JP7284201B2 - 磁気センサ、位置検出装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、上記位置検出装置を備えることを特徴とする電子機器を提供する。
なお、本実施形態におけ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方向、Y方向及びZ方向」を規定している。ここで、X方向及びY方向は、本実施形態における基板104の第1面104A及び第2面104B(図2参照)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方向は、基板104の厚さ方向(基板104の第1面104A及び第2面104Bに直交する方向)である。
駆動装置は、光学式手振れ補正機構及びオートフォーカス機構の一部を構成する。駆動装置、光学式手振れ補正機構及びオートフォーカス機構は、カメラモジュール100の外部の制御部(図示を省略)によって制御される。
制御部によって第1コイル31及び第2コイル32に電流が印加されると、第1磁石21及び第2磁石22から発生される磁界と第1コイル31及び第2コイル32から発生される磁界との相互作用によって、第1磁石21及び第2磁石22が固定されている第1保持部材105は、Y方向に移動する。その結果、レンズ102もY方向に移動する。また、制御部によって第3コイル33及び第4コイル34に電流が印加されると、第3磁石23及び第4磁石24から発生される磁界と第3コイル33及び第4コイル34から発生される磁界との相互作用によって、第3磁石23及び第4磁石24が固定されている第1保持部材105は、X方向に移動する。その結果、レンズ102もX方向に移動する。制御部は、2つの磁気センサ10によって検出される第1磁石21及び第4磁石24の位置に対応する信号に基づいて、レンズ102の位置を検出する。
基板104に対するレンズ102の相対的な位置をZ方向に移動させる場合、制御部は、第1導体部351では+X方向に電流が流れるように、第2導体部352では-X方向に電流が流れるように、第5コイル35に電流を印加し、第1導体部361では-X方向に電流が流れるように、第2導体部362では+X方向に電流が流れるように、第6コイル36に電流を印加する。これらの電流と第1磁石21、第2磁石22、第5磁石25及び第6磁石26から発生される磁界とによって、第5コイル35の第1導体部351及び第2導体部352と第6コイル36の第1導体部361及び第2導体部362とに、Z方向のローレンツ力が作用する。これにより、第5コイル35及び第6コイル36が固定されている第2保持部材106は、Z方向に移動する。その結果、レンズ102もZ方向に移動する。なお、基板104に対するレンズ102の相対的な位置を-Z方向に移動させる場合には、制御部は、第5コイル35及び第6コイル36に、上述したZ方向にレンズ102を移動させる場合と逆方向の電流を印加させればよい。
本実施形態における磁気センサ装置は、第1コイル31の内側に配置されている磁気センサ10と、磁界発生部としての第1磁石21とを備える。また、本実施形態における磁気センサ装置は、第2コイル32の内側に配置されている磁気センサ10と、磁界発生部としての第2磁石22とを備える。以下、第1コイル31の内側に配置されている磁気センサ10と第1磁石21とを備える磁気センサ装置を例に挙げて説明するが、下記の説明は、第2コイル32の内側に配置されている磁気センサ10と第2磁石22とを備える磁気センサ装置にも当て嵌まることは言うまでもない。
磁界検出部12は、第1磁界検出部R1、第2磁界検出部R2、第3磁界検出部R3及び第4磁界検出部R4を含む。第1磁界検出部R1、第2磁界検出部R2、第3磁界検出部R3及び第4磁界検出部R4は、それぞれ、第1磁気抵抗部R11~R41及び第2磁気抵抗部R12~R42を含む。第1磁気抵抗部R11~R41及び第2磁気抵抗部R12~R42のそれぞれは、少なくとも1つの磁気抵抗効果素子120を含んでいればよいが、複数の磁気抵抗効果素子120を直列に接続してなる素子列を含んでいてもよい。図8A~図8Dに示す例において、第1磁気抵抗部R11~R41及び第2磁気抵抗部R12~R42のそれぞれは、8個の磁気抵抗効果素子120を直列に接続してなる素子列を含む。本実施形態においては、第1磁気抵抗部R11~R41に含まれる磁気抵抗効果素子120の数と、第2磁気抵抗部R12~R42に含まれる磁気抵抗効果素子120の数とが同一である態様(図8A~図8D参照)に限定されるものではない。第1磁気抵抗部R11~R41に含まれる磁気抵抗効果素子120の数と、第2磁気抵抗部R12~R42に含まれる磁気抵抗効果素子120の数とは異なっていてもよい。この場合において、第1磁気抵抗部R11~R41に含まれる磁気抵抗効果素子120の数と、第2磁気抵抗部R12~R42に含まれる磁気抵抗効果素子120の数との比(個数比)は、例えば、2:1~10:1又は1:2~1:10程度であればよく、2:1~4:1又は1:2~1:4程度であればよい。第1磁気抵抗部R11~R41に含まれる磁気抵抗効果素子120の数と、第2磁気抵抗部R12~R42に含まれる磁気抵抗効果素子120の数とが同一であると、磁気センサ10に+Y方向のバイアス磁場Hbが印加されても、-Y方向のバイアス磁場Hbが印加されても、磁気センサ装置から安定的な出力を得ることができる。一方で、それらの数が異なると、磁気センサ10に印加されるバイアス磁場Hbの方向によっては磁気センサ装置の感度が低下してしまうが、当該個数比が上記範囲であることで、磁気センサ10に一方向(例えば+Y方向又は-Y方向)のバイアス磁場Hbのみが印加されることで、個数比が1:1(同一)である場合よりも磁気センサ装置の感度を良好にすることができる。
上記式(1)において、G120は「磁気抵抗効果素子120のコンダクタンス(Ω-1)」を表し、ΔG120は「磁気抵抗効果素子120のコンダクタンスの変化振幅(Ω-1)」を表し、δθは「自由層121の磁化の角度変位量(deg)」を表す。
R=R1+R2 ・・・(2)
R=(1/R1+1/R2)-1 ・・・(3)
図8A、図9、図10及び図13Aに示す構成を有する磁気センサ10(Sample 1)を用い、磁場強度10mTのバイアス磁場Hbが磁気センサ10に印加されている条件で、磁気センサ10に印加される第2磁界成分H2の磁場強度の範囲を-10mT~10mTとしたときにおける第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1)及び第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2)、並びに差動出力(dVOUT,V1-V2)をシミュレーションにより求めた。同様にして、バイアス磁場Hbが磁気センサ10に印加されていない条件での第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1’)及び第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2’)及び差動出力(dVOUT,V1’-V2’)もシミュレーションにより求めた。結果を図17A及び図17Bに示す。なお、第1~第4磁界検出部R1~R4に含まれる各磁気抵抗効果素子120の自由層121の異方性磁界を25mTとした。
図8B、図9、図10及び図13Bに示す構成を有する磁気センサ10(Sample 2)を用いた以外は、試験例1と同様にして第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2)及び差動出力(dVOUT,V1-V2)、並びに第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1’)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2’)及び差動出力(dVOUT,V1’-V2’)をシミュレーションにより求めた。結果を図18A及び図18Bに示す。
図8C、図9、図10及び図13Cに示す構成を有する磁気センサ10(Sample 3)を用いた以外は、試験例1と同様にして第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2)及び差動出力(dVOUT,V1-V2)、並びに第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1’)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2’)及び差動出力(dVOUT,V1’-V2’)をシミュレーションにより求めた。結果を図19A及び図19Bに示す。
図8D、図9、図10及び図13Dに示す構成を有する磁気センサ10(Sample 4)を用いた以外は、試験例1と同様にして第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2)及び差動出力(dVOUT,V1-V2)、並びに第1出力ポートE1の出力(VOUT,V1’)、第2出力ポートE2の出力(VOUT,V2’)及び差動出力(dVOUT,V1’-V2’)をシミュレーションにより求めた。結果を図20A及び図20Bに示す。
図17A、図18A、図19A及び図20Aに示す結果から、Sample 1~4の磁気センサ10においては、バイアス磁場Hbが印加された場合においても感度が変動しにくく、かつオフセットが起こりにくいことが確認された。
上記Sample 1及びSample 2において、第1~第4磁界検出部R1~R4のそれぞれの第1磁気抵抗部R11~R41に含まれる磁気抵抗効果素子120の数と、第2磁気抵抗部R12~R42に含まれる磁気抵抗効果素子120の数との比(個数比NR)を1:1,2:1,4:1,10:1とし、バイアス磁場Hbの磁場強度の範囲を-10mT~10mTとし、試験例1と同様にして第1出力ポートE1の出力(V1)、第2出力ポートE2の出力(V2)及び差動出力(V1-V2)をシミュレーションにより求め、磁気センサ装置の感度(S)を求めた。結果を図21A及び図21Bに示す。なお、図21A及び図21Bにおいて、磁気センサ装置の感度(S)の値は、バイアス磁場Hbの磁場強度が0mTのときの感度を「1」として規格化された値である。
11…磁界変換部
111…ヨーク
12…磁界検出部
120…磁気抵抗効果素子
13…磁気シールド
131…第1磁気シールド
132…第2磁気シールド
Claims (15)
- 第1方向に沿って入力される入力磁界を受けて、前記第1方向に直交する第2方向に沿って出力磁界を出力する磁界変換部と、
前記出力磁界が印加され得る位置に設けられている磁界検出部と、
前記第2方向に沿った外部磁界を遮蔽する磁気シールドと
を備え、
前記第1方向に沿って見たときに、前記磁界変換部は、前記第1方向及び前記第2方向の双方に直交する第3方向における長さが前記第2方向における長さよりも長い形状を有し、
前記第1方向に沿って見たときに、前記磁気シールドは、前記磁界変換部及び前記磁界検出部と重なる位置に設けられており、
前記磁界検出部は、第1磁界検出部及び第2磁界検出部を含む第1ブリッジ回路と、第3磁界検出部及び第4磁界検出部を含む第2ブリッジ回路とが並列に接続されたホイートストンブリッジ回路により構成され、
前記第1~第4磁界検出部のそれぞれは、第1磁気抵抗部及び第2磁気抵抗部を含み、
前記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、互いに磁化方向の異なる磁化固定層を含む磁気抵抗効果素子を有し、
前記第1磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向と、前記第2磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層の磁化方向とは、互いに反平行であって、かつ前記第2方向に沿った方向であることを特徴とする磁気センサ。 - 前記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、直列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記ホイートストンブリッジ回路は、電源ポート、グランドポート、第1出力ポート及び第2出力ポートを含み、
前記第1磁界検出部は、前記電源ポートと前記第1出力ポートとの間に設けられ、
前記第2磁界検出部は、前記第1出力ポートと前記グランドポートとの間に設けられ、
前記第3磁界検出部は、前記電源ポートと前記第2出力ポートとの間に設けられ、
前記第4磁界検出部は、前記第2出力ポートと前記グランドポートとの間に設けられ、
前記第1磁界検出部、前記第2磁界検出部、前記第3磁界検出部及び前記第4磁界検出部のうちの2つの磁界検出部に含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、並列接続されており、他の2つの磁界検出部に含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、直列接続されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、それぞれ複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、
前記第1磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数と、前記第2磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数とが同一であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の磁気センサ。 - 記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、それぞれ複数の前記磁気抵抗効果素子を含み、
前記第1磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数は、前記第2磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数よりも多いことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の磁気センサ。 - 前記第1磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数と、前記第2磁気抵抗部に含まれる前記磁気抵抗効果素子の数との比が、2:1~4:1であることを特徴とする請求項6に記載の磁気センサ。
- 前記第1方向に沿って見たときに、前記磁気シールドは、前記第3方向における最大長さが前記第2方向における最大長さよりも長い形状を有することを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の磁気センサ。
- 複数の前記磁界変換部が、前記第2方向に沿って並列していることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記磁気シールドは、第1磁気シールドと第2磁気シールドとを含み、
前記磁界変換部及び前記磁界検出部は、前記第1方向における前記第1磁気シールドと前記第2磁気シールドとの間に設けられていることを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の磁気センサ。 - 前記磁気シールドは、前記磁界変換部及び前記磁界検出部の前記第1方向に沿った一方側又は他方側に位置することを特徴とする請求項1~9のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記第1~第4磁界検出部のそれぞれに含まれる前記第1磁気抵抗部及び前記第2磁気抵抗部は、前記第1方向に沿って見たときに、前記磁界変換部の短手方向の中心を通る軸線であって、前記磁界変換部の長手方向に沿った前記軸線を中心とする線対称の位置に設けられている請求項1~11のいずれかに記載の磁気センサ。
- 前記磁気抵抗効果素子は、TMR素子又はGMR素子であることを特徴とする請求項1~12のいずれかに記載の磁気センサ。
- 請求項1~13のいずれかに記載の磁気センサと、
前記入力磁界を発生する磁界発生部と、
前記磁気センサが設けられている基板と
を備え、
前記磁界発生部は、前記基板に対して前記第2方向及び前記第3方向の少なくとも一方向に沿って相対的に移動可能に前記基板に支持されていることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項14に記載の位置検出装置を備えることを特徴とする電子機器。
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