WO2022004428A1 - 位置検出装置 - Google Patents

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WO2022004428A1
WO2022004428A1 PCT/JP2021/023173 JP2021023173W WO2022004428A1 WO 2022004428 A1 WO2022004428 A1 WO 2022004428A1 JP 2021023173 W JP2021023173 W JP 2021023173W WO 2022004428 A1 WO2022004428 A1 WO 2022004428A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetic field
magnetic
axis direction
generating portion
magnetic sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/023173
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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
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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
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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
    • G01D5/12Mechanical 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
    • G01D5/244Mechanical 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
    • G01D5/245Mechanical 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 is a prior document that discloses the configuration of the position detection device.
  • the position detection device described in Patent Document 1 includes a first magnetic field generating unit, a second magnetic field generating unit, and a magnetic sensor.
  • the second magnetic field generating portion is located ahead of the magnetic sensor in a predetermined direction.
  • the relative positions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion with respect to the magnetic sensor can be changed in a direction parallel to the predetermined direction.
  • the magnetic sensor detects a detection target magnetic field, which is a combined magnetic field of a first magnetic field in a predetermined plane and a second magnetic field in the predetermined plane at a predetermined detection position, and detects a detection signal corresponding to the direction of the detection target magnetic field.
  • the relative positions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion with respect to the magnetic sensor change in a direction parallel to the predetermined direction
  • the direction of the second magnetic field in the predetermined plane changes at the detection position.
  • the strength of the second magnetic field in the predetermined plane changes.
  • the relative angle formed by the direction of the second magnetic field in the predetermined plane with respect to the direction of the first magnetic field in the predetermined plane is larger than 90 ° and smaller than 180 °.
  • the relative angle between the direction of the first magnetic field applied to the magnetic sensor and the direction of the second magnetic field is larger than 90 ° and smaller than 180 °, so that the first magnetic field is smaller.
  • the combined magnetic field of the second magnetic field and the second magnetic field may be smaller than the first magnetic field.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and while suppressing the enlargement of the magnet that generates the magnetic field to be detected, the magnetoresistive sensor constituting the magnetic sensor has a detection target of a saturated magnetic field or more. It is an object of the present invention to provide a position detecting device capable of maintaining a state in which a magnetic field is applied.
  • the position detection device based on the present invention includes a first magnetic field generating unit, a second magnetic field generating unit, and a magnetic sensor.
  • the first magnetic field generating unit generates the first magnetic field.
  • the second magnetic field generating unit generates the second magnetic field.
  • the magnetic sensor detects the detection target magnetic field, which is the combined magnetic field of the first magnetic field applied from the first magnetic field generation unit and the second magnetic field applied from the second magnetic field generation unit, and corresponds to the direction of the detection target magnetic field. Generate a detection signal.
  • the relative angle between the direction of the first magnetic field and the direction of the second magnetic field applied to the magnetic sensor is larger than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the present invention it is possible to maintain a state in which a magnetic field to be detected equal to or higher than the saturated magnetic field is applied to the magnetoresistive effect element constituting the magnetic sensor while suppressing the magnet that generates the magnetic field to be detected from becoming large in size. can.
  • 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 Embodiment 1 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 Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken from the direction of the arrow along the line VIII-VIII of FIG. It is a partial plan view which shows the magnetizing direction of each of the 1st magnetic field generation part and the 2nd magnetic field generation part in the position detection apparatus which concerns on a comparative example.
  • FIG. 1 It is a partial plan view which shows the direction of magnetism of each of the 1st magnetic field generation part and the 2nd magnetic field generation part in the position detection apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • the first magnetic field applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the first position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens.
  • the first magnetic field applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the second position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a lens driving device including a position detection device according to the first 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 described later is the Z-axis direction
  • the direction orthogonal to the Z-axis direction is the X-axis direction
  • the direction orthogonal to each of the X-axis direction and the Z-axis direction It is shown as the Y-axis direction.
  • the lens drive device 100 including the position detection device according to the first 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.
  • 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 parallel to the optical axis direction of the lens 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. Due to this arrangement, when the movable magnet 140 moves in the Z-axis direction and the relative positions of the movable magnet 140 with respect to the fixed magnet 132 which is the first magnetic field generator and the magnetic sensor 150 change, the magnetic sensor is changed from the movable magnet 140. Both the direction and the strength of the second magnetic field applied to 150 change.
  • the position detection device includes a first magnetic field generation unit, a second magnetic field generation unit, and a magnetic sensor 150.
  • the first magnetic field generating unit generates the first magnetic field.
  • the second magnetic field generating unit generates the second magnetic field.
  • the first magnetic field generating unit is composed of a fixed magnet 132 located closer to the magnetic sensor 150.
  • the first magnetic field generating unit is composed of the fixed magnet 132 constituting the voice coil motor, but is configured by a fixed magnet different from the fixed magnet constituting the voice coil motor. May be.
  • the second magnetic field generating portion is composed of a movable magnet 140.
  • the magnetic sensor 150 detects a detection target magnetic field, which is a combined magnetic field of the first magnetic field applied from the first magnetic field generation unit and the second magnetic field applied from the second magnetic field generation unit, and corresponds to the direction of the detection target magnetic field. Generates the detected detection signal.
  • 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 first 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 first 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 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 output (Vout) of the magnetic sensor 150 does not have linearity with respect to the phase ⁇ with respect to the reference angle B of the magnetic field Ms to be detected, so that the magnetic sensor 150 Therefore, the phase ⁇ with respect to the reference angle B of the magnetic field Ms to be detected cannot be detected.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a magnetic sensor included in the position detection device according to the first 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 first 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 has a first magnetoresistive effect element MR1, a second magnetoresistive effect element MR2, a third magnetoresistive effect element MR3, and a fourth magnetoresistive effect 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 partial plan view showing the magnetizing directions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion in the position detection device according to the comparative example.
  • the magnetizing direction D3 of the fixed magnet 132 which is the first magnetic field generating portion, is opposite to the side where the magnetic sensor 150 is located with respect to the fixed magnet 132. It faces one side in the Y-axis direction, which is the side.
  • one side of the fixed magnet 132 is the N pole and the other side of the fixed magnet 132 is the S pole in the Y-axis direction.
  • the magnetizing direction D4 of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion, faces 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.
  • FIG. 10 shows the first magnetic field and the first magnetic field applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the first position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens in the position detecting device according to the comparative example. It is a top view which shows the 2nd magnetic field and the magnetic field to be detected.
  • the relative angle ⁇ which will be described later, is indicated by a value within the range of 0 ° or more and 180 ° or less.
  • the magnetic sensor 150 when the movable magnet 140 is located at the first position in the Z-axis direction, the magnetic sensor 150 has a first magnetic field M3 generated from the fixed magnet 132. Then, each of the second magnetic fields M4 generated from the movable magnet 140 is 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 larger than 90 ° and smaller than 180 °.
  • the phase ⁇ with respect to the detection target magnetic field Ms which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4, and the reference angle B is larger than 90 ° and smaller than 180 °.
  • FIG. 11 shows the first magnetic field and the first magnetic field applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the second position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens in the position detecting device according to the comparative example. It is a top view which shows the 2nd magnetic field and the magnetic field to be detected.
  • the magnetic sensor 150 is subjected to the magnetic sensor 150.
  • Each of the first magnetic field M3 generated from the fixed magnet 132 and the second magnetic field M4 generated from the movable magnet 140 is 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 larger than 90 ° and smaller than 180 °.
  • the phase ⁇ with respect to the detection target magnetic field Ms, which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4, and the reference angle B is larger than ⁇ 180 ° and smaller than ⁇ 90 °.
  • the direction and strength of the second magnetic field M4 applied from the movable magnet 140 to the magnetic sensor 150 change.
  • the detection target magnetic field Ms is smaller than the first magnetic field M3.
  • 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. That is, 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. ..
  • the position detection accuracy may decrease.
  • the magnetic field generated increases as the size increases. Therefore, in order to maintain the detection target magnetic field above the saturated magnetic field in the position detection device according to the comparative example, It is necessary to increase the size of at least one of the fixed magnet 132 and the movable magnet 140.
  • FIG. 12 is a partial plan view showing the magnetizing directions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion in the position detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • the magnetic sensor 150 is positioned with respect to the fixed magnet 132 in the magnetizing direction D3 of the fixed magnet 132 which is the first magnetic field generating portion. It faces the other side in the Y-axis direction, which is the side to be magnetized. 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 which is the second magnetic field generating portion, faces 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 magnetic sensor 150 when viewed from the optical axis direction of the lens, at least a part of the magnetic sensor 150 has a fixed magnet 132 which is a first magnetic field generating portion and a movable magnet 140 which is a second magnetic field generating portion at the shortest. It is located on the connecting virtual line segment L.
  • the shortest distance between the magnetic sensor 150 and the fixed magnet 132, which is the first magnetic field generating portion, when viewed from the optical axis direction of the lens is between the magnetic sensor 150 and the movable magnet 140, which is the second magnetic field generating portion. Shorter than the shortest distance. That is, the magnetic sensor 150 is located closer to the fixed magnet 132 than the movable magnet 140.
  • FIG. 13 is applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the first position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens in the position detecting device according to the first embodiment of the present invention.
  • the relative angle ⁇ which will be described later, is indicated by a value within the range of 0 ° or more and 180 ° or less.
  • the magnetic sensor 150 is generated from the fixed magnet 132.
  • Each of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4 generated from the movable magnet 140 is 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 larger than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the phase ⁇ with respect to the detection target magnetic field Ms, which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4, and the reference angle B is larger than 0 ° and smaller than 90 °.
  • FIG. 14 is applied to the magnetic sensor when the second magnetic field generating portion is located at the second position in the direction parallel to the optical axis direction of the lens in the position detecting device according to the first embodiment of the present invention. , A first magnetic field and a second magnetic field, and a plan view showing a magnetic field to be detected.
  • the movable magnet 140 when 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 and a second magnetic field M4 generated from the movable magnet 140 are applied to the sensor 150.
  • 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 larger than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the phase ⁇ with respect to the detection target magnetic field Ms, which is the combined magnetic field of the first magnetic field M3 and the second magnetic field M4, and the reference angle B is larger than ⁇ 90 ° and smaller than 0 °.
  • the relative angle ⁇ formed by the direction of the first magnetic field M3 and the direction of the second magnetic field M4 is larger than 0 ° and smaller than 90 °, so that the magnetic field Ms to be detected is the first magnetic field M3. And larger than each of the second magnetic fields M4. Therefore, in the position detection device according to the first embodiment of the present invention, it is not necessary to increase the size of at least one of the fixed magnet 132 and the movable magnet 140 in order to maintain the detection target magnetic field above the saturated magnetic field.
  • the magnetic resistance effect element constituting the magnetic sensor 150 has a saturated magnetic field or more while suppressing the magnet that generates the detection target magnetic field Ms from becoming large. The state in which the detection target magnetic field Ms is applied can be maintained.
  • 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. Therefore, the position detection device according to the first embodiment of the present invention can realize the autofocus function.
  • At least a part of the magnetic sensor 150 is a fixed magnet 132 which is a first magnetic field generating part and a second magnetic field generating part when viewed from the optical axis direction of the lens. It is located on the virtual line segment L that connects to a certain movable magnet 140 at the shortest. 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 which is the first magnetic field generating portion 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 which is the second magnetic field generator. That is, since the magnetic sensor 150 is located closer to the fixed magnet 132 than the movable magnet 140, a state in which a 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. It can be easier to maintain.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion, is parallel to the optical axis direction of the lens.
  • the magnetizing direction of the fixed magnet 132 and the magnetizing direction of the movable magnet 140 are orthogonal to each other, so that the fixed magnet 132 and the movable magnet 140 are less likely to be affected by each other.
  • 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.
  • 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 relative angle ⁇ between the direction of the first magnetic field M3 and the direction of the second magnetic field M4 can be larger than 0 ° and smaller than 90 °
  • one side of the movable magnet 140 in the Z-axis direction has an N pole and a movable magnet.
  • the other side of 140 may be the S pole.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion, may be perpendicular to the optical axis direction of the lens.
  • FIG. 15 is a partial plan view showing the magnetizing directions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion in the position detection device according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a partial plan view showing the magnetizing directions of the first magnetic field generating portion and the second magnetic field generating portion in the position detection device according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion, is perpendicular to the optical axis direction of the lens. And along the X-axis direction.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion, is perpendicular to the optical axis direction of the lens. And along the Y-axis direction.
  • the magnetizing direction of the movable magnet 140 which is the second magnetic field generating portion
  • the variation in the position of the movable magnet 140 in the direction perpendicular to the optical axis direction of the lens is the output of the magnetic sensor 150. The effect on the magnetism can be reduced.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a configuration of a drive mechanism of a lens drive device including the position detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a coil configuration in a drive mechanism of a lens drive device including a position detection device according to a second embodiment of the present invention.
  • the drive mechanism of the lens drive device including the position detection device according to the second embodiment of the present invention includes the drive mechanism 130 that realizes the so-called autofocus function of moving the lens holder 120 in the optical axis direction of the lens, and the lens. It includes a drive mechanism that realizes a so-called image stabilization function that moves the lens holder 120 in a direction perpendicular to the optical axis direction.
  • the drive mechanism of the lens drive device including the position detection device according to the second embodiment of the present invention includes a pair of drive coils 131, a pair of fixed magnets 132, and four.
  • a voice coil motor comprising one drive coil 231 and a pair of fixed magnets 232.
  • each of the pair of driving coils 131 and the pair of fixed magnets 132 is the same as that of the position detection device according to the first embodiment.
  • the pair of fixed magnets 232 face each other with a distance in the X-axis direction between the pair of fixed magnets 132.
  • One drive coil 231 is arranged on the other side of each of the pair of fixed magnets 132 and the pair of fixed magnets 232 in the Z-axis direction.
  • the lens holder 120 is subjected to the light of the lens by the Lorentz force generated when a current flows through each of the pair of drive coils 131. It can be driven in the axial direction, and the lens holder 120 can be driven in the direction perpendicular to the optical axis direction of the lens by the Lorentz force generated when a current flows through each of the four drive coils 231.
  • the drive mechanism is not limited to the voice coil motor, and may be composed of a piezoelectric element or a shape memory alloy that expands and contracts in the direction perpendicular to the optical axis direction of the lens and the optical axis direction of the lens.
  • the four drive coils 231 are attached to the lens holder 120.
  • a pair of fixed magnets 232 are fixed to the connection mechanism 160.
  • the magnetizing direction of the fixed magnet 232 is perpendicular to the optical axis direction of the lens.
  • the position detection device includes a first magnetic field generation unit, a second magnetic field generation unit, and a magnetic sensor 150.
  • the first magnetic field generating unit generates the first magnetic field.
  • the second magnetic field generating unit generates the second magnetic field.
  • the first magnetic field generating unit is composed of a fixed magnet 132 and a fixed magnet 232 located closer to the magnetic sensor 150.
  • the first magnetic field generating unit is composed of a fixed magnet 132 and a fixed magnet 232 constituting the voice coil motor, but is fixed separately from the fixed magnet constituting the voice coil motor. It may be composed of a magnet.
  • the second magnetic field generating portion is composed of a movable magnet 140.
  • the lens holder 120 can be moved in the vertical direction.
  • the relative position of the movable magnet 140, which is the second magnetic field generating portion, with respect to the magnetic sensor 150 is a direction parallel to the optical axis direction of the lens. And can change in at least one direction perpendicular to the optical axis.

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Abstract

第1磁界発生部(132)および磁気センサ(150)に対する第2磁界発生部の相対的な位置が変化することにより、第2磁界発生部から磁気センサ(150)に印加される第2磁界(M4)の方向および強度の両方が変化する。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(δ)は、0°より大きく90°より小さい。

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、特許第6365908号(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、第1磁界発生部と、第2磁界発生部と、磁気センサとを備える。第2磁界発生部は、磁気センサに対して所定の方向の先に位置している。第1磁界発生部および磁気センサに対する第2磁界発生部の相対的な位置は、上記所定の方向に平行な方向に変化可能である。磁気センサは、所定の検出位置において所定の平面内における第1磁界と上記所定の平面内における第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。第1磁界発生部および磁気センサに対する第2磁界発生部の相対的な位置が上記所定の方向に平行な方向に変化すると、上記検出位置において、上記所定の平面内における第2磁界の方向は変化しないが、上記所定の平面内における第2磁界の強度は変化する。上記検出位置において、上記所定の平面内における第2磁界の方向が上記所定の平面内における第1磁界の方向に対してなす相対角度は、90°より大きく180°より小さい。
特許第6365908号
 特許文献1に記載された位置検出装置においては、磁気センサに印加される第1磁界の方向と第2磁界の方向とのなす相対角度は、90°より大きく180°より小さいため、第1磁界と第2磁界との合成磁界が第1磁界より小さくなる場合がある。磁気センサが磁気抵抗効果素子で構成されている場合、検出対象磁界が磁気抵抗効果素子の飽和磁界より小さくなると、磁気センサの出力値が検出対象磁界の強度変化の影響を受けるため、磁気センサは磁気抵抗効果素子に飽和磁界が印加された状態で使用される必要がある。特許文献1に記載された位置検出装置において、磁気抵抗効果素子の飽和磁界以上の検出対象磁界が磁気抵抗効果素子に印加される状態を維持するためには、検出対象磁界を発生させる磁石が大型化する。
 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、検出対象磁界を発生させる磁石が大型化することを抑制しつつ、磁気センサ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が印加された状態を維持することができる、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、第1磁界発生部と、第2磁界発生部と、磁気センサとを備える。第1磁界発生部は、第1磁界を発生する。第2磁界発生部は、第2磁界を発生する。磁気センサは、第1磁界発生部から印加される第1磁界と第2磁界発生部から印加される第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。第1磁界発生部および磁気センサに対する第2磁界発生部の相対的な位置が変化することにより、第2磁界発生部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。磁気センサに印加される、第1磁界の方向と第2磁界の方向とのなす相対角度は、0°より大きく90°より小さい。
 本発明によれば、検出対象磁界を発生させる磁石が大型化することを抑制しつつ、磁気センサ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が印加された状態を維持することができる。
本発明の実施の形態1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。 本発明の実施の形態1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。 本発明の実施の形態1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。 本発明の実施の形態1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。 本発明の実施の形態1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。 比較例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。 比較例に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。 比較例に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。 本発明の実施の形態1の第1変形例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。 本発明の実施の形態1の第2変形例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。 本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構におけるコイルの構成を示す斜視図である。
 以下、本発明の各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。
 (実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1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、Z軸方向と直交する方向をX軸方向、X軸方向およびZ軸方向の各々に直交する方向をY軸方向として図示している。
 図1および図2に示すように、本発明の実施の形態1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。
 本発明の実施の形態1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。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。
 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。本発明の実施の形態1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。
 本発明の実施の形態1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軸方向に移動して第1磁界発生部である固定磁石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。
 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置は、第1磁界発生部と、第2磁界発生部と、磁気センサ150とを備える。第1磁界発生部は、第1磁界を発生する。第2磁界発生部は、第2磁界を発生する。本発明の実施の形態1においては、第1磁界発生部は、磁気センサ150寄りに位置する固定磁石132で構成されている。本発明の実施の形態1においては、第1磁界発生部は、ボイスコイルモータを構成する固定磁石132で構成されているが、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構成されていてもよい。第2磁界発生部は、可動磁石140で構成されている。
 磁気センサ150は、第1磁界発生部から印加される第1磁界と第2磁界発生部から印加される第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、本発明の実施の形態1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、本発明の実施の形態1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。
 図5は、本発明の実施の形態1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、本発明の実施の形態1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。本発明の実施の形態1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。
 ここで、磁気センサ150に印加される、第1磁界の方向と第2磁界の方向とのなす相対角度が、90°より大きく180°より小さい、比較例に係る位置検出装置について説明する。
 図9は、比較例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。図9に示すように、比較例に係る位置検出装置においては、第1磁界発生部である固定磁石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が位置する側とは反対側であるY軸方向の一方側に向いている。具体的には、Y軸方向における、固定磁石132の一方側がN極、固定磁石132の他方側がS極である。
 第2磁界発生部である可動磁石140の着磁の向きD4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。
 図10は、比較例に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。なお、後述する相対角度δは、0°以上180°以下の範囲内の値で示す。
 図10に示すように、比較例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、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δは、90°より大きく180°より小さい。このとき、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θは、90°より大きく180°より小さい。
 図11は、比較例に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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に示すように、比較例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、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δは、90°より大きく180°より小さい。このとき、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θは、-180°より大きく-90°より小さい。
 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10および図11に示すように、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。
 比較例においては、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が90°より大きく180°より小さいため、検出対象磁界Msは、第1磁界M3より小さくなる。
 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。その結果、比較例に係る位置検出装置においては、位置検出精度が低下する可能性がある。
 磁石は、材質および残留磁束密度が同一の場合、大きさが大きくなるにしたがって発生する磁界が強くなるため、比較例に係る位置検出装置において検出対象磁界を飽和磁界以上で維持するためには、固定磁石132および可動磁石140の少なくとも一方を大型化する必要がある。
 そこで、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、下記の構成を有している。図12は、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。図12に示すように、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、第1磁界発生部である固定磁石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。
 第2磁界発生部である可動磁石140の着磁の向きD4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。
 図12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、第1磁界発生部である固定磁石132と第2磁界発生部である可動磁石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と第1磁界発生部である固定磁石132との間の最短距離は、磁気センサ150と第2磁界発生部である可動磁石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13は、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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。なお、後述する相対角度δは、0°以上180°以下の範囲内の値で示す。
 図10に示すように、本発明の実施の形態1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、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δは、0°より大きく90°より小さい。このとき、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θは、0°より大きく90°より小さい。
 図14は、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置において、第2磁界発生部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14に示すように、本発明の実施の形態1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、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δは、0°より大きく90°より小さい。このとき、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θは、-90°より大きく0°より小さい。
 本発明の実施の形態1においては、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が0°より大きく90°より小さいため、検出対象磁界Msは、第1磁界M3および第2磁界M4の各々より大きくなる。そのため、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、検出対象磁界を飽和磁界以上で維持するために、固定磁石132および可動磁石140の少なくとも一方を大型化する必要がない。
 すなわち、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、検出対象磁界Msを発生させる磁石が大型化することを抑制しつつ、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することができる。
 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、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。これにより、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置は、オートフォーカス機能を実現することができる。
 本発明の実施の形態1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、第1磁界発生部である固定磁石132と第2磁界発生部である可動磁石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。
 本発明の実施の形態1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と第1磁界発生部である固定磁石132との間の最短距離は、磁気センサ150と第2磁界発生部である可動磁石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。
 本発明の実施の形態1に係る位置検出装置においては、第2磁界発生部である可動磁石140の着磁方向は、レンズの光軸方向に平行である。これにより、固定磁石132の着磁方向と可動磁石140の着磁方向とが直交するため、固定磁石132と可動磁石140とが互いの影響を受けにくくすることができる。
 本発明の実施の形態1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。ただし、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が0°より大きく90°より小さくできる場合は、Z軸方向における、可動磁石140の一方側がN極、可動磁石140の他方側がS極であってもよい。
 なお、第2磁界発生部である可動磁石140の着磁方向は、レンズの光軸方向に垂直であってもよい。図15は、本発明の実施の形態1の第1変形例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。図16は、本発明の実施の形態1の第2変形例に係る位置検出装置における、第1磁界発生部および第2磁界発生部の各々の着磁の向きを示す部分平面図である。
 図15に示すように、本発明の実施の形態1の第1変形例に係る位置検出装置においては、第2磁界発生部である可動磁石140の着磁方向は、レンズの光軸方向に垂直であり、X軸方向に沿っている。図16に示すように、本発明の実施の形態1の第2変形例に係る位置検出装置においては、第2磁界発生部である可動磁石140の着磁方向は、レンズの光軸方向に垂直であり、Y軸方向に沿っている。
 第2磁界発生部である可動磁石140の着磁方向が、レンズの光軸方向に垂直である場合、レンズの光軸方向に垂直な方向における可動磁石140の位置のバラツキが磁気センサ150の出力に与える影響を少なくすることができる。
 (実施の形態2)
 以下、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置について図を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置においては、第1磁界発生部の構成のみ本発明の実施の形態1に係る位置検出装置と異なるため、本発明の実施の形態1に係る位置検出装置と同様である構成については説明を繰り返さない。
 図17は、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構の構成を示す斜視図である。図18は、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構におけるコイルの構成を示す斜視図である。
 本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構は、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130、および、レンズの光軸方向と垂直な方向にレンズホルダ120を移動させる、いわゆる手振れ補正機能を実現する駆動機構を含んでいる。
 図17および図18に示すように、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構は、1対の駆動用コイル131と、1対の固定磁石132と、4つの駆動用コイル231と、1対の固定磁石232とを含む、ボイスコイルモータである。
 1対の駆動用コイル131および1対の固定磁石132の各々の配置は、実施の形態1に係る位置検出装置と同様である。1対の固定磁石232は、1対の固定磁石132の間において互いにX軸方向に間隔をあけて対向している。1対の固定磁石132および1対の固定磁石232の各々のZ軸方向の他方側に、1つずつ駆動用コイル231が配置されている。
 本発明の実施の形態2に係る位置検出装置を含むレンズ駆動装置の駆動機構は、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、4つの駆動用コイル231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と垂直な方向に駆動することができる。
 なお、駆動機構は、ボイスコイルモータに限られず、レンズの光軸方向およびレンズの光軸方向と垂直な方向に伸縮する、圧電素子または形状記憶合金で構成されていてもよい。
 4つの駆動用コイル231は、レンズホルダ120に取り付けられている。1対の固定磁石232は、接続機構160に固定されている。固定磁石232の着磁方向は、レンズの光軸方向に垂直である。
 本発明の実施の形態2に係る位置検出装置は、第1磁界発生部と、第2磁界発生部と、磁気センサ150とを備える。第1磁界発生部は、第1磁界を発生する。第2磁界発生部は、第2磁界を発生する。本発明の実施の形態2においては、第1磁界発生部は、磁気センサ150寄りに位置する、固定磁石132および固定磁石232で構成されている。本発明の実施の形態2においては、第1磁界発生部は、ボイスコイルモータを構成する固定磁石132および固定磁石232で構成されているが、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構成されていてもよい。第2磁界発生部は、可動磁石140で構成されている。
 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および駆動用コイル231に流れる電流量を調整することにより、レンズの光軸方向およびレンズの光軸方向とは垂直な方向にレンズホルダ120を移動させることができる。
 上記の構成により、本発明の実施の形態2に係る位置検出装置においては、磁気センサ150に対する第2磁界発生部である可動磁石140の相対的な位置は、レンズの光軸方向に平行な方向および光軸方向に垂直な方向の少なくとも一方に変化可能である。
 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、120 レンズホルダ、130 駆動機構、131,231 駆動用コイル、132,232 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 (6)

  1.  第1磁界を発生する第1磁界発生部と、
     第2磁界を発生する第2磁界発生部と、
     前記第1磁界発生部から印加される前記第1磁界と前記第2磁界発生部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、
     前記第1磁界発生部および前記磁気センサに対する前記第2磁界発生部の相対的な位置が変化することにより、前記第2磁界発生部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し、
     前記磁気センサに印加される、前記第1磁界の方向と前記第2磁界の方向とのなす相対角度は、0°より大きく90°より小さい、位置検出装置。
  2.  前記第2磁界発生部は、レンズを保持するレンズホルダに支持されており、
     前記第2磁界発生部は、前記磁気センサに対して前記レンズの光軸方向に平行な方向の一方側に位置し、
     前記磁気センサに対する前記第2磁界発生部の相対的な位置は、前記光軸方向に平行な方向および前記光軸方向に垂直な方向の少なくとも一方に変化可能である、請求項1に記載の位置検出装置。
  3.  前記第2磁界発生部の着磁方向は、前記光軸方向に平行である、請求項2に記載の位置検出装置。
  4.  前記第2磁界発生部の着磁方向は、前記光軸方向に垂直である、請求項2に記載の位置検出装置。
  5.  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、前記第1磁界発生部と前記第2磁界発生部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たときの、前記磁気センサと前記第1磁界発生部との間の最短距離は、前記磁気センサと前記第2磁界発生部との間の最短距離より短い、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。
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