JP2021105604A - 位置検出信号の補正方法及び位置検出装置 - Google Patents

位置検出信号の補正方法及び位置検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気センサとセンス磁石との位置関係が変動しても、検出対象物の位置を精度よく検出できる位置検出信号の補正方法及び位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置は所定の可動範囲内で移動可能な検出対象物の位置を検出するための装置である。該位置検出装置は、前記検出対象物の移動に伴って一体として移動するように配置された第１の磁石及び第２の磁石と、可動範囲外の位置に配置される、第1の磁石の磁界を検出する第１の磁気検出回路及び第２の磁石の磁界を検出する第２の磁気検出回路と、第１の磁気検出回路及び第２の磁気検出回路から出力された磁界の検出信号の差を増幅し、検出対象物の位置検出信号として出力する差動増幅器とを有する。【選択図】図９

Description

本発明は磁気センサを用いた位置検出信号の補正方法及び位置検出装置に関する。
近年、磁気センサを備えた位置検出装置が種々の用途で利用されている。例えば、特許文献１及び２には、スマートフォンに内蔵される、オートフォーカス機構を備えたカメラモジュールにおいて、磁気センサを用いてレンズの位置を検出する位置検出装置が記載されている。特許文献１及び２に記載された位置検出装置は、レンズを動かすための、固定された駆動磁石と、レンズと共に移動するセンス磁石と、駆動磁石で生成される駆動磁界とセンス磁石で生成されるセンス磁界の合成磁界が印加される磁気センサとを有する。このような構成では、磁気センサとレンズとの距離に応じて、該磁気センサにおけるセンス磁界の大きさが変化し、それに伴って合成磁界の向きが変化する。そのため、該合成磁界の向きの変化を磁気センサで測定することでレンズの位置を検出できる。
また、特許文献３には、磁気センサに上記駆動磁界及びセンス磁界以外の外部磁界（ノイズ磁界）が印加された場合でも、レンズの位置を精度良く検出できる位置検出装置が記載されている。特許文献３に記載された位置検出装置は、レンズと共に移動する複数のセンス磁石と、該複数のセンス磁石に対応してそれぞれ配置された複数の磁気センサと備え、該複数の磁気センサで測定された検出結果を加算することでノイズ磁界の影響を低減している。
なお、特許文献１〜３では、磁気センサに印加されるノイズ磁界の影響を低減するために複数の磁気センサを備える構成を提案しているが、レンズの位置は１組のセンス磁石及び磁気センサを備える構成であれば検出できる。
米国特許出願公開第２０１６／０２３１５２８号明細書 米国特許出願公開第２０１８／００４６０６３号明細書 特許第６５１７３０２号
近年、カメラモジュールには、手振れによる画像や映像の乱れを軽減するための手振れ補正機能を備えたものがある。手振れ補正としては、電子式手振れ補正と光学式手振れ補正とが知られている。電子式手振れ補正は、撮影した画像や映像自体を信号処理することで手振れを補正する方式である。そのため、カメラモジュールには光学式手振れ補正（以下、ＯＩＳ（Optical Image Stabilizer）と称す）が組み込まれる。ＯＩＳは、ジャイロセンサ等でカメラの手振れが検知されると、該手振れ方向とは逆方向にイメージセンサまたはレンズを動かすことで該手振れを軽減する方式である。ＯＩＳでイメージセンサまたはレンズを動かす方向は、例えば、該イメージセンサ及びレンズの光軸と直交する方向である。ＯＩＳには、イメージセンサまたはレンズをその光軸と直交する軸を中心にして回転させる構成もある。
ところで、レンズを動かすＯＩＳ機構及びオートフォーカス機構を備えたカメラモジュールでは、ＯＩＳ機構を用いてレンズを移動させると、オートフォーカス機構の位置の検出対象物であるレンズと共に上記センス磁石も移動する。通常、磁気センサは所定の位置に固定されているため、ＯＩＳによってセンス磁石が移動すると、磁気センサとセンス磁石との位置関係が変化する。その場合、磁気センサに印加される合成磁界の向きもＯＩＳによって変化するため、磁気センサでレンズの位置を正確に検出できなくなる。上記特許文献１〜３は、ＯＩＳに起因する、磁気センサを用いた位置検出精度の低下を軽減するための手法を何も示していない。
本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、磁気センサとセンス磁石との位置関係が変動しても、検出対象物の位置を精度よく検出できる位置検出信号の補正方法及び位置検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の位置検出信号の補正方法は、第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ所定の可動範囲内で移動可能な検出対象物の前記第1の方向における位置検出信号を、前記検出対象物の前記第２の方向への移動に応じて補正するための位置検出信号の補正方法であって、
前記検出対象物の移動に伴って一体として移動するように第１の磁石及び第２の磁石を配置し、
前記第1の磁石の磁界を検出する第１の磁気検出回路及び前記第２の磁石の磁界を検出する第２の磁気検出回路を、前記第１の方向における前記可動範囲外の位置にそれぞれ配置し、
前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路から出力された磁界の検出信号の差を差動増幅器で増幅し、前記第１の方向における前記検出対象物の補正後の位置検出信号として出力する方法である。
一方、本発明の位置検出装置は、所定の可動範囲内で移動可能な検出対象物の位置を検出するための位置検出装置であって、
前記検出対象物の移動に伴って一体として移動するように配置された第１の磁石及び第２の磁石と、
前記可動範囲外の位置に配置される、前記第1の磁石の磁界を検出する第１の磁気検出回路及び前記第２の磁石の磁界を検出する第２の磁気検出回路と、
前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路から出力された磁界の検出信号の差を増幅し、前記検出対象物の位置検出信号として出力する差動増幅器とを有する。
本発明によれば、磁気センサとセンス磁石との位置関係が変動しても、検出対象物の位置を精度よく検出できる。
本発明の位置検出装置を含むカメラモジュールの一構成例を示す斜視図である。 図１に示したカメラモジュールの内部を示す側断面図である。 図１に示した第１の磁気センサ及び第２の磁気センサの一構成例を示す回路図である。 位置検出装置が備える２組のセンス磁石及び磁気センサの配置例を示す斜視図である。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。 本実施形態の位置検出信号の測定回路の一例を示す回路図である。 本実施形態の位置検出信号の測定回路の他の例を示す回路図である。
次に本発明について図面を用いて説明する。
まず、本発明の位置検出装置を含むカメラモジュールの構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の位置検出装置を含むカメラモジュールの一構成例を示す斜視図であり、図２は図１に示したカメラモジュールの内部を示す側断面図である。なお、図２は、カメラモジュール１００が備える各構成要素を図１とは異なる寸法及び配置で示している。図１及び図２に示すカメラモジュール１００は、例えばレンズを動かすＯＩＳ機構とオートフォーカス機構とを備えたカメラの一部を構成するものである。本実施形態では、図１及び図２で示すカメラモジュール１００を例にして説明するが、本発明の位置検出装置は、センス磁石が配置されて移動する検出対象物の位置を、磁気センサを用いて検出する構成であれば、どのような構成にも適用可能である。
図１及び図２で示すように、カメラモジュール１００は、位置検出装置１、駆動装置３、レンズ５、筐体６及び基板７を有する。位置検出装置１は、オートフォーカス時にレンズ５の位置を検出する装置である。駆動装置３は、オートフォーカス時に、レンズ５を、該レンズ５の光軸と平行なＺ軸方向へ移動させ、ＯＩＳ時に、レンズ５を、該レンズ５の光軸と直交するＵ軸方向及びＶ軸方向へ移動させる機構である。Ｕ軸方向とＶ軸方向とは互いに直交する方向である。Ｚ軸方向は第１の方向の一例であり、Ｕ軸方向またはＶ軸方向は第２の方向の一例である。なお、第２の方向における方向が逆と称した場合、第２の方向として決定したＵ軸方向またはＶ軸方向において、逆の方向を指すものとする。
レンズ５は、図２で示すように第１の保持部材１５に装着されている。第１の保持部材１５は第１の弾性部材１７を介して第２の保持部材１４と結合され、第２の保持部材１４は第２の弾性部材１６を介して基板７の上面７ａに固定される。そのため、レンズ５は、オートフォーカス時に第１の弾性部材１７によってＺ軸方向へ移動可能に支持され、ＯＩＳ時に第２の弾性部材１６によってＵ軸方向及びＶ軸方向へ移動可能に支持される。
基板７は、レンズ５を通過した光を通過させる不図示の開口部を備えた、配線用の基板である。カメラモジュール１００は、レンズ５及び基板７の開口部を通過した光がイメージセンサ２００へ入射されるように、イメージセンサ２００に対して位置合わせされている。位置検出装置１、駆動装置３、レンズ５及び基板７は、筐体６に収容されて塵芥等から保護される。なお、図１では、基板７を省略して示し、図２では筐体６を省略して示している。
駆動装置３は、第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂ、並びに第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂと、第１のコイル４１、第２のコイル４２、第３のコイル４３、第４のコイル４４、第５のコイル４５及び第６のコイル４６とを有する。
第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂは、Ｕ軸方向に長い直方体の形状であり、磁化方向が互いに逆方向の磁石である。同様に、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂは、Ｕ軸方向に長い直方体の形状であり、磁化方向が互いに逆方向の磁石である。第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂは、Ｖ軸方向に長い直方体の形状であり、磁化方向が互いに逆方向の磁石である。第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂは、Ｖ軸方向に長い直方体の形状であり、磁化方向が互いに逆方向の磁石である。
図１で示す第１の駆動磁石３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ｂ及び第４の駆動磁石３４Ｂ上の矢印は、それぞれの磁化方向の一例を示している。第１の駆動磁石３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ｂ及び第４の駆動磁石３４Ｂの磁化方向は、図１で示す方向とそれぞれ逆の方向でもよい。
第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂ、並びに第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂは、それぞれＺ軸方向と平行な方向で第２の保持部材１４に固定される。第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂと、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂとは、第１の保持部材１５を挟んで互いに対向する位置に配置される。同様に、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂと第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂとは、第１の保持部材１５を挟んで互いに対向する位置に配置される。
第５のコイル４５は第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂと対向する位置で第１の保持部材１５に固定され、第６のコイル４６は第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂと対向する位置で第１の保持部材１５に固定される。
第１のコイル４１は、第１の駆動磁石３１Ａと基板７との間に位置するように基板７の上面７ａに配置され、第２のコイル４２は、第２の駆動磁石３２Ａと基板７との間に位置するように基板７の上面７ａに配置される。同様に、第３のコイル４３は、第１の駆動磁石３３Ａと基板７との間に位置するように基板７の上面７ａに配置され、第４のコイル４４は、第４の駆動磁石３４Ａと基板７との間に位置するように基板７の上面７ａに配置される。
第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ、第５のコイル４５、並びに第６のコイル４６は、オートフォーカス時にレンズ５が装着された第１の保持部材１５をＺ軸方向へ移動させるための駆動機構である。なお、第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、並びに第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂは、オートフォーカス機構とＯＩＳ機構とで共通に用いられる。
第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ、第１のコイル４１、並びに第２のコイル４２は、ＯＩＳ時にレンズ５が装着された第１の保持部材１５をＶ軸方向へ移動させるための駆動機構である。また、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂ、第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂ、第３のコイル４３、並びに第４のコイル４４は、ＯＩＳ時にレンズ５が装着された第１の保持部材１５をＵ軸方向へ移動させるための駆動機構である。
このような構成において、オートフォーカス時、第５のコイル４５及び第６のコイル４６には、不図示の制御装置からレンズ５の移動量に対応した電流がそれぞれ供給される。これにより、第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂと、第５のコイル４５との間で発生する周知のローレンツ力、並びに第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂと、第６のコイル４６との間で発生する周知のローレンツ力によってレンズ５（第１の保持部材１５）をＺ軸方向へ移動させることができる。
図１で示したように、第５のコイル４５及び第６のコイル４６は、それぞれ環状に形成されている。そのため、第５のコイル４５のうち、第１の駆動磁石３１Ａと対向する位置に配置されたコイル部位４５Ａと、第１の駆動磁石３１Ｂと対向する位置に配置されたコイル部位４５Ｂとには逆の方向に電流が流れる。同様に、第６のコイル４６のうち、第２の駆動磁石３２Ａと対向する位置に配置されたコイル部位４６Ａと、第２の駆動磁石３２Ｂと対向する位に配置されたコイル部位４６Ｂとには逆の方向に電流が流れる。したがって、第５のコイル４５へ電流を流したとき、コイル部位４５Ａとコイル部位４５Ｂとで磁界から受ける力が同じ方向となるように、磁化方向が逆の第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂを配置している。同様に、第６のコイル４６へ電流を流したとき、コイル部位４６Ａとコイル部位４６Ｂとで磁界から受ける力が同じ方向となるように、磁化方向が逆の第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂを配置している。
一方、ＯＩＳ時は、検出された手振れ量を相殺するように、第１のコイル４１、第２のコイル４２、第３のコイル４３及び第４のコイル４４に対して、不図示の制御装置からそれぞれ電流が供給される。これにより、第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、並びに第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂと、第１のコイル４１及び第２のコイル４２との間で発生する周知のローレンツ力によってレンズ５（第２の保持部材１４）をＶ軸方向へ移動させることができる。また、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂ、並びに第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂと、第３のコイル４３及び第４のコイル４４との間で発生する周知のローレンツ力によってレンズ５（第２の保持部材１４）をＵ軸方向へ移動させることができる。
本実施形態の位置検出装置１は、オートフォーカス時に、上述したＯＩＳに起因してレンズ５の位置検出精度が低下する課題を解決するため、２組のセンス磁石及び磁気センサを備える。これら２組のセンス磁石及び磁気センサは、ＯＩＳによってレンズ５がＺ軸方向と直交する方向へ移動したとき、磁気センサに印加される合成磁界の向きの変化が相殺される位置にそれぞれ配置する。例えば、２つのセンス磁石は、Ｚ軸方向と直交する方向において、第１の保持部材１５のレンズ５を挟んで対称な位置に配置すればよい。また、磁気センサは、合成磁界が印加される位置であり、オートフォーカス時にレンズ５の可動範囲外となる位置、例えば基板７の上面７ａに配置すればよい。
図１で示すように、本実施形態の位置検出装置１は、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂと、第１のセンス磁石１３Ａに対応して設けられた第１の磁気センサ２０Ａと、第２のセンス磁石１３Ｂに対応して設けられた第２の磁気センサ２０Ｂとを有する。第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂは、検出対象物であるレンズ５の移動に伴って、該レンズ５と一体として移動するように、第１の保持部材１５にそれぞれ配置される。第１のセンス磁石１３Ａは第１の磁石の一例であり、第２のセンス磁石１３Ｂは第２の磁石の一例である。また、第１の磁気センサ２０Ａは第１の磁気検出回路の一例であり、第２の磁気センサ２０Ｂは第２の磁気検出回路の一例である。
図１で示すように、第１のセンス磁石１３Ａは、例えば第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂと第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂとの間に配置され、第２のセンス磁石１３Ｂは、例えば第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂと第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂとの間に配置される。この場合、第１の磁気センサ２０Ａには、第１のセンス磁石１３Ａで生成される磁界と、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ及び第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂで生成される磁界との合成磁界が印加される。また、第２の磁気センサ２０Ｂには、第２のセンス磁石１３Ｂで生成される磁界と、第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ及び第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂで生成される磁界との合成磁界が印加される。
図１で示す第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂ内の矢印は、それぞれの磁化方向の一例を示している。図１で示す例では、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向が互いに逆の方向である。この場合、第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂに印加される合成磁界の方向も互いに逆の方向になる。第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向は、図１で示す方向とそれぞれ逆であってもよい。また、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向は、それぞれ同じ方向であってもよい。
第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂは、磁気抵抗効果によって生じる電気抵抗の変化に基づいて外部磁界を検出する磁気抵抗効果素子を備えた構成である。磁気抵抗効果素子は、例えば、磁化方向が固定の固定層と、絶縁体から成る絶縁層と、外部磁界の向きに応じて磁化方向が変化する自由層とを有し、固定層、絶縁層及び自由層がこの順で積層された構造である。磁気抵抗効果素子は、自由層の磁化の向きに応じて電気抵抗が変化し、自由層と固定層の磁化方向が一致したときに電気抵抗が最も小さくなる。以下では、第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂの両方を示す場合、「磁気センサ２０」と称す場合がある。また、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂの両方を示す場合、「センス磁石１３」と称す場合がある。
図３は、図１に示した第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂサの一構成例を示す回路図である。
図３で示すように、磁気センサ２０は、４つの磁気抵抗効果素子（第１の磁気抵抗効果素子２１、第２の磁気抵抗効果素子２２、第３の磁気抵抗効果素子２３、第４の磁気抵抗効果素子２４）を備え、これらを相互に接続してブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）を形成した構成である。４つの磁気抵抗効果素子２１〜２４は、直列に接続された２つの組２１，２２及び２３、２４に分割され、それぞれの組の磁気抵抗効果素子２１、２２及び磁気抵抗効果素子２３、２４が直列に接続されている。磁気抵抗効果素子の組２１、２２及び２３、２４は、それぞれの一端が接続されて不図示の定電圧源から一定の直流電圧（Ｖｃｃ）が供給され、他端がそれぞれ接地（ＧＮＤ）される。ホイートストンブリッジ回路は、各組の２つの磁気抵抗効果素子の接続点からそれぞれ中点電圧（Ｖ１、Ｖ２）を取り出すことが可能である。なお、図３で示す矢印は、各磁気抵抗効果素子の固定層の磁化方向の一例を示している。図３で示すＸ方向は磁気センサ２０の感磁方向であり、固定層の磁化方向と一致する。Ｙ方向は磁気センサ２０の感磁方向（Ｘ方向）と直交する方向である。以下では、図３におけるＸ方向を示す矢印を＋Ｘ方向と称し、矢印と反対の向きを−Ｘ方向と称す。
図３で示した磁気センサ２０では、＋Ｘ方向に外部磁界が印加されると、第１及び第４の磁気抵抗効果素子２１、２４の電気抵抗が減少し、第２及び第３の磁気抵抗効果素子２２、２３の電気抵抗が増大する。これにより中点電圧Ｖ１が上昇し、中点電圧Ｖ２が下降する。一方、−Ｘ方向に外部磁界が印加されると、第１及び第４の磁気抵抗効果素子２１、２４の電気抵抗が増大し、第２及び第３の磁気抵抗効果素子２２、２３の電気抵抗が減少する。これにより中点電圧Ｖ１が下降し、中点電圧Ｖ２が上昇する。したがって、中点電圧Ｖ１、Ｖ２の差Ｖ１−Ｖ２を検出することで、中点電圧Ｖ１またはＶ２のいずれか一方を検出する場合と比べて２倍の感度が得られる。また、中点電圧Ｖ１、Ｖ２がオフセットしている場合も、Ｖ１−Ｖ２を検出することで、該オフセットの影響を排除できる。
次に、２組のセンス磁石１３及び磁気センサ２０を備えることで、磁気センサ２０による位置検出精度の低下が抑制される理由について、図面を用いて説明する。
図４は、位置検出装置が備える２組のセンス磁石及び磁気センサの配置例を示す斜視図である。図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃは、図４で示した磁気センサの出力電圧のシミュレーション結果を示すグラフである。
図４は、図１及び図２で示したカメラモジュール１００から第１の駆動磁石３１Ａ及び３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ａ及び３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ａ及び３３Ｂ、第４の駆動磁石３４Ａ及び３４Ｂ、第１のセンス磁石１３Ａ、第２のセンス磁石１３Ｂ、第１の磁気センサ２０Ａ並びに第２の磁気センサ２０Ｂのみを抜き出して示したものである。図４で示す例では、第１の駆動磁石３１Ｂ、第２の駆動磁石３２Ｂ、第３の駆動磁石３３Ｂ及び第４の駆動磁石３４Ｂの磁化方向が、図１で示したカメラモジュール１００とそれぞれ逆の方向である。図４は、図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃで結果として示す、磁気センサ２０の出力電圧のシミュレーションに用いた構成である。
図４で示すＳ軸方向は、Ｚ軸方向と直交し、かつＵ軸に対して＋４５度となる方向である。図４で示すＴ軸方向は、Ｚ軸方向と直交し、かつＳ軸方向と直交する方向である。図４において、Ｚ軸、Ｕ軸、Ｖ軸、Ｓ軸方向及びＴ軸方向を示す矢印の向きを、それぞれの＋方向とし、該矢印と反対の向きを、それぞれの−方向とする。
図４で示す例では、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、それぞれの磁化方向がＳ軸方向と平行となるように配置されている。第１のセンス磁石１３Ａの磁化方向と第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向とは、互いに逆の方向である。また、図４で示す例では、第１の磁気センサ２０Ａが、その感磁方向が第１のセンス磁石１３Ａの磁化方向と平行となるように配置され、第２の磁気センサ２０Ｂが、その感磁方向が第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向と平行となるように配置されている。第１の磁気センサ２０Ａの感磁方向と第２の磁気センサ２０Ｂの感磁方向とは同じ方向である。第１のセンス磁石１３Ａの磁化方向と第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向とが同じである場合、それぞれの感磁方向が互いに逆の方向となるように第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂを配置すればよい。
図５Ａは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において所定の移動中心から−３１０μｍの位置（ＡＦ＝−３１０μｍ）にあり、図４のＳ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧（中点電圧の差）及びそれらの平均値を示している。図５Ｂは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において所定の移動中心にあり（ＡＦ＝０μｍ）、図４のＳ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧及びそれらの平均値を示している。図５Ｃは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において所定の移動中心から＋３１０μｍの位置にあり（ＡＦ＝＋３１０μｍ）、図４のＳ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧及びそれらの平均値を示している。
同様に、図６Ａ〜図６Ｃは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において、所定の移動中心から−３１０μｍ、０μｍ、＋３１０μｍの位置にあり、図４のＴ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧及びそれらの平均電圧を示している。また、図７Ａ〜図７Ｃは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において、所定の移動中心から−３１０μｍ、０μｍ、＋３１０μｍの位置にあり、Ｖ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧及びそれらの平均電圧を示している。また、図８Ａ〜図８Ｃは、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、Ｚ軸方向において、所定の移動中心から−３１０μｍ、０μｍ、＋３１０μｍの位置にあり、Ｕ軸方向へ移動したときの、移動量（ＯＩＳ移動量）に対する第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧及びそれらの平均電圧を示している。
図１及び図４で示した２組のセンス磁石１３及び磁気センサ２０を備える位置検出装置１では、第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが、ＯＩＳによってＵ軸方向またはＶ軸方向において同じ方向へ同じ量だけ移動する。また、第１のセンス磁石１３Ａの磁化方向と第２のセンス磁石１３Ｂの磁化方向とは互いに逆の方向である。そのため、第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂに印加される合成磁界は、ＯＩＳによって第１のセンス磁石１３Ａ及び第２のセンス磁石１３Ｂが移動すると、Ｚ軸方向のいずれの位置においても、その移動中心（ＯＩＳ移動量＝０μｍ）に対してほぼ点対称に変化する。すなわち、図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃで示すように、第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）及び第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧は、ＯＩＳ移動量に応じて、移動中心（ＯＩＳ移動量＝０μｍ）に対してほぼ点対称に変化する。
また、同じＯＩＳ移動量における、第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）の出力電圧と第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧とは、Ｚ軸方向の位置に相当する電圧値に対してほぼ対称な値となる。そのため、第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）の出力電圧と第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧との加算値または平均値を求めれば、ＯＩＳに起因して磁気センサ２０とセンス磁石１３との位置関係が変動しても、該変動分を相殺した位置検出結果を得ることができる。図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｃ、図７Ａ〜図７Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃでは、第１の磁気センサ２０Ａ（センサＡ）の出力電圧と第２の磁気センサ２０Ｂ（センサＢ）の出力電圧との平均値を求めることで、良好な位置検出結果が得られることを示している。したがって、２組のセンス磁石１３及び磁気センサ２０を備えることで、磁気センサ２０による位置検出精度の低下を抑制できる。
上述したように、特許文献３は、磁気センサに印加されるノイズ磁界の影響を低減するために、複数の磁気センサを備える構成を提案している。具体的には、特許文献３では、各磁気センサの中点電圧の差をそれぞれ求め、さらに磁気センサ毎に求めた中点電圧の差を加算してレンズ５の位置を示す位置検出信号として出力している。
しかしながら、特許文献３に記載された構成では、基板７における配線が複雑となり、複数の磁気センサ２０の出力信号を処理するためのドライバＩＣ（Integrated Circuit）が必要になる。上述したように、検出対象物の位置は１組のセンス磁石１３Ａ及び磁気センサ２０Ａ（またはセンス磁石１３Ｂ及び磁気センサ２０Ｂ）を用いて検出できるため、市販されているほとんどのドライバＩＣは１つの磁気センサ２０Ａまたは２０Ｂの出力信号を処理するためのものである。したがって、複数の磁気センサ２０（２０Ａ及び２０Ｂの両者）の出力信号を処理するためのドライバＩＣは、市販されていても高価であり、カメラモジュール１００を含むカメラのコストの上昇を招いてしまう。
そこで、本実施形態では、図９で示すように、第１の磁気センサ２０Ａと第２の磁気センサ２０Ｂとを並列に接続し、共通の定電流源９から所定の直流電流（Ｉｄｄ）を供給する。また、第１の磁気センサ２０Ａの中点電圧ＡＶ１と、第２の磁気センサ２０Ｂの中点電圧ＢＶ２との差ＡＶ１−ＢＶ２を求め、レンズ５の位置検出信号として出力する。中点電圧の差ＡＶ１−ＢＶ２は、周知の差動増幅器８を用いて求めればよい。差動増幅器８は、第１の磁気センサ２０Ａの中点電圧ＡＶ２と、第２の磁気センサ２０Ｂの中点電圧ＢＶ１との差ＡＶ２−ＢＶ１を位置検出信号として出力してもよい。図１０で示すように、並列に接続された第１の磁気センサ２０Ａ及び第２の磁気センサ２０Ｂには、共通の定電圧源１０から所定の直流電圧（Ｖｃｃ）を印加してもよい。
上述したように、第１の磁気センサ２０Ａと第２の磁気センサ２０Ｂとに印加される合成磁界は互いに逆の方向である。したがって、図９及び図１０で示すように、第１の磁気センサ２０Ａが備える第１〜第４の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気センサ２０Ｂが備える第１〜第４の磁気抵抗効果素子とは、それぞれの固定層の磁化方向が互いに逆の方向であるものとする。
この場合、第１の磁気センサ２０Ａが備える第１及び第２の磁気抵抗効果素子と第２の磁気センサ２０Ｂが備える第３及び第４の磁気抵抗効果素子との固定層の磁化方向が同じとなる。また、第１の磁気センサ２０Ａが備える第３及び第４の磁気抵抗効果素子と第２の磁気センサ２０Ｂが備える第１及び第２の磁気抵抗効果素子との固定層の磁化方向が同じとなる。
図９及び図１０で示すような２つの磁気センサ２０の中点電圧の差ＡＶ１−ＢＶ２を求める本発明の構成であっても、２つの磁気センサ２０の中点電圧の差Ｖ１−Ｖ２をそれぞれ求め、さらにそれらを加算する従来技術の構成と同様の位置検出信号を得ることができる。ここで、ＯＩＳによってレンズ５がＺ軸方向と直交する方向へ移動したとき、２つの磁気センサ２０に印加される合成磁界の向きの変化が相殺されるように２つのセンス磁石１３を配置すれば、磁気センサ２０とセンス磁石１３との位置関係が変動しても、検出対象物の位置を精度よく検出できる。
また、２つの磁気センサ２０の中点電圧の差ＡＶ１−ＢＶ２を求める構成では、従来技術の構成と比べて２つの磁気センサ２０と差動増幅器８とを接続する配線が低減するため、基板７上に形成する配線が複雑になることがない。さらに、２つの磁気センサ２０の中点電圧の差ＡＶ１−ＢＶ２を求める構成では、１つの磁気センサ２０（２０Ａまたは２０Ｂ）の出力信号を処理する市販のドライバＩＣを用いることができるため、コストの上昇を招くこともない。
本実施形態の位置検出装置１では、図９で示したように、２つの磁気センサ２０を並列に接続し、それらに対して定電流源９から所定の直流電流を供給する。そのため、２つの磁気センサ２０の電気抵抗にわずかに差異がある場合は、該差異に応じた異なる電流が２つの磁気センサ２０に供給される。磁気センサ２０の中点電圧は、磁気抵抗効果素子の抵抗値と電流値の積に依存するため、２つの磁気センサ２０の電気抵抗にばらつきがあっても、該ばらつきに応じた電流が供給されることで中点電圧の変動が抑制される。したがって、２つの磁気センサ２０の感度のばらつきを補正できる。
あるいは、本実施形態の位置検出装置１では、図１０で示したように、２つの磁気センサ２０を並列に接続し、それらに対して定電圧源１０から所定の直流電圧を印加する。このような構成では、２つの磁気センサ２０にそれぞれ同じ直流電圧が印加されるため、２つの磁気センサ２０の電気抵抗にばらつきがあっても、それぞれの中点電圧のばらつきが低減されて感度のばらつきも低減される。したがって、２つの磁気センサ２０の中点電圧の差をそれぞれ求め、さらにそれらを加算する従来技術の構成と同等の精度でレンズ５の位置を検出できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、２組のセンス磁石１３及び磁気センサ２０を備えることで、磁気センサ２０とセンス磁石１３との位置関係が変動しても、検出対象物であるレンズ５の位置を精度よく検出できる。
また、第１の磁気センサ２０Ａの中点電圧ＡＶ１と、第２の磁気センサ２０Ｂの中点電圧ＢＶ２との差ＡＶ１−ＢＶ２を求め、検出対象物の位置検出信号として出力することで、配線が複雑になることがなく、またコストの上昇を招くこともない。
さらに、２つの磁気センサ２０を並列に接続し、それらに対して定電流源９から直流電流を供給することで、２つの磁気センサ２０の感度のばらつきを補正できる。または、２つの磁気センサ２０を並列に接続し、それらに対して定電圧源１０から所定の直流電圧を印加することで、２つの磁気センサ２０の感度にばらつきがあっても、従来技術の構成と同様の精度でレンズ５の位置を検出できる。
１ 位置検出装置
３ 駆動装置
５ レンズ
６ 筐体
７ 基板
８ 差動増幅器
９ 定電流源
１０ 定電圧源
１３Ａ 第１のセンス磁石
１３Ｂ 第２のセンス磁石
１４ 第２の保持部材
１５ 第１の保持部材
１６ 第２の弾性部材
１７ 第１の弾性部材
２０Ａ 第１の磁気センサ
２０Ｂ 第２の磁気センサ
２１ 第１の磁気抵抗効果素子
２２ 第２の磁気抵抗効果素子
２３ 第３の磁気抵抗効果素子
２４ 第４の磁気抵抗効果素子
３１Ａ、３１Ｂ 第１の駆動磁石
３２Ａ、３２Ｂ 第２の駆動磁石
３３Ａ、３３Ｂ 第３の駆動磁石
３４Ａ、３４Ｂ 第４の駆動磁石
４１ 第１のコイル
４２ 第２のコイル
４３ 第３のコイル
４４ 第４のコイル
４５ 第５のコイル
４６ 第６のコイル
１００ カメラモジュール
２００ イメージセンサ

Claims (10)

  1. 第１の方向及び前記第1の方向と直交する第２の方向にそれぞれ所定の可動範囲内で移動可能な検出対象物の前記第1の方向における位置検出信号を、前記検出対象物の前記第２の方向への移動に応じて補正するための位置検出信号の補正方法であって、
    前記検出対象物の移動に伴って一体として移動するように第１の磁石及び第２の磁石を配置し、
    前記第1の磁石の磁界を検出する第１の磁気検出回路及び前記第２の磁石の磁界を検出する第２の磁気検出回路を、前記第１の方向における前記可動範囲外の位置にそれぞれ配置し、
    前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路から出力された磁界の検出信号の差を差動増幅器で増幅し、前記第１の方向における前記検出対象物の補正後の位置検出信号として出力する、位置検出信号の補正方法。
  2. 前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路を並列に接続し、
    前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路に共通の定電流源から直流電流を供給する請求項１記載の位置検出信号の補正方法。
  3. 前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路を並列に接続し、
    前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路に共通の定電圧源から直流電圧を供給する請求項１記載の位置検出信号の補正方法。
  4. 前記第１の磁気検出回路は、直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との接続点から前記磁界の検出信号を出力し、
    前記第２の磁気検出回路は、直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子を有し、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子との接続点から前記磁界の検出信号を出力し、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、外部磁界によらず磁化方向が一定の固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層とをそれぞれ含み、
    前記第２の方向における前記第１の磁石の磁化方向と前記第２の磁石の磁化方向とが逆であり、
    前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第３の磁気抵抗効果素子における前記固定層の磁化方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子における前記固定層の磁化方向とが同じである請求項１から３のいずれか１項記載の位置検出信号の補正方法。
  5. 前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、前記第１の磁気検出回路と前記第２の磁気検出回路とに印加される磁界の向きの変化が相殺される位置に配置された請求項１から４のいずれか１項記載の位置検出信号の補正方法。
  6. 所定の可動範囲内で移動可能な検出対象物の位置を検出するための位置検出装置であって、
    前記検出対象物の移動に伴って一体として移動するように配置された第１の磁石及び第２の磁石と、
    前記可動範囲外の位置に配置される、前記第1の磁石の磁界を検出する第１の磁気検出回路及び前記第２の磁石の磁界を検出する第２の磁気検出回路と、
    前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路から出力された磁界の検出信号の差を増幅し、前記検出対象物の位置検出信号として出力する差動増幅器と、
    を有する位置検出装置。
  7. 前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路が並列に接続され、
    前記並列に接続された前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路に直流電流を供給する定電流源をさらに有する請求項６記載の位置検出装置。
  8. 前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路が並列に接続され、
    前記並列に接続された前記第１の磁気検出回路及び前記第２の磁気検出回路に直流電圧を供給する定電圧源をさらに有する請求項６記載の位置検出装置。
  9. 前記第１の磁気検出回路は、直列に接続された第１の磁気抵抗効果素子及び第２の磁気抵抗効果素子を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子との接続点から前記磁界の検出信号を出力し、
    前記第２の磁気検出回路は、直列に接続された第３の磁気抵抗効果素子及び第４の磁気抵抗効果素子を有し、前記第３の磁気抵抗効果素子と前記第４の磁気抵抗効果素子との接続点から前記磁界の検出信号を出力し、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記第３の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子は、外部磁界によらず磁化方向が一定の固定層と、外部磁界によって磁化方向が変化する自由層とをそれぞれ含み、
    前記検出対象物の可動方向と直交する方向における前記第１の磁石の磁化方向と前記第２の磁石の磁化方向とが逆であり、
    前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第３の磁気抵抗効果素子における前記固定層の磁化方向と、前記第２の磁気抵抗効果素子及び前記第４の磁気抵抗効果素子における前記固定層の磁化方向とが同じである請求項６から８のいずれか１項記載の位置検出装置。
  10. 前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、前記第１の磁気検出回路と前記第２の磁気検出回路とに印加される磁界の向きの変化が相殺される位置に配置された請求項６から９のいずれか１項記載の位置検出装置。
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