JP6986002B2

JP6986002B2 - 磁気センサ装置

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Publication number: JP6986002B2
Application number: JP2018220015A
Authority: JP
Inventors: 永福蔡
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-11-26
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Description

本発明は、磁気センサ装置に関する。

近年、種々の用途において、物理量（例えば、移動体の回転移動や直線的移動による位置や移動量（変化量）等）を検出するための物理量検出装置（位置検出装置）が用いられている。この物理量検出装置としては、外部磁場の変化を検出可能な磁気センサ装置を備えるものが知られており、外部磁場の変化に応じた信号が磁気センサ装置から出力される。

磁気センサ装置は、被検出磁界を生成する磁界生成部と、当該被検出磁界を検出する磁気センサ素子とを有し、磁界生成部の移動による磁界の変化が磁気センサ素子により検出される。このような磁気センサ素子としては、外部磁場の変化に応じて抵抗が変化する磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等）や、いわゆるホール効果を利用したホール素子等が知られている。

従来、一平面内における２軸（Ｘ軸及びＹ軸）方向の移動を検出する、ポインティングデバイス用の磁気センサ装置として、第１〜第４ＧＭＲ素子と、それらに対向して設けられる、厚さ方向に着磁された磁石（Ｎ極及びＳ極の２極磁石）とを有し、第１〜第４ＧＭＲ素子の固定層の磁化の向きが、順にＸ軸正方向（＋Ｘ方向）、Ｘ軸負方向（−Ｘ方向）、Ｙ軸正方向（＋Ｙ方向）及びＹ軸負方向（−Ｙ方向）であるものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−２７６９８３号公報

上記磁気センサ装置において、４つのＧＭＲ素子（第１〜第４ＧＭＲ素子）の固定層の磁化の向きが異なることで、Ｘ軸方向（±Ｘ方向）及びＹ軸方向（±Ｙ方向）への磁石の移動に伴う各ＧＭＲ素子の抵抗値変化に基づき、磁石の移動量（磁石の位置）を求めることができる。

しかしながら、上記磁石においては、その幾何学的中心からＸ軸方向（±Ｘ方向）及びＹ軸方向（±Ｙ方向）のそれぞれへの移動（磁石の変位）に対する磁場強度の変位の直線性が低い。そのため、磁石の移動に伴う各ＧＭＲ素子の抵抗値変化及びそれに基づく出力信号の直線性が低くなり、位置検出精度が低下してしまうという問題がある。

また、上記磁気センサ装置において、略正方形状の基板の４隅に各ＧＭＲ素子が配設されているが、その基板の幾何学的中心と磁石の幾何学的中心との位置ずれ（イニシャル状態における基板と磁石との位置関係のずれ）により、各ＧＭＲ素子の抵抗値変化及びそれに基づく出力信号が大きく変化してしまい、位置検出精度が低下してしまうという問題もある。

上記課題に鑑みて、本発明は、少なくとも１軸（Ｘ軸）、好ましくは２軸（Ｘ軸及びＹ軸）への磁石の相対的移動による位置検出を高精度に行うことのできる磁気センサ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１面及び当該第１面に対向する第２面を有し、前記第１面を放射状にｎ個（ｎは４以上の整数である。）の領域に分割するようにして極性の異なる磁極が交互に配列されてなり、一体成形された成形体を多極着磁してなる１個の多極磁石と、前記多極磁石の前記第１面に対向するようにして設けられてなる磁気検出部とを備え、前記多極磁石は、前記第１面及び前記第２面と実質的に平行な平面内における第１方向及び／又は前記第１方向に直交する第２方向に前記磁気検出部に対して相対的に移動可能に設けられており、前記磁気検出部は、第１磁気検出素子部、第２磁気検出素子部、第３磁気検出素子部及び第４磁気検出素子部を含む１つのブリッジ回路により構成され、前記磁気検出部は、前記多極磁石の前記第１方向への相対的な移動に伴う磁場の変化に応じた信号と、前記多極磁石の前記第２方向への相対的な移動に伴う磁場の変化に応じた信号とを出力可能に構成され、前記第１面に直交する方向において、前記多極磁石及び前記磁気検出部のそれぞれの幾何学的中心が実質的に一致しており、前記多極磁石は、前記極性の異なる磁極間にいずれの極性にも着磁されていないニュートラルゾーンを含み、前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記ニュートラルゾーンの幅は、前記磁気検出部の大きさよりも大きく、前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記磁気検出部は、前記第１磁気検出素子部、前記第２磁気検出素子部、前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部が前記多極磁石の前記磁極に重ならないように設けられていることを特徴とする磁気センサ装置を提供する。

前記磁気センサ装置において、前記ブリッジ回路は、前記第１方向を感磁方向とする前記第１磁気検出素子部及び前記第２磁気検出素子部と、前記第２方向を感磁方向とする前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部とを有していればよく、前記第１〜第４磁気検出素子部のそれぞれは、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を有していればよく、前記第１〜第４磁気検出素子部のそれぞれは、複数の前記磁気検出素子を有し、前記第１磁気検出素子部及び前記第２磁気検出素子部が有する前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向が前記第１方向に実質的に平行であり、前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部が有する前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向が前記第２方向に実質的に平行であってもよい。

前記磁気センサ装置において、前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記ニュートラルゾーンは、前記多極磁石の幾何学的中心から放射状に延びる複数のニュートラルゾーン部を含み、前記ニュートラルゾーンの幅は一定であり、すべての前記ニュートラルゾーン部の幅は、互いに実質的に同一であってもよく、前記磁気検出部は、前記多極磁石の前記第１面との間に所定の間隔をもって設けられていればよく、前記磁気検出部と前記多極磁石の前記第１面との間の間隔が、０．０１〜２０ｍｍであればよい。

前記磁気センサ装置において、前記磁気検出素子としては、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子を用いることができる。

本発明によれば、少なくとも１軸（Ｘ軸）、好ましくは２軸（Ｘ軸及びＹ軸）への磁石の相対的移動による位置検出を高精度に行うことのできる磁気センサ装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す側面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す平面図である。図４は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置におけるセンサ信号の変化の直線性を説明するためのグラフである。図５は、本発明の他の実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す斜視図である。図６は、本発明の他の実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す側面図である。図７は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図８は、本発明の一実施形態に係る磁気センサ装置が有する回路構成の一態様の概略構成を示す回路図である。図９は、本発明の一実施形態における磁気センサ素子の概略構成を示す斜視図である。図１０は、本発明の一実施形態における磁気センサ素子の概略構成を示す断面図である。図１１は、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の磁気センサ装置を用いた、磁気検出部の相対的位置の変化に対するＹ軸方向の磁場強度の変化の直線性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２は、実施例２〜４の磁気センサ装置を用いた、磁気検出部の相対的位置とＸ軸方向の磁場強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３は、実施例２〜４の磁気センサ装置を用いた、磁気検出部の相対的位置とＹ軸方向の磁場強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１４は、実施例５〜７の磁気センサ装置を用いた、磁気検出部の相対的位置とＸ軸方向の磁場強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１５は、実施例５〜７の磁気センサ装置を用いた、磁気検出部の相対的位置とＹ軸方向の磁場強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す側面図であり、図３は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す平面図であり、図４は、本実施形態に係る磁気センサ装置におけるセンサ信号の変化の直線性を説明するためのグラフであり、図５は、他の実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す斜視図であり、図６は、他の実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示す側面図であり、図７は、本実施形態に係る磁気センサ装置の概略構成を示すブロック図であり、図８は、本実施形態に係る磁気センサ装置が有する回路構成の一態様の概略構成を示す回路図である

なお、本実施形態に係る磁気センサ装置において、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向」を規定している。ここで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、本実施形態における多極磁石の第１面及び第２面と実質的に平行な平面内における互いに直交する方向であり、Ｚ軸方向は、多極磁石の厚さ方向（多極磁石の第１面及び第２面に直交する方向）である。

本実施形態に係る磁気センサ装置１は、第１面２１及びそれに対向する第２面２２を有する多極磁石２と、多極磁石２の第１面２１に対向するようにして設けられ、多極磁石２の相対的移動に応じたセンサ信号Ｓを出力する磁気検出部３と、磁気検出部３から出力されたセンサ信号Ｓに基づいて多極磁石２の相対的移動量（物理量）を算出する演算処理部４とを備える。

多極磁石２は、第１面２１側から見たときに、当該第１面２１をｎ個（ｎは４以上の整数である。）の放射状の領域に分割するようにして極性の異なる磁極（Ｎ極及びＳ極）が交互に配列されてなるものである。例えば、図１〜３に示すように、多極磁石２は、第１面２１を４個の放射状の領域に分割するように２個のＮ極と２個のＳ極とが交互に配列されている４極に着磁された磁石であればよい。なお、多極磁石２の態様はこの態様に限定されるものではなく、第１面２１を６個の放射状の領域に分割するように３個のＮ極と３個のＳ極とが交互に配列されている６極に着磁された磁石であってもよいし、第１面２１側を４個の放射状の領域に分割するように２個のＮ極と２個のＳ極とが交互に配列され、かつ第２面２２側は第１面２１側と極性の異なる２個のＮ極とＳ極とが交互に配列されている８極に着磁された磁石であってもよい（図５及び図６参照）。

本実施形態における多極磁石２は、互いに極性の異なる磁極（Ｎ極及びＳ極）の間に、いずれの極性にも着磁されていないニュートラルゾーン２３を含んでいる。多極磁石２がニュートラルゾーン２３を含んでいることで、第１面２１に対向して配置される磁気検出部３から出力されるセンサ信号Ｓに、多極磁石２と磁気検出部３との相対的位置関係（イニシャル状態における位置関係）が大きな影響を与えない。すなわち、多極磁石２と磁気検出部３とのイニシャル状態における相対的位置関係によって、磁気検出部3から出力されるセンサ信号Ｓが実質的に変化しない。このニュートラルゾーン２３の幅Ｗ２３は、０．１〜１０ｍｍ程度であり、０．３〜３ｍｍ程度であればよい。

本実施形態において、多極磁石２は、第１面２１及び第２面２２と実質的に平行な平面内における第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１及びそれに直交する第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２に、磁気検出部３に対して相対的に移動可能に設けられている。なお、多極磁石２は、第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１及び第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２のいずれか一方に相対的に移動可能であってもよい。また、多極磁石２が第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１に移動可能に設けられ、かつ磁気検出部３が第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２に移動可能に設けられていてもよい。

本実施形態において、多極磁石２の形状は、第１面２１及び第２面２２が略円形である略円柱状であるが、この態様に限定されるものではない。多極磁石２の形状は、例えば第１面２１及び第２面２２が略矩形状、略十字状、略正方形の各辺をその内側に向かって湾曲又は屈曲させた形状等である略角柱状等であってもよく、第１面２１又は第２面２２側から見たときの形状が略ｎ回対称（ｎは２以上の偶数である。）であるのが好ましい。第１面２１又は第２面２２側から見たときの形状が略ｎ回対称であることで、多極磁石２が第１方向Ｄ１（例えば＋Ｘ方向）に相対的に移動したときと、その逆方向（例えば−Ｘ方向）に相対的に移動したときとにおいて、多極磁石２により生成される磁場の強度を略均一に変化させることができる。多極磁石２の形状が略円柱状である場合、多極磁石２の第１面２１（又は第２面２２）の直径は１〜１２ｍｍ程度であればよく、多極磁石２の厚みは０．３〜６ｍｍ程度であればよい。

磁気検出部３は、多極磁石２の相対的な移動（第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２への移動）に伴う磁場（多極磁石２から生成される磁場）の変化に応じたセンサ信号Ｓを出力するものであって、多極磁石２の第１面２１に対して所定の間隔Ｇをあけて設けられている。磁気検出部３と多極磁石２の第１面２１との間隔Ｇは、例えば、０．０１〜１０ｍｍ程度であり、好ましくは０．１〜５ｍｍ程度である。なお、間隔Ｇは、多極磁石２の第１面２１と磁気検出部３との間のＺ軸方向における長さである。

磁気検出部３は、多極磁石２の第１面２１に直交する方向に沿って見たときに、その幾何学的中心と多極磁石２の第１面２１の幾何学的中心とを実質的に一致させるようにして設けられている。互いの幾何学的中心が実質的に一致していることで、多極磁石２の第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２への相対的な移動に伴う磁場の変化に応じて磁気検出部３から出力されるセンサ信号Ｓをリニアに変化させることができる。すなわち、磁気検出部３から出力されるセンサ信号Ｓの変化の直線性を向上させることができる。ここで、「互いの幾何学的中心が実質的に一致している」とは、センサ信号Ｓをリニアに変化させ得ることができる程度に磁気検出部３と多極磁石２の第１面２１との互いの幾何学的中心が一致していることを意味し、好ましくは多極磁石２の相対的移動に伴うセンサ信号Ｓの変化の直線性が１００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下になる程度に当該幾何学的中心が一致していればよい。また、センサ信号Ｓの変化の直線性とは、多極磁石２の相対的移動（磁気検出部３の相対的位置の変化）に対するセンサ信号Ｓの理想的な変化と、実際のセンサ信号Ｓの変化との差分の最大値を意味するものとする。

例えば、センサ信号Ｓの変化の直線性は、以下のようにして求められ得る。
まず、多極磁石２の第１面２１と磁気検出部３との互いの幾何学的中心を一致させた状態から、多極磁石２を±Ｘ方向（第１方向Ｄ１）及び±Ｙ方向（第２方向Ｄ２）のそれぞれに±３００μｍの範囲内で相対的に移動させたときのセンサ信号Ｓの理想的な変化を一次関数で表されるグラフＩＧとして作成する。センサ信号Ｓの理想的な変化とは、多極磁石２の第１面２１及び第２面２２が理想的形状（例えば、真円形、正方形等）であって、多極磁石２により生成される磁場の分布が第１面２１上において均一である場合における、多極磁石２の相対的移動に伴うセンサ信号Ｓの変化を意味する。次に、実際に多極磁石２を±Ｘ軸方向（第１方向Ｄ１）及び±Ｙ軸方向（第２方向Ｄ２）のそれぞれに±３００μｍの範囲内で相対的に移動させたときのセンサ信号Ｓの変化のグラフＡＧをグラフＩＧに重ね合わせ、グラフＡＧとグラフＩＧとの間の相対的位置の差分の絶対値の最大値Ｌ_MAXを求める（図４参照）。このようにして求められた最大値Ｌ_MAXを、センサ信号Ｓの変化の直線性とすることができる。

したがって、本実施形態においては、センサ信号Ｓをリニアに変化させ得ることができる程度に多極磁石２の第１面２１との間で幾何学的中心が一致する領域ＡＲ（多極磁石２の第１面２１側から見た領域）内に磁気検出部３の幾何学的中心が位置するように、磁気検出部３が設けられていればよい。当該領域ＡＲは、例えば、０．２〜５ｍｍ×０．２〜５ｍｍ程度の大きさの領域であればよい。

磁気検出部３は、第１磁気検出素子部Ｒ１、第２磁気検出素子部Ｒ２、第３磁気検出素子部Ｒ３及び第４磁気検出素子部Ｒ４を有し、多極磁石２の相対的移動に伴う磁場の変化に基づいて第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２を出力する。第１センサ信号Ｓ１及び第２センサ信号Ｓ２は、差分検出器５を介してセンサ信号Ｓとして演算処理部４に出力される。

演算処理部４は、磁気検出部３から出力されるアナログ信号（センサ信号Ｓ）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換部４１と、Ａ／Ｄ変換部４１によりデジタル変換されたデジタル信号を演算処理し、多極磁石２の相対的移動量（物理量）を算出する演算部４２とを含む。

磁気検出部３が有する第１〜第４磁気検出素子部Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ、少なくとも１つの磁気検出素子を含み、複数の磁気検出素子が直列に接続された構成を有していてもよい。本実施形態において、磁気検出部３は、直列に接続された一対の磁気検出素子を含むホイートストンブリッジ回路３Ａを有する。

図８に示すように、磁気検出部３が有するホイートストンブリッジ回路３Ａは、電源ポートＶ１と、グランドポートＧ１と、２つの出力ポートＥ１，Ｅ２と、直列に接続された第１及び第２磁気検出素子部Ｒ１，Ｒ２と、直列に接続された第３及び第４磁気検出素子部Ｒ３，Ｒ４とを含む。第１及び第３磁気検出素子部Ｒ１，Ｒ３の各一端は、電源ポートＶ１に接続される。第１磁気検出素子部Ｒ１の他端は、第２磁気検出素子部Ｒ２の一端と出力ポートＥ１とに接続される。第３磁気検出素子部Ｒ３の他端は、第４磁気検出素子部Ｒ４の一端と出力ポートＥ２とに接続される。第２及び第４磁気検出素子部Ｒ２，Ｒ４の各他端は、グランドポートＧ１に接続される。電源ポートＶ１には、所定の大きさの電源電圧が印加され、グランドポートＧ１はグランドに接続される。

本実施形態において、ホイートストンブリッジ回路３Ａに含まれる第１〜第４磁気検出素子部Ｒ１〜Ｒ４を構成する磁気検出素子として、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子等のＭＲ素子を用いることができ、特にＴＭＲ素子を用いるのが好ましい。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、印加される磁場の方向に応じて磁化方向が変化する自由層と、磁化固定層及び自由層の間に配置される非磁性層とを含む。ＡＭＲ素子は、形状異方性を有する磁性層を含む。

ＭＲ素子がＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である場合、図９に示すように、ＭＲ素子は、複数の下部電極６１と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極６２とを有する。複数の下部電極６１は、基板（図示せず）上に設けられている。各下部電極６１は細長い形状を有する。下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１の間には、間隙が形成されている。下部電極６１の上面における、長手方向の両端近傍にそれぞれＭＲ膜５０が設けられている。図１０に示すように、ＭＲ膜５０は、平面視略円形状であり、下部電極６１側から順に積層された自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４を含む。自由層５１は、下部電極６１に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料により構成され、磁化固定層５３との間で交換結合を生じさせることで、磁化固定層５３の磁化の方向を固定する役割を果たす。複数の上部電極６２は、複数のＭＲ膜５０上に設けられている。各上部電極６２は細長い形状を有し、下部電極６１の長手方向に隣接する２つの下部電極６１上に配置され、隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。なお、ＭＲ膜５０は、上部電極６２側から順に自由層５１、非磁性層５２、磁化固定層５３及び反強磁性層５４が積層されてなる構成を有していてもよい。また、磁化固定層５３を、強磁性層／非磁性中間層／強磁性層の積層フェリ構造とし、両強磁性層を反強磁性的に結合させてなる、いわゆるセルフピン止め型の固定層（Synthetic Ferri Pinned層，ＳＦＰ層）とすることで、反強磁性層５４が省略されていてもよい。

ＴＭＲ素子においては、非磁性層５２はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子においては、非磁性層５２は非磁性導電層である。ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子において、自由層５１の磁化の方向が磁化固定層５３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°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。

図８において、第１〜第４磁気検出素子部Ｒ１〜Ｒ４を構成する磁気検出素子がＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子である場合、その磁化固定層５３の磁化方向を塗りつぶした矢印で表す。磁気検出部３のホイートストンブリッジ回路３Ａにおいて、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２の磁化固定層５３の磁化方向は第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２に平行であって、磁気検出素子Ｒ１の磁化固定層５３の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ２の磁化固定層５３の磁化方向とは、互いに反平行方向である。また、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４の磁化固定層５３の磁化方向は第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１に平行であって、磁気検出素子Ｒ３の磁化固定層５３の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ４の磁化固定層５３の磁化方向とは、互いに反平行方向である。磁気検出部３において、多極磁石２の相対的移動に伴う磁場の方向の変化に応じて、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差が変化し、磁界強度を表す信号としてのセンサ信号Ｓが演算処理部４に出力される。多極磁石２が相対的に第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２に移動すると、多極磁石２により生成され、各磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１の磁場が変化する。それに伴い、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が変化するが、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は変化しない。これにより生じる出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号がセンサ信号Ｓとして演算処理部４に出力される。また、多極磁石２が相対的に第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１に移動すると、多極磁石２により生成され、各磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２の磁場が変化する。それに伴い、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４の抵抗値が変化するが、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は変化しない。これにより生じる出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号がセンサ信号Ｓとして演算処理部４に出力される。差分検出器５は、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号をセンサ信号Ｓとして演算処理部４のＡ／Ｄ変換部４１に出力する。

上述したように、磁気検出部３における磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２の磁化固定層５３の磁化方向と、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４の磁化固定層５３の磁化方向とは、互いに直交する。これにより、多極磁石２から生成されるＸ軸方向の磁場及びＹ軸方向の磁場を一つの磁気検出部３にて検知することが可能になる。

Ａ／Ｄ変換部４１は、磁気検出部３から出力されるセンサ信号Ｓ（移動量に関するアナログ信号）をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号が演算部４２に入力される。演算部４２は、Ａ／Ｄ変換部４１によりアナログ信号から変換されたデジタル信号についての演算処理を行い、多極磁石２の相対的移動量を算出する。この演算部４２は、例えば、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。

上述したように、本実施形態において、多極磁石２が第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１に相対的に移動すると、多極磁石２により生成され、各磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２の磁場の強度が徐々に変化する。これにより、磁気検出素子Ｒ１，Ｒ２の自由層５１の磁化方向が徐々に変化するため、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応して出力されるセンサ信号Ｓがリニアに変化する。一方、多極磁石２が第２方向（Ｙ軸方向）Ｄ２に相対的に移動すると、多極磁石２により生成され、各磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加される第１方向（Ｘ軸方向）Ｄ１の磁場の強度が徐々に変化する。これにより、磁気検出素子Ｒ３，Ｒ４の自由層５１の磁化方向が徐々に変化するため、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応して出力されるセンサ信号Ｓがリニアに変化する。そのため、本実施形態に係る磁気センサ装置１によれば、２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）への多極磁石２の相対的移動による位置検出を高精度に行うことができる。また、多極磁石２がニュートラルゾーン２３を有していることで、磁気検出部３の位置ずれ（Ｚ軸方向に沿って見たときにおける多極磁石２と磁気検出部３との互いの幾何学的中心の位置ずれ）による磁気センサ装置１の特性（位置検出精度）の変動を小さくすることができる。

したがって、上述した構成を有する磁気センサ装置１は、２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）への多極磁石２の相対的移動による位置検出を高精度に行うことができるため、例えば、カメラ等の撮像装置におけるレンズ駆動機構（光学式手振れ補正機構）、ジョイスティック型入力機構における位置検出装置等として好適に用いられ得る。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

上記実施形態において、２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）への多極磁石２の相対的移動量を検出可能な磁気センサ装置１を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、磁気センサ装置１は、１軸方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）への多極磁石２の相対的移動量を検出可能なものとして用いられてもよい。

上記実施形態において、ニュートラルゾーン２３を含む多極磁石２を有する磁気センサ装置１を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではない。例えば、磁気センサ装置１が有する多極磁石２は、ニュートラルゾーン２３を含まないものであってもよい。この場合において、ニュートラルゾーン２３を含む多極磁石２を有する磁気センサ装置１に比して、多極磁石２と磁気検出部３との相対的位置関係（イニシャル状態における位置関係）によるセンサ信号Ｓの変動が大きくなりやすいため、磁気検出部３を設けることのできる領域ＡＲの大きさが小さくなる。

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１〜３に示す磁気センサ装置１において、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた。そのシミュレーション結果から、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化に対する磁場強度Ｂｙの変化の直線性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を求めた（Ｅ１）。なお、上記磁気センサ装置１において、多極磁石２の直径を４ｍｍ、厚みを４ｍｍ、第１面２１と磁気検出部３との間隔Ｇを２ｍｍとした。また、イニシャル状態において、多極磁石２の幾何学的中心と磁気検出部３の幾何学的中心とを完全に一致させた。結果を図１１に示す。

〔実施例２〕
図５及び図６に示す磁気センサ装置１を用いた以外、すなわち多極磁石２を８極に着磁された磁石に変更した以外は、実施例１と同様にして相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化に対する磁場強度Ｂｙの変化の直線性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を求めた（Ｅ２）。結果を図１１にあわせて示す。

〔比較例１〕
厚さ方向に磁化方向を有する２極に着磁された磁石（直径：４ｍｍ、厚み：４ｍｍ）を上記多極磁石２に代えて用いた以外は、実施例１と同様の構成を有する磁気センサ装置について、同様に相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化に対する磁場強度Ｂｙの変化の直線性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を求めた（ＣＥ１）。結果を図１１にあわせて示す。

〔比較例２〕
厚さ方向に磁化方向を有する２極に着磁された磁石（直径：２ｍｍ、厚み：４ｍｍ）を上記多極磁石２に代えて用いた以外は、実施例１と同様の構成を有する磁気センサ装置について、同様に相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化に対する磁場強度Ｂｙの変化の直線性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を求めた（ＣＥ２）。結果を図１１にあわせて示す。

図１１に示すグラフから明らかなように、実施例１及び実施例２の磁気センサ装置１においては、比較例１及び比較例２の磁気センサ装置に比べて、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の変化に対する磁場強度Ｂｙの変化の直線性に優れるため、高精度に位置検出が可能であることが確認された。

〔実施例３〕
磁気検出部３の幾何学的中心を多極磁石２の幾何学的中心から＋Ｘ方向に１．５ｍｍずらして磁気検出部３を配置した以外は、実施例１と同様の構成を有する磁気センサ装置１を用いて、多極磁石２をＹ軸方向に沿って−Ｙの地点から＋Ｙの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＸ軸方向の磁場強度Ｂｘとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ３）。また、同様に、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ３）。相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｘとの関係のシミュレーション結果を図１２に、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｙとの関係のシミュレーション結果を図１３に示す。

〔実施例４〕
磁気検出部３の幾何学的中心を多極磁石２の幾何学的中心から−Ｘ方向に１．５ｍｍずらして磁気検出部３を配置した以外は、実施例２と同様の構成を有する磁気センサ装置１を用いて、多極磁石２をＹ軸方向に沿って−Ｙの地点から＋Ｙの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＸ軸方向の磁場強度Ｂｘとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ４）。また、同様に、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ４）。相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｘとの関係のシミュレーション結果を図１２に、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｙとの関係のシミュレーション結果を図１３にあわせて示す。

図１２及び図１３に、参考として実施例２のシミュレーション結果（Ｅ２）もあわせて示す。図１２及び図１３に示すグラフから明らかなように、磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）がずれたとしても、磁気センサ装置１の特性（磁気検出部３からのセンサ信号Ｓの出力）に与える影響が極めて小さいことが確認された。この結果から、多極磁石２と磁気検出部３との組み付け位置に対する裕度が大きく、磁気センサ装置１の製造が容易であるということができる。

〔実施例５〕
ニュートラルゾーンを有しない多極磁石２を備える以外は、実施例２と同様の構成を有する磁気センサ装置１を用いて、多極磁石２をＹ軸方向に沿って−Ｙの地点から＋Ｙの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＸ軸方向の磁場強度Ｂｘとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ５）。また、同様に、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ５）。相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｘとの関係のシミュレーション結果を図１４に、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｙとの関係のシミュレーション結果を図１５に示す。

〔実施例６〕
磁気検出部３の幾何学的中心を多極磁石２の幾何学的中心から＋Ｙ方向に０．２ｍｍずらして磁気検出部３を配置した以外は、実施例７と同様の構成を有する磁気センサ装置１を用いて、多極磁石２をＹ軸方向に沿って−Ｙの地点から＋Ｙの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＸ軸方向の磁場強度Ｂｘとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ８）。また、同様に、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ８）。相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｘとの関係のシミュレーション結果を図１４に、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｙとの関係のシミュレーション結果を図１５にあわせて示す。

〔実施例７〕
磁気検出部３の幾何学的中心を多極磁石２の幾何学的中心から−Ｙ方向に０．５ｍｍずらして磁気検出部３を配置した以外は、実施例７と同様の構成を有する磁気センサ装置１を用いて、多極磁石２をＹ軸方向に沿って−Ｙの地点から＋Ｙの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＸ軸方向の磁場強度Ｂｘとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ９）。また、同様に、多極磁石２をＸ軸方向に沿って−Ｘの地点から＋Ｘの地点まで移動させたときにおける磁気検出部３の相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、磁気検出素子Ｒ１〜Ｒ４に印加されるＹ軸方向の磁場強度Ｂｙとの関係をシミュレーションにより求めた（Ｅ９）。相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｘとの関係のシミュレーション結果を図１４に、相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）と磁場強度Ｂｙとの関係のシミュレーション結果を図１５にあわせて示す。

図１４及び図１５に示す結果から明らかなように、多極磁石２がニュートラルゾーン２３を有することで、多極磁石２と磁気検出部３との相対的位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）の位置ずれにより、磁気センサ装置１の特性（磁気検出部３からのセンサ信号Ｓの出力）に大きな影響を与え難いということができる。

１…磁気センサ装置
２…多極磁石
２１…第１面
２２…第２面
３…磁気検出部
Ｒ１〜Ｒ４…磁気検出素子

Claims

第１面及び当該第１面に対向する第２面を有し、前記第１面を放射状にｎ個（ｎは４以上の整数である。）の領域に分割するようにして極性の異なる磁極が交互に配列されてなり、一体成形された成形体を多極着磁してなる１個の多極磁石と、
前記多極磁石の前記第１面に対向するようにして設けられてなる磁気検出部と
を備え、
前記多極磁石は、前記第１面及び前記第２面と実質的に平行な平面内における第１方向及び／又は前記第１方向に直交する第２方向に前記磁気検出部に対して相対的に移動可能に設けられており、
前記磁気検出部は、第１磁気検出素子部、第２磁気検出素子部、第３磁気検出素子部及び第４磁気検出素子部を含む１つのブリッジ回路により構成され、
前記磁気検出部は、前記多極磁石の前記第１方向への相対的な移動に伴う磁場の変化に応じた信号と、前記多極磁石の前記第２方向への相対的な移動に伴う磁場の変化に応じた信号とを出力可能に構成され、
前記第１面に直交する方向において、前記多極磁石及び前記磁気検出部のそれぞれの幾何学的中心が実質的に一致しており、
前記多極磁石は、前記極性の異なる磁極間にいずれの極性にも着磁されていないニュートラルゾーンを含み、
前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記ニュートラルゾーンの幅は、前記磁気検出部の大きさよりも大きく、
前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記磁気検出部は、前記第１磁気検出素子部、前記第２磁気検出素子部、前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部が前記多極磁石の前記磁極に重ならないように設けられている
ことを特徴とする磁気センサ装置。
前記第１面に直交する方向に沿って見たときに、前記ニュートラルゾーンは、前記多極磁石の幾何学的中心から放射状に延びる複数のニュートラルゾーン部を含み、
前記ニュートラルゾーンの幅は、実質的に一定であり、
すべての前記ニュートラルゾーン部の幅は、互いに実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
前記ブリッジ回路は、前記第１方向を感磁方向とする前記第１磁気検出素子部及び前記第２磁気検出素子部と、前記第２方向を感磁方向とする前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
前記第１〜第４磁気検出素子部のそれぞれは、磁化方向が固定されてなる磁化固定層を含む磁気検出素子を有することを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ装置。
前記第１〜第４磁気検出素子部のそれぞれは、複数の前記磁気検出素子を有し、
前記第１磁気検出素子部及び前記第２磁気検出素子部が有する前記磁気検出素子の前記磁化固定層の前記磁化方向が前記第１方向に実質的に平行であり、前記第３磁気検出素子部及び前記第４磁気検出素子部が有する前記磁気検出素子の前記磁化固定層の磁化方向が前記第２方向に実質的に平行であることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ装置。
前記磁気検出部は、前記多極磁石の前記第１面との間に所定の間隔をもって設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気センサ装置。
前記磁気検出部と前記多極磁石の前記第１面との間の間隔が、０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ装置。
前記磁気検出素子は、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁気センサ装置。