WO2023190753A1 - 位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロック - Google Patents

位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロック Download PDF

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WO2023190753A1
WO2023190753A1 PCT/JP2023/012968 JP2023012968W WO2023190753A1 WO 2023190753 A1 WO2023190753 A1 WO 2023190753A1 JP 2023012968 W JP2023012968 W JP 2023012968W WO 2023190753 A1 WO2023190753 A1 WO 2023190753A1
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WO
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sensor
magnet
relative movement
coil
magnetoresistive elements
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/012968
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English (en)
French (fr)
Inventor
和弘 尾中
琢也 米山
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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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
    • G01D5/14—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 the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—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 the magnitude of a current or voltage by varying resistance

Definitions

  • the present disclosure relates to a position detection system, a sensor unit, a magnetic sensor, and a sensor block, and more specifically, a position detection system that can be used in a motor such as a VCM (Voice Coil Motor) that constitutes a camera module for a mobile device.
  • VCM Vehicle Coil Motor
  • the present invention relates to a system, a sensor unit, a magnetic sensor, and a sensor block.
  • magnetic sensors have been used in portable devices such as mobile phones, smartphones, and tablet terminals to control motors such as VCMs, detect the position of pointing devices, and the like.
  • a Hall element is arranged on a printed circuit board, and the position of a magnet with respect to the printed circuit board is detected based on the output of the Hall element.
  • An object of the present disclosure is to provide a position detection system, a sensor unit, a magnetic sensor, and a sensor block that can obtain a wide detection area.
  • a position detection system includes a coil and a magnet that move relative to each other due to magnetic interaction, and a sensor unit that detects the relative movement position of the coil and the magnet.
  • the sensor unit has four magnetoresistive elements for detecting the relative movement position.
  • the four magnetoresistive elements are arranged at equal intervals in a relative movement direction, which is a direction in which the coil and the magnet move relative to each other.
  • a sensor unit is a sensor unit that detects a relative movement position of a coil and a magnet that move relatively by magnetic interaction, and includes four magnetoresistive elements for detecting the relative movement position. has. The four magnetoresistive elements are arranged at equal intervals in a relative movement direction, which is a direction in which the coil and the magnet move relative to each other.
  • a magnetic sensor according to one embodiment of the present disclosure is used in a sensor unit according to one embodiment of the present disclosure.
  • the magnetic sensor includes two sensor blocks including a base material having electrical insulation properties and the magnetoresistive element disposed on an end surface of the base material, and a connecting portion connecting the two sensor blocks. , is provided.
  • a magnetic sensor according to another aspect of the present disclosure is used in a sensor unit according to one aspect of the present disclosure.
  • the magnetic sensor includes four sensor blocks having an electrically insulating base material and the magnetoresistive element disposed on an end surface of the base material, and the four sensor blocks are connected in series. and three connecting parts.
  • a sensor block is used in a sensor unit for detecting a relative movement position of the coil and the magnet in a position detection system including a coil and a magnet that move relative to each other due to magnetic interaction.
  • the sensor block includes a base material having electrical insulation properties and a magnetoresistive element disposed on an end surface of the base material.
  • FIG. 1A is a front view of a position detection system according to an embodiment
  • FIG. 1B is a side view of the same position detection system
  • FIG. 2 is a front view of a sensor unit included in the position detection system.
  • FIG. 3 is a perspective view of a magnetic sensor included in the sensor unit of one embodiment.
  • FIG. 4A is a front view of a magnetic sensor of one embodiment, and
  • FIG. 4B is a rear view of the same magnetic sensor.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a processing unit included in the above position detection system.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the magnetic field strength detected when the four magnetoresistive elements included in the above sensor unit are at predetermined relative positions.
  • FIG. 1A is a front view of a position detection system according to an embodiment
  • FIG. 1B is a side view of the same position detection system.
  • FIG. 2 is a front view of a sensor unit included in the position detection system.
  • FIG. 3 is a perspective view of
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the magnetic field strength detected when the four magnetoresistive elements described above are in different relative positions.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the magnetic field strength detected when the four magnetoresistive elements same as the above are in yet another relative position.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the relative position and signal output of the sensor unit same as above.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the output after calculation by the processing section same as above.
  • FIG. 11 is a perspective view of a magnetic sensor according to a modified example.
  • a position detection system 9 of one embodiment includes a coil 1 and a magnet 2.
  • Power is supplied to the coil 1 from a power supply circuit, a power cable, etc.
  • Magnet 2 applies a driving magnetic field to coil 1 .
  • the magnet 2 in one embodiment is a unipolar magnet with one end having an N pole and the other end having an S pole, and has a plate shape that is long in the magnetization direction.
  • the magnetization direction here is a direction along a straight line connecting the north pole and the south pole.
  • the magnet 2 has a magnetized surface 20 that is magnetized in the magnetization direction of the magnet 2.
  • the coil 1 has a coil surface 10 along the windings of the coil 1.
  • the coil surface 10 is a surface perpendicular to the axis of the coil 1.
  • the magnetized surface 20 of the magnet 2 and the coil surface 10 of the coil 1 are opposed to each other.
  • the surface of the magnet 2 that faces the coil 1 is a magnetized surface 20, and the surface of the coil 1 that faces the magnet 2 is a coil surface 10.
  • the coil surface 10 has, for example, a rectangular outer shape in which the magnetization direction of the magnet 2 is the longitudinal direction and the direction orthogonal to the magnetization direction is the transversal direction.
  • the coil surface 10 may have an elliptical outer shape in which the magnetization direction of the magnet 2 is the major axis direction and the direction orthogonal to the magnetization direction is the minor axis direction.
  • orthogonal and perpendicular refer not only to a state in which the angle between the two is strictly 90 degrees, but also to a state in which the angle between the two is within a certain range that includes 90 degrees. include.
  • perpendicular and perpendicular in the present disclosure include cases where the angle between the two is 80 degrees or more and 100 degrees or less.
  • parallel in the present disclosure includes not only a state where the two do not strictly intersect, but also a state where the angle between the two is within a certain range including 0 degrees.
  • parallel as used in the present disclosure includes cases where the angle between the two is -10 degrees or more and 10 degrees or less.
  • the magnetized surface 20 has a rectangular outer shape that is long in the magnetization direction of the magnet 2.
  • the magnetized surface 20 has a larger outer shape than the coil surface 10.
  • the coil surface 10 When viewed in a direction perpendicular to the magnetized surface 20, the coil surface 10 is located inside the magnetized surface 20 regardless of the relative position of the magnet 2.
  • the outer shape of the coil surface 10 is not limited to a rectangle or an oblong shape.
  • the outer shape of the coil surface 10 may be circular or polygonal such as a hexagon.
  • the driving direction of the magnet 2 matches the magnetization direction of the magnet 2.
  • the driving direction of the magnet 2 is shown by an outline arrow.
  • the driving direction here is the direction in which the coil 1 and the magnet 2 move relative to each other. In the following, this direction will be referred to as a "relative movement direction.”
  • the coil 1 is fixedly arranged with respect to the camera body, and the magnet 2 is fixedly arranged with respect to the lens.
  • the lens is displaced with respect to the camera body, and autofocus is executed.
  • the coil 1 may be fixedly arranged with respect to the lens, and the magnet 2 may be fixedly arranged with respect to the camera body. In this case, by displacing the coil 1 with respect to the magnet 2, the lens is displaced with respect to the camera body, and autofocus is performed.
  • the magnet 2 has a longitudinal direction and a transverse direction that are perpendicular to each other, and the relative movement direction coincides with the longitudinal direction of the magnet 2.
  • the position detection system 9 of one embodiment includes a sensor unit 3 that detects the relative movement position of the coil 1 and the magnet 2.
  • the phrase "detect relative movement position” refers to detecting the magnitude of relative movement (that is, distance) between coil 1 and magnet 2, and detecting the relative position of coil 1 and magnet 2. may be included.
  • the sensor unit 3 detects the magnetoresistive effect caused by the magnetic field and outputs an output signal according to the detection result.
  • the magnetoresistive effect is an effect in which the electrical resistance of a material changes due to a magnetic field.
  • the sensor unit 3 includes two magnetic sensors 30.
  • the two magnetic sensors 30 are each placed near the magnetized surface 20 of the magnet 2.
  • the sensor unit 3 (that is, the two magnetic sensors 30) is fixedly provided to the coil 1. Therefore, as the magnet 2 moves relative to the coil 1, the magnet 2 moves relative to the two magnetic sensors 30.
  • the sensor unit 3 may be directly fixed to the coil 1 or may be fixed indirectly via another member.
  • Each magnetic sensor 30 includes two sensor blocks 8 described below, and further includes a connecting portion 7 that connects the two sensor blocks 8.
  • the two sensor blocks 8 and one connecting portion 7 are alternately located in the relative movement direction.
  • the connecting portion 7 is made of resin such as epoxy resin, but may be made of other non-magnetic material such as ceramic.
  • the two sensor blocks 8 are arranged on the base material 5 having electrical insulation properties and on the end surface 50 of the base material 5, respectively. and a magnetoresistive element 4.
  • the end surface 50 of the base material 5 is a surface facing the direction of relative movement.
  • the base material 5 is an insulating block having electrical insulation properties.
  • a pair of electrodes 511 and 512 are arranged on the base material 5 (see FIG. 4B). A pair of electrodes 511 and 512 are located apart from each other. A pair of electrodes 511 and 512 are electrically connected to the magnetoresistive element 4.
  • the magnetoresistive element 4 has a main surface 40 through which a magnetic field passes.
  • the magnetoresistive element 4 is arranged on the end surface 50 of the base material 5 so that the main surface 40 faces the direction of relative movement.
  • the end surface 50 of the base material 5 is the main surface of the base material 5 provided for arranging the magnetoresistive element 4.
  • the base material 5 is arranged so that the end surface 50, which is the main surface, faces the direction of relative movement.
  • the magnetoresistive elements 4 of each of the two sensor blocks 8 are located at both ends of the magnetic sensor 30 in the relative movement direction.
  • the position detection system 9 of one embodiment includes two magnetic sensors 30 described above, and thus has a total of four magnetoresistive elements 4.
  • the four magnetoresistive elements 4 are arranged at equal intervals in the direction of relative movement.
  • the term "equally spaced” herein is not limited to “equally spaced” in the full sense. For example, if the distance is within ⁇ % of a perfectly equal interval, it may be considered to be an equal interval. ⁇ % is, for example, 5%, 2%, etc., but is not limited thereto.
  • the four magnetoresistive elements 4 are all arranged perpendicular to the magnetized surface 20.
  • the main surfaces 40 of the four magnetoresistive elements 4 are arranged perpendicularly to the magnetized surface 20, and the base material 5 on which each of the four magnetoresistive elements 4 is arranged
  • the end face 50 of is arranged perpendicular to the magnetized surface 20.
  • the direction of the main surface 40 of the magnetoresistive element 4 and the direction of the end surface 50 of the base material 5 on which the magnetoresistive element 4 is arranged coincide with each other.
  • the position detection system 9 of one embodiment includes four magnetoresistive elements 4 and four base materials 5 on which the four magnetoresistive elements 4 are respectively arranged. Each has an end face 50 facing the direction of relative movement, and a corresponding one of the four magnetoresistive elements 4 is arranged on the end face 50 .
  • the magnetoresistive element 4 disposed on the end surface 50 of the base material 5 is one magnetoresistive element 4 included in the four magnetoresistive elements 4.
  • each of the four magnetoresistive elements 4 is referred to as the first magnetoresistive element 41, the second magnetoresistive element 42, the third magnetoresistive element 43, and the fourth magnetoresistive element 4. It is called a magnetoresistive element 44.
  • the two magnetic sensors 30 when distinguishing between the two magnetic sensors 30, the two magnetic sensors 30 are referred to as a first magnetic sensor 301 and a second magnetic sensor 302, respectively.
  • each of the four sensor blocks 8 is referred to as a first sensor block 81, a second sensor block 82, a third sensor block 83, and a fourth sensor block 84.
  • the two connecting portions 7 When distinguishing between the two connecting portions 7, they are referred to as a first connecting portion 71 and a second connecting portion 72.
  • the four base materials 5 When distinguishing the four base materials 5, they are referred to as a first base material 51, a second base material 52, a third base material 53, and a fourth base material 54.
  • the first magnetic sensor 301 has a first magnetoresistive element 41 and a second magnetoresistive element 42.
  • the first magnetoresistive element 41 and the second magnetoresistive element 42 are arranged at both ends of the first magnetic sensor 301 in the relative movement direction.
  • a first sensor block 81 having a first magnetoresistive element 41 and a first base material 51 and a second magnetoresistive element 42 and a second base material 52 are connected via a first connection part 71.
  • the second sensor block 82 having the second sensor block 81 and the second sensor block 82 are mechanically connected to each other so as to be located on opposite sides.
  • the second magnetic sensor 302 has a third magnetoresistive element 43 and a fourth magnetoresistive element 44.
  • the third magnetoresistive element 43 and the fourth magnetoresistive element 44 are arranged at both ends of the second magnetic sensor 302 in the relative movement direction.
  • the third sensor block 83 having the third magnetoresistive element 43 and the third base material 53 and the fourth magnetoresistive element 44 and the fourth base material 54 are connected via the second connection part 72.
  • the fourth sensor block 84 having the fourth sensor block 84 is mechanically connected to the fourth sensor block 84 so as to be located on opposite sides.
  • the first magnetoresistive element 41, the second magnetoresistive element 42, the third magnetoresistive element 43, and the fourth magnetoresistive element 44 are arranged in the direction of relative movement. They are arranged in order.
  • the distance d2 and the distance d3 between the third magnetoresistive element 43 and the fourth magnetoresistive element 44 in the relative movement direction are both 1/4 of the relative movement distance of the coil 1 and the magnet 2.
  • the relative movement distance between the coil 1 and the magnet 2 is the distance by which the coil 1 and the magnet 2 move relatively in the relative movement direction.
  • the distance d1 between the first magnetoresistive element 41 and the second magnetoresistive element 42, the distance d2 between the second magnetoresistive element 42 and the third magnetoresistive element 43, and the third magnetoresistive element are the same.
  • the distances d1, d2, and d3 between two magnetoresistive elements 4 adjacent to each other in the relative movement direction are all equal to the relative movement distance of the coil 1 and the magnet 2. It is 1/4.
  • the distances d1, d2, and d3 here are the distances between the centers of two adjacent magnetoresistive elements 4.
  • the distances d1, d2, and d3 between two mutually adjacent magnetoresistive elements 4 are all 1.25 mm.
  • the distances d1, d2, and d3 between two adjacent magnetoresistive elements 4 are preferably set within a range of 0.75 to 1.25 mm.
  • the distances d4 and d5 between two adjacent magnetoresistive elements 4 with one magnetoresistive element 4 in between are both relative to the coil 1 and magnet 2. This is 1/2 of the moving distance.
  • the distance d4 between the first magnetoresistive element 41 and the third magnetoresistive element 43 and the distance d5 between the second magnetoresistive element 42 and the fourth magnetoresistive element 44 are both This is 1/2 of the relative moving distance between the coil 1 and the magnet 2.
  • the distance d4 between the first magnetoresistive element 41 and the third magnetoresistive element 43 and the distance between the second magnetoresistive element 42 and the fourth magnetoresistive element 44 45 is 2.5 mm.
  • each of the four magnetoresistive elements 4 is a semiconductor element.
  • the four magnetoresistive elements 4 are giant magnetoresistive elements (GMR elements). That is, the magnetoresistive effect detected by the sensor unit 3 is the giant magnetoresistive effect (GMR effect).
  • TMR elements tunnel magnetoresistive elements
  • AMR elements anisotropic magnetoresistive elements
  • the position detection system 9 of one embodiment further includes a processing unit 6 that processes the output signal of the sensor unit 3 (see FIG. 5).
  • the processing unit 6 includes a computer system having one or more processors and memory.
  • the functions of the processing unit 6 are realized by the processor of the computer system executing a program recorded in the memory of the computer system.
  • the program may be recorded in a memory, provided through a telecommunications line such as the Internet, or provided recorded on a non-temporary recording medium such as a memory card.
  • the processing unit 6 detects the relative movement position of the magnet 2 by processing the output signals from the four magnetoresistive elements 4.
  • the processing section 6 includes a microcomputer 60 as a main component, and further includes an amplifier circuit 65.
  • the fluctuation in the intermediate potential of two of the four magnetoresistive elements 4 is amplified by the amplifier circuit 65 and outputted to the processing unit 6 as a first output signal.
  • the two magnetoresistive elements 4 here are two magnetoresistive elements 4 located apart by 1/2 of the relative movement distance of the coil 1 and the magnet 2 in the relative movement direction, and specifically, the first They are a magnetoresistive element 41 and a third magnetoresistive element 43.
  • the first magnetoresistive element 41 and the third magnetoresistive element 43 are half-bridge connected.
  • the microcomputer 60 of the processing unit 6 receives fluctuations in the intermediate potential of two other magnetoresistive elements 4 among the four magnetoresistive elements 4 through amplification by an amplifier circuit 65 and outputs it as a second signal output. be done.
  • the other two magnetoresistive elements 4 are two magnetoresistive elements 4 located apart from each other by 1/2 of the relative movement distance of the coil 1 and the magnet 2 in the relative movement direction. They are a resistance element 42 and a fourth magnetoresistive element 44.
  • the second magnetoresistive element 42 and the fourth magnetoresistive element 44 are half-bridge connected.
  • the processing unit 6 does not include the amplifier circuit 65.
  • fluctuations in the intermediate potential between the first magnetoresistive element 41 and the third magnetoresistive element 43 are output to the microcomputer 60 as a first output signal without being amplified.
  • Fluctuations in the intermediate potential between the second magnetoresistive element 42 and the fourth magnetoresistive element 44 are output to the microcomputer 60 as a second output signal without being amplified.
  • the graphs in FIGS. 6 to 8 show the relationship between the relative positions of the four magnetoresistive elements 4 and the magnetic field strength detected by each magnetoresistive element 4.
  • the magnetic field measured here is a magnetic field in a direction perpendicular to the magnetized surface 20 of the magnet 2 (that is, the z direction shown in FIG. 1B).
  • the y direction shown in FIGS. 1A and 1B is the relative movement direction of the magnet 2.
  • the x direction is a direction orthogonal to the y direction and the z direction, in other words, it is parallel to the magnetized surface 20 and orthogonal to the relative movement direction.
  • the magnetic field of the magnet 2 in the z direction is detected.
  • each magnetoresistive element 4 which is a giant magnetoresistive element, is arranged perpendicular to the magnetized surface 20 of the magnet 2 in order to detect changes in magnetic field strength in the z direction.
  • Each magnetoresistive element 4 is configured such that its electrical resistance value changes at least in accordance with the magnetic field strength in the z direction (in other words, in accordance with changes in the magnetic field strength).
  • each magnetoresistive element 4 which is a giant magnetoresistive element, detects only the absolute value of the magnetic field. Therefore, the graphs in FIGS. 6 to 8 have a mountain-like shape on both sides of the reference point at the 0 mm position.
  • FIG. 6 shows the magnetic field strength in the z direction of the magnet 2 detected by the four magnetoresistive elements 4 when the magnet 2 is located at the first end of the relative movement area.
  • the values of the first output signal and the second output signal output at this time correspond to the values of the part marked with a circled number 1 in FIG.
  • FIG. 7 shows the magnetic field strength in the z direction of the magnet 2 detected by the four magnetoresistive elements 4 when the magnet 2 is located in the middle of the relative movement area.
  • the values of the first output signal and the second output signal output at this time correspond to the values of the part marked with a circled number 2 in FIG.
  • FIG. 8 shows the magnetic field strength in the z direction of the magnet 2 detected by the four magnetoresistive elements 4 when the magnet 2 is located at the second end of the relative movement area.
  • the values of the first output signal and the second output signal output at this time correspond to the values of the part marked with a circled number 3 in FIG.
  • the magnet 2 is capable of linear reciprocating relative movement between the first end and the second end of the relative movement area.
  • the middle between the first end and the second end of the relative movement area corresponds to the middle of the relative movement area.
  • the waveform of the first output signal obtained with the relative movement of the magnet 2 has a shape similar to a cosine wave.
  • the waveform of the second output signal obtained when the magnet 2 relatively moves has a shape similar to a sine wave.
  • the microcomputer 60 of the processing unit 6 corrects the first output signal so that its waveform approaches that of a cosine wave. There is a certain regularity in the deviation between the waveform of the first output signal and the waveform of the cosine wave. Therefore, by correction, it is possible to bring the waveform of the first output signal closer to the waveform of an ideal cosine wave.
  • the microcomputer 60 corrects the second output signal so that its waveform approaches that of a sine wave. There is a certain regularity in the deviation between the waveform of the second output signal and the waveform of the sine wave. Therefore, by correction, it is possible to bring the waveform of the second output signal closer to the waveform of an ideal sine wave.
  • the microcomputer 60 can realize highly accurate position detection by performing appropriate arithmetic processing on the corrected values of the first output signal and the second output signal.
  • the calculation process includes, as an example, arctangent calculation processing. It is also preferable that the arithmetic processing further includes multiplication processing.
  • the first output signal after correction is shown by a one-dot broken line 61
  • the second output signal after correction is shown by a two-dot broken line 62.
  • the waveform indicated by the dashed line 61 is a cosine wave.
  • the waveform of the two-dot broken line 62 is a sine wave.
  • the relative movement area of the magnet 2 is an area in which the magnet 2 moves relatively from the reference point in the relative movement direction within a range of "-2.5 mm" to "+2.5 mm".
  • a solid line 63 indicates the position detection result of the magnet 2 obtained using the first output signal (cosine wave) and the second output signal (sine wave).
  • the solid line 63 is a straight line. That is, according to the position detection system 9 of one embodiment, a linear output change can be obtained based on a change in the position of the magnet 2 within the relative movement area of the magnet 2.
  • the position detection system 9 of one embodiment within a wide area where the magnet 2 moves relatively in the relative movement direction from the reference point in the range of "-2.5 mm" to "+2.5 mm” (5 mm in total), It is possible to perform accurate position detection.
  • the position detection system 9 of one embodiment it is possible to perform highly accurate position detection within a wide area where the magnet 2 moves relative to the reference point in the relative movement direction within a total range of 3 to 5 mm. be.
  • a broken line 64 shows the detection result of the magnet position when using a Hall element similar to the conventional technology.
  • the magnet position can only be detected within a narrow area of "-0.5 mm" to "+0.5 mm” (1 mm in total) with respect to the reference point.
  • the position detection system 9 of one embodiment can detect the relative positions of the coil 1 and the magnet 2 within a wider area than the conventional technology (for example, an area 3 to 5 times larger than the conventional technology). , can be detected with high precision.
  • the relative position detected thereby corresponds to, for example, the relative position of the camera body and lens of a camera module built into a mobile device such as a smartphone.
  • high precision detection of the relative position of the coil 1 and the magnet 2 can be realized with a simple configuration in which two sensor blocks 8 are fixedly arranged by adhesive or the like. .
  • the size of the sensor unit 3 is comparable to that of a conventional sensor unit using a Hall element.
  • the method of attaching the sensor unit 3 can follow the method of attaching a sensor unit of the prior art using a Hall element.
  • FIG. 11 shows a sensor unit 3 of a modified example.
  • the sensor unit 3 of the first modified example includes one magnetic sensor 30.
  • a magnetic sensor 30 in a modified example includes four magnetoresistive elements 4.
  • the sensor unit 3 (that is, the magnetic sensor 30) of a modified example is arranged near the magnetized surface 20 of the magnet 2 so that the four magnetoresistive elements 4 are arranged at equal intervals in the direction of relative movement of the magnet 2. . At this time, all four magnetoresistive elements 4 are arranged perpendicularly to the magnetized surface 20 of the magnet 2.
  • a magnetic sensor 30 in a modified example includes four sensor blocks 8 and three connection parts 7 that connect the four sensor blocks 8 in series.
  • the four sensor blocks 8 and the three connection parts 7 are alternately located in the relative movement direction.
  • Each of the four sensor blocks 8 includes a base material 5 and a magnetoresistive element 4 disposed on an end surface 50 of the base material 5.
  • the end surface 50 of the base material 5 is a surface facing the direction of relative movement.
  • the three connecting portions 7 are a first connecting portion 73, a second connecting portion 74, and a third connecting portion 75.
  • the first magnetoresistive element 41 and the second magnetoresistive element 42 are mechanically connected via the first connection part 73.
  • the second magnetoresistive element 42 and the third magnetoresistive element 43 are mechanically connected via a second connection part 74.
  • the third magnetoresistive element 43 and the fourth magnetoresistive element 44 are mechanically connected via a third connection part 75.
  • the sensor unit 3 includes two connection portions 7, and in one modification, the sensor unit 3 includes three connection portions 7, but the connection portion 7
  • the number of connection parts 7 is not limited to this, and the sensor unit 3 may not include the connection part 7.
  • the sensor unit 3 includes one connection part 7, for example, two sensor blocks 8 are integrated via one connection part 7, and another two sensor blocks 8 are not integrated. are arranged so that four magnetoresistive elements 4 are lined up at equal intervals.
  • connection part 7 In the case where the magnetic sensor 30 does not include the connection part 7, for example, four sensor blocks 8 provided separately from each other are individually arranged so that the four magnetoresistive elements 4 are lined up at equal intervals.
  • the sensor unit 3 includes two connecting parts 7, for example, three sensor blocks 8 integrated via the two connecting parts 7 and one sensor block separate from these three sensor blocks 8 are provided. It is also possible to arrange the magnetoresistive elements 8 so that the four magnetoresistive elements 4 are arranged at equal intervals.
  • the two sensor blocks 8 are arranged in a straight line in the relative movement direction (that is, the y direction shown in FIG. 1A etc.), but the invention is not limited thereto.
  • the two sensor blocks 8 may be arranged offset in a direction perpendicular to the relative movement direction and parallel to the magnetized surface 20 (that is, the x direction shown in FIG. 1B).
  • the four magnetoresistive elements 4 are arranged in a straight line in the relative movement direction (that is, the y direction), but the present invention is not limited thereto.
  • the four magnetoresistive elements 4 may be arranged offset from each other in a direction perpendicular to the relative movement direction and parallel to the magnetized surface 20 (that is, the x direction).
  • the position detection system (9) includes a coil (1) and a magnet (2) that move relative to each other due to magnetic interaction, and a relative movement position between the coil (1) and the magnet (2).
  • the sensor unit (3) has four magnetoresistive elements (4) for detecting the relative movement position of the coil (1) and the magnet (2).
  • the four magnetoresistive elements (4) are arranged at equal intervals in a relative movement direction, which is a direction in which the coil (1) and the magnet (2) move relative to each other.
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision within a wide area based on the outputs from the four magnetoresistive elements (4). .
  • the position detection system (9) further includes a first connection part (71) and a second connection part (72) that are arranged apart in the relative movement direction.
  • the first connection portion (71) connects two of the four magnetoresistive elements (4).
  • the second connection portion (72) connects two other magnetoresistive elements (4) among the four magnetoresistive elements (4).
  • two magnetoresistive elements (4) are integrated via the first connection part (71), and another two magnetoresistive elements (4) are integrated via the second connection part (72). can be integrated via
  • the distance ( d1, d2, d3) is 1/4 of the relative movement distance between the coil (1) and the magnet (2).
  • the first output signal having a waveform close to a cosine wave can be obtained as a fluctuation in the intermediate potential of two of the four magnetoresistive elements (4), and the first output signal has a waveform close to a cosine wave.
  • a second output signal having a waveform close to a sine wave can be obtained as a change in the intermediate potential of two other magnetoresistive elements (4) among the two magnetoresistive elements (4).
  • highly accurate position detection is achieved by performing calculations based on the first output signal and the second output signal.
  • the magnetoresistive element (4) is a giant magnetoresistive element.
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision by utilizing the giant magnetoresistive effect.
  • the position detection system (9) includes a processing unit ( 6).
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be determined within a wide area by processing the outputs from the four magnetoresistive elements (4) in the processing unit (6). can be detected with high precision.
  • the sensor unit (3) is fixedly provided to the coil (1).
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) are determined based on the outputs from the four magnetoresistive elements (4) fixedly provided to the coil (1). , can be detected with high precision within a wide area.
  • a sensor unit (3) is a sensor unit (3) that detects a relative movement position of a coil (1) and a magnet (2) that move relatively by magnetic interaction, and detects the relative movement position. It has four magnetoresistive elements (4) for sensing. The four magnetoresistive elements (4) are arranged at equal intervals in a relative movement direction, which is a direction in which the coil (1) and the magnet (2) move relative to each other.
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision within a wide area based on the outputs from the four magnetoresistive elements (4). .
  • the magnetic sensor (30) according to the eighth aspect is used in the sensor unit (3) according to the seventh aspect.
  • the magnetic sensor (30) includes two sensor blocks (8) each having a base material (5) having electrical insulation properties and a magnetoresistive element (4) disposed on an end surface (50) of the base material (5). ), and a connecting portion (7) for connecting the two sensor blocks (8).
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision within a wide area based on the outputs from the two magnetic sensors (30). .
  • the magnetic resistance elements (4) of each of the two sensor blocks (8) are arranged at both ends of the magnetic sensor (30) in the relative movement direction. To position.
  • the distance between two adjacent magnetoresistive elements (4) is ensured via the connection portion (7) and the two base materials (5).
  • the magnetic sensor (30) according to the tenth aspect is used in the sensor unit (3) according to the seventh aspect.
  • the magnetic sensor (30) includes four sensor blocks (8) each having a base material (5) having electrical insulation properties and a magnetoresistive element (4) disposed on an end surface (50) of the base material (5). ), and three connection parts (7) that connect four sensor blocks (8) in series.
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision within a wide area based on the output from one magnetic sensor (30). .
  • the four sensor blocks (8) and the three connection parts (7) are alternately located in the relative movement direction.
  • the distance between two adjacent magnetoresistive elements (4) included in the four magnetoresistive elements (4) is ensured via the connection part (7).
  • a sensor block (8) is a position detection system (9) including a coil (1) and a magnet (2) that move relative to each other due to magnetic interaction. It is used in a sensor unit (3) for detecting a relative movement position.
  • the sensor block (8) includes a base material (5) having electrical insulation properties and a magnetoresistive element (4) arranged on an end surface (50) of the base material (5).
  • the relative positions of the coil (1) and the magnet (2) can be detected with high precision within a wide area based on the output from the magnetoresistive element (4).

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Abstract

広い検知エリアを得ることができる位置検知システムを提供する。位置検知システム（９）は、磁気的相互作用により相対移動するコイル（１）及び磁石（２）と、コイル（１）及び磁石（２）の相対移動位置を検知するセンサユニット（３）とを備える。センサユニット（３）は、相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子（４）を有する。４個の磁気抵抗素子（４）は、コイル（１）及び磁石（２）が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配されている。

Description

位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロック
　本開示は、位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロックに関し、より詳細には、携帯機器用のカメラモジュールを構成するＶＣＭ（Voice Coil Motor）等のモータに用いることが可能な位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロックに関する。
　従来、携帯電話機やスマートフォン、タブレット端末等の携帯機器では、ＶＣＭ等のモータの制御やポインティングデバイスの位置検知等のために、磁気センサが用いられている。
　例えば、特許文献１に記載されたポインティングデバイスでは、プリント基板にホール素子を配置し、プリント基板に対する磁石の位置を、ホール素子の出力に基づいて検知している。
特開２００３－３１８４５９号公報
　上記した従来の技術では、スマートフォン等の携帯機器に搭載したときに、広い検知エリアを確保することが困難である。特に、近年のスマートフォン等を備えるカメラモジュールでは、多眼化に伴って、より焦点距離の長いレンズが採用される傾向にある。レンズの焦点距離が長くなれば、オートフォーカスのためのレンズの移動エリアも広がり、一層広い検知エリアを確保することが要求される。
　本開示の目的は、広い検知エリアを得ることができる位置検知システム、センサユニット、磁気センサ、及びセンサブロックを提供することにある。
　本開示の一態様に係る位置検知システムは、磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石と、前記コイル及び前記磁石の相対移動位置を検知するセンサユニットと、を備える。前記センサユニットは、前記相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子を有する。前記４個の磁気抵抗素子は、前記コイル及び前記磁石が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている。
　本開示の一態様に係るセンサユニットは、磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石の相対移動位置を検知するセンサユニットであって、前記相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子を有する。前記４個の磁気抵抗素子は、前記コイル及び前記磁石が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている。
　本開示の一態様に係る磁気センサは、本開示の一態様に係るセンサユニットに用いられる。前記磁気センサは、電気絶縁性を有する基材と、前記基材の端面に配置された前記磁気抵抗素子と、を有する２個のセンサブロックと、前記２個のセンサブロックを接続する接続部と、を備える。
　本開示の別態様に係る磁気センサは、本開示の一態様に係るセンサユニットに用いられる。前記磁気センサは、電気絶縁性を有する基材と、前記基材の端面に配置された前記磁気抵抗素子と、を有する４個のセンサブロックと、前記４個のセンサブロックを直列状に接続する３個の接続部と、を備える。
　本開示の一態様に係るセンサブロックは、磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石を備える位置検知システムにおいて、前記コイル及び前記磁石の相対移動位置を検知するためのセンサユニットに用いられる。前記センサブロックは、電気絶縁性を有する基材と、前記基材の端面に配置された磁気抵抗素子と、を備える。
図１Ａは、一実施形態の位置検知システムの正面図であり、図１Ｂは、同上の位置検知システムの側面図である。 図２は、同上の位置検知システムが備えるセンサユニットの正面図である。 図３は、一実施形態のセンサユニットが備える磁気センサの斜視図である。 図４Ａは、一実施形態の磁気センサの正面図であり、図４Ｂは、同上の磁気センサの背面図である。 図５は、同上の位置検知システムが備える処理部を示すブロック図である。 図６は、同上のセンサユニットが備える４個の磁気抵抗素子が所定の相対位置にあるときに検知する磁界強度を示す説明図である。 図７は、同上の４個の磁気抵抗素子が別の相対位置にあるときに検知する磁界強度を示す説明図である。 図８は、同上の４個の磁気抵抗素子が更に別の相対位置にあるときに検知する磁界強度を示す説明図である。 図９は、同上のセンサユニットの相対位置と信号出力との関係を示す説明図である。 図１０は、同上の処理部による演算後の出力を示す説明図である。 図１１は、一変形例の磁気センサの斜視図である。
　下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさ及び厚さのそれぞれの比が実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、以下の実施形態で説明する構成は本開示の一例に過ぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　（１）一実施形態
　（１－１）概要
　図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、一実施形態の位置検知システム９は、コイル１と磁石２とを備える。
　コイル１には、電源回路や電源ケーブル等から電力が供給される。磁石２は、コイル１に駆動磁界を印加する。
　磁石２からの駆動磁界が印加されたコイル１に電力が供給されることで、磁石２とコイル１のうち一方が、他方に対して変位する。つまり、コイル１に電力が供給されることで、磁気的相互作用により、磁石２がコイル１に対して相対移動する。
　一実施形態における磁石２は、一端がＮ極、他端がＳ極である単極着磁の磁石であり、磁化方向に長い板形状を有する。ここでの磁化方向とは、図１Ａ等に示すような単極着磁の磁石２の場合は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に沿った方向である。
　磁石２は、磁石２の磁化方向に着磁された着磁面２０を有する。コイル１は、コイル１の巻線に沿ったコイル面１０を有する。コイル面１０は、コイル１の軸と垂直な面である。磁石２の着磁面２０と、コイル１のコイル面１０とは、互いに対向している。磁石２のうちコイル１に対向する面が着磁面２０であり、コイル１のうち磁石２に対向する面がコイル面１０である。
　コイル面１０は、例えば、磁石２の磁化方向を長手方向とし、磁化方向と直交する方向を短手方向とした、矩形状の外形を有する。コイル面１０は、磁石２の磁化方向を長径方向とし、磁化方向と直交する方向を短径方向とした、楕円形状の外形を有してもよい。
　本開示における「直交」及び「垂直」は、二者間の角度が厳密に９０度である状態だけでなく、二者間の角度が、９０度を含んだある程度の範囲内にある状態をも含む。例えば、本開示における「直交」及び「垂直」には、二者間の角度が８０度以上１００度以下である場合を含む。
　同様に、本開示における「平行」は、二者が厳密に交わらない状態だけでなく、二者のなす角度が０度を含んだある程度の範囲内にある状態をも含む。例えば、本開示でいう「平行」は、二者のなす角度が－１０度以上１０度以下である場合を含む。
　着磁面２０は、磁石２の磁化方向に長い矩形状の外形を有する。着磁面２０は、コイル面１０よりも大きな外形を有する。着磁面２０に直交する方向に見たとき、コイル面１０は、磁石２の相対位置に関わらず、着磁面２０の内側に位置する。
　コイル面１０の外形は、矩形や偏円形に限定されない。コイル面１０の外形が円形でもよいし、六角形等の多角形でもよい。
　磁石２の駆動方向は、磁石２の磁化方向と一致する。図１Ａ及び図１Ｂでは、磁石２の駆動方向を白抜き矢印で示している。ここでの駆動方向は、コイル１及び磁石２が相対移動する方向である。以下においては、この方向を「相対移動方向」という。
　一実施形態の位置検知システム９では、コイル１がカメラ本体に対して固定的に配置され、磁石２がレンズに対して固定的に配置される。コイル１に対して磁石２が変位することで、カメラ本体に対してレンズが変位し、オートフォーカスが実行される。
　なお、コイル１がレンズに対して固定的に配置され、磁石２がカメラ本体に対して固定的に配置されてもよい。この場合には、磁石２に対してコイル１が変位することで、カメラ本体に対してレンズが変位し、オートフォーカスが実行される。
　一実施形態では、磁石２が互いに直交する長手方向と短手方向とを有しており、相対移動方向は、磁石２の長手方向と一致する。
　（１－２）センサユニット
　一実施形態の位置検知システム９は、コイル１及び磁石２の相対移動位置を検知するセンサユニット３を、備えている。本開示における「相対移動位置を検知する」の文言は、コイル１及び磁石２の相対移動の大きさ（つまり距離）を検知すること、及び、コイル１及び磁石２の相対位置を検知することを含み得る。センサユニット３は、磁界による磁気抵抗効果を検知し、検知結果に応じた出力信号を出力する。磁気抵抗効果は、磁場により物質の電気抵抗が変化する効果である。
　センサユニット３は、磁気センサ３０を２個備えている。２個の磁気センサ３０は、それぞれ磁石２の着磁面２０の近傍に配置されている。
　一実施形態の位置検知システム９において、センサユニット３（つまり２個の磁気センサ３０）は、コイル１に対して固定的に設けられている。そのため、磁石２がコイル１に対して相対移動することに伴って、磁石２は、２個の磁気センサ３０に対して相対移動する。センサユニット３は、コイル１に対して直接的に固定されてもよいし、他の部材を介して間接的に固定されてもよい。
　各磁気センサ３０は、下記のセンサブロック８を２個備え、更に、２個のセンサブロック８を接続する接続部７を備えている。２個のセンサブロック８と、１個の接続部７とは、相対移動方向において交互に位置する。接続部７は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂で成形されるが、セラミック等の他の非磁性材料で成形されてもよい。
　（１－２－１）センサブロック
　図２～図４Ｂ等に示されるように、２個のセンサブロック８はそれぞれ、電気絶縁性を有する基材５と、基材５の端面５０に配置された磁気抵抗素子４とを備える。基材５の端面５０は、相対移動方向を向く面である。基材５は、言い換えれば、電気的絶縁性を有する絶縁ブロックである。
　基材５には、一対の電極５１１，５１２が配置されている（図４Ｂ参照）。一対の電極５１１，５１２は、互いに距離をあけて位置している。一対の電極５１１，５１２は、磁気抵抗素子４に対して電気的に接続されている。
　磁気抵抗素子４は、磁界が通過する主面４０を有する。磁気抵抗素子４は、主面４０が相対移動方向を向くように、基材５の端面５０に配置されている。基材５の端面５０は、言い換えれば、磁気抵抗素子４を配置するために設けられた基材５の主面である。基材５は、主面である端面５０が相対移動方向を向くように、配置されている。
　２個のセンサブロック８が接続部７を介して一体に接続された状態で、２個のセンサブロック８の各々の磁気抵抗素子４は、磁気センサ３０の相対移動方向の両端に位置する。
　（１－２－２）磁気センサの詳細
　一実施形態の位置検知システム９は、上記の磁気センサ３０を２個備えるので、磁気抵抗素子４を合計で４個有する。
　４個の磁気抵抗素子４は、相対移動方向において等間隔に並んで配置されている。ここでの等間隔の文言は、完全な意味での等間隔に限定されない。例えば、完全な等間隔に対して±α％の範囲内にある場合は、等間隔とみなしてもよい。α％は、例えば５％、２％等であるが、これに限定されない。
　４個の磁気抵抗素子４は、いずれも着磁面２０に対して垂直な姿勢で配置されている。言い換えれば、４個の磁気抵抗素子４の主面４０が、いずれも着磁面２０に対して垂直な姿勢で配置されており、４個の磁気抵抗素子４のそれぞれが配置される基材５の端面５０が、着磁面２０に対して垂直な姿勢で配置されている。磁気センサ３０において、磁気抵抗素子４の主面４０の向きと、この磁気抵抗素子４が配置される基材５の端面５０の向きとは、互いに一致する。
　つまり、一実施形態の位置検知システム９は、４個の磁気抵抗素子４と、４個の磁気抵抗素子４がそれぞれ配置される４個の基材５とを備え、４個の基材５の各々は、相対移動方向を向く端面５０を有し、該端面５０に、４個の磁気抵抗素子４のうち対応する磁気抵抗素子４が配置されている。基材５の端面５０に配置された磁気抵抗素子４は、４個の磁気抵抗素子４に含まれる１個の磁気抵抗素子４である。
　以下において、４個の磁気抵抗素子４を区別するときには、４個の磁気抵抗素子４のそれぞれを、第１磁気抵抗素子４１、第２磁気抵抗素子４２、第３磁気抵抗素子４３、及び第４磁気抵抗素子４４と称する。
　また、以下において、２個の磁気センサ３０を区別するときには、２個の磁気センサ３０のそれぞれを、第１磁気センサ３０１及び第２磁気センサ３０２と称する。都合４個のセンサブロック８を区別するときには、４個のセンサブロック８のそれぞれを、第１センサブロック８１、第２センサブロック８２、第３センサブロック８３、及び第４センサブロック８４と称する。都合２個の接続部７を区別するときは、第１接続部７１及び第２接続部７２と称する。都合４個の基材５を区別するときは、第１基材５１、第２基材５２、第３基材５３及び第４基材５４と称する。
　第１磁気センサ３０１は、第１磁気抵抗素子４１と、第２磁気抵抗素子４２とを有する。第１磁気抵抗素子４１と第２磁気抵抗素子４２とは、第１磁気センサ３０１の相対移動方向の両端に配置されている。
　第１磁気センサ３０１では、第１接続部７１を介して、第１磁気抵抗素子４１及び第１基材５１を有する第１センサブロック８１と、第２磁気抵抗素子４２及び第２基材５２を有する第２センサブロック８２とが、互いに反対側に位置するように機械的に接続されている。
　第２磁気センサ３０２は、第３磁気抵抗素子４３と、第４磁気抵抗素子４４とを有する。第３磁気抵抗素子４３と第４磁気抵抗素子４４とは、第２磁気センサ３０２の相対移動方向の両端に配置されている。
　第２磁気センサ３０２では、第２接続部７２を介して、第３磁気抵抗素子４３及び第３基材５３を有する第３センサブロック８３と、第４磁気抵抗素子４４及び第４基材５４を有する第４センサブロック８４とが、互いに反対側に位置するように機械的に接続されている。
　（１－２－３）４個の磁気抵抗素子の配置
　第１磁気抵抗素子４１、第２磁気抵抗素子４２、第３磁気抵抗素子４３及び第４磁気抵抗素子４４は、相対移動方向において、この順に並んで配置されている。
　一実施形態において、相対移動方向における第１磁気抵抗素子４１と第２磁気抵抗素子４２との間の距離ｄ１と、相対移動方向における第２磁気抵抗素子４２と第３磁気抵抗素子４３との間の距離ｄ２と、相対移動方向における第３磁気抵抗素子４３と第４磁気抵抗素子４４との間の距離ｄ３とは、いずれもコイル１及び磁石２の相対移動距離の１／４である。コイル１及び磁石２の相対移動距離は、コイル１及び磁石２が、相対移動方向において相対的に移動する距離である。
　相対移動方向において、第１磁気抵抗素子４１と第２磁気抵抗素子４２との間の距離ｄ１と、第２磁気抵抗素子４２と第３磁気抵抗素子４３との間の距離ｄ２と、第３磁気抵抗素子４３と第４磁気抵抗素子４４との間の距離ｄ３とは、互いに一致している。
　以上のように、４個の磁気抵抗素子４のうち、相対移動方向において互いに隣接する２つの磁気抵抗素子４同士の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、いずれもコイル１及び磁石２の相対移動距離の１／４である。ここでの距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、隣接する２つの磁気抵抗素子４の互いの中心間の距離である。
　例えば、相対移動距離が５ｍｍであるとき、互いに隣接する２つの磁気抵抗素子４同士の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、いずれも１．２５ｍｍである。互いに隣接する２つの磁気抵抗素子４同士の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、０．７５～１．２５ｍｍの範囲内で設定されることが好ましい。
　また、４個の磁気抵抗素子４のうち、１つの磁気抵抗素子４を間に挟んで隣接する別の２つの磁気抵抗素子４同士の距離ｄ４，ｄ５は、いずれもコイル１及び磁石２の相対移動距離の１／２である。
　具体的には、第１磁気抵抗素子４１と第３磁気抵抗素子４３との間の距離ｄ４と、第２磁気抵抗素子４２と第４磁気抵抗素子４４との間の距離ｄ５とが、いずれもコイル１及び磁石２の相対移動距離の１／２である。
　例えば、相対移動距離が５ｍｍであるとき、第１磁気抵抗素子４１と第３磁気抵抗素子４３との間の距離ｄ４と、第２磁気抵抗素子４２と第４磁気抵抗素子４４との間の距離４５とは、いずれも２．５ｍｍである。
　相対移動方向において、４個の磁気抵抗素子４の中心と、磁石２の相対移動エリアの中心Ａ０とは、一致している（図１Ｂ参照）。
　一実施形態において、４個の磁気抵抗素子４は、それぞれ半導体素子である。４個の磁気抵抗素子４は、詳細には、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）である。つまり、センサユニット３が検知する磁気抵抗効果は、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）である。
　４個の磁気抵抗素子４として、例えばトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）等の、他の種類の磁気抵抗効果素子を用いることも可能である。
　（１－３）処理部
　一実施形態の位置検知システム９は、センサユニット３の出力信号を処理する処理部６を、更に備える（図５参照）。
　処理部６は、１以上のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムを、コンピュータシステムのプロセッサが実行することにより、処理部６の機能が実現される。プログラムは、メモリに記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通して提供されてもよく、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　処理部６は、４個の磁気抵抗素子４からの出力信号を処理することで、磁石２の相対移動位置を検知する。処理部６は、マイクロコンピュータ６０を主構成として備え、増幅回路６５を更に備えている。
　処理部６には、４つの磁気抵抗素子４のうち２つの磁気抵抗素子４の中間電位の変動が、増幅回路６５による増幅を経て、第１出力信号として出力される。ここでの２つの磁気抵抗素子４は、相対移動方向において、コイル１及び磁石２の相対移動距離の１／２だけ離れて位置する２つの磁気抵抗素子４であり、具体的には、第１磁気抵抗素子４１と第３磁気抵抗素子４３である。第１磁気抵抗素子４１と第３磁気抵抗素子４３とは、ハーフブリッジ接続されている。
　加えて、処理部６のマイクロコンピュータ６０には、４つの磁気抵抗素子４のうち別の２つの磁気抵抗素子４の中間電位の変動が、増幅回路６５による増幅を経て、第２信号出力として出力される。別の２つの磁気抵抗素子４は、相対移動方向において、コイル１及び磁石２の相対移動距離の１／２だけ離れて位置する２つの磁気抵抗素子４であり、具体的には、第２磁気抵抗素子４２と第４磁気抵抗素子４４である。第２磁気抵抗素子４２と第４磁気抵抗素子４４とは、ハーフブリッジ接続されている。
　処理部６が増幅回路６５を備えないことも有り得る。この場合、第１磁気抵抗素子４１と第３磁気抵抗素子４３の中間電位の変動が、増幅を経ずに、第１出力信号としてマイクロコンピュータ６０に出力される。第２磁気抵抗素子４２と第４磁気抵抗素子４４の中間電位の変動が、増幅を経ずに、第２出力信号としてマイクロコンピュータ６０に出力される。
　図６～図８のグラフでは、４個の磁気抵抗素子４の相対位置と、各磁気抵抗素子４が検知する磁界強度との関係を示している。ここで計測した磁界は、磁石２の着磁面２０と直交する方向（つまり図１Ｂに示すｚ方向）の磁界である。
　図１Ａ及び図１Ｂに示すｙ方向は、磁石２の相対移動方向である。ｘ方向は、ｙ方向及びｚ方向と直交する方向であり、言い換えれば、着磁面２０と平行でありかつ相対移動方向と直交する方向である。
　ｘ方向において、磁石２の磁界はほとんど存在しない。そのため、ｘ方向の磁界は無視することができる。ｙ方向においては磁石２の磁界が存在するが、ｙ方向の磁界は、磁石２の相対移動方向の中心付近では、ほとんど変化しない。そのため、一実施形態の位置検知システム９では、磁石２のｚ方向の磁界を検知している。
　一実施形態では、ｚ方向の磁界強度の変化を検知するために、巨大磁気抵抗効果素子である各磁気抵抗素子４を、磁石２の着磁面２０に対して垂直な姿勢で配置している。各磁気抵抗素子４は、少なくともｚ方向の磁界強度に応じて（言い換えれば磁界強度の変化に応じて）電気抵抗値が変化するように構成されている。
　なお、巨大磁気抵抗効果素子である各磁気抵抗素子４は、磁界の絶対値だけを検知する。そのため、図６～図８のグラフは、位置が０ｍｍである基準点を挟んだ両側が山状に隆起した形状を、有している。
　図６には、磁石２が相対移動エリアの第１端に位置するときに、４個の磁気抵抗素子４が検知する磁石２のｚ方向の磁界強度を示している。このとき出力される第１出力信号及び第２出力信号の値は、図９において丸付き数字１を付した部分の値に対応する。
　図７には、磁石２が相対移動エリアの中間に位置するときに、４個の磁気抵抗素子４が検知する磁石２のｚ方向の磁界強度を示している。このとき出力される第１出力信号及び第２出力信号の値は、図９において丸付き数字２を付した部分の値に対応する。
　図８には、磁石２が相対移動エリアの第２端に位置するときに、４個の磁気抵抗素子４が検知する磁石２のｚ方向の磁界強度を示している。このとき出力される第１出力信号及び第２出力信号の値は、図９において丸付き数字３を付した部分の値に対応する。
　磁石２は、相対移動エリアの第１端と第２端との間で、直線的に往復相対移動可能である。相対移動エリアの第１端と第２端との中間が、相対移動エリアの中間に相当する。
　図９に示されるように、磁石２の相対移動に伴って得られる第１出力信号の波形は、余弦波に類似した形状である。磁石２が相対移動したときに得られる第２出力信号の波形は、正弦波に類似した形状である。
　処理部６のマイクロコンピュータ６０は、第１出力信号を、その波形が余弦波の波形に近づくように補正する。第１出力信号の波形と余弦波の波形とのずれには、一定の規則性が存在する。そのため、補正によって、第１出力信号の波形を、理想的な余弦波の波形に近づけることが可能である。
　また、マイクロコンピュータ６０は、第２出力信号を、その波形が正弦波の波形に近づくように補正する。第２出力信号の波形と正弦波の波形とのずれには、一定の規則性が存在する。そのため、補正によって、第２出力信号の波形を、理想的な正弦波の波形に近づけることが可能である。
　その後、マイクロコンピュータ６０は、補正後の第１出力信号及び第２出力信号の値に対して適宜の演算処理を行うことによって、高精度の位置検知を実現することができる。該演算処理は、一例として、逆正接演算の処理を含む。該演算処理が、逓倍処理を更に含むことも好ましい。
　図１０には、補正後の第１出力信号を一点破線６１で示し、補正後の第２出力信号を二点破線６２で示している。一点破線６１の波形は、余弦波である。二点破線６２の波形は、正弦波である。
　磁石２の相対移動エリアは、磁石２が基準点から相対移動方向に“－２．５ｍｍ”～“＋２．５ｍｍ”の範囲で相対移動するエリアである。
　図１０には、第１出力信号（余弦波）と第２出力信号（正弦波）とを用いて得られた、磁石２の位置検知結果を、実線６３で示している。実線６３は直線である。つまり、一実施形態の位置検知システム９によれば、磁石２の相対移動エリア内における磁石２の位置変化に基づいて、直線的な出力変化が得られる。
　一実施形態の位置検知システム９によれば、磁石２が基準点から相対移動方向に“－２．５ｍｍ”～“＋２．５ｍｍ”（計５ｍｍ）の範囲で相対移動する広いエリア内で、高精度の位置検知を行うことが可能である。
　更に言えば、一実施形態の位置検知システム９では、磁石２が基準点から相対移動方向に計３～５ｍｍの範囲で相対移動する広いエリア内で、高精度の位置検知を行うことが可能である。
　図１０には、比較用として、従来技術と同様のホール素子を用いた場合の磁石位置の検知結果を、破線６４で示している。ホール素子を用いた場合には、基準点に対して“－０．５ｍｍ”～“＋０．５ｍｍ”（計１ｍｍ）の狭いエリア内でしか、磁石位置の検知を行うことができない。
　（１－４）作用効果
　一実施形態の位置検知システム９は、コイル１及び磁石２の相対的な位置を、従来技術よりも広いエリア（例えば、従来技術の３～５倍のエリア）内で、高精度に検知することができる。これによって検知される相対位置は、例えば、スマートフォン等の携帯機器に内蔵されるカメラモジュールのカメラ本体及びレンズの相対位置に、相当する。
　加えて、一実施形態の位置検知システム９では、２つのセンサブロック８を接着等で固定的に配置した簡易な構成で、コイル１及び磁石２の相対位置の高精度検知を実現することができる。
　センサユニット３の大きさは、ホール素子を用いた従来技術のセンサユニットと同程度である。センサユニット３の取り付け方法は、ホール素子を用いた従来技術のセンサユニットの取り付け方法を、踏襲することが可能である。
　（２）変形例
　上記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用することが可能である。以下の変形例の説明において、上記した実施形態と同様の構成についいては、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
　（２－１）一変形例
　図１１には、一変形例のセンサユニット３を示している。一変形例のセンサユニット３は、磁気センサ３０を１個備えている。一変形例の磁気センサ３０は、４個の磁気抵抗素子４を有している。
　一変形例のセンサユニット３（つまり磁気センサ３０）は、磁石２の相対移動方向において４個の磁気抵抗素子４が等間隔で並ぶように、磁石２の着磁面２０の近傍に配置される。このとき、４個の磁気抵抗素子４は、いずれも磁石２の着磁面２０に対して垂直な姿勢で配置される。
　一変形例の磁気センサ３０は、４個のセンサブロック８と、４個のセンサブロック８を直列状に接続する３個の接続部７とを備える。４個のセンサブロック８と、３個の接続部７とは、相対移動方向において交互に位置する。４個のセンサブロック８はそれぞれ、基材５と、基材５の端面５０に配置された磁気抵抗素子４とを備える。基材５の端面５０は、相対移動方向を向く面である。
　３個の接続部７は、第１接続部７３、第２接続部７４及び第３接続部７５である。第１磁気抵抗素子４１及び第２磁気抵抗素子４２は、第１接続部７３を介して機械的に接続されている。第２磁気抵抗素子４２及び第３磁気抵抗素子４３は、第２接続部７４を介して機械的に接続されている。第３磁気抵抗素子４３及び第４磁気抵抗素子４４は、第３接続部７５を介して機械的に接続されている。
　（２－２）他の変形例
　上記の一実施形態では、センサユニット３が接続部７を２個備え、一変形例ではセンサユニット３が接続部７を３個備えているが、接続部７の数はこれに限定されず、センサユニット３が接続部７を備えないことも有り得る。
　センサユニット３が接続部７を１個備える場合では、例えば、１個の接続部７を介して一体化された２個のセンサブロック８と、一体化されていない別の２個のセンサブロック８とを、４個の磁気抵抗素子４が等間隔で並ぶように配置する。
　磁気センサ３０が接続部７を備えない場合では、例えば、互いに別体で設けられた４個のセンサブロック８を、４個の磁気抵抗素子４が等間隔で並ぶように個別に配置する。
　また、センサユニット３が接続部７を２個備える場合に、例えば、２個の接続部７を介して一体化された３個のセンサブロック８と、これとは別体の１個のセンサブロック８とを、４個の磁気抵抗素子４が等間隔で並ぶように配置することも可能である。
　また、上記の一実施形態では、２個のセンサブロック８が、相対移動方向（つまり図１Ａ等に示すｙ方向）に一直線状に配置されているが、これに限定されない。２個のセンサブロック８が、相対移動方向と直交しかつ着磁面２０と平行な方向（つまり図１Ｂに示すｘ方向）に、ずれて配置されてもよい。
　言い換えれば、上記の一実施形態では、４個の磁気抵抗素子４が、相対移動方向（つまりｙ方向）に一直線状に配置されているが、これに限定されない。４個の磁気抵抗素子４が、相対移動方向と直交しかつ着磁面２０と平行な方向（つまりｘ方向）に、互いにずれて配置されてもよい。
　（３）まとめ
　第１の態様に係る位置検知システム（９）は、磁気的相互作用により相対移動するコイル（１）及び磁石（２）と、コイル（１）及び磁石（２）の相対移動位置を検知するセンサユニット（３）と、を備える。センサユニット（３）は、コイル（１）及び磁石（２）の相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子（４）を有する。４個の磁気抵抗素子（４）は、コイル（１）及び磁石（２）が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている。
　この態様によれば、４個の磁気抵抗素子（４）からの出力に基づいて、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第２の態様に係る位置検知システム（９）は、第１の態様において、相対移動方向に離れて配置された第１接続部（７１）及び第２接続部（７２）を更に備える。第１接続部（７１）は、４個の磁気抵抗素子（４）のうち２個の磁気抵抗素子（４）を接続させている。第２接続部（７２）は、４個の磁気抵抗素子（４）のうち別の２個の磁気抵抗素子（４）を接続させている。
　この態様によれば、２個の磁気抵抗素子（４）を、第１接続部（７１）を介して一体化し、別の２個の磁気抵抗素子（４）を、第２接続部（７２）を介して一体化することができる。
　第３の態様に係る位置検知システム（９）は、第１又は第２の態様において、４個の磁気抵抗素子（４）のうち相対移動方向に隣接する磁気抵抗素子（４）同士の距離（ｄ１，ｄ２，ｄ３）は、コイル（１）及び磁石（２）の相対移動距離の１／４である。
　この態様によれば、４個の磁気抵抗素子（４）のうち２個の磁気抵抗素子（４）の中間電位の変動として、余弦波に近い波形の第１出力信号を得ることができ、４個の磁気抵抗素子（４）のうち別の２個の磁気抵抗素子（４）の中間電位の変動として、正弦波に近い波形の第２出力信号を得ることができる。この態様によれば、第１出力信号と第２出力信号とを基に演算を行うことで、高精度の位置検知が実現される。
　第４の態様に係る位置検知システム（９）は、第１～第３の態様のいずれか１つにおいて、磁気抵抗素子（４）は、巨大磁気抵抗効果素子である。
　この態様によれば、巨大磁気抵抗効果を利用して、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、高精度に検知することができる。
　第５の態様に係る位置検知システム（９）は、第１～第４の態様のいずれか１つにおいて、センサユニット（３）の出力信号を処理することで相対移動位置を検知する処理部（６）を、更に備える。
　この態様によれば、４個の磁気抵抗素子（４）からの出力を処理部（６）で演算処理することで、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第６の態様に係る位置検知システム（９）は、第１～第５の態様のいずれか１つにおいて、センサユニット（３）は、コイル（１）に対して固定的に設けられている。
　この態様によれば、コイル（１）に対して固定的に設けられた４個の磁気抵抗素子（４）からの出力に基づいて、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第７の態様に係るセンサユニット（３）は、磁気的相互作用により相対移動するコイル（１）及び磁石（２）の相対移動位置を検知するセンサユニット（３）であって、相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子（４）を有する。４個の磁気抵抗素子（４）は、コイル（１）及び磁石（２）が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている。
　この態様によれば、４個の磁気抵抗素子（４）からの出力に基づいて、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第８の態様に係る磁気センサ（３０）は、第７の態様に係るセンサユニット（３）に用いられる。磁気センサ（３０）は、電気絶縁性を有する基材（５）と、基材（５）の端面（５０）に配置された磁気抵抗素子（４）と、を有する２個のセンサブロック（８）と、２個のセンサブロック（８）を接続する接続部（７）と、を備える。
　この態様によれば、２個の磁気センサ（３０）からの出力を基にして、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第９の態様に係る磁気センサ（３０）は、第８の態様において、２個のセンサブロック（８）の各々の磁気抵抗素子（４）は、磁気センサ（３０）の相対移動方向の両端に位置する。
　この態様によれば、隣接する２つの磁気抵抗素子（４）の間の距離が、接続部（７）と２つの基材（５）とを介して確保される。
　第１０の態様に係る磁気センサ（３０）は、第７の態様に係るセンサユニット（３）に用いられる。磁気センサ（３０）は、電気絶縁性を有する基材（５）と、基材（５）の端面（５０）に配置された磁気抵抗素子（４）と、を有する４個のセンサブロック（８）と、４個のセンサブロック（８）を直列状に接続する３個の接続部（７）と、を備える。
　この態様によれば、１個の磁気センサ（３０）からの出力を基にして、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　第１１の態様に係る磁気センサ（３０）は、第１０の態様において、４個のセンサブロック（８）と、３個の接続部（７）とは、相対移動方向において交互に位置する。
　この態様によれば、４個の磁気抵抗素子（４）に含まれる隣接する２つの磁気抵抗素子（４）の間の距離が、接続部（７）を介して確保される。
　第１２の態様に係るセンサブロック（８）は、磁気的相互作用により相対移動するコイル（１）及び磁石（２）を備える位置検知システム（９）において、コイル（１）及び磁石（２）の相対移動位置を検知するためのセンサユニット（３）に用いられる。センサブロック（８）は、電気絶縁性を有する基材（５）と、基材（５）の端面（５０）に配置された磁気抵抗素子（４）と、を備える。
　この態様によれば、磁気抵抗素子（４）からの出力を基にして、コイル（１）及び磁石（２）の相対的な位置を、広いエリア内で高精度に検知することができる。
　１　コイル
　２　磁石
　３　センサユニット
　３０　磁気センサ
　４　磁気抵抗素子
　５　基材
　５０　端面
　７　接続部
　７１　第１接続部
　７２　第２接続部
　８　センサブロック
　９　位置検知システム
　ｄ１　距離
　ｄ２　距離
　ｄ３　距離

Claims (12)

  1. 　磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石と、
    　前記コイル及び前記磁石の相対移動位置を検知するセンサユニットと、
    を備え、
    　前記センサユニットは、前記相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子を有し、
    　前記４個の磁気抵抗素子は、前記コイル及び前記磁石が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている、
    　位置検知システム。
  2. 　前記相対移動方向に離れて配置された第１接続部及び第２接続部を更に備え、
    　前記第１接続部は、前記４個の磁気抵抗素子のうち２個の磁気抵抗素子を接続させており、
    　前記第２接続部は、前記４個の磁気抵抗素子のうち別の２個の磁気抵抗素子を接続させている、
    　請求項１に記載の位置検知システム。
  3. 　前記４個の磁気抵抗素子のうち前記相対移動方向に隣接する磁気抵抗素子同士の距離は、前記コイル及び前記磁石の相対移動距離の１／４である、
    　請求項１又は２に記載の位置検知システム。
  4. 　前記磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗効果素子である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の位置検知システム。
  5. 　前記センサユニットの出力信号を処理することで前記相対移動位置を検知する処理部を、更に備える、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の位置検知システム。
  6. 　前記センサユニットは、前記コイルに対して固定的に設けられている、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の位置検知システム。
  7. 　磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石の相対移動位置を検知するセンサユニットであって、
    　前記相対移動位置を検知するための４個の磁気抵抗素子を有し、
    　前記４個の磁気抵抗素子は、前記コイル及び前記磁石が相対移動する方向である相対移動方向に、等間隔で並んで配置されている、
    　センサユニット。
  8. 　請求項７に記載のセンサユニットに用いられる磁気センサであって、
    　電気絶縁性を有する基材と、前記基材の端面に配置された磁気抵抗素子と、を有する２個のセンサブロックと、
    　前記２個のセンサブロックを接続する接続部と、を備える、
    　磁気センサ。
  9. 　前記２個のセンサブロックの各々の前記磁気抵抗素子は、前記磁気センサの前記相対移動方向の両端に位置する、
    　請求項８の磁気センサ。
  10. 　請求項７に記載のセンサユニットに用いられる磁気センサであって、
    　電気絶縁性を有する基材と、前記基材の端面に配置された磁気抵抗素子と、を有する４個のセンサブロックと、
    　前記４個のセンサブロックを直列状に接続する３個の接続部と、を備える、
    　磁気センサ。
  11. 　前記４個のセンサブロックと、前記３個の接続部とは、前記相対移動方向において交互に位置する、
    　請求項１０の磁気センサ。
  12. 　磁気的相互作用により相対移動するコイル及び磁石を備える位置検知システムにおいて、前記コイル及び前記磁石の相対移動位置を検知するためのセンサユニットに用いられるセンサブロックであって、
    　電気絶縁性を有する基材と、
    　前記基材の端面に配置された磁気抵抗素子と、を備える、
    　センサブロック。
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