DE102021120160A1

DE102021120160A1 - Positionsdetektionseinheit, linsenmodul und bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021120160A1
Application number: DE102021120160.8A
Authority: DE
Inventors: Yongfu CAI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-03-24
Also published as: US20220090940A1; JP2022051418A; US11614342B2; JP7184069B2; CN114199114A

Abstract

Eine Positionsdetektionseinheit (1) enthält einen Magnetsensor (20) und einen ersten Magnetfeldgenerator. Der erste Magnetfeldgenerator ist von dem Magnetsensor beabstandet und diesem in einer Richtung einer ersten Achse (Z-Achse) gegenüberliegend angeordnet, enthält einen ersten mehrpoligen Magneten (10) und erzeugt ein erstes Magnetfeld (MF1), das auf den Magnetsensor ausgeübt wird. Der erste mehrpolige Magnet enthält N- und S-Pole (11N, 12N, 11S, 12S), die entlang einer Ebene orthogonal zur Richtung der ersten Achse zueinander benachbart sind. Der Magnetsensor und der erste Magnetfeldgenerator sind relativ zueinander entlang einer Richtung einer zweiten Achse (X-Achse) orthogonal zur Richtung der ersten Achse beweglich. Eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse (Y-Achse), die sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse orthogonal ist, unterscheidet sich von einer Position (P10) in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche (11K, 12K) zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind.

Description

HINTERGRUND
Die Technologie betrifft eine Positionsdetektionseinheit, ein Linsenmodul und eine Bildgebungsvorrichtung, die jeweils einen Magnetsensor enthalten.
Positionsdetektionseinheiten, die Magnetsensoren verwenden, wurden vorgeschlagen. Der Anmelder hat beispielsweise ein Kameramodul vorgeschlagen, das eine Positionsdetektionseinheit enthält. Beispielsweise wird auf die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2019-082445 verwiesen. In dem Kameramodul detektiert die Positionsdetektionseinheit die Position einer Linse, die sich bei der Durchführung der Fokussierung bewegt. WO 2018/051729 A1 schlägt eine Linsenantriebsvorrichtung vor, die einen Positionsdetektionsmagneten und ein Magnetismus-Detektionselement enthält. Der Positionsdetektionsmagnet detektiert eine Bewegungsposition eines Linsenhalteelements.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Positionsdetektionseinheit gemäß einer Ausführungsform der Technologie enthält einen Magnetsensor und einen ersten Magnetfeldgenerator. Der erste Magnetfeldgenerator ist in einer Richtung einer ersten Achse vom Magnetsensor beabstandet und diesem gegenüberliegend angeordnet und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird. Der erste Magnetfeldgenerator enthält einen ersten mehrpoligen Magneten, der eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält. Die N- und S-Pole sind entlang einer Ebene orthogonal zur Richtung der ersten Achse benachbart zueinander. Der Magnetsensor und der erste Magnetfeldgenerator sind relativ zueinander entlang einer Richtung einer zweiten Achse orthogonal zur Richtung der ersten Achse beweglich. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse, die orthogonal sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse ist, unterscheidet sich von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind.
Ein Linsenmodul gemäß einer Ausführungsform der Technologie enthält einen Magnetsensor, einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und eine Linse. Der erste Magnetfeldgenerator ist in einer Richtung einer ersten Achse von dem Magnetsensor beabstandet und diesem gegenüberliegend angeordnet und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird. Der erste Magnetfeldgenerator enthält einen ersten mehrpoligen Magneten, der eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält. Die N- und S-Pole liegen entlang einer Ebene orthogonal zur Richtung der ersten Achse nebeneinander. Der zweite Magnetfeldgenerator erzeugt ein zweites Magnetfeld. Der erste Magnetfeldgenerator und die Linse sind relativ in Bezug auf den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator entlang einer Richtung einer zweiten Achse orthogonal zur Richtung der ersten Achse beweglich. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse orthogonal sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse unterscheidet sich von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind.
Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Technologie enthält ein Abbildungselement und ein Linsenmodul. Das Linsenmodul enthält einen Magnetsensor, einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und eine Linse. Der erste Magnetfeldgenerator ist in einer Richtung einer ersten Achse vom Magnetsensor beabstandet und diesem gegenüberliegend angeordnet und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird. Der erste Magnetfeldgenerator enthält einen ersten mehrpoligen Magneten, der eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält. Die N- und S-Pole sind entlang einer Ebene orthogonal zur Richtung der ersten Achse zueinander benachbart. Der zweite Magnetfeldgenerator erzeugt ein zweites Magnetfeld. Der erste Magnetfeldgenerator und die Linse sind relativ in Bezug auf den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator entlang einer Richtung einer zweiten Achse orthogonal zur Richtung der ersten Achse beweglich. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse, die orthogonal sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse ist, unterscheidet sich von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Offenbarung bereitzustellen, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Technologie zu erläutern.

1 ist ein schematisches perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Gesamtkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Technologie einrichtet, die ein Linsenmodul mit einer Positionsdetektionseinheit enthält.
2 ist eine schematische Seitenansicht des Inneren der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung.
3 ist eine schematische Frontansicht des Inneren der in 1 dargestellten Vorrichtung.
4A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel der in 1 dargestellten Positionsdetektionseinheit zeigt.
4B ist ein schematisches Diagramm zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen einem ersten Magneten und einem in 1 dargestellten Magnetsensor.
5A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils einer in 1 dargestellten Antriebseinheit.
5B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines anderen Teils der in 1 dargestellten Antriebseinheit.
6A ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der in 1 dargestellten Antriebseinheit.
6B ist eine vergrößerte Seitenansicht eines anderen Teils der in 1 dargestellten Antriebseinheit.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Magnetfelds und eines zweiten Magnetfelds, die an den in 1 dargestellten Magnetsensor angelegt werden.
8 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration des Magnetsensors in der in 1 dargestellten Positionsdetektionseinheit einrichtet.
9 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Ausgangsspannungscharakteristik des in 1 dargestellten Magnetsensors zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Widerstands in 8.
11A ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen in der Stärke eines Magnetfelds veranschaulicht, das an den Magnetsensor aufgelegt wird, assoziiert mit der Bewegung des ersten Magneten in der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung.
11B ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen in der Ausgangsspannung veranschaulicht, die von dem Magnetsensor assoziiert mit der Bewegung des ersten Magneten in der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung erhalten wird.
11C ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen des Richtungswinkels eines zusammengesetzten Magnetfelds in Bezug auf einen Hubbetrag des ersten Magneten veranschaulicht.
12A ist ein vergrößertes perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration einer Positionsdetektionseinheit gemäß einem Referenzbeispiel einrichtet, die einen Magneten enthält.
12B ist ein schematisches Diagramm zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen dem Magneten und dem Magnetsensor in der Positionsdetektionseinheit gemäß dem in 12A dargestellten Referenzbeispiel.
13A ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Hubbetrag des Magneten und einer Magnetfeldstärke in der Positionsdetektionseinheit gemäß dem in 12A dargestellten Referenzbeispiel veranschaulicht.
13B ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Hubbetrag des Magneten und einer Änderungsrate der Magnetfeldstärke in der Positionsdetektionseinheit gemäß dem in 12A dargestellten Referenzbeispiel veranschaulicht.
14A ist ein erstes charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten und der Magnetfeldstärke in der in 4A dargestellten Positionsdetektionseinheit veranschaulicht.
14B ist ein zweites charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten und der Magnetfeldstärke in der in 4A dargestellten Positionsdetektionseinheit illustriert.
14C ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten und dem Richtungswinkel des zusammengesetzten Magnetfelds in der in 4A dargestellten Positionsdetektionseinheit veranschaulicht.
14D ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten und der Änderungsrate des Richtungswinkels des zusammengesetzten Magnetfelds in der in 4A dargestellten Positionsdetektionseinheit veranschaulicht.
15 ist ein vergrößertes perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines ersten Magneten gemäß einem Modifikationsbeispiel der beispielhaften Ausführungsform der Technologie darstellt.
16 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Linsenmoduls gemäß einem Modifikationsbeispiel der beispielhaften Ausführungsform der Technologie darstellt.
17 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Linsenmoduls gemäß einem Modifikationsbeispiel der beispielhaften Ausführungsform der Technologie darstellt.
18 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration eines Linsenmoduls gemäß einem Modifikationsbeispiel der beispielhaften Ausführungsform der Technologie darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird gefordert, dass die Genauigkeit der Positionsdetektion bei Positionsdetektionseinheiten mit Magnetsensoren verbessert wird.
Es ist wünschenswert, eine Positionsdetektionseinheit, ein Linsenmodul und eine Bildgebungsvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Detektionsgenauigkeit erreichen.
Im Folgenden werden einige beispielhafte Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele der Technologie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sei angemerkt, dass sich die folgende Beschreibung auf illustrative Beispiele der Offenbarung bezieht und nicht als Beschränkung der Technologie zu verstehen ist. Faktoren, die, ohne Beschränkung, Zahlenwerte, Formen, Materialien, Komponenten, Positionen der Komponenten und die Art und Weise, wie die Komponenten miteinander gekoppelt sind, enthalten, dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung der Technologie auszulegen. Weiterhin sind Elemente in den folgenden beispielhaften Ausführungsformen, die nicht in einem allgemeinsten unabhängigen Anspruch der Offenbarung aufgeführt sind, optional und können je nach Bedarf bereitgestellt werden. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht als maßstabsgetreu anzusehen. Gleichartige Elemente werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um redundante Beschreibungen zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
1. Beispielhafte Ausführungsform
Ein Beispiel für eine Bildgebungsvorrichtung, die ein Linsenmodul enthält. Das Linsenmodul enthält einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und einen Magnetsensor. Der erste Magnetfeldgenerator erzeugt ein erstes Magnetfeld und bewegt sich zusammen mit der Linse. Der zweite Magnetfeldgenerator erzeugt ein zweites Magnetfeld zur Ansteuerung der Linse. Der Magnetsensor detektiert die Position der Linse.
2. Modifikationsbeispiele
[1. Beispielhafte Ausführungsform] [Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung 100]
Zunächst wird eine Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Technologie unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 ist ein perspektivisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration der Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch das Innere der Bildgebungsvorrichtung 100 von der Seite aus betrachtet darstellt. 3 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch das Innere der Vorrichtung 100 von der Seite eines Objekts aus betrachtet zeigt. Es sei angemerkt, dass in den 1 bis 3 dargestellte Abmessungen und Positionen der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung 100 nicht unbedingt mit den tatsächlichen übereinstimmen. Weiterhin ist die in den 1 bis 3 dargestellte Bildgebungsvorrichtung 100 lediglich ein Beispiel. In jeder Ausführungsform der Technologie sind die Komponenten der Bildgebungsvorrichtung 100 und ihre Abmessungen, Formen und Positionen nicht auf die in den 1 bis 3 dargestellten beschränkt.
Die Bildgebungsvorrichtung 100 kann beispielsweise ein Teil einer Kamera für ein Smartphone sein, das einen optischen Bildstabilisierungsmechanismus und einen Autofokusmechanismus aufweist. Die Bildgebungsvorrichtung 100 enthält einen Bildsensor 200 als bildgebendes Element und beispielsweise ein Linsenmodul 300. Der Bildsensor 200 kann ein Bild unter Verwendung eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiters (CMOS) oder ähnlichem aufnehmen. Das Linsenmodul 300 kann Licht von einem Objekt zum Bildsensor 200 leiten.
[Konfiguration des Linsenmoduls 300]
Das Linsenmodul 300 kann eine Positionsdetektionseinheit 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Technologie sowie eine Antriebseinheit 3, eine Linse 5, ein Gehäuse 6 und ein Substrat 7 enthalten. Die Positionsdetektionseinheit 1 kann eine magnetische Positionsdetektionseinheit sein und kann ein Mechanismus sein, der die Position der Linse 5 bei der Durchführung der automatischen Fokussierung auf vom Objekt einfallendes Licht (im Folgenden einfach „einfallendes Licht“) detektiert, damit das einfallende Licht ein Bild auf einer Abbildungsebene des Bildsensors 200 ausbilden kann. Die Antriebseinheit 3 kann ein Mechanismus sein, der die Linse 5 bewegt, um die Fokussierung auf das einfallende Licht durchzuführen. Das Gehäuse 6 kann die Komponenten, umfassend die Positionsdetektionseinheit 1 und die Antriebseinheit 3, aufnehmen und schützen. Das Substrat 7 kann eine obere Oberfläche 7A aufweisen. Es sei angemerkt, dass in 2 das Gehäuse 6 nicht abgebildet ist.
Hier sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse definiert, wie in jeder der 1 bis 3 dargestellt. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind orthogonal zueinander. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform steht die X-Achse senkrecht zur oberen Oberfläche 7A des Substrats 7, und sowohl die Y-Achse als auch die Z-Achse sind parallel zur oberen Oberfläche 7A des Substrats 7. Weiterhin sind bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine +X-Richtung nach oben und eine -X-Richtung nach unten gerichtet.
Die +Z-Richtung und die -Z-Richtung, d. h. eine Richtung parallel zur Z-Achse, können gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für eine „Richtung der ersten Achse“ entsprechen. Die +X-Richtung und die -X-Richtung, d. h. eine Richtung parallel zur X-Achse, können gemäß einer Ausführungsform der Technologie jeweils einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für eine „Richtung der zweiten Achse“ entsprechen. Eine +Y-Richtung und eine -Y-Richtung, d. h. eine Richtung parallel zur Y-Achse, können gemäß einer Ausführungsform der Technologie jeweils einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für eine „Richtung der dritten Achse“ entsprechen.
[Linse 5]
Die Linse 5 kann oberhalb der oberen Oberfläche 7A des Substrats 7 angeordnet sein, wobei ihre optische Achse mit der X-Achse zusammenfällt. Wie in 2 dargestellt, kann das Substrat 7 eine Öffnung 7K aufweisen, durch die Licht, das die Linse 5 passiert hat, hindurchtreten kann. Wie in 2 dargestellt, kann das Linsenmodul 300 auf den Bildsensor 200 ausgerichtet sein, damit das Licht des Objekts in den Bildsensor 200 eintreten kann, nachdem es die Linse 5 und die Öffnung 7K des Substrats 7 in dieser Reihenfolge passiert hat.
[Positionsdetektionseinheit 1]
Als nächstes wird die Positionsdetektionseinheit 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform im Detail beschrieben.
Die Positionsdetektionseinheit 1 kann ein erstes Halteelement 14 (siehe 2), ein zweites Halteelement 15, eine Mehrzahl von Drähten 16 und eine Mehrzahl von Federn 17 enthalten. Das erste Halteelement 14 kann einen ersten Magneten 10, der später beschrieben wird, und die Linse 5 halten. Das erste Halteelement 14 kann beispielsweise die Form eines Hohlzylinders aufweisen, damit die Linse 5 darin eingebaut werden kann. Es sei angemerkt, dass die Drähte 16 und die Federn 17 in der Positionsdetektionseinheit 1 weggelassen werden können.
Das erste Halteelement 14 kann entlang einer Richtung der optischen Achse der Linse 5, d. h. entlang einer X-Achsen-Richtung, in Bezug auf das zweite Halteelement 15 beweglich sein. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann das zweite Halteelement 15 eine Kastenform aufweisen, die daran angepasst ist, die Linse 5 und das erste Halteelement 14 darin aufzunehmen. Die Federn 17 können das erste Halteelement 14 und das zweite Halteelement 15 miteinander koppeln und das erste Halteelement 14 stützen, damit das erste Halteelement 14 in Bezug auf das zweite Halteelement 15 entlang der X-Achse beweglich sein kann.
Das zweite Halteelement 15 kann oberhalb der oberen Oberfläche 7A des Substrats 7 vorgesehen sein und sowohl in Richtung der Y-Achse als auch in Richtung der Z-Achse in Bezug auf das Substrat 7 beweglich sein. Die Drähte 16 können, während sie das Substrat 7 und das zweite Halteelement 15 miteinander verbinden, das zweite Halteelement 15 stützen, damit das zweite Halteelement 15 sowohl in Richtung der Y-Achse als auch in Richtung der Z-Achse in Bezug auf das Substrat 7 beweglich ist. Bei einer Änderung einer relativen Position des zweiten Halteelements 15 in Bezug auf das Substrat 7 kann sich auch eine relative Position des ersten Halteelements 14 in Bezug auf das Substrat 7 ändern.
Die Positionsdetektionseinheit 1 enthält weiterhin den ersten Magneten 10 und einen Magnetsensor 20. Der erste Magnet 10 dient als ein erster Magnetfeldgenerator, der ein erstes Magnetfeld MF1 erzeugt. Das erste Magnetfeld MF1 kann somit ein Magnetfeld sein, das der erste Magnet 10 erzeugt. Das erste Magnetfeld MF1 kann eine Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsen-Richtung und eine Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsen-Richtung enthalten. Die Magnetfeldkomponente Hsx kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „ersten Magnetfeldkomponente“ entsprechen. Die Magnetfeldkomponente Hsy kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „zweiten Magnetfeldkomponente“ entsprechen und kann eine Phasendifferenz zur Magnetfeldkomponente Hsx aufweisen. Der erste Magnet 10 kann von dem ersten Halteelement 14 so gehalten werden, dass eine relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf zweite Magnete 31 und 32 veränderbar ist. Die zweiten Magnete 31 und 32 können einen zweiten Magnetfeldgenerator bilden, der ein zweites Magnetfeld MF2 erzeugt. Der Magnetsensor 20 und der erste Magnet 10 können relativ zueinander in Richtung der X-Achse beweglich sein, während sie in Richtung der Z-Achse einen Zustand der gegenseitigen Überlappung beibehalten. Beispielsweise kann der erste Magnet 10 eine im Wesentlichen rechteckige, parallelepipedische Form aufweisen, wobei seine Längsrichtung entlang der X-Achsen-Richtung verläuft. Der erste Magnet 10 kann ein erstes magnetisches Material enthalten. Beispiele für das erste magnetische Material können ein magnetisches Material auf Neodym-Basis wie NdFeB enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das erste magnetische Material beispielsweise NdFeB der Sorte N48SH sein. Alternativ kann auch SmCo als erstes magnetisches Material verwendet werden. Der erste Magnet 10 kann als Magnet zur Positionsdetektion dienen, der das erste Magnetfeld MF1 erzeugt, um die Position des ersten Halteelements 14, das die Linse 5 hält, zu detektieren.
Der erste Magnet 10 kann an dem ersten Halteelement 14 befestigt sein und sich zwischen den zweiten Magneten 31 und 32 in Richtung der Y-Achse befinden. Mit anderen Worten kann der erste Magnet 10 von dem ersten Halteelement 14 gehalten werden. Bei einer Änderung der relativen Position des zweiten Halteelements 15 in Bezug auf das erste Halteelement 14 entlang der X-Achsen-Richtung können sich die relativen Positionen der zweiten Magnete 31 und 32 in Bezug auf den ersten Magneten 10 ebenfalls entlang der X-Achsen-Richtung ändern.
Der Magnetsensor 20 kann als ein zu detektierendes Magnetfeld ein zusammengesetztes Magnetfeld MF an einer vorbestimmten Detektionsposition detektieren, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist. Der Einfachheit halber wird im Folgenden das „zu detektierende Magnetfeld“ als „Detektionsziel-Magnetfeld“ bezeichnet. Der Magnetsensor 20 kann ein Detektionssignal erzeugen, das der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF entspricht. Der Magnetsensor 20 kann in Richtung der Y-Achse zwischen dem zweiten Magneten 31 und dem zweiten Magneten 32 angeordnet sein und kann der Linse 5 in Richtung der Z-Achse gegenüberliegen, wobei der erste Magnet 10 dazwischen angeordnet ist. Der Magnetsensor 20 kann zusammen mit den zweiten Magneten 31 und 32 an dem zweiten Halteelement 15 befestigt werden. Der erste Magnet 10 kann somit in Richtung der X-Achse in Bezug auf den Magnetsensor 20 beweglich sein.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Detektionsposition die Position sein, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist. Wie oben beschrieben, kann sich bei einer Änderung der Positionen der zweiten Magnete 31 und 32, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, in der X-Achsen-Richtung in Bezug auf die Position des ersten Magneten 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, ein Abstand zwischen der vorbestimmten Detektionsposition und jedem der zweiten Magnete 31 und 32 ändern. Das Detektionsziel-Magnetfeld kann das zusammengesetzte Magnetfeld MF des ersten Magnetfelds MF1 und des zweiten Magnetfelds MF2 an der Detektionsposition sein. Der Magnetsensor 20 kann so eingerichtet sein, dass er ein Detektionssignal erzeugt, das der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF entspricht, und dass er eine Positionsänderung des ersten Magneten 10, d.h. eine Positionsänderung der Linse 5, detektiert.
4A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des ersten Magneten 10 und des Magnetsensors 20 in der Positionsdetektionseinheit 1. 4B ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Magnetsensors 20 und des ersten Magneten 10 in der +Z-Richtung zeigt. Wie oben beschrieben, kann der erste Magnet 10 in Richtung der X-Achse in Bezug auf den Magnetsensor 20 beweglich sein. Wie in den 4A und 4B dargestellt ist, ist der erste Magnet 10 beispielsweise in Richtung der Z-Achse von dem Magnetsensor 20 beabstandet und diesem gegenüberliegend. Der erste Magnet 10 ist ein mehrpoliger Magnet, der eine Mehrzahl von N-Polen 11N und 12N und eine Mehrzahl von S-Polen 11S und 12S enthält. Die N-Pole 11N und 12N und die S-Pole 11S und 12S sind entlang einer X-Y-Ebene orthogonal zur Z-Achsen-Richtung benachbart zueinander. Der erste Magnet 10 kann beispielsweise einen ersten Bereichsteil 11 enthalten, der in der +Y-Richtung magnetisiert ist, einen zweiten Bereichsteil 12, der in der -Y-Richtung entgegengesetzt zur +Y-Richtung magnetisiert ist, und eine neutrale Zone 13, die zwischen dem ersten Bereichsteil 11 und dem zweiten Bereichsteil 12 liegt. In 4A geben Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsteils 11 und des zweiten Bereichsteils 12 gezeichnet sind, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten Bereichsteils 11 und des zweiten Bereichsteils 12 an. Der erste Bereichsteil 11 und der zweite Bereichsteil 12 können in Richtung der X-Achse, entlang derer der erste Magnet 10 beweglich ist, zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 13 zwischen dem ersten Bereichsteil 11 und dem zweiten Bereichsteil 12 angeordnet ist. Der erste Bereichsteil 11 kann den N-Pol 11N und den S-Pol 11S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der zweite Bereichsteil 12 kann den N-Pol 12N und den S-Pol 12S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der N-Pol 11N und der S-Pol 12S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt. Der N-Pol 12N und der S-Pol 11S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt.
Die neutrale Zone 13 kann sich beispielsweise in Richtung der Y-Achse erstrecken. Die neutrale Zone 13 kann ein nichtmagnetisierter Teil des ersten Magneten 10 sein, d.h. ein Teil, der nicht magnetisiert ist.
Wie in 4B dargestellt, können sich beide, eine Grenzfläche 11K zwischen dem N-Pol 11N und dem S-Pol 11S, die in Y-Achsen-Richtung zueinander benachbart sind, und eine Grenzfläche 12K zwischen dem N-Pol 12N und dem S-Pol 12S, die in Y-Achsen-Richtung zueinander benachbart sind, beispielsweise, entlang der X-Z-Ebene erstrecken. Hier unterscheidet sich eine Mittelposition P20 des Magnetsensors 20 in Y-Achsen-Richtung von einer Position P10 der Grenzflächen 11K und 12K in Y-Achsen-Richtung. 4B zeigt ein Beispiel, bei dem die Mittelposition P20 von der Position P10 in der +Y-Richtung versetzt ist; die Mittelposition P20 kann jedoch auch von der Position P10 in der -Y-Richtung versetzt sein. Es sei angemerkt, dass die Position P10 der Grenzflächen 11K und 12K in Y-Achsen-Richtung eine Mittelposition des ersten Magneten 10 in Y-Achsen-Richtung sein kann.
[Antriebseinheit 3]
Nachfolgend wird die Antriebseinheit 3 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform im Detail beschrieben.
Die Antriebseinheit 3 kann die beiden zweiten Magnete 31 und 32 als zweiten Magnetfeldgenerator enthalten, der das zweite Magnetfeld MF2 erzeugt. Die zweiten Magnete 31 und 32 können in einer beabstandeten Anordnung an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Die zweiten Magnete 31 und 32 können an dem zweiten Halteelement 15 befestigt werden. Somit können die zweiten Magnete 31 und 32 in Bezug auf den Magnetsensor 20 unbeweglich sein. Der erste Magnet 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, kann in Richtung der X-Achse in Bezug auf den Magnetsensor 20 und die zweiten Magnete 31 und 32, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, beweglich sein.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt, kann der zweite Magnet 31 von der Linse 5 aus gesehen in der +Y-Richtung angeordnet sein. Der zweite Magnet 32 kann von der Linse 5 aus gesehen in der -Y-Richtung angeordnet sein. Somit können in der Antriebseinheit 3 die zwei zweiten Magnete 31 und 32 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten, beispielsweise von vier Seiten, die einen quadratischen oder rechteckigen Bereich entlang der oberen Oberfläche 7A des Substrats 7 definieren, angeordnet sein.
Jeder der zweiten Magnete 31 und 32 kann im Wesentlichen eine rechteckige Parallelepipedform aufweisen, wobei seine Längsrichtung beispielsweise entlang der Z-Achse verläuft. Die zweiten Magnete 31 und 32 können einander gegenüberliegen, wobei die Linse 5 in Richtung der Y-Achse orthogonal zur Richtung der Z-Achse dazwischen angeordnet ist. Das zweite Magnetfeld MF2 kann eine Zusammensetzung aus den jeweiligen Magnetfeldern sein, die von den zweiten Magneten 31 und 32 erzeugt werden, und kann eine Magnetfeldkomponente Hdx entlang der X-Achsen-Richtung und eine Magnetfeldkomponente Hdy entlang der Y-Achsen-Richtung enthalten. Die zweiten Magnete 31 und 32 können jeweils ein zweites magnetisches Material enthalten. Beispiele für das zweite magnetische Material umfassen ein magnetisches Material auf Neodym-Basis wie NdFeB. In einigen Ausführungsformen kann das zweite magnetische Material beispielsweise NdFeB der Sorte N48H sein. Die zweiten Magnete 31 und 32 können an dem zweiten Halteelement 15 befestigt sein. Mit anderen Worten kann der zweite Magnetfeldgenerator von dem zweiten Halteelement 15 gehalten werden. Die zweiten Magnete 31 und 32 können jeweils als Antriebsmagnet dienen, der eine Antriebskraft erzeugt, um das erste Halteelement 14, das die Linse 5 hält, entlang der Z-Achse zu bewegen. Darüber hinaus können die zweiten Magnete 31 und 32 auch als Vormagnetisierungsmagnete dienen, um eine Vormagnetisierung auf den Magnetsensor 20 aufzubringen.
5A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des zweiten Magneten 31 und seiner Umgebung in der Antriebseinheit 3. 5B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des zweiten Magneten 32 und seiner Umgebung in der Antriebseinheit 3. Wie in den 5A und 5B dargestellt ist, können der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 beispielsweise jeweils ein mehrpoliger Magnet sein.
Wie in 5A dargestellt, kann der zweite Magnet 31 beispielsweise einen ersten Bereichsteil 311, der in der +Y-Richtung magnetisiert ist, einen zweiten Bereichsteil 312, der in der -Y-Richtung magnetisiert ist, und eine neutrale Zone 313 enthalten, die zwischen dem ersten Bereichsteil 311 und dem zweiten Bereichsteil 312 liegt. In 5A geben Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsteils 311 und des zweiten Bereichsteils 312 gezeichnet sind, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten Bereichsteils 311 und des zweiten Bereichsteils 312 an. Der erste Bereichsteil 311 und der zweite Bereichsteil 312 können im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweisen, dessen Längsrichtung beispielsweise entlang der Z-Achse verläuft. Der erste Bereichsteil 311 und der zweite Bereichsteil 312 können in Richtung der X-Achse aneinander angrenzen, wobei die neutrale Zone 313 dazwischen liegt. Der erste Bereichsteil 311 kann einen N-Pol 311N und einen S-Pol 311S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der zweite Bereichsteil 312 kann einen N-Pol 312N und einen S-Pol 312S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der N-Pol 311N und der S-Pol 312S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei sich dazwischen die neutrale Zone 313 befindet. Der N-Pol 312N und der S-Pol 311S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 313 dazwischen angeordnet ist.
Wie in 5B dargestellt, kann der zweite Magnet 32 beispielsweise einen ersten Bereichsteil 321, der in der -Y-Richtung magnetisiert ist, einen zweiten Bereichsteil 322, der in der +Y-Richtung magnetisiert ist, und eine neutrale Zone 323 enthalten, die zwischen dem ersten Bereichsteil 321 und dem zweiten Bereichsteil 322 angeordnet ist. In 5B geben Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsteils 321 und des zweiten Bereichsteils 322 gezeichnet sind, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten Bereichsteils 321 und des zweiten Bereichsteils 322 an. Der erste Bereichsteil 321 und der zweite Bereichsteil 322 können im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweisen, dessen Längsrichtung beispielsweise in Richtung der Z-Achse verläuft. Der erste Bereichsteil 321 und der zweite Bereichsteil 322 können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen liegt. Der erste Bereichsteil 321 kann einen N-Pol 321N und einen S-Pol 321S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der zweite Bereich 322 kann einen N-Pol 322N und einen S-Pol 322S enthalten, die in Richtung der Y-Achse zueinander benachbart sind. Der N-Pol 321N und der S-Pol 322S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen liegt. Der N-Pol 322N und der S-Pol 321S können in Richtung der X-Achse zueinander benachbart sein, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen angeordnet ist.
Zusätzlich zu den zweiten Magneten 31 und 32 kann die Antriebseinheit 3 weiterhin Spulen 41, 42, 45 und 46 enthalten.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, kann die Spule 41 zwischen dem zweiten Magneten 31 und dem Substrat 7 angeordnet sein, und die Spule 42 kann zwischen dem zweiten Magneten 32 und dem Substrat 7 angeordnet sein. Die Spule 45 kann zwischen dem zweiten Magneten 31 und der Linse 5 angeordnet sein, und die Spule 46 kann zwischen dem zweiten Magneten 32 und der Linse 5 angeordnet sein. Die Spulen 41 und 42 können jeweils auf dem Substrat 7 befestigt werden. Die Spulen 45 und 46 können jeweils an dem ersten Halteelement 14 befestigt sein.
Die Spule 41 kann einem vom zweiten Magneten 31 ausgehenden Magnetfeld ausgesetzt sein. Die Spule 42 kann einem vom zweiten Magneten 32 ausgehenden Magnetfeld ausgesetzt sein.
Wie in 2 dargestellt, kann die Spule 45 einen ersten Leiter 45A enthalten, der sich entlang des ersten Bereichsteils 311 des zweiten Magneten 31 erstreckt, und einen zweiten Leiter 45B, der sich entlang des zweiten Bereichsteils 312 des zweiten Magneten 31 erstreckt. Weiterhin kann die Spule 46, wie in 2 dargestellt, einen ersten Leiter 46A enthalten, der sich entlang des ersten Bereichs 321 des zweiten Magneten 32 erstreckt, und einen zweiten Leiter 46B, der sich entlang des zweiten Bereichs 322 des zweiten Magneten 32 erstreckt.
6A ist eine vergrößerte Seitenansicht des zweiten Magneten 31 und der Spule 45 der Antriebseinheit 3. 6B ist eine vergrößerte Seitenansicht des zweiten Magneten 32 und der Spule 46 der Antriebseinheit 3. Wie in 6A dargestellt, kann der erste Leiter 45A der Spule 45 einer Komponente in +Y-Richtung eines Magnetfelds ausgesetzt werden, das vom ersten Bereichsteil 311 des zweiten Magneten 31 ausgeht. Der zweite Leiter 45B der Spule 45 kann einer Komponente in -Y-Richtung eines Magnetfelds ausgesetzt sein, das von dem zweiten Bereich 312 des zweiten Magneten 31 ausgeht. Wie in 6B dargestellt, kann der erste Leiter 46A der Spule 46 einer Komponente in -Y-Richtung eines Magnetfelds ausgesetzt sein, das vom ersten Bereich 321 des zweiten Magneten 32 ausgeht. Der zweite Leiter 46B der Spule 46 kann einer Komponente in +Y-Richtung eines Magnetfelds ausgesetzt sein, das von dem zweiten Bereich 322 des zweiten Magneten 32 ausgeht.
Wie in den 6A und 6B dargestellt, kann die Antriebseinheit 3 weiterhin Magnetsensoren 30A und 30B enthalten. Die Magnetsensoren 30A und 30B können dazu verwendet werden, die Position der Linse 5 zu verändern, um den Einfluss eines durch die Hand verursachten Verwackelns der Vorrichtung zu verringern.
Der Magnetsensor 30A, der sich innerhalb der Spule 41 befindet, kann das vom zweiten Magneten 31 ausgehende Magnetfeld detektieren und ein Signal erzeugen, das der Position des zweiten Magneten 31 entspricht. Der Magnetsensor 30B im Inneren der Spule 42 kann das vom zweiten Magneten 32 ausgehende Magnetfeld detektieren und ein Signal erzeugen, das der Position des zweiten Magneten 32 entspricht. Die Magnetsensoren 30A und 30B können jeweils ein Element enthalten, das ein Magnetfeld detektiert, wie z. B. ein Element mit magnetoresistivem Effekt oder ein Hall-Element. Es sei angemerkt, dass die Antriebseinheit 3 entweder den Magnetsensor 30A, der sich innerhalb der Spule 41 befindet, oder den Magnetsensor 30B, der sich innerhalb der Spule 42 befindet, enthalten kann.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Positionsdetektionseinheit 1. In 7 stellt ein Pfeil mit dem Bezugszeichen MF1 das erste Magnetfeld MF1 dar, das auf den Magnetsensor 20 ausgeübt wird. Wie oben beschrieben, kann das erste Magnetfeld MF1 die Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsen-Richtung und die Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsen-Richtung enthalten.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Magnetsensors 20 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist ein Schaltplan, der eine beispielhafte Konfiguration des Magnetsensors 20 zeigt. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der Magnetsensor 20 so eingerichtet sein, dass er als Detektionssignal, das der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF, d.h. des Detektionsziel-Magnetfelds, entspricht, ein Detektionssignal erzeugt, das einem Winkel entspricht, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF in Bezug auf eine Referenzrichtung ausbildet.
Wie in 8 dargestellt, kann der Magnetsensor 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 21 enthalten. Die Wheatstone-Brückenschaltung 21 kann Folgendes enthalten: einen Stromversorgungsanschluss V; einen Masseanschluss G; zwei Ausgangsanschlüsse E1 und E2; einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2, die in Reihe zueinander geschaltet sind; und einen dritten Widerstand R3 und einen vierten Widerstand R4, die in Reihe zueinander geschaltet sind. Ein erstes Ende des ersten Widerstands R1 und ein erstes Ende des dritten Widerstands R3 können jeweils mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden sein. Ein zweites Ende des ersten Widerstands R1 kann mit einem ersten Ende des zweiten Widerstands R2 und dem Ausgangsanschluss E1 verbunden sein. Ein zweites Ende des dritten Widerstands R3 kann mit einem ersten Ende des vierten Widerstands R4 und dem Ausgangsanschluss E2 verbunden sein. Ein zweites Ende des zweiten Widerstands R2 und ein zweites Ende des vierten Widerstands R4 können jeweils mit dem Masseanschluss G verbunden sein. Der Stromversorgungsanschluss V kann eine Versorgungsspannung einer vorbestimmten Größe empfangen. Der Masseanschluss G kann mit einer Masse verbunden werden. Die Ausgangsanschlüsse E1 und E1 können jeweils mit einem Steuergerät 4 (1) verbunden sein.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können die ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 jeweils eine Mehrzahl von Elementen mit magnetoresistivem Effekt (MR) enthalten. Die MR-Elemente können in Reihe miteinander gekoppelt sein. Bei den MR-Elementen kann es sich jeweils um ein Spin-Ventil-MR-Element handeln. Das Spin-Ventil-MR-Element kann eine magnetisierungsfeste Schicht, eine freie Schicht und eine nichtmagnetische Schicht enthalten, die zwischen der magnetisierungsfesten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Die magnetisierungsfeste Schicht weist eine in einer bestimmten Richtung festgelegte Magnetisierung auf. Die freie Schicht ist eine magnetische Schicht, die eine Magnetisierung aufweist, die ihre Richtung gemäß der Richtung des Detektionsziel-Magnetfelds ändert. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein TMR-Element (TMR: „tunneling magnetoresistive effect“, Tunnelmagnetowiderstandseffekt) oder ein GMR-Element (GMR: „giant magnetoresistive effect“, Riesenmagnetowiderstandseffekt) sein. Beim TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Beim GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht. Das Spin-Ventil-MR-Element ändert seinen Widerstand gemäß einem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gegenüber der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht ausbildet. Der Widerstand des Spin-Ventil-MR-Elements ist im Falle eines Winkels von 0° minimal und im Falle eines Winkels von 180° maximal. In 8 geben die ausgefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten der MR-Elemente an, und die hohlen Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente.
Im Folgenden wird die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten der MR-Elemente, die in dem ersten Widerstand R1 enthalten sind, einfach als eine festgelegte Richtung des ersten Widerstands R1 bezeichnet, und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten der MR-Elemente, die in dem zweiten Widerstand R2 enthalten sind, wird einfach als eine festgelegte Richtung des zweiten Widerstands R2 bezeichnet. Weiterhin wird die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten der MR-Elemente, die in dem dritten Widerstand R3 enthalten sind, einfach als eine festgelegte Richtung des dritten Widerstands R3 bezeichnet, und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schichten der MR-Elemente, die in dem vierten Widerstand R4 enthalten sind, wird einfach als eine festgelegte Richtung des vierten Widerstands R4 bezeichnet. Wie in 8 dargestellt, sind die festgelegte Richtung des ersten Widerstands R1 und die festgelegte Richtung des zweiten Widerstands R2 einander entgegengesetzt. Die festgelegte Richtung des dritten Widerstands R3 und die festgelegte Richtung des vierten Widerstands R4 sind einander entgegengesetzt. Weiterhin sind die festgelegte Richtung des ersten Widerstandes R1 und die festgelegte Richtung des zweiten Widerstandes R2 orthogonal zu der festgelegten Richtung des dritten Widerstandes R3 und der festgelegten Richtung des vierten Widerstandes R4. Daher ändert sich, wie beispielsweise in 9 dargestellt, im Falle, dass sich eine vom Ausgangsanschluss E1 ausgegebene Spannung Vout1 kosinusförmig in Übereinstimmung mit einem Winkel 9 ändert, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF in Bezug auf die Referenzrichtung ausbildet, eine vom Ausgangsanschluss E2 ausgegebene Spannung Vout2 sinusförmig in Übereinstimmung mit dem Winkel 9. Mit anderen Worten weisen die Spannung Vout1 und die Spannung Vout2 für den Winkel θ eine Phasendifferenz von 90° zueinander auf. Ein Signal, das einer Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entspricht, kann als Detektionssignal von einem Differenzdetektor ausgegeben werden. Das Detektionssignal ist abhängig von einem Potential am Ausgangsanschluss E1, einem Potential am Ausgangsanschluss E2 und der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2. Das Detektionssignal ändert sich gemäß der Richtung des Detektionsziel-Magnetfeldes, d. h. des zusammengesetzten Magnetfelds MF.
In Anbetracht beispielsweise des Genauigkeitsgrads, mit dem die MR-Elemente hergestellt werden, können die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfesten Schichten in den MR-Elementen leicht von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.
Eine beispielhafte Konfiguration der ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Widerstands in dem in 8 dargestellten Magnetsensor 20. In diesem Beispiel kann der Widerstand eine Mehrzahl von unteren Elektroden 162, eine Mehrzahl von Elementen mit magnetoresistivem Effekt (MR) 150 und eine Mehrzahl von oberen Elektroden 163 enthalten. Die unteren Elektroden 162 können auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die unteren Elektroden 162 können jeweils eine lange, schlanke Form aufweisen. Jeweils zwei untere Elektroden 162, die in ihrer Längsrichtung zueinander benachbart sind, können eine Lücke dazwischen aufweisen. Wie in 10 dargestellt, können zwei MR-Elemente 150 auf der Oberseite jeder unteren Elektrode 162 an Positionen nahe den gegenüberliegenden Enden der unteren Elektrode 162 in deren Längsrichtung angeordnet sein. Die MR-Elemente 150 können beispielsweise jeweils eine magnetisierungsfreie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine magnetisierungsfeste Schicht 153 und eine antiferromagnetische Schicht 154 enthalten, die in dieser Reihenfolge von der Seite der unteren Elektrode 162 aus angeordnet sind. Die magnetisierungsfreie Schicht 151 kann elektrisch mit der unteren Elektrode 162 gekoppelt sein. Die antiferromagnetische Schicht 154 enthält ein antiferromagnetisches Material. Die antiferromagnetische Schicht 154 kann mit der magnetisierungsfesten Schicht 153 austauschgekoppelt werden, um dadurch die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht 153 festzulegen. Die oberen Elektroden 163 können auf den MR-Elementen 150 angeordnet sein. Die oberen Elektroden 163 können jeweils eine lange, schlanke Form aufweisen und die jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 zweier benachbarter MR-Elemente 150 elektrisch koppeln, die auf zwei unteren Elektroden 162 nebeneinander in Längsrichtung der unteren Elektroden 162 angeordnet sind. Bei einer solchen Konfiguration kann der in 10 dargestellte Widerstand die MR-Elemente 150 enthalten, die über die unteren Elektroden 162 und die oberen Elektroden 163 in Reihe miteinander gekoppelt sind. Es sei angemerkt, dass die magnetisierungsfreie Schicht 151, die nichtmagnetische Schicht 152, die magnetisierungsfeste Schicht 153 und die antiferromagnetische Schicht 154 in dem MR-Element 150 in umgekehrter Reihenfolge wie in 10 dargestellt gestapelt werden können.
Als nächstes wird der Betrieb der Antriebseinheit 3 unter Bezugnahme auf die 1 bis 6B beschrieben. Zunächst werden der optische Bildstabilisierungsmechanismus und der Autofokusmechanismus kurz beschrieben. Die Antriebseinheit 3 kann jeweils einen Teil des optischen Bildstabilisierungsmechanismus und des Autofokus-Mechanismus darstellen. Die Antriebseinheit 3, der optische Bildstabilisierungsmechanismus und der Autofokus-Mechanismus können von einem Steuergerät 4 (siehe 1) gesteuert werden, das außerhalb der Bildgebungsvorrichtung 100 bereitgestellt wird. Das Steuergerät 4 kann beispielsweise eine Schaltung enthalten, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU: „central processing unit“), einen Festwertspeicher (ROM: „read-only memory“) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM: „random-access memory“) umfasst. Die CPU kann als operative Verarbeitungseinheit dienen. Das ROM ist ein Bauelement, in dem Programme, Betriebsparameter usw. gespeichert werden können, die von der CPU verwendet werden. Der RAM ist ein Bauelement, das Parameter usw. vorübergehend speichern kann, die sich während der Ausführung durch die CPU entsprechend ändern.
Der optische Bildstabilisierungsmechanismus kann so eingerichtet werden, dass er eine durch die Hand verursachte Erschütterung der Vorrichtung detektiert, wobei ein Sensor wie beispielsweise ein Gyrosensor außerhalb der Bildgebungsvorrichtung 100 verwendet wird. Nach dem Detektieren einer handbedingten Verwacklung der Vorrichtung durch den optischen Bildstabilisierungsmechanismus kann das Steuergerät 4 die Antriebseinheit 3 so steuern, dass sie eine relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 gemäß dem Modus der Verwacklung der Vorrichtung ändert. Dies ermöglicht es, die absolute Position der Linse 5 zu stabilisieren, um dadurch den Einfluss der Verwacklung der Vorrichtung zu verringern. Es sei angemerkt, dass sich die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 je nach Art der Verwacklung der Vorrichtung entweder in einer Richtung parallel zur Y-Achse oder in einer Richtung parallel zur Z-Achse ändern kann.
Der Autofokus-Mechanismus kann so eingerichtet sein, dass er einen Schärfezustand eines Objekts detektiert, beispielsweise mit Hilfe des Bildsensors 200 oder eines Autofokussensors. Das Steuergerät 4 kann die Antriebseinheit 3 veranlassen, die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entlang der Z-Achse zu ändern, um das Objekt in den Fokus zu bringen. Auf diese Weise kann eine automatische Fokussierung des Objekts erreicht werden.
Als nächstes wird eine Funktionsweise der Antriebseinheit 3 beschrieben, die den optischen Bildstabilisierungsmechanismus betrifft. Wenn das Steuergerät 4 elektrische Ströme durch die Spulen 41 und 42 leitet, bewirkt eine Wechselwirkung zwischen den von den zweiten Magneten 31 und 32 ausgehenden Magnetfeldern und den von den Spulen 41 und 42 ausgehenden Magnetfeldern, dass sich das zweite Halteelement 15 mit den daran befestigten zweiten Magneten 31 und 32 entlang der Z-Achse bewegt. Infolgedessen bewegt sich auch die Linse 5 entlang der Z-Achse. Das Steuergerät 4 kann die Position der Linse 5 durch Messsignale detektieren, die den Positionen der zweiten Magnete 31 und 32 entsprechen und von den Magnetsensoren 30A und 30B erzeugt werden.
Als nächstes wird eine Funktion der Antriebseinheit 3 beschrieben, die den Autofokusmechanismus betrifft. Im Falle einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entlang der X-Achse kann das Steuergerät 4 einen elektrischen Strom durch die Spule 45 leiten, um zu bewirken, dass der elektrische Strom durch den ersten Leiter 45A in der +Y-Richtung und durch den zweiten Leiter 45B in der -Y-Richtung fließt. Das Steuergerät 4 kann weiterhin einen elektrischen Strom durch die Spule 46 leiten, damit der elektrische Strom durch den ersten Leiter 46A in der -Y-Richtung und durch den zweiten Leiter 46B in der +Y-Richtung fließt. Diese elektrischen Ströme und die von den zweiten Magneten 31 und 32 ausgehenden Magnetfelder bewirken, dass auf den ersten Leiter 45A und den zweiten Leiter 45B der Spule 45 sowie auf den ersten Leiter 46A und den zweiten Leiter 46B der Spule 46 eine Lorentzkraft in +X-Richtung ausgeübt wird. Dies bewirkt, dass sich das erste Halteelement 14 mit den daran befestigten Spulen 45 und 46 in der +X-Richtung bewegt. Infolgedessen bewegt sich auch die Linse 5 in der +X-Richtung.
Im Falle einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 in der -X-Richtung kann das Steuergerät 4 elektrische Ströme durch die Spulen 45 und 46 in Richtungen leiten, die denen im Falle einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 in der +X-Richtung entgegengesetzt sind.
[Funktionsweise und Wirkungen der Bildgebungsvorrichtung 100]
Als nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkungen der Positionsdetektionseinheit 1 und der Bildgebungsvorrichtung 100, die die Positionsdetektionseinheit 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthält, beschrieben. Die Positionsdetektionseinheit 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann dazu verwendet werden, die Position der Linse 5 zu detektieren. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ändert sich in dem Fall, in dem sich die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 ändert, auch die relative Position des ersten Halteelements 14 in Bezug auf das Substrat 7 und des zweiten Halteelements 15. Wie oben beschrieben, kann das erste Halteelement 14 den ersten Magneten 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, und die Linse 5 halten. Das zweite Halteelement 15 kann die zweiten Magnete 31 und 32 halten, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, sowie den Magnetsensor 20. Dementsprechend führt, wie oben beschrieben, eine Änderung der relativen Position der Linse 5 zu einer Änderung der relativen Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32 und den Magnetsensor 20. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann sich die relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32 und den Magnetsensor 20 in Richtung der optischen Achse der Linse 5, d. h. in einer Richtung parallel zur X-Achse, ändern.
Während sich die relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magneten 31 und 32 und den Magnetsensor 20 ändert, ändern sich die relativen Positionen der zweiten Magneten 31 und 32 in Bezug auf den Magnetsensor 20 nicht. Daher ändern sich bei einer Änderung der relativen Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32 und den Magnetsensor 20 die Stärke und die Richtung des ersten Magnetfelds MF1, obwohl sich weder die Stärke noch die Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 ändern. Eine Änderung der Stärke und der Richtung des ersten Magnetfelds MF1 ändert die Richtung und die Stärke des zusammengesetzten Magnetfelds MF und dementsprechend auch den Wert des vom Magnetsensor 20 zu erzeugenden Detektionssignals. Der Wert des vom Magnetsensor 20 zu erzeugenden Detektionssignals ändert sich in einer Weise, die von der relativen Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf das Substrat 7 abhängt. Das Steuergerät 4 kann so eingerichtet sein, dass es den Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF bestimmt, indem es eine Operationsverarbeitung des Detektionssignals des Magnetsensors 20 durchführt, das sich mit Magnetfeldkomponenten ändert, die die Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsen-Richtung und die Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsen-Richtung enthalten. Die relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf das Substrat 7 betrifft die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7.
Wie oben beschrieben, kann der Magnetsensor 20 die Wheatstone-Brückenschaltung 21 enthalten, die beispielsweise den ersten bis vierten Widerstand R1 bis R4 umfasst. Die jeweiligen festgelegten Richtungen der ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 sind antiparallel oder orthogonal zueinander. Auf diese Weise kann der Magnetsensor 20 beispielsweise ein Magnetfeld Hx in Richtung der X-Achse und ein Magnetfeld Hy in Richtung der Y-Achse detektieren, die in dem zusammengesetzten Magnetfeld MF enthalten sind.
Der Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF ist durch die folgende Gleichung (1) definiert. $θ = arctan2 (Hsx + Hdx, Hsy + Hdy)$
wobei Hsx eine Magnetfeldkomponente entlang der X-Achsen-Richtung des ersten Magnetfelds MF1 ist, Hdx eine Magnetfeldkomponente entlang der X-Achsen-Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 ist, Hsy eine Magnetfeldkomponente entlang der Y-Achsen-Richtung des ersten Magnetfelds MF1 ist und Hdy eine Magnetfeldkomponente entlang der Y-Achsen-Richtung des zweiten Magnetfelds MF2 ist.
Die auf den Magnetsensor 20 einwirkenden Magnetfeldkomponenten Hdx und Hdy sind viel schwächer als die auf den Magnetsensor 20 einwirkenden Magnetfeldkomponenten Hsx und Hsy. Daher sind bei der Bestimmung des Winkels θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF die Magnetfeldkomponenten Hdx und Hdy im Wesentlichen vernachlässigbar. Der Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF, das auf den Magnetsensor 20 einwirkt, lässt sich somit durch die nachstehende Gleichung (2) ausdrücken: $θ \approx arctan2 (Hsx, Hsy)$
Der Winkel 9 variiert somit in Abhängigkeit von den Komponenten des Magnetfelds Hsx und Hsy.
In der Bildgebungsvorrichtung 100 ist der Magnetsensor 20 dem ersten Magnetfeld MF1 ausgesetzt, das die Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsen-Richtung und die Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsen-Richtung enthält, die sich, wie beispielsweise in 11A dargestellt, ändern, wenn sich der erste Magnet 10 entlang der X-Achsen-Richtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 bewegt. In diesem Fall sind die Spannungen Vout1 und Vout2, die sich wie in 11B dargestellt ändern, am Magnetsensor 20 detektierbar. In 11A stellt die horizontale Achse den Hubbetrag [µm] des ersten Magneten 10 dar, d.h. die Position des ersten Magneten 10 in Richtung der X-Achse in Bezug auf eine Referenzposition, und die vertikale Achse stellt die am Magnetsensor 20 zu detektierende Magnetfeldstärke [mT] dar.
In 11B stellt die horizontale Achse den Hubbetrag [µm] des ersten Magneten 10 dar, und die vertikale Achse stellt die vom Magnetsensor 20 auszugebenden Spannungen [mV/V] dar. Die Steuerung 4 kann die Spannungen Vout1 und Vout2 als Kosinuskurve (V×cosθ) bzw. Sinuskurve (V×sinθ) für den Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF behandeln und gemäß der folgenden Gleichung den Winkel θ berechnen, der sich mit der Position des ersten Magneten 10 in Richtung der X-Achse ändert (siehe 11C). $θ [Grad] = arctan (T \times (V \times sin θ) / (V \times cos θ)) .$
In 11C stellt die horizontale Achse den Hubbetrag [µm] des ersten Magneten 10 in Richtung der X-Achse dar, und die vertikale Achse stellt den Winkel θ [Grad] dar. Wie in 11C dargestellt, ändert sich der Winkel 9 im Wesentlichen linear in Bezug auf den Hubbetrag des ersten Magneten 10. Daher ist die Position des ersten Magneten 10 in Richtung der X-Achse, d.h. der Hubbetrag des ersten Magneten 10, durch die Berechnung des Winkels θ eindeutig bestimmbar. Es sei angemerkt, dass die Konstante T in der obigen Gleichung ein Korrekturfaktor ist.
Um die technische Bedeutung der Technologie zu verdeutlichen, wird als Referenzbeispiel ein Fall beschrieben, in dem ein Magnet 110, der nur ein Paar von N- und S-Polen aufweist, wie in 12A und 12B dargestellt, anstelle des ersten Magneten 10 verwendet wird, der ein mehrpoliger Magnet ist, und der Hubbetrag des Magneten 110 bestimmt wird. Dieses Referenzbeispiel kann in seiner Konfiguration der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform entsprechen, mit der Ausnahme, dass der Magnet 110 anstelle des ersten Magneten 10 verwendet wird und dass eine Mittelposition P110 des Magneten 110 in Y-Achsen-Richtung und die Mittelposition P20 des Magnetsensors 20 in Y-Achsen-Richtung miteinander übereinstimmen. 12A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Positionsdetektionseinheit 101 des Referenzbeispiels und entspricht 4A, die die Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform zeigt.
Der Magnet 110 kann einen N-Pol 110N und einen S-Pol 110S aufweisen und kann in einer durch einen Pfeil Y110 angegebenen Richtung magnetisiert sein. Hier wurde eine Simulation durchgeführt, um eine Stärke eines Magnetfelds Hz in der Z-Achsen-Richtung zu bestimmen, die an dem Magnetsensor 20, der ein TMR-Element enthält, detektiert wird, wenn der Magnet 110, der Abmessungen von 1,3 mm, 0,8 mm und 0,5 mm in der X-Achsen-, Y-Achsen- bzw. Z-Achsen-Richtung aufweist und ein Material der Güteklasse N48SH enthält, in der X-Achsen-Richtung bewegt wurde. Die Ergebnisse sind in 13A dargestellt. In 13A stellt die horizontale Achse den Hubbetrag [µm] des Magneten 110 dar, d. h. die Position des Magneten 110 in der X-Achsen-Richtung in Bezug auf eine Referenzposition, und die vertikale Achse stellt die Stärke [mT] des Magnetfelds Hz dar, das am Magnetsensor 20 detektiert wird. 13A veranschaulicht Änderungen in der Stärke des Magnetfelds Hz, die mit dem Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in Richtung der Z-Achse bei 400 µm, 450 µm und 500 µm erhalten werden. Aus 13A ist ersichtlich, dass sich im Referenzbeispiel die Stärke des Magnetfelds Hz im Wesentlichen linear in Bezug auf den Hubbetrag des Magneten 110 ändert. Im Referenzbeispiel variierte jedoch der Gradient der Änderung der Stärke des Magnetfelds Hz in Bezug auf den Hubbetrag des Magneten 110 in der X-Achsen-Richtung in Abhängigkeit vom Abstand oder der Lücke zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in der Z-Achsen-Richtung. Dementsprechend nahm eine Variationsrate [%] der Stärke des Magnetfelds Hz, die aus den Variationen des Abstands zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in der Z-Achsen-Richtung resultiert, im Absolutwert zu, wenn der Hubbetrag des Magneten 110 in der X-Achsen-Richtung im Absolutwert zunahm, wie in 13B beschrieben. In der Positionsdetektionseinheit 101 des Referenzbeispiels entwickelte sich eine Variationsrate in einem Bereich von etwa 10 % bis etwa 14 %. In 13B stellt die durchgezogene Linie den prozentualen Fehler (d. h. die Variationsrate [%]) der Stärke des Magnetfelds Hz im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in Z-Achsen-Richtung 400 µm betrug, in Bezug auf die Stärke des Magnetfelds Hz im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in Z-Achsen-Richtung 450 µm betrug. In 13B stellt die gestrichelte Linie den prozentualen Fehler (d.h. die Variationsrate [%]) der Stärke des Magnetfelds Hz im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in der Z-Achsen-Richtung 500 µm betrug, in Bezug auf die Stärke des Magnetfelds Hz im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in der Z-Achsen-Richtung 450 µm betrug. Die Ergebnisse in 13B deuten an, dass es möglich ist, eine genaue Stärke des Magnetfelds Hz als Reaktion auf den Hubbetrag zu bestimmen, wenn der Magnet 110 in der Lage ist, sich in der X-Achsen-Richtung zu bewegen, während der Abstand vom Magnetsensor 20 in der Z-Achsen-Richtung konstant gehalten wird; es wird jedoch schwierig, eine genaue Stärke des Magnetfelds Hz als Reaktion auf den Hubbetrag zu bestimmen, wenn der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magnet 110 in der Z-Achsen-Richtung variieren kann, wenn sich der Magnet 110 in der X-Achsen-Richtung bewegt. In der Praxis ist es schwierig zu verhindern, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem Magneten 110 in der Z-Achsen-Richtung einen Fehler von etwa ±50 µm aufweist, wenn sich der Magnet 110 in der X-Achsen-Richtung bewegt.
14A ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten 10 in der X-Achsen-Richtung und der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx in der X-Achsen-Richtung veranschaulicht, die auf den Magnetsensor 20 in der Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform aufgebracht wird. 14B ist ein charakteristisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Hubbetrag des ersten Magneten 10 in der X-Achsen-Richtung und der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy in der Y-Achsen-Richtung, die auf den Magnetsensor 20 in der Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform aufgebracht wird, veranschaulicht. Die Diagramme in den 14A und 14B wurden durch Simulation erhalten. 14A und 14B zeigen die jeweiligen Änderungen der Stärken der Komponenten des Magnetfelds Hsx und Hsy, die jeweils erhalten werden, wenn der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in Richtung der Z-Achse auf 350 µm, 400 µm und 450 µm eingestellt ist. Aus den 14A und 14B ist zu erkennen, dass die Variationen des Abstands zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in Richtung der Z-Achse die Stärken der Komponenten des Magnetfelds Hsx und Hsy veränderten. Es sei angemerkt, dass die Simulationsergebnisse in den 14A und 14B mit dem ersten Magneten 10 erhalten wurden, der Abmessungen von 1,2 mm, 1,0 mm bzw. 0,5 mm in der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung aufweist und ein Material der Güteklasse N48SH enthält. Weiterhin wurde die Mittelposition P20 des Magnetsensors 20 gegenüber der Position P10 der Grenzflächen 11K und 12K in Y-Achsen-Richtung um 0,25 mm in +Y-Richtung versetzt. Die Position P10 der Grenzflächen 11K und 12K in Y-Achsen-Richtung wurde als die Mittelposition des ersten Magneten 10 in Y-Achsen-Richtung festgelegt.
Aus 14C ist jedoch ersichtlich, dass in der Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform der Wert des Winkels 9, der aus der Magnetfeldkomponente Hsx und der Magnetfeldkomponente Hsy in Bezug auf den Hubbetrag des ersten Magneten 10 erhalten wurde, weniger empfindlich auf Variationen des Abstands zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung reagierte. 14C ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen des Winkels θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF, das aus den Komponenten Hsx und Hsy des Magnetfelds erhalten wird, in Bezug auf den Hubbetrag des ersten Magneten 10 in Richtung der X-Achse zeigt. Aus dem oben beschriebenen Grund wurde, wie in 14D dargestellt, ein Anstieg des Absolutwerts der Änderungsrate [%] des Winkels 9, der mit einer Änderung des Abstands zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung assoziiert ist, selbst dann unterdrückt, wenn der Absolutwert des Hubbetrags des ersten Magneten 10 in der X-Achsen-Richtung zunahm. In der Positionsdetektionseinheit 1 wurde die Variationsrate in einem Bereich von etwa 1 % bis etwa 2 % unterdrückt. In 14D stellt die durchgezogene Linie den prozentualen Fehler (d.h. die Variationsrate [%]) des Winkels θ im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung 350 µm betrug, in Bezug auf den Winkel θ im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung 400 µm betrug, dar. In 14D stellt die gestrichelte Linie den prozentualen Fehler (d. h. die Variationsrate [%]) des Winkels θ im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung 450 µm betrug, in Bezug auf den Winkel θ im Falle, dass der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung 400 µm betrug. Die Ergebnisse in 14D geben an, dass es möglich ist, einen genauen Winkel 9 zu bestimmen, der auf den Hubbetrag des ersten Magneten 10 selbst in einem Fall reagiert, in dem der Abstand zwischen dem Magnetsensor 20 und dem ersten Magneten 10 in der Z-Achsen-Richtung variiert, wenn sich der erste Magnet 10 in der X-Achsen-Richtung bewegt, und beispielsweise selbst in einem Fall, in dem der Abstand einen Fehler von etwa ±50 µm aufweist. Dies gibt an, dass es gemäß der Positionsdetektionseinheit 1 möglich ist, den Hubbetrag des ersten Magneten 10 aus dem aus den Magnetfeldkomponenten Hsx und Hsy berechneten Winkel 9 genau zu bestimmen.
Wie oben beschrieben, wird in der Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform als erster Magnet 10 ein mehrpoliger Magnet verwendet, der in Richtung der Z-Achse von dem Magnetsensor 20 beabstandet und diesem gegenüberliegend und in Richtung der X-Achse beweglich ist. Dadurch ist es möglich, dass der Magnetsensor 20 mit der Magnetfeldkomponente Hsx in X-Achsen-Richtung und der Magnetfeldkomponente Hsy in Y-Achsen-Richtung beaufschlagt wird, die eine Phasendifferenz von beispielsweise 90° aufweisen. Zudem ist in der Positionsdetektionseinheit 1 die Mittenposition P20 des Magnetsensors 20 in Y-Achsen-Richtung verschieden von der Position P10 in Y-Achsen-Richtung der Grenzflächen 11K und 12K zwischen den in Y-Achsen-Richtung zueinander benachbarten N- und S-Polen. Dadurch kann die Magnetfeldkomponente Hsx ausreichend auf den Magnetsensor 20 aufgebracht werden. Gemäß der Positionsdetektionseinheit 1 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist es somit möglich, den Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF in Abhängigkeit von dem Hubbetrag des ersten Magneten 10 mit hoher Genauigkeit zu detektieren, indem die Magnetfeldkomponenten Hsx und Hsy am Magnetsensor 20 detektiert werden. Die Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx und die Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy variieren jeweils gemäß dem Abstand zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20. Die Bestimmung des Winkels θ durch Winkelberechnung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx entsprechenden Spannung Vout1 und der der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy entsprechenden Spannung Vout2 ermöglicht es jedoch, einen Einfluss der Abstandsänderung zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20 auf den Winkel 9 zu reduzieren. Die Positionsdetektionseinheit 1 ist so eingerichtet, dass sie den Winkel 9 der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF durch Winkelberechnung anhand des Verhältnisses zwischen der Spannung Vout1, die der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx entspricht, und der Spannung Vout2, die der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy entspricht, bestimmt. Dies trägt auch dazu bei, eine Verringerung der Genauigkeit der Detektion des Hubbetrags des ersten Magneten 10 zu verhindern, die mit einer Änderung der Umgebungstemperatur assoziiert ist. Typischerweise variiert die Stärke eines von einem Magneten erzeugten Magnetfelds mit Temperaturschwankungen; die Temperaturabhängigkeit der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx des ersten Magneten 10 und die Temperaturabhängigkeit der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy des ersten Magneten 10 fallen jedoch miteinander zusammen. Daher ist durch die Verwendung des Verhältnisses zwischen der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsx und der Stärke der Magnetfeldkomponente Hsy zur Berechnung des Winkels θ der berechnete Winkel 9 im Wesentlichen konstant, unabhängig von der Umgebungstemperatur. Gemäß der Positionsdetektionseinheit 1 ist es daher möglich, aus dem aus der Magnetfeldkomponente Hsx und der Magnetfeldkomponente Hsy berechneten Winkel θ den Hubbetrag des ersten Magneten 10 genau zu bestimmen.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann eine Abtastebene beispielsweise jedes TMR-Elements im Magnetsensor 20 im Wesentlichen parallel zur Magnetisierungsrichtung des ersten Magneten 10 verlaufen. Dies erleichtert die Montage des Magnetsensors 20 und des ersten Magneten 10.
[2. Modifikationsbeispiele]
Die Technologie wurde oben unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Die Technologie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Beispielsweise wurde die vorstehende beispielhafte Ausführungsform in Bezug auf einen Fall beschrieben, in dem vier Widerstände verwendet werden, um eine Vollbrückenschaltung im Magnetsensor auszubilden. In einigen Ausführungsformen der Technologie können jedoch beispielsweise zwei Widerstände verwendet werden, um eine Halbbrückenschaltung auszubilden. Weiterhin können die Elemente mit magnetoresistivem Effekt identisch zueinander sein oder sich in Form und/oder Abmessungen voneinander unterscheiden. Die Widerstände können beispielsweise jeweils ein magnetisches Detektionselement enthalten. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „magnetisches Detektionselement“ auf jedes Element, das die Funktion hat, ein Magnetfeld zu detektieren, und kann nicht nur ein Spin-Ventil-MR-Element, sondern auch andere Elemente enthalten, einschließlich, ohne Einschränkung, eines Elements mit anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekts und eines Hall-Elements (beispielsweise ein planares Hall-Element und ein vertikales Hall-Element). Weiterhin sind die Abmessungen der Komponenten und die Anordnungen der Komponenten lediglich illustrativ und nicht darauf beschränkt.
Die Positionsdetektionseinheit einer Ausführungsform der Technologie ist nicht auf eine Einheit beschränkt, die so eingerichtet ist, dass sie die Position einer Linse detektiert, sondern kann auch eine Einheit sein, die so eingerichtet ist, dass sie die Position eines anderen Objekts als einer Linse in einem Raum detektiert.
In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform kann der erste Magnet 10 zwei N-Pole 11N und 12N und zwei S-Pole 11S und 12S enthalten; der erste mehrpolige Magnet von Ausführungsformen der Technologie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise ein erster Magnet 10A gemäß einem in 15 dargestellten ersten Modifikationsbeispiel sein. Der erste Magnet 10 kann zwei Bereichsteile enthalten, d.h. den ersten Bereichsteil 11 und den zweiten Bereichsteil 12, wobei der erste Magnet 10A weiterhin einen dritten Bereichsteil 18 zusätzlich zu dem ersten Bereichsteil 11 und dem zweiten Bereichsteil 12 enthalten kann. Eine neutrale Zone 19 kann zwischen dem zweiten Bereichsteil 12 und dem dritten Bereichsteil 18 vorgesehen sein.
In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform können die zweiten Magnete 31 und 32, die als Antriebsmagnete dienen, um eine Antriebskraft zu erzeugen, die den ersten Magneten 10, die Spulen 45 und 46 und die Linse 5 veranlasst, sich in Richtung der X-Achse zu bewegen, jeweils ein mehrpoliger Magnet sein; die Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Linsenmodul 300A gemäß einem in 16 dargestellten zweiten Modifikationsbeispiel zweite Magnete 31A und 32A enthalten, die jeweils einen einzelnen N-Pol und einen einzelnen S-Pol enthalten. Weiterhin kann ein Linsenmodul 300B gemäß einem in 17 dargestellten dritten Modifikationsbeispiel vier zweite Magnete 31B bis 34B enthalten, die jeweils einen einzelnen N-Pol und einen einzelnen S-Pol enthalten. Es sei angemerkt, dass die Linsenmodule 300A und 300B in den 16 und 17 anstelle der Spulen 45 und 46 jeweils eine Spule 47 enthalten können, die die Linse 5 entlang einer Y-Z-Ebene umgibt.
In der beispielhaften Ausführungsform und den Modifikationsbeispielen wie oben beschrieben können die zweiten Magnete an zwei oder vier Seiten eines quadratischen oder rechteckigen Bereichs entlang der oberen Oberfläche 7A des Substrats 7 angeordnet sein. Die Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Linsenmodul 300C gemäß einem in 18 dargestellten vierten Modifikationsbeispiel vier Antriebsmagnete 31C bis 34C enthalten, die an vier Ecken des Gehäuses 6 angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass in 18 die Spule 47 und das Substrat 7 nicht dargestellt sind.
In der beispielhaften Ausführungsform und den Modifikationsbeispielen wie oben beschrieben wird der erste Magnet 10, der ein mehrpoliger Magnet ist, als Beispiel für den ersten Magnetfeldgenerator beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann der erste Magnetfeldgenerator jedoch eine Mehrzahl von bipolaren Magneten oder eine Mehrzahl von mehrpoligen Magneten enthalten. Die bipolaren Magnete können miteinander in Kontakt stehen oder voneinander getrennt sein. Ebenso können die mehrpoligen Magnete miteinander in Kontakt stehen oder voneinander getrennt sein. Alternativ kann der erste Magnetfeldgenerator sowohl einen bipolaren Magneten als auch einen mehrpoligen Magneten enthalten.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „orthogonal“ hier nicht nur geometrisch genau 90°, sondern auch 90° plus oder minus einen Herstellungsfehler, z.B. plus oder minus etwa 5°, bedeuten kann.
Die Technologie umfasst jede mögliche Kombination von einigen oder allen der verschiedenen Ausführungsformen und der hierin beschriebenen und einbezogenen Modifikationen.
Es ist möglich, zumindest die folgenden Konfigurationen aus den vorangehenden Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen der Technologie zu erreichen.
(1)
Eine Positionsdetektionseinheit, aufweisend
einen Magnetsensor; und
einen ersten Magnetfeldgenerator, der von dem Magnetsensor beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse gegenüberliegt, der einen ersten mehrpoligen Magneten enthält und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene orthogonal zu der Richtung der ersten Achse zueinander benachbart sind, wobei
der Magnetsensor und der erste Magnetfeldgenerator relativ zueinander entlang einer Richtung einer zweiten Achse orthogonal zu der Richtung der ersten Achse beweglich sind, und
eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse orthogonal sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind, verschieden ist.
(2)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (1), bei der das erste Magnetfeld eine erste Magnetfeldkomponente und eine zweite Magnetfeldkomponente, die eine Phasendifferenz zur ersten Magnetfeldkomponente aufweist, enthält, und
der Magnetsensor so eingerichtet ist, dass er ein Detektionssignal erzeugt, das einer Richtung eines Detektionsziel-Magnetfelds entspricht, und so eingerichtet ist, dass er eine Positionsänderung des ersten Magnetfeldgenerators detektiert, wobei das Detektionsziel-Magnetfeld ein zu detektierendes Magnetfeld ist und eine Zusammensetzung der ersten Magnetfeldkomponente und der zweiten Magnetfeldkomponente in der Ebene ist.
(3)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (1) oder (2), bei der
der erste mehrpolige Magnet einen ersten N-Pol und einen zweiten N-Pol als die Mehrzahl von N-Polen und einen ersten S-Pol und einen zweiten S-Pol als die Mehrzahl von S-Polen enthält,
der erste N-Pol und der erste S-Pol in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind,
der zweite N-Pol und der zweite S-Pol in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind,
der erste N-Pol und der zweite S-Pol in der Richtung der zweiten Achse zueinander benachbart sind, und
der zweite N-Pol und der erste S-Pol in der Richtung der zweiten Achse zueinander benachbart sind.
(4)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (3), wobei der erste mehrpolige Magnet Folgendes enthält:

einen ersten Bereichsteil, der in einer ersten Richtung entlang der Richtung der dritten Achse magnetisiert ist, und
einen zweiten Bereich, der in einer zweiten Richtung magnetisiert ist, die entlang der Richtung der dritten Achse und entgegengesetzt zur ersten Richtung verläuft.

(5)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (4), bei der der erste mehrpolige Magnet weiterhin eine neutrale Zone zwischen dem ersten Bereichsteil und dem zweiten Bereichsteil enthält.
(6)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (5), bei der sich die neutrale Zone entlang der Richtung der dritten Achse erstreckt.
(7)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (6), bei der der erste mehrpolige Magnet eine Längsrichtung entlang der Richtung der zweiten Achse aufweist.
(8)
Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (7), bei der sich die Grenzfläche entlang der Richtung der zweiten Achse erstreckt.
(9)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (8), bei der der Magnetsensor und der erste mehrpolige Magnet relativ zueinander entlang der Richtung der zweiten Achse beweglich sind, während sie einen Zustand der gegenseitigen Überlappung in der Richtung der ersten Achse beibehalten.
(10)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (9), weiterhin aufweisend einen zweiten Magnetfeldgenerator, der ein zweites Magnetfeld erzeugt, bei der
der erste Magnetfeldgenerator aufgrund des zweiten Magnetfelds entlang der Richtung der zweiten Achse in Bezug auf den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator beweglich ist.
(11)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (10), bei der der zweite Magnetfeldgenerator einen zweiten mehrpoligen Magneten enthält, der eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält.
(12)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (11), bei der der zweite Magnetfeldgenerator ein Paar der zweiten mehrpoligen Magnete enthält, wobei die zweiten mehrpoligen Magnete einander in der Richtung der dritten Achse gegenüberliegen und sich jeweils entlang der Richtung der ersten Achse erstrecken, und
der Magnetsensor zwischen den zweiten mehrpoligen Magneten in der Richtung der dritten Achse angeordnet ist.
(13)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (10) bis (12), weiterhin aufweisend ein erstes Halteelement, das den ersten Magnetfeldgenerator hält, bei der
das erste Halteelement aufgrund des zweiten Magnetfelds in Richtung der zweiten Achse beweglich ist.
(14)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß (13), bei der das erste Halteelement so eingerichtet ist, dass es eine Linse hält, die eine optische Achse entlang der Richtung der zweiten Achse aufweist.
(15)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (10) bis (14), die weiterhin ein zweites Halteelement aufweist, das den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator hält.
(16)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (15), bei der der Magnetsensor so eingerichtet ist, dass er jeweils eine Stärke einer ersten Magnetfeldkomponente entlang der Richtung der zweiten Achse und eine Stärke einer zweiten Magnetfeldkomponente entlang der Richtung der dritten Achse detektiert.
(17)
Die Positionsdetektionseinheit gemäß einem der Punkte (1) bis (15), bei der der Magnetsensor so eingerichtet ist, dass er eine Richtung eines zusammengesetzten Magnetfelds detektiert, wobei das zusammengesetzte Magnetfeld eine Zusammensetzung aus einer ersten Magnetfeldkomponente entlang der Richtung der zweiten Achse und einer zweiten Magnetfeldkomponente entlang der Richtung der dritten Achse ist.
(18)
Ein Linsenmodul, aufweisend:

einen Magnetsensor;
einen ersten Magnetfeldgenerator, der von dem Magnetsensor beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse gegenüberliegt, der einen ersten mehrpoligen Magneten enthält und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene orthogonal zu der Richtung der ersten Achse zueinander benachbart sind;
einen zweiten Magnetfeldgenerator, der ein zweites Magnetfeld erzeugt; und
eine Linse, wobei
der erste Magnetfeldgenerator und die Linse in Bezug auf den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator entlang einer Richtung der zweiten Achse orthogonal zur Richtung der ersten Achse relativ beweglich sind, und
eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung der dritten Achse orthogonal zu sowohl der Richtung der ersten Achse als auch der Richtung der zweiten Achse von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse aneinander angrenzen, verschieden ist.

(19)
Das Linsenmodul gemäß (18), weiterhin aufweisend:

ein erstes Halteelement, das den ersten Magnetfeldgenerator und die Linse hält; und
ein zweites Halteelement, das den zweiten Magnetfeldgenerator und den Magnetsensor hält, wobei das erste Halteelement entlang der Richtung der zweiten Achse in Bezug auf das zweite Halteelement beweglich ist.

(20)
Eine Bildgebungsvorrichtung, aufweisend

ein Abbildungselement, und
ein Linsenmodul,
wobei das Linsenmodul Folgendes aufweist:
- einen Magnetsensor;
- einen ersten Magnetfeldgenerator, der von dem Magnetsensor beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse gegenüberliegt, der einen ersten mehrpoligen Magneten enthält und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene orthogonal zu der Richtung der ersten Achse zueinander benachbart sind;
- einen zweiten Magnetfeldgenerator, der ein zweites Magnetfeld erzeugt; und
- eine Linse, wobei
- der erste Magnetfeldgenerator und die Linse relativ in Bezug auf den Magnetsensor und den zweiten Magnetfeldgenerator entlang einer Richtung einer zweiten Achse orthogonal zur Richtung der ersten Achse beweglich sind, und
- eine Mittelposition des Magnetsensors in einer Richtung einer dritten Achse orthogonal sowohl zur Richtung der ersten Achse als auch zur Richtung der zweiten Achse von einer Position in der Richtung der dritten Achse einer Grenzfläche zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse zueinander benachbart sind, verschieden ist.

Die Positionsdetektionseinheit, das Linsenmodul und die Bildgebungsvorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der Technologie erreichen eine hohe Detektionsgenauigkeit.
Obwohl die Technologie oben in Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform und die Modifikationsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Der Fachmann kann die beschriebene beispielhafte Ausführungsform und die Modifikationsbeispiele abwandeln, ohne den Umfang der Offenbarung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, zu verletzen. Die Beschränkungen in den Ansprüchen sind auf der Grundlage der in den Ansprüchen verwendeten Sprache weit auszulegen und nicht auf die in dieser Beschreibung oder während der Verfahrensführung der Anmeldung beschriebenen Beispiele beschränkt, und die Beispiele sind als nichtausschließlich auszulegen. Die Verwendung der Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. steht nicht für eine bestimmte Reihenfolge oder Bedeutung, sondern die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff „im Wesentlichen“ und seine Varianten sind so definiert, dass sie weitgehend, aber nicht notwendigerweise vollständig dem entsprechen, was nach dem Verständnis eines Fachmanns angegeben ist. Der Begriff „angeordnet/vorgesehen/ausgebildet auf“ und seine Varianten, wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf Elemente, die direkt miteinander in Kontakt stehen oder indirekt, indem sie dazwischen liegende Strukturen aufweisen. Darüber hinaus ist kein Element oder keine Komponente in dieser Offenbarung dazu bestimmt, der Öffentlichkeit gewidmet zu werden, unabhängig davon, ob das Element oder die Komponente in den folgenden Ansprüchen ausdrücklich erwähnt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018/051729 A1 [0002]

Claims

Positionsdetektionseinheit (1), aufweisend: einen Magnetsensor (20); und einen ersten Magnetfeldgenerator (10), der von dem Magnetsensor (20) beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse (Z-Achse) gegenüberliegt, der einen ersten mehrpoligen Magneten (10) enthält und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, das auf den Magnetsensor (20) ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Mehrzahl von N-Polen (11N, 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S, 12S) enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene (X-Y) orthogonal zur Richtung der ersten Achse (Z-Achse) zueinander benachbart sind, wobei der Magnetsensor (20) und der erste Magnetfeldgenerator (10) relativ zueinander entlang einer Richtung einer zweiten Achse (X-Achse) orthogonal zu der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) beweglich sind, und eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors (20) in einer Richtung einer dritten Achse (Y-Achse) orthogonal zu sowohl der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) als auch der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) von einer Position (P10) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) einer Grenzfläche (11K, 12K) zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) zueinander benachbart sind, verschieden ist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Magnetfeld (MF1) eine erste Magnetfeldkomponente (Hsx) und eine zweite Magnetfeldkomponente (Hsy), die eine Phasendifferenz zur ersten Magnetfeldkomponente (Hsx) aufweist, enthält, und der Magnetsensor (20) so eingerichtet ist, dass er ein Detektionssignal erzeugt, das einer Richtung eines Detektionsziel-Magnetfelds (MF) entspricht, und so eingerichtet ist, dass er eine Positionsänderung des ersten Magnetfeldgenerators detektiert, wobei das Detektionsziel-Magnetfeld ein zu detektierendes Magnetfeld ist und eine Zusammensetzung der ersten Magnetfeldkomponente (Hsx) und der zweiten Magnetfeldkomponente (Hsy) in der Ebene (X-Y) ist.
Die Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) einen ersten N-Pol (11N) und einen zweiten N-Pol (12N) als die Mehrzahl von N-Polen und einen ersten S-Pol (11S) und einen zweiten S-Pol (12S) als die Mehrzahl von S-Polen enthält, der erste N-Pol (11N) und der erste S-Pol (11S) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) zueinander benachbart sind, der zweite N-Pol (12N) und der zweite S-Pol (12S) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) zueinander benachbart sind, der erste N-Pol (11N) und der zweite S-Pol (12S) in der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) zueinander benachbart sind, und der zweite N-Pol (12N) und der erste S-Pol (11S) in der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) zueinander benachbart sind.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) einen ersten Bereichsteil (11), der in einer ersten Richtung (+Y) entlang der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) magnetisiert ist, und einen zweiten Bereichsteil (12), der in einer zweiten Richtung (-Y) magnetisiert ist, die entlang der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) und entgegengesetzt zu der ersten Richtung verläuft, enthält.
Die Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 4, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) weiterhin eine neutrale Zone (13) zwischen dem ersten Bereichsteil (11) und dem zweiten Bereichsteil (12) enthält.
Die Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 5, wobei sich die neutrale Zone (13) entlang der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) erstreckt.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Längsrichtung entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) aufweist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Grenzfläche (11K, 12K) entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) erstreckt.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Magnetsensor (20) und der erste mehrpolige Magnet (10) relativ zueinander entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) beweglich sind, während sie einen Zustand der gegenseitigen Überlappung in der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) beibehalten.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend einen zweiten Magnetfeldgenerator (31, 32), der ein zweites Magnetfeld (MF2) erzeugt, wobei der erste Magnetfeldgenerator (10) entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) in Bezug auf den Magnetsensor (20) und den zweiten Magnetfeldgenerator aufgrund des zweiten Magnetfelds (MF2) beweglich ist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Magnetfeldgenerator (31, 32) einen zweiten mehrpoligen Magneten (31, 32) enthält, der eine Mehrzahl von N-Polen (311N, 312N, 321N, 322N) und eine Mehrzahl von S-Polen (311S, 312S, 321S, 322S) enthält.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 11, wobei der zweite Magnetfeldgenerator ein Paar der zweiten mehrpoligen Magnete (31 und 32) enthält, wobei die zweiten mehrpoligen Magnete in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) einander gegenüberliegen und sich jeweils entlang der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) erstrecken, und der Magnetsensor (20) zwischen den zweiten mehrpoligen Magneten (31 und 32) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) angeordnet ist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, weiterhin aufweisend ein erstes Halteelement (14), das den ersten Magnetfeldgenerator hält, wobei das erste Halteelement (14) aufgrund des zweiten Magnetfelds (MF2) in Richtung der zweiten Achse (X-Achse) beweglich ist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß Anspruch 13, wobei das erste Halteelement (14) so eingerichtet ist, dass es eine Linse (5) hält, die eine optische Achse entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) aufweist.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, weiterhin aufweisend ein zweites Halteelement (15), das den Magnetsensor (20) und den zweiten Magnetfeldgenerator hält.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Magnetsensor (20) so eingerichtet ist, dass er jeweils eine Stärke einer ersten Magnetfeldkomponente (Hsx) entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) und eine Stärke einer zweiten Magnetfeldkomponente (Hsy) entlang der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) detektiert.
Positionsdetektionseinheit (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Magnetsensor (20) so eingerichtet ist, dass er eine Richtung eines zusammengesetzten Magnetfelds (MF) detektiert, wobei das zusammengesetzte Magnetfeld eine Zusammensetzung aus einer ersten Magnetfeldkomponente (Hsx) entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) und einer zweiten Magnetfeldkomponente (Hsy) entlang der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) ist.
Linsenmodul (300), aufweisend: einen Magnetsensor (20); einen ersten Magnetfeldgenerator (10), der von dem Magnetsensor (20) beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse (Z-Achse) gegenüberliegt, einen ersten mehrpoligen Magneten (10) enthält und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, das auf den Magnetsensor (20) ausgeübt werden soll, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Mehrzahl von N-Polen (11N, 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S, 12S) enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene (X-Y), die orthogonal zur Richtung der ersten Achse (Z-Achse) ist, zueinander benachbart sind; einen zweiten Magnetfeldgenerator (31, 32), der ein zweites Magnetfeld (MF2) erzeugt; und eine Linse (5), wobei der erste Magnetfeldgenerator (10) und die Linse (5) in Bezug auf den Magnetsensor (20) und den zweiten Magnetfeldgenerator (31, 32) entlang einer Richtung einer zweiten Achse (X-Achse) orthogonal zur Richtung der ersten Achse (Z-Achse) relativ beweglich sind, und eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors (20) in einer Richtung einer dritten Achse (Y-Achse) orthogonal zu sowohl der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) als auch der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) von einer Position (P10) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) einer Grenzfläche (11K, 12K) zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) aneinander angrenzen, verschieden ist.
Linsenmodul (300) gemäß Anspruch 18, weiterhin aufweisend: ein erstes Halteelement (14), das den ersten Magnetfeldgenerator und die Linse (5) hält; und ein zweites Halteelement (15), das den zweiten Magnetfeldgenerator und den Magnetsensor (20) hält, wobei das erste Halteelement (14) entlang der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) in Bezug auf das zweite Halteelement (15) beweglich ist.
Bildgebungsvorrichtung (100), enthaltend ein Abbildungselement (200), und ein Linsenmodul (300), wobei das Linsenmodul (300) aufweist: einen Magnetsensor (20); einen ersten Magnetfeldgenerator, der von dem Magnetsensor (20) beabstandet ist und diesem in einer Richtung einer ersten Achse (Z-Achse) gegenüberliegt, der einen ersten mehrpoligen Magneten (10) enthält und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, das auf den Magnetsensor (20) ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Mehrzahl von N-Polen (11N, 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S, 12S) enthält, wobei die N- und S-Pole entlang einer Ebene (X-Y), die orthogonal zur Richtung der ersten Achse (Z-Achse) ist, zueinander benachbart sind; einen zweiten Magnetfeldgenerator, der ein zweites Magnetfeld (MF2) erzeugt; und eine Linse (5), wobei der erste Magnetfeldgenerator (10) und die Linse (5) relativ zu dem Magnetsensor (20) und dem zweiten Magnetfeldgenerator (31, 32) entlang einer Richtung einer zweiten Achse (X-Achse) orthogonal zu der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) beweglich sind, und eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors (20) in einer Richtung einer dritten Achse (Y-Achse) orthogonal zu sowohl der Richtung der ersten Achse (Z-Achse) als auch der Richtung der zweiten Achse (X-Achse) von einer Position (P10) in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) einer Grenzfläche (11K, 12K) zwischen den N- und S-Polen, die in der Richtung der dritten Achse (Y-Achse) zueinander benachbart sind, verschieden ist.