JP2018205241A - 磁気センサ及びカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子との対向面が長手方向であり、短手方向に着磁されたバイアス磁石において、バイアス磁石の着磁方向を長手方向に曲がりにくくする。【解決手段】磁気センサは外部磁石に対して相対移動して、外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する。磁気センサは、磁気抵抗効果素子１５と、磁気抵抗効果素子１５の近傍に設けられ、磁気抵抗効果素子１５に、磁気抵抗効果素子１５に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と外部磁場と直交する成分とを有するバイアス磁場を印加する一対のバイアス磁石１７と、を有している。バイアス磁石１７は、外部磁場及びバイアス磁場と平行な面内で細長い断面を有し、上記断面と平行でかつバイアス磁石と磁気抵抗効果素子を投影した投影面において、バイアス磁石１７は、磁気抵抗効果素子１５と対向して長手方向Ｌに延びる素子対向辺１８を備え、短手方向Ｓに着磁され、素子対向辺１８が他の辺より長い。【選択図】図６

Description

本発明は磁気センサとこれを用いたカメラモジュールに関し、特にバイアス磁石の構成に関する。

近年、移動体の位置を検出するためのセンサとして、磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサが用いられている。磁気センサは磁石に対して相対移動することで、磁石が発生する外部磁場の変化を検出する。例えばカメラモジュールにおいては、移動体であるレンズが磁石に対して相対移動することによって、レンズに固定された磁気センサが磁石に対して相対移動する。その結果、磁気センサと磁石の位置関係が変化し、磁気センサが検知する外部磁場が変化する。これによる磁気センサの出力変化に基づいて、移動体の移動量が算出される。

外部磁場は通常ゼロになることはなく、磁気センサが検知する外部磁場は、磁気センサと磁石の相対移動に伴い、ゼロ以外の所定の磁場強度を中心に変動する。特許文献１〜３には、磁気抵抗効果素子の両側にバイアス磁石が配置された磁気センサが開示されている。バイアス磁石の磁気抵抗効果素子との対向面が、磁気抵抗効果素子の検出磁場方向と直交する方向から傾斜して設けられている。これにより、バイアス磁石から、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分を有するバイアス磁場が印加される。磁気センサに印加される磁場は実質的にゼロ磁場を中心に変化するため、出力の線形性や磁場強度の検出精度が高められる。

国際公開第２０１４／１１１９７６号 特許第５８４３０７９号明細書 特開２０１６−１３０６８６号公報

特許文献１に開示された磁気センサでは、複数の磁気抵抗効果素子に対して共通のバイアス磁石が設けられている。このため、磁気抵抗効果素子毎にバイアス磁場が変動し、磁場強度の検出精度を高めることが困難である。特許文献２，３に開示された磁気センサでは、個々の磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁石が設けられている。このため、上述の課題は生じにくい。しかし、バイアス磁石は、磁気抵抗効果素子との対向面が長手方向、着磁方向が短手方向とされた細長い断面形状を有している。このため、バイアス磁石の形状異方性によって着磁方向が長手方向に曲がりやすく、バイアス磁場が短手方向に印加されにくい。特許文献２，３には概ね正方形断面のバイアス磁石も開示されており、このようなバイアス磁石では上記の問題は生じにくいが、スペース効率を改善することが困難である。

本発明は、磁気抵抗効果素子との対向面が長手方向に延び、短手方向に着磁されたバイアス磁石を有し、バイアス磁石の着磁方向が長手方向に曲がりにくい磁気センサを提供することを目的とする。

本発明の磁気センサは外部磁石に対して相対移動して、外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する。磁気センサは、外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、磁気抵抗効果素子に、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する一対のバイアス磁石と、を有している。バイアス磁石は、外部磁場及びバイアス磁場と平行な面内で、細長い断面を有し、上記断面において、バイアス磁石は、磁気抵抗効果素子と対向して長手方向に延びる素子対向辺を備え、短手方向に着磁され、素子対向辺が他の辺より長くされている。

本発明の磁気センサのバイアス磁石の断面形状は、素子対向辺が他の辺より長くされており、単純な長方形形状ではない。このため、形状異方性が抑えられバイアス磁石の着磁方向が長手方向に曲がりにくくなる。従って、本発明によれば、バイアス磁石が磁気抵抗効果素子との対向面が長手方向、着磁方向が短手方向となる断面形状を有し、バイアス磁石の着磁方向が長手方向に曲がりにくい磁気センサを提供することができる。

本発明の磁気センサが適用されるカメラモジュールの概念図である。 磁気センサの概略構成を示す回路図である。 磁気センサの概略構成を示す平面図と断面図である。 磁気抵抗効果素子の膜構成を示す断面図である。 バイアス磁場の印加パターンと磁場強度−出力曲線を示す図である。 図５に示すバイアス磁石の概略平面図である。 図５に示すバイアス磁石の概略斜視図である。 実施例と比較例のバイアス磁石のバイアス磁場の分布を示す図である。 比較例のバイアス磁石の概略平面図である。 バイアス磁石の形状の様々な変形例を示す概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。 本発明の他の実施形態に係る磁気センサの概略平面図である。

以下図面を参照して本発明のいくつかの実施形態に係る磁気センサについて説明する。以下に述べる実施形態はカメラモジュールに搭載される磁気センサを対象とするが、本発明はこれに限らず、外部磁石に対して相対移動して、外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサに広く適用することができる。以下の説明及び図面において、ｘ方向は外部磁場の印加方向（磁気センサの検出磁場方向）、ｙ方向は外部磁場の向き及びバイアス磁場の向きと平行な面内においてｘ方向と直交する方向、ｚ方向はｘ方向及びｙ方向と直交する方向である。ｘ−ｙ面は素子アレイにおいて磁気抵抗効果素子とバイアス磁石が配列される面であり、磁気抵抗効果素子のフリー層の面内方向と一致する。ｚ方向は磁気抵抗効果素子の積層方向と平行な方向である。

図１は本発明の磁気センサが適用されるカメラモジュール１の概念図を示している。概ね直方体のケーシング２の四隅に４つの磁石３が設けられている。ケーシング２の上面と下面はレンズ４の光軸が通る開口となっている。ケーシング２の内側にはレンズ４を保持するレンズ保持部材５が設けられている。レンズ保持部材５は、レンズ４の光軸方向ＬＡに関しレンズ４の両側でケーシング２に取り付けられた一対の弾性部材８，９によって、光軸方向ＬＡ（ｚ方向）に移動可能に支持されている。レンズ４には磁気センサ６が固定されている。従って、レンズ４と磁気センサ６は磁石３に対し光軸方向ＬＡに相対移動可能に支持されている。レンズ４には２つの磁気センサ６が設けられているが、磁気センサ６の数は限定されない。レンズ４で集光された光は、ＣＭＯＳなどの撮像素子(図示せず)によって画像データに変換される。

環状または多角形状のコイル７が、磁石３の内側で磁石３と対向してレンズ保持部材５に支持されている。図中下側の弾性部材９は２つの導電性部材９ａ，９ｂからなり、それぞれの導電性部材９ａ，９ｂがレンズ保持部材５を介してコイル７の各端部に接続されている。２つの導電性部材９ａ，９ｂからコイル７に電流を流すと、磁石３から発生する磁場とコイル７を流れる電流との相互作用（ローレンツ力）によってコイル７は光軸方向ＬＡの力を受ける。コイル７は弾性部材８，９の付勢力に打ち勝って光軸方向ＬＡに移動し、レンズ保持部材５、レンズ４及び磁気センサ６も磁石３に対して光軸方向ＬＡに相対移動する。磁気センサ６には磁石３で発生した外部磁場が印加されているため、レンズ４がｚ方向上方に移動したときには磁気センサ６と磁石３とのｚ方向距離が縮まり、より大きな磁場強度が検出される。レンズ４がｚ方向下方に移動したときは磁気センサ６と磁石３とのｚ方向距離が広がり、検出される磁場強度は小さくなる。図１には外部磁場の磁束Ｂを示している。以上の原理によって、磁気センサ６はレンズ４の移動に伴う外部磁場の変化を検出し、出力する。このように、磁石３は磁気センサ６が検知する外部磁場を発生させるため、以下の説明では磁石３を外部磁石３と称する。

なお、上記実施形態は一例であり、磁気センサ６を磁石３に対して相対移動させることができる限り様々な構成が可能である。例えば、磁気センサ６が固定されたレンズ４の駆動手段として、コイルの代わりにピエゾ素子、形状記憶合金、高分子アクチュエータを用いることができる。また、磁気センサ６をケーシング２に固定し、磁石３がレンズ４とともにケーシング２に対して相対移動可能となるように構成してもよい。すなわち、カメラモジュール１はレンズ４を含む第１の部材と、第１の部材をレンズ４の光軸方向ＬＡに相対移動可能に支持する第２の部材と、磁気センサ６と、外部磁石３と、を有し、磁気センサ６が第１の部材と第２の部材の一方に、外部磁石３が第１の部材と第２の部材の他方に支持されていればよい。これによって、磁気センサ６と外部磁石３との間の距離がレンズ４と撮像素子との間の距離に連動して変化し、後述するように、磁気センサ６の出力からレンズ４と撮像素子との間の距離を検出することが可能となる。

図２は磁気センサ６の概略構成を示している。磁気センサ６は４つの素子アレイ１１〜１４を有し、これらの素子アレイ１１〜１４はブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）で相互に接続されている。４つの素子アレイ１１〜１４は２つの組に分割され、それぞれの組の素子アレイ１１，１２及び１３，１４は直列接続されている。それぞれの素子アレイの組の一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が接地（ＧＮＤ）されている。それぞれの素子アレイの組の中点電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２の差分を検出することで、磁気センサ６は外部磁場の強度を出力する。なお、中点電圧Ｖｏｕｔ１またはＶｏｕｔ２だけを使って外部磁場を検出することも可能である。

図３（ａ）は磁気センサの概略平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した磁気センサの概略断面図を、図４は磁気抵抗効果素子の膜構成を示している。素子アレイ１１〜１４は直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子１５と、これらを接続するリード線１６と、を備えている。磁気抵抗効果素子１５は、外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる。各素子アレイ１１〜１４における磁気抵抗効果素子１５の数は限定されないが、例えば数十個の磁気抵抗効果素子１５を直列に接続することができる。磁気抵抗効果素子１５の数を増やすことで中点電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２のばらつきが抑えられ、外部磁場の測定精度を高めることができる。各磁気抵抗効果素子１５は後述するようにＴＭＲ素子であり、センス電流を流すためのリード線１６が各磁気抵抗効果素子１５の上下両端に接続されている。各リード線１６は互いに隣接する磁気抵抗効果素子１５の上端同士または下端同士を接続している。磁気抵抗効果素子１５は断面が概ね円形の円筒形状に形成されているが、断面が矩形または楕円形の柱状形状に形成されてもよい。

磁気抵抗効果素子１５は、一般的なスピンバルブ型の膜構成を有している。具体的には、磁気抵抗効果素子１５は、外部磁場に応じて磁化方向が変化するフリー層１５１と、外部磁場に対して磁化方向が固定されたピンド層１５３と、フリー層１５１とピンド層１５３との間に位置し、フリー層１５１及びピンド層１５３に接するスペーサ層１５２と、スペーサ層１５２の反対側でピンド層１５３に隣接する反強磁性層１５４と、を有している。フリー層１５１、スペーサ層１５２、ピンド層１５３及び反強磁性層１５４は図示しない基板上に積層されている。反強磁性層１５４は、ピンド層１５３との交換結合によってピンド層１５３の磁化方向を固定する。ピンド層１５３は、非磁性中間層を挟んで２つの強磁性層が設けられたシンセティック構造を有していてもよい。スペーサ層１５２は、Ｃｕなどの非磁性金属からなる非磁性導電層、またはＡｌ_２Ｏ_３などの非磁性絶縁体からなるトンネルバリア層である。スペーサ層１５２が非磁性導電層である場合、磁気抵抗効果素子１５は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子として機能し、スペーサ層１５２がトンネルバリア層である場合、磁気抵抗効果素子１５はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子として機能する。ＭＲ変化率が大きく、ブリッジ回路の出力電圧を大きくすることができるという点で、磁気抵抗効果素子１５はＴＭＲ素子であることがより好ましい。

図５（ａ）は磁気抵抗効果素子１５とその側方に設けられた一対のバイアス磁石１７のｘ−ｙ面の断面図を示している。各磁気抵抗効果素子１５の近傍かつ各磁気抵抗効果素子１５の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性体からなる一対のバイアス磁石１７が設けられている。バイアス磁石１７は長手方向Ｌに細長い断面を有し、この断面において、バイアス磁石１７は短手方向Ｓに着磁されている。すなわち、バイアス磁石１７は着磁方向と直交する方向に細長い形状を有し、バイアス磁場ＢＢは短手方向Ｓに印加される。バイアス磁石１７のｚ方向位置は限定されないが、バイアス磁石１７はｚ方向において少なくともフリー層１５１の両側に設けられることが望ましい。バイアス磁石１７は磁気抵抗効果素子１５のフリー層１５１にバイアス磁場ＢＢを印加する。矢印１０１は外部磁石３による外部磁場を示している。上述のように、移動体であるレンズ４に固定された外部磁石３がｚ方向に移動すると、外部磁場の強度が中央値を中心に変動する。すなわち外部磁場の大きさは矢印１０１を中心として矢印１０２と矢印１０３の間で変動する。

図５（ｂ）は磁場強度と磁気センサの出力との関係を示している。磁気抵抗効果素子１５は一般的に磁場強度が一定の値に達すると出力が飽和する特性を有している。磁気センサ６には外部磁石３で発生した外部磁場が常時印加されている。バイアス磁石１７が設けられていない場合、磁気センサ６には実質的に外部磁石３で発生した外部磁場だけが印加される。この場合、磁気センサ６の出力は外部磁場強度の中央値Ａを中心とする変動範囲１０４に対応する範囲内で変動する。しかし、このような外部磁場強度の変動範囲１０４内で磁気センサ６を作動させることは以下の点で不利である。

外部磁場は磁気センサ６の出力から算出される。すなわち、図５（ｂ）に示す磁場強度−出力曲線において、外部磁場強度は磁気センサ６の出力から逆算される。従って、磁気センサ６をＡ点付近で使用する場合、磁場強度の変化に対応する出力の変化が小さいため、外部磁場強度の検出精度を高めることが困難である。次に、Ａ点付近では出力の線形性が悪い。外部磁場強度は、図５（ｂ）に示す磁場強度−出力曲線を多数の１次関数をつなげることで近似し、その１次曲線に出力を当てはめることによって算出される。磁気センサ６をＡ点付近で使用する場合、磁場強度−出力曲線を多数の１次直線で近似する必要があるため、外部磁場強度を算出するアルゴリズムが複雑になるだけでなく、多数の１次直線のデータを保存するためにメモリに多くの記憶領域が必要となる。さらに、磁気センサ６をＡ点付近で使用する場合、オフセット温度特性が悪化する。オフセット温度特性とは温度によって磁場強度−出力曲線の傾きが変化する特性をいう。すなわち、磁気抵抗効果素子１５の磁場強度−出力曲線は温度に応じて破線Ｙ１，Ｙ２のように変化する。磁気センサ６をＡ点付近で使用する場合、検出される外部磁場強度の絶対値が大きいため、オフセット温度特性の影響をより受けやすくなる。

本実施形態では、バイアス磁石１７は、磁気抵抗効果素子１５との対向面（以下、素子対向面１８という）が外部磁場の印加方向ｘと直交するｙ方向に対し傾斜して設けられている。これにより、バイアス磁石１７は磁気抵抗効果素子１５に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分ＢＢｘを有するバイアス磁場ＢＢを印加する。バイアス磁場ＢＢのｘ成分ＢＢｘは理想的には外部磁場の中央値Ａにほぼ等しく、且つ符号が反対である。よって、外部磁場の中央値Ａとバイアス磁場ＢＢを合計した磁場は実質的にゼロになる。磁気センサ６はゼロ磁場を中心とする磁場強度範囲１０５を変動するため上述の問題が生じにくくなる。すなわち、外部磁場の検出精度が高まり、外部磁場強度を算出するアルゴリズムが簡略化され、メモリの消費量が抑えられ、かつオフセット温度特性の影響を受けにくくなる。なお、外部磁場とバイアス磁場ＢＢのｘ成分ＢＢｘとが釣り合った理想的な状態では、フリー層１５１にはバイアス磁場ＢＢのｙ成分ＢＢｙだけが印加される。ピンド層１５３の磁化はｘ方向に固定されているため、この状態ではピンド層１５３の磁化方向とフリー層１５１の磁化方向が直交している。

図６は図３（ａ）のＢ部の拡大図であり、磁気抵抗効果素子１５とバイアス磁石１７のｘ−ｙ面における平面図を示している。図７はＢ部の斜視図である。本実施形態では磁気抵抗効果素子と一対のバイアス磁石の組が複数組設けられている。以下の説明では、互いに隣接する一方の磁気抵抗効果素子を第１の磁気抵抗効果素子１５ａ、他方の磁気抵抗効果素子を第２の磁気抵抗効果素子１５ｂとする。また、第１の磁気抵抗効果素子１５ａの両側に設けられる一対のバイアス磁石を第１のバイアス磁石１７ａ、第２の磁気抵抗効果素子１５ｂの両側に設けられる一対のバイアス磁石を第２のバイアス磁石１７ｂとする。一対の第１のバイアス磁石１７ａは互いに同一の形状であり、第１の磁気抵抗効果素子１５ａを通るｚ方向中心線Ｃ１に関して回転対称の関係にある。同様に、一対の第２のバイアス磁石１７ｂは互いに同一の形状であり、第２の磁気抵抗効果素子１５ｂを通るｚ方向中心線Ｃ２に関して回転対称の関係にある。第１の磁気抵抗効果素子１５ａと第２の磁気抵抗効果素子１５ｂは同一の構成であり、第１のバイアス磁石１７ａと第２のバイアス磁石１７ｂも同一の構成である。第１の磁気抵抗効果素子１５ａと第１のバイアス磁石１７ａの相対位置関係と、第２の磁気抵抗効果素子１５ｂと第２のバイアス磁石１７ｂの相対位置関係も同一である。

第１のバイアス磁石１７ａは、第１の磁気抵抗効果素子１５ａと対向し長手方向Ｌに延びる第１の素子対向面１８ａを備えている。第２のバイアス磁石１７ｂは、第２の磁気抵抗効果素子１５ｂと対向し長手方向Ｌに延びる第２の素子対向面１８ｂを備えている。第１の素子対向面１８ａと第２の素子対向面１８ｂは互いに平行である。第１のバイアス磁石１７ａは、第１の素子対向面１８ａに鋭角θをなして接続された第１の側面１９ａを有し、第２のバイアス磁石１７ｂは、第２の素子対向面１８ｂに鋭角θをなして接続された第２の側面１９ｂを有している。図６に示すｘ−ｙ断面において、第１の素子対向面１８ａを第１の素子対向辺１８ａ’、第２の素子対向面１８ｂを第２の素子対向辺１８ｂ’、第１の側面１９ａを第１の側辺１９ａ’、第２の側面１９ｂを第２の側辺１９ｂ’という場合がある。なお、図６はｘ−ｙ面と平行でかつ第１及び第２のバイアス磁石１７ａ，１７ｂと第１及び第２の磁気抵抗効果素子１５ａ，１５ｂを投影した投影面ということもできる。

第１及び第２のバイアス磁石１７ａ，１７ｂの第１及び第２の素子対向面１８ａ，１８ｂと平行な断面の面積は、磁気抵抗効果素子１５に近づくにつれ漸増している。すなわち、図６に示すｘ−ｙ断面において、第１の素子対向辺１８ａ’は第１のバイアス磁石１７ａの他の辺より長くされ、第２の素子対向辺１８ｂ’は第２のバイアス磁石１７ｂの他の辺より長くされている。本実施形態では、ｘ−ｙ断面において、第１及び第２のバイアス磁石１７ａ，１７ｂはそれぞれ第１及び第２の素子対向辺１８ａ’，１８ｂ’を長辺とする台形の断面形状を有している。

従来から、素子対向辺を長辺とする長方形断面を有し、短辺方向に着磁されたバイアス磁石は公知である。このようなバイアス磁石はスペース効率が高く、少ないスペースに多数の磁気抵抗効果素子を配置できるが、細長い形状に起因する形状異方性により、着磁方向が長軸方向に曲がりやすい。着磁方向が長軸方向に曲げられると、バイアス磁場ＢＢのｘ方向成分が変化し、外部磁場を効果的に打ち消すことができない。この結果、磁場強度−出力曲線において磁場強度の中心が＋側または−側にシフトし、上述の課題を解決することが困難となる可能性がある。本実施形態のバイアス磁石１７ａ，１７ｂは、台形の断面形状によって形状異方性が緩和されているため、着磁方向Ｓがこれと直交する長手方向Ｌに曲げられにくくなっている。その結果、バイアス磁場ＢＢのｘ方向成分が外部磁場を打ち消す方向により正確に印加され、上述の課題を解決することが容易となる。

素子対向辺１８ａ’，１８ｂ’は磁気抵抗効果素子１５の長手方向Ｌの幅より長くされている。これによってバイアス磁場ＢＢの分布が長手方向Ｌに均一化される。図８（ａ）は比較例１のバイアス磁石１１７の、図８（ｂ）は比較例２のバイアス磁石２１７の、図８（ｃ）は実施例のバイアス磁石１７の平面図を示し、図８（ｄ）は各バイアス磁石１７，１１７，２１７のバイアス磁場ＢＢの長辺方向Ｌの分布を示している。実施例のバイアス磁石１７は図６，７を用いて説明したバイアス磁石１７と同じである。比較例１のバイアス磁石１１７は長方形断面を有し、その長辺の長さは実施例のバイアス磁石１７の長辺の長さと同じである。比較例２のバイアス磁石２１７は長方形断面を有し、その長辺の長さは実施例のバイアス磁石１７の短辺の長さと同じである。磁気抵抗効果素子１５の長手方向Ｌの幅は比較例２のバイアス磁石２１７の長辺長さとほぼ等しい。図８（ｄ）に示すように、比較例１では強いバイアス磁場がＬ方向に均一に分布しており、比較例２のバイアス磁場がＬ方向に均一化される範囲が最も小さい。実施例は比較例１とほぼ同様のバイアス磁場分布を示している。以上より、素子対向辺１８ａ’，１８ｂ’は磁気抵抗効果素子１５の長手方向Ｌの幅より１．５倍以上長いことが好ましい。

さらに、図６，７に示すように、本実施形態では、互いに隣接する磁気抵抗効果素子１５ａ，１５ｂにそれぞれ組み合わされた一対のバイアス磁石１７ａ，１７ｂの一方同士が隣接している。また、第１のバイアス磁石１７ａの第１の側面１９ａと第２のバイアス磁石１７ｂの第２の側面１９ｂ（図６に示すｘ−ｙ断面においては第１の側辺１９ａ’と第２の側辺１９ｂ’）が対向している。第１の側面１９ａと第２の側面１９ｂ（第１の側辺１９ａ’と第２の側辺１９ｂ’）は互いに平行である。これによって、第１のバイアス磁石１７ａと第２のバイアス磁石１７ｂの配置効率が高まり、限られたスペースにより多くの磁気抵抗効果素子１５を設けることができる。第１のバイアス磁石１７ａの軸線Ｃ３と第２のバイアス磁石１７ｂの軸線Ｃ３’は同一直線上にあってもよいし、互いにずれていてもよい。軸線Ｃ３は第１のバイアス磁石１７ａの短辺方向中央を通り長手方向Ｌ（長辺）と平行な線であり、軸線Ｃ３’は第２のバイアス磁石１７ｂの短辺方向中央を通り長手方向Ｌ（長辺）と平行な線である。

図９（ａ）は比較例１のバイアス磁石１１７を、図９（ｂ）は比較例２のバイアス磁石２１７を配置した例であり、隣接する磁気抵抗効果素子１５ａ，１５ｂ間のｙ方向距離Ｄは図６に示す実施形態と同一としている。図９（ａ）に示す比較例１では、第１のバイアス磁石１１７ａと第２のバイアス磁石１１７ｂが物理的に干渉している。これは隣接する磁気抵抗効果素子１５ａ，１５ｂ間のｙ方向距離Ｄを図６よりも増加させる必要があること、すなわち、一つの素子アレイ１１〜１４に含めることのできる磁気抵抗効果素子１５の数が減少することを意味している。図９（ｂ）に示す比較例２では、第１のバイアス磁石２１７ａと第２のバイアス磁石２１７ｂの干渉は発生しないが、図８を用いて説明したように、バイアス磁場が均一に印加される範囲が小さい。つまり、実施例は長手方向Ｌの広い範囲における均一で大きなバイアス磁場ＢＢの確保と、バイアス磁石１７の高い配置効率が両立されている。

図１０はバイアス磁石の様々な変形例を示している。いずれの変形例においても、すべてのバイアス磁石は同一の形状を有している。図１０（ａ）を参照すると、第１及び第２のバイアス磁石２１ａ，２１ｂはいずれも平行四辺形の断面を有している。図１０（ｂ）を参照すると、第１及び第２のバイアス磁石２２ａ，２２ｂはいずれも四辺形の断面を有しており、他のバイアス磁石２２ａまたは２２ｂと対向する辺２２ｄは素子対向辺２２ｃと非直角であり、その辺２２ｄと対向する辺２２ｅは素子対向辺２２ｃと直交している。素子対向辺２２ｃと対向する辺２２ｆは素子対向辺２２ｃと平行である。図１０（ｃ）を参照すると、第１及び第２のバイアス磁石２３ａ，２３ｂはいずれも二等辺三角形である。素子対向辺２３ｃは二等辺三角形の底辺であり、かつ他の２辺２３ｄ，２３ｅより長い。図１０（ｄ）を参照すると、第１及び第２のバイアス磁石２４ａ，２４ｂはいずれも直角三角形である。素子対向辺２４ｃは二等辺三角形の底辺であり、斜辺２４ｄより短い。図１０（ｂ）〜（ｄ）に示す変形例及び上述の台形断面のバイアス磁石は、磁気抵抗効果素子１５のｚ方向中心線と平行でかつ当該バイアス磁石１７の重心を通る中心線Ｃ４に関して回転非対称である。回転非対称とはある断面をその重心を通る中心線の周りで３６０×Ｎ度（Ｎは自然数）以外のいかなる角度回転しても元の断面と一致しない形状をいう。

図１１〜１３は、センス電流が積層方向（ｚ方向）と直交するｙ方向に流れるＧＭＲ素子にバイアス磁石が配置された磁気センサ６のｘ−ｙ面における平面図を示している。ＧＭＲ素子の変わりにＡＭＲ素子を用いてもよい。本実施形態の磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場と直交する方向に長軸Ｃ５を有しており、複数のバイアス磁石が、磁気抵抗効果素子上に、長軸Ｃ５に沿って配列している。各磁気抵抗効果素子は図示しないリード線で直列に接続されている。なお、図１１〜１３はｘ−ｙ面と平行でかつバイアス磁石と磁気抵抗効果素子を投影した投影面ということもできる。

図１１に示す例では、磁気センサは磁気抵抗効果素子３５の上面と対向して設けられた第１のバイアス磁石３７ａと、磁気抵抗効果素子３５の上面と対向し、且つ第１のバイアス磁石３７ａと隣接して設けられた第２のバイアス磁石３７ｂと、を有している。第１のバイアス磁石３７ａは、磁気抵抗効果素子３５に、磁気抵抗効果素子３５に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ１を印加する。第２のバイアス磁石３７ｂは、磁気抵抗効果素子３５に、磁気抵抗効果素子３５に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ２を印加する。第１のバイアス磁石３７ａは、磁気抵抗効果素子３５と対向する第１の素子対向面３８ａと、第１の素子対向面３８ａに接続された第１の側面３９ａと、第１の素子対向面３８ａに接続され且つ第１の側面３９ａに鋭角をなして接続された第３の側面３９ｃと、を有している。第２のバイアス磁石３７ｂは磁気抵抗効果素子３５と対向する第２の素子対向面３８ｂと、第２の素子対向面３８ｂに接続された第２の側面３９ｂと、第２の素子対向面３８ｂに接続され且つ第２の側面３９ｂに鋭角をなして接続された第４の側面３９ｄと、を有している。バイアス磁石３７はｚ方向から見て台形の断面形状を有している。第１の側面３９ａと第２の側面３９ｂが互いに対向している。好ましくは、第３の側面３９ｃと第４の側面３９ｄは互いに平行である。第１のバイアス磁石３７ａと第２のバイアス磁石３７ｂは、第３及び第４の側面３９ｃ，３９ｄと平行な共通軸線上に配置されているが、互いに異なる軸線上に配置されてもよい。

図１２に示す例では、磁気センサは第１の磁気抵抗効果素子４５ａの上面と対向して設けられた第１のバイアス磁石４７ａと、第２の磁気抵抗効果素子４５ｂの上面と対向し、且つ第１のバイアス磁石４７ａと隣接して設けられた第２のバイアス磁石４７ｂと、を有している。第１のバイアス磁石４７ａは、第１の磁気抵抗効果素子４５ａに、第１の磁気抵抗効果素子４５ａに印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ１を印加する。第２のバイアス磁石４７ｂは、第２の磁気抵抗効果素子４５ｂに、第２の磁気抵抗効果素子４５ｂに印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ２を印加する。第１のバイアス磁石４７ａは、第１の磁気抵抗効果素子４５ａと対向する第１の素子対向面４８ａと、第１の素子対向面４８ａに接続された第１の側面４９ａと、第１の素子対向面４８ａに接続され且つ第１の側面４９ａに鋭角をなして接続された第３の側面４９ｃと、を有している。第２のバイアス磁石４７ｂは第２の磁気抵抗効果素子４５ｂと対向する第２の素子対向面４８ｂと、第２の素子対向面４８ｂに接続された第２の側面４９ｂと、第２の素子対向面４８ｂに接続され且つ第２の側面４９ｂに鋭角をなして接続された第４の側面４９ｄと、を有している。第１及び第２のバイアス磁石４７ａ，４７ｂはｚ方向から見て平行四辺形の断面形状を有している。第１の側面４９ａと第２の側面４９ｂが互いに対向している。好ましくは、第３の側面４９ｃと第４の側面４９ｄは互いに平行である。第１のバイアス磁石４７ａと第２のバイアス磁石４７ｂは、第３及び第４の側面４９ｃ，４９ｄと平行な共通軸線上に配置されているが、互いに異なる軸線上に配置されてもよい。

図１３（ａ），（ｂ）に示す例では、磁気センサは第１の磁気抵抗効果素子５５ａの上面と対向して設けられた第１のバイアス磁石５７ａと、第２の磁気抵抗効果素子５５ｂの上面と対向し、且つ第１のバイアス磁石５７ａと隣接して設けられた第２のバイアス磁石５７ｂと、を有している。第１のバイアス磁石５７ａは、第１の磁気抵抗効果素子５５ａに、第１の磁気抵抗効果素子５５ａに印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ１を印加する。第２のバイアス磁石５７ｂは、第２の磁気抵抗効果素子５５ｂに、第２の磁気抵抗効果素子５５ｂに印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場ＢＢ２を印加する。第１のバイアス磁石５７ａは、第１の磁気抵抗効果素子５５ａと対向する第１の素子対向面５８ａと、第１の素子対向面５８ａに接続された第１の側面５９ａと、第１の素子対向面５８ａに接続され且つ第１の側面５９ａに鋭角をなして接続された第３の側面５９ｃと、を有している。第２のバイアス磁石５７ｂは第２の磁気抵抗効果素子５５ｂと対向する第２の素子対向面５８ｂと、第２の素子対向面５８ｂに接続された第２の側面５９ｂと、第２の素子対向面５８ｂに接続され且つ第２の側面５９ｂに鋭角をなして接続された第４の側面５９ｄと、を有している。第１及び第２のバイアス磁石５７ａ，５７ｂはｚ方向から見て台形の断面形状を有している。第１の側面５９ａと第２の側面５９ｂが互いに対向している。好ましくは、第３の側面５９ｃと第４の側面５９ｄは互いに平行である。第１のバイアス磁石５７ａと第２のバイアス磁石５７ｂは、第３及び第４の側面５９ｃ，５９ｄと平行な共通軸線上に配置されているが、互いに異なる軸線上に配置されてもよい。

図１１に示す磁気センサはバイアス磁場ＢＢ１、ＢＢ２の強度が広い範囲で均一化され、かつバイアス磁石３７が効率的に配置される。図１２に示す磁気センサは磁気抵抗効果素子４５ａ，４５ｂをｘ方向に互いに近接させて配置できるため、磁気抵抗効果素子４５ａ，４５ｂの配置密度を高められる。この際、平行四辺形のバイアス磁石４７ａ，４７ｂを用いているため、バイアス磁石４７ａ，４７ｂ同士の接触によって互いに隣接する磁気抵抗効果素子４５ａ，４５ｂがショートすることが防止できる。図１３に示す磁気センサは図１２に示す磁気センサと同様、磁気抵抗効果素子５５ａ，５５ｂをｘ方向に互いに近接させて配置できるため、磁気抵抗効果素子５５ａ，５５ｂの配置密度を高められる。この際、台形のバイアス磁石５７ａ，５７ｂを用いているため、バイアス磁石５７ａ，５７ｂ同士が接触することで互いに隣接する磁気抵抗効果素子５５ａ，５５ｂがショートすることが防止できる。さらに、図１３に示す磁気センサは、互いに隣接する磁気抵抗効果素子５５ａ，５５ｂの間隔を縮小して配置効率を高めることが可能である。従って、磁気抵抗効果素子５５ａ，５５ｂの数を増やし、出力のばらつきを減らすことで、磁場の検出精度を高めることができる。なお、図１１〜１３の各実施形態においてバイアス磁石は磁気抵抗効果素子の積層方向における上面と対向して設けられているが、磁気抵抗効果素子の積層方向における下面と対向して設けられてもよく、上面と下面の両者に対向して設けられてもよい。上面は磁気抵抗効果素子の基板と反対側の面であり、下面は基板側の面である。

１ カメラモジュール
２ ケーシング
３ 磁石
４ レンズ
５ レンズ保持部材
６ 磁気センサ
７ コイル
８，９ 弾性部材
９ａ，９ｂ 導電性部材
１１〜１４ 素子アレイ
１５，３５ 磁気抵抗効果素子
１５ａ 第１の磁気抵抗効果素子
１５ｂ 第２の磁気抵抗効果素子
１６ リード線
１７，３７，４７，１１７，２１７ バイアス磁石
１７ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 第１のバイアス磁石
１７ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ 第２のバイアス磁石
１８ 素子対向面
１８ａ 第１の素子対向面
１８ａ’ 第１の素子対向辺
１８ｂ 第２の素子対向面
１８ｂ’ 第２の素子対向辺
１９ａ 第１の側面
１９ｂ 第２の側面
１９ａ’ 第１の側辺
１９ｂ’ 第２の側辺
１５１ フリー層
１５２ スペーサ層
１５３ ピンド層
１５４ 反強磁性層
ＢＢ バイアス磁場
Ｃ１，Ｃ２ 中心線
Ｃ３ 共通軸線
Ｃ４ 中心線
Ｃ５ 長軸
Ｄ 磁気抵抗効果素子間のｙ方向距離

本発明の磁気センサは外部磁石に対して相対移動して、外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する。磁気センサは、外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、磁気抵抗効果素子に、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場を打ち消す向きの成分と、外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する一対のバイアス磁石と、を有している。バイアス磁石は、外部磁場及びバイアス磁場と平行な面内で、細長い断面を有し、上記断面において、バイアス磁石は、磁気抵抗効果素子と対向して長手方向に延びる素子対向辺を備え、短手方向に着磁されている。バイアス磁石は素子対向辺が他の辺より長く、素子対向辺に鋭角をなして接続される側辺を有し、素子対向辺を長辺とする台形の断面形状を有している。

Claims (18)

1. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
   前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記磁気抵抗効果素子に、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する一対のバイアス磁石と、を有し、
   前記バイアス磁石は、前記外部磁場及び前記バイアス磁場と平行な面内で、細長い断面を有し、
   前記断面と平行でかつ前記バイアス磁石と前記磁気抵抗効果素子を投影した投影面において、前記バイアス磁石は、前記磁気抵抗効果素子と対向して長手方向に延びる素子対向辺を備え、短手方向に着磁され、前記素子対向辺が他の辺より長い、磁気センサ。
2. 前記バイアス磁石は前記素子対向辺に鋭角をなして接続される側辺を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記バイアス磁石は前記素子対向辺を長辺とする台形の断面形状を有する、請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記磁気抵抗効果素子と前記一対のバイアス磁石の組が複数組設けられ、
   互いに隣接する前記磁気抵抗効果素子にそれぞれ組み合わされた前記一対のバイアス磁石の一方同士が互いに隣接しており、それぞれの前記一方のバイアス磁石の前記側辺同士が対向している、請求項２または３に記載の磁気センサ。
5. 前記素子対向辺は前記磁気抵抗効果素子の前記長手方向の幅より１．５倍以上長い、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
6. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
   前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記磁気抵抗効果素子に、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する一対のバイアス磁石と、を有し、
   前記バイアス磁石は前記磁気抵抗効果素子に近づくにつれ、前記磁気抵抗効果素子との対向面と平行な断面の面積が漸増している、磁気センサ。
7. 前記一対のバイアス磁石は、前記磁気抵抗効果素子を通る中心線に関して回転対称の関係にあり、各バイアス磁石は前記中心線と平行でかつ当該バイアス磁石の重心を通る中心線に関して回転非対称である、請求項６に記載の磁気センサ。
8. 前記磁気抵抗効果素子はＴＭＲ素子である、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
9. 前記磁気抵抗効果素子は、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場と直交する方向に長軸を有し、複数の前記一対のバイアス磁石が、前記磁気抵抗効果素子の上面と下面の少なくとも一方と対向して、前記長軸に沿って配列している、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
10. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
    前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
    前記磁気抵抗効果素子に、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加するバイアス磁石と、を有し、
    前記バイアス磁石は前記バイアス磁場の印加方向と平行な方向に着磁され、前記外部磁場及び前記バイアス磁場と平行な面内で、着磁方向と直交する方向に細長い形状を有し、
    前記バイアス磁石は、前記細長い形状に起因する形状異方性によって磁化方向が前記面内で前記着磁方向と直交する方向に曲がることを抑制する形状を有している、磁気センサ。
11. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
    前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる第１及び第２の磁気抵抗効果素子と、
    前記第１の磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記第１の磁気抵抗効果素子に、前記第１の磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第１のバイアス磁石と、
    前記第２の磁気抵抗効果素子の近傍に設けられ、前記第２の磁気抵抗効果素子に、前記第２の磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第２のバイアス磁石と、を有し、
    前記第１のバイアス磁石は、前記第１の磁気抵抗効果素子と対向する第１の素子対向面と、前記第１の素子対向面に鋭角をなして接続される第１の側面と、を備え、
    前記第２のバイアス磁石は、前記第２の磁気抵抗効果素子と対向する第２の素子対向面と、前記第２の素子対向面に鋭角をなして接続される第２の側面と、を備え、
    前記第１の側面と前記第２の側面が互いに対向する磁気センサ。
12. 前記第１の素子対向面と前記第２の素子対向面は互いに平行である、請求項１１に記載の磁気センサ。
13. 前記第１のバイアス磁石と前記第２のバイアス磁石は、前記第１及び第２の素子対向面と平行な共通軸線上に配置されている、請求項１２に記載の磁気センサ。
14. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
    前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる磁気抵抗効果素子と、
    前記磁気抵抗効果素子の上面と下面の少なくとも一方と対向して設けられ、前記磁気抵抗効果素子に、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第１のバイアス磁石と、
    前記磁気抵抗効果素子の上面と下面の少なくとも一方と対向し、且つ前記第１のバイアス磁石と隣接して設けられ、前記磁気抵抗効果素子に、前記磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第２のバイアス磁石と、を有し、
    前記第１のバイアス磁石は、前記磁気抵抗効果素子と対向する第１の素子対向面と、前記第１の素子対向面に接続された第１の側面と、前記第１の素子対向面に接続され且つ前記第１の側面に鋭角をなして接続された第３の側面と、を有し、
    前記第２のバイアス磁石は前記磁気抵抗効果素子と対向する第２の素子対向面と、前記第２の素子対向面に接続された第２の側面と、前記第２の素子対向面に接続され且つ前記第２の側面に鋭角をなして接続された第４の側面と、を有し、
    前記第１の側面と前記第２の側面が互いに対向する磁気センサ。
15. 外部磁石に対して相対移動して、前記外部磁石が発生する外部磁場の変化を検出する磁気センサであって、
    前記外部磁場の変化に応じて磁気抵抗変化を発生させる第１及び第２の磁気抵抗効果素子と、
    前記第１の磁気抵抗効果素子の上面と下面の少なくとも一方と対向して設けられ、前記第１の磁気抵抗効果素子に、前記第１の磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第１のバイアス磁石と、
    前記第２の磁気抵抗効果素子の上面と下面の少なくとも一方と対向し、且つ前記第１のバイアス磁石と隣接して設けられ、前記第２の磁気抵抗効果素子に、前記第２の磁気抵抗効果素子に印加される前記外部磁場を打ち消す向きの成分と、前記外部磁場と直交する成分と、を有するバイアス磁場を印加する第２のバイアス磁石と、を有し、
    前記第１のバイアス磁石は、前記第１の磁気抵抗効果素子と対向する第１の素子対向面と、前記第１の素子対向面に接続された第１の側面と、前記第１の素子対向面に接続され且つ前記第１の側面に鋭角をなして接続された第３の側面と、を有し、
    前記第２のバイアス磁石は前記第２の磁気抵抗効果素子と対向する第２の素子対向面と、前記第２の素子対向面に接続された第２の側面と、前記第２の素子対向面に接続され且つ前記第２の側面に鋭角をなして接続された第４の側面と、を有し、
    前記第１の側面と前記第２の側面が互いに対向する磁気センサ。
16. 前記第３の側面と前記第４の側面は互いに平行である、請求項１４または１５に記載の磁気センサ。
17. 前記第１のバイアス磁石と前記第２のバイアス磁石は、前記第３及び第４の側面と平行な共通軸線上に配置されている、請求項１６に記載の磁気センサ。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の磁気センサと、前記外部磁石と、レンズを含む第１の部材と、前記第１の部材を前記レンズの光軸方向に相対移動可能に支持する第２の部材と、を有し、前記磁気センサが前記第１の部材と前記第２の部材の一方に、前記外部磁石が前記第１の部材と前記第２の部材の他方に支持されている、カメラモジュール。

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