DE102023109555A1

DE102023109555A1 - Positionsdetektionsvorrichtung, linsenmodul, bildgebungsvorrichtung und abstandsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102023109555A1
Application number: DE102023109555.2A
Authority: DE
Inventors: Yongfu CAI; Kentaro Harada
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2023-11-02
Also published as: CN116952112A; JP2023163140A; US20230350062A1

Abstract

Eine Positionsdetektionsvorrichtung (1, 1A, 1B) umfasst einen Magnetsensor (20) und einen ersten Magnetfeldgenerator (10, 10A, 10B). Der erste Magnetfeldgenerator (10, 10A, 10B) ist so angeordnet, dass er in einer ersten Achsenrichtung (Z, r) von dem Magnetsensor (20) beabstandet und diesem zugewandt ist, er umfasst einen ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) und erzeugt ein erstes Magnetfeld (MF1), das auf den Magnetsensor (20) ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet (10, 10A, 10B) N-Pole (11N und 12N) und S-Pole (11S und 12S) aufweist, wobei die N- und S-Pole (11N und 11S, 12N und 12S) in der ersten Achsenrichtung (Z, r) nebeneinander liegen. Der Magnetsensor (20) und der erste Magnetfeldgenerator (10, 10A, 10B) sind so vorgesehen, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung (X, θ), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z, r) verläuft, relativ zueinander beweglich sind. Eine Mittelposition (P20, CP20) des Magnetsensors (20) in einer dritten Achsenrichtung (Y, r, Z), die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung (Z, r) als auch zur zweiten Achsenrichtung (X, θ) verläuft, ist von einer Mittelposition (P10) des ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) in der dritten Achsenrichtung (Y, r, Z) verschieden.

Description

HINTERGRUND
Die Technologie bezieht sich auf eine Positionsdetektionsvorrichtung, ein Linsenmodul, eine Bildgebungsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung, die jeweils einen Magnetsensor umfassen.
Eine Positionsdetektionsvorrichtung, die einen Magnetsensor verwendet, wurde bereits früher vorgeschlagen. Die Anmelderin hat zum Beispiel ein Kameramodul mit einer Positionsdetektionsvorrichtung vorgeschlagen (siehe zum Beispiel die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-082445 ). In diesem Kameramodul detektiert die Positionsdetektionsvorrichtung die Position einer Linse, die sich beim Fokussieren bewegt.
Ferner wird in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2018/051729 eine Linsenantriebsvorrichtung mit einem Positionsdetektionsmagneten, der eine Bewegungsposition eines Linsenhalteelements detektiert, und einem Magnetismusdetektionselement vorgeschlagen.
KURZFASSUNG
Es ist erwünscht, dass eine Positionsdetektionsvorrichtung, die einen Magnetsensor verwendet, eine höhere Positionsdetektionsgenauigkeit aufweist.
Es ist wünschenswert, eine Positionsdetektionsvorrichtung, ein Linsenmodul, eine Bildgebungsvorrichtung und eine Abstandsmessvorrichtung bereitzustellen, die jeweils eine hohe Positionsdetektionsgenauigkeit aufweisen.
Eine Positionsdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Technologie umfasst einen Magnetsensor und einen ersten Magnetfeldgenerator. Der erste Magnetfeldgenerator ist so angeordnet, dass er in einer ersten Achsenrichtung von dem Magnetsensor beabstandet und diesem zugewandt ist, umfasst einen ersten mehrpoligen Magneten und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen aufweist, wobei die N- und S-Pole in der ersten Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der Magnetsensor und der erste Magnetfeldgenerator sind so vorgesehen, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung, die orthogonal zur ersten Achsenrichtung verläuft, relativ zueinander beweglich sind. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer dritten Achsenrichtung, die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung verläuft, ist von einer Mittelposition des ersten mehrpoligen Magneten in der dritten Achsenrichtung verschieden.
Ein Linsenmodul gemäß einer Ausführungsform der Technologie umfasst einen Magnetsensor, einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und eine Linse. Der erste Magnetfeldgenerator ist so angeordnet, dass er in einer ersten Achsenrichtung von dem Magnetsensor beabstandet und diesem zugewandt ist, umfasst einen ersten mehrpoligen Magneten und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen aufweist, wobei die N- und S-Pole entlang der ersten Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Magnetfeldgenerator erzeugt ein zweites Magnetfeld. Der Magnetsensor und der zweite Magnetfeldgenerator sind so vorgesehen, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung, die orthogonal zur ersten Achsenrichtung verläuft, relativ zu dem ersten Magnetfeldgenerator und der Linse beweglich sind. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer dritten Achsenrichtung, die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung verläuft, ist von einer Mittelposition des ersten mehrpoligen Magneten in der dritten Achsenrichtung verschieden.
Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Technologie umfasst ein Bildgebungselement und ein Linsenmodul. Das Linsenmodul umfasst einen Magnetsensor, einen ersten Magnetfeldgenerator, einen zweiten Magnetfeldgenerator und eine Linse. Der erste Magnetfeldgenerator ist so angeordnet, dass er in einer ersten Achsenrichtung vom Magnetsensor beabstandet und diesem zugewandt ist, umfasst einen ersten mehrpoligen Magneten und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der erste mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen aufweist, wobei die N- und S-Pole entlang der ersten Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Magnetfeldgenerator erzeugt ein zweites Magnetfeld. Der Magnetsensor und der zweite Magnetfeldgenerator sind so vorgesehen, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung, die orthogonal zur ersten Achsenrichtung verläuft, relativ zu dem ersten Magnetfeldgenerator und der Linse beweglich sind. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer dritten Achsenrichtung, die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung verläuft, ist von einer Mittelposition des ersten mehrpoligen Magneten in der dritten Achsenrichtung verschieden.
Eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Technologie ist dazu eingerichtet, einen Abstand zu einem Zielobjekt durch Detektieren von emittiertem Licht zu messen. Die Abstandsmessvorrichtung umfasst ein optisches Element, einen Magnetsensor und einen Magnetfeldgenerator. Das optische Element ist dazu eingerichtet, eine Ausbreitungsrichtung des Lichts zu ändern und zu rotieren. Der Magnetfeldgenerator ist so angeordnet, dass er in einer ersten Achsenrichtung von dem Magnetsensor beabstandet und diesem zugewandt ist, umfasst einen mehrpoligen Magneten und erzeugt ein Magnetfeld, das auf den Magnetsensor ausgeübt wird, wobei der mehrpolige Magnet eine Mehrzahl von N-Polen und eine Mehrzahl von S-Polen enthält, wobei die N- und S-Pole entlang der ersten Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der Magnetsensor und der Magnetfeldgenerator sind so vorgesehen, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung, die orthogonal zur ersten Achsenrichtung verläuft, relativ zueinander beweglich sind. Der Magnetfeldgenerator ist dazu eingerichtet, in der zweiten Achsenrichtung um eine Rotationsachse in Verbindung mit dem optischen Element zu rotieren. Eine Mittelposition des Magnetsensors in einer dritten Achsenrichtung, die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung verläuft, ist von einer Mittelposition des ersten mehrpoligen Magneten in der dritten Achsenrichtung verschieden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die ein Beispiel für die Gesamtkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung mit einem Linsenmodul zeigt, das eine Positionsdetektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Technologie umfasst.
2 ist eine schematische Seitenansicht des Inneren der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung.
3 ist eine schematische Vorderansicht des Inneren der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung.
4A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel der in 1 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung zeigt.
4B ist eine schematische Darstellung zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen einem in 1 dargestellten ersten Magneten und Magnetsensor.
5A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils einer in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung.
5B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines anderen Teils der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung.
6A ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung.
6B ist eine vergrößerte Seitenansicht eines anderen Teils der in 1 dargestellten Antriebsvorrichtung.
7 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch ein erstes Magnetfeld und ein zweites Magnetfeld zeigt, die an den in 1 dargestellten Magnetsensor angelegt werden.
8 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungskonfiguration des Magnetsensors in der in 1 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung zeigt.
9 ist ein charakteristisches Diagramm, das eine von dem in 1 dargestellten Magnetsensor erhaltene Ausgangsspannungscharakteristik zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Widerstands in 8.
11A ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen in der Intensität eines Magnetfeldes, das an den Magnetsensor angelegt wird, veranschaulicht, die mit der Bewegung des ersten Magneten in der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung assoziiert sind.
11B ist ein charakteristisches Diagramm, das die Änderungen der vom Magnetsensor erhaltenen Ausgangsspannung in Verbindung mit der Bewegung des ersten Magneten in der in 1 dargestellten Bildgebungsvorrichtung zeigt.
11C ist ein charakteristisches Diagramm, das Änderungen des Winkels eines zusammengesetzten Magnetfeldes des ersten Magneten und eines zweiten Magneten in Bezug auf einen Hubbetrag des ersten Magneten zeigt.
12A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel einer Positionsdetektionsvorrichtung mit einem Magneten gemäß einem Referenzbeispiel zeigt.
12B ist eine schematische Darstellung zur Beschreibung einer Positionsbeziehung zwischen dem Magneten und dem Magnetsensor in der Positionsdetektionsvorrichtung gemäß dem in 12A dargestellten Referenzbeispiel.
13 ist ein erklärendes Diagramm, das einen Linearitätsfehler der in 1 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung beschreibt.
14 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration einer Abstandsmessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Technologie zeigt.
15 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration einer Positionsdetektionsvorrichtung zeigt, die an der in 14 dargestellten Abstandsmessvorrichtung anzubringen ist.
16A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die einen Teil der in 15 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung vergrößert zeigt.
16B ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem in 16A dargestellten Magneten und Magnetsensor zeigt.
17A ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Positionsdetektionsvorrichtung gemäß einem Referenzbeispiel zeigt.
17B ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem in 17A dargestellten Magneten und Magnetsensor zeigt.
18 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Positionsdetektionsvorrichtung gemäß einem Modifikationsbeispiel zeigt, die an der in 14 dargestellten Abstandsmessvorrichtung anzubringen ist.
19 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung, die einen Teil einer Positionsdetektionsvorrichtung gemäß einem Referenzbeispiel zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der Technologie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
1. Erste Ausführungsform
Ein Beispiel für eine Bildgebungsvorrichtung mit einem Linsenmodul, das eine Positionsdetektionsvorrichtung mit einem mehrpoligen Magneten und einem Magnetsensor umfasst.
2. Zweite Ausführungsfor
Ein Beispiel für eine Abstandsmessvorrichtung mit einer Positionsdetektionsvorrichtung.
3. Modifikationsbeispiele
<1. Erste Ausführungsform>
[Konfiguration der Bildgebungsvorrichtung 100]
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Technologie beschrieben.
1 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel für die Gesamtkonfiguration der Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt. 2 ist eine erklärende Darstellung, die schematisch das Innere der Bildgebungsvorrichtung 100 aus einer seitlichen Richtung betrachtet darstellt. 3 ist eine erklärende Darstellung, die schematisch das Innere der Bildgebungsvorrichtung 100 von der Seite des Sujekts aus betrachtet zeigt. Es ist zu beachten, dass die in den 1 bis 3 dargestellten Abmessungen und Positionen der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung 100 nicht unbedingt mit den tatsächlichen übereinstimmen. Darüber hinaus ist die in den 1 bis 3 dargestellte Bildgebungsvorrichtung 100 nur ein Beispiel. In der vorliegenden Ausführungsform 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 bildet beispielsweise einen Teil einer Kamera für ein Smartphone mit einem optischen Bildstabilisierungsmechanismus und einem Autofokusmechanismus. Die Bildgebungsvorrichtung 100 umfasst beispielsweise einen Bildsensor 200 als Bildgebungselement, das ein Bild unter Verwendung eines CMOS oder dergleichen erfasst, und ein Linsenmodul 300, das Licht von einem Objekt zum Bildsensor 200 leitet.
[Konfiguration des Linsenmoduls 300]
Das Linsenmodul 300 umfasst eine Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Technologie, eine Antriebsvorrichtung 3, eine Linse 5, ein Gehäuse 6 und ein Substrat 7. Die Positionsdetektionsvorrichtung 1 ist eine magnetische Positionsdetektionsvorrichtung und ist ein Mechanismus, der eine Position der Linse 5 bei der Durchführung einer automatischen Fokussierung von Licht, das von dem Subjekt einfällt (im Folgenden einfach „einfallendes Licht“), detektiert, damit das einfallende Licht ein Bild auf einer Abbildungsebene des Bildsensors 200 erzeugen kann. Die Antriebsvorrichtung 3 ist ein Mechanismus, der die Linse 5 antreibt, um die Fokussierung des einfallenden Lichts durchzuführen. Das Gehäuse 6 beherbergt und schützt die Positionsdetektionsvorrichtung 1, die Antriebsvorrichtung 3 usw. Das Substrat 7 hat eine Oberseite 7A. Man beachte, dass in 2 das Gehäuse 6 nicht dargestellt ist.
Hier sind eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse definiert, wie jeweils in den 1 bis 3 dargestellt. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind orthogonal zueinander. Man beachte, dass sich der Begriff „orthogonal“ auf ein Konzept bezieht, das nicht nur geometrisch genau 90° ist, sondern auch 90° plus oder minus einen Herstellungsfehler, zum Beispiel plus oder minus etwa 5°. In der vorliegenden Ausführungsform steht die X-Achse senkrecht zur Oberseite 7A des Substrats 7, und die Y-Achse und die Z-Achse sind beide parallel zur Oberseite 7A des Substrats 7. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine +X-Richtung eine Aufwärtsrichtung und eine -X-Richtung eine Abwärtsrichtung. Ferner korrespondieren eine +Z-Richtung und eine -Z-Richtung in der vorliegenden Ausführungsform, also Richtungen, die parallel zur Z-Achse verlaufen, jeweils zu einem spezifischen Beispiel für eine „erste Achsenrichtung“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie. Die +X-Richtung und die -X-Richtung in der vorliegenden Ausführungsform, also Richtungen parallel zur X-Achse, korrespondieren jeweils zu einem spezifischen Beispiel für eine „zweite Achsenrichtung“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie. Eine +Y-Richtung und eine -Y-Richtung in der vorliegenden Ausführungsform, also Richtungen parallel zur Y-Achse, korrespondieren jeweils zu einem spezifischen Beispiel für eine „dritte Achsenrichtung“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie.
(Linse 5)
Die Linse 5 ist oberhalb der Oberseite 7A des Substrats 7 angeordnet und so ausgerichtet, dass die Richtung ihrer optischen Achse mit der X-Achse zusammenfällt. Wie in 2 dargestellt, weist das Substrat 7 ferner eine Öffnung 7K auf, durch die Licht, das die Linse 5 passiert hat, hindurchtreten kann. Wie in 2 dargestellt, ist das Linsenmodul 300 auf den Bildsensor 200 ausgerichtet, damit das Licht vom Subjekt in den Bildsensor 200 eintreten kann, nachdem es die Linse 5 und die Öffnung 7K des Substrats 7 passiert hat.
(Positionsdetektionsvorrichtung 1)
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben.
Die Positionsdetektionsvorrichtung 1 umfasst ein erstes Halteelement 14 (siehe 2), ein zweites Halteelement 15, eine Mehrzahl von Drähten 16 und eine Mehrzahl von Federn 17. Das erste Halteelement 14 hält einen ersten Magneten 10 (weiter unten beschrieben) und die Linse 5. Das erste Halteelement 14 hat beispielsweise die Form eines Hohlzylinders, in den die Linse 5 eingesetzt werden kann. Man beachte, dass die Drähte 16 und die Federn 17 in der Positionsdetektionsvorrichtung 1 weggelassen werden können.
Das erste Halteelement 14 ist so vorgesehen, dass es entlang der Richtung der optischen Achse der Linse 5, also entlang einer X-Achsenrichtung, in Bezug auf das zweite Halteelement 15 beweglich ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat das zweite Halteelement 15 eine Kastenform, die dazu geeignet ist, beispielsweise die Linse 5 und das erste Halteelement 14 darin aufzunehmen. Die Mehrzahl von Federn 17 verbindet das erste Halteelement 14 und das zweite Halteelement 15 miteinander und trägt das erste Halteelement 14, so dass das erste Halteelement 14 in der X-Achsenrichtung in Bezug auf das zweite Halteelement 15 beweglich ist.
Das zweite Halteelement 15 ist oberhalb der Oberseite 7A des Substrats 7 so angeordnet, dass es sowohl in einer Y-Achsenrichtung als auch in einer Z-Achsenrichtung in Bezug auf das Substrat 7 beweglich ist. Die Mehrzahl von Drähten 16 verbindet das Substrat 7 und das zweite Halteelement 15 miteinander und trägt auch das zweite Halteelement 15, so dass das zweite Halteelement 15 sowohl in der Y-Achsenrichtung als auch in der Z-Achsenrichtung in Bezug auf das Substrat 7 beweglich ist. Bei einer Änderung einer relativen Position des zweiten Halteelements 15 in Bezug auf das Substrat 7 ändert sich auch eine relative Position des ersten Halteelements 14 in Bezug auf das Substrat 7.
Die Positionsdetektionsvorrichtung 1 umfasst ferner den ersten Magneten 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient und ein erstes Magnetfeld MF1 erzeugt, sowie einen Magnetsensor 20. Das erste Magnetfeld MF1 ist also ein Magnetfeld, das der erste Magnet 10 erzeugt. Das erste Magnetfeld MF1 umfasst eine Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsenrichtung und eine Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsenrichtung. Der erste Magnet 10 wird von dem ersten Halteelement 14 gehalten und ist so vorgesehen, dass er seine relative Position in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32 ändern kann, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen und ein zweites Magnetfeld MF2 erzeugen. Weiterhin sind der Magnetsensor 20 und der erste Magnet 10 so vorgesehen, dass sie entlang der X-Achsenrichtung relativ zueinander beweglich sind, während sie in der Z-Achsenrichtung einen Zustand der Überlappung beibehalten. Der erste Magnet 10 hat die Form eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipeds, dessen Längsrichtung beispielsweise in der X-Achsenrichtung verläuft. Der erste Magnet 10 enthält ein erstes magnetisches Material als Hauptkomponente. Beispiele für das erste magnetische Material sind ein auf Neodym basierendes magnetisches Material wie NdFeB. In einem Ausführungsbeispiel kann das erste magnetische Material NdFeB der Sorte N48SH sein. Alternativ kann auch SmCo als erstes magnetisches Material verwendet werden. Der erste Magnet 10 ist ein Magnet zur Positionsdetektion, der das erste Magnetfeld MF1 erzeugt, um die Position des ersten Halteelements 14, das die Linse 5 hält, zu detektieren.
Außerdem ist der erste Magnet 10 so an dem ersten Halteelement 14 befestigt, dass er sich in der Y-Achsenrichtung zwischen dem zweiten Magneten 31 und dem zweiten Magneten 32 befindet. Mit anderen Worten wird der erste Magnet 10 von dem ersten Halteelement 14 gehalten. Bei einer Änderung der relativen Position des zweiten Halteelements 15 in Bezug auf das erste Halteelement 14 entlang der X-Achsenrichtung ändern sich auch die relativen Positionen der zweiten Magnete 31 und 32 in Bezug auf den ersten Magneten 10 entlang der X-Achsenrichtung.
Der Magnetsensor 20 detektiert als zu detektierendes Magnetfeld ein zusammengesetztes Magnetfeld MF an einer vorgegebenen Detektionsposition, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist, und erzeugt ein Detektionssignal, das zur Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF korrespondiert. Der Magnetsensor 20 befindet sich in Y-Richtung zwischen dem zweiten Magneten 31 und dem zweiten Magneten 32 und in Z-Richtung gegenüber der Linse 5, wobei der erste Magnet 10 dazwischen angeordnet ist. Der Magnetsensor 20 ist zusammen mit den zweiten Magneten 31 und 32 an dem zweiten Halteelement 15 befestigt. Der erste Magnet 10 ist somit so eingerichtet, dass er in der X-Achsenrichtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 beweglich ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die vorbestimmte Detektionsposition die Position, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist. Wie oben beschrieben, ändert sich bei einer Änderung der Position des ersten Magneten 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, in der X-Achsenrichtung in Bezug auf die Positionen der zweiten Magneten 31 und 32, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, ein Abstand zwischen der vorgenannten vorgegebenen Detektionsposition und dem ersten Magneten 10. Das zu detektierende Magnetfeld ist das zusammengesetzte Magnetfeld MF des ersten Magnetfelds MF1 und des zweiten Magnetfelds MF2 an der Detektionsposition. Der Magnetsensor befindet sich in der Nähe des ersten Magnetfeldgenerators, und dementsprechend wird das zusammengesetzte Magnetfeld MF größtenteils aus dem ersten Magnetfeld MF1 abgeleitet. Je nach Anordnung kann es vorkommen, dass das zweite Magnetfeld MF2 nahezu Null ist. Der Magnetsensor 20 ist dazu eingerichtet, ein Detektionssignal zu erzeugen, das zur Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF korrespondiert, und eine Änderung der Position des ersten Magneten 10, also eine Änderung der Position der Linse 5, zu erfassen.
4A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des ersten Magneten 10 und des Magnetsensors 20 in der Positionsdetektionsvorrichtung 1. 4B ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für einen Zustand des Magnetsensors 20 und des ersten Magneten 10 in -X-Richtung zeigt. Es ist zu beachten, dass der erste Magnet 10, wie oben beschrieben, so vorgesehen ist, dass er in der X-Achsenrichtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 beweglich ist. Wie in den 4A und 4B dargestellt ist, ist der erste Magnet 10 so angeordnet, dass er beispielsweise in der Z-Achsenrichtung von dem Magnetsensor 20 beabstandet und diesem zugewandt ist. Der erste Magnet 10 ist ein mehrpoliger Magnet mit einer Mehrzahl von N-Polen 11N und 12N und einer Mehrzahl von S-Polen 11S und 12S. Dabei liegen der N-Pol 11N und der S-Pol 11S in der Z-Achsenrichtung nebeneinander. Außerdem liegen der N-Pol 12N und der S-Pol 12S in der Z-Achsenrichtung nebeneinander. Der erste Magnet 10 umfasst beispielsweise einen ersten Bereichsabschnitt 11, einen zweiten Bereichsabschnitt 12 und eine neutrale Zone 13. Der erste Bereichsabschnitt 11 ist beispielsweise in der -Z-Richtung magnetisiert, und der zweite Bereichsabschnitt 12 ist in der +Z-Richtung entgegengesetzt zur -Z-Richtung magnetisiert. Die neutrale Zone 13 befindet sich in der X-Achsenrichtung zwischen dem ersten Bereichsabschnitt 11 und dem zweiten Bereichsabschnitt 12. In 4A zeigen Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsabschnitts 11 und des zweiten Bereichsabschnitts 12 eingezeichnet sind, die jeweiligen Magnetfeldrichtungen des ersten Bereichsabschnitts 11 und des zweiten Bereichsabschnitts 12 an. Der erste Bereichsabschnitt 11 und der zweite Bereichsabschnitt 12 liegen in der X-Achsenrichtung, die die Bewegungsrichtung des ersten Magneten 10 ist, nebeneinander, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen angeordnet ist. Der erste Bereichsabschnitt 11 umfasst den N-Pol 11N und den S-Pol 11S, die entlang der Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Bereichsabschnitt 12 umfasst den N-Pol 12N und den S-Pol 12S, die entlang der Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Hier sind der N-Pol 11N und der S-Pol 12S so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt, und der N-Pol 12N und der S-Pol 11S sind so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt.
Die neutrale Zone 13 erstreckt sich zum Beispiel entlang einer YZ-Ebene. Die neutrale Zone 13 ist ein nicht magnetisierter Abschnitt, der im ersten Magneten 10 nicht magnetisiert ist.
Wie in den 4A und 4B dargestellt, erstrecken sich beispielsweise sowohl eine Schnittstelle 11K zwischen dem N-Pol 11N und dem S-Pol 11S, die in Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen, als auch eine Schnittstelle 12K zwischen dem N-Pol 12N und dem S-Pol 12S, die in Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen, entlang einer X-Y-Ebene. Hier unterscheidet sich eine Mittelposition P20 des Magnetsensors 20 in der Y-Achsenrichtung von einer Mittelposition P10 des ersten Magneten 10 in der Y-Achsenrichtung. 4B zeigt ein Beispiel, bei dem die Mittelposition P20 von der Mittelposition P10 in der +Y-Richtung versetzt ist; die Mittelposition P20 kann jedoch von der Mittelposition P10 in der -Y-Richtung versetzt sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine Länge 10Z des ersten Magneten 10 in der Z-Achsenrichtung kleiner sein als eine Länge 10Y des ersten Magneten 10 in der Y-Achsenrichtung. Ferner können sich zumindest ein Teil des Magnetsensors 20 und zumindest ein Teil des ersten Magneten 10 in der Z-Achsenrichtung überlappen. Die Verwendung einer solchen Konfiguration ermöglicht eine effektive Ausübung des ersten Magnetfeldes MF1 auf den Magnetsensor 20 bei gleichzeitiger Verringerung von Größe und Gewicht der Positionsdetektionsvorrichtung 1.
(Antriebsvorrichtung 3)
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Antriebsvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben.
Die Antriebsvorrichtung 3 umfasst als zweiten Magnetfeldgenerator, der das zweite Magnetfeld MF2 erzeugt, die beiden zweiten Magnete 31 und 32, die in einer beabstandeten Anordnung an unterschiedlichen Positionen zueinander angeordnet sind. Die zweiten Magnete 31 und 32 sind an dem zweiten Halteelement 15 befestigt. Die zweiten Magnete 31 und 32 sind somit in Bezug auf den Magnetsensor 20 unbeweglich. Der erste Magnet 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, ist so vorgesehen, dass er entlang der X-Achsenrichtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 und in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, beweglich ist.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, befindet sich der zweite Magnet 31 von der Linse 5 aus gesehen in der +Y-Richtung. Der zweite Magnet 32 befindet sich von der Linse 5 aus gesehen in der -Y-Richtung. In der Antriebsvorrichtung 3 sind die beiden zweiten Magnete 31 und 32 also beispielsweise an jeweils zwei gegenüberliegenden Seiten von vier Seiten angeordnet, die einen quadratischen oder rechteckigen Bereich entlang der Oberseite 7A des Substrats 7 bilden.
Der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 haben jeweils eine im Wesentlichen rechteckige, parallelepipedische Form, deren Längsrichtung beispielsweise entlang der Z-Achsenrichtung verläuft. Der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen, wobei die Linse 5 in der Y-Achsenrichtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung zwischen ihnen angeordnet ist. Das zweite Magnetfeld MF2 ist ein Magnetfeld, bei dem die jeweiligen Magnetfelder, die von dem zweiten Magneten 31 und dem zweiten Magneten 32 erzeugt werden, zusammengesetzt sind, und umfasst eine Magnetfeldkomponente Hdx entlang der X-Achsenrichtung und eine Magnetfeldkomponente Hdy entlang der Y-Achsenrichtung. Der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 enthalten ein zweites magnetisches Material als eine Hauptkomponente. Beispiele für das zweite magnetische Material sind ein magnetisches Material auf Neodym-Basis wie NdFeB. In einem Ausführungsbeispiel kann das zweite magnetische Material NdFeB der Sorte N48H sein. Der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 sind an dem zweiten Halteelement 15 befestigt. Mit anderen Worten wird der zweite Magnetfeldgenerator von dem zweiten Halteelement 15 gehalten. Der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 sind Antriebsmagnete, die eine Antriebskraft erzeugen, um das erste Halteelement 14, das die Linse 5 hält, entlang der Z-Achse zu bewegen. Darüber hinaus können der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 Vormagnetisierungsmagnete sein, um ein Vormagnetisierungsmagnetfeld an den Magnetsensor 20 anzulegen.
5A ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des zweiten Magneten 31 und seiner Umgebung in der Antriebsvorrichtung 3. 5B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des zweiten Magneten 32 und seiner Umgebung in der Antriebsvorrichtung 3. Wie in den 5A und 5B dargestellt, können der zweite Magnet 31 und der zweite Magnet 32 beispielsweise beide mehrpolige Magnete sein.
Wie in 5A dargestellt, umfasst der zweite Magnet 31 beispielsweise einen ersten Bereichsabschnitt 311, der in der +Y-Richtung magnetisiert ist, einen zweiten Bereichsabschnitt 312, der in der -Y-Richtung magnetisiert ist, und eine neutrale Zone 313, die zwischen dem ersten Bereichsabschnitt 311 und dem zweiten Bereichsabschnitt 312 liegt. In 5A zeigen Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsabschnitts 311 und des zweiten Bereichsabschnitts 312 eingezeichnet sind, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten Bereichsabschnitts 311 und des zweiten Bereichsabschnitts 312 an. Der erste Bereichsabschnitt 311 und der zweite Bereichsabschnitt 312 haben jeweils eine im Wesentlichen rechteckige parallelepipedische Form, deren Längsrichtung beispielsweise entlang der Z-Achsenrichtung verläuft. Der erste Bereichsabschnitt 311 und der zweite Bereichsabschnitt 312 liegen in der X-Achsenrichtung nebeneinander, wobei sich dazwischen die neutrale Zone 313 befindet. Der erste Bereichsabschnitt 311 umfasst einen N-Pol 311N und einen S-Pol 311S, die in der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Bereichsabschnitt 312 umfasst einen N-Pol 312N und einen S-Pol 312S, die entlang der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Hier sind der N-Pol 311N und der S-Pol 312S so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 313 dazwischen liegt; und der N-Pol 312N und der S-Pol 311S sind so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 313 dazwischen liegt.
Wie in 5B dargestellt, umfasst der zweite Magnet 32 beispielsweise einen ersten Bereichsabschnitt 321, der in der -Y-Richtung magnetisiert ist, einen zweiten Bereichsabschnitt 322, der in der +Y-Richtung magnetisiert ist, und eine neutrale Zone 323, die zwischen dem ersten Bereichsabschnitt 321 und dem zweiten Bereichsabschnitt 322 liegt. In 5B zeigen Pfeile, die innerhalb des ersten Bereichsabschnitts 321 und des zweiten Bereichsabschnitts 322 eingezeichnet sind, die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten Bereichsabschnitts 321 und des zweiten Bereichsabschnitts 322 an. Der erste Bereichsabschnitt 321 und der zweite Bereichsabschnitt 322 haben jeweils eine im Wesentlichen rechteckige parallelepipedische Form, deren Längsrichtung beispielsweise entlang der Z-Achsenrichtung verläuft. Der erste Bereichsabschnitt 321 und der zweite Bereichsabschnitt 322 liegen in der X-Achsenrichtung nebeneinander, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen liegt. Der erste Bereichsabschnitt 321 umfasst einen N-Pol 321N und einen S-Pol 321S, die entlang der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Bereichsabschnitt 322 umfasst einen N-Pol 322N und einen S-Pol 322S, die entlang der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Hier sind der N-Pol 321N und der S-Pol 322S so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen liegt; und der N-Pol 322N und der S-Pol 321S sind so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 323 dazwischen liegt.
Zusätzlich zu den zweiten Magneten 31 und 32 enthält die Antriebsvorrichtung 3 noch Spulen 41, 42, 45 und 46.
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist die Spule 41 zwischen dem zweiten Magneten 31 und dem Substrat 7 angeordnet, und die Spule 42 ist zwischen dem zweiten Magneten 32 und dem Substrat 7 angeordnet. Ferner ist die Spule 45 zwischen dem zweiten Magneten 31 und der Linse 5 angeordnet, und die Spule 46 ist zwischen dem zweiten Magneten 32 und der Linse 5 angeordnet. Die Spulen 41 und 42 sind jeweils an dem Substrat 7 befestigt. Die Spulen 45 und 46 sind jeweils an dem ersten Halteelement 14 befestigt.
Die Spule 41 ist hauptsächlich einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem zweiten Magneten 31 ausgeht. Die Spule 42 ist hauptsächlich einem Magnetfeld ausgesetzt, das von dem zweiten Magneten 32 ausgeht.
Wie in 2 dargestellt, enthält die Spule 45 ferner einen ersten Leiterteil 45A, der sich entlang des ersten Bereichsabschnitts 311 des zweiten Magneten 31 erstreckt, und einen zweiten Leiterteil 45B, der sich entlang des zweiten Bereichsabschnitts 312 des zweiten Magneten 31 erstreckt. Ferner enthält die Spule 46, wie in 2 dargestellt, einen ersten Leiterteil 46A, der sich entlang des ersten Bereichsabschnitts 321 des zweiten Magneten 32 erstreckt, und einen zweiten Leiterteil 46B, der sich entlang des zweiten Bereichsabschnitts 322 des zweiten Magneten 32 erstreckt.
6A ist eine vergrößerte Seitenansicht des zweiten Magneten 31 und der Spule 45 der Antriebsvorrichtung 3. Ferner ist 6B eine vergrößerte Seitenansicht des zweiten Magneten 32 und der Spule 46 der Antriebsvorrichtung 3. Wie in 6A dargestellt, ist der erste Leiterteil 45A der Spule 45 hauptsächlich einer +Y-Richtungskomponente eines Magnetfeldes ausgesetzt, das von dem ersten Bereichsabschnitt 311 des zweiten Magneten 31 ausgeht. Der zweite Leiterteil 45B der Spule 45 ist hauptsächlich einer -Y-Richtungskomponente eines Magnetfeldes ausgesetzt, das von dem zweiten Bereichsabschnitt 312 des zweiten Magneten 31 ausgeht. Wie in 6B dargestellt, ist der erste Leiterteil 46A der Spule 46 hauptsächlich einer -Y-Richtungskomponente eines Magnetfeldes ausgesetzt, das von dem ersten Bereichsabschnitt 321 des zweiten Magneten 32 ausgeht. Der zweite Leiterteil 46B der Spule 46 ist hauptsächlich einer +Y-Richtungskomponente eines Magnetfeldes ausgesetzt, das von dem zweiten Bereichsabschnitt 322 des zweiten Magneten 32 ausgeht.
Wie in den 6A und 6B gezeigt, umfasst die Antriebsvorrichtung 3 außerdem einen Magnetsensor 30A und einen Magnetsensor 30B. Die Magnetsensoren 30A und 30B werden bei der Änderung der Position der Linse 5 verwendet, um den Einfluss eines durch die Hand verursachten Verwackelns der Vorrichtung zu verringern.
Der Magnetsensor 30A, der sich in der Spule 41 befindet, detektiert das vom zweiten Magneten 31 ausgehende Magnetfeld und erzeugt ein Signal, das zur Position des zweiten Magneten 31 korrespondiert. Der Magnetsensor 30B, der sich in der Spule 42 befindet, detektiert das vom zweiten Magneten 32 ausgehende Magnetfeld und erzeugt ein Signal, das zur Position des zweiten Magneten 32 korrespondiert. Die Magnetsensoren 30A und 30B sind jeweils beispielsweise durch ein Element, das ein Magnetfeld detektiert, wie ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Element, konfigurierbar. Es ist zu beachten, dass die Antriebsvorrichtung 3 auch nur entweder den Magnetsensor 30A, der sich in der Spule 41 befindet, oder den Magnetsensor 30B, der sich in der Spule 42 befindet, enthalten kann.
7 ist eine perspektivische Teilansicht der Positionsdetektionsvorrichtung 1. In 7 stellt ein Pfeil mit einem Bezugszeichen MF1 das erste Magnetfeld MF1 dar, das auf den Magnetsensor 20 ausgeübt wird. Wie oben beschrieben, umfasst das erste Magnetfeld MF1 die Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsenrichtung und die Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsenrichtung.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Magnetsensors 20 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration des Magnetsensors 20 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Magnetsensor 20 dazu eingerichtet, als Detektionssignal, das zur Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF korrespondiert, das das zu erfassende Magnetfeld ist, ein Detektionssignal zu erzeugen, das zu einem Winkel korrespondiert, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet.
Wie in 8 dargestellt, umfasst der Magnetsensor 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 21. Die Wheatstone-Brückenschaltung 21 umfasst 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, sowie 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 sind jeweils mit dem Stromversorgungsanschluss V gekoppelt. Ein zweites Ende des ersten Widerstands R1 ist mit einem ersten Ende des zweiten Widerstands R2 und dem Ausgangsanschluss E1 gekoppelt. Ein zweites Ende des dritten Widerstands R3 ist mit einem ersten Ende des vierten Widerstands R4 und dem Ausgangsanschluss E2 gekoppelt. Ein zweites Ende des zweiten Widerstands R2 und ein zweites Ende des vierten Widerstands R4 sind jeweils mit dem Masseanschluss G gekoppelt. Der Stromversorgungsanschluss V erhält eine Versorgungsspannung einer vorbestimmten Größe. Der Masseanschluss G ist mit einer Masse gekoppelt. Die Ausgangsanschlüsse E1 und E2 sind jeweils mit einer Steuereinheit 4 (1) gekoppelt.
In der vorliegenden Ausführungsform umfassen der erste bis vierte Widerstand R1 bis R4 jeweils eine Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (MR-Elementen). Die MR-Elemente sind in Reihe geschaltet. Die MR-Elemente können beispielsweise jeweils ein Spin-Valve-MR-Element sein. Das Spin-Valve-MR-Element umfasst eine magnetisierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der es sich um eine Magnetschicht handelt, deren Magnetisierungsrichtung sich entsprechend der Richtung des zu detektierenden Magnetfeldes ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der magnetisierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Das Spin-Valve-MR-Element kann ein magnetoresistives Tunnelelement (ein TMR-Element) oder ein riesenmagnetoresistives Element (ein GMR-Element) sein. Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelsperrschicht. Beim GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht. Der Widerstandswert des Spin-Valve-MR-Elements ändert sich in Abhängigkeit von einem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht mit der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht bildet, und der Widerstandswert wird minimal, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und wird maximal, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 8 zeigen die ausgefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente an, und die hohlen Pfeile zeigen die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
Wie in 8 dargestellt, sind die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schichten der im ersten Widerstand R1 enthaltenen MR-Elemente (im Folgenden einfach als Magnetisierungsrichtung des ersten Widerstands R1 bezeichnet) und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schichten der im zweiten Widerstand R2 enthaltenen MR-Elemente (im Folgenden einfach als Magnetisierungsrichtung des zweiten Widerstands R2 bezeichnet) entgegengesetzt zueinander. Ferner sind die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schichten der im dritten Widerstand R3 enthaltenen MR-Elemente (im Folgenden einfach als Magnetisierungsrichtung des dritten Widerstands R3 bezeichnet), und die Magnetisierungsrichtung der im vierten Widerstand R4 enthaltenen magnetisierten Schichten der MR-Elemente (im Folgenden einfach als Magnetisierungsrichtung des vierten Widerstands R4 bezeichnet), entgegengesetzt zueinander. Darüber hinaus sind die Magnetisierungsrichtung des ersten Widerstands R1 und die Magnetisierungsrichtung des zweiten Widerstands R2 orthogonal zur Magnetisierungsrichtung des dritten Widerstands R3 und der Magnetisierungsrichtung des vierten Widerstands R4. Daher ändert sich, wie in 9 dargestellt, beispielsweise in einem Fall, in dem sich eine an den Ausgangsanschluss E1 ausgegebene Spannung Vout1 kosinusförmig entsprechend einem Winkel θ ändert, den die Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds MF in Bezug auf die Referenzrichtung bildet, eine an den Ausgangsanschluss E2 ausgegebene Spannung Vout2 sinusförmig entsprechend dem Winkel θ. Mit anderen Worten haben die Spannung Vout1 und die Spannung Vout2 für den Winkel θ eine Phasendifferenz von 90° zueinander. Ein Signal, das zu einer Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 korrespondiert, wird als Detektionssignal von einem Differenzdetektor ausgegeben. Das Detektionssignal hängt von einem Potenzial am Ausgangsanschluss E1, einem Potenzial am Ausgangsanschluss E2 und der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 ab. Das Detektionssignal ändert sich in Abhängigkeit von der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF, das das zu erfassende Magnetfeld ist.
Es ist zu beachten, dass die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten in den MR-Elementen unter Berücksichtigung eines Faktors wie dem Grad der Genauigkeit bei der Herstellung der MR-Elemente leicht von den oben beschriebenen Richtungen abweichen können.
Unter Bezugnahme auf 10 wird nun eine Beschreibung einer Beispielkonfiguration des ersten bis vierten Widerstandes R1 bis R4 gegeben. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Widerstands in dem in 8 dargestellten Magnetsensor 20. Bei diesem Beispiel umfasst der eine Widerstand eine Mehrzahl von unteren Elektroden 162, eine Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (MR-Elementen) 150 und eine Mehrzahl von oberen Elektroden 163. Die unteren Elektroden 162 sind auf einem nicht dargestellten Substrat angeordnet. Die unteren Elektroden 162 haben jeweils eine lange, schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 162, die in Längsrichtung nebeneinander liegen, haben einen Zwischenraum zwischen sich. Wie in 10 dargestellt, sind die MR-Elemente 150 auf der Oberseite der unteren Elektrode 162 an jeweiligen Positionen in der Nähe der gegenüberliegenden Enden der unteren Elektrode 162 in deren Längsrichtung angeordnet. Die MR-Elemente 150 umfassen beispielsweise jeweils eine magnetisierungsfreie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine magnetisierte Schicht 153 und eine antiferromagnetische Schicht 154, die von der Seite der unteren Elektrode 162 aus in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die magnetisierungsfreie Schicht 151 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 162 gekoppelt. Die antiferromagnetische Schicht 154 enthält ein antiferromagnetisches Material und ist mit der magnetisierten Schicht 153 austauschgekoppelt, um dadurch die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht 153 zu fixieren. Die oberen Elektroden 163 sind auf den MR-Elementen 150 angeordnet. Die oberen Elektroden 163 haben jeweils eine lange, schlanke Form und verbinden die jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 zweier nebeneinander liegender MR-Elemente 150, die auf zwei unteren Elektroden 162 angeordnet sind, die in Längsrichtung der unteren Elektroden 162 nebeneinander liegen, elektrisch miteinander. Bei einer solchen Konfiguration umfasst der in 10 dargestellte Widerstand die MR-Elemente 150, die über die unteren Elektroden 162 und die oberen Elektroden 163 in Reihe geschaltet sind. Es ist zu beachten, dass die magnetisierungsfreie Schicht 151, die nichtmagnetische Schicht 152, die magnetisierte Schicht 153 und die antiferromagnetische Schicht 154 im MR-Element 150 in der umgekehrten Reihenfolge wie in 10 dargestellt angeordnet sein können.
Nachfolgend werden Funktionsweisen der Antriebsvorrichtung 3 unter Bezugnahme auf die 1 bis 6B beschrieben. Zu Beginn werden der optische Bildstabilisierungsmechanismus und der Autofokusmechanismus kurz beschrieben. Die Antriebsvorrichtung 3 bildet jeweils einen Teil des optischen Bildstabilisierungsmechanismus und des Autofokusmechanismus. Die Antriebsvorrichtung 3, der optische Bildstabilisierungsmechanismus und der Autofokusmechanismus werden durch die außerhalb der Bildgebungsvorrichtung 100 vorgesehene Steuereinheit 4 (siehe 1) gesteuert. Die Steuereinheit 4 umfasst beispielsweise eine Schaltung mit einer Zentraleinheit (CPU), die eine Betriebsverarbeitungseinheit ist, einen Festwertspeicher (ROM), der ein Speicherelement ist, das Programme, Betriebsparameter usw. enthält, die von der CPU verwendet werden sollen, und einen Direktzugriffsspeicher (RAM), der ein Speicherelement ist, das vorübergehend Parameter usw. enthält, die sich während der Ausführung durch die CPU entsprechend ändern.
Der optische Bildstabilisierungsmechanismus ist so eingerichtet, dass er in der Lage ist, ein durch die Hand verursachtes Verwackeln der Vorrichtung zu detektieren, indem er zum Beispiel einen außerhalb der Bildgebungsvorrichtung 100 befindlichen Gyrosensor oder Ähnliches verwendet. Wenn der optische Bildstabilisierungsmechanismus ein durch die Hand verursachtes Verwackeln der Vorrichtung erkennt, steuert die Steuereinheit 4 die Antriebsvorrichtung 3 so, dass sich eine relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entsprechend der Art des Verwackelns der Vorrichtung ändert. Auf diese Weise kann die absolute Position der Linse 5 stabilisiert werden, um so den Einfluss des Verwackelns zu verringern. Man beachte, dass sich die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entweder in einer Richtung parallel zur Y-Achse oder in einer Richtung parallel zur Z-Achse ändert, je nach Art des Verwackelns der Vorrichtung.
Der Autofokusmechanismus ist so eingerichtet, dass er in der Lage ist, einen Schärfezustand eines Subjekts zu erkennen, indem er beispielsweise den Bildsensor 200, einen Autofokus-Sensor oder Ähnliches verwendet. Die Steuereinheit 4 steuert die Antriebsvorrichtung 3, um die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entlang der X-Achse zu ändern, um das Subjekt in den Fokus zu bringen. Auf diese Weise kann eine automatische Fokussierung des Subjekts erreicht werden.
Als nächstes wird eine Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 im Zusammenhang mit dem optischen Bildstabilisierungsmechanismus beschrieben. Nach dem Durchgang von elektrischen Strömen durch die Spulen 41 und 42 mittels der Steuereinheit 4 bewirkt eine Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern, die von den zweiten Magneten 31 und 32 ausgehen, und Magnetfeldern, die von den Spulen 41 und 42 ausgehen, dass sich das zweite Halteelement 15 mit den daran befestigten zweiten Magneten 31 und 32 entlang der Y-Achse bewegt. Infolgedessen bewegt sich auch die Linse 5 entlang der Y-Achse. Die Steuereinheit 4 detektiert die Position der Linse 5 durch Messen der Signale, die zu den Positionen der zweiten Magnete 31 und 32 korrespondieren und die von den Magnetsensoren 30A und 30B erzeugt werden.
Als nächstes wird eine Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 3 im Zusammenhang mit dem Autofokusmechanismus beschrieben. Im Falle einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 entlang der X-Achse leitet die Steuereinheit 4 einen elektrischen Strom durch die Spule 45, um zu bewirken, dass der elektrische Strom durch den ersten Leiterteil 45A in der +Y-Richtung und durch den zweiten Leiterteil 45B in der -Y-Richtung fließt. Die Steuereinheit 4 leitet außerdem einen elektrischen Strom durch die Spule 46, um zu bewirken, dass der elektrische Strom durch den ersten Leiterteil 46A in der -Y-Richtung und durch den zweiten Leiterteil 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 Leiterteil 45A und den zweiten Leiterteil 45B der Spule 45 sowie auf den ersten Leiterteil 46A und den zweiten Leiterteil 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.
Bei einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 in -X-Richtung lässt die Steuereinheit 4 elektrische Ströme durch die Spulen 45 und 46 in entgegengesetzten Richtungen fließen als bei einer Bewegung der relativen Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 in +X-Richtung.
[Funktionsweisen und Effekte der Bildgebungsvorrichtung 100]
Es folgt eine Beschreibung der Funktionsweisen und der Effekte der Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Bildgebungsvorrichtung 100, die diese Vorrichtung enthält. Die Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird verwendet, um die Position der Linse 5 zu detektieren. Bei der vorliegenden 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 das zweite Halteelement 15. Wie oben beschrieben, hält das erste Halteelement 14 den ersten Magneten 10, der als erster Magnetfeldgenerator dient, und die Linse 5, während das zweite Halteelement 15 die zweiten Magnete 31 und 32, die als zweiter Magnetfeldgenerator dienen, und den Magnetsensor 20 hält. Dementsprechend ändert sich bei einer Änderung der relativen Position der Linse 5, wie oben beschrieben, die relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magneten 31 und 32 und den Magnetsensor 20. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Änderungsrichtung der relativen Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf die zweiten Magnete 31 und 32 und den Magnetsensor 20 entlang der optischen Achse der Linse 5, also parallel zur X-Achse.
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 weder die Stärke noch die Richtung des zweiten Magnetfeldes MF2, wohl aber die Stärke und die Richtung des ersten Magnetfeldes MF1. Wenn sich die Stärke und die Richtung des ersten Magnetfelds MF1 ändern, ändern sich auch die Richtung und die Stärke des zusammengesetzten Magnetfelds MF, was zu einer Änderung des Werts des Detektionssignals führt, das der Magnetsensor 20 erzeugt. Somit ändert sich der Wert des Detektionssignals, das der Magnetsensor 20 erzeugt, in einer Weise, die von der relativen Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf das Substrat 7 abhängt. Die Steuereinheit 4 ist dazu eingerichtet, den Winkel θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF zu bestimmen, indem sie eine operative Verarbeitung des Detektionssignals des Magnetsensors 20 durchführt, das mit Magnetfeldkomponenten variiert, einschließlich der Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsenrichtung und der Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsenrichtung. Die relative Position des ersten Magneten 10 in Bezug auf das Substrat 7 zeigt die relative Position der Linse 5 in Bezug auf das Substrat 7 an.
Wie oben beschrieben, umfasst der Magnetsensor 20 die Wheatstone-Brückenschaltung 21, die beispielsweise den ersten bis vierten Widerstand R1 bis R4 enthält, und die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen des ersten bis vierten Widerstands R1 bis R4 sind antiparallel oder orthogonal zueinander. Dadurch kann der Magnetsensor 20 beispielsweise ein Magnetfeld Hx in X-Achsenrichtung und ein Magnetfeld Hy in Y-Achsenrichtung erfassen, die in dem zusammengesetzten Magnetfeld MF enthalten sind.
Der Winkel θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF ist durch die nachstehende Gleichung (1) definiert. $θ = arctan 2 (Hsx + Hdx, Hsy + Hdy)$
wobei Hsx eine Magnetfeldkomponente entlang der X-Achsenrichtung des ersten Magnetfeldes MF1, Hdx eine Magnetfeldkomponente entlang der X-Achsenrichtung des zweiten Magnetfeldes MF2, Hsy eine Magnetfeldkomponente entlang der Y-Achsenrichtung des ersten Magnetfeldes MF1 und Hdy eine Magnetfeldkomponente entlang der Y-Achsenrichtung des zweiten Magnetfeldes MF2 ist.
Hier sind die Magnetfeldkomponente Hdx und die Magnetfeldkomponente Hdy, die auf den Magnetsensor 20 ausgeübt werden sollen, viel schwächer als die Magnetfeldkomponente Hsx und die Magnetfeldkomponente Hsy, die auf den Magnetsensor 20 ausgeübt werden sollen. Daher sind bei der Bestimmung des Winkels θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF die Magnetfeldkomponenten Hdx und Hdy im Wesentlichen vernachlässigbar. Der Winkel θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF, das auf den Magnetsensor 20 ausgeübt werden soll, lässt sich somit durch die nachstehende Gleichung (2) ausdrücken: $θ \approx arctan 2 (Hsx, Hsy)$
Der Winkel θ variiert also in Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente Hsx und der Magnetfeldkomponente Hsy.
Bei der Bildgebungsvorrichtung 100 wird der Magnetsensor 20, wenn sich der erste Magnet 10 in Bezug auf den Magnetsensor 20 entlang der X-Achsenrichtung bewegt, dem ersten Magnetfeld MF1 ausgesetzt, das die Magnetfeldkomponente Hsx entlang der X-Achsenrichtung und die Magnetfeldkomponente Hsy entlang der Y-Achsenrichtung umfasst, die sich beispielsweise wie in 11A dargestellt ändern. Zu diesem Zeitpunkt werden die Spannungen Vout1 und Vout2, die sich wie in 11B dargestellt ändern, jeweils am Magnetsensor 20 detektiert. In 11A stellt die horizontale Achse eine Position (einen Hubbetrag) [pm] des ersten Magneten 10 in Bezug auf eine Referenzposition dar, und die vertikale Achse stellt eine am Magnetsensor 20 erfasste Magnetfeldstärke [mT] dar. Ferner stellt in 11B die horizontale Achse die Position (den Hubbetrag) [pm] des ersten Magneten 10 in Bezug auf die Referenzposition dar, und die vertikale Achse stellt eine vom Magnetsensor 20 ausgegebene Spannung [mV/V] dar. Die Steuereinheit 4 behandelt die Spannung Vout1 und die Spannung Vout2 als Kosinuskurve (V×cosθ+V/2) bzw. als Sinuskurve (V×sinθ+V/2) für den Winkel θ der Richtung des zusammengesetzten Magnetfeldes MF und berechnet den Winkel θ, der sich mit der Position des ersten Magneten 10 in der X-Achsenrichtung ändert (siehe 11C) in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung: θ [Grad] = arctan(T×(V×sinθ)/(V×cosθ)). In 11C stellt die horizontale Achse die Position (den Hubbetrag) [pm] in der X-Achsenrichtung des ersten Magneten 10 in Bezug auf die Referenzposition dar, und die vertikale Achse stellt den Winkel θ [Grad] dar. Wie in 11C dargestellt, ändert sich der Winkel θ im Wesentlichen linear in Bezug auf den Hubbetrag des ersten Magneten 10. Daher wird die Position (der Hubbetrag) in der X-Achsenrichtung des ersten Magneten 10 durch Berechnung des Winkels θ eindeutig bestimmt. Es ist zu beachten, dass die Konstante T in der obigen Gleichung ein Korrekturfaktor zur Bestimmung der Linearität ist.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Positionsdetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ein mehrpoliger Magnet als erster Magnet 10 verwendet, der in der X-Achsenrichtung beweglich ist, während er in der Z-Achsenrichtung von dem Magnetsensor 20 beabstandet und diesem zugewandt ist. Dementsprechend ist es möglich, den Magnetsensor 20 mit der Magnetfeldkomponente Hsx in X-Achsenrichtung und der Magnetfeldkomponente Hsy in Y-Achsenrichtung zu beaufschlagen, die eine Phasendifferenz (z.B. eine Phasendifferenz von 90°) zueinander aufweisen. Darüber hinaus ist bei der Positionsdetektionsvorrichtung 1 die Mittelposition P20 des Magnetsensors 20 in der Y-Achsenrichtung von der Mittelposition P10 des ersten Magneten 10 in der Y-Achsenrichtung verschieden. Dies ermöglicht eine ausreichende Beaufschlagung des Magnetsensors 20 mit der Magnetfeldkomponente Hsx. Dementsprechend ermöglicht es die Positionsdetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform, den Winkel θ des zusammengesetzten Magnetfelds MF, der zu dem Hubbetrag des ersten Magneten 10 korrespondiert, mit hoher Genauigkeit zu erfassen, indem die am Magnetsensor 20 erfasste Magnetfeldkomponente Hsx und Magnetfeldkomponente Hsy verwendet werden.
Dabei variieren die Intensität der Magnetfeldkomponente Hsx und die Intensität der Magnetfeldkomponente Hsy jeweils in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20. Durch die Bestimmung des Winkels θ mittels Winkelberechnung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Spannung Vout1, die zur Intensität der Magnetfeldkomponente Hsx korrespondiert, und der Spannung Vout2, die zur Intensität der Magnetfeldkomponente Hsy korrespondiert, ist es jedoch möglich, einen Einfluss von Variationen des Abstands zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20 auf den Winkel θ zu reduzieren. Da der Winkel θ des zusammengesetzten Magnetfeldes MF durch die Winkelberechnung unter Verwendung des Verhältnisses zwischen der Spannung Vout1, die zur Intensität der Magnetfeldkomponente Hsx korrespondiert, und der Spannung Vout2, die zur Intensität der Magnetfeldkomponente Hsy korrespondiert, bestimmt wird, ist es gemäß der Positionsdetektionsvorrichtung 1 auch möglich, eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit des Hubbetrags des ersten Magneten 10 aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur zu unterdrücken. Ein Grund hierfür ist folgender. Obwohl die Intensität eines von einem Magneten erzeugten Magnetfeldes typischerweise mit Temperaturschwankungen variiert, fallen eine Temperaturabhängigkeit der Intensität der Magnetfeldkomponente Hsx des ersten Magneten 10 und eine Temperaturabhängigkeit der Intensität der Magnetfeldkomponente Hsy des ersten Magneten 10 zusammen. Dementsprechend ist der durch die Verwendung des Verhältnisses zwischen der Intensität der Magnetfeldkomponente Hsx und der Intensität der Magnetfeldkomponente Hsy berechnete Winkel θ unabhängig von der Umgebungstemperatur im Wesentlichen konstant. Gemäß der Positionsdetektionsvorrichtung 1 ist es daher möglich, den Hubbetrag des ersten Magneten 10 auf der Grundlage des aus der Magnetfeldkomponente Hsx und der Magnetfeldkomponente Hsy berechneten Winkels θ genau zu bestimmen.
Um die technische Bedeutung der Technologie zu verdeutlichen, wird im Folgenden eine Beschreibung einer Positionsdetektionsvorrichtung 101 gemäß einem Referenzbeispiel gegeben. Die Positionsdetektionsvorrichtung 101 enthält anstelle des ersten Magneten 10 einen Magneten 110, der eine Mehrzahl von Bereichsabschnitten aufweist, die in der Y-Achsenrichtung magnetisiert sind, wie in den 12A und 12B dargestellt, und ist dazu eingerichtet, den Hubbetrag des Magneten 110 zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass die Positionsdetektionsvorrichtung 101 gemäß diesem Referenzbeispiel die gleiche Konfiguration aufweist wie die Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Magnet 110 anstelle des ersten Magneten 10 verwendet wird. 12A ist eine schematische perspektivische Ansicht der Positionsdetektionsvorrichtung 101 gemäß dem Referenzbeispiel und korrespondiert zur 4A, die die Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Ferner ist 12B eine schematische Draufsicht auf die Positionsdetektionsvorrichtung 101 gemäß dem Referenzbeispiel und korrespondiert zur 4B, in der die Positionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist. Der Magnet 110 umfasst einen ersten Bereichsabschnitt 111, einen zweiten Bereichsabschnitt 112 und eine neutrale Zone 113. Der erste Bereichsabschnitt 111 ist in der +Y-Richtung magnetisiert und umfasst einen N-Pol 111N und einen S-Pol 111S, die in der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Bereichsabschnitt 112 ist in der -Y-Richtung magnetisiert und umfasst einen N-Pol 112N und einen S-Pol 112S, die in der Y-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Die neutrale Zone 113 befindet sich zwischen dem ersten Bereichsabschnitt 111 und dem zweiten Bereichsabschnitt 112 in der X-Achsenrichtung. Ferner sind bei dem Magneten 110 der N-Pol 111N und der S-Pol 112S so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 113 dazwischen angeordnet ist; und der N-Pol 112N und der S-Pol 111S sind so angeordnet, dass sie in der X-Achsenrichtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 113 dazwischen angeordnet ist. Ferner weist der Magnet 110 eine Länge 110Y in der Y-Achsenrichtung und eine Länge 110Z in der Z-Achsenrichtung auf. Die Länge 110Y ist gleich der Länge 10Y des ersten Magneten 10, und die Länge 110Z ist gleich der Länge 10Z des ersten Magneten 10. Außerdem ist der Magnet 110 dem Magnetsensor 20 in der Z-Achsenrichtung zugewandt. Es wird angenommen, dass der Abstand zwischen dem Magneten 110 und dem Magnetsensor 20 gleich dem Abstand zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20 ist. Ferner wird angenommen, dass ein Versatzbetrag der Mittelposition P20 in Bezug auf eine Mittelposition P110 in der Y-Achsenrichtung gleich einem Versatzbetrag der Mittelposition P20 in Bezug auf die Mittelposition P10 in der Y-Achsenrichtung ist.
Tabelle 1 zeigt ein Ergebnis der Bestimmung eines Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen dem ersten Magneten 10 und dem Magnetsensor 20 in der beispielsweise in 1 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 1 assoziiert ist. Man beachte, dass in Tabelle 1 der „Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung“ von +0,1 oder +0,2 bedeutet, dass sich der Magnetsensor 20 bei einer vorgegebenen Referenzposition des Magnetsensors 20 in Bezug auf den ersten Magneten 10, die auf 0 [mm] eingestellt ist, an einer Position befindet, die um 0,1 mm oder 0,2 mm in der +Y-Richtung von der Referenzposition in Bezug auf den ersten Magneten 10 verschoben ist. Ferner bedeutet der „Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung“ von -0,1 oder -0,2, dass sich der Magnetsensor 20 an einer Position befindet, die um 0,1 mm oder 0,2 mm in der -Y-Richtung von der Referenzposition in Bezug auf den ersten Magneten 10 verschoben ist, wenn die vorbestimmte Referenzposition des Magnetsensors 20 in Bezug auf den ersten Magneten 10 auf 0 [mm] gesetzt ist. Ebenso bedeutet in Tabelle 1 der „Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung“ von +0,1 oder +0,2, dass sich der Magnetsensor 20 an einer Position befindet, die um 0,1 mm oder 0,2 mm in der +Z-Richtung von der Referenzrichtung in Bezug auf den ersten Magneten 10 verschoben ist, wenn die vorbestimmte Referenzposition des Magnetsensors 20 in Bezug auf den ersten Magneten 10 auf 0 [mm] gesetzt ist. Der „Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung“ von -0,1 oder -0,2 bedeutet, dass sich der Magnetsensor 20 an einer Position befindet, die um 0,1 mm oder 0,2 mm in der -Z-Richtung von der Referenzposition in Bezug auf den ersten Magneten 10 verschoben ist, wenn die vorbestimmte Referenzposition des Magnetsensors 20 in Bezug auf den ersten Magneten 10 auf 0 [mm] eingestellt ist.
Der Linearitätsfehler [%] wird anhand der nachstehenden Gleichung (3) bestimmt. $Linearit \ddot{a} tsfehler [%] = (Δ V/VBereich) \times 100$

Hier ist ΔV, wie in 13 dargestellt, eine Differenz zwischen einer Änderungskurve C eines Ausgangs V des Magnetsensors 20 von einer Position P1 zu einer Position P2 innerhalb eines Bewegungsbereichs des ersten Magneten 10 in der X-Achsenrichtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 und einer Geraden L, die durch lineare Annäherung der Änderungskurve C erzeugt wird, wobei die Position P1 eine Position ist, an der der Ausgang V des Magnetsensors 20 einen Minimalwert Vmin hat, und die Position P2 eine Position ist, an der der Ausgang V des Magnetsensors 20 einen Maximalwert Vmax hat. Ferner ist VBereich eine Differenz zwischen dem Maximalwert Vmax und dem Minimalwert Vmin. Der auf diese Weise berechnete Linearitätsfehler [%] zeigt an, dass der Messfehler umso kleiner ist, je kleiner der Wert ist. [Tabelle 1]

Erster Magnet 10		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Erster Magnet 10		-0,2	-0,1	0,0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	3,6	3,0	2,2	1,2	1,1
	+0,1	2,6	1,9	1,1	0,6	1,9
	0, 0	1,7	1,0	0,3	1,3	2,6
	-0,1	1,0	0,3	0,9	2,0	3,2
	-0,2	0,4	0,6	1,5	2,5	3,6

Des Weiteren zeigt Tabelle 2 ein Ergebnis der Bestimmung des Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen dem Magneten 110 und dem Magnetsensor 20 in der in 12A und 12B dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 101 assoziiert ist. Die vorangehenden Definitionen für Tabelle 1 gelten auch für Tabelle 2. [Tabelle 2]

Erster Magnet 110		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Erster Magnet 110		-0,2	-0,1	0, 0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	3,2	2,4	1,7	1,2	1,0
	+0,1	2,1	1,4	1,3	1,3	1,4
	0, 0	1,6	1,7	1,7	1,8	1,9
	-0,1	2,1	2,1	2,2	2,4	2,5
	-0,2	2,6	2,7	2,8	2,9	3,0

Aus dem Vergleich von Tabelle 1 und Tabelle 2 geht hervor, dass die Positionsdetektionsvorrichtung 1 einen geringeren Linearitätsfehler aufweist als die Positionsdetektionsvorrichtung 101. Insbesondere ist eine Tendenz zu erkennen, dass der Linearitätsfehler bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101 mit zunehmendem Absolutwert des Versatzbetrags [mm] in Y-Achsenrichtung größer wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Magnet 10, der in Z-Achsenrichtung von dem Magnetsensor 20 beabstandet und diesem zugewandt ist, ein mehrpoliger Magnet mit einer Mehrzahl von N-Polen und einer Mehrzahl von S-Polen, wobei die N- und S-Pole in Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Dies ermöglicht eine höhere Positionsdetektionsgenauigkeit, wie man oben gesehen hat.
<2. Zweite Ausführungsform>
[Konfiguration der Abstandsmessvorrichtung 401]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 14 bis 16B eine Beschreibung einer Konfiguration einer Abstandsmessvorrichtung 401 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Technologie gegeben. In der vorangehenden ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Positionsdetektionsvorrichtung auf die Bildgebungsvorrichtung mit dem Linsenmodul angewendet wird. Die Positionsdetektionsvorrichtung einer Ausführungsform der Technologie ist jedoch auch auf eine im Folgenden beschriebene Abstandsmessvorrichtung anwendbar.
14 ist eine perspektivische Ansicht der Abstandsmessvorrichtung 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die in 14 dargestellte Abstandsmessvorrichtung 401 ist eine Vorrichtung, die den Abstand zu einem Zielobjekt durch Detektieren von emittiertem Licht misst und beispielsweise einen Teil eines fahrzeuginternen Lichtdetektions- und Abstandsmesssystems (LiDAR) darstellt. Die Abstandsmessvorrichtung 401 umfasst beispielsweise eine photoelektrische Einheit 411 und ein optisches Element 412.
Die photoelektrische Einheit 411 umfasst ein optisches Element 411A, das Licht 411LA aussendet, und ein Detektionselement 411B, das das vom Zielobjekt reflektierte Licht 411LB detektiert. Das optische Element 412 ist zum Beispiel ein Spiegel, der von einem Träger 413 getragen wird. Das optische Element 412 ist in Bezug auf eine Ausgangsfläche des optischen Elements 411A geneigt, um die jeweiligen Ausbreitungsrichtungen des Lichts 411LA und des reflektierten Lichts 411LB zu ändern. Ferner ist das optische Element 412 so eingerichtet, dass es durch eine Antriebsvorrichtung um eine vorbestimmte Rotationsachse 401J gedreht werden kann.
[Konfiguration der Positionsdetektionsvorrichtung 1A]
Die Abstandsmessvorrichtung 401 umfasst ferner eine Positionsdetektionsvorrichtung 1A zur Erfassung einer Rotationsposition des optischen Elements 412. 15 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die das Aussehen der Positionsdetektionsvorrichtung 1A illustriert. Die Positionsdetektionsvorrichtung 1A ist eine magnetische Positionsdetektionsvorrichtung und umfasst den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Magnetsensor 20 und einen Magnetfeldgenerator 403. Der Magnetfeldgenerator 403 ist dazu eingerichtet, in Verbindung mit dem optischen Element 412 um eine vorbestimmte Rotationsachse zu rotieren. Der Magnetfeldgenerator 403 kann um dieselbe Rotationsachse 401J wie das optische Element 412 oder um eine andere Rotationsachse als die des optischen Elements 412 rotieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass das optische Element 412 und der Magnetfeldgenerator 403 um dieselbe Rotationsachse 401J rotieren.
Der Magnetfeldgenerator 403 ist ein magnetischer Maßstab (ein Rotationsmaßstab) mit mehreren Paaren von N- und S-Polen, die abwechselnd um die Rotationsachse 401J angeordnet sind.
Der Magnetfeldgenerator 403 weist eine Endfläche 403A auf, die in einer Richtung parallel zur Rotationsachse 401J liegt. Die Mehrzahl von Paaren von N- und S-Polen sind entlang der Endfläche 403A angeordnet. Zum besseren Verständnis sind die N-Pole in 15 beispielsweise schraffiert dargestellt. Der Magnetsensor 20 ist so angeordnet, dass er der Endfläche 403A zugewandt ist. Die Intensität einer Magnetfeldkomponente an einer Referenzposition, zum Beispiel einer Position, an der der Magnetsensor 20 angeordnet ist, ändert sich mit der Rotation des Magnetfeldgenerators 403.
16A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Magneten 10A, der in dem Magnetfeldgenerator 403 enthalten ist, und dem Magnetsensor 20, der in dessen Nähe angeordnet ist, veranschaulicht. 16B ist eine Draufsicht, die die Positionsbeziehung zwischen dem Magneten 10A und dem Magnetsensor 20 in einer r-θ-Ebene veranschaulicht. Der Magnet 10A ist ringförmig entlang der Endfläche 403A des Magnetfeldgenerators 403 angeordnet. Man beachte, dass 16A und 16B einen Teil des Magneten 10A in einer vergrößerten Darstellung zeigen. Ferner in 16A und 16B ist die Z-Achsenrichtung eine Richtung, in der sich die Rotationsachse 401J erstreckt, ist eine θ-Richtung eine Rotationsrichtung des Magnetfeldgenerators 403 und ist eine r-Richtung eine radiale Richtung des Magneten 10A mit einer ringförmigen Form. Es ist zu beachten, dass eine Mittelposition CP20 des Magnetsensors 20 in der r-Richtung weiter außen (weiter von der Rotationsachse 401J entfernt) liegt als eine Mittelposition CP10 des Magneten 10A.
Der Magnet 10A ist so vorgesehen, dass er in der θ-Richtung in Bezug auf den Magnetsensor 20 drehbar ist. Wie in 16A dargestellt, ist der Magnet 10A so angeordnet, dass er in Z-Achsenrichtung vom Magnetsensor 20 beabstandet und diesem zugewandt ist. Der Magnet 10A weist in der r-θ-Ebene orthogonal zur Z-Achsenrichtung eine gekrümmte Form auf. Der Magnet 10A ist ein mehrpoliger Magnet mit einer Mehrzahl von N-Polen 11N und 12N und einer Mehrzahl von S-Polen 11S und 12S. Hier liegen der N-Pol 11N und der S-Pol 11S in der Z-Achsenrichtung nebeneinander. Ferner liegen der N-Pol 12N und der S-Pol 12S in der Z-Achsenrichtung nebeneinander. Der Magnet 10A umfasst den ersten Bereichsabschnitt 11, den zweiten Bereichsabschnitt 12 und die neutrale Zone 13. Der erste Bereichsabschnitt 11 ist beispielsweise in der -Z-Richtung magnetisiert, und der zweite Bereichsabschnitt 12 ist in der +Z-Richtung entgegengesetzt zur -Z-Richtung magnetisiert. Die neutrale Zone 13 befindet sich zwischen dem ersten Bereichsabschnitt 11 und dem zweiten Bereichsabschnitt 12 in der θ-Richtung. Der erste Bereichsabschnitt 11 und der zweite Bereichsabschnitt 12 liegen in der θ-Richtung, die die Richtung der Rotationsbewegung des Magneten 10A ist, nebeneinander, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt.
Der erste Bereichsabschnitt 11 umfasst den N-Pol 11N und den S-Pol 11S, die entlang der Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Der zweite Bereichsabschnitt 12 umfasst den N-Pol 12N und den S-Pol 12S, die entlang der Z-Achsenrichtung nebeneinander liegen. Hier sind der N-Pol 11N und der S-Pol 12S so angeordnet, dass sie in der θ-Richtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt; und der N-Pol 12N und der S-Pol 11S sind so angeordnet, dass sie in der θ-Richtung nebeneinander liegen, wobei die neutrale Zone 13 dazwischen liegt.
Die Abstandsmessvorrichtung 401 mit einer solchen Konfiguration erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Korrespondenz zur Rotationsposition des optischen Elements 412 hat, auf der Grundlage des vom Magnetsensor 20 erzeugten Detektionssignals. Man beachte, dass die Rotationsposition des optischen Elements 412 eine Korrespondenz zur Rotationsposition des Magnetfeldgenerators 403 hat.

Tabelle 3 zeigt ein Ergebnis der Bestimmung des Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen dem Magneten 10A und dem Magnetsensor 20 in der in 16A und 16B dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 1A assoziiert ist. [Tabelle 3]

Magnet 10A		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Magnet 10A		-0,2	-0,1	0,0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	1,9	0,8	0,3	0,9	1,5
	+0,1	1,4	0,7	0,1	0,7	1,2
	0,0	1,0	0,6	0,1	0,6	1,0
	-0,1	0,7	0,4	0,2	0,5	0,9
	-0,2	0,5	0,6	0,3	0,4	0,8

Des Weiteren zeigt Tabelle 4 ein Ergebnis der Bestimmung des Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen einem Magneten 110A und dem Magnetsensor 20 in einer in 17A und 17B dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 101A gemäß einem Referenzbeispiel assoziiert ist. 17A ist eine perspektivische Darstellung, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Magneten 110A gemäß dem Referenzbeispiel und dem in dessen Nähe angeordneten Magnetsensor 20 veranschaulicht. 17B ist eine Draufsicht, die die Positionsbeziehung zwischen dem Magneten 110A und dem Magnetsensor 20 in der r-θ-Ebene veranschaulicht. Bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101A der 17A und 17B ist der Magnet 110A wie bei der Positionsdetektionsvorrichtung 1A dazu eingerichtet, in Bezug auf den Magneten 20 in der θ-Richtung um eine Rotationsachse zu rotieren, die sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt. Ferner sind der Magnet 110A und der Magnetsensor 20 wie bei der Positionsdetektionsvorrichtung 1A einander in der Z-Achsenrichtung zugewandt. Bei dem Magneten 110A liegen jedoch die N-Pole 111N und 112N und die S-Pole 111S und 112S in der r-Richtung, der radialen Richtung des Magneten 110A, nebeneinander. Anders ausgedrückt, während der Magnet 110A in der r-Richtung magnetisiert ist, sind der Magnet 110A und der Magnetsensor 20 einander in der Z-Achsenrichtung zugewandt; daher sind diese Richtungen nicht deckungsgleich miteinander. Man beachte, dass bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101A die Mittelposition CP20 des Magnetsensors 20 in der r-Richtung weiter außen (weiter von der Rotationsachse 401J entfernt) liegt als eine Mittelposition CP110 des Magneten 110A. [Tabelle 4]

Magnet 110A		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Magnet 110A		-0,2	-0,1	0,0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	1,5	0,5	0,5	1,4	2,3
	+0,1	2,1	1,0	0,2	1,2	2,2
	0,0	3,0	1,6	0,3	0,9	2,0
	-0,1	4,0	2,4	1,0	0,5	1,8
	-0,2	5,4	3,5	1,8	0,3	1,5

Ein Vergleich von Tabelle 3 und Tabelle 4 zeigt, dass der Linearitätsfehler der Positionsdetektionsvorrichtung 1A kleiner ist als der der Positionsdetektionsvorrichtung 101A. Insbesondere ist eine Tendenz zu erkennen, dass der Linearitätsfehler bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101A mit zunehmendem Absolutwert des Versatzbetrags [mm] in Y-Achsenrichtung größer wird.
[Konfigurationsbeispiel für die Positionsdetektionsvorrichtung 1B des Modifikationsbeispiels]
Bei der beispielsweise in 15 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 1A sind der Magnet 10A und der Magnetsensor 20 so angeordnet, dass sie einander entlang der Rotationsachse 401J, um die der Magnet 10A rotiert, zugewandt sind. Die Technik ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise können, wie bei einer
Positionsdetektionsvorrichtung 1B mit einem Magneten 10B gemäß einem in 18 dargestellten Modifikationsbeispiel, der Magnet 10B und der Magnetsensor 20 so angeordnet sein, dass sie einander in der r-Richtung zugewandt sind, die die radiale Richtung des Magneten 10B ist, der eine ringförmige Form aufweist. Man beachte, dass in diesem Fall die Magnetisierungsrichtung des Magneten 10B ebenfalls die r-Richtung ist. Mit anderen Worten liegen der N-Pol 11N und der S-Pol 11S in der r-Richtung im ersten Bereichsabschnitt 11 nebeneinander, und der N-Pol 12N und der S-Pol 12S liegen in der r-Richtung im zweiten Bereichsabschnitt 12 nebeneinander. Der Magnet 10B weist in der r-θ-Ebene orthogonal zur Z-Achsenrichtung eine gekrümmte Form auf.

Tabelle 5 zeigt ein Ergebnis der Bestimmung des Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen dem Magneten 10B und dem Magnetsensor 20 in der in 18 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 1B assoziiert ist. [Tabelle 5]

Magnet 10B		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Magnet 10B		-0,2	-0,1	0,0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	1,1	0,6	0,2	0,4	0,8
	+0,1	1,3	0,8	0,4	0,1	0,4
	0,0	1,4	1,0	0,6	0,2	0,2
	-0,1	1,5	1,1	0,8	0,4	0,2
	-0,2	1,5	1,2	0,9	0,6	0,3

Des Weiteren zeigt Tabelle 6 ein Ergebnis der Bestimmung des Linearitätsfehlers [%] durch Simulation, der mit einer Fehlausrichtung zwischen einem Magneten 110B und dem Magnetsensor 20 in einer in 19 dargestellten Positionsdetektionsvorrichtung 101B assoziiert ist. Bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101B von 19 ist der Magnet 110B wie bei der Positionsdetektionsvorrichtung 1B dazu eingerichtet, in Bezug auf den Magnetsensor 20 in der θ-Richtung um eine Rotationsachse zu rotieren, die sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt. Ferner sind der Magnet 110B und der Magnetsensor 20 einander wie bei der Positionsdetektionsvorrichtung 1B in einer r-Achsenrichtung zugewandt. Bei dem Magneten 110B liegen jedoch die N-Pole 111N und 112N und die S-Pole 111S und 112S in der Z-Achsenrichtung, die die Rotationsachse des Magneten 110B ist, nebeneinander. Mit anderen Worten, während der Magnet 110B in der Z-Achsenrichtung magnetisiert ist, sind der Magnet 110B und der Magnetsensor 20 einander in der r-Richtung zugewandt; diese Richtungen sind also nicht deckungsgleich miteinander. [Tabelle 6]

Magnet 110B		Versatzbetrag [mm] in Y-Achsenrichtung
Magnet 110B		-0,2	-0,1	0, 0	+0,1	+0,2
Versatzbetrag [mm] in Z-Achsenrichtung	+0,2	15,8	11,8	7,3	2,6	7,6
	+0,1	16, 1	12,3	8,2	3,8	5,6
	0,0	16,4	12,8	8,9	4,8	3,9
	-0,1	16,7	13,2	9,5	5,7	2,5
	-0,2	17,0	13,6	10,1	6,4	2,7

Ein Vergleich von Tabelle 5 und Tabelle 6 zeigt, dass der Linearitätsfehler der Positionsdetektionsvorrichtung 1B kleiner ist als der der Positionsdetektionsvorrichtung 101B. Insbesondere ist eine Tendenz zu erkennen, dass der Linearitätsfehler bei der Positionsdetektionsvorrichtung 101B mit zunehmendem Absolutwert des Versatzbetrags [mm] in Y-Achsenrichtung größer wird.
<2. Modifikationsbeispiele>
Obwohl die Technologie oben unter Bezugnahme auf einige Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Technologie nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel werden in den vorstehenden Ausführungen vier Widerstände verwendet, um eine Vollbrückenschaltung im Magnetsensor zu bilden; in einigen Ausführungsformen der Technologie können jedoch beispielsweise zwei Widerstände verwendet werden, um eine Halbbrückenschaltung zu bilden.
Außerdem können die magnetoresistiven Elemente in Form und Abmessungen identisch sein oder sich voneinander unterscheiden. Außerdem kann jeder der Widerstände beispielsweise ein magnetisches Detektionselement enthalten. Bei dem magnetischen Detektionselement kann es sich um ein beliebiges Element handeln, das die Funktion hat, ein Magnetfeld zu erfassen. Der Begriff „magnetisches Detektionselement“ bezieht sich somit auf ein Konzept, das nicht nur ein Spin-Valve-MR-Element, sondern auch ein anisotropes magnetoresistives Element (ein AMR-Element), ein Hall-Element (z. B. ein planares Hall-Element und ein vertikales Hall-Element) und dergleichen umfasst. Typischerweise hat das planare Hall-Element eher eine empfindliche Achse senkrecht zu einem Substrat, und das magnetoresistive Element und das vertikale Hall-Element haben eher eine empfindliche Achse parallel zum Substrat. In einer Ausführungsform der Technologie wird vorzugsweise ein magnetisches Detektionselement verwendet, dessen empfindliche Achse parallel zum Substrat oder zu einer Ebene orthogonal zur Z-Achse verläuft. Des Weiteren sind die Abmessungen der einzelnen Komponenten und die Anordnung der Komponenten lediglich Beispiele und nicht einschränkend.
Darüber hinaus ist die Positionsdetektionsvorrichtung einer Ausführungsform der Technologie nicht auf eine Vorrichtung zur Detektion der Position einer Linse beschränkt, sondern kann auch eine Vorrichtung zur Detektion der Position eines beliebigen anderen Objekts als einer Linse in einem Raum sein.
Ferner umfasst der erste Magnet 10 in der vorstehenden ersten Ausführungsform zwei Bereichsabschnitte (den ersten Bereichsabschnitt 11 und den zweiten Bereichsabschnitt 12). Der erste mehrpolige Magnet einer Ausführungsform der Technologie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel drei oder mehr Bereichsabschnitte umfassen.
Die Positionsdetektionsvorrichtung, das Linsenmodul, die Bildgebungsvorrichtung und die Abstandsmessvorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform der Technologie ermöglichen jeweils eine hohe Positionsdetektionsgenauigkeit.
Die Entsprechungen zwischen den Bezugszeichen und den Bestandteilen der vorliegenden Ausführungsformen werden im Folgenden zusammenfassend dargestellt. 100...Bildgebungsvorrichtung, 200...Bildsensor, 300 ... Linsenmodul, 401...Abstandsmessvorrichtung, 1, 1A, 1B...Positionsdetektionsvorrichtung, 3...Antriebsvorrichtung, 4 ... Steuereinheit, 5...Linse, 6...Gehäuse, 7 ... Substrat, 7a ... Oberseite, 7K...Öffnung, 11...erster Bereichsabschnitt, 12...zweiter Bereichsabschnitt, 13 ... neutrale Zone, 31...erster Magnet, 32 ... zweiter Magnet, 14...erstes Halteelement, 15...zweites Halteelement, 16...Draht, 17...Feder, 20, 30...Magnetsensor, 41 bis 46...Spule, 150...MR-Element, 162...untere Elektrode, 163...obere Elektrode, 151...magnetisierungsfreie Schicht, 152 ... nichtmagnetisierte Schicht, 153...magnetisierte Schicht, 154 ... antiferromagnetische Schicht, MF1...erstes Magnetfeld, MF2...zweites Magnetfeld, MF...zusammengesetztes Magnetfeld
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019082445 [0002]
WO 2018051729 [0003]

Claims

Eine Positionsdetektionsvorrichtung (1, 1A, 1B), umfassend: einen Magnetsensor (20) und einen ersten Magnetfeldgenerator (10, 10A, 10B), der so angeordnet ist, dass er in einer ersten Achsenrichtung (Z, r) von dem Magnetsensor (20) beabstandet und diesem zugewandt ist, und der einen ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) umfasst und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, um es auf den Magnetsensor (20) auszuüben, wobei der erste mehrpolige Magnet (10, 10A, 10B) eine Mehrzahl von N-Polen (11N und 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S und 12S) aufweist, wobei die N- und S-Pole (11N und 11S, 12N und 12S) in der ersten Achsenrichtung (Z, r) nebeneinander liegen, wobei der Magnetsensor (20) und der erste Magnetfeldgenerator (10, 10A, 10B) so vorgesehen sind, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung (X, θ), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z, r) verläuft, relativ zueinander beweglich sind, und eine Mittelposition (P20, CP20) des Magnetsensors (20) in einer dritten Achsenrichtung (Y, r, Z), die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung (Z, r) als auch zur zweiten Achsenrichtung (X, θ) verläuft, von einer Mittelposition (P10, CP10) des ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) in der dritten Achsenrichtung (Y, r, Z) verschieden ist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1, 1A, 1B) nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung des ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) in der ersten Achsenrichtung (Z, r) kleiner ist als eine Abmessung des ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) in der dritten Achsenrichtung (Y, r, Z) .
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1, 1A, 1B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teil des Magnetsensors (20) und zumindest ein Teil des ersten mehrpoligen Magneten (10, 10A, 10B) einander in der ersten Achsenrichtung (Z, r) überlappen.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Achsenrichtung (θ) eine Rotationsrichtung um eine Rotationsmittelachse entlang der dritten Achsenrichtung (Z) umfasst.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Achsenrichtung (θ) eine Rotationsrichtung um eine Rotationsmittelachse entlang der ersten Achsenrichtung (Z) umfasst.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1B) nach Anspruch 4, wobei der erste mehrpolige Magnet (10B) in einer ersten Ebene (r-θ), die orthogonal zur dritten Achsenrichtung (Z) verläuft, eine gekrümmte Form aufweist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) insgesamt eine im Wesentlichen rechteckige, parallelepipedische Außenform aufweist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1A) nach Anspruch 5, wobei der erste mehrpolige Magnet (10A) in einer zweiten Ebene (r-θ), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft, eine gekrümmte Form aufweist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das erste Magnetfeld (MF1) eine erste Magnetfeldkomponente (Hsx) und eine zweite Magnetfeldkomponente (Hsy) mit einer Phasendifferenz zur ersten Magnetfeldkomponente (Hsx) aufweist und der Magnetsensor (20) ein Detektionssignal erzeugt, das zu einer Richtung eines zu erfassenden Magnetfelds (MF) korrespondiert, in der die erste Magnetfeldkomponente (Hsx) und die zweite Magnetfeldkomponente (Hsy) in einer Ebene (X-Y), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft, zusammengesetzt sind, und in der Lage ist, eine Positionsänderung des ersten Magnetfeldgenerators (10) zu detektieren.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) einen ersten N-Pol (11N) und einen zweiten N-Pol (12N) als die Mehrzahl von N-Polen (11N und 12N) aufweist und einen ersten S-Pol (11S) und einen zweiten S-Pol (12S) als die Mehrzahl von S-Polen (11S und 12S) aufweist, der erste N-Pol (11N) und der erste S-Pol (11S) in der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander angeordnet sind, der zweite N-Pol (12N) und der zweite S-Pol (12S) in der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander angeordnet sind, der erste N-Pol (11N) und der zweite S-Pol (12S) in der zweiten Achsenrichtung (X) nebeneinander angeordnet sind und der zweite N-Pol (12N) und der erste S-Pol (11S) in der zweiten Achsenrichtung (X) nebeneinander angeordnet sind,
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) Folgendes umfasst: einen ersten Bereich (11), der in einer ersten Richtung (-Z) entlang der ersten Achsenrichtung (Z) magnetisiert ist, und einen zweiten Bereich (12), der in einer zweiten Richtung (+Z) magnetisiert ist, die entlang der ersten Achsenrichtung (Z) und entgegengesetzt zur ersten Richtung (-Z) verläuft.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) ferner eine neutrale Zone (13) zwischen dem ersten Bereichsabschnitt (11) und dem zweiten Bereichsabschnitt (12) aufweist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei sich die neutrale Zone (13) entlang einer dritten Ebene (YZ), die orthogonal zur zweiten Achsenrichtung (X) verläuft, erstreckt.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Längsrichtung entlang der zweiten Achsenrichtung (X) aufweist.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei sich eine Schnittstelle (11K und 12K) zwischen den N- und S-Polen (11N und 11S, 12N und 12S), die in der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander liegen, entlang einer ersten Ebene (X-Y) erstreckt, die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Magnetsensor (20) und der erste mehrpolige Magnet (10) so vorgesehen sind, dass sie entlang der zweiten Achsenrichtung (X) relativ zueinander beweglich sind, während sie in der ersten Achsenrichtung (Z) einen Zustand der Überlappung beibehalten.
Die Positionsdetektionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Magnetfeldgenerator (31 und 32), der ein zweites Magnetfeld (MF2) erzeugt, wobei der erste Magnetfeldgenerator (10) so vorgesehen ist, dass er aufgrund des zweiten Magnetfeldes (MR2) entlang der zweiten Achsenrichtung (X) in Bezug auf den Magnetsensor (20) und den zweiten Magnetfeldgenerator (31 und 32) beweglich ist.
Ein Linsenmodul (300), umfassend: einen Magnetsensor (20); einen ersten Magnetfeldgenerator (10), der so angeordnet ist, dass er in einer ersten Achsenrichtung (Z) von dem Magnetsensor (20) beabstandet und diesem zugewandt ist, und der einen ersten mehrpoligen Magneten (10) umfasst und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, um es auf den Magnetsensor (20) auszuüben, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Mehrzahl von N-Polen (11N und 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S und 12S) aufweist, wobei die N- und S-Pole (11N und 11S, 12N und 12S) entlang der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander liegen; einen zweiten Magnetfeldgenerator (31 und 32), der ein zweites Magnetfeld (MR2) erzeugt; und eine Linse (5), wobei der Magnetsensor (20) und der zweite Magnetfeldgenerator (31 und 32) so vorgesehen sind, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung (X), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft, relativ zu dem ersten Magnetfeldgenerator (10) und der Linse (5) beweglich sind, und eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors (20) in einer dritten Achsenrichtung (Y), die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung (Z) als auch zur zweiten Achsenrichtung (X) verläuft, von einer Mittelposition (P10) des ersten mehrpoligen Magneten (10) in der dritten Achsenrichtung (Y) verschieden ist.
Eine Bildgebungsvorrichtung (100), umfassend ein Bildgebungselement (200) und ein Linsenmodul (300), wobei das Linsenmodul (300) Folgendes umfasst: einen Magnetsensor (20); einen ersten Magnetfeldgenerator (10), der so angeordnet ist, dass er in einer ersten Achsenrichtung (Z) von dem Magnetsensor (20) beabstandet und diesem zugewandt ist, und der einen ersten mehrpoligen Magneten (10) umfasst und ein erstes Magnetfeld (MF1) erzeugt, um es auf den Magnetsensor (20) auszuüben, wobei der erste mehrpolige Magnet (10) eine Mehrzahl von N-Polen (11N und 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S und 12S) aufweist, wobei die N- und S-Pole (11N und 11S, 12N und 12S) entlang der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander liegen; einen zweiten Magnetfeldgenerator (31 und 32), der ein zweites Magnetfeld (MF2) erzeugt; und eine Linse (5), der Magnetsensor (20) und der zweite Magnetfeldgenerator (31 und 32) so vorgesehen sind, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung (X), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft, relativ zu dem ersten Magnetfeldgenerator (10) und der Linse (5) beweglich sind, und eine Mittelposition (P20) des Magnetsensors (20) in einer dritten Achsenrichtung (Y), die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung (Z) als auch zur zweiten Achsenrichtung (X) verläuft, von einer Mittelposition (P10) des ersten mehrpoligen Magneten (10) in der dritten Achsenrichtung (Y) verschieden ist.
Eine Abstandsmessvorrichtung (401), die einen Abstand zu einem Zielobjekt durch Detektieren von emittiertem Licht misst, wobei die Abstandsmessvorrichtung (401) Folgendes umfasst: ein optisches Element (412), das dazu eingerichtet ist, eine Ausbreitungsrichtung des Lichts zu ändern und zu rotieren; einen Magnetsensor (20) und einen Magnetfeldgenerator (403), der so angeordnet ist, dass er in einer ersten Achsenrichtung (Z) von dem Magnetsensor (20) beabstandet und diesem zugewandt ist, und der einen mehrpoligen Magneten (10A) enthält und ein Magnetfeld erzeugt, um es auf den Magnetsensor (20) auszuüben, wobei der mehrpolige Magnet (10A) eine Mehrzahl von N-Polen (11N und 12N) und eine Mehrzahl von S-Polen (11S und 12S) aufweist, wobei die N- und S-Pole (11N und 11S, 12N und 12S) entlang der ersten Achsenrichtung (Z) nebeneinander liegen, wobei der Magnetsensor (20) und der Magnetfeldgenerator (403) so vorgesehen sind, dass sie in einer zweiten Achsenrichtung (θ), die orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z) verläuft, relativ zueinander beweglich sind, der Magnetfeldgenerator (403) dazu eingerichtet ist, in der zweiten Achsenrichtung (θ) um eine Rotationsachse in Verbindung mit dem optischen Element (412) zu rotieren, und eine Mittelposition (CP20) des Magnetsensors (20) in einer dritten Achsenrichtung (r), die orthogonal sowohl zur ersten Achsenrichtung (Z) als auch zur zweiten Achsenrichtung (θ) verläuft, von einer Mittelposition (CP10) des ersten mehrpoligen Magneten (10A) in der dritten Achsenrichtung (r) verschieden ist.