JP2021128088A - 位置検出装置、レンズモジュールおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い位置検出感度を発現することができる位置検出装置を提供する。
【解決手段】位置検出装置１は、磁気センサ２０と、第１の磁界発生部１１と、第２の磁界発生部１２とを有する。第１の磁界発生部１１は、第１の磁性材料を主成分とすると共に第１の形状をなす第１の磁石３１Ａ，３４Ａを含み、第１の磁界を発生する。第２の磁界発生部１２は、第２の磁性材料を主成分とすると共に第２の形状をなす第２の磁石１３を含み、第２の磁界を発生し、第１の磁界発生部１１および磁気センサ２０に対し、第１の方向に沿って移動可能に設けられている。磁気センサ２０は、第１の面に沿った第１の磁界と第１の面に沿った第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、第２の磁界発生部１２の位置の変化を検出可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサを備えた位置検出装置、レンズモジュールおよび撮像装置に関する。

これまでに、磁気センサを用いた位置検出装置が提案されている。本出願人は、例えば位置検出装置を備えたカメラモジュールを提案している（例えば特許文献１参照）。このカメラモジュールでは、位置検出装置が、焦点合わせを行う際に移動するレンズの位置検出を行うようになっている。

特開２０１８−１６３０２３号公報 国際公開第２０１８／０５１７２９号明細書

ところで、このような位置検出装置に対しては、より高い位置検出精度を有することが求められている。

したがって、高い検出精度を発現することのできる位置検出装置を提供することが望まれる。

本発明の一実施態様としての位置検出装置は、磁気センサと、第１の磁界発生部と、第２の磁界発生部とを有する。第１の磁界発生部は、第１の磁性材料を主成分とすると共に第１の形状をなす第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する。第２の磁界発生部は、第２の磁性材料を主成分とすると共に第２の形状をなす第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し、第１の方向に沿って移動可能に設けられている。磁気センサは、第１の面に沿った第１の磁界と第１の面に沿った第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である。

本発明の一実施態様としての位置検出装置によれば、高い検出精度を発現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置を含むレンズモジュールを備えた撮像装置の全体構成例を表す概略斜視図である。 図１に示した撮像装置の内部を模式的に表す説明図である。 図１に示した位置検出装置の要部を模式的に表す説明図である。 図１に示した駆動装置の要部を模式的に表す説明図である。 図１に示した駆動装置の要部を表す側面図である。 図１に示した位置検出装置の要部を模式的に表す斜視図である。 図１に示した位置検出装置における磁気センサの回路構成を表す回路図である。 図７における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。 図１に示した位置検出装置における第１の磁界、第２の磁界および合成磁界を示す説明図である。 参考例としての位置検出装置の検出誤差を表す特性図である。 実験例としての位置検出装置の検出誤差を表す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．一実施の形態
レンズを駆動するための第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、第２の磁界を発生すると共にレンズと一体に移動する第２の磁界発生部と、レンズの位置検出を行うための磁気センサとを有するレンズモジュールを備えた撮像装置の例。
２．変形例

＜１．一実施の形態＞
［撮像装置１００の構成］
最初に、図１および図２を参照して、本発明における一実施の形態としての撮像装置１００の構成について説明する。

図１は、撮像装置１００の全体構成例を表す斜視図である。図２は、撮像装置１００の内部を模式的に示す説明図である。なお、図２では、理解を容易にするために、撮像装置１００の各構成要素を、図１に示した対応する各構成要素とは異なる寸法および配置で描いている。

撮像装置１００は、例えば、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構とを備えたスマートフォン用のカメラの一部を構成する。撮像装置１００は、例えば、ＣＭＯＳ等を用いて画像を取得するイメージセンサ２００と、被写体からの光をイメージセンサ２００に導くレンズモジュール３００とを備えている。

［レンズモジュール３００の構成］
レンズモジュール３００は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置１と、駆動装置３と、レンズ５と、筐体６と、基板７とを有している。位置検出装置１は、磁気式の位置検出装置であり、被写体から入射した光（以下、単に入射光）がイメージセンサ２００の撮像面に結像するように、入射光の焦点合わせを自動的に行う際にレンズ５の位置を検出するものである。駆動装置３は、入射光の焦点合わせを行うためにレンズ５を移動させるものである。筐体６は、位置検出装置１および駆動装置３などを収容し、それらを保護するようになっている。基板７は、上面７ａを有している。なお、図１では基板７を省略し、図２では筐体６を省略している。

ここで、図１および図２に示したように、Ｕ軸、Ｖ軸およびＺ軸を定義する。Ｕ軸、Ｖ軸およびＺ軸は、互いに直交している。本実施の形態では、Ｚ軸が基板７の上面７ａに対し垂直であり、Ｕ軸およびＶ軸は、いずれも、基板７の上面７ａに対して平行である。さらに、本実施の形態では、＋Ｚ方向を上方向とし、−Ｚ方向を下方向とする。

（レンズ５）
レンズ５は、その光軸方向がＺ軸と一致するような姿勢で、基板７の上面７ａの上方に配置されている。また、基板７は、レンズ５を通過した光を通過させる図示しない開口部７Ｋを有している。図２に示したように、レンズモジュール３００は、レンズ５と基板７の開口部７Ｋとを順次通過した被写体からの光がイメージセンサ２００に入射されるように、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および駆動装置３）
次に、図２〜図５を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置１および駆動装置３について詳細に説明する。図３は、レンズモジュール３００のうちの位置検出装置１および駆動装置３を示す斜視図である。図４は、駆動装置３の複数のコイル４１〜４６を示す斜視図である。図５は、駆動装置３の要部を示す側面図である。

位置検出装置１は、第１の保持部材１４と、第２の保持部材１５と、複数の第１のワイヤ１６と、複数の第２のワイヤ１７とを有している。第２の保持部材１５は、レンズ５を保持するものである。第２の保持部材１５は、例えば、その内部にレンズ５を装着できるように構成された筒状の形状を有している。なお、位置検出装置１は、第１のワイヤ１６および第２のワイヤ１７を有しなくともよい。

第２の保持部材１５は、第１の保持部材１４に対しレンズ５の光軸方向、すなわちＺ軸方向に沿って移動可能に設けられている。本実施の形態では、第１の保持部材１４は、その内部にレンズ５と第２の保持部材１５とを収容できるように構成された箱状の形状を有している。複数の第２のワイヤ１７は、第１の保持部材１４と第２の保持部材１５とを接続し、第２の保持部材１５が第１の保持部材１４に対してＺ軸方向に移動できるように、第２の保持部材１５を支持している。

第１の保持部材１４は、基板７の上面７ａの上方において、基板７に対してＵ軸方向およびＶ軸方向の双方に移動可能に設けられている。複数の第１のワイヤ１６は、基板７と第１の保持部材１４とを接続しつつ、第１の保持部材１４が基板７に対してＵ軸方向およびＶ軸方向に移動できるように第１の保持部材１４を支持している。基板７に対する第１の保持部材１４の相対的な位置が変化すると、基板７に対する第２の保持部材１５の相対的な位置も変化する。

位置検出装置１は、第１の磁界ＭＦ１を発生する第１の磁界発生部１１と、第２の磁界ＭＦ２を発生する第２の磁界発生部１２と、磁気センサ２０とをさらに有している。第１の磁界発生部１１は、互いに異なる位置に配置された２つの第１の磁石を有している。具体的には、第１の磁界発生部１１は、上記２つの第１の磁石として、磁石３１Ａと磁石３４Ａとを有している。第１の磁界ＭＦ１は、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａがそれぞれ発生する磁界が合成された磁界である。磁石３１Ａおよび磁石３４Ａは、第１の磁性材料を主成分としており、例えば直方体形状をなしている。第１の磁性材料としては、例えばＮｄＦｅＢなどのネオジム系磁石材料が挙げられ、詳細には例えばグレードＮ４８ＨのＮｄＦｅＢが好適である。磁石３１Ａおよび磁石３４Ａは、第１の残留磁束密度の温度係数を有している。磁石３１Ａおよび磁石３４Ａは、第１の保持部材１４に固定されている。すなわち、第１の磁界発生部１１は、第１の保持部材１４によって保持されている。磁石３１Ａおよび磁石３４Ａは、レンズ５を保持する第２の保持部材１５をＺ軸に沿って移動させる駆動力を発生する駆動用磁石である。さらに、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａは、磁気センサ２０にバイアスを印加するためのバイアス磁石であってもよい。

図３に示したように、磁石３１Ａは、磁石３１Ａの＋Ｕ方向の端に位置する端面３１Ａ１を有している。磁石３４Ａは、磁石３４Ａの−Ｖ方向の端に位置する端面３４Ａ１を有している。

第２の磁界発生部１２は、第１の磁界発生部１１に対する相対的な位置が変化可能に設けられている。第２の磁界発生部１２は、例えば磁石１３を有している。したがって、第２の磁界ＭＦ２は磁石１３が発生する磁界である。磁石１３は、第１の磁性材料と異なる第２の磁性材料を主成分としており、例えば磁石３１Ａおよび磁石３４Ａと同様に直方体形状を有している。但し、磁石１３の形状は、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａの形状と異なっている。すなわち、磁石１３の形状は、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａの形状と同一でもないし、相似でもない。第２の磁性材料としては、例えばＮｄＦｅＢなどのネオジム系磁石材料が挙げられ、詳細には例えばグレードＮ４８ＳＨのＮｄＦｅＢが好適である。あるいは、第２の磁性材料としてＳｍＣｏを用いてもよい。磁石１３は、第２の残留磁束密度の温度係数を有しているとよい。ここで、磁石１３が有する第２の残留磁束密度の温度係数の絶対値は、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａが有する第１の残留磁束密度の温度係数の絶対値よりも小さいことが望ましい。磁石１３は、レンズ５を保持する第２の保持部材１５の位置検出を行うための第２の磁界ＭＦ２を発生する位置検出用磁石である。

また、磁石１３は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１（図３）および磁石３４Ａの端面３４Ａ１（図３）の近傍の空間に位置するように、第２の保持部材１５に固定されている。すなわち、第２の磁界発生部１２は、第２の保持部材１５によって保持されている。第１の保持部材１４に対する第２の保持部材１５の相対的な位置がＺ軸方向に沿って変化すると、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置もＺ軸方向に沿って変化するようになっている。

磁気センサ２０は、それが配置された所定の検出位置における検出対象磁界を検出し、検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成する。磁気センサ２０は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１および磁石３４Ａの端面３４Ａ１の双方の近傍に位置するように基板７に固定されている。磁石３１Ａから磁気センサ２０までの距離と、磁石３４Ａから磁気センサ２０までの距離は、実質的に互いに等しいことが望ましい。磁石１３は、例えば磁気センサ２０の上方に配置されている。

本実施の形態では、所定の検出位置は、磁気センサ２０が配置されている位置である。前述のように、第１の磁界発生部１１の位置に対する第２の磁界発生部１２の位置が変化すると、上記所定の検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離が変化する。検出対象磁界は、検出位置における第１の磁界ＭＦ１と第２の磁界ＭＦ２との合成磁界ＭＦである。磁気センサ２０は、合成磁界ＭＦを検出することにより、第２の磁界発生部１２の位置の変化を検出可能である。なお、第１の磁界ＭＦ１および第２の磁界ＭＦ２は、後出の図６に示されている。合成磁界ＭＦは、後出の図９に示されている。第１の磁界発生部１１、第２の磁界発生部１２および磁気センサ２０の位置関係、ならびに磁気センサ２０の構成については、のちに詳述する。

駆動装置３は、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂと、コイル４１，４２，４３，４４，４５，４６とを含んで構成されている。図１および図２に示したように、磁石３１Ａは、レンズ５から見て−Ｖ方向に位置している。磁石３２Ａは、レンズ５から見て＋Ｖ方向に位置している。磁石３３Ａは、レンズ５から見て−Ｕ方向に位置している。磁石３４Ａは、レンズ５から見て＋Ｕ方向に位置している。磁石３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂは、それぞれ、磁石３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの上方（＋Ｚ方向）に位置している。また、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、第１の保持部材１４に保持されている。

図３に示したように、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、それぞれＵ軸方向を長手方向とする直方体形状を有している。磁石３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、それぞれＶ軸方向を長手方向とする直方体形状を有している。磁石３１Ａ，３２Ｂの磁化の方向は、＋Ｖ方向である。磁石３１Ｂ，３２Ａの磁化の方向は、−Ｖ方向である。磁石３３Ａ，３４Ｂの磁化の方向は、＋Ｕ方向である。磁石３３Ｂ，３４Ａの磁化の方向は、−Ｕ方向である。図５において、磁石３１Ａ，３１Ｂに描かれた矢印は、それぞれ、磁石３１Ａ，３１Ｂの磁化の方向を表している。

図１および図２に示したように、コイル４１は、磁石３１Ａと基板７との間に配置されている。コイル４２は、磁石３２Ａと基板７との間に配置されている。コイル４３は、磁石３３Ａと基板７との間に配置されている。コイル４４は、磁石３４Ａと基板７との間に配置されている。コイル４５は、磁石３１Ａ，３１Ｂとレンズ５との間に配置されている。コイル４６は、磁石３２Ａ，３２Ｂとレンズ５との間に配置されている。また、コイル４１，４２，４３，４４は、それぞれ基板７に固定されている。コイル４５，４６は、それぞれ第２の保持部材１５に固定されている。

コイル４１には、主に、磁石３１Ａから発生する磁界が印加される。コイル４２には、主に、磁石３２Ａから発生する磁界が印加される。コイル４３には、主に、磁石３３Ａから発生する磁界が印加される。コイル４４には、主に、磁石３４Ａから発生する磁界が印加される。

また、図２、図４および図５に示したように、コイル４５は、磁石３１Ａが延在するＵ軸に沿って延びる第１の導体部４５Ａと、磁石３１Ｂが延在するＵ軸に沿って延びる第２の導体部４５Ｂと、第１の導体部４５Ａと第２の導体部４５Ｂとを接続する２つの第３の導体部４５Ｃ，４５Ｄとを含んでいる。また、コイル４６は、図４に示したように、磁石３２Ａが延在するＵ軸に沿って延びる第１の導体部４６Ａと、磁石３２Ｂが延在するＵ軸に沿って延びる第２の導体部４６Ｂと、第１の導体部４６Ａと第２の導体部４６Ｂとを接続する２つの第３の導体部４６Ｃ，４６Ｄとを含んでいる。

コイル４５の第１の導体部４５Ａには、主に、磁石３１Ａから発生する磁界の＋Ｖ方向の成分が印加される。コイル４５の第２の導体部４５Ｂには、主に、磁石３１Ｂから発生する磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第１の導体部４６Ａには、主に、磁石３２Ａから発生する磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第２の導体部４６Ｂには、主に、磁石３２Ｂから発生する磁界の＋Ｖ方向の成分が印加される。

駆動装置３は、それぞれコイル４１〜４４の内側において基板７に固定された４つの磁気センサ３０をさらに有している。後述するように、４つの磁気センサ３０は、手振れの影響を低減するためにレンズ５の位置を変化させる際に用いられる。

コイル４１の内側に位置する磁気センサ３０は、磁石３１Ａから発生する磁界を検出し、磁石３１Ａの位置に対応した信号を生成するようになっている。コイル４２の内側に位置する磁気センサ３０は、磁石３２Ａから発生する磁界を検出し、磁石３２Ａの位置に対応した信号を生成するようになっている。コイル４３の内側に位置する磁気センサ３０は、磁石３３Ａから発生する磁界を検出し、磁石３３Ａの位置に対応した信号を生成するようになっている。コイル４４の内側に位置する磁気センサ３０は、磁石３４Ａから発生する磁界を検出し、磁石３４Ａの位置に対応した信号を生成するようになっている。磁気センサ３０は、例えば、ホール素子等の磁界を検出する素子によって構成することができる。なお、駆動装置３は、コイル４１の内側に位置する磁気センサ３０またはコイル４２の内側に位置する磁気センサ３０のいずれか一方のみを有するようにしてもよい。同様に、駆動装置３は、コイル４３の内側に位置する磁気センサ３０またはコイル４４の内側に位置する磁気センサ３０のいずれか一方のみを有するようにしてもよい。

次に、図３および図６を参照して、第１の磁界発生部１１、第２の磁界発生部１２および磁気センサ２０の位置関係について詳しく説明する。図６は、位置検出装置１の要部を示す斜視図である。ここで、図６に示したように、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向を定義する。＋Ｘ方向および＋Ｙ方向は、いずれも、基板７の上面７ａ（図２参照）に対して平行な方向である。＋Ｘ方向は、＋Ｕ方向から＋Ｖ方向に向かって４５°回転した方向である。＋Ｙ方向は、＋Ｖ方向から−Ｕ方向に向かって４５°回転した方向である。また、＋Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、＋Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とする。

図６において、符号ＭＦ１を付した矢印は、検出位置における第１の磁界ＭＦ１を表している。本実施の形態では、第１の磁界発生部１１および磁気センサ２０は、検出位置における第１の磁界ＭＦ１の方向が−Ｙ方向となるように設けられている。検出位置における第１の磁界ＭＦ１の方向は、例えば、磁気センサ２０に対する磁石３１Ａ，３４Ａの相対位置と、磁気センサ２０に対する磁石３１Ａ，３４Ａの姿勢とによって調整することができる。磁石３１Ａ，３４Ａは、検出位置を含むＹＺ平面に対して対称に配置されていることが好ましい。

図６において、符号ＭＦ２を付した矢印は、検出位置における第２の磁界ＭＦ２を表し、磁石１３内に描かれた矢印は、磁石１３の磁化を表している。また、検出位置において、第２の磁界ＭＦ２の方向が第１の磁界ＭＦ１の方向に対してなす相対角度を、記号θで表す。相対角度θは、０°以上１８０°以下の範囲内の値で表す。

本実施の形態では、第１の磁界発生部１１、第２の磁界発生部１２および磁気センサ２０は、相対角度θが９０°より大きく１８０°より小さくなるように設けられている。相対角度θは、例えば、磁石１３の姿勢によって調整することができる。図６には、相対角度θを１３５°にした例を示している。この例では、磁石１３は、磁石１３の磁化の方向が−Ｘ方向から−Ｙ方向に向かって４５°だけ回転した方向になるような姿勢で配置されている。

次に、図７を参照して、磁気センサ２０の構成について説明する。図７は、磁気センサ２０の構成を示す回路図である。本実施の形態では、磁気センサ２０は、検出対象磁界の方向に対応した検出信号として、合成磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度に対応した検出信号を生成するように構成されている。基準方向は、第１の磁界ＭＦ１の方向すなわち−Ｙ方向である。

図７に示したように、磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路２１と、差分検出器２２とを有している。ホイートストンブリッジ回路２１は、電源ポートＶと、グランドポートＧと、２つの出力ポートＥ１，Ｅ２と、直列に接続された第１の対の磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２と、直列に接続された第２の対の磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４とを含んでいる。磁気検出素子Ｒ１，Ｒ３の各一端は、電源ポートＶに接続されている。磁気検出素子Ｒ１の他端は、磁気検出素子Ｒ２の一端と出力ポートＥ１に接続されている。磁気検出素子Ｒ３の他端は、磁気検出素子Ｒ４の一端と出力ポートＥ２に接続されている。磁気検出素子Ｒ２，Ｒ４の各他端は、グランドポートＧに接続されている。電源ポートＶには、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートＧはグランドに接続される。

本実施の形態では、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４の各々は、直列に接続された複数の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を含んでいる。複数のＭＲ素子の各々は、例えばスピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、検出対象磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ素子でもよいし、ＧＭＲ素子でもよい。ＴＭＲ素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、非磁性層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図７において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子における自由層の磁化の方向を表している。

磁気検出素子Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は−Ｙ方向であり、磁気検出素子Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向はＹ方向である。この場合、合成磁界ＭＦの方向が−Ｙ方向に対してなす角度の余弦に応じて、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差が変化する。差分検出器２２は、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号を検出信号として出力する。従って、磁気センサ２０は、合成磁界ＭＦを検出して、合成磁界ＭＦの方向が−Ｙ方向に対してなす角度の余弦に対応した検出信号を生成する。

なお、複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、ＭＲ素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

ここで、図８を参照して、磁気検出素子の構成の一例について説明する。図８は、図７に示した磁気センサ２０における１つの磁気検出素子の一部を示す斜視図である。この例では、１つの磁気検出素子は、複数の下部電極１６２と、複数の磁気抵抗効果（ＭＲ）素子１５０と、複数の上部電極１６３とを有している。複数の下部電極１６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極１６２は細長い形状を有している。下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２の間には、間隙が形成されている。図８に示したように、下部電極１６２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子１５０が配置されている。ＭＲ素子１５０は、例えば、下部電極１６２側から順に積層された磁化自由層１５１と非磁性層１５２と磁化固定層１５３と反強磁性層１５４とを含んでいる。磁化自由層１５１は、下部電極１６２に電気的に接続されている。反強磁性層１５４は、反強磁性材料を含んで構成され、磁化固定層１５３との間で交換結合を生じさせて磁化固定層１５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極１６３は、複数のＭＲ素子１５０の上に配置されている。個々の上部電極１６３は細長い形状を有し、下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子１５０の反強磁性層１５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図８に示した磁気検出素子は、複数の下部電極１６２と複数の上部電極１６３とによって直列に接続された複数のＭＲ素子１５０を有している。なお、ＭＲ素子１５０における磁化自由層１５１、非磁性層１５２、磁化固定層１５３および反強磁性層１５４の配置は、図８に示した配置とは上下が反対でもよい。

次に、図１から図５を参照して、駆動装置３の動作について説明する。始めに、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構について簡単に説明する。駆動装置３は、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構の一部を構成する。駆動装置３、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構は、撮像装置１００の外部に設けられた制御部４（図１参照）によって制御される。

光学式手振れ補正機構は、例えば、撮像装置１００の外部のジャイロセンサ等によって手振れを検出できるように構成されている。光学式手振れ補正機構が手振れを検出すると、制御部４は、手振れの態様に応じて基板７に対するレンズ５の相対的な位置が変化するように、駆動装置３を制御する。これにより、レンズ５の絶対的な位置を安定化させて、手振れの影響を低減することができる。なお、基板７に対するレンズ５の相対的な位置は、手振れの態様に応じて、Ｕ軸に平行な方向またはＶ軸に平行な方向に変化する。

オートフォーカス機構は、例えば、イメージセンサ２００またはオートフォーカスセンサ等によって、被写体に焦点が合った状態を検出できるように構成されている。制御部４は、被写体に焦点が合った状態になるように、駆動装置３によって、基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ軸に沿って変化させる。これにより、自動的に被写体に対する焦点合わせを行うことができる。

次に、光学式手振れ補正機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。制御部４によってコイル４１，４２に電流が流されると、磁石３１Ａ，３２Ａから発生する磁界とコイル４１，４２から発生する磁界との相互作用によって、磁石３１Ａ，３２Ａが固定された第１の保持部材１４は、Ｖ軸に沿って移動する。その結果、レンズ５も、Ｖ軸に沿って移動する。また、制御部４によってコイル４３，４４に電流が流されると、磁石３３Ａ，３４Ａから発生する磁界とコイル４３，４４から発生する磁界との相互作用によって、磁石３３Ａ，３４Ａが固定された第１の保持部材１４はＵ軸に沿って移動する。その結果、レンズ５もＵ軸に沿って移動する。図示しない制御部は、磁気センサ３０によって生成される磁石３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの位置に対応した信号を測定することによって、レンズ５の位置を検出する。

次に、オートフォーカス機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ軸に沿って移動させる場合、制御部４は、第１の導体部４５Ａにおいて＋Ｕ方向の電流が流れ、第２の導体部４５Ｂにおいて−Ｕ方向の電流が流れるようにコイル４５に電流を流す。制御部４は、さらに第１の導体部４６Ａに−Ｕ方向の電流が流れ、第２の導体部４６ＢにＵ方向の電流が流れるようにコイル４６に電流を流す。これらの電流と磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂから発生する磁界によって、コイル４５の第１の導体部４５Ａおよび第２の導体部４５Ｂとコイル４６の第１の導体部４６Ａおよび第２の導体部４６Ｂとに、＋Ｚ方向のローレンツ力が作用する。これにより、コイル４５，４６が固定された第２の保持部材１５は、＋Ｚ方向に移動することとなる。その結果、レンズ５も、＋Ｚ方向に移動する。

基板７に対するレンズ５の相対的な位置を−Ｚ方向に移動させる場合には、制御部４は、コイル４５，４６に、＋Ｚ方向に移動させる場合とは逆方向の電流を流す。

［撮像装置１００の作用効果］
次に、本実施の形態に係る位置検出装置１、およびそれを備えた撮像装置１００の作用および効果について説明する。本実施の形態に係る位置検出装置１は、レンズ５の位置を検出するために用いられる。本実施の形態では、基板７に対するレンズ５の相対的な位置が変化する場合、基板７および第１の保持部材１４に対する第２の保持部材１５の相対的な位置も変化する。前述のように、第１の保持部材１４は第１の磁界発生部１１を保持し、第２の保持部材１５は第２の磁界発生部１２を保持している。したがって、上述のようにレンズ５の相対的な位置が変化すると、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置が変化する。以下、第１の磁界発生部１１に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置を、相対位置と言う。本実施の形態では、相対位置の変化の方向は、レンズ５の光軸方向すなわちＺ軸に平行な方向である。

相対位置が変化すると、基板７に対する第１の磁界発生部１１の相対的な位置は変化しないが、基板７に対する第２の磁界発生部１２の相対的な位置は変化する。そのため、相対位置が変化すると、検出位置における第１の磁界ＭＦ１の強度および方向と検出位置における第２の磁界ＭＦ２の方向は変化しないが、検出位置における第２の磁界ＭＦ２の強度は変化する。検出位置における第２の磁界ＭＦ２の強度が変化すると、検出対象磁界である合成磁界ＭＦの方向および強度も変化し、それに伴い、磁気センサ２０が生成する検出信号の値も変化する。磁気センサ２０が生成する検出信号の値は、相対位置に依存して変化する。制御部４は、検出信号を測定することによって、相対位置を検出するようになっている。

ここで、図９を参照して、検出位置における第１の磁界ＭＦ１、第２の磁界ＭＦ２および合成磁界ＭＦの強度と方向について説明する。以下、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離が相対的に大きい場合の検出位置における第２の磁界ＭＦ２を磁界ＭＦ２ａとし、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離が相対的に小さい場合の検出位置における第２の磁界ＭＦ２を磁界ＭＦ２ｂとする。図９では、磁界ＭＦ２ａの方向を、符号ＭＦ２ａを付した矢印の方向で表し、磁界ＭＦ２ａの強度を、符号ＭＦ２ａを付した矢印の長さで表す。図９に示したように、磁界ＭＦ２ｂの強度は、磁界ＭＦ２ａの強度よりも大きい。磁界ＭＦ２ａの方向と磁界ＭＦ２ｂの方向は、互いに等しい。

なお、図９には、図６に示した相対角度θが１３５°の場合の例を示している。この例では、磁界ＭＦ２ａが検出位置における第１の磁界ＭＦ１に対してなす角度および磁界ＭＦ２ｂが検出位置における第１の磁界ＭＦ１に対してなす角度は、いずれも１３５°である。

また、検出位置における第１の磁界ＭＦ１と磁界ＭＦ２ａとの合成磁界を符号ＭＦａで表し、検出位置における第１の磁界ＭＦ１と磁界ＭＦ２ｂとの合成磁界を符号ＭＦｂで表し、基準方向である−Ｙ方向に対して合成磁界ＭＦａの方向がなす角度を記号θａで表し、基準方向である−Ｙ方向に対して合成磁界ＭＦｂの方向がなす角度を記号θｂで表す。図９に示したように、角度θｂは、角度θａよりも大きい（θｂ＞θａ）。このように、合成磁界ＭＦの方向が基準方向（−Ｙ方向）に対してなす角度は、第２の磁界ＭＦ２の強度に依存して変化する。また、第２の磁界ＭＦ２の強度は、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離に依存して変化する。したがって、合成磁界ＭＦの方向が基準方向（−Ｙ方向）に対してなす角度は、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離に依存して変化する。

本実施の形態では、磁気センサ２０は、検出対象磁界の方向に対応した検出信号として、合成磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度に対応した検出信号を生成する。本実施の形態によれば、検出信号によって、検出位置と第２の磁界発生部１２との間の距離を求めることができ、これにより、相対位置を検出することができる。

また、本実施の形態では、図６に示した相対角度θを、９０°より大きく１８０°より小さい範囲としている。これにより、本実施の形態によれば、相対位置の変化量に対する、合成磁界ＭＦの方向が基準方向に対してなす角度の変化量を大きくして、位置検出の感度を高くすることができる。

また、本実施の形態では、磁石３１Ａ，３４Ａの形状と磁石１３の形状とが異なるようにした。そのため、第１の磁界発生部１１における磁石３１Ａ，３４Ａを、レンズ５をＺ軸に沿って移動させるための駆動源として好適な形状にしつつ、第２の磁界発生部１２における磁石１３を、磁石１３のＺ軸に沿った位置を磁気センサ２０が検出するのに好適な形状とすることができる。そのうえ、本実施の形態では、第１の磁界発生部１１における磁石３１Ａ，３４Ａの主成分である第１の磁性材料と第２の磁界発生部１２における磁石１３の主成分である第２の磁性材料とが異なるようにした。したがって、第１の磁界発生部１１における磁石３１Ａ，３４Ａの形状と、第２の磁界発生部１２における磁石１３の形状とが異なっていても、磁石３１Ａ，３４Ａの熱減磁率と磁石１３の熱減磁率とを近似させることができる。このため、撮像装置１００では、位置検出装置１が設置される環境の温度が変化した場合であっても、第１の磁界発生部１１および磁気センサ２０に対する第２の磁界発生部１２の相対位置の変動が生じにくくなる。すなわち、磁気センサ２０によるレンズ５の位置検出の精度に対する環境温度の変化の影響が及びにくくなり、磁気センサ２０によるレンズ５の位置検出精度における温度依存性を低減できる。その結果、本実施の形態の撮像装置１００によれば、より正確にレンズ５の位置を変化させることができ、より良好な画像を取得することができる。

また、本実施の形態では、磁石１３が有する第２の残留磁束密度の温度係数の絶対値を、磁石３１Ａおよび磁石３４Ａが有する第１の残留磁束密度の温度係数の絶対値よりも小さくすることにより、環境温度の変化に伴う、磁気センサ２０によるレンズ５の位置検出のずれをより小さくすることができる。

ここで、図１０Ａに、参考例としての位置検出装置における温度特性を示す。図１０Ａにおいて、横軸はＺ軸に沿ったレンズ５の実際の変位量［μｍ］を表し、縦軸は環境温度が２５℃から６５℃まで変動した時の、Ｚ軸に沿ったレンズ５の実際の変位量に対する位置検出装置による測定値の最大の誤差［μｍ］を表している。なお、横軸の変位量［μｍ］は、基準位置を０としており、＋Ｚ方向の変位が正の値で表されており、−Ｚ方向の変位量が負の値で表されている。この参考例では、磁石３１Ａ，３４Ａの構成材料としてグレードＮ４８ＳＨのＮｄＦｅＢを使用し、磁石１３の構成材料としてグレードＮ４８ＨのＮｄＦｅＢを使用している。本参考例では、さらに、磁石３１Ａ，３４Ａの各々の形状を長さ７ｍｍ×幅１ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの直方体とし、磁石１３の形状を長さ１ｍｍ×幅０．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの直方体としている。その結果、磁石３１Ａ，３４Ａの熱減磁率が−３．５％であるのに対し、磁石１３の熱減磁率が−４．５１％となっている。図１０Ａに示したように、参考例としての位置検出装置では、Ｚ軸に沿ってレンズ５が−４００μｍから＋４００μｍまでの範囲において変位する際に、最大で６μｍの誤差が生じることがわかる。

図１０Ｂに、本実施の形態の位置検出装置１の実施例における温度特性を示す。図１０Ｂにおいて、横軸はＺ軸に沿ったレンズ５の実際の変位量［μｍ］を表し、縦軸は環境温度が２５℃から６５℃まで変動した時の、Ｚ軸に沿ったレンズ５の実際の変位量に対する位置検出装置による測定値の最大の誤差［μｍ］を表している。なお、横軸の変位量［μｍ］は、図１０Ａと同様、基準位置を０としており、＋Ｚ方向の変位が正の値で表されており、−Ｚ方向の変位量が負の値で表されている。この実施例では、磁石３１Ａ，３４Ａの構成材料としてグレードＮ４８ＳＨのＮｄＦｅＢを使用し、磁石１３の構成材料としてＳｍＣｏを使用している。本参考例では、さらに、磁石３１Ａ，３４Ａの各々の形状を長さ７ｍｍ×幅１ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの直方体とし、磁石１３の形状を長さ１ｍｍ×幅０．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの直方体としている。その結果、磁石３１Ａ，３４Ａの熱減磁率が−３．５％であり、磁石１３の熱減磁率が−３．５％となっている。図１０Ｂに示したように、本実施例では、Ｚ軸に沿ってレンズ５が−４００μｍから＋４００μｍまでの範囲において変位する際に、最大で０．６μｍの誤差に抑えることができていることがわかる。

＜２．変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、センサ部として４つの磁気検出素子を用いてフルブリッジ回路を形成するようにしたが、本発明では、例えば２つの磁気検出素子を用いてハーフブリッジ回路を形成するようにしてもよい。また、複数の磁気抵抗効果膜の形状および寸法は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、各構成要素の寸法や各構成要素のレイアウトなどは例示であってこれに限定されるものではない。

また、本発明の位置検出装置は、レンズの位置検出を行うための装置に限定されるものではなく、レンズ以外の他の物体の空間上の位置検出を行うものであってもよい。

また、上記実施の形態では、第１の磁石を、レンズおよびそれを保持する第２の保持部材を駆動するための駆動源として用いる第１の磁界を発生するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、例えば磁気センサの磁気抵抗効果素子に対してバイアスを印加するバイアス磁石として、第１の磁石を用いてもよい。

また、上記実施の形態の位置検出装置１では、第１の磁石の主成分としての第１の磁性材料と、第２の磁石の主成分としての第２の磁性材料とが異なるようにすると共に、第１の磁石の形状と第２の磁石の形状とが異なるようにすることで、第１の磁石の熱減磁率と、第２の磁石の熱減磁率とを近づけるようにした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１の磁石の主成分および第２の磁石の主成分をいずれも同じ磁性材料（例えば第１の磁性材料）としつつ、第１の磁石のパーミアンス係数（便宜上、第１のパーミアンス係数とする。）と、第２の磁石のパーミアンス係数（便宜上、第２のパーミアンス係数とする。）とが実質的に同一となるようにしてもよい。その場合、例えば、第１の磁石の形状と第２の磁石の形状とが互いに同一または相似となるようにするとよい。その場合であっても、第１の磁石の熱減磁率と、第２の磁石の熱減磁率とを近づけることができる。このため、第１の磁石の温度特性と第２の磁石の温度特性とが近似することとなり、位置検出精度の誤差を低減できる。

１００…撮像装置、２００…イメージセンサ、３００…レンズモジュール、１…位置検出装置、３…駆動装置、４…制御部、５…レンズ、６…筐体、７…基板、７ａ…上面、７Ｋ…開口部、１１…第１の磁界発生部、１２…第２の磁界発生部、１３，３１Ａ，３４Ａ…磁石、１４…第１の保持部材、１５…第２の保持部材、１６…第１のワイヤ、１７…第２のワイヤ、２０，３０…磁気センサ、４１〜４６…コイル、１５０…ＭＲ素子、１６２…下部電極、１６３…上部電極、１５１…磁化自由層、１５２…非磁性層、１５３…磁化固定層、１５４…反強磁性層、ＭＦ１…第１の磁界、ＭＦ２…第２の磁界、ＭＦ…合成磁界。

Claims (12)

1. 磁気センサと、
   第１の磁性材料を主成分とすると共に第１の形状をなす第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
   第２の磁性材料を主成分とすると共に第２の形状をなす第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と
   を有し、
   前記磁気センサは、第１の面に沿った前記第１の磁界と前記第１の面に沿った前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
   位置検出装置。
2. 前記第１の磁石における第１の残留磁束密度の温度係数の絶対値よりも前記第２の磁石における第２の残留磁束密度の温度係数の絶対値が小さい
   請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記第１の磁性材料は、ＮｄＦｅＢを含み、
   前記第２の磁性材料は、ＳｍＣｏを含む
   請求項１または請求項２記載の位置検出装置。
4. 前記第１の面は、前記第１の方向に対して垂直である
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記第１の磁界発生部を保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材に対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられ、前記第２の磁界発生部を保持する第２の保持部材と
   をさらに有する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記第２の保持部材は、前記第１の方向に沿った光軸を有するレンズを保持可能である
   請求項５記載の位置検出装置。
7. 磁気センサと、
   第１の磁性材料を主成分とすると共に第１のパーミアンス係数を有する第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
   前記第１の磁性材料を主成分とすると共に前記第１のパーミアンス係数と同一の第２のパーミアンス係数を有する第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し、第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と
   を有し、
   前記磁気センサは、所定の面内における前記第１の磁界と前記所定の面内における前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
   位置検出装置。
8. 磁気センサと、
   第１の磁性材料を主成分とすると共に第１の形状をなす第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
   第２の磁性材料を主成分とすると共に第２の形状をなす第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と、
   前記第２の磁界発生部と連動して、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられたレンズと
   を有し、
   前記磁気センサは、第１の面に沿った前記第１の磁界と前記第１の面に沿った前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
   レンズモジュール。
9. 前記第１の磁界発生部を保持する第１の保持部材と、
   前記第１の保持部材に対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられ、
   前記第２の磁界発生部および前記レンズを保持する第２の保持部材と
   をさらに有する
   請求項８記載のレンズモジュール。
10. 磁気センサと、
    第１の磁性材料を主成分とすると共に第１のパーミアンス係数を有する第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
    前記第１の磁性材料を主成分とすると共に前記第１のパーミアンス係数と同一の第２のパーミアンス係数を有する第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し、第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と、
    前記第２の磁界発生部と連動して、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられたレンズと
    を有し、
    前記磁気センサは、所定の面内における前記第１の磁界と前記所定の面内における前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
    レンズモジュール。
11. 撮像素子と、
    レンズモジュールと
    を備え、
    前記レンズモジュールは、
    磁気センサと、
    第１の磁性材料を主成分とすると共に第１の形状をなす第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
    第２の磁性材料を主成分とすると共に第２の形状をなす第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と、
    前記第２の磁界発生部と連動して、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられたレンズと
    を有し、
    前記磁気センサは、第１の面に沿った前記第１の磁界と前記第１の面に沿った前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
    撮像装置。
12. 撮像素子と、
    レンズモジュールと
    を備え、
    前記レンズモジュールは、
    磁気センサと、
    第１の磁性材料を主成分とすると共に第１のパーミアンス係数を有する第１の磁石を含み、第１の磁界を発生する第１の磁界発生部と、
    前記第１の磁性材料を主成分とすると共に前記第１のパーミアンス係数と同一の第２のパーミアンス係数を有する第２の磁石を含み、第２の磁界を発生し、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し、第１の方向に沿って移動可能に設けられた第２の磁界発生部と、
    前記第２の磁界発生部と連動して、前記第１の磁界発生部および前記磁気センサに対し前記第１の方向に沿って移動可能に設けられたレンズと
    を有し、
    前記磁気センサは、所定の面内における前記第１の磁界と前記所定の面内における前記第２の磁界とが合成された検出対象磁界の方向に対応した検出信号を生成し、前記第２の磁界発生部の位置の変化を検出可能である
    撮像装置。

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