JP6597820B2 - 磁気センサおよび位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサおよびこれを用いた位置検出装置に関する。

近年、種々の用途で、磁気センサを用いた位置検出装置が利用されている。以下、磁気センサを用いた位置検出装置を、磁気式の位置検出装置と言う。磁気式の位置検出装置は、例えば、スマートフォンに内蔵された、オートフォーカス機構を備えたカメラモジュールにおいて、レンズの位置を検出するために用いられている。

磁気センサとしては、例えばスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いたものが知られている。スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、印加磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。

スピンバルブ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサでは、磁気抵抗効果素子が、その線形領域で動作することが望ましい。磁気抵抗効果素子の線形領域とは、磁気抵抗効果素子に対する印加磁界と磁気抵抗効果素子の抵抗値の関係を表す特性図において、印加磁界の変化に対して磁気抵抗効果素子の抵抗値が直線的またはほぼ直線的に変化する領域である。

線形領域で動作するように磁気抵抗効果素子の動作領域を調整する方法としては、磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加する方法や、磁気抵抗効果素子の自由層に、形状磁気異方性等の一軸磁気異方性を持たせる方法が知られている。

特許文献１には、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子に対してバイアス磁界を印加するバイアス部とを備えた磁界検出装置が記載されている。

特許文献２には、それぞれ異方性磁界を発現する自由層を含む第１および第２の磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサが記載されている。

特開２００７−６４８１３号公報 特開２００８−１１１８０１号公報

以下、一軸磁気異方性を有する自由層を含む磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、検出対象の磁界の方向が一定であるか所定の範囲に限られた磁気センサにおける１つの問題点について説明する。このような磁気センサの例としては、位置検出装置に用いられた磁気センサが挙げられる。

上述の磁気センサでは、使用前の初期状態において、印加磁界が無いときの自由層の磁化の方向が初期方向に設定されている。初期方向は、自由層の磁化容易軸に平行で互いに反対方向である２方向のうちの一方である。この磁気センサでは、使用開始後は、検出対象の磁界の方向や強度に応じて、自由層の磁化の方向が変化する。この磁気センサでは、理想的には、使用開始後においても、印加磁界が無くなれば自由層の磁化の方向は初期方向に戻る。

しかし、上述の磁気センサでは、外乱磁界の印加等によって、自由層の磁化が反転することがあった。自由層の磁化が反転すると、その後の磁気センサの検出値が、本来の値とは異なる値になるおそれがある。

特許文献２には、第１および第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれの自由層の磁化の方向が外乱磁界によって乱された場合に、それら自由層の磁化の方向を一定方向に揃えることができるように、第１および第２の磁気抵抗効果素子に対してリフレッシュ磁界を印加する手段を備えた磁気センサが記載されている。しかし、この磁気センサでは、リフレッシュ磁界を印加するための余分な手段および処理が必要になるという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、一軸磁気異方性を有する自由層を含む磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサであって、自由層の磁化の反転が生じた場合でも、容易に自由層の磁化の方向を本来の方向に戻すことができるようにした磁気センサ、およびこの磁気センサを含む位置検出装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の磁気センサは、基準平面内の検出位置における、所定の方向の検出対象磁界の強度に応じて変化する検出信号を生成するものである。第１の観点の磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備えている。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有している。基準平面は、検出対象磁界の方向、第１の方向および第２の方向を含む平面である。基準平面内において、第２の方向に直交する２方向のいずれも、検出対象磁界の方向とは異なる。第１の観点の磁気センサにおいて、一軸磁気異方性は形状磁気異方性であってもよい。

第１の観点の磁気センサにおいて、第２の方向は、初期状態において設定された自由層の磁化の方向であってもよい。また、第２の方向と検出対象磁界の方向がなす角は、鋭角であってもよい。

また、第１の観点の磁気センサにおいて、第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、作用磁界の方向の可変範囲に含まれていてもよい。この場合、第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、作用磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であってもよい。

また、第１の観点の磁気センサでは、基準平面内において、第２の方向に直交する２方向のうちの一方が検出対象磁界の方向に対してなす角度は、０°よりも大きく４５°よりも小さくてもよい。

また、第１の観点の磁気センサでは、一軸磁気異方性によって自由層に作用する異方性磁界の強度は、検出対象磁界の強度の最大値の２倍よりも小さくてもよい。

本発明の第１の観点の位置検出装置は、位置が変化可能な対象物の位置を検出するための装置である。第１の観点の位置検出装置は、所定の磁界を発生する磁界発生部と、基準平面内の検出位置における、所定の磁界の一部である所定の方向の検出対象磁界を検出する磁気センサとを備えている。磁界発生部と磁気センサは、対象物の位置が変化すると、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の強度が変化するように構成されている。磁気センサは、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の強度に応じて変化する検出信号を生成する。

第１の観点の位置検出装置において、磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備えている。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有している。基準平面は、検出対象磁界の方向、第１の方向および第２の方向を含む平面である。基準平面内において、第２の方向に直交する２方向のいずれも、検出対象磁界の方向とは異なる。

本発明の第２の観点の磁気センサは、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の強度および方向に応じて変化する検出信号を生成するものである。検出位置における検出対象磁界の方向は、基準平面内において１８０°未満の可変範囲内で変化する。第２の観点の磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備えている。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有している。基準平面は、検出対象磁界の方向、第１の方向および第２の方向を含む平面である。基準平面内において、第２の方向に直交する２方向のいずれも、検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれない。第２の観点の磁気センサにおいて、一軸磁気異方性は形状磁気異方性であってもよい。

第２の観点の磁気センサにおいて、第２の方向は、初期状態において設定された自由層の磁化の方向であってもよい。また、第２の方向と検出対象磁界の方向がなす角は、鋭角であってもよい。

また、第２の観点の磁気センサにおいて、第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、作用磁界の方向の可変範囲に含まれていてもよい。この場合、第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、作用磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であってもよい。

また、第２の観点の磁気センサにおいて、一軸磁気異方性によって自由層に作用する異方性磁界の強度は、検出対象磁界の強度の最大値の２倍よりも小さくてもよい。

本発明の第２の観点の位置検出装置は、位置が変化可能な対象物の位置を検出するための装置である。第２の観点の位置検出装置は、所定の磁界を発生する磁界発生部と、基準平面内の検出位置における、所定の磁界の一部である検出対象磁界を検出する磁気センサとを備えている。磁界発生部と磁気センサは、対象物の位置が変化すると、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の方向が１８０°未満の可変範囲内で変化するように構成されている。磁気センサは、基準平面内の検出位置における検出対象磁界の強度および方向に応じて変化する検出信号を生成する。

第２の観点の位置検出装置において、磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備えている。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含んでいる。自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有している。基準平面は、検出対象磁界の方向、第１の方向および第２の方向を含む平面である。基準平面内において、第２の方向に直交する２方向のいずれも、検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれない。

第２の観点の位置検出装置において、磁界発生部は、第１の部分磁界を発生する第１の部分磁界発生部と、第２の部分磁界を発生する第２の部分磁界発生部とを含んでいてもよい。所定の磁界は、第１の部分磁界と第２の部分磁界との合成磁界である。検出位置における、基準平面に平行な第１の部分磁界の成分を第１の磁界成分とし、検出位置における、基準平面に平行な第２の部分磁界の成分を第２の磁界成分としたときに、対象物の位置が変化すると、第１の磁界成分の強度および方向と第２の磁界成分の方向は変化しないが、第２の磁界成分の強度は変化する。この場合、検出対象磁界は、第１の磁界成分と第２の磁界成分との合成磁界である。

本発明の第１の観点の磁気センサおよび位置検出装置によれば、自由層の磁化の反転が生じた場合でも、所定の方向の検出対象磁界が自由層に作用することによって、容易に自由層の磁化の方向を本来の方向に戻すことが可能になるという効果を奏する。

また、本発明の第２の観点の磁気センサおよび位置検出装置によれば、自由層の磁化の反転が生じた場合でも、所定の可変範囲内で方向が変化する検出対象磁界が自由層に作用することによって、容易に自由層の磁化の方向を本来の方向に戻すことが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置を含むカメラモジュールを示す斜視図である。 図１に示したカメラモジュールの内部を模式的に示す説明図である。 図１における位置検出装置と駆動装置を示す斜視図である。 図１における駆動装置の複数のコイルを示す斜視図である。 図１における駆動装置の要部を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の要部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における磁気センサの構成を示す回路図である。 図７における１つの抵抗部の一部を示す斜視図である。 図８における１つの磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における第１の方向、第２の方向、検出対象磁界および作用磁界を示す説明図である。 シミュレーションにおける磁気センサのモデルを示す回路図である。 シミュレーションの結果を示す特性図である。 シミュレーションの結果を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置を含むカメラモジュールを示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の要部を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態における第２の方向と検出対象磁界を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における第１の方向、第２の方向、検出対象磁界および作用磁界を示す説明図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置を含むカメラモジュールの構成について説明する。図１は、カメラモジュール１００を示す斜視図である。図２は、カメラモジュール１００の内部を模式的に示す説明図である。なお、図２では、理解を容易にするために、カメラモジュール１００の各部を、図１における対応する各部とは異なる寸法および配置で描いている。カメラモジュール１００は、例えば、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構とを備えたスマートフォン用のカメラの一部を構成するものであり、ＣＭＯＳ等を用いたイメージセンサ２００と組み合わせて用いられる。

カメラモジュール１００は、本実施の形態に係る位置検出装置１と、駆動装置３と、レンズ５と、筐体６と、基板７とを備えている。本実施の形態に係る位置検出装置１は、磁気式の位置検出装置であり、自動的に焦点合わせを行う際にレンズ５の位置を検出するために用いられる。レンズ５は、本実施の形態に係る位置検出装置１における、位置が変化可能な対象物である。

駆動装置３は、レンズ５を移動させるものである。筐体６は、位置検出装置１と駆動装置３を保護するものである。基板７は、上面７ａを有している。なお、図１では基板７を省略し、図２では筐体６を省略している。

ここで、図１および図２に示したように、Ｕ方向、Ｖ方向、Ｚ方向を定義する。Ｕ方向、Ｖ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、基板７の上面７ａに垂直な一方向（図２では上側に向かう方向）をＺ方向とする。Ｕ方向とＶ方向は、いずれも、基板７の上面７ａに対して平行な方向である。また、Ｕ方向とは反対の方向を−Ｕ方向とし、Ｖ方向とは反対の方向を−Ｖ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を−Ｚ方向とする。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。

レンズ５は、その光軸方向がＺ方向に平行な方向に一致するような姿勢で、基板７の上面７ａの上方に配置されている。また、基板７は、レンズ５を通過した光を通過させる図示しない開口部を有している。図２に示したように、カメラモジュール１００は、レンズ５および図示しない開口部を通過した光がイメージセンサ２００に入射されるように、イメージセンサ２００に対して位置合わせされている。

次に、図２ないし図５を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置１と駆動装置３について詳しく説明する。図３は、位置検出装置１と駆動装置３を示す斜視図である。図４は、駆動装置３の複数のコイルを示す斜視図である。図５は、駆動装置３の要部を示す側面図である。

位置検出装置１は、第１の保持部材１４と、第２の保持部材１５と、複数の第１のワイヤ１６と、複数の第２のワイヤ１７とを備えている。第２の保持部材１５は、レンズ５を保持するものである。図示しないが、第２の保持部材１５は、例えば、その内部にレンズ５を装着できるように構成された筒状の形状を有している。

第２の保持部材１５は、第１の保持部材１４に対して一方向、具体的にはレンズ５の光軸方向すなわちＺ方向に平行な方向に位置変更可能に設けられている。本実施の形態では、第１の保持部材１４は、その内部にレンズ５と第２の保持部材１５を収容できるように構成された箱状の形状を有している。複数の第２のワイヤ１７は、第１の保持部材１４と第２の保持部材１５とを接続し、第２の保持部材１５が第１の保持部材１４に対してＺ方向に平行な方向に移動できるように、第２の保持部材１５を支持している。

第１の保持部材１４は、基板７の上面７ａの上方において、基板７に対してＵ方向に平行な方向とＶ方向に平行な方向に位置変更可能に設けられている。複数の第１のワイヤ１６は、基板７と第１の保持部材１４とを接続し、第１の保持部材１４が基板７に対してＵ方向に平行な方向とＶ方向に平行な方向に移動できるように、第１の保持部材１４を支持している。基板７に対する第１の保持部材１４の相対的な位置が変化すると、基板７に対する第２の保持部材１５の相対的な位置も変化する。

駆動装置３は、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂと、コイル４１，４２，４３，４４，４５，４６を備えている。磁石３１Ａは、レンズ５の−Ｖ方向の先に配置されている。磁石３２Ａは、レンズ５のＶ方向の先に配置されている。磁石３３Ａは、レンズ５の−Ｕ方向の先に配置されている。磁石３４Ａは、レンズ５のＵ方向の先に配置されている。磁石３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂは、それぞれ、磁石３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの上方に配置されている。また、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、第１の保持部材１４に固定されている。

図３に示したように、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、それぞれＵ方向に長い直方体形状を有している。磁石３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、それぞれＶ方向に長い直方体形状を有している。磁石３１Ａ，３２Ｂの磁化の方向は、Ｖ方向である。磁石３１Ｂ，３２Ａの磁化の方向は、−Ｖ方向である。磁石３３Ａ，３４Ｂの磁化の方向は、−Ｕ方向である。磁石３３Ｂ，３４Ａの磁化の方向は、Ｕ方向である。図１および図３では、磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの磁化の方向を、各磁石に重なるように描かれた矢印で示している。また、図５では、磁石３１Ａ，３１Ｂの磁化の方向を、磁石３１Ａ，３１Ｂ内に描かれた矢印によって示している。

磁石３１Ａは、磁石３１ＡのＵ方向の端に位置する端面３１Ａ１を有している。磁石３４Ａは、磁石３４Ａの−Ｖ方向の端に位置する端面３４Ａ１を有している。

コイル４１は、磁石３１Ａと基板７の間に配置されている。コイル４２は、磁石３２Ａと基板７との間に配置されている。コイル４３は、磁石３３Ａと基板７との間に配置されている。コイル４４は、磁石３４Ａと基板７との間に配置されている。コイル４５は、磁石３１Ａ，３１Ｂとレンズ５との間に配置されている。コイル４６は、磁石３２Ａ，３２Ｂとレンズ５との間に配置されている。また、コイル４１，４２，４３，４４は、基板７に固定されている。コイル４５，４６は、第２の保持部材１５に固定されている。

コイル４１には、主に、磁石３１Ａから発生される磁界が印加される。コイル４２には、主に、磁石３２Ａから発生される磁界が印加される。コイル４３には、主に、磁石３３Ａから発生される磁界が印加される。コイル４４には、主に、磁石３４Ａから発生される磁界が印加される。

また、図２、図４および図５に示したように、コイル４５は、磁石３１Ａに沿ってＵ方向に延びる第１の導体部４５Ａと、磁石３１Ｂに沿ってＵ方向に延びる第２の導体部４５Ｂと、第１および第２の導体部４５Ａ，４５Ｂを接続する２つの第３の導体部とを含んでいる。また、図２および図４に示したように、コイル４６は、磁石３２Ａに沿ってＵ方向に延びる第１の導体部４６Ａと、磁石３２Ｂに沿ってＵ方向に延びる第２の導体部４６Ｂと、第１および第２の導体部４６Ａ，４６Ｂを接続する２つの第３の導体部とを含んでいる。

コイル４５の第１の導体部４５Ａには、主に、磁石３１Ａから発生される磁界のＶ方向の成分が印加される。コイル４５の第２の導体部４５Ｂには、主に、磁石３１Ｂから発生される磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第１の導体部４６Ａには、主に、磁石３２Ａから発生される磁界の−Ｖ方向の成分が印加される。コイル４６の第２の導体部４６Ｂには、主に、磁石３２Ｂから発生される磁界のＶ方向の成分が印加される。

駆動装置３は、更に、コイル４１，４２の一方の内側において基板７に固定された磁気センサ３０と、コイル４３，４４の一方の内側において基板７に固定された磁気センサ３０を備えている。ここでは、２つの磁気センサ３０は、それぞれコイル４１の内側とコイル４４の内側に配置されているものとする。後で説明するように、この２つの磁気センサ３０は、手振れの影響を低減するためにレンズ５の位置を変化させる際に用いられる。

コイル４１の内側に配置された磁気センサ３０は、磁石３１Ａから発生される磁界を検出し、磁石３１Ａの位置に対応した信号を生成する。コイル４４の内側に配置された磁気センサ３０は、磁石３４Ａから発生される磁界を検出し、磁石３４Ａの位置に対応した信号を生成する。磁気センサ３０は、例えば、ホール素子等の磁界を検出する素子によって構成されている。

ここで、図２ないし図５を参照して、駆動装置３の動作について説明する。始めに、光学式手振れ補正機構とオートフォーカス機構について簡単に説明する。駆動装置３は、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構の一部を構成する。駆動装置３、光学式手振れ補正機構およびオートフォーカス機構は、カメラモジュール１００の外部の図示しない制御部によって制御される。

光学式手振れ補正機構は、例えば、カメラモジュール１００の外部のジャイロセンサ等によって、手振れを検出できるように構成されている。光学式手振れ補正機構が手振れを検出すると、図示しない制御部は、手振れの態様に応じて基板７に対するレンズ５の相対的な位置が変化するように、駆動装置３を制御する。これにより、レンズ５の絶対的な位置を安定化させて、手振れの影響を低減することができる。なお、基板７に対するレンズ５の相対的な位置は、手振れの態様に応じて、Ｕ方向に平行な方向またはＶ方向に平行な方向に変化する。

オートフォーカス機構は、例えば、イメージセンサ２００またはオートフォーカスセンサ等によって、被写体に焦点が合った状態を検出できるように構成されている。図示しない制御部は、被写体に焦点が合った状態になるように、駆動装置３によって、基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ方向に平行な方向に変化させる。これにより、自動的に被写体に対する焦点合わせを行うことができる。

次に、光学式手振れ補正機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。図示しない制御部によってコイル４１，４２に電流が流されると、磁石３１Ａ，３２Ａから発生される磁界とコイル４１，４２から発生される磁界との相互作用によって、磁石３１Ａ，３２Ａが固定された第１の保持部材１４は、Ｖ方向に平行な方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｖ方向に平行な方向に移動する。また、図示しない制御部によってコイル４３，４４に電流が流されると、磁石３３Ａ，３４Ａから発生される磁界とコイル４３，４４から発生される磁界との相互作用によって、磁石３３Ａ，３４Ａが固定された第１の保持部材１４は、Ｕ方向に平行な方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｕ方向に平行な方向に移動する。図示しない制御部は、２つの磁気センサ３０によって生成される磁石３１Ａ，３４Ａの位置に対応した信号を測定することによって、レンズ５の位置を検出する。

次に、オートフォーカス機構に関連する駆動装置３の動作について説明する。基板７に対するレンズ５の相対的な位置をＺ方向に移動させる場合、図示しない制御部は、第１の導体部４５ＡではＵ方向に電流が流れ、第２の導体部４５Ｂでは−Ｕ方向に電流が流れるように、コイル４５に電流を流し、第１の導体部４６Ａでは−Ｕ方向に電流が流れ、第２の導体部４６ＢではＵ方向に電流が流れるように、コイル４６に電流を流す。これらの電流と磁石３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂから発生される磁界によって、コイル４５の第１および第２の導体部４５Ａ，４５Ｂとコイル４６の第１および第２の導体部４６Ａ，４６Ｂに、Ｚ方向のローレンツ力が作用する。これにより、コイル４５，４６が固定された第２の保持部材１５は、Ｚ方向に移動する。その結果、レンズ５も、Ｚ方向に移動する。

基板７に対するレンズ５の相対的な位置を−Ｚ方向に移動させる場合には、図示しない制御部は、コイル４５，４６に、Ｚ方向に移動させる場合とは逆方向に電流を流す。

以下、位置検出装置１について詳しく説明する。図６は、位置検出装置１の要部を示す斜視図である。図６に示したように、位置検出装置１は、更に、所定の磁界を発生する磁界発生部１０と、磁気センサ２０とを備えている。本実施の形態では、磁界発生部１０は、磁石１３によって構成されている。図１、図３および図６では、磁石１３の磁化の方向を、磁石１３に重なるように描かれた矢印で示している。所定の磁界は、磁石１３が発生する磁界である。磁石１３は、直方体形状を有している。

図１および図３に示したように、磁石１３は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１および磁石３４Ａの端面３４Ａ１の近傍の空間において、第２の保持部材１５に固定されている。第１の保持部材１４に対する第２の保持部材１５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、第１の保持部材１４に対する磁石１３の相対的な位置もＺ方向に平行な方向に変化する。

磁気センサ２０は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。以下、磁気抵抗効果素子をＭＲ素子と記す。磁気センサ２０は、基準平面内の検出位置における、所定の方向の検出対象磁界を検出し、検出対象磁界の強度に応じて変化する検出信号を生成する。以下、検出位置における所定の方向の検出対象磁界を対象磁界Ｈｓと言う。対象磁界Ｈｓは、磁石１３が発生する所定の磁界の一部である。磁気センサ２０は、磁石３１Ａの端面３１Ａ１と磁石３４Ａの端面３４Ａ１の近傍において基板７に固定されている。磁石１３は、磁気センサ２０の上方に配置されている。

検出位置は、磁気センサ２０が対象磁界Ｈｓを検出する位置である。本実施の形態では、基準平面は、検出位置を含み、Ｚ方向に垂直な平面である。

本実施の形態では、磁界発生部１０と磁気センサ２０は、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、検出位置における対象磁界Ｈｓの強度が変化するように構成されている。すなわち、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、磁気センサ２０に対する磁石１３の相対的な位置もＺ方向に平行な方向に変化する。これにより、検出位置と磁石１３との間の距離が変化し、その結果、対象磁界Ｈｓの強度が変化する。

ここで、図６に示したように、Ｘ方向とＹ方向を定義する。Ｘ方向とＹ方向は、いずれも、基板７の上面７ａ（図２参照）に対して平行な方向である。Ｘ方向は、−Ｕ方向から−Ｖ方向に向かって４５°だけ回転した方向である。Ｙ方向は、−Ｖ方向からＵ方向に向かって４５°だけ回転した方向である。また、Ｘ方向とは反対の方向を−Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を−Ｙ方向とする。

図６において、符号Ｈｓを付した矢印は、対象磁界Ｈｓの強度および方向を表している。本実施の形態では、対象磁界Ｈｓの方向は、Ｘ方向である。図６においてＨｓ以外の符号を付した矢印の意味については、後で説明する。

次に、図７を参照して、磁気センサ２０の構成の一例について説明する。図７は、磁気センサ２０の構成を示す回路図である。図７に示したように、磁気センサ２０は、ホイートストンブリッジ回路２１と、差分検出器２２とを有している。ホイートストンブリッジ回路２１は、所定の電圧が印加される電源ポートＶと、グランドに接続されるグランドポートＧと、第１の出力ポートＥ１と、第２の出力ポートＥ２とを含んでいる。

ホイートストンブリッジ回路２１は、更に、第１の抵抗部Ｒ１と、第２の抵抗部Ｒ２と、第３の抵抗部Ｒ３と、第４の抵抗部Ｒ４とを含んでいる。第１の抵抗部Ｒ１は、電源ポートＶと第１の出力ポートＥ１との間に設けられている。第２の抵抗部Ｒ２は、第１の出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。第３の抵抗部Ｒ３は、電源ポートＶと第２の出力ポートＥ２との間に設けられている。第４の抵抗部Ｒ４は、第２の出力ポートＥ２とグランドポートＧとの間に設けられている。

第１の抵抗部Ｒ１は、少なくとも１つの第１のＭＲ素子を含んでいる。第２の抵抗部Ｒ２は、少なくとも１つの第２のＭＲ素子を含んでいる。第３の抵抗部Ｒ３は、少なくとも１つの第３のＭＲ素子を含んでいる。第４の抵抗部Ｒ４は、少なくとも１つの第４のＭＲ素子を含んでいる。

本実施の形態では特に、第１の抵抗部Ｒ１は、直列に接続された複数の第１のＭＲ素子を含み、第２の抵抗部Ｒ２は、直列に接続された複数の第２のＭＲ素子を含み、第３の抵抗部Ｒ３は、直列に接続された複数の第３のＭＲ素子を含み、第４の抵抗部Ｒ２は、直列に接続された複数の第４のＭＲ素子を含んでいる。

ホイートストンブリッジ回路２１に含まれる複数のＭＲ素子の各々は、スピンバルブ型のＭＲ素子である。このスピンバルブ型のＭＲ素子は、方向が固定された磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界Ｈｆの方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置されたギャップ層とを有している。以下、各ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を第１の方向とも言う。

スピンバルブ型のＭＲ素子は、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子でもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子でもよい。ＴＭＲ素子では、ギャップ層はトンネルバリア層である。ＧＭＲ素子では、ギャップ層は非磁性導電層である。スピンバルブ型のＭＲ素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°のときに抵抗値は最小値となり、角度が１８０°のときに抵抗値は最大値となる。図７において、塗りつぶした矢印は、ＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、ＭＲ素子における自由層の磁化の方向を表している。

抵抗部Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は同じ方向ＭＰ１である。抵抗部Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における磁化固定層の磁化の方向は、方向ＭＰ１とは反対の方向ＭＰ２である。方向ＭＰ１は抵抗部Ｒ１，Ｒ４に含まれる複数のＭＲ素子における第１の方向であり、方向ＭＰ２は抵抗部Ｒ２，Ｒ３に含まれる複数のＭＲ素子における第１の方向である。

各ＭＲ素子における自由層の磁化の方向は、作用磁界Ｈｆの方向である。作用磁界Ｈｆの方向は、対象磁界Ｈｓの強度に依存する。出力ポートＥ１の電位と、出力ポートＥ２の電位と、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差は、作用磁界Ｈｆの方向が方向ＭＰ１に対してなす角度の余弦に応じて変化する。差分検出器２２は、出力ポートＥ１，Ｅ２の電位差に対応する信号を、磁気センサ２０の検出信号として出力する。検出信号は、対象磁界Ｈｓの強度に応じて変化する作用磁界Ｈｆの方向に依存する。従って、検出信号は、対象磁界Ｈｓの強度に応じて変化する。

ここで、図８および図９を参照して、抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の構成の一例について説明する。以下、抵抗部Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のうちの任意の１つを抵抗部Ｒと言う。図８は、１つの抵抗部Ｒの一部を示す斜視図である。この例では、１つの抵抗部Ｒは、複数の下部電極１６２と、複数のＭＲ素子１５０と、複数の上部電極１６３とを有している。複数の下部電極１６２は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極１６２は細長い形状を有している。下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２の間には、間隙が形成されている。図８に示したように、下部電極１６２の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ素子１５０が配置されている。

図９は、１つのＭＲ素子１５０を示す斜視図である。ＭＲ素子１５０は、下部電極１６２側から順に積層された反強磁性層１５１、磁化固定層１５２、ギャップ層１５３および自由層１５４を含んでいる。反強磁性層１５１は、下部電極１６２に電気的に接続されている。反強磁性層１５１は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層１５２との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層１５２の磁化の方向を固定する。複数の上部電極１６３は、複数のＭＲ素子１５０の上に配置されている。個々の上部電極１６３は細長い形状を有し、下部電極１６２の長手方向に隣接する２つの下部電極１６２上に配置されて隣接する２つのＭＲ素子１５０の自由層１５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図８に示した抵抗部Ｒは、複数の下部電極１６２と複数の上部電極１６３とによって直列に接続された複数のＭＲ素子１５０を有している。

なお、ＭＲ素子１５０における層１５１〜１５４の配置は、図９に示した配置とは上下が反対でもよい。また、ＭＲ素子１５０は、反強磁性層１５１を含まない構成であってもよい。この構成は、例えば、反強磁性層１５１および磁化固定層１５２の代わりに、２つの強磁性層とこの２つの強磁性層の間に配置された非磁性金属層と含む人工反強磁性構造の磁化固定層を含む構成であってもよい。

本実施の形態では、ＭＲ素子１５０の自由層１５４は、一軸磁気異方性を有している。自由層１５４の磁化容易軸は、第２の方向Ｄｋに平行な方向に向いている。図９には、自由層１５４の一軸磁気異方性が形状磁気異方性である例を示している。この例では、自由層１５４を含むＭＲ素子１５０の全体が、一方向に長い形状を有している。自由層１５４の磁化容易軸は、自由層１５４の長手方向に向いている。

次に、図１０を参照して、第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２、第２の方向Ｄｋ、対象磁界Ｈｓおよび作用磁界Ｈｆについて詳しく説明する。図１０において、符号ＲＰは基準平面を表し、符号Ｐは検出位置を表している。図１０において、Ｘ方向の軸はＸ方向の磁界の強度Ｈｘを示し、Ｙ方向の軸はＹ方向の磁界の強度Ｈｙを示している。図１０には、第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２を示している。図１０において、符号Ｈｓ（Ｄｓ）を付した矢印は、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓを表している。図１０において、符号Ｈｆ（Ｄｆ）を付した矢印は、作用磁界Ｈｆの強度および方向Ｄｆを示している。

本実施の形態において、第２の方向Ｄｋは、磁気センサ２０の使用前の初期状態において設定された自由層１５４の磁化の方向である。この場合、磁気センサ２０の使用時において、第２の方向Ｄｋからの自由層１５４の磁化の反転がなければ、自由層１５４には、一軸磁気異方性による、第２の方向Ｄｋの異方性磁界Ｈｋが作用する。図１０において、符号Ｈｋ（Ｄｋ）を付した矢印は、異方性磁界Ｈｋの強度と、異方性磁界Ｈｋの方向である第２の方向Ｄｋを表している。

基準平面ＲＰは、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓ、第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２および第２の方向Ｄｋを含む平面である。本実施の形態では、作用磁界Ｈｆは、対象磁界Ｈｓと異方性磁界Ｈｋとの合成磁界である。対象磁界Ｈｓの強度が変化すると、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆが変化する。Ｚ方向に平行な方向についての磁石１３の位置は、所定の可動範囲内において変化する。そのため、対象磁界Ｈｓの強度は所定の範囲内で変化し、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆも所定の可変範囲内で変化する。図１０では、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲を、符号Ｒｆで示している。また、図１０において、符号Ｒｆｃで示した方向は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向である。

図６では、符号ＭＰ１を付した矢印は方向ＭＰ１を表し、符号ＭＰ２を付した矢印は方向ＭＰ２を表し、符号Ｈｋを付した矢印は異方性磁界Ｈｋの強度および方向を表し、符号Ｈｆを付した矢印は作用磁界Ｈｆの強度および方向を表している。

以下、基準平面ＲＰ内において第１の方向ＭＰ１およびＭＰ２に直交する２方向を、方向Ｄ１１および方向Ｄ１２と言う。また、基準平面ＲＰ内において第２の方向Ｄｋに直交する２方向を、方向Ｄ２１および方向Ｄ２２と言う。

図１０に示したように、本実施の形態では、基準平面ＲＰ内において、２方向Ｄ２１，Ｄ２２のいずれも、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓとは異なる。また、第２の方向Ｄｋと対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓがなす角は、鋭角である。

また、第１の方向ＭＰ１およびＭＰ２に直交する２方向のうちの一方の方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆに含まれている。方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向Ｒｆｃと同じ方向であってもよい。

次に、本実施の形態に係る位置検出装置１および磁気センサ２０の作用および効果について説明する。位置検出装置１は、レンズ５の位置を検出するために用いられる。本実施の形態では、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、磁気センサ２０に対する磁石１３の相対的な位置もＺ方向に平行な方向に変化する。これにより、検出位置Ｐと磁石１３との間の距離が変化し、その結果、対象磁界Ｈｓの強度が変化する。

本実施の形態では、作用磁界Ｈｆは、対象磁界Ｈｓと異方性磁界Ｈｋとの合成磁界である。対象磁界Ｈｓの強度が変化すると、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆが変化する。磁気センサ２０の検出信号は、対象磁界Ｈｓの強度に応じて変化する作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆに依存する。従って、検出信号は、対象磁界Ｈｓの強度に応じて変化する。また、対象磁界Ｈｓの強度は、基板７に対するレンズ５の相対的な位置に依存する。そのため、検出信号は、レンズ５の位置に対応する。

磁気センサ２０では、外乱磁界の印加等によって、自由層１５４の磁化が反転して、印加磁界が無いときの自由層１５４の磁化の方向が、第２の方向Ｄｋとは反対方向に向く場合がある。

図１０に示したように、本実施の形態では、基準平面ＲＰ内において、第２の方向Ｄｋに直交する２方向Ｄ２１，Ｄ２２のいずれも、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓとは異なる。また、第２の方向Ｄｋと対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓがなす角は鋭角である。そのため、本実施の形態では、上述のように、外乱磁界の印加等によって自由層１５４の磁化の反転が生じた場合でも、その後、外乱磁界が無くなり、対象磁界Ｈｓが自由層１５４に作用すると、対象磁界Ｈｓによって、印加磁界が無いときの自由層１５４の磁化の方向を、本来の方向である第２の方向Ｄｋに戻すことができる。このように、本実施の形態によれば、自由層１５４の磁化の反転が生じた場合でも、余分な手段や処理を用いることなく、容易に自由層１５４の磁化の方向を本来の方向に戻すことができる。

また、本実施の形態では、第１の方向ＭＰ１およびＭＰ２に直交する２方向のうちの一方の方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆに含まれている。これにより、ＭＲ素子１５０を、その線形領域で動作させることが可能になり、その結果、磁気センサ２０の検出信号のオフセットを小さくしたり、検出信号の線形性を高めたりすることが可能になる。方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向Ｒｆｃと同じ方向であってもよい。

次に、シミュレーションの結果を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置１および磁気センサ２０における好ましい要件について説明する。図１１は、シミュレーションにおける磁気センサ２０のモデルを示す回路図である。このモデルは、図７に示した磁気センサ２０の構成要素のうちの、電源ポートＶ、グランドポートＧ、出力ポートＥ１、第１の抵抗部Ｒ１および第２の抵抗部Ｒ２を含んでいる。第１の抵抗部Ｒ１は、電源ポートＶと出力ポートＥ１との間に設けられている。第２の抵抗部Ｒ２は、出力ポートＥ１とグランドポートＧとの間に設けられている。このモデルでは、出力ポートＥ１の電位が、対象磁界Ｈｓの強度に応じて変化する検出信号である。

ここで、シミュレーションで評価した４つのパラメータについて説明する。４つのパラメータは、反転磁界強度、感度パラメータ、線形性パラメータおよび磁界強度差である。

反転磁界強度は、自由層１５４の磁化の方向を、自由層１５４の磁化容易軸に平行で互いに反対方向である２方向のうちの一方から他方へ反転させるのに必要な印加磁界の強度の最小値である。反転磁界強度は、印加磁界の方向が磁化容易軸に対してなす角度によって異なる。

感度パラメータは、対象磁界Ｈｓの強度の変化に対する検出信号の値の変化の比率である。感度パラメータが大きいほど、感度が高いと言える。

線形性パラメータは、以下のようにして求められる値である。まず、対象磁界Ｈｓの強度の可変範囲における対象磁界Ｈｓの強度と検出信号の値との関係を表す特性曲線を求める。次に、特性曲線の近似直線を求める。次に、近似直線に対する特性曲線上の値の残差の、対象磁界Ｈｓの強度の可変範囲内における最大値を求める。線形性パラメータは、残差の最大値を、検出信号の値の可変範囲の大きさで割って得られた値である。線形性パラメータが小さいほど、線形性がよいと言える。

磁界強度差は、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxから、印加磁界の全方向における反転磁界強度の最小値を引いた値である。前述の通り、反転磁界強度は、印加磁界の方向が磁化容易軸に対してなす角度によって異なる。この角度と反転磁界強度との関係は、例えばアステロイド曲線で表される。この場合には、反転磁界強度は、印加磁界の方向が磁化容易軸に対してなす角度が０°または９０°のときに最大になり、印加磁界の方向が磁化容易軸に対してなす角度が４５°のときに最小になる。従って、この場合には、印加磁界の全方向における反転磁界強度の最小値は、印加磁界の方向が磁化容易軸に対してなす角度が４５°のときの反転磁界強度である。

また、図１０に示したように、基準平面ＲＰ内において、第２の方向Ｄｋに直交する２方向のうちの一方の方向Ｄ２１が対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓに対してなす角度を、傾斜角度θｔと言う。

シミュレーションでは、まず、傾斜角度θｔと、反転磁界強度、感度パラメータおよび線形性パラメータの関係を求めた。図１２は、傾斜角度θｔと、反転磁界強度、感度パラメータおよび線形性パラメータの関係を示す特性図である。図１２において、横軸は傾斜角度θｔを示し、縦軸は、任意単位（ａ．ｕ．）で表した反転磁界強度、感度パラメータおよび線形性パラメータの値を示している。図１２において、符号８１を付した線は、傾斜角度θｔと反転磁界強度との関係を表している。符号８２を付した線は、傾斜角度θｔと感度パラメータとの関係を表している。符号８３を付した線は、傾斜角度θｔと線形性パラメータとの関係を表している。

図１２において、線８１で表されているように、傾斜角度θｔが４０°から５０°の範囲では、反転磁界強度は、ほぼ一定の小さい値である。また、傾斜角度θｔが０°から４０°の範囲では、傾斜角度θｔが小さくなるほど反転磁界強度は大きくなっている。

また、図１２において、線８２，８３で表されているように、傾斜角度θｔが０°から５０°の範囲では、傾斜角度θｔが大きくなるほど、感度パラメータは小さくなり、線形性パラメータは大きくなっている。

対象磁界Ｈｓによる自由層１５４の磁化の反転を容易にするという観点に限れば、傾斜角度θｔは４０°〜５０°の範囲内であることが好ましい。しかし、図１２から理解されるように、傾斜角度θｔが大きくなるほど、感度と線形性が悪化する。これは、傾斜角度θｔが大きくなるほど、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆが狭くなるためである。位置検出装置１および磁気センサ２０では、感度と線形性の悪化は好ましくない。一方、傾斜角度θｔが０°に近いと、反転磁界強度は特に大きくなる。これらのことから、本実施の形態では、傾斜角度θｔは０°よりも大きく４５°よりも小さいことが好ましく、５°〜４０°の範囲内であることがより好ましい。

シミュレーションでは、次に、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxに対する異方性磁界Ｈｋの強度の比率と、磁界強度差、感度パラメータおよび線形性パラメータの関係を求めた。以下、上記の比率をＨｋ／Ｈsmaxと記す。図１３は、Ｈｋ／Ｈsmaxと、磁界強度差、感度パラメータおよび線形性パラメータの関係を示す特性図である。図１３において、横軸はＨｋ／Ｈsmaxを示し、縦軸は、任意単位（ａ．ｕ．）で表した磁界強度差、感度パラメータおよび線形性パラメータの値を示している。任意単位で表した磁界強度差の０は、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxから、印加磁界の全方向における反転磁界強度の最小値を引いた値が０であることを表している。図１３において、符号９１を付した線は、Ｈｋ／Ｈsmaxと磁界強度差との関係を表している。符号９２を付した線は、Ｈｋ／Ｈsmaxと感度パラメータとの関係を表している。符号９３を付した線は、Ｈｋ／Ｈsmaxと線形性パラメータとの関係を表している。

対象磁界Ｈｓによる自由層１５４の磁化の反転を可能にするためには、磁界強度差は０以上であることが必要であり、０より大きいことが好ましい。そのため、図１３における線９１から、Ｈｋ／Ｈsmaxは、２以下であることが必要であり、２よりも小さいことが好ましい。言い換えると、異方性磁界Ｈｋの強度は、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxの２倍以下であることが必要であり、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxの２倍よりも小さいことが好ましい。

一方、図１３において、線９３で表されているように、Ｈｋ／Ｈsmaxが０に近いと線形性パラメータが極端に大きくなる。そのため、Ｈｋ／Ｈsmaxは、０．５以上であることが好ましい。言い換えると、異方性磁界Ｈｋの強度は、対象磁界Ｈｓの強度の最大値Ｈsmaxの１／２以上であることが好ましい。

自由層１５４の一軸磁気異方性が形状磁気異方性である場合には、異方性磁界Ｈｋの強度は、例えば自由層１５４の形状によって制御することが可能である。ここで、上方から見たときの自由層１５４の長手方向における最大長をＬａと、上方から見たときの自由層１５４の長手方向に直交する方向における最大長をＬｂとする。Ｌａ／Ｌｂの値が大きくなるほど、異方性磁界Ｈｋの強度が大きくなる。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図１４を参照して、本実施の形態に係る位置検出装置１を含むカメラモジュール１００が、第１の実施の形態におけるカメラモジュール１００と異なる点について説明する。図１４は、本実施の形態におけるカメラモジュール１００を示す斜視図である。

本実施の形態におけるカメラモジュール１００では、駆動装置３の磁石３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの磁化の方向が第１の実施の形態と異なっている。すなわち、本実施の形態では、磁石３３Ａ，３４Ｂの磁化の方向は、Ｕ方向である。磁石３３Ｂ，３４Ａの磁化の方向は、−Ｕ方向である。

本実施の形態に係る位置検出装置１は、第１の実施の形態における磁界発生部１０の代わりに、第１の部分磁界を発生する第１の部分磁界発生部１１と第２の部分磁界を発生する第２の部分磁界発生部１２とを含む磁界発生部１０を備えている。

第１の部分磁界発生部１１は、磁石３１Ａ，３４Ａによって構成されている。第１の部分磁界は、磁石３１Ａ，３４Ａがそれぞれ発生する磁界が合成されたものである。

第２の部分磁界発生部１２は、第１の実施の形態における磁石１３によって構成されている。第２の部分磁界は、磁石１３が発生する磁界である。

本実施の形態では、磁界発生部１０が発生する所定の磁界は、第１の部分磁界と第２の部分磁界との合成磁界である。

次に、本実施の形態に係る位置検出装置１および磁気センサ２０について詳しく説明する。図１５は、本実施の形態に係る位置検出装置１の要部を示す斜視図である。本実施の形態では、位置検出装置１の磁気センサ２０は、基準平面内の検出位置における、検出対象磁界を検出し、検出対象磁界の強度および方向に応じて変化する検出信号を生成する。以下、検出位置における検出対象磁界を対象磁界Ｈｓと言う。

磁界発生部１０と磁気センサ２０は、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、対象磁界Ｈｓの方向が１８０°未満の可変範囲内で変化するように構成されている。

ここで、検出位置における、基準平面に平行な第１の部分磁界の成分を第１の磁界成分と言い、符号Ｈｓ１で表す。また、検出位置における、基準平面に平行な第２の部分磁界の成分を第２の磁界成分と言い、符号Ｈｓ２で表す。本実施の形態における対象磁界Ｈｓは、第１の磁界成分Ｈｓ１と第２の磁界成分Ｈｓ２との合成磁界である。図１５において、符号Ｈｓ１を付した矢印は第１の磁界成分Ｈｓ１の強度および方向を表し、符号Ｈｓ２を付した矢印は第２の磁界成分Ｈｓ２の強度および方向を表し、符号Ｈｓを付した矢印は対象磁界Ｈｓの強度および方向を表している。

図１５に示したように、本実施の形態では特に、第１の磁界成分Ｈｓ１の方向はＹ方向であり、第２の磁界成分Ｈｓ２の方向はＸ方向である。基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、第１の磁界成分Ｈｓ１の強度および方向と第２の磁界成分Ｈｓ２の方向は変化しないが、第２の磁界成分Ｈｓ２の強度は変化する。本実施の形態では特に、対象磁界Ｈｓの方向は９０°未満の可変範囲内で変化する。

第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第２の方向Ｄｋは、磁気センサ２０の使用前の初期状態において設定された自由層１５４の磁化の方向である。この場合、磁気センサ２０の使用時において、第２の方向Ｄｋからの自由層１５４の磁化の反転がなければ、自由層１５４には、一軸磁気異方性による、第２の方向Ｄｋの異方性磁界Ｈｋが作用する。

基準平面ＲＰは、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓ、第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２および第２の方向Ｄｋを含む平面である。本実施の形態における第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２および第２の方向Ｄｋは、第１の実施の形態とは異なっている。作用磁界Ｈｆは、対象磁界Ｈｓと異方性磁界Ｈｋとの合成磁界である。

図１５において、符号ＭＰ１を付した矢印は方向ＭＰ１を表し、符号ＭＰ２を付した矢印は方向ＭＰ２を表し、符号Ｈｋを付した矢印は異方性磁界Ｈｋの強度および方向を表し、符号Ｈｆを付した矢印は作用磁界Ｈｆの強度および方向を表している。

次に、図１６を参照して、本実施の形態における第２の方向Ｄｋと対象磁界Ｈｓについて詳しく説明する。図１６において、符号ＲＰは基準平面を表し、符号Ｐは検出位置を表している。図１６において、Ｘ方向の軸はＸ方向の磁界の強度Ｈｘを示し、Ｙ方向の軸はＹ方向の磁界の強度Ｈｙを示している。図１６において、符号Ｈｋ（Ｄｋ）を付した矢印は、異方性磁界Ｈｋの強度と、異方性磁界Ｈｋの方向である第２の方向Ｄｋを表している。図１６において、符号Ｈｓ（Ｄｓ）を付した矢印は、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓを表している。また、図１６には、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓの可変範囲Ｒｓを示している。本実施の形態では、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、第２の磁界成分Ｈｓ２の強度が変化し、その結果、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓが変化する。

第１の実施の形態と同様に、基準平面ＲＰ内において第２の方向Ｄｋに直交する２方向を、方向Ｄ２１および方向Ｄ２２と言う。本実施の形態では、図１６に示したように、基準平面ＲＰ内において、第２の方向Ｄｋに直交する２方向Ｄ２１，Ｄ２２のいずれも、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓの可変範囲Ｒｓに含まれない。

次に、図１７を参照して、本実施の形態における第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２、第２の方向Ｄｋ、対象磁界Ｈｓおよび作用磁界Ｈｆについて詳しく説明する。図１７において、符号ＲＰは基準平面を表し、符号Ｐは検出位置を表している。図１７において、Ｘ方向の軸はＸ方向の磁界の強度Ｈｘを示し、Ｙ方向の軸はＹ方向の磁界の強度Ｈｙを示している。図１７には、第１の方向ＭＰ１，ＭＰ２を示している。また、図１７において、符号Ｈｋ（Ｄｋ）を付した矢印は、異方性磁界Ｈｋの強度と、異方性磁界Ｈｋの方向である第２の方向Ｄｋを表している。図１７において、符号Ｈｓ（Ｄｓ）を付した矢印は、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓを表している。図１７において、符号Ｈｆ（Ｄｆ）を付した矢印は、作用磁界Ｈｆの強度および方向Ｄｆを表している。

作用磁界Ｈｆは、対象磁界Ｈｓと異方性磁界Ｈｋとの合成磁界である。本実施の形態では、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、第２の磁界成分Ｈｓ２の強度が変化し、その結果、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓが変化すると共に、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆが変化する。第２の磁界成分Ｈｓ２の強度は所定の範囲内で変化するため、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆも所定の可変範囲内で変化する。図１７は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲を、符号Ｒｆで示している。また、図１７において、符号Ｒｆｃで示した方向は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向である。

図１７に示したように、第１の方向ＭＰ１およびＭＰ２に直交する２方向のうちの一方の方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆに含まれている。方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向Ｒｆｃと同じ方向であってもよい。

次に、本実施の形態に係る位置検出装置１および磁気センサ２０の作用および効果について説明する。本実施の形態では、前述の通り、基板７に対するレンズ５の相対的な位置がＺ方向に平行な方向に変化すると、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓが変化すると共に、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆが変化する。磁気センサ２０の検出信号は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆに依存し、この方向Ｄｆは、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓに依存する。従って、検出信号は、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓに応じて変化する。また、対象磁界Ｈｓの強度および方向Ｄｓは、基板７に対するレンズ５の相対的な位置に依存する。そのため、検出信号は、レンズ５の位置に対応する。

磁気センサ２０では、外乱磁界の印加等によって、自由層１５４の磁化が反転して、印加磁界が無いときの自由層１５４の磁化の方向が、第２の方向Ｄｋとは反対方向に向く場合がある。

図１６に示したように、本実施の形態では、基準平面ＲＰ内において、第２の方向Ｄｋに直交する２方向Ｄ２１，Ｄ２２のいずれも、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓの可変範囲Ｒｓに含まれない。また、対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓが可変範囲Ｒｓ内のどの方向であっても、第２の方向Ｄｋと対象磁界Ｈｓの方向Ｄｓがなす角は鋭角である。そのため、本実施の形態では、上述のように、外乱磁界の印加等によって自由層１５４の磁化の反転が生じた場合でも、その後、外乱磁界が無くなり、対象磁界Ｈｓが自由層１５４に作用すると、対象磁界Ｈｓによって、印加磁界が無いときの自由層１５４の磁化の方向を、本来の方向である第２の方向Ｄｋに戻すことができる。このように、本実施の形態によれば、自由層１５４の磁化の反転が生じた場合でも、余分な手段や処理を用いることなく、容易に自由層１５４の磁化の方向を本来の方向に戻すことができる。

また、図１７に示したように、本実施の形態では、第１の方向ＭＰ１およびＭＰ２に直交する２方向のうちの一方の方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆに含まれている。これにより、ＭＲ素子１５０を、その線形領域で動作させることが可能になり、その結果、磁気センサ２０の検出信号のオフセットを小さくしたり、検出信号の線形性を高めたりすることが可能になる。方向Ｄ１１は、作用磁界Ｈｆの方向Ｄｆの可変範囲Ｒｆの中間の方向Ｒｆｃと同じ方向であってもよい。

第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、異方性磁界Ｈｋの強度は、対象磁界Ｈｓの強度の最大値の２倍よりも小さく、対象磁界Ｈｓの強度の最大値の１／２以上であることが好ましい。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明において、自由層の一軸磁気異方性は、結晶磁気異方性等の、形状磁気異方性以外の一軸磁気異方性であってもよい。

また、本発明の位置検出装置は、レンズに限らず、所定の方向に移動する対象物の位置を検出するために用いることができる。

１…位置検出装置、３…駆動装置、５…レンズ、６…筐体、７…基板、１０…磁界発生部、１３…磁石、１４…第１の保持部材、１５…第２の保持部材、２０…磁気センサ、１００…カメラモジュール。

Claims (16)

1. 基準平面内の検出位置における、所定の方向の検出対象磁界の強度に応じて変化する検出信号を生成する磁気センサであって、
   前記検出位置における検出対象磁界は、磁界発生部が発生する所定の磁界の一部であり、
   前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備え、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
   前記自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有し、
   前記基準平面は、前記検出位置における検出対象磁界の方向、前記第１の方向および前記第２の方向を含む平面であり、
   前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のいずれも、前記検出対象磁界の方向とは異なり、
   前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のうちの一方が前記検出対象磁界の方向に対してなす角度は、５°〜４０°の範囲内であることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記一軸磁気異方性は、形状磁気異方性であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
3. 前記第２の方向は、初期状態において設定された前記自由層の磁化の方向であり、
   前記第２の方向と前記検出位置における検出対象磁界の方向がなす角は、鋭角であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気センサ。
4. 前記第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記作用磁界の方向の可変範囲に含まれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気センサ。
5. 前記第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記作用磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であることを特徴とする請求項４記載の磁気センサ。
6. 前記磁気センサは、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として複数の磁気抵抗効果素子を備え、
   前記複数の磁気抵抗効果素子の各々が、前記磁化固定層と前記自由層とを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気センサ。
7. 前記検出位置における検出対象磁界の強度は、所定の範囲内で変化し、
   前記一軸磁気異方性によって前記自由層に作用する異方性磁界の強度は、前記検出位置における検出対象磁界の強度の最大値の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気センサ。
8. 位置が変化可能な対象物の位置を検出するための位置検出装置であって、
   所定の磁界を発生する磁界発生部と、
   基準平面内の検出位置における、前記所定の磁界の一部である所定の方向の検出対象磁界を検出する磁気センサとを備え、
   前記磁界発生部と前記磁気センサは、前記対象物の位置が変化すると、前記基準平面内の前記検出位置における前記検出対象磁界の強度が変化するように構成され、
   前記磁気センサは、前記基準平面内の前記検出位置における前記検出対象磁界の強度に応じて変化する検出信号を生成し、
   前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備え、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
   前記自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有し、
   前記基準平面は、前記検出位置における検出対象磁界の方向、前記第１の方向および前記第２の方向を含む平面であり、
   前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のいずれも、前記検出対象磁界の方向とは異なり、
   前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のうちの一方が前記検出対象磁界の方向に対してなす角度は、５°〜４０°の範囲内であることを特徴とする位置検出装置。
9. 基準平面内の検出位置における検出対象磁界の強度および方向に応じて変化する検出信号を生成する磁気センサであって、
   前記検出位置における検出対象磁界は、磁界発生部が発生する所定の磁界の一部であり、
   前記検出位置における検出対象磁界の方向は、前記基準平面内において１８０°未満の可変範囲内で変化し、
   前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備え、
   前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
   前記自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有し、
   前記基準平面は、前記検出位置における検出対象磁界の方向、前記第１の方向および前記第２の方向を含む平面であり、
   前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のいずれも、前記検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれないことを特徴とする磁気センサ。
10. 前記一軸磁気異方性は、形状磁気異方性であることを特徴とする請求項９記載の磁気センサ。
11. 前記第２の方向は、初期状態において設定された前記自由層の磁化の方向であり、
    前記第２の方向と前記検出位置における検出対象磁界の方向がなす角は、鋭角であることを特徴とする請求項９または１０記載の磁気センサ。
12. 前記第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記作用磁界の方向の可変範囲に含まれることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の磁気センサ。
13. 前記第１の方向に直交する２方向のうちの一方は、前記作用磁界の方向の可変範囲の中間の方向と同じ方向であることを特徴とする請求項１２記載の磁気センサ。
14. 前記検出位置における検出対象磁界の強度は、所定の範囲内で変化し、
    前記一軸磁気異方性によって前記自由層に作用する異方性磁界の強度は、前記検出位置における検出対象磁界の強度の最大値の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の磁気センサ。
15. 位置が変化可能な対象物の位置を検出するための位置検出装置であって、
    所定の磁界を発生する磁界発生部と、
    基準平面内の検出位置における、前記所定の磁界の一部である検出対象磁界を検出する磁気センサとを備え、
    前記磁界発生部と前記磁気センサは、前記対象物の位置が変化すると、前記基準平面内の前記検出位置における前記検出対象磁界の方向が１８０°未満の可変範囲内で変化するように構成され、
    前記磁気センサは、前記基準平面内の前記検出位置における前記検出対象磁界の強度および方向に応じて変化する検出信号を生成し、
    前記磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を備え、
    前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、第１の方向の磁化を有する磁化固定層と、それに作用する全ての磁界が合成された磁界である作用磁界の方向に応じて方向が変化可能な磁化を有する自由層とを含み、
    前記自由層は、磁化容易軸が第２の方向に平行な方向に向いた一軸磁気異方性を有し、
    前記基準平面は、前記検出位置における検出対象磁界の方向、前記第１の方向および前記第２の方向を含む平面であり、
    前記基準平面内において、前記第２の方向に直交する２方向のいずれも、前記検出対象磁界の方向の可変範囲に含まれないことを特徴とする位置検出装置。
16. 前記磁界発生部は、第１の部分磁界を発生する第１の部分磁界発生部と、第２の部分磁界を発生する第２の部分磁界発生部とを含み、
    前記所定の磁界は、前記第１の部分磁界と前記第２の部分磁界との合成磁界であり、
    前記対象物の位置が変化すると、前記磁気センサに対する前記第２の部分磁界発生部の相対的な位置が、前記基準平面に垂直な方向に移動して、前記検出位置と前記第２の部分磁界発生部との間の距離が変化し、
    前記検出位置における、前記基準平面に平行な前記第１の部分磁界の成分を第１の磁界成分とし、前記検出位置における、前記基準平面に平行な前記第２の部分磁界の成分を第２の磁界成分としたときに、前記対象物の位置が変化すると、前記第１の磁界成分の強度および方向と前記第２の磁界成分の方向は変化しないが、前記第２の磁界成分の強度は変化し、
    前記検出対象磁界は、前記第１の磁界成分と前記第２の磁界成分との合成磁界であることを特徴とする請求項１５記載の位置検出装置。
    

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