WO2022004427A1 - 位置検出装置 - Google Patents

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WO2022004427A1
WO2022004427A1 PCT/JP2021/023172 JP2021023172W WO2022004427A1 WO 2022004427 A1 WO2022004427 A1 WO 2022004427A1 JP 2021023172 W JP2021023172 W JP 2021023172W WO 2022004427 A1 WO2022004427 A1 WO 2022004427A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetic sensor
magnetic field
movable magnet
axis direction
magnet
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/023172
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English (en)
French (fr)
Inventor
大佐 中村
拓也 杉本
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Publication of WO2022004427A1 publication Critical patent/WO2022004427A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device.
  • Patent Document 1 As a prior document disclosing the configuration of the position detection device, there is US Pat. No. 10,365,121 (Patent Document 1).
  • the position detection device described in Patent Document 1 includes a magnetic sensor fixed on a substrate, a position detection magnet fixed to a lens carrier that can move in a direction orthogonal to the substrate, and an autofocus that moves the lens carrier. It is equipped with an actuator.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a position detection device having high position detection accuracy by improving the displacement detection accuracy of a movable magnet by a magnetic sensor.
  • the position detection device based on the present invention includes a fixed magnet, a movable magnet, and a magnetic sensor.
  • the fixed magnet generates a first magnetic field.
  • the movable magnet generates a second magnetic field.
  • the magnetic sensor detects a detection target magnetic field, which is a combined magnetic field of a first magnetic field applied from a fixed magnet and a second magnetic field applied from a movable magnet, and generates a detection signal corresponding to the direction of the detection target magnetic field.
  • the movable magnet is supported by a lens holder that holds the lens.
  • the position in the first direction when viewed from the optical axis direction is It is farther from the optical axis of the lens than the movable magnet.
  • the movable magnet is located on one side of the second direction perpendicular to the optical axis direction and orthogonal to the first direction with respect to the fixed magnet, so that the movable magnet is viewed from the optical axis direction.
  • the position in the second direction is farther from the optical axis than the fixed magnet.
  • Each of the fixed magnet and the movable magnet is located on one side of the magnetic sensor in a direction parallel to the optical axis direction.
  • the relative position of the movable magnet with respect to the magnetic sensor can be changed in a direction parallel to the optical axis direction.
  • the change in the relative position of the movable magnet with respect to the fixed magnet and the magnetic sensor changes both the direction and the strength of the second magnetic field applied from the movable magnet to the magnetic sensor.
  • the present invention it is possible to improve the displacement detection accuracy of the movable magnet by the magnetic sensor and improve the position detection accuracy of the position detection device.
  • FIG. 3 is a side view of the lens driving device of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow II. It is a top view which shows the phase with respect to the reference angle of the detection target magnetic field detected by the magnetic sensor provided in the position detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a graph which shows the relationship between the phase with respect to the reference angle of the detection target magnetic field applied to a magnetic sensor, and the output of a magnetic sensor in the position detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 9 is a side view of the position detection device of FIG. 9 as viewed from the direction of arrow X.
  • FIG. 9 is a partial plan view of the position detection device of FIG. 9 as viewed from the direction of arrow XI.
  • the first magnetic field and the second magnetic field applied to the magnetic sensor when the movable magnet is located at the first position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens It is a top view which shows the magnetic field and the magnetic field to be detected.
  • the first magnetic field and the second magnetic field applied to the magnetic sensor when the movable magnet is located at the second position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens It is a top view which shows the magnetic field and the magnetic field to be detected.
  • FIG. 11 is a diagram showing the distribution of the minimum magnetic field when the magnetic field to be detected becomes the smallest when the movable magnet moves in the movable range in the Z-axis direction in the XIV portion of FIG. 11.
  • FIG. 11 is a diagram showing a phase displacement of a magnetic field to be detected with respect to a reference angle when a movable magnet moves in a movable range in the Z-axis direction in the XV portion of FIG. 11.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a lens driving device including a position detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the lens driving device of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow II.
  • the direction parallel to the optical axis direction of the lens which will be described later, is the Z-axis direction
  • the first direction which is the direction perpendicular to the optical axis direction of the lens
  • the second direction which is a direction perpendicular to the first direction
  • a lens holder and a connection mechanism which will be described later, are seen through.
  • the lens drive device 100 including the position detection device according to the embodiment of the present invention includes a substrate 110, a lens holder 120, a drive mechanism 130, a movable magnet 140, and magnetism. It is equipped with a sensor 150.
  • the lens holder 120 holds a lens (not shown).
  • the lens holder 120 has a cylindrical shape centered on the optical axis C of the lens shown in FIG.
  • Each of the lens holder 120 and the drive mechanism 130 is mounted on the substrate 110 via the connection mechanism 160.
  • the connection mechanism 160 includes a wire (not shown) connected to the substrate 110.
  • the movable magnet 140 is fixed and supported by the lens holder 120.
  • the magnetic sensor 150 is fixed on the substrate 110.
  • the drive mechanism 130 is a drive mechanism that realizes a so-called autofocus function of moving the lens holder 120 in the optical axis direction of the lens, which is a direction parallel to the optical axis C.
  • the drive mechanism 130 includes a pair of drive coils 131 and a pair of fixed magnets 132.
  • the drive mechanism 130 is a voice coil motor.
  • the drive mechanism 130 can drive the lens holder 120 in the optical axis direction of the lens by the Lorentz force generated when a current flows through each of the pair of drive coils 131.
  • the drive mechanism 130 is not limited to the voice coil motor, and may be made of a piezoelectric element or a shape memory alloy that expands and contracts in the optical axis direction of the lens.
  • a pair of drive coils 131 are attached to both sides of the lens holder 120 in the Y-axis direction.
  • the pair of fixed magnets 132 correspond to the pair of driving coils 131 on a one-to-one basis and are fixed to the connection mechanism 160 while facing each other at intervals in the Y-axis direction.
  • Each of the pair of fixed magnets 132 is located on one side in the Z-axis direction parallel to the optical axis of the lens with respect to the magnetic sensor 150.
  • the magnetizing direction of the fixed magnet 132 is perpendicular to the optical axis direction of the lens.
  • the movable magnet 140 is located on the outer peripheral side of the lens holder 120. As shown in FIG. 2, the movable magnet 140 is located on one side in the Z-axis direction with respect to the magnetic sensor 150.
  • the movable magnet 140 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the movable magnet 140 is smaller than the fixed magnet 132. Therefore, the magnetic field generated by the movable magnet 140 is smaller than the magnetic field generated by the fixed magnet 132.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 is toward the other side in the Z-axis direction parallel to the optical axis direction of the lens. Specifically, one side of the movable magnet 140 is the S pole and the other side of the movable magnet 140 is the N pole in the Z-axis direction.
  • the movable magnet 140 moves in the Z-axis direction together with the lens holder 120. That is, the relative position of the movable magnet 140 with respect to the magnetic sensor 150 can be changed in the Z-axis direction parallel to the optical axis direction of the lens.
  • the magnetic sensor 150 is viewed from a direction parallel to the magnetizing direction of the movable magnet 140 and from an arbitrary direction perpendicular to the magnetizing direction of the movable magnet 140.
  • the magnets are arranged at positions that do not overlap with the movable magnet 140.
  • the position detection device includes a fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150, a movable magnet 140, and a magnetic sensor 150.
  • the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 generates a first magnetic field.
  • the movable magnet 140 generates a second magnetic field.
  • the fixed magnet 132 that generates the first magnetic field constitutes a voice coil motor, but may be a fixed magnet different from the fixed magnet that constitutes the voice coil motor. ..
  • the magnetic sensor 150 detects a detection target magnetic field which is a combined magnetic field of a first magnetic field applied from the fixed magnet 132 and a second magnetic field applied from the movable magnet 140, and outputs a detection signal corresponding to the direction of the detection target magnetic field. Generate.
  • FIG. 3 is a plan view showing the phase of the magnetic field to be detected detected by the magnetic sensor included in the position detection device according to the embodiment of the present invention with respect to the reference angle.
  • the magnetic sensor 150 moves relative to the first magnetic field applied from the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 when the lens holder 120 moves in the optical axis direction of the lens.
  • the detection target magnetic field Ms which is a combined magnetic field with the second magnetic field applied from the movable magnet 140, is detected.
  • the relative position of the movable magnet 140 with respect to the magnetic sensor 150 changes in the Z-axis direction, so that the phase ⁇ of the magnetic field Ms to be detected with respect to the reference angle B passing through the center 150c of the magnetic sensor 150 is displaced.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the phase of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensor with respect to the reference angle and the output of the magnetic sensor in the position detection device according to the embodiment of the present invention.
  • the vertical axis shows the output (Vout) of the magnetic sensor
  • the horizontal axis shows the phase ⁇ (deg) with respect to the reference angle of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensor.
  • the magnetic sensor regardless of the phase ⁇ of the detection target magnetic field Ms with respect to the reference angle B, the magnetic sensor when the detection target magnetic field Ms equal to or higher than the saturated magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element constituting the magnetic sensor 150.
  • the transition of the output (Vout) of 150 is shown.
  • the output (Vout) of the magnetic sensor 150 is between the phase ⁇ ( ⁇ 180 ° ⁇ ⁇ ⁇ 180 °) of the magnetic field Ms to be detected applied to the magnetic sensor 150 with respect to the reference angle B.
  • the relationship of Vout sin ⁇ is satisfied.
  • the magnetic sensor 150 detects the phase ⁇ of the magnetic field Ms to be detected with respect to the reference angle B. It is possible to do. That is, the phase ⁇ of the magnetic field Ms to be detected with respect to the reference angle B can be detected by the magnetic sensor 150 in the range of the substantially linear inclined portion other than the curved apex portion in the sine curve.
  • the magnetic sensor 150 included in the position detection device according to the embodiment of the present invention is arranged at a position where the phase ⁇ does not become 90 ° and ⁇ 90 °.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a magnetic sensor included in the position detection device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a magnetic sensor included in the position detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, the magnetic sensor is viewed from the same direction as in FIG.
  • the magnetic sensor 150 has a plurality of magnetoresistive effect elements constituting a bridge circuit.
  • the magnetic sensor 150 includes a first magnetoresistive element MR1, a second magnetoresistive element MR2, a third magnetoresistive element MR3, and a fourth magnetoresistive element MR4. There is.
  • Each is provided on the upper surface of the sensor substrate 151.
  • a power supply terminal Vcc, a ground terminal GND, a first output terminal V +, and a second output terminal V- are provided on the sensor board 151.
  • the detection target magnetic field Ms is applied to the magnetic sensor 150 in the direction along the upper surface of the sensor substrate 151.
  • the first magnetoresistive sensor MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 are electrically connected to each other to form a Wheatstone bridge type bridge circuit. There is.
  • the magnetic sensor 150 may have a half-bridge circuit composed of the first magnetoresistive element MR1 and the second magnetoresistive element MR2.
  • the series connection of the first magnetoresistive element MR1 and the second magnetoresistive element MR2 and the series connection of the third magnetoresistive element MR3 and the fourth magnetoresistive element MR4 are the power supply terminal Vcc and the ground terminal GND. It is connected in parallel with.
  • the first output terminal V + is connected to the connection point between the first magnetoresistive sensor MR1 and the second magnetoresistive element MR2.
  • a second output terminal V- is connected to a connection point between the third magnetoresistive sensor MR3 and the fourth magnetoresistive sensor MR4.
  • Each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 is a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element.
  • each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 is substantially rectangular.
  • the first magnetoresistive effect element MR1, the second magnetoresistive effect element MR2, the third magnetoresistive effect element MR3, and the fourth magnetoresistive effect element MR4 have a substantially square shape as a whole.
  • the center 150c of the magnetic sensor 150 is located at the center of this square.
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view showing the VII portion of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken from the direction of the arrow along line VIII-VIII of FIG.
  • each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 has a plurality of TMR elements 10 in series. It is connected and configured. The plurality of TMR elements 10 are provided in a matrix.
  • the multilayer element 10b is composed of a plurality of TMR elements 10 that are laminated and connected in series with each other.
  • the element row 10c is composed of a plurality of multilayer elements 10b connected in series with each other.
  • the plurality of element trains 10c are alternately connected by leads 20 at one end and the other end.
  • a plurality of TMR elements 10 are electrically connected in series in each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4. Has been done.
  • the upper electrode layer 18 of the TMR element 10 located on the lower side of the multilayer element 10b and the lower electrode layer 11 of the TMR element 10 located on the upper side are integrally configured as the intermediate electrode layer 19. ing. That is, the upper electrode layer 18 and the lower electrode layer 11 in the TMR element 10 adjacent to each other in the multilayer element 10b are integrally configured as the intermediate electrode layer 19.
  • the TMR element 10 of each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 is the lower electrode layer 11.
  • the lower electrode layer 11 includes, for example, a metal layer containing Ta and Cu or a metal compound layer.
  • the antiferromagnetic layer 12 is provided on the lower electrode layer 11 and includes, for example, a metal compound layer such as IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, RuRhMn or CrPtMn.
  • the first reference layer 13 is provided on the antiferromagnetic layer 12, and includes, for example, a ferromagnetic layer such as CoFe.
  • the non-magnetic intermediate layer 14 is provided on top of the first reference layer 13 and is selected from, for example, at least one of Ru, Cr, Rh, Ir and Re, or an alloy of two or more of these metals. Includes a layer of The second reference layer 15 is provided on the non-magnetic intermediate layer 14 and includes, for example, a ferromagnetic layer such as CoFe or CoFeB.
  • the tunnel barrier layer 16 is provided on the second reference layer 15 and is a layer made of an oxide containing at least one or two or more of Mg, Al, Ti, Zn, Hf, Ge and Si such as magnesium oxide. including.
  • the free layer 17 is provided on the tunnel barrier layer 16 and includes, for example, CoFeB or a layer made of at least one or more alloys such as Co, Fe and Ni.
  • the upper electrode layer 18 is provided on the free layer 17 and includes, for example, a metal layer such as Ta, Ru or Cu.
  • the magnetization direction of each pin layer of the first magnetoresistive sensor MR1 and the fourth magnetoresistive element MR4 and the magnetization direction of each pin layer of the second magnetoresistive element MR2 and the third magnetoresistive element MR3 are , 180 ° opposite to each other.
  • Each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 replaces the TMR element with a GMR (Giant Magneto Resistance) element.
  • GMR Global Magneto Resistance
  • it may have a magnetoresistive element such as an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) element.
  • the lens holder 120 can be moved in the optical axis direction of the lens by feedback-controlling the linear output obtained from the magnetic sensor 150 and adjusting the amount of current flowing through the drive coil 131.
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement and magnetizing direction of each of the fixed magnet and the movable magnet in the position detection device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of the position detection device of FIG. 9 as viewed from the direction of arrow X.
  • FIG. 11 is a partial plan view of the position detection device of FIG. 9 as viewed from the direction of arrow XI. In FIGS. 9 to 11, the lens holder and the connection mechanism are not shown.
  • the substrate 110 has a rectangular outer shape. Specifically, the outer shape of the substrate 110 is the first side 111 and the second side 112 located parallel to each other in the Y-axis direction, and the third side located parallel to each other in the X-axis direction. It is composed of a side 113 and a fourth side 114.
  • the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 is on one side in the Y-axis direction with respect to the movable magnet 140.
  • the position in the Y-axis direction is farther from the optical axis C of the lens than the movable magnet 140 when viewed from the optical axis direction of the lens.
  • the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 extends along the second side 112 of the substrate 110 when viewed from the optical axis direction of the lens.
  • the movable magnet 140 Since the movable magnet 140 is located on one side in the X-axis direction with respect to the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150, the position in the X-axis direction when viewed from the optical axis direction of the lens is the magnetic sensor. It is far from the optical axis C of the lens from the fixed magnet 132 located closer to 150. Specifically, the movable magnet 140 extends along the fourth side 114 of the substrate 110 when viewed from the optical axis direction of the lens.
  • Each of the fixed magnet 132 and the movable magnet 140 located closer to the magnetic sensor 150 is located on one side in the Z-axis direction with respect to the magnetic sensor 150.
  • the magnetizing direction D3 of the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 is a magnetic sensor with respect to the fixed magnet 132. It faces the other side in the Y-axis direction, which is the side where 150 is located. Specifically, in the Y-axis direction, one side of the fixed magnet 132 is the S pole, and the other side of the fixed magnet 132 is the N pole.
  • the magnetizing direction D4 of the movable magnet 140 faces the other side in the Z-axis direction. Specifically, one side of the movable magnet 140 is the S pole and the other side of the movable magnet 140 is the N pole in the Z-axis direction.
  • At least a part of the magnetic sensor 150 is a virtual line segment connecting the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 and the movable magnet 140 in the shortest time when viewed from the optical axis direction of the lens. It is located on L.
  • the shortest distance between the magnetic sensor 150 and the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 when viewed from the optical axis direction of the lens is shorter than the shortest distance between the magnetic sensor 150 and the movable magnet 140. That is, the magnetic sensor 150 is located closer to the fixed magnet 132 than the movable magnet 140.
  • FIG. 12 shows a first position, which is applied to the magnetic sensor when the movable magnet is located at the first position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens in the position detection device according to the embodiment of the present invention. It is a top view which shows the magnetic field, the 2nd magnetic field, and the magnetic field to be detected.
  • the magnetic sensor 150 when the movable magnet 140 is located at the first position in the Z-axis direction, the magnetic sensor 150 is positioned closer to the magnetic sensor 150.
  • a first magnetic field M3 generated from the fixed magnet 132 and a second magnetic field M4 generated from the movable magnet 140 are applied.
  • the relative angle between the direction of the first magnetic field M3 and the direction of the second magnetic field M4 applied to the magnetic sensor 150 is ⁇ , and the detection target magnetic field Ms which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4 is used as a reference.
  • ⁇ be the phase with respect to the angle B.
  • FIG. 13 shows a first position detected device according to an embodiment of the present invention, in which a movable magnet is applied to a magnetic sensor when it is located at a second position in a direction parallel to the optical axis direction of the lens. It is a top view which shows the magnetic field, the 2nd magnetic field, and the magnetic field to be detected.
  • the movable magnet 140 moves in the Z-axis direction together with the lens holder 120 and is positioned at the second position in the Z-axis direction, it is magnetic.
  • a first magnetic field M3 generated from the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 and a second magnetic field M4 generated from the movable magnet 140 are applied to the sensor 150.
  • each of the fixed magnet 132 and the magnetic sensor 150 is fixed, as shown in FIGS. 12 and 13, the direction of the first magnetic field M3 applied to the magnetic sensor 150 from the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150. And the strength does not change.
  • the movable magnet 140 moves in the Z-axis direction, the direction and strength of the second magnetic field M4 applied from the movable magnet 140 to the magnetic sensor 150 change.
  • the phase ⁇ of the detection target magnetic field Ms which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4, with respect to the reference angle B is applied to the magnetic sensor 150 as the first magnetic field M3. It is displaced by the change of the relative angle ⁇ formed by the direction of the second magnetic field M4 and the change of the strength of the second magnetic field M4.
  • the magnetic field Ms to be detected is the saturated magnetic field of each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 constituting the magnetic sensor 150.
  • the output value of the magnetic sensor 150 is affected by the change in the intensity of the detection target magnetic field Ms.
  • the output value of the magnetic sensor 150 changes not only by the change in the direction of the magnetic field Ms to be detected but also by the change in the intensity of the magnetic field Ms to be detected, and the displacement detection accuracy of the movable magnet 140 by the magnetic sensor 150 is lowered. .. Therefore, the magnetic field Ms to be detected is saturated with each of the first magnetoresistive element MR1, the second magnetoresistive element MR2, the third magnetoresistive element MR3, and the fourth magnetoresistive element MR4 constituting the magnetic sensor 150. It is necessary to be above the magnetic field.
  • the distribution of the minimum magnetic field when the magnetic field Ms to be detected becomes the smallest when the movable magnet 140 moves in the movable range in the Z-axis direction, and when the movable magnet 140 moves in the movable range in the Z-axis direction.
  • the result of simulation analysis will be described for the displacement of the phase ⁇ with respect to the reference angle B of the magnetic field Ms to be detected.
  • FIG. 14 is a diagram showing the distribution of the minimum magnetic field when the magnetic field to be detected becomes the smallest when the movable magnet moves in the movable range in the Z-axis direction in the XIV portion of FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing the phase displacement of the magnetic field to be detected with respect to the reference angle when the movable magnet moves in the movable range in the Z-axis direction in the XV portion of FIG.
  • the suitable arrangement position of the magnetic sensor 150 that can secure the largest displacement amount of the phase ⁇ shown in FIG. 15 was specified.
  • the minimum magnetic field is 12.2 mT at the suitable arrangement position of the magnetic sensor 150, and the displacement amount of the phase ⁇ . was 3.7 °.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 is directed to one side in the X-axis direction, the other side in the X-axis direction, one side in the Y-axis direction, the other side in the Y-axis direction, and one side in the Z-axis direction.
  • simulation analysis was performed in the same manner as described above to identify a suitable arrangement position of the magnetic sensor 150.
  • Table 1 below shows the magnetizing direction of the movable magnet 140 and the displacement amount (°) of the minimum magnetic field (mT) and the phase ⁇ at the suitable arrangement position of the magnetic sensor 150.
  • the displacement amount of the phase ⁇ is 3.7 °, which is the largest.
  • the displacement amount of the phase ⁇ was 3.4 °, which was the second largest.
  • the displacement amount of the phase ⁇ was 2.6 °, which was the third largest.
  • the displacement amount of the phase ⁇ was 1.5 °, which was the fourth largest.
  • the displacement amount of the phase ⁇ was 0.8 °.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 is directed to the other side in the Z-axis direction, but only when it is directed to the other side in the Z-axis direction. Instead, it may face one side in the Y-axis direction or the other side in the Y-axis direction. Further, the magnetizing direction of the movable magnet 140 may be one side in the Z-axis direction, one side in the X-axis direction, or the other side in the X-axis direction.
  • the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 is located on one side in the Y-axis direction with respect to the movable magnet 140, so that the lens is When viewed from the optical axis direction, the position in the Y-axis direction is farther from the optical axis C of the lens than the movable magnet 140, and the movable magnet 140 is in the X-axis direction with respect to the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150.
  • the position in the X-axis direction is farther from the optical axis C of the lens than the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 when viewed from the optical axis direction of the lens, and the magnetic sensor 150
  • Each of the fixed magnet 132 and the movable magnet 140 located closer to each other is located on one side in the Z-axis direction with respect to the magnetic sensor 150.
  • the magnetic sensor 150 when the movable magnet 140 moves in the Z-axis direction and the relative position of the movable magnet 140 with respect to the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 and the magnetic sensor 150 changes, the magnetic sensor is changed from the movable magnet 140. Since both the direction and the strength of the second magnetic field applied to the 150 change, it is movable while maintaining the state in which the detection target magnetic field Ms equal to or higher than the saturated magnetic field is applied to the magnetic resistance effect element constituting the magnetic sensor 150. It is possible to arrange the magnetic sensor 150 at a suitable arrangement position where the displacement of the phase ⁇ when the magnet 140 moves in the Z-axis direction can be increased. As a result, the displacement detection accuracy of the movable magnet 140 by the magnetic sensor 150 can be improved, and by extension, the position detection accuracy of the position detection device can be improved.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 is toward the other side in the Z-axis direction parallel to the optical axis direction of the lens.
  • the displacement amount of the phase ⁇ with respect to the reference angle B of the magnetic field Ms to be detected when the movable magnet 140 moves in the movable range in the Z-axis direction is secured to the maximum, and the displacement detection accuracy of the movable magnet 140 by the magnetic sensor 150 is secured.
  • the position detection accuracy of the position detection device can be improved.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 is the direction perpendicular to the optical axis direction of the lens and the Y-axis direction which is the second direction orthogonal to the first direction. It may be facing one side or the other side. Also in this case, the displacement detection accuracy of the movable magnet 140 by the magnetic sensor 150 is secured by ensuring a large displacement amount of the phase ⁇ with respect to the reference angle B of the magnetic field Ms to be detected when the movable magnet 140 moves in the movable range in the Z-axis direction. By extension, the position detection accuracy of the position detection device can be improved.
  • the magnetic sensor 150 has a plurality of magnetoresistive effect elements constituting a bridge circuit. Thereby, the magnetic field Ms to be detected applied in the direction along the upper surface of the sensor substrate 151 can be detected.
  • the magnetic sensor 150 is arranged at a position where the phase ⁇ does not become 90 ° and ⁇ 90 °. As a result, it is possible to prevent the magnetic sensor 150 from deteriorating the displacement detection accuracy of the movable magnet 140.
  • At least a part of the magnetic sensor 150 has the shortest fixed magnet 132 and the movable magnet 140 located closer to the magnetic sensor 150 when viewed from the optical axis direction of the lens. It is located on the virtual line segment L connected by. As a result, the occupied area of the position detection device can be reduced.
  • the shortest distance between the magnetic sensor 150 and the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 when viewed from the optical axis direction of the lens is the magnetic sensor. It is shorter than the shortest distance between the 150 and the movable magnet 140. That is, since the magnetic sensor 150 is located closer to the fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150 than the movable magnet 140, the magnetic resistance effect element constituting the magnetic sensor 150 has a magnetic field to be detected that is equal to or higher than the saturated magnetic field. It is possible to easily maintain the state in which Ms is applied.

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Abstract

磁気センサ(１５０)に対する可動磁石(１４０)の相対的な位置は、レンズの光軸方向に平行な方向に変化可能である。固定磁石(１３２)および磁気センサ(１５０)に対する可動磁石(１４０)の相対的な位置が変化することにより、可動磁石(１４０)から磁気センサ(１５０)に印加される第２磁界の方向および強度の両方が変化する。

Description

位置検出装置
　本発明は、位置検出装置に関する。
　位置検出装置の構成を開示した先行文献として、米国特許第１０３６５１２１号明細書(特許文献１)がある。特許文献１に記載された位置検出装置は、基板上に固定された磁気センサと、基板に直交する方向に移動可能なレンズキャリアに固定された位置検出用磁石と、レンズキャリアを移動させるオートフォーカスアクテュエータとを備えている。
米国特許第１０３６５１２１号明細書
　特許文献１に記載された位置検出装置においては、磁気センサの検出精度を向上させて位置検出精度を向上できる余地がある。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、磁気センサによる可動磁石の変位検出精度を向上させて高い位置検出精度を有する、位置検出装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく位置検出装置は、固定磁石と、可動磁石と、磁気センサとを備える。固定磁石は、第１磁界を発生する。可動磁石は、第２磁界を発生する。磁気センサは、固定磁石から印加される第１磁界と可動磁石から印加される第２磁界との合成磁界であ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。可動磁石は、レンズを保持するレンズホルダに支持されている。固定磁石は、可動磁石に対して、レンズの光軸方向に垂直な方向である第１方向の一方側に位置していることにより、上記光軸方向から見て、上記第１方向における位置が可動磁石よりレンズの光軸から離れている。可動磁石は、固定磁石に対して、上記光軸方向に垂直な方向であり上記第１方向に直交する第２方向の一方側に位置していることにより、上記光軸方向から見て、上記第２方向における位置が固定磁石より上記光軸から離れている。固定磁石および可動磁石の各々は、磁気センサに対して、上記光軸方向に平行な方向の一方側に位置している。磁気センサに対する可動磁石の相対的な位置は、上記光軸方向に平行な方向に変化可能である。固定磁石および磁気センサに対する可動磁石の相対的な位置が変化することにより、可動磁石から磁気センサに印加される第２磁界の方向および強度の両方が変化する。
　本発明によれば、磁気センサによる可動磁石の変位検出精度を向上させて位置検出装置の位置検出精度を向上することができる。
本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の構成を示す斜視図である。 図１のレンズ駆動装置を矢印ＩＩ方向から見た側面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサが検出する検出対象磁界の基準角に対する位相を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、磁気センサに印加される検出対象磁界の基準角に対する位相と、磁気センサの出力との関係を示すグラフである。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサの構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサの回路構成を示す図である。 図５のＶＩＩ部を拡大して示す斜視図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置における、固定磁石および可動磁石の各々の配置および着磁の向きを示す平面図である。 図９の位置検出装置を矢印Ｘ方向から見た側面図である。 図９の位置検出装置を矢印ＸＩ方向から見た部分平面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石がレンズの光軸方向に平行な方向における第１の位置に位置するときに、磁気センサに印加される、第１磁界および第２磁界、並びに検出対象磁界を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石がレンズの光軸方向に平行な方向における第２の位置に位置するときに、磁気センサに印加される、第１磁界および第２磁界、並びに検出対象磁界を示す平面図である。 図１１のＸＩＶ部において、可動磁石がＺ軸方向の可動範囲を移動した際に検出対象磁界が最も小さくなったときの最小磁界の分布を示す図である。 図１１のＸＶ部において、可動磁石がＺ軸方向の可動範囲を移動した際の検出対象磁界の基準角に対する位相の変位を示す図である。
　以下、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置について図を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　図１は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１のレンズ駆動装置を矢印ＩＩ方向から見た側面図である。図１および図２においては、後述するレンズの光軸方向と平行な方向をＺ軸方向、レンズの光軸方向と垂直な方向である第１方向をＹ軸方向、レンズの光軸方向に垂直な方向であり第１方向に直交する第２方向をＸ軸方向として図示している。図１においては、後述するレンズホルダおよび接続機構を透視して図示している。
　図１および図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置１００は、基板１１０と、レンズホルダ１２０と、駆動機構１３０と、可動磁石１４０と、磁気センサ１５０とを備える。
　レンズホルダ１２０は、図示しないレンズを保持する。レンズホルダ１２０は、図２に示すレンズの光軸Ｃを中心とした筒状の形状を有している。レンズホルダ１２０および駆動機構１３０の各々は、接続機構１６０を介して基板１１０に搭載されている。接続機構１６０は、基板１１０に接続された図示しないワイヤを含む。可動磁石１４０は、レンズホルダ１２０に固定されて支持されている。磁気センサ１５０は、基板１１０上に固定されている。
　本発明の一実施の形態においては、駆動機構１３０は、光軸Ｃと平行な方向であるレンズの光軸方向にレンズホルダ１２０を移動させる、いわゆるオートフォーカス機能を実現する駆動機構である。
　駆動機構１３０は、１対の駆動用コイル１３１と、１対の固定磁石１３２とを含む。駆動機構１３０は、ボイスコイルモータである。駆動機構１３０は、１対の駆動用コイル１３１の各々に電流が流れた際に発生するローレンツ力によりレンズホルダ１２０をレンズの光軸方向に駆動することができる。なお、駆動機構１３０は、ボイスコイルモータに限られず、レンズの光軸方向に伸縮する、圧電素子または形状記憶合金で構成されていてもよい。
　１対の駆動用コイル１３１は、レンズホルダ１２０のＹ軸方向の両側に１つずつ取り付けられている。１対の固定磁石１３２は、１対の駆動用コイル１３１に１対１で対応してＹ軸方向に間隔をあけて対向しつつ接続機構１６０に固定されている。１対の固定磁石１３２の各々は、磁気センサ１５０に対してレンズの光軸方向に平行なＺ軸方向の一方側に位置している。固定磁石１３２の着磁方向は、レンズの光軸方向に垂直である。
　図１に示すように、可動磁石１４０は、レンズホルダ１２０の外周側に位置する。図２に示すように、可動磁石１４０は、磁気センサ１５０に対してＺ軸方向の一方側に位置している。
　可動磁石１４０は、直方体状の形状を有している。可動磁石１４０は、固定磁石１３２より小さい。そのため、可動磁石１４０の発生する磁界は、固定磁石１３２の発生する磁界より小さい。本発明の一実施の形態においては、可動磁石１４０の着磁の向きは、レンズの光軸方向に平行なＺ軸方向の他方側に向いている。具体的には、Ｚ軸方向における、可動磁石１４０の一方側がＳ極、可動磁石１４０の他方側がＮ極である。
　本発明の一実施の形態においては、可動磁石１４０は、レンズホルダ１２０とともにＺ軸方向に移動する。すなわち、磁気センサ１５０に対する可動磁石１４０の相対的な位置は、レンズの光軸方向に平行なＺ軸方向に変化可能である。
　図１および図２に示すように、磁気センサ１５０は、可動磁石１４０の着磁方向と平行な方向から見たとき、および、可動磁石１４０の着磁方向と垂直な任意の方向から見たときの各々において、可動磁石１４０と重ならない位置に配置されている。この配置によって、可動磁石１４０がＺ軸方向に移動して固定磁石１３２および磁気センサ１５０に対する可動磁石１４０の相対的な位置が変化した際に、可動磁石１４０から磁気センサ１５０に印加される第２磁界の方向および強度の両方が変化する。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置は、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２と、可動磁石１４０と、磁気センサ１５０とを備える。磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２は、第１磁界を発生する。可動磁石１４０は、第２磁界を発生する。本発明の一実施の形態においては、第１磁界を発生する固定磁石１３２は、ボイスコイルモータを構成しているが、ボイスコイルモータを構成する固定磁石とは別の固定磁石であってもよい。
　磁気センサ１５０は、固定磁石１３２から印加される第１磁界と可動磁石１４０から印加される第２磁界との合成磁界であ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。
　図３は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサが検出する検出対象磁界の基準角に対する位相を示す平面図である。
　図３に示すように、磁気センサ１５０は、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２から印加される第１磁界と、レンズホルダ１２０がレンズの光軸方向に移動する際に相対的に移動する可動磁石１４０から印加される第２磁界との、合成磁界である検出対象磁界Ｍｓを検出する。磁気センサ１５０に対する可動磁石１４０の相対的な位置がＺ軸方向に変化することによって、磁気センサ１５０の中心１５０ｃを通過する基準角Ｂに対する検出対象磁界Ｍｓの位相θが変位する。
　図４は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、磁気センサに印加される検出対象磁界の基準角に対する位相と、磁気センサの出力との関係を示すグラフである。図４においては、縦軸に、磁気センサの出力(Ｖｏｕｔ)、横軸に、磁気センサに印加される検出対象磁界の基準角に対する位相θ(ｄｅｇ)を示している。なお、図４においては、検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θに関わらず、磁気センサ１５０を構成する磁気抵抗効果素子に飽和磁界以上の検出対象磁界Ｍｓが印加されている場合の磁気センサ１５０の出力(Ｖｏｕｔ)の推移を示している。
　図４に示すように、磁気センサ１５０の出力(Ｖｏｕｔ)は、磁気センサ１５０に印加される検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θ(－１８０°≦θ≦１８０°)との間において、Ｖｏｕｔ＝ｓｉｎθの関係を満たす。
　磁気センサ１５０の出力(Ｖｏｕｔ)が検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θに対して線形性を有している範囲において、磁気センサ１５０によって検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θを検出することが可能である。すなわち、ｓｉｎ曲線において湾曲している頂点部以外の略直線状傾斜部の範囲において、磁気センサ１５０によって検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θを検出することができる。
　一方、θ＝９０°またはθ＝－９０°のときは、磁気センサ１５０の出力(Ｖｏｕｔ)が検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θに対して線形性を有さないため、磁気センサ１５０によって検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θを検出することができない。そのため、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサ１５０は、位相θが９０°および－９０°とならない位置に配置されている。
　図５は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサの構成を示す図である。図６は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置が備える磁気センサの回路構成を示す図である。図５においては、図３と同一方向から磁気センサを見て図示している。
　図５および図６に示すように、磁気センサ１５０は、ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子を有している。本発明の一実施の形態においては、磁気センサ１５０は、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４を有している。
　具体的には、図５に示すように、磁気センサ１５０においては、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々が、センサ基板１５１の上面に設けられている。センサ基板１５１上には、電源端子Ｖｃｃ、接地端子ＧＮＤ、第１出力端子Ｖ+および第２出力端子Ｖ-が設けられている。検出対象磁界Ｍｓは、磁気センサ１５０に対して、センサ基板１５１の上面に沿う方向に印加される。
　第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４は、互いに電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成している。なお、磁気センサ１５０は、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１および第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２で構成されるハーフブリッジ回路を有していてもよい。
　第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１および第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２の直列接続体と、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の直列接続体とが、電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されている。第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１と第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２との接続点には、第１出力端子Ｖ+が接続されている。第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３と第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４との接続点には、第２出力端子Ｖ-が接続されている。
　第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々は、ＴＭＲ(Tunnel　Magneto　Resistance)素子である。
　第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々の外形は略矩形状である。第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４は、全体として略正方形状である。この正方形の中心に、磁気センサ１５０の中心１５０ｃが位置している。
　図７は、図５のＶＩＩ部を拡大して示す斜視図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図７に示すように、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々は、複数のＴＭＲ素子１０が直列に接続されて構成されている。複数のＴＭＲ素子１０は、マトリックス状に設けられている。
　具体的には、積層されて互いに直列に接続された複数のＴＭＲ素子１０によって、多層素子１０ｂが構成されている。互いに直列に接続された複数の多層素子１０ｂによって、素子列１０ｃが構成されている。複数の素子列１０ｃは、一端と他端とで交互にリード２０によって接続されている。これにより、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々において、複数のＴＭＲ素子１０が電気的に直列に接続されている。
　図７に示すように、多層素子１０ｂにおいて下側に位置するＴＭＲ素子１０の上部電極層１８と、上側に位置するＴＭＲ素子１０の下部電極層１１とが、中間電極層１９として一体で構成されている。すなわち、多層素子１０ｂ内において互いに隣接するＴＭＲ素子１０における上部電極層１８と下部電極層１１とは、中間電極層１９として一体で構成されている。
　図８に示すように、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々のＴＭＲ素子１０は、下部電極層１１と、反強磁性層１２と、第１リファレンス層１３と、非磁性中間層１４と、第２リファレンス層１５と、トンネルバリア層１６と、フリー層１７と、上部電極層１８とからなる積層構造を有する。
　下部電極層１１は、たとえば、ＴａとＣｕとを含む金属層または金属化合物層を含む。反強磁性層１２は、下部電極層１１の上に設けられ、たとえば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎまたはＣｒＰｔＭｎなどの金属化合物層を含む。第１リファレンス層１３は、反強磁性層１２の上に設けられ、たとえば、ＣｏＦｅなどの強磁性層を含む。
　非磁性中間層１４は、第１リファレンス層１３の上に設けられ、たとえば、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、ＩｒおよびＲｅのうち少なくとも１つから選ばれる、またはこれらの金属のうち２つ以上の合金からなる層を含む。第２リファレンス層１５は、非磁性中間層１４の上に設けられ、たとえば、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢなどの強磁性層を含む。
　トンネルバリア層１６は、第２リファレンス層１５の上に設けられ、酸化マグネシウムなど、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、ＧｅおよびＳｉの少なくとも１つまたは２つ以上を含有する酸化物からなる層を含む。フリー層１７は、トンネルバリア層１６の上に設けられ、たとえば、ＣｏＦｅＢ、もしくは、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉなどの少なくとも１つまたは２つ以上の合金からなる層を含む。上部電極層１８は、フリー層１７の上に設けられ、たとえば、Ｔａ、ＲｕまたはＣｕなどの金属層を含む。
　第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々のピン層の磁化方向と、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２および第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３の各々のピン層の磁化方向とが、互いに１８０°反対になっている。
　なお、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々は、ＴＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant　Magneto　Resistance)素子またはＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)素子などの磁気抵抗効果素子を有していてもよい。
　磁気センサ１５０から得られた線形性を有する出力をフィードバック制御して、駆動用コイル１３１に流れる電流量を調整することにより、レンズの光軸方向にレンズホルダ１２０を移動させることができる。
　図９は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置における、固定磁石および可動磁石の各々の配置および着磁の向きを示す平面図である。図１０は、図９の位置検出装置を矢印Ｘ方向から見た側面図である。図１１は、図９の位置検出装置を矢印ＸＩ方向から見た部分平面図である。図９～図１１においては、レンズホルダおよび接続機構は図示していない。
　図９に示すように、基板１１０は、矩形状の外形を有している。具体的には、基板１１０の外形は、Ｙ軸方向において互いに間隔をあけて平行に位置する第１辺１１１および第２辺１１２と、Ｘ軸方向において互いに間隔をあけて平行に位置する第３辺１１３および第４辺１１４とから構成されている。
　図９～図１１に示すように、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２は、可動磁石１４０に対して、Ｙ軸方向の一方側に位置していることにより、レンズの光軸方向から見て、Ｙ軸方向における位置が可動磁石１４０よりレンズの光軸Ｃから離れている。具体的には、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２は、レンズの光軸方向から見て、基板１１０の第２辺１１２に沿って延在している。
　可動磁石１４０は、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２に対して、Ｘ軸方向の一方側に位置していることにより、レンズの光軸方向から見て、Ｘ軸方向における位置が磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２よりレンズの光軸Ｃから離れている。具体的には、可動磁石１４０は、レンズの光軸方向から見て、基板１１０の第４辺１１４に沿って延在している。
　磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２および可動磁石１４０の各々は、磁気センサ１５０に対して、Ｚ軸方向の一方側に位置している。
　図９および図１１に示すように、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２の着磁の向きＤ３は、当該固定磁石１３２に関して磁気センサ１５０が位置する側であるＹ軸方向の他方側に向いている。具体的には、Ｙ軸方向における、固定磁石１３２の一方側がＳ極、固定磁石１３２の他方側がＮ極である。
　可動磁石１４０の着磁の向きＤ４は、Ｚ軸方向の他方側に向いている。具体的には、Ｚ軸方向における、可動磁石１４０の一方側がＳ極、可動磁石１４０の他方側がＮ極である。
　図９および図１１に示すように、レンズの光軸方向から見て、磁気センサ１５０の少なくとも一部は、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２と可動磁石１４０とを最短で結ぶ仮想線分Ｌ上に位置している。
　レンズの光軸方向から見たときの、磁気センサ１５０と磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２との間の最短距離は、磁気センサ１５０と可動磁石１４０との間の最短距離より短い。すなわち、磁気センサ１５０は、可動磁石１４０よりも固定磁石１３２の近くに位置している。
　図１２は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石がレンズの光軸方向に平行な方向における第１の位置に位置するときに、磁気センサに印加される、第１磁界および第２磁界、並びに検出対象磁界を示す平面図である。
　図１２に示すように、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石１４０がＺ軸方向における第１の位置に位置するとき、磁気センサ１５０には、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２から発生した第１磁界Ｍ３、および、可動磁石１４０から発生した第２磁界Ｍ４の各々が印加される。磁気センサ１５０に印加される、第１磁界Ｍ３の方向と第２磁界Ｍ４の方向とのなす相対角度をδ、第１磁界Ｍ３と第２磁界Ｍ４との合成磁界である検出対象磁界Ｍｓと基準角Ｂに対する位相をθとする。
　図１３は、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石がレンズの光軸方向に平行な方向における第２の位置に位置するときに、磁気センサに印加される、第１磁界および第２磁界、並びに検出対象磁界を示す平面図である。
　図１３に示すように、本発明の一実施の形態に係る位置検出装置において、可動磁石１４０がレンズホルダ１２０とともにＺ軸方向に移動してＺ軸方向における第２の位置に位置するとき、磁気センサ１５０には、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２から発生した第１磁界Ｍ３、および、可動磁石１４０から発生した第２磁界Ｍ４の各々が印加される。
　固定磁石１３２および磁気センサ１５０の各々は固定されているため、図１２および図１３に示すように、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２から磁気センサ１５０に印加される第１磁界Ｍ３の方向および強度は変化しない。一方、可動磁石１４０がＺ軸方向に移動することにより、可動磁石１４０から磁気センサ１５０に印加される第２磁界Ｍ４の方向および強度の各々は変化する。
　その結果、図１３に示すように、第１磁界Ｍ３と第２磁界Ｍ４との合成磁界である検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θは、磁気センサ１５０に印加される、第１磁界Ｍ３の方向と第２磁界Ｍ４の方向とのなす相対角度δの変化、および、第２磁界Ｍ４の強度の変化によって、変位する。
　検出対象磁界Ｍｓが磁気センサ１５０を構成する、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々の飽和磁界である、たとえば１０ｍＴより小さくなると、磁気センサ１５０の出力値が検出対象磁界Ｍｓの強度変化の影響を受ける。
　すなわち、磁気センサ１５０の出力値が、検出対象磁界Ｍｓの方向変化のみならず、検出対象磁界Ｍｓの強度変化によっても変化することになり、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度が低下する。そのため、検出対象磁界Ｍｓは、磁気センサ１５０を構成する、第１磁気抵抗効果素子ＭＲ１、第２磁気抵抗効果素子ＭＲ２、第３磁気抵抗効果素子ＭＲ３および第４磁気抵抗効果素子ＭＲ４の各々の飽和磁界以上であることが必要である。
　磁気センサ１５０を構成する磁気抵抗効果素子に飽和磁界以上の検出対象磁界Ｍｓが印加されている状態を維持しつつ、可動磁石１４０がＺ軸方向に移動した際の位相θの変位が大きいほど、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度を向上することができる。
　ここで、可動磁石１４０がＺ軸方向の可動範囲を移動した際に検出対象磁界Ｍｓが最も小さくなったときの最小磁界の分布、および、可動磁石１４０がＺ軸方向の可動範囲を移動した際の検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θの変位について、シミュレーション解析を行なった結果について説明する。
　図１４は、図１１のＸＩＶ部において、可動磁石がＺ軸方向の可動範囲を移動した際に検出対象磁界が最も小さくなったときの最小磁界の分布を示す図である。図１５は、図１１のＸＶ部において、可動磁石がＺ軸方向の可動範囲を移動した際の検出対象磁界の基準角に対する位相の変位を示す図である。
　図１４に示す最小磁界の分布における最小磁界が１０ｍＴ以上である範囲内において、図１５に示す位相θの変位量を最も大きく確保できる、磁気センサ１５０の好適配置位置を特定した。可動磁石１４０の着磁の向きがＺ軸方向の他方側に向いている本実施の形態においては、磁気センサ１５０の好適配置位置においては、最小磁界は１２．２ｍＴであり、位相θの変位量は３．７°であった。
　可動磁石１４０の着磁の向きを、Ｘ軸方向の一方側、Ｘ軸方向の他方側、Ｙ軸方向の一方側、Ｙ軸方向の他方側、および、Ｚ軸方向の一方側の各々に向いている態様に代えて、上記と同様にシミュレーション解析して、磁気センサ１５０の好適配置位置を特定した。
　下記の表１は、可動磁石１４０の着磁の向きと、磁気センサ１５０の好適配置位置における、最小磁界(ｍＴ)および位相θの変位量(°)とを示したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、可動磁石１４０の着磁の向きがＺ軸方向の他方側を向いているとき、位相θの変位量が３．７°であり、最も大きくなった。可動磁石１４０の着磁の向きがＹ軸方向の一方側を向いているとき、位相θの変位量が３．４°であり、２番目に大きくなった。可動磁石１４０の着磁の向きがＹ軸方向の他方側を向いているとき、位相θの変位量が２．６°であり、３番目に大きくなった。可動磁石１４０の着磁の向きがＺ軸方向の一方側を向いているとき、位相θの変位量が１．５°であり、４番目に大きくなった。可動磁石１４０の着磁の向きが、Ｘ軸方向の一方側、または、Ｘ軸方向の他方側を向いているとき、位相θの変位量は０．８°であった。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、可動磁石１４０の着磁の向きは、Ｚ軸方向の他方側を向いているが、Ｚ軸方向の他方側を向いている場合に限られず、Ｙ軸方向の一方側またはＹ軸方向の他方側を向いていてもよい。さらに、可動磁石１４０の着磁の向きは、Ｚ軸方向の一方側、Ｘ軸方向の一方側、または、Ｘ軸方向の他方側を向いていてもよい。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２が、可動磁石１４０に対して、Ｙ軸方向の一方側に位置していることにより、レンズの光軸方向から見て、Ｙ軸方向における位置が可動磁石１４０よりレンズの光軸Ｃから離れているとともに、可動磁石１４０が、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２に対して、Ｘ軸方向の一方側に位置していることにより、レンズの光軸方向から見て、Ｘ軸方向における位置が磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２よりレンズの光軸Ｃから離れており、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２および可動磁石１４０の各々が、磁気センサ１５０に対して、Ｚ軸方向の一方側に位置している。
　この配置によって、可動磁石１４０がＺ軸方向に移動して磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２および磁気センサ１５０に対する可動磁石１４０の相対的な位置が変化した際に、可動磁石１４０から磁気センサ１５０に印加される第２磁界の方向および強度の両方が変化するため、磁気センサ１５０を構成する磁気抵抗効果素子に飽和磁界以上の検出対象磁界Ｍｓが印加されている状態を維持しつつ、可動磁石１４０がＺ軸方向に移動した際の位相θの変位を大きくすることができる、好適配置位置に磁気センサ１５０を配置することが可能となる。その結果、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度を向上することができ、ひいては、位置検出装置の位置検出精度を向上することができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、可動磁石１４０の着磁の向きは、レンズの光軸方向に平行なＺ軸方向の他方側に向いている。これにより、可動磁石１４０がＺ軸方向の可動範囲を移動した際の検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θの変位量を最も大きく確保して、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度を向上することができ、ひいては、位置検出装置の位置検出精度を向上することができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、可動磁石１４０の着磁の向きは、レンズの光軸方向に垂直な方向であり第１方向に直交する第２方向であるＹ軸方向の一方側または他方側に向いていてもよい。この場合も、可動磁石１４０がＺ軸方向の可動範囲を移動した際の検出対象磁界Ｍｓの基準角Ｂに対する位相θの変位量を大きく確保して、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度を向上することができ、ひいては、位置検出装置の位置検出精度を向上することができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、磁気センサ１５０は、ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子を有している。これにより、センサ基板１５１の上面に沿う方向に印加される検出対象磁界Ｍｓを検出することができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、磁気センサ１５０は、位相θが９０°および－９０°とならない位置に配置されている。これにより、磁気センサ１５０による可動磁石１４０の変位検出精度が低下することを抑制することができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、レンズの光軸方向から見て、磁気センサ１５０の少なくとも一部は、磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２と可動磁石１４０とを最短で結ぶ仮想線分Ｌ上に位置している。これにより、位置検出装置の占有面積を小さくすることができる。
　本発明の一実施の形態に係る位置検出装置においては、レンズの光軸方向から見たときの、磁気センサ１５０と磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２との間の最短距離は、磁気センサ１５０と可動磁石１４０との間の最短距離より短い。すなわち、磁気センサ１５０は、可動磁石１４０よりも磁気センサ１５０寄りに位置する固定磁石１３２の近くに位置していることにより、磁気センサ１５０を構成する磁気抵抗効果素子に飽和磁界以上の検出対象磁界Ｍｓが印加された状態を維持しやすくすることができる。
　上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　ＴＭＲ素子、１０ｂ　多層素子、１０ｃ　素子列、１１　下部電極層、１２　反強磁性層、１３　第１リファレンス層、１４　非磁性中間層、１５　第２リファレンス層、１６　トンネルバリア層、１７　フリー層、１８　上部電極層、１９　中間電極層、２０　リード、１００　レンズ駆動装置、１１０　基板、１１１　第１辺、１１２　第２辺、１１３　第３辺、１１４　第４辺、１２０　レンズホルダ、１３０　駆動機構、１３１　駆動用コイル、１３２　固定磁石、１４０　可動磁石、１５０　磁気センサ、１５０ｃ　磁気センサの中心、１５１　センサ基板、１６０　接続機構、Ｂ　基準角、Ｃ　光軸、Ｄ３，Ｄ４　着磁の向き、ＧＮＤ　接地端子、Ｌ　仮想線分、Ｍ３　第１磁界、Ｍ４　第２磁界、ＭＲ１　第１磁気抵抗効果素子、ＭＲ２　第２磁気抵抗効果素子、ＭＲ３　第３磁気抵抗効果素子、ＭＲ４　第４磁気抵抗効果素子、Ｍｓ　検出対象磁界、Ｖ+　第１出力端子、Ｖ-　第２出力端子、Ｖｃｃ　電源端子。

Claims (7)

  1. 　第１磁界を発生する固定磁石と、
    　第２磁界を発生する可動磁石と、
    　前記固定磁石から印加される前記第１磁界と前記可動磁石から印加される前記第２磁界との合成磁界である検出対象磁界を検出し、前記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とを備え、
    　前記可動磁石は、レンズを保持するレンズホルダに支持されており、
    　前記固定磁石は、前記可動磁石に対して、前記レンズの光軸方向に垂直な方向である第１方向の一方側に位置していることにより、前記光軸方向から見て、前記第１方向における位置が前記可動磁石より前記レンズの光軸から離れており、
    　前記可動磁石は、前記固定磁石に対して、前記光軸方向に垂直な方向であり前記第１方向に直交する第２方向の一方側に位置していることにより、前記光軸方向から見て、前記第２方向における位置が前記固定磁石より前記光軸から離れており、
    　前記固定磁石および前記可動磁石の各々は、前記磁気センサに対して、前記光軸方向に平行な方向の一方側に位置しており、
    　前記磁気センサに対する前記可動磁石の相対的な位置は、前記光軸方向に平行な方向に変化可能であり、
    　前記固定磁石および前記磁気センサに対する前記可動磁石の相対的な位置が変化することにより、前記可動磁石から前記磁気センサに印加される前記第２磁界の方向および強度の両方が変化する、位置検出装置。
  2. 　前記可動磁石の着磁の向きは、前記光軸方向に平行な方向の他方側に向いている、請求項１に記載の位置検出装置。
  3. 　前記可動磁石の着磁の向きは、前記第２方向の一方側または他方側に向いている、請求項１に記載の位置検出装置。
  4. 　前記磁気センサは、ブリッジ回路を構成する複数の磁気抵抗効果素子を有している、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. 　前記磁気センサの中心を通過する基準角に対する検出対象磁界の位相をθ(－１８０°≦θ≦１８０°)、前記磁気センサの出力をＶｏｕｔとすると、
    　Ｖｏｕｔ＝ｓｉｎθの関係を満たし、
    　前記磁気センサは、前記位相θが９０°および－９０°とならない位置に配置されている、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. 　前記光軸方向から見て、前記磁気センサの少なくとも一部は、前記固定磁石と前記可動磁石とを最短で結ぶ仮想線分上に位置している、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
  7. 　前記光軸方向から見たときの、前記磁気センサと前記固定磁石との間の最短距離は、前記磁気センサと前記可動磁石との間の最短距離より短い、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
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