerade Linie L3 umfasst ein erstes Liniensegment, das sich in der Mitte in den Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 71A und 72A befindet, ein zweites Liniensegment, das sich in der Mitte in den Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 71B und 72B befindet, ein drittes Liniensegment, das sich in der Mitte der Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 71C und 72C befindet, und ein viertes Liniensegment, das sich in der Mitte der Z- und X-Richtungen des Raums zwischen den Schirmen 71D und 72D befindet.
Jeder Punkt auf der dritten geraden Linie L3 wird als eine dritte Messposition bezeichnet. Der Mittelpunkt zwischen den zweiten und dritten Liniensegmenten an der dritten geraden Linie L3 wird als ein dritter Ursprungspunkt bezeichnet. Die dritte Messposition wird durch einen Wert dargestellt, dessen absoluter Wert die Distanz von dem dritten Ursprungspunkt ist. Die dritte Messposition wird in einem negativen Wert ausgedrückt, wenn sie sich in der -Y-Richtung vor dem dritten Ursprungspunkt befindet, und in einem positiven Wert, wenn sie sich in der Y-Richtung vor dem dritten Ursprungspunkt befindet.
In der Simulation unterlag das dritte Modell der zweiten Magnetfeldkomponente Hy variierter Kräfte, um die Beziehung zwischen der dritten Messposition und einer dritten magnetischen Flussdurchflussrate zu bestimmen. Die dritte magnetische Flussdurchflussrate bezieht sich auf ein Verhältnis des Werts der magnetischen Flussdichte an der dritten Messposition zu dem Wert der magnetischen Flussdichte By, die der dritten Magnetfeldkomponente Hy entspricht.
28 illustriert einen Teil der Simulationsergebnisse auf dem dritten Modell. In 28 stellt die horizontale Achse die dritte Messposition dar und die vertikale Achse stellt die dritte magnetische Flussdurchflussrate dar. In 28 stellen die Kurven, die mit 381, 382, 383 und 384 beschriftet sind, die Beziehung zwischen der dritten Messposition und der dritten magnetischen Flussdurchflussrate dar, wenn die magnetische Flussdichte By einen Wert von 360 mT, 380 mT, 400 mT bzw. 420 mT aufwies.
In der Simulation wurde die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte By und einer normalisierten magnetischen Flussdurchflussrate für jedes der ersten bis dritten Modelle bestimmt. Die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate des ersten Modells wurde in folgender Weise bestimmt. Anfänglich wurde ein Bereich der ersten Messposition von -6 µm bis 6 µm als der erste Messbereich definiert. Dann wurde der durchschnittliche Wert der ersten magnetischen Flussdurchflussraten in dem ersten Messbereich bei jedem Wert der magnetischen Flussdichte By bestimmt. Der durchschnittliche Wert an jedem Wert der Magnetfelddichte By wurde dann durch den durchschnittlichen Wert, der dem Mindestwert der magnetischen Flussdichte By entspricht, die in der Simulation auf dem ersten Modell verwendet wurde, geteilt. Der so erhaltene Wert wurde als die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate zu jedem Wert der magnetischen Flussdichte By verwendet.
Die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate des zweiten Modells wurde in folgender Weise bestimmt. Anfänglich wurde ein Bereich der zweiten Messposition von -49 µm bis -37 µm und ein Bereich der zweiten Messposition von 37 µm bis 49 µm als die zweiten Messbereiche bestimmt. Dann wurde der durchschnittliche Wert der zweiten magnetischen Flussdurchflussraten in den zweiten Messbereichen bei jedem Wert der magnetischen Flussdichte By bestimmt. Der durchschnittliche Wert an jedem Wert der Magnetfelddichte By wurde dann durch den durchschnittlichen Wert, der dem Mindestwert der magnetischen Flussdichte By entspricht, die in der Simulation auf dem zweiten Modell verwendet wurde, geteilt. Der so erhaltene Wert wurde als die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate zu jedem Wert der magnetischen Flussdichte By verwendet.
Die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate des dritten Modells wurde in folgender Weise bestimmt. Anfänglich wurde ein Bereich der dritten Messposition von -31 µm bis -19 µm und ein Bereich der dritten Messposition von 19 µm bis 31 µm als die dritten Messbereiche bestimmt. Dann wurde der durchschnittliche Wert der dritten magnetischen Flussdurchflussraten in den dritten Messbereichen bei jedem Wert der magnetischen Flussdichte By bestimmt. Der durchschnittliche Wert an jedem Wert der Magnetfelddichte By wurde dann durch den durchschnittlichen Wert, der dem Mindestwert der magnetischen Flussdichte By entspricht, die in der Simulation auf dem dritten Modell verwendet wurde, geteilt. Der so erhaltene Wert wurde als die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate zu jedem Wert der magnetischen Flussdichte By verwendet.
29 illustriert die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte By und der normalisierten magnetischen Flussdurchflussrate für jedes der ersten bis dritten Modelle. In 29 stellt die horizontale Achse die magnetische Flussdichte By dar und die vertikale Achse stellt die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate dar. In 29 stellt die Referenzziffer 401 die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte By und der normalisierten magnetischen Flussdurchflussrate für das erste Modell dar; die Referenzziffer 402 stellt die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte By und der normalisierten magnetischen Flussdurchflussrate für das zweite Modell dar; und die Referenzziffer 403 stellt die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte By und der normalisierten magnetischen Flussdurchflussrate für das dritte Modell dar.
Wie in 29 gezeigt, war für alle der ersten bis dritten Modelle die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate 1, wenn die magnetische Flussdichte By weniger als oder gleich wie ein bestimmter Wert war. Wenn die magnetische Flussdichte By über dem bestimmten Wert lag, wurde die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate höher als 1. Je größer der Wert der magnetischen Flussdichte By, desto höher die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate. Je höher die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate, desto geringer die Kapazität der Schirme, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren. Der Wert der magnetischen Flussdichte By, bei der die normalisierte magnetische Flussdurchflussrate von 1 anzusteigen begann, war für das dritte Modell am größten, für das zweite Modell am zweitgrößten und für das erste Modell am kleinsten. Dies zeigt, dass das erste Merkmal, das in Bezug zu der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, die erste Wirkung bereitstellt, d. h. die Verbesserung der Fähigkeit der Schirme, die zweite Magnetfeldkomponente Hy zu absorbieren.
[Experimentelle Ergebnisse]
Nun werden die Ergebnisse eines Experiments beschrieben, das die Magnetsensoren 30 nach den ersten bis dritten Ausführungsformen bezüglich der Hysterese des Erkennungssignals vergleicht.
Details des Experiments werden zuerst beschrieben. Nachfolgend wird die Kraft des Magnetfelds, das auf den Magnetsensor 30 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung angewendet wird, als eine angewendete Magnetfeldkraft bezeichnet und mit dem Symbol Bz bezeichnet. Der Wert des Erkennungssignals des Magnetfelddetektors 60 wird als ein Erkennungssignalwert bezeichnet und mit dem Symbol DS versehen. Die angewendete Magnetfeldkraft Bz wird durch einen negativen Wert ausgedrückt, wenn das angewendete Magnetfeld in der -Z-Richtung verläuft, und durch einen positiven Wert, wenn ein angewendetes Magnetfeld in der Z-Richtung verläuft. Die angewendete Magnetfeldkraft Bz wird durch beliebige Einheiten mit einem maximalen Wert 100 und einem minimalen Wert -100 ausgedrückt, wobei 0 das Fehlen des angewendeten Magnetfelds ausdrückt. Der Erkennungssignalwert DS wird auch durch beliebige Einheiten ausgedrückt. Wenn das Erkennungssignal keine Hysterese aufweist, ist der Erkennungssignalwert DS bei einer angewendeten Magnetfeldkraft Bz von 0 gleich 0. Der Erkennungssignalwert bei einer angewendeten Magnetfeldkraft Bz von 100 wird als DSH bezeichnet. Der Erkennungssignalwert bei einer angewendeten Magnetfeldkraft Bz von -100 wird als DSL bezeichnet. Der Wert DSH-DSL wird als DDS bezeichnet.
30 ist ein erklärendes Diagramm, das die Details des Experiments zeigt. In dem Experiment wurde unter Verwendung der Magnetsensoren 30 nach den ersten bis dritten Ausführungsformen der Erkennungssignalwert DS gemessen, während die angewendete Magnetfeldkraft Bz schrittweise von -100 auf 100 erhöht und dann schrittweise von 100 auf 0 gesenkt wurde, wie in 30 gezeigt.
In dem Experiment wurde die Hysterese des Erkennungssignals durch Verwendung eines ersten Hystereseparameters HP1 und eines zweiten Hystereseparameters HP2 bewertet. Die Definitionen der ersten und zweiten Hystereseparameter HP1 und HP2 sind nachfolgend beschrieben.
Wie in 30 gezeigt, wird der Erkennungssignalwert DS, zu dem die angewendete Magnetfeldkraft Bz, im Verlauf der schrittweisen Erhöhung von - 100 0 erreicht, als DS1 bezeichnet. Der Erkennungssignalwert DS, an dem die angewendete Magnetfeldkraft Bz aufgrund der schrittweisen Verringerung von 100 0 erreicht, als DS2 bezeichnet. Der erste Hystereseparameter HP1 ist der Wert (DS2-DS1)/DDS, ausgedrückt als Prozentsatz.
Ferner wird, wie in 30 gezeigt, der Erkennungssignalwert DS, zu dem die angewendete Magnetfeldkraft Bz, im Verlauf der schrittweisen Erhöhung von -100 50 erreicht, als DS3 bezeichnet. Der Erkennungssignalwert DS, an dem die angewendete Magnetfeldkraft Bz im Verlauf der schrittweisen Verringerung von 100 50 erreicht, als DS4 bezeichnet. Der zweite Hystereseparameter HP2 ist der Wert (DS4-DS3)/DDS, ausgedrückt als Prozentsatz.
31 illustriert die experimentellen Ergebnisse auf einem Magnetsensor 30 nach der ersten Ausführungsform. 32 illustriert die experimentellen Ergebnisse auf einem Magnetsensor 30 nach der zweiten Ausführungsform. 33 illustriert die experimentellen Ergebnisse auf einem Magnetsensor 30 nach der dritten Ausführungsform. In 31 bis 33 stellt die horizontale Achse die angewendete Magnetfeldkraft Bz dar, und die vertikale Achse stellt den Erkennungssignalwert DS dar.
In dem Experiment wurden die Werte der ersten und zweiten Hystereseparameter HP1 und HP2 für mehrere Magnetsensoren 30 nach jeder der ersten bis dritten Ausführungsformen bestimmt. 34 zeigt die Verteilung der Werte des ersten Hystereseparameters HP1. 35 zeigt die Verteilung der Werte des zweiten Hystereseparameters HP2. In 34 und 35 stellt die horizontale Achse die Länge der Jochs 51 dar. EB1 stellt die Länge der Jochs 51 der ersten Ausführungsform dar. EB2 stellt die Länge der Jochs 51 der zweiten Ausführungsform dar. EB3 stellt die Länge der Jochs 51 der dritten Ausführungsform dar. EB1, EB2 und EB3 entsprechen so der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform, bzw. der dritten Ausführungsform. Die vertikale Achse aus 34 zeigt den Wert des ersten Hystereseparameters HP 1 auf einer logarithmischen Skala an. Die vertikale Achse aus 35 zeigt den Wert des zweiten Hystereseparameters HP2 auf einer logarithmischen Skala an.
Wie in 34 gezeigt, ist die Verteilung der Werte des ersten Hystereseparameters HP1 für die dritte Ausführungsform näher an 0 als die Verteilungen der Werte des ersten Hystereseparameters HP1 für die ersten und zweiten Ausführungsformen.
Wie in 35 gezeigt, ist die Verteilung der Werte des zweiten Hystereseparameters HP2 für die dritte Ausführungsform auch näher an 0 als die Verteilungen der Werte des zweiten Hystereseparameters HP2 für die ersten und zweiten Ausführungsformen.
Aus den experimentellen Ergebnissen aus 34 und 35 ist zu sehen, dass die zweite Wirkung effektiver nach der dritten Ausführungsform gezeigt wird.
Diese Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Änderungen können daran vorgenommen werden. Beispielsweise sind, sofern die Anforderungen der anhängenden Ansprüche erfüllt sind, die Formen, Zahlen und Orte der MR-Elemente, der Jochs und der Schirme nicht auf die jeweiligen Beispiele beschränkt, die in den obigen Ausführungsformen illustriert sind, sondern können frei gewählt werden. Beispielsweise kann der Magnetsensor dieser Erfindung nur eine aus den beiden Gruppen der Schirme, d. h. eine erste Gruppe Schirme 71A, 71B, 71C und 71D und eine zweite Gruppe Schirme 72A, 72B, 72C und 72D umfassen.
Ferner können in dem Magnetsensor dieser Erfindung, ein oder mehrere MR-Elemente 90 auf nur einer Seite in der X-Richtung eines Jochs 51 bereitgestellt sein.
Ferner kann der Magnetfelddetektor 60 konfiguriert sein, den Stromversorgungsanschluss V, den Erdungsanschluss G, den ersten Ausgabeanschluss E1 und die ersten und zweiten Widerstandsabschnitte 61 und 62 zu umfassen und keinen aus dem zweiten Ausgabeanschluss E2 und den dritten und vierten Widerstandsabschnitten 63 und 64 zu umfassen. In einem solchen Fall hängt das Erkennungssignal des Magnetfelddetektors 60 von dem Potential an dem ersten Ausgabeanschluss E1 ab.
Offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen dieser Erfindung mit Blick auf die obige Lehre möglich. Daher versteht es sich, dass innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche und Äquivalente davon die Erfindung in anderen Ausführungsformen als den obigen bevorzugtesten Ausführungsformen praktiziert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3045926 A1 [0003, 0004, 0008]
DE 102017120052 A1 [0003, 0005, 0006, 0009]

Claims

Magnetsensor (30), umfassend: einen Magnetfeldkonverter (50); einen Magnetfelddetektor (60); und mehrere Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D), die voneinander getrennt sind, wobei jeder der mehreren Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D) aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet ist, wobei: der Magnetfeldkonverter (50) ein oder mehr Jochs (51) umfasst, die je aus einem weichen magnetischen Material ausgebildet sind; jedes der einen oder mehr Jochs (51) konfiguriert ist, ein Eingabemagnetfeld für den Magnetsensor (30) zu empfangen und ein Ausgabemagnetfeld auszugeben; das Eingabemagnetfeld eine Eingabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung umfasst; mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung jedes der einen oder mehr Jochs (51) eine Form aufweist, die in einer zweiten Richtung verlängert ist, die sich mit der ersten Richtung schneidet; das Ausgabemagnetfeld eine Ausgabemagnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung umfasst, die sich mit den ersten und zweiten Richtungen schneidet, wobei die Ausgabemagnetfeldkomponente abhängig von der Eingabemagnetfeldkomponente variiert; der Magnetfelddetektor (60) ein Erkennungssignal erzeugt, das von der Ausgabemagnetfeldkomponente abhängt; der Magnetfelddetektor (60) ein oder mehr magnetische Erkennungselemente (90) umfasst; jedes der einen oder mehr magnetischen Erkennungselemente (90) konfiguriert ist, das Ausgabemagnetfeld zu empfangen und einen Erkennungswert zu erzeugen, der abhängig von der Ausgabemagnetfeldkomponente variiert; das Erkennungssignal von dem Erkennungswert abhängt; mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, die mehreren Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D) in der zweiten Richtung ausgerichtet sind und den Magnetfeldkonverter (50) und den Magnetfelddetektor (60) überlappen; und mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, jeder der mehreren Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D) eine solche Form aufweist, dass seine maximale Abmessung in der zweiten Richtung kleiner ist als seine maximale Abmessung in der dritten Richtung.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 1, wobei der Magnetfelddetektor (60) mehrere magnetische Erkennungselemente (90) als die einen oder mehreren magnetischen Erkennungselemente (90) umfasst, und mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, sich jedes der mehreren magnetischen Erkennungselemente (90) in einem Umfang eines der mehreren Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D) befindet.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 2, wobei der Magnetfeldkonverter (50) mehrere Jochs (51) als das eine oder die mehreren Jochs (51) umfasst, und mit Blick in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung, sich jedes der mehreren Jochs (51) in dem Umfang eines der mehreren Schirme (71A, 71B, 71C, 71D, 72A, 72B, 72C, 72D) befindet.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mehreren magnetischen Erkennungselemente (90) einen oder mehr Elementstränge darstellen, wobei jeder der einen oder mehr Elementstränge zwei oder mehr der mehreren magnetischen Erkennungselemente (90) umfasst, die in der zweiten Richtung entlang der einen oder mehr Jochs (51) ausgerichtet und in Reihe verbunden sind.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 4, wobei der eine oder die mehr Elementstränge mehrere Elementstränge sind, der Magnetfelddetektor (60) einen Stromversorgungsanschluss (V) umfasst, der konfiguriert ist, eine vorgegebene Spannung zu empfangen, einen Erdungsanschluss (G), der mit einer Erde verbunden ist, einen Ausgabeanschluss (E1), einen ersten Widerstandsabschnitt (61), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem Ausgabeanschluss (E1) bereitgestellt ist, und einen zweiten Widerstandsabschnitt (62), der zwischen dem Ausgabeanschluss (E1) und dem Erdungsanschluss (G) bereitgestellt ist, wobei jeder der ersten und zweiten Widerstandsabschnitte (61, 62) einen oder mehr der mehreren Elementstränge umfasst, und das Erkennungssignal von einem Potential an dem Ausgabeanschluss (El) abhängt.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 4, wobei der eine oder die mehr Elementstränge vier oder mehr Elementstränge sind, der Magnetfelddetektor (60) einen Stromversorgungsanschluss (V) umfasst, der konfiguriert ist, eine vorgegebene Spannung zu empfangen, einen Erdungsanschluss (G), der mit einer Erde verbunden ist, einen ersten Ausgabeanschluss (E1), einen zweiten Ausgabeanschluss (E2), einen ersten Widerstandsabschnitt (61), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem ersten Ausgabeanschluss (E1) bereitgestellt ist, einen zweiten Widerstandsabschnitt (62), der zwischen dem ersten Ausgabeanschluss (E1) und dem Erdungsanschluss (G) bereitgestellt ist, einen dritten Widerstandsabschnitt (63), der zwischen dem Stromversorgungsanschluss (V) und dem zweiten Ausgabeanschluss (E2) bereitgestellt ist, und einen vierten Widerstandsabschnitt (64), der zwischen dem zweiten Ausgabeanschluss (E2) und dem Erdungsanschluss (G) bereitgestellt ist, wobei jeder der ersten bis vierten Widerstandsabschnitte (61, 62, 63, 64) einen oder mehr der vier oder mehr Elementstränge umfasst, und das Erkennungssignal von einem Potenzialunterschied zwischen dem ersten Ausgabeanschluss (E1) und dem zweiten Ausgabeanschluss (E2) abhängt.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ersten, zweiten und dritten Richtungen orthogonal zueinander sind.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jedes der einen oder mehr magnetischen Erkennungselemente (90) ein magnetoresistives Element (90) ist, das magnetoresistive Element (90) eine Magnetisierungspinschicht (92) umfasst, die eine Magnetisierung in einer vorgegebenen Richtung aufweist, und eine freie Schicht (94), die eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung abhängig von den angelegten Magnetfeldern variabel ist; und der Erkennungswert abhängig von einem Winkel variiert, den die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht (94) bezüglich der Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht (92) ausbildet.
Magnetsensor (30) nach Anspruch 8, wobei die Richtung der Magnetisierung der Magnetisierungspinschicht (92) parallel zu der dritten Richtung ist.
Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Eingabemagnetfeld nicht nur die Eingabemagnetfeldkomponente umfasst, sondern auch eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung.
Magnetsensorsystem (101), umfassend: den Magnetsensor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und einen Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines vorgegebenen Magnetfelds, wobei der Magnetsensor (30) und der Magnetfeldgenerator konfiguriert sind, sodass ein Teilmagnetfeld auf den Magnetsensor (30) angewendet wird und das Teilmagnetfeld 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 umfasst, das Eingabemagnetfeld das Teilmagnetfeld ist, und die Eingabemagnetfeldkomponente die erste Magnetfeldkomponente ist.
Magnetsensorsystem (101) nach Anspruch 11, wobei der Magnetsensor (30) und der Magnetfeldgenerator konfiguriert sind, sodass die erste Magnetfeldkomponente variiert, wenn eine relative Position des Magnetfeldgenerators bezüglich des Magnetsensors (30) variiert.