特開 2020-197492 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-197492(P2020-197492A)

(43)【公開日】2020年12月10日

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20201113BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20201113BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20201113BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20201113BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 R

   G01D5/245 110L

   G01R33/09

   G01R33/02 L

   H01L43/08 P

   H01L43/08 Z

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2019-105075(P2019-105075)

(22)【出願日】2019年6月5日

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】特許業務法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内田 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】蔡 永福

【テーマコード（参考）】

2F077

2G017

5F092

【Ｆターム（参考）】

2F077AA11

2F077JJ09

2F077JJ23

2F077JJ24

2G017AA02

2G017AA03

2G017AD55

2G017BA09

2G017BA15

5F092AA01

5F092AB01

5F092AC08

5F092AC12

5F092AD25

5F092BB16

5F092BB55

5F092BC03

5F092BC04

5F092BC42

5F092BC43

5F092DA01

5F092EA04

5F092EA08

5F092FA08

5F092GA01

5F092GA03

(57)【要約】

【課題】磁気センサが、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適したＭＲ素子を含み、検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制できるようにする。
【解決手段】位置検出装置は、検出対象磁界を発生する磁石と、磁気センサ３を備えている。磁気センサ３は、検出対象磁界を検出して、磁石の位置に対応する検出値を生成する。検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において、第１の平面内で変化する第１の方向を有している。磁気センサ３は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を含んでいる。各ＭＲ素子は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。第１の平面と第２の平面は、９０°以外の二面角αをなして交差している。検出値は、第１の磁化の方向に依存する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象磁界を発生する磁界発生器と、磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気センサは、前記検出対象磁界を検出して、前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置に対応する検出値を生成し、
前記検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において第１の方向を有し、
前記磁界発生器と前記磁気センサは、前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置が変化すると、前記第１の方向が前記第１の平面内において所定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、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含み、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含み、
前記第１の平面と前記第２の平面は、９０°以外の二面角をなして交差し、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が受ける前記検出対象磁界は、前記第２の平面に平行な面内成分と前記第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができ、
前記面内成分は、前記第１の方向の変化に応じて変化する第２の方向を有し、
前記第１の磁化の方向は、前記第２の方向の変化に応じて変化し、
前記検出値は、前記第１の磁化の方向に依存することを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

前記第１の磁性層は、前記第１の方向が前記可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、前記検出対象磁界によって前記第１の磁化が飽和状態になる特性を有することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、更に、前記第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記二面角は、３０°〜８４°の範囲内であ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位置検出装置。

【請求項5】

前記磁気センサは、更に、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を支持する基板を含み、
前記基板は、前記第１の平面に垂直な主面と、前記主面に対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面とを含み、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、前記少なくとも１つの傾斜面に配置され、
前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々に対応する前記第２の平面は、前記少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が配置された傾斜面に平行であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項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、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含み、
前記基板は、前記少なくとも１つの傾斜面として、前記第１の磁気抵抗効果素子が配置された第１の傾斜面と、前記第２の磁気抵抗効果素子が配置された第２の傾斜面とを含み、
前記第１の磁気抵抗効果素子に対応する前記第２の平面は、前記第１の傾斜面に平行であり、
前記第２の磁気抵抗効果素子に対応する前記第２の平面は、前記第２の傾斜面に平行であることを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。

【請求項7】

前記磁気センサは、更に、信号出力端を含み、
前記第１および第２の磁気抵抗効果素子は、前記信号出力端を介して直列に接続され、
前記検出値は、前記信号出力端の電位に依存することを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。

【請求項8】

前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置は、前記磁気センサと前記磁界発生器との間の距離が変化するように変化可能であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項9】

前記磁界発生器は磁石であり、
前記磁気センサに対する前記磁界発生器の相対的な位置は、前記磁石中の所定の点が線状の可動範囲内を移動するように変化可能であり、
前記可動範囲は、前記第１の平面に平行な平面内に存在することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の位置検出装置。

【請求項10】

前記磁石は、前記第１の平面に平行な方向の磁化を有することを特徴とする請求項９記載の位置検出装置。

【請求項11】

検出対象磁界を発生する磁石と、磁気センサとを備えた位置検出装置であって、
前記磁気センサは、前記検出対象磁界を検出して、前記磁気センサに対する前記磁石の相対的な位置に対応する検出値を生成し、
前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を支持する基板とを含み、
前記基板は、平面からなる主面と、前記主面に対して傾斜した傾斜面とを含み、
前記磁気抵抗効果素子は、前記傾斜面に配置され、
前記磁気抵抗効果素子は、前記傾斜面に平行な基準平面内において前記磁気抵抗効果素子が受ける前記検出対象磁界の方向に応じて変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含み、
前記磁気センサに対する前記磁石の相対的な位置は、前記磁石中の所定の点が線状の可動範囲内を移動するように変化可能であり、
前記可動範囲は、前記主面に垂直な垂直面内に存在し、
前記磁石は、前記垂直面に平行な方向の磁化を有し、
前記垂直面と前記基準平面は、９０°以外の二面角をなして交差することを特徴とする位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサを用いた位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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、光学式手振れ補正機構や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。

【0003】

磁気式の位置検出装置は、例えば、対象物の動きに連動して動く磁石と、この磁石が発生する磁界を検出する磁気センサとを備えている。磁気センサとしては、基板上に設けられた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。基板上に設けられたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、基板の面に平行な方向の磁界に対して感度を有するように構成される場合が多い。従って、このような磁気抵抗効果素子は、基板の面に平行な平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適している。

【0004】

磁気式の位置検出装置には、基板上に設けられた磁気抵抗効果素子によって、基板の面に垂直な方向の成分を含む磁界を検出するように構成されたものがある。このような例は、特許文献１，２に記載されている。

【0005】

特許文献１には、磁石の位置を検知するための磁気センサが記載されている。この磁気センサは、基板と、基板上に設けられた２つの磁気センサ素子と、基板の上方に位置する磁石と、軟磁性体とを有している。軟磁性体は、磁石と２つの磁気センサ素子との間に位置している。軟磁性体は、磁石が発生するＸＺ平面上の磁界を、２つの磁気センサ素子が感度を有するＸＹ平面上の磁界に変換する。ＸＹ平面は基板の面に平行であり、ＸＺ平面は基板の面に垂直である。

【0006】

特許文献２には、基板上に形成された傾斜面上に、磁性ストライプからなる磁気抵抗素子が配置され、基板の上方に磁石よりなる回転体が設けられた装置が記載されている。この装置では、回転体が回転すると、回転体が発生する磁界の方向が、傾斜面に垂直なふれ面内で変化する。磁気抵抗素子は、回転体が発生する磁界を検出する。

【0007】

特許文献３，４には、磁気式の位置検出装置ではないが、外部磁界のＸ方向成分、Ｙ方向成分およびＺ方向成分を検出するための３つのセンサを含む装置が記載されている。この装置において、Ｚ方向成分を検出するためのセンサは、基板上に形成された傾斜面上に配置された磁気抵抗効果素子を含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１５−１２９６９７号公報

【特許文献2】特開平９−２１９５４６号公報

【特許文献3】特開２００６−２６１４００号公報

【特許文献4】国際公開第２０１７／０９４８８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に記載された磁気センサでは、軟磁性体に起因して発生する不要な磁界や軟磁性体の磁気ヒステリシス特性によって、検知精度が低下する場合があるという問題点がある。

【0010】

次に、特許文献２ないし４に記載された装置における問題点について説明する。以下、特許文献３，４においてＺ方向成分を検出するためのセンサを、Ｚ方向センサと言う。また、特許文献２において磁気抵抗素子に印加される磁界と、特許文献３，４においてＺ方向センサに印加される磁界を、印加磁界と言う。また、印加磁界の成分であって特許文献２における磁気抵抗素子が感度を有する成分と、印加磁界の成分であって特許文献３，４におけるＺ方向センサが感度を有する成分を、感度成分と言う。

【0011】

印加磁界の強度には、装置の構成要素の配置のばらつき等によって、ばらつきが生じ得る。特許文献２ないし４に記載された装置では、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きいという問題点がある。以下、これについて詳しく説明する。

【0012】

まず、感度成分の強度が小さくなるほど、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きくなる。特許文献２に記載された装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な磁界のふれ面内で変化する。そのため、この装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な方向すなわち磁気抵抗素子が感度を有さない方向になり得る。従って、この装置では、感度成分の強度が０になり得る。

【0013】

また、特許文献３，４に記載された装置では、印加磁界の方向は、傾斜面に垂直な方向すなわちＺ方向センサが感度を有さない方向になり得る。従って、この装置では、感度成分の強度が０になり得る。

【0014】

特許文献２ないし４に記載された装置では、特に、印加磁界の方向が、感度成分の強度が０または０に近い値になるような方向のときに、印加磁界の強度のばらつきに対する検出精度の低下の程度が大きくなる。

【0015】

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、検出対象磁界を検出して検出値を生成する磁気センサを備えた位置検出装置であって、磁気センサが、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適した磁気抵抗効果素子を含み、検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制しながら検出値を生成できるようにした位置検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の第１の観点の位置検出装置は、検出対象磁界を発生する磁界発生器と、磁気センサとを備えている。磁気センサは、検出対象磁界を検出して、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置に対応する検出値を生成する。検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において第１の方向を有している。磁界発生器と磁気センサは、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置が変化すると、第１の方向が第１の平面内において所定の可変範囲内で変化するように構成されている。

【0017】

磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を含んでいる。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。第１の平面と第２の平面は、９０°以外の二面角をなして交差している。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が受ける検出対象磁界は、第２の平面に平行な面内成分と第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができる。面内成分は、第１の方向の変化に応じて変化する第２の方向を有している。第１の磁化の方向は、第２の方向の変化に応じて変化する。検出値は、第１の磁化の方向に依存する。

【0018】

本発明の第１の観点の位置検出装置において、第１の磁性層は、第１の方向が可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、検出対象磁界によって第１の磁化が飽和状態になる特性を有していてもよい。

【0019】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々は、更に、第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいてもよい。

【0020】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、二面角は、３０°〜８４°の範囲内であってもよい。

【0021】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、磁気センサは、更に、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子を支持する基板を含んでいてもよい。基板は、第１の平面に垂直な主面と、主面に対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面とを含んでいてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子は、少なくとも１つの傾斜面に配置されていてもよい。少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々に対応する第２の平面は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子の各々が配置された傾斜面に平行であってもよい。

【0022】

磁気センサが上記基板を含んでいる場合、磁気センサは、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子として、第１の磁気抵抗効果素子と第２の磁気抵抗効果素子を含んでいてもよい。基板は、少なくとも１つの傾斜面として、第１の磁気抵抗効果素子が配置された第１の傾斜面と、第２の磁気抵抗効果素子が配置された第２の傾斜面とを含んでいてもよい。この場合、第１の磁気抵抗効果素子に対応する第２の平面は、第１の傾斜面に平行であり、第２の磁気抵抗効果素子に対応する第２の平面は、第２の傾斜面に平行である。

【0023】

磁気センサが上記第１および第２の磁気抵抗効果素子を含んでいる場合、磁気センサは、更に、信号出力端を含んでいてもよい。第１および第２の磁気抵抗効果素子は、信号出力端を介して直列に接続されていてもよい。この場合、検出値は、信号出力端の電位に依存してもよい。

【0024】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置は、磁気センサと磁界発生器との間の距離が変化するように変化可能であってもよい。

【0025】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、磁界発生器は磁石であってもよい。また、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置は、磁石中の所定の点が線状の可動範囲内を移動するように変化可能であってもよい。可動範囲は、第１の平面に平行な平面内に存在していてもよい。磁石は、第１の平面に平行な方向の磁化を有していてもよい。

【0026】

本発明の第２の観点の位置検出装置は、検出対象磁界を発生する磁石と、磁気センサとを備えている。磁気センサは、検出対象磁界を検出して、磁気センサに対する磁石の相対的な位置に対応する検出値を生成する。磁気センサは、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子を支持する基板とを含んでいる。基板は、平面からなる主面と、主面に対して傾斜した傾斜面とを含んでいる。

【0027】

本発明の第２の観点の位置検出装置において、磁気抵抗効果素子は、傾斜面に配置されている。また、磁気抵抗効果素子は、傾斜面に平行な基準平面内において磁気抵抗効果素子が受ける検出対象磁界の方向に応じて変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。磁気センサに対する磁石の相対的な位置は、磁石中の所定の点が線状の可動範囲内を移動するように変化可能である。可動範囲は、主面に垂直な垂直面内に存在している。磁石は、垂直面に平行な方向の磁化を有している。垂直面と基準平面は、９０°以外の二面角をなして交差している。

【発明の効果】

【0028】

本発明の第１の観点の位置検出装置では、第１の平面と第２の平面が９０°以外の二面角をなして交差することにより、検出対象磁界が存在する限り、可変範囲内における第１の方向に関わらず、面内成分の強度が０になることはない。そのため、第１の観点の位置検出装置によれば、磁気センサが、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適した磁気抵抗効果素子を含み、検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制しながら検出値を生成することができるという効果を奏する。

【0029】

本発明の第２の観点の位置検出装置では、可動範囲が垂直面内に存在し、磁石が垂直面に平行な方向の磁化を有し、垂直面と基準平面が９０°以外の二面角をなして交差することにより、検出対象磁界が存在する限り、検出対象磁界の、基準平面に平行な成分の強度が０になることはない。そのため、第２の観点の位置検出装置によれば、磁気センサが、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適した磁気抵抗効果素子を含み、検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制しながら検出値を生成することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の斜視図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の断面図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの構成の一例を示す斜視図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態における磁気センサの回路構成の一例を示す回路図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子の一部を示す斜視図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態における磁石の位置と検出対象磁界との関係を説明するための説明図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態における磁石の位置と検出対象磁界との関係を説明するための説明図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態における第１の平面と第２の平面を説明するための説明図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態における第１の平面と第２の平面を説明するための説明図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態における第１の方向と第１の角度を説明するための説明図である。

【図11】本発明の第１の実施の形態における第２の方向と第２の角度を説明するための説明図である。

【図12】本発明の第１の実施の形態における第２の方向と第２の角度を説明するための説明図である。

【図13】シミュレーションの結果を示す特性図である。

【図14】シミュレーションの結果を示す特性図である。

【図15】本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の斜視図である。

【図16】本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の断面図である。

【図17】本発明の第３の実施の形態に係る位置検出装置の斜視図である。

【図18】本発明の第３の実施の形態に係る位置検出装置の断面図である。

【図19】本発明の第４の実施の形態に係る位置検出装置の斜視図である。

【図20】本発明の第４の実施の形態に係る位置検出装置の断面図である。

【図21】本発明の第５の実施の形態に係る位置検出装置を含むハプティクスデバイスの概略の構成を示す斜視図である。

【図22】図２１に示したハプティクスデバイスの概略の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

［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の概略について説明する。図１および図２に示したように、本実施の形態に係る位置検出装置１は、検出対象磁界を発生する磁界発生器２と、磁気センサ３とを備えている。磁気センサ３は、検出対象磁界を検出して、磁気センサ３に対する磁界発生器２の相対的な位置に対応する検出値θｓを生成する。本実施の形態では特に、磁界発生器２は磁石である。以下、磁石についても符号２で表す。また、磁石２に関する説明は、磁界発生器２にも当てはまる。

【0032】

後で詳しく説明するが、磁気センサ３は、少なくとも１つの磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）と、少なくとも１つのＭＲ素子を支持する基板とを含んでいる。基板は、平面からなる主面と、主面に対して傾斜した少なくとも１つの傾斜面とを含んでいる。

【0033】

ここで、図１および図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、基板の主面に垂直な一方向（図１および図２では上側に向かう方向）をＺ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は、いずれも、基板の主面に対して平行な方向である。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。磁石２は、磁気センサ３の上方に位置している。

【0034】

磁気センサ３に対する磁石２の相対的な位置は、磁石２中の所定の点が線状の可動範囲ＲＭ内を移動するように変化可能である。以下、磁気センサ３に対する磁石２の相対的な位置を、単に、磁石２の位置と言う。また、上記の磁石２中の所定の点を、位置基準点と言い、符号２Ｃで表す。本実施の形態では特に、磁石２の位置は、磁気センサ３と磁石２との間の距離が変化するように変化可能である。位置基準点２Ｃは、例えば、磁石２の重心等の磁石２の内部の点であってもよいし、磁石２の表面上の点であってもよい。以下の説明では、磁石２の重心を位置基準点２Ｃとする。

【0035】

可動範囲ＲＭは、主面に垂直な垂直面ＶＰ内に存在している。垂直面ＶＰは、図１に示している。また、図２は垂直面ＶＰを表している。本実施の形態では特に、垂直面ＶＰはＹＺ平面であり、可動範囲ＲＭはＹ方向に平行な線分で表される。磁石２は、垂直面ＶＰに平行な方向の磁化を有している。本実施の形態では特に、磁石２は、Ｙ方向の磁化を有している。図１および図２において、符号２Ｍを付した矢印は、磁石２の磁化の方向を表している。また、図２において、点線は、検出対象磁界に対応する磁束の一部を表している。

【0036】

検出対象磁界は、第１の平面内の基準位置において第１の方向を有している。磁石２と磁気センサ３は、磁石２の位置が変化すると、第１の方向が第１の平面内において所定の可変範囲内で変化するように構成されている。本実施の形態では、第１の平面は、磁石２および磁気センサ３と交差するＹＺ平面である。第１の平面は、垂直面ＶＰと一致していてもよい。以下の説明では、第１の平面は、垂直面ＶＰと一致しているものとする。

【0037】

次に、図３および図４を参照して、磁気センサ３の構成の一例について説明する。図３は、磁気センサ３の構成の一例を示す斜視図である。図４は、磁気センサ３の回路構成の一例を示す回路図である。この例では、図３に示したように、磁気センサ３は、４つのＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を支持する基板１０とを含んでいる。基板１０は、平板状の本体部１０Ｍと、４つの突起部１１，１２，１３，１４を含んでいる。本体部１０Ｍは、いずれも平面からなる上面１０Ｍａおよび底面１０Ｍｂを有している。上面１０Ｍａは、本体部１０ＭにおけるＺ方向の端に位置する。底面１０Ｍｂは、本体部１０Ｍにおける−Ｚ方向の端に位置する。上面１０Ｍａおよび底面１０Ｍｂは、いずれもＸＹ平面であり、前述の主面に相当する。

【0038】

４つの突起部１１，１２，１３，１４は、上面１０Ｍａから上方に突出するように設けられている。突起部１１，１２，１３，１４は、それぞれ、主面である上面１０Ｍａに対して傾斜した傾斜面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａを含んでいる。

【0039】

ここで、αを、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度とする。また、Ｚ方向から−Ｘ方向に向かってαだけ回転した方向をＵ方向とし、Ｕ方向とは反対の方向を−Ｕ方向とする。また、Ｚ方向からＸ方向に向かってαだけ回転した方向をＶ方向とする。また、Ｖ方向とは反対の方向を−Ｖ方向とする。

【0040】

傾斜面１１ａ，１４ａは、いずれも、Ｕ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＵＹ平面である。傾斜面１２ａ，１３ａは、いずれも、Ｖ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＶＹ平面である。

【0041】

ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、それぞれ傾斜面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａに配置されている。以下、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４のうちの任意のＭＲ素子について説明する際には、そのＭＲ素子を記号Ｒで表す。ＭＲ素子Ｒは、それに対応する第２の平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。ＭＲ素子Ｒが受ける検出対象磁界は、第２の平面に平行な面内成分と第２の平面に垂直な垂直成分に分けることができる。前述の第１の平面と第２の平面は、９０°以外の二面角をなして交差している。本実施の形態では、この二面角は、前記のαである。

【0042】

本実施の形態において、第２の平面を基準平面とも言う。基準平面は、ＭＲ素子Ｒ毎に存在する。この基準平面を用いて表現すると、ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層は、そのＭＲ素子Ｒに対応する基準平面内において変化可能な方向の第１の磁化を有していると言える。また、前記の垂直面ＶＰと基準平面は、二面角αをなして交差している。

【0043】

ＭＲ素子Ｒは、スピンバルブ型のＭＲ素子であってもよいし、異方性ＭＲ素子であってもよい。本実施の形態では特に、ＭＲ素子Ｒは、スピンバルブ型のＭＲ素子である。この場合、ＭＲ素子Ｒは、前述の第１の磁性層の他に、ＭＲ素子Ｒに対応する第２の平面に平行な方向の第２の磁化を有する第２の磁性層と、第１の磁性層と第２の磁性層の間に配置されたギャップ層とを含んでいる。第２の磁化の方向は変化しない。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。ＭＲ素子Ｒでは、第１の磁性層の第１の磁化の方向が第２の磁性層の第２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３および図４において、塗りつぶした矢印は、第２の磁化の方向を表している。

【0044】

本実施の形態では、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４における第２の磁化の方向は−Ｕ方向であり、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３における第２の磁化の方向はＶ方向である。第２の磁化の方向は、ＭＲ素子Ｒの作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。

【0045】

ＭＲ素子Ｒ１に対応する第２の平面は、ＭＲ素子Ｒ１が配置された傾斜面１１ａに平行である。ＭＲ素子Ｒ２に対応する第２の平面は、ＭＲ素子Ｒ２が配置された傾斜面１２ａに平行である。ＭＲ素子Ｒ３に対応する第２の平面は、ＭＲ素子Ｒ３が配置された傾斜面１３ａに平行である。ＭＲ素子Ｒ４に対応する第２の平面は、ＭＲ素子Ｒ４が配置された傾斜面１４ａに平行である。ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々に対応する第２の平面と、第１の平面との関係については、後で更に詳しく説明する。

【0046】

なお、基板１０は、４つの突起部１１，１２，１３，１４の代わりに、上面１０Ｍａから窪んだ４つの溝部を含んでいてもよい。この４つの溝部は、それぞれ傾斜面１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａを含む。

【0047】

図４に示したように、磁気センサ３は、更に、電源端Ｖ１と、グランド端Ｇと、第１の信号出力端Ｅ１と、第２の信号出力端Ｅ２を含んでいる。ＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２は、信号出力端Ｅ１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子Ｒ１は、電源端Ｖ１と第１の信号出力端Ｅ１との間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ２は、第１の信号出力端Ｅ１とグランド端Ｇとの間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４は、第２の信号出力端Ｅ２を介して直列に接続されている。ＭＲ素子Ｒ３は、電源端Ｖ１と第２の信号出力端Ｅ２との間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ４は、第２の信号出力端Ｅ２とグランド端Ｇとの間に設けられている。電源端Ｖ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇはグランドに接続される。

【0048】

磁気センサ３は、更に、差分検出器２１と、検出値生成部２２を含んでいる。差分検出器２１は、信号出力端Ｅ１，Ｅ２の電位差に対応する検出信号Ｓ１を出力する。検出値生成部２２は、検出信号Ｓ１に基づいて検出値θｓを生成する。検出値生成部２２は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）あるいはマイクロコンピュータによって構成されている。

【0049】

ここで、図５を参照して、ＭＲ素子Ｒの構成の一例について説明する。図５は、ＭＲ素子Ｒの一部を示す斜視図である。この例では、ＭＲ素子Ｒは、複数の下部電極４１と、複数のＭＲ膜５０と、複数の上部電極４２とを有している。複数の下部電極４１は、ＭＲ素子Ｒが配置された傾斜面上に配置されている。個々の下部電極４１は細長い形状を有している。下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１の間には、間隙が形成されている。図５に示したように、下部電極４１の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれＭＲ膜５０が配置されている。ＭＲ膜５０は、下部電極４１側から順に積層された第１の磁性層５１、ギャップ層５２、第２の磁性層５３および反強磁性層５４を含んでいる。第１の磁性層５１は、下部電極４１に電気的に接続されている。反強磁性層５４は、反強磁性材料よりなり、第２の磁性層５３との間で交換結合を生じさせて、第２の磁性層５３の磁化の方向を固定する。複数の上部電極４２は、複数のＭＲ膜５０の上に配置されている。個々の上部電極４２は細長い形状を有し、下部電極４１の長手方向に隣接する２つの下部電極４１上に配置されて隣接する２つのＭＲ膜５０の反強磁性層５４同士を電気的に接続する。このような構成により、図５に示したＭＲ素子Ｒは、複数の下部電極４１と複数の上部電極４２とによって直列に接続された複数のＭＲ膜５０を有している。なお、ＭＲ膜５０における層５１〜５４の配置は、図５に示した配置とは上下が反対でもよい。

【0050】

次に、図２、図６および図７を参照して、磁石２の位置と検出対象磁界との関係について説明する。以下、磁石２の位置を位置基準点２Ｃの位置で表す。この場合、可動範囲ＲＭは、磁石２の位置の可動範囲と言える。図２は、磁石２が可動範囲ＲＭの中央に位置する状態を表している。図６は、磁石２が可動範囲ＲＭの−Ｙ方向の端に位置する状態を表している。図７は、磁石２が可動範囲ＲＭのＹ方向の端に位置する状態を表している。

【0051】

以下、第１の平面内の基準位置を記号Ｐ０で表し、基準位置Ｐ０における検出対象磁界を記号Ｈで表す。図２に示したように、本実施の形態では、可動範囲ＲＭの中央の点は、基準位置Ｐ０を通過しＺ方向に平行な仮想の直線Ｌ１上に位置している。

【0052】

図２、図６および図７に示したように、検出対象磁界Ｈは、Ｚ方向に平行な方向の第１の成分Ｈｚと、Ｙ方向に平行な方向の第２の成分Ｈｙに分けることができる。なお、図２に示した状態では、第１の成分Ｈｚは０であり、第２の成分Ｈｙは検出対象磁界Ｈと等しい。磁石２の位置が変化すると、検出対象磁界Ｈの方向すなわち第１の方向が変化する。以下、第１の方向を記号Ｄ１で表す。また、第１の方向Ｄ１が所定の基準方向に対してなす角度を第１の角度と言い、記号θ１で表す。本実施の形態では、Ｚ方向を基準方向とする。第１の角度θ１は、Ｚ方向からＹ方向に向けて回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｚ方向から−Ｙ方向に向けて回転する方向に見たときに負の値で表す。磁石２の位置が変化すると、第１の角度θ１が変化する。従って、第１の角度θ１は、磁石２の位置と対応関係を有する。

【0053】

次に、図８ないし図１２を参照して、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々に対応する第２の平面と、第１の平面との関係について説明する。以下、第１の平面を記号ＰＬ１で表す。また、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々に対応する第２の平面を記号ＰＬ２１で表し、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々に対応する第２の平面を記号ＰＬ２２で表す。図８は、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２１を示している。図９は、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２２を示している。なお、図８および図９は、便宜上、基準位置Ｐ０を通過するように第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２を描いているが、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２は基準位置Ｐ０を通過するとは限らない。図８および図９において、記号ＰＬ３を付した平面は、基準位置Ｐ０を通るＸＹ平面を表している。以下、この平面を第３の平面と言う。

【0054】

ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、検出対象磁界を受ける位置によって検出対象磁界の方向の実質的な相違が生じない領域内に配置される。ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が受ける検出対象磁界の方向は、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向すなわち第１の方向Ｄ１と実質的に同じである。

【0055】

磁石２の位置が可動範囲ＲＭ内で変化することにより、第１の方向Ｄ１は、第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。図８および図９において、記号Ｄ１を付した矢印は、第１の方向Ｄ１と、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの強度とを表している。記号Ｄ１を付した矢印の先端は、記号Ｃ１を付した円上を移動する。本実施の形態では、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは、１８０°以下である。第１の角度θ１の可変範囲は、最大で−１８０°から０°までの範囲である。

【0056】

図８に示したように、第２の平面ＰＬ２１は、Ｕ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＵＹ平面である。第２の平面ＰＬ２１は、第１の平面ＰＬ１と第３の平面ＰＬ３の両方に対して傾いている。第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２１は、９０°以外の二面角αをなして交差する。第２の平面ＰＬ２１は、Ｙ方向の軸を中心としてＸＹ平面を９０°−αの角度だけ回転した平面である。

【0057】

本実施の形態では、第１の平面ＰＬ１は、図１に示した垂直面ＶＰと一致している。また、第２の平面ＰＬ２１は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々に対応する基準平面でもある。以下、基準平面を記号ＲＰで表す。図８に示したように、垂直面ＶＰと、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々に対応する基準平面ＲＰは、二面角αをなして交差する。

【0058】

第２の平面ＰＬ２１上の面内成分は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する第２の方向Ｄ２１を有している。図８において、記号Ｄ２１を付した矢印は、第２の方向Ｄ２１と、第２の平面ＰＬ２１上の面内成分の強度とを表している。記号Ｄ２１を付した矢印の先端は、記号Ｃ２１を付した楕円上を移動する。第２の方向Ｄ２１および楕円Ｃ２１は、それぞれ、第１の方向Ｄ１および円Ｃ１を、第２の平面ＰＬ２１に垂直投影したものである。

【0059】

図９に示したように、第２の平面ＰＬ２２は、Ｖ方向およびＹ方向に平行な平面すなわちＶＹ平面である。第２の平面ＰＬ２２は、第１の平面ＰＬ１と第３の平面ＰＬ３の両方に対して傾いている。第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２２は、９０°以外の二面角αをなして交差する。第２の平面ＰＬ２２は、Ｙ方向の軸を中心としてＸＹ平面を９０°−αの角度だけ回転した平面である。第２の平面ＰＬ２２は、ＹＺ平面に対して第２の平面ＰＬ２１と面対称の関係にある。

【0060】

本実施の形態では、第２の平面ＰＬ２２は、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々に対応する基準平面ＲＰでもある。図９に示したように、垂直面ＶＰと、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々に対応する基準平面ＲＰは、二面角αをなして交差する。

【0061】

第２の平面ＰＬ２２上の面内成分は、第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する第２の方向Ｄ２２を有している。図９において、記号Ｄ２２を付した矢印は、第２の方向Ｄ２２と、第２の平面ＰＬ２２上の面内成分の強度とを表している。記号Ｄ２２を付した矢印の先端は、記号Ｃ２２を付した楕円上を移動する。第２の方向Ｄ２２および楕円Ｃ２２は、それぞれ、第１の方向Ｄ１および円Ｃ１を、第２の平面ＰＬ２２に垂直投影したものである。

【0062】

第２の方向Ｄ２１がＵ方向に対してなす角度θ２１と、第２の方向Ｄ２２がＶ方向に対してなす角度θ２２は等しい。以下、これらの角度θ２１，θ２２をいずれも第２の角度と呼ぶ。

【0063】

図１０は、第１の方向Ｄ１と第１の角度θ１と円Ｃ１を示している。図１１は、第２の方向Ｄ２１と第２の角度θ２１と楕円Ｃ２１を示している。図１２は、第２の方向Ｄ２２と第２の角度θ２２と楕円Ｃ２２を示している。

【0064】

第２の角度θ２１は、Ｕ方向からＹ方向に向けて回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｕ方向から−Ｙ方向に向けて回転する方向に見たときに負の値で表す。第２の角度θ２２は、Ｖ方向からＹ方向に向けて回転する方向に見たときに正の値で表し、Ｖ方向から−Ｙ方向に向けて回転する方向に見たときに負の値で表す。第２の角度θ２１，θ２２は、第１の角度θ１と対応関係を有している。本実施の形態では、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２の可変範囲の大きさは、１８０°以下である。第２の角度θ２１，θ２２の可変範囲は、最大で−１８０°から０°までの範囲である。

【0065】

第１の角度θ１が−１８０°のときは第２の角度θ２１，θ２２も−１８０°であり、第１の角度θ１が−９０°のときは第２の角度θ２１，θ２２も−９０°であり、第１の角度θ１が０°のときは第２の角度θ２１，θ２２も０°である。

【0066】

次に、第１の角度θ１、第２の角度θ２１，θ２２および検出信号Ｓ１の関係について説明する。ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々における第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２１の変化すなわち第２の角度θ２１の変化に応じて変化する。ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々の抵抗値は、第１の磁化の方向に依存する。従って、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々の抵抗値は、第２の角度θ２１の変化に応じて変化する。このように、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々の抵抗値は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向および第２の角度θ２１に依存する。

【0067】

ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々における第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２２の変化すなわち第２の角度θ２２の変化に応じて変化する。ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々の抵抗値は、第１の磁化の方向に依存する。従って、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々の抵抗値は、第２の角度θ２２の変化に応じて変化する。このように、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々の抵抗値は、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向および第２の角度θ２２に依存する。

【0068】

図３および図４に示した磁気センサ３では、第２の角度θ２１，θ２２が−１８０°のときに、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値は最小値になり、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は最大値になる。また、第２の角度θ２１，θ２２が０°のときに、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の抵抗値は最大値になり、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は最小値になる。

【0069】

前述の通り、第２の角度θ２１，θ２２は、第１の角度θ１と対応関係を有している。従って、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、第１の角度θ１にも依存する。

【0070】

検出信号Ｓ１は、信号出力端Ｅ１，Ｅ２の電位差に対応する。信号出力端Ｅ１の電位は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値に依存する。信号出力端Ｅ２の電位は、ＭＲ素子Ｒ３，Ｒ４の抵抗値に依存する。従って、検出信号Ｓ１は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値に依存する。

【0071】

以上のことから、検出信号Ｓ１は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の各々の第１の磁性層の第１の磁化の方向、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２に依存する。

【0072】

なお、磁気センサ３の構成は、図３および図４に示した構成に限られない。例えば、磁気センサ３は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２を含むが、ＭＲ素子Ｒ３，Ｒ４を含まなくてもよい。この場合は、信号出力端Ｅ１の電位に対応する信号を、検出信号Ｓ１とすることができる。この場合の検出信号Ｓ１も、第１の磁化の方向、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２に依存する。

【0073】

また、磁気センサ３は、ＭＲ素子Ｒ３，Ｒ４を含まないと共に、ＭＲ素子Ｒ１の代わりに、一定の抵抗値を有する抵抗器を含んでいてもよい。この場合も、信号出力端Ｅ１の電位に対応する信号を、検出信号Ｓ１とすることができる。この場合の検出信号Ｓ１も、第１の磁化の方向、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２に依存する。

【0074】

次に、検出値生成部２２が生成する検出値θｓについて説明する。検出値θｓは、検出信号Ｓ１に依存する。前述の通り、検出信号Ｓ１は、第１の磁化の方向、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２に依存する。従って、検出値θｓは、第１の磁化の方向、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２に依存する。

【0075】

本実施の形態では特に、検出値θｓは、第１の角度θ１を表す値である。前述のように、第１の角度θ１は、磁石２の位置と対応関係を有する。従って、検出値θｓは、磁石２の位置に対応する。なお、検出値θｓは、磁石２の位置そのものを表す値であってもよいし、第２の角度θ２１，θ２２を表す値であってもよい。前述のように、第２の角度θ２１，θ２２は第１の角度θ１と対応関係を有し、第１の角度θ１は磁石２の位置と対応関係を有する。従って、第２の角度θ２１，θ２２は磁石２の位置と対応関係を有し、第２の角度θ２１，θ２２を表す検出値θｓも磁石２の位置と対応関係を有する。

【0076】

以下、検出値θｓの生成方法について具体的に説明する。始めに、検出値θｓの生成方法の概要について説明する。図１０に示した第１の方向Ｄ１を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＺ座標系において、ＭＲ素子Ｒが受ける検出対象磁界の方向と強度を表すベクトルを表していると言える。以下、このベクトルを第１のベクトルＤ１と言う。また、第１のベクトルＤ１のＹ成分とＺ成分をそれぞれＹ１，Ｚ１とする。

【0077】

図１１に示した第２の方向Ｄ２１を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＵ座標系において、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４の各々が受ける面内成分の方向と強度を表すベクトルを表していると言える。以下、このベクトルを、第２のベクトルＤ２１と言う。第２のベクトルＤ２１は、第２の平面ＰＬ２１に第１のベクトルＤ１を垂直投影したものである。第２のベクトルＤ２１のＹ成分は、第１のベクトルＤ１のＹ成分と同じ値すなわちＹ１になる。以下、第２のベクトルＤ２１のＹ成分とＵ成分をそれぞれＹ１，Ｕ１とする。

【0078】

図１２に示した第２の方向Ｄ２２を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＶ座標系において、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３の各々が受ける面内成分の方向と強度を表すベクトルを表していると言える。以下、このベクトルを、第２のベクトルＤ２２と言う。第２のベクトルＤ２２は、第２の平面ＰＬ２２に第１のベクトルＤ１を垂直投影したものである。第２のベクトルＤ２２のＹ成分は、第１のベクトルＤ１のＹ成分と同じ値すなわちＹ１になる。以下、第２のベクトルＤ２２のＹ成分とＶ成分をそれぞれＹ１，Ｖ１とする。

【0079】

Ｚ１は、Ｕ１と二面角αを用いて表すことができる。従って、比Ｙ１／Ｚ１は、比Ｙ１／Ｕ１と二面角αを用いて表すことができる。なお、比Ｙ１／Ｖ１は、比Ｙ１／Ｕ１と等しい。比Ｙ１／Ｚ１と第１の角度θ１の関係と、比Ｙ１／Ｕ１と第２の角度θ２１の関係と、比Ｙ１／Ｚ１と比Ｙ１／Ｕ１の関係を利用すると、第１の角度θ１と第２の角度θ２１の関係を表す式が得られる。

【0080】

また、第２の角度θ２１を表す値θ２ｓは、検出信号Ｓ１を用いて求めることができる。本実施の形態では、検出値生成部２２は、θ２ｓを求め、第１の角度θ１と第２の角度θ２１の関係を表す式にθ２ｓを代入することによって、検出値θｓを生成する。

【0081】

次に、検出値θｓの具体的な計算方法について説明する。比Ｙ１／Ｚ１および比Ｙ１／Ｕ１は、それぞれ下記の式（１）、（２）で表される。

【0082】

Ｙ１／Ｚ１＝ｔａｎθ１ …（１）
Ｙ１／Ｕ１＝ｔａｎθ２１ …（２）

【0083】

また、Ｚ１は、下記の式（３）で表される。

【0084】

Ｚ１＝Ｕ１／ｃｏｓα …（３）

【0085】

式（１）を変形し、変形後の式に式（２）、（３）を代入すると、第１の角度θ１と第２の角度θ２１の関係を表す下記の式（４）が得られる。なお、“ａｔａｎ”は、アークタンジェントを表す。

【0086】

θ１＝ａｔａｎ（Ｙ１／Ｚ１）
＝ａｔａｎ（Ｙ１／（Ｕ１／ｃｏｓα））
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・Ｙ１／Ｕ１）
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２１） …（４）

【0087】

図３および図４に示した磁気センサ３では、検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２１，θ２２が−１８０°のときに最大値になり、第２の角度θ２１，θ２２が０°のときに最小値になる。

【0088】

検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２１が−１８０°のときに検出信号Ｓ１の値が１になり、第２の角度θ２１が−９０°のときに検出信号Ｓ１の値が０になり、第２の角度θ２１が０°のときに検出信号Ｓ１の値が−１になるように規格化することができる。この場合、検出信号Ｓ１は、下記の式（５）で表される。

【0089】

Ｓ１＝−ｃｏｓθ２１ …（５）

【0090】

以下、第１の角度θ１の可変範囲が異なる第１の例と第２の例について説明する。第１の角度θ１の可変範囲は、第１の例では−１８０°から０°までの範囲であり、第２の例では−１８０°より大きく０°より小さい範囲である。

【0091】

第１および第２の例のいずれにおいても、検出値生成部２２は、下記の式（６）によって値θ２ｓを算出する。値θ２ｓの範囲は、第１の例では、−１８０°から０°までの範囲であり、第２の例では−１８０°より大きく０°より小さい範囲である。式（６）は、式（５）におけるθ２１をθ２ｓに置き換えて変形したものである。なお、“ａｃｏｓ”は、アークコサインを表す。

【0092】

θ２ｓ＝ａｃｏｓ（−Ｓ１） …（６）

【0093】

第１の例では、検出値生成部２２は、後で説明する例外を除いて、下記の式（７）によって検出値θｓを算出する。検出値θｓの範囲は、−１８０°から０°までの範囲である。式（７）は、式（４）におけるθ１，θ２１を、それぞれθｓ，θ２ｓに置き換えたものである。

【0094】

θｓ＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２ｓ） …（７）

【0095】

上記の例外とは、値θ２ｓが−１８０°または０°のときである。値θ２ｓが−１８０°または０°のときには、式（７）によるθｓの解には、−１８０°と０°の２つの解がある。そこで、検出値生成部２２は、値θ２ｓが−１８０°または０°のときには、値θ２ｓをそのまま検出値θｓとする。これは、第１の角度θ１が−１８０°のときは第２の角度θ２１，θ２２も−１８０°であり、第１の角度θ１が０°のときは第２の角度θ２１，θ２２も０°であることを利用したものである。

【0096】

第２の例では、上記の例外は無く、検出値生成部２２は、常に式（７）によって検出値θｓを算出する。

【0097】

なお、検出値生成部２２の処理内容は、上記の例に限られない。例えば、検出値生成部２２は、検出信号Ｓ１と検出値θｓとの対応関係を示すテーブルを保持し、このテーブルを参照して、検出信号Ｓ１から検出値θｓを生成してもよい。上記テーブルにおける検出信号Ｓ１と検出値θｓとの対応関係は、上述のように理論的に求められたものであってもよいし、実験によって求められたものであってもよい。

【0098】

次に、本実施の形態に係る位置検出装置１の作用および効果について説明する。位置検出装置１の磁気センサ３は、少なくとも１つのＭＲ素子Ｒを含んでいる。各ＭＲ素子Ｒは、所定の平面すなわち第２の平面ＰＬ２１またはＰＬ２２内において変化可能な方向の第１の磁化を有する第１の磁性層を含んでいる。そのため、各ＭＲ素子Ｒは、所定の平面すなわち第２の平面ＰＬ２１またはＰＬ２２内で方向が変化する磁界を検出するのに適している。

【0099】

一方、磁石２が発生する検出対象磁界は、第１の平面ＰＬ１（ＹＺ平面）内の基準位置Ｐ０において第１の方向Ｄ１を有している。磁石２の位置が変化すると、第１の方向Ｄ１は第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。すなわち、磁石２の位置が変化すると、第１の方向Ｄ１は、上記の所定の平面外の方向を含む可変範囲内で変化する。本実施の形態によれば、以下のようにして、磁気センサ３が、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適したＭＲ素子Ｒを含み、基準位置Ｐ０における検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制しながら、磁石２の位置に対応した検出値θｓを生成することができる。

【0100】

すなわち、本実施の形態では、各ＭＲ素子Ｒは基板１０の傾斜面に配置され、各ＭＲ素子Ｒに対応する第２の平面ＰＬ２１またはＰＬ２２は第１の平面ＰＬ１に対して二面角αをなすように傾斜している。これにより、各ＭＲ素子Ｒによって、検出対象磁界の一成分である面内成分を検出することができる。面内成分の方向である第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２は、基準位置Ｐ０における検出対象磁界の方向である第１の方向Ｄ１の変化に応じて変化する。第１の方向Ｄ１は、磁石２の位置の変化に応じて変化する。従って、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２も、磁石２の位置の変化に応じて変化する。

【0101】

また、各ＭＲ素子Ｒにおいて、第１の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２１またはＤ２２の変化に応じて変化する。検出値θｓは、第１の磁化の方向に依存する。以上のことから、検出値θｓは、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２に依存すると共に、磁石２の位置に対応したものとなる。

【0102】

ところで、もし、第２の平面が、第１の平面ＰＬ１に垂直な平面であったら、第１の方向Ｄ１次第では、面内成分の強度が０または０に近い値になる場合がある。第２の平面が第１の平面ＰＬ１に垂直な場合の例としては、第２の平面が、Ｘ方向の軸を中心としてＸＹ平面を０°より大きく９０°より小さい角度だけ回転した平面である場合がある。この場合には、第１の方向Ｄ１が第２の平面に垂直であるときに面内成分の強度が０になり、第１の方向Ｄ１が第２の平面に垂直に近い方向であるときに面内成分の強度が０に近い値になる。このように、面内成分の強度が０または０に近い値になるときには、検出対象磁界の強度のばらつきに対する磁気センサ３の検出精度の低下の程度が大きくなる。

【0103】

これに対し、本実施の形態では、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２の各々は、第１の平面ＰＬ１と９０°以外の二面角αをなして交差する。これにより、検出対象磁界が存在する限り、可変範囲内における第１の方向Ｄ１に関わらず、面内成分の強度が０になることはない。そのため、本実施の形態に係る位置検出装置１によれば、磁気センサ３が、所定の平面内で方向が変化する磁界を検出するのに適したＭＲ素子Ｒを含み、基準位置Ｐ０における検出対象磁界が、所定の平面外の方向を含む可変範囲内で方向が変化するものであっても、検出精度の低下を抑制しながら、磁石２の位置に対応した検出値θｓを生成することができる。

【0104】

また、本実施の形態では、磁石２の位置は、線状の可動範囲ＲＭ内を移動するように変化可能である。可動範囲ＲＭは、主面に垂直な垂直面ＶＰ内に存在している。磁石２は、垂直面ＶＰに平行な方向の磁化を有している。また、垂直面ＶＰと、ＭＲ素子Ｒ毎の基準平面ＲＰは、９０°以外の二面角αをなして交差している。このような構成により、検出対象磁界が存在する限り、可変範囲内における第１の方向Ｄ１に関わらず、検出対象磁界の、基準平面ＲＰに平行な成分すなわち面内成分の強度が０になることはない。これにより、上述の効果が得られる。

【0105】

また、本実施の形態では、第１の平面ＰＬ１は、基板１０の主面である上面１０Ｍａおよび底面１０Ｍｂに垂直である。これにより、本実施の形態によれば、磁気センサ３と磁石２の位置関係を容易に規定することが可能になる。

【0106】

以下、二面角αの好ましい範囲について説明する。検出対象磁界の強度をＨ１とすると、面内成分の強度の最小値は、Ｈ１ｃｏｓαである。面内成分の強度の最小値は、Ｈ１の１０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。そのため、二面角αは、８４°以下であることが好ましく、７３°以下であることより好ましい。一方、二面角αが小さすぎると、基板１０の傾斜面上にＭＲ素子Ｒを形成することが難しくなる。そのため、二面角αは、３０°以上であることが好ましく、４５°以上であることがより好ましい。以上のことから、二面角αは、３０°〜８４°の範囲内であることが好ましく、４５°〜７３°の範囲内であることがより好ましい。

【0107】

ところで、ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層の第１の磁化の方向は、面内成分の第２の方向Ｄ２１またはＤ２２の変化に精度よく追従することが好ましい。そのためには、第１の磁性層は、検出対象磁界の第１の方向Ｄ１が可変範囲内の少なくとも一部の範囲内にあるときに、検出対象磁界によって第１の磁化が飽和状態になる特性を有することが好ましい。第１の磁性層は、第１の方向Ｄ１が可変範囲内のいずれの方向であっても、検出対象磁界によって第１の磁化が飽和状態になる特性を有することがより好ましい。

【0108】

また、ＭＲ素子Ｒがスピンバルブ型のＭＲ素子である場合、第１の磁性層の第１の磁化の方向が第２の方向Ｄ２１またはＤ２２の変化に精度よく追従するためには、第１の磁性層の一軸磁気異方性は小さいことが好ましい。

【0109】

ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層は、第１の方向Ｄ１が可変範囲内のいずれの方向であっても、検出対象磁界によって第１の磁化が飽和状態になる特性を有していてもよい。この場合には、検出対象磁界の強度の変動によって、第１の磁性層の第１の磁化の方向が変動することはない。そのため、この場合には、検出対象磁界の強度の変動による検出値θｓの変動を抑制することができる。検出対象磁界の強度の変動は、例えば、環境温度の変化や、磁気センサ３と磁石２の位置関係の変動によって生じ得る。

【0110】

本実施の形態に係る位置検出装置１は、位置を検出したい対象物の動きに連動して磁石２が動くように構成することで、種々の対象物の位置を検出する装置として利用することができる。例えば、位置検出装置１は、以下のような光学式手振れ補正機構を備えたカメラモジュールに適用することができる。このカメラモジュールは、レンズと支持機構と駆動装置とを備えている。レンズの光軸方向は、本実施の形態におけるＺ方向に平行な方向である。支持機構は、Ｚ方向に垂直な第１および第２の方向にレンズが移動可能なように、レンズを支持している。駆動装置は、第１および第２の方向にレンズを移動させるための装置である。

【0111】

このカメラモジュールでは、第１の方向についてのレンズの位置と、第２の方向についてのレンズの位置を検出する必要がある。本実施の形態に係る位置検出装置１は、このレンズの位置を検出するために用いることができる。位置検出装置１を、第１の方向についてのレンズの位置を検出するために用いる場合には、レンズの第１の方向の動きに連動して磁石２が本実施の形態におけるＹ方向に平行な方向に動くように、位置検出装置１を構成すればよい。同様に、位置検出装置１を、第２の方向についてのレンズの位置を検出するために用いる場合には、レンズの第２の方向の動きに連動して磁石２が本実施の形態におけるＹ方向に平行な方向に動くように、位置検出装置１を構成すればよい。

【0112】

次に、位置検出装置１によって磁石２の位置に対応する検出値θｓを生成できることを示すシミュレーションの結果について説明する。このシミュレーションでは、磁石２の磁化の方向をＹ方向とし、可動範囲ＲＭをＹ方向に平行な線分で表されるものとした。シミュレーションでは、磁石２の位置を、位置基準点２Ｃと可動範囲ＲＭの中央との間の距離を絶対値とする値で表す。磁石２の位置は、位置基準点２Ｃが可動範囲ＲＭの中央よりも−Ｙ方向の先にある場合は負の値で表し、位置基準点２Ｃが可動範囲ＲＭの中央よりもＹ方向の先にある場合は正の値で表す。

【0113】

また、シミュレーションでは、検出対象磁界Ｈの、Ｙ方向に平行な方向の第２の成分Ｈｙに対応する磁束密度Ｂｙと、検出対象磁界Ｈの、Ｚ方向に平行な方向の第１の成分Ｈｚに対応する磁束密度Ｂｚとを求めた。シミュレーションでは、更に、第２の平面ＰＬ２１上の面内成分の、Ｕ方向に平行な方向の成分をＨｕとし、成分Ｈｕに対応する磁束密度Ｂｕを求めた。磁束密度Ｂｚは、第１の成分Ｈｚの方向が−Ｚ方向である場合は負の値で表し、第１の成分Ｈｚの方向がＺ方向である場合は正の値で表す。磁束密度Ｂｙは、第２の成分Ｈｙの方向が−Ｙ方向である場合は負の値で表し、第２の成分Ｈｙの方向がＹ方向である場合は正の値で表す。磁束密度Ｂｕは、成分Ｈｕの方向が−Ｕ方向である場合は負の値で表し、成分Ｈｕの方向がＵ方向である場合は正の値で表す。

【0114】

図１３は、シミュレーションで求めた磁石２の位置と磁束密度Ｂｙ，Ｂｚ，Ｂｕとの関係を示している。図１３において、横軸は磁石２の位置を表し、縦軸は磁束密度Ｂｙ，Ｂｚ，Ｂｕを表している。

【0115】

また、シミューションでは、図１３に示した結果を用いて、図１０に示した第１の角度θ１と、図１１に示した第２の角度θ２１とを求めた。図１４は、シミュレーションで求めた磁石２の位置と角度θ１，θ２１との関係を示している。図１４において、横軸は磁石２の位置を表し、縦軸は角度θ１，θ２１を表している。

【0116】

図１４から、第１の角度θ１と第２の角度θ２１はいずれも磁石２の位置と対応関係を有することと、第２の角度θ２１は第１の角度θ１と対応関係を有することが分かる。前述の通り、本実施の形態における検出値θｓは、第１の角度θ１を表す値でもよいし、第２の角度θ２１を表す値でもよい。従って、シミュレーションの結果から、本実施の形態によれば、磁石２の位置に対応する検出値θｓを生成できることが分かる。

【0117】

［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。図１５は、本実施の形態に係る位置検出装置１の斜視図である。図１６は、本実施の形態に係る位置検出装置１の断面図である。以下、本実施の形態に係る位置検出装置１が第１の実施の形態に係る位置検出装置１と異なる点について説明する。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器２の代わりに磁界発生器６２を含んでいる。本実施の形態では特に、磁界発生器６２は磁石である。以下、磁石についても符号６２で表す。また、磁石６２に関する説明は、磁界発生器６２にも当てはまる。

【0118】

磁石６２は、磁気センサ３の上方に位置している。第１の実施の形態と同様に、磁石６２は、垂直面ＶＰに平行な方向の磁化を有している。本実施の形態では特に、磁石６２は、Ｚ方向の磁化を有している。図１５および図１６において、符号６２Ｍを付した矢印は、磁石６２の磁化の方向を表している。また、図１６において、複数の点線は、検出対象磁界に対応する磁束の一部を表している。

【0119】

第１の実施の形態と同様に、磁気センサ３に対する磁石６２の相対的な位置を、単に、磁石６２の位置と言う。磁石６２の相対的な位置は、磁石６２中の位置基準点６２Ｃが線状の可動範囲ＲＭ内を移動するように変化可能である。位置基準点６２Ｃは、例えば磁石６２の重心である。

【0120】

本実施の形態における可動範囲ＲＭは、第１の実施の形態と同様である。すなわち、可動範囲ＲＭは、図１５に示した垂直面ＶＰ内に存在している。図１６は垂直面ＶＰを表している。本実施の形態では特に、垂直面ＶＰはＹＺ平面であり、可動範囲ＲＭはＹ方向に平行な線分で表される。

【0121】

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第１の平面ＰＬ１、基準位置Ｐ０、第１の方向Ｄ１、第１の角度θ１、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２および第２の角度θ２１，θ２２が定義される。図１６は、垂直面ＶＰと一致する第１の平面ＰＬ１を表している。

【0122】

可動範囲ＲＭ内で磁石６２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向である第１の方向Ｄ１が第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。これは、図１６から、容易に理解することができる。すなわち、可動範囲ＲＭ内で磁石６２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０を通過する磁束の方向すなわち第１の方向Ｄ１が変化する。

【0123】

第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２は、磁石６２の位置と対応関係を有する。

【0124】

本実施の形態において、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは１８０°以下であり、第１の角度θ１の可変範囲は最大で−９０°から９０°までの範囲である。また、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２の可変範囲の大きさは１８０°以下であり、第２の角度θ２１，θ２２の可変範囲は最大で−９０°から９０°までの範囲である。

【0125】

本実施の形態では、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ４における第２の磁化の方向はＹ方向であり、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３における第２の磁化の方向は−Ｙ方向である。検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２１が−９０°のときに検出信号Ｓ１の値が−１になり、第２の角度θ２１が０°のときに検出信号Ｓ１の値が０になり、第２の角度θ２１が９０°のときに検出信号Ｓ１の値が１になるように規格化することができる。この場合、検出信号Ｓ１は、第１の実施の形態における式（５）の代わりに、下記の式（８）で表される。

【0126】

Ｓ１＝ｓｉｎθ２１ …（８）

【0127】

本実施の形態における検出値生成部２２は、第１の実施の形態における式（６）の代わりに、下記の式（９）によって値θ２ｓを算出する。なお、“ａｓｉｎ”は、アークサインを表す。

【0128】

θ２ｓ＝ａｓｉｎＳ１ …（９）

【0129】

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。

【0130】

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１７は、本実施の形態に係る位置検出装置１の斜視図である。図１８は、本実施の形態に係る位置検出装置１の断面図である。以下、本実施の形態に係る位置検出装置１が第１の実施の形態に係る位置検出装置１と異なる点について説明する。

【0131】

本実施の形態に係る位置検出装置１では、磁石２の可動範囲ＲＭが第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態における可動範囲ＲＭは、Ｚ方向に平行な線分で表される。この可動範囲ＲＭは、図１７に示した垂直面ＶＰ内に存在している。垂直面ＶＰはＹＺ平面である。図１８は垂直面ＶＰを表している。

【0132】

また、図１８に示したように、本実施の形態では、磁石２の重心である位置基準点２Ｃは、基準位置Ｐ０を通過しＺ方向に平行な仮想の直線Ｌ１から、Ｙ方向にずれた位置にある。

【0133】

本実施の形態における磁石２の磁化の方向２Ｍは、第１の実施の形態と同様に、Ｙ方向である。図１８において、複数の点線は、磁石２が発生する検出対象磁界に対応する磁束の一部を表している。

【0134】

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第１の平面ＰＬ１、基準位置Ｐ０、第１の方向Ｄ１、第１の角度θ１、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２および第２の角度θ２１，θ２２が定義される。図１８は、垂直面ＶＰと一致する第１の平面ＰＬ１を表している。

【0135】

可動範囲ＲＭ内で磁石２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向である第１の方向Ｄ１が第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。これは、図１８から、容易に理解することができる。すなわち、可動範囲ＲＭ内で磁石２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０を通過する磁束の方向すなわち第１の方向Ｄ１が変化する。

【0136】

第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２は、磁石２の位置と対応関係を有する。

【0137】

本実施の形態において、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは９０°以下であり、第１の角度θ１の可変範囲は最大で−９０°から０°までの範囲である。また、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２の可変範囲の大きさは９０°以下であり、第２の角度θ２１，θ２２の可変範囲は最大で−９０°から０°までの範囲である。

【0138】

本実施の形態に係る位置検出装置１は、例えば、以下のようなオートフォーカス機構を備えたカメラモジュールに適用することができる。このカメラモジュールは、レンズと支持機構と駆動装置とを備えている。レンズの光軸方向は、本実施の形態におけるＺ方向に平行な方向である。支持機構は、Ｚ方向に平行な方向にレンズが移動可能なように、レンズを支持している。駆動装置は、Ｚ方向に平行な方向にレンズを移動させるための装置である。

【0139】

このカメラモジュールでは、Ｚ方向に平行な方向についてのレンズの位置を検出する必要がある。本実施の形態に係る位置検出装置１は、このレンズの位置を検出するために用いることができる。この場合、レンズの動きに連動して磁石２がＺ方向に平行な方向に動くように、位置検出装置１を構成すればよい。

【0140】

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。

【0141】

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１９は、本実施の形態に係る位置検出装置１の斜視図である。図２０は、本実施の形態に係る位置検出装置１の断面図である。以下、本実施の形態に係る位置検出装置１が第２の実施の形態に係る位置検出装置１と異なる点について説明する。

【0142】

本実施の形態では、磁石６２の可動範囲ＲＭが第２の実施の形態と異なっている。本実施の形態における可動範囲ＲＭは、Ｚ方向に平行な線分で表される。この可動範囲ＲＭは、図１９に示した垂直面ＶＰ内に存在している。垂直面ＶＰはＹＺ平面である。図２０は垂直面ＶＰを表している。

【0143】

また、図２０に示したように、本実施の形態では、磁石６２の重心である位置基準点６２Ｃは、基準位置Ｐ０を通過しＺ方向に平行な仮想の直線Ｌ１から、Ｙ方向にずれた位置にある。

【0144】

本実施の形態における磁石６２の磁化の方向６２Ｍは、第２の実施の形態と同様に、Ｚ方向である。図２０において、複数の点線は、磁石６２が発生する検出対象磁界に対応する磁束の一部を表している。

【0145】

本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、第１の平面ＰＬ１、基準位置Ｐ０、第１の方向Ｄ１、第１の角度θ１、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２および第２の角度θ２１，θ２２が定義される。図２０は、垂直面ＶＰと一致する第１の平面ＰＬ１を表している。

【0146】

可動範囲ＲＭ内で磁石６２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向である第１の方向Ｄ１が第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。これは、図２０から、容易に理解することができる。すなわち、可動範囲ＲＭ内で磁石６２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０を通過する磁束の方向すなわち第１の方向Ｄ１が変化する。

【0147】

第２の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２は、磁石２の位置と対応関係を有する。

【0148】

本実施の形態において、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは９０°以下であり、第１の角度θ１の可変範囲は最大で０°から９０°までの範囲である。また、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２の可変範囲の大きさは９０°以下であり、第２の角度θ２１，θ２２の可変範囲は最大で０°から９０°までの範囲である。

【0149】

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２の実施の形態と同様である。

【0150】

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る位置検出装置は、図２１および図２２に示したハプティクスデバイス１００に含まれている。このハプティクスデバイス１００は、振動等の機械的な変動を発生して、利用者に仮想的な力覚を与えることを可能にするデバイスである。図２１は、本実施の形態に係る位置検出装置を含むハプティクスデバイス１００の概略の構成を示す斜視図である。図２２は、図２１に示したハプティクスデバイス１００の概略の構成を示す断面図である。

【0151】

図２１および図２２に示したように、ハプティクスデバイス１００は、筐体１０１と、可動部１０２と、支持部１０３と、第１のコイル１１１と、第２のコイル１１２と、磁気センサ３とを備えている。可動部１０２、支持部１０３、第１のコイル１１１、第２のコイル１１２および磁気センサ３は、筐体１０１内に設けられている。

【0152】

本実施の形態では、図２１および図２２に示したように、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が定義される。

【0153】

筐体１０１は、Ｚ方向の端に位置する上面と、−Ｚ方向の端に位置する下面と、上面と下面を連結する連結面とを有している。筐体１０１は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各寸法のうち、Ｙ方向の寸法が最も大きく、Ｚ方向の寸法が最も小さい形状を有している。

【0154】

可動部１０２は、ケース１２０と、このケース１２０内に収容された第１の磁石１２１および第２の磁石１２２を含んでいる。第１の磁石１２１は、Ｙ方向におけるケース１２０の中央の位置よりも−Ｙ方向の先に配置されている。第２の磁石１２２は、Ｙ方向におけるケース１２０の中央の位置よりもＹ方向の先に配置されている。

【0155】

第１の磁石１２１は、Ｚ方向の磁化を有している。図２２において、符号１２１Ｍを付した矢印は、第１の磁石１２１の磁化の方向を表している。第２の磁石１２２は、−Ｚ方向の磁化を有している。図２２において、符号１２２Ｍを付した矢印は、第２の磁石１２２の磁化の方向を表している。

【0156】

支持部１０３は、２つのばね１０３Ａ，１０３Ｂを含んでいる。ばね１０３Ａは、筐体１０１の内面のうちの−Ｙ方向の端に位置する一箇所と、ケース１２０の外面のうちの−Ｙ方向の端に位置する一箇所とを連結している。ばね１０３Ｂは、筐体１０１の内面のうちのＹ方向の端に位置する一箇所と、ケース１２０の外面のうちのＹ方向の端に位置する一箇所とを連結している。支持部１０３は、可動部１０２を、Ｙ方向に平行な方向に移動できるように支持している。

【0157】

第１のコイル１１１は、筐体１０１の内面のうちのＺ方向の端に位置する一部分に接合されている。第２のコイル１１２は、筐体１０１の内面のうちの−Ｚ方向の端に位置する一部分に接合されている。第１のコイル１１１と第２のコイル１１２は、いずれも、Ｚ方向に延びる仮想の中心線の周りに巻かれている。第１および第２のコイル１１１，１１２の各々の内側には、空間が形成されている。

【0158】

磁気センサ３は、第１のコイル１１１の内側の空間に配置されている。本実施の形態における磁気センサ３の構成は、第１の実施の形態における磁気センサ３と同じである。

【0159】

第１および第２の磁石１２１，１２２と磁気センサ３は、本実施の形態に係る位置検出装置を構成する。第１および第２の磁石１２１，１２２は、本実施の形態における磁界発生器を構成する。

【0160】

次に、ハプティクスデバイス１００の動作について説明する。第１および第２のコイル１１１，１１２には、図示しない制御部から交流電流が供給される。同じ時刻において、第１のコイル１１１を流れる電流の方向と、第２のコイル１１２を流れる電流の方向は同じである。交流電流が供給された第１および第２のコイル１１１，１１２は磁界を発生する。この第１および第２のコイル１１１，１１２が発生する磁界と、第１および第２の磁石１２１，１２２が発生する磁界との作用により、第１および第２の磁石１２１，１２２を含む可動部１０２は、Ｙ方向に平行な方向に機械的に変動する。この可動部１０２の機械的変動が、利用者に仮想的な力覚を与える。可動部１０２の機械的変動は、可動部１０２の振動を含む。

【0161】

本実施の形態に係る位置検出装置は、磁気センサ３に対する第１および第２の磁石１２１，１２２の相対的な位置に対応する検出値を生成する。磁気センサ３に対する第１および第２の磁石１２１，１２２の相対的な位置は、磁気センサ３に対する可動部１０２の相対的な位置に対応する。従って、検出値によって、例えば、磁気センサ３に対する可動部１０２の相対的な位置や、可動部１０２の振動の振幅の大きさを知ることができる。検出値は、例えば、上記制御部が可動部１０２の動作を制御するために用いられる。

【0162】

本実施の形態における検出対象磁界は、第１および第２の磁石１２１，１２２が発生する磁界である。検出対象磁界は、磁気センサ３に印加される。磁気センサ３には、検出対象磁界の他に、第１および第２のコイル１１１，１１２が発生する磁界も印加される。しかし、第１および第２のコイル１１１，１１２が発生する磁界の強度は、第１および第２の磁石１２１，１２２が発生する磁界の強度よりも十分に小さい。そのため、第１および第２のコイル１１１，１１２が発生する磁界が磁気センサ３の検出値に与える影響は小さく、磁気センサ３は、実質的に検出対象磁界を検出する。

【0163】

磁気センサ３に対する磁石１２１の相対的な位置は、磁気センサ３と磁石１２１との間の距離が変化するように変化可能である。磁気センサ３に対する磁石１２２の相対的な位置は、磁気センサ３と磁石１２２との間の距離が変化するように変化可能である。

【0164】

以下、磁気センサ３に対する第１および第２の磁石１２１，１２２の相対的な位置を、単に、磁石１２１，１２２の位置と言う。また、磁石１２１，１２２中の所定の点を位置基準点と言い、磁石１２１，１２２の位置を位置基準点の位置で表す。位置基準点は、第１の磁石１２１の重心または第２の磁石１２２の重心であってもよい。

【0165】

磁石１２１，１２２の位置は、位置基準点が線状の可動範囲内を移動するように変化可能である。本実施の形態における可動範囲は、Ｙ方向に平行な線分で表される。

【0166】

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、垂直面ＶＰ、第１の平面ＰＬ１、基準位置Ｐ０、第１の方向Ｄ１、第１の角度θ１、第２の平面ＰＬ２１，ＰＬ２２、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２および第２の角度θ２１，θ２２が定義される。図２２は、垂直面ＶＰおよび第１の平面ＰＬ１を表している。垂直面ＶＰおよび第１の平面ＰＬ１は、ＹＺ平面である。

【0167】

磁石１２１，１２２の磁化の方向１２１Ｍ，１２２Ｍは、垂直面ＶＰに平行である。可動範囲は、垂直面ＶＰ内に存在している。

【0168】

可動範囲内で磁石１２１，１２２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向である第１の方向Ｄ１が第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。図２２は、磁石１２１，１２２が可動範囲の中央に位置に位置する状態を表している。この状態では、第１の方向Ｄ１はＹ方向である。図２２に示した状態から、磁石１２１，１２２が−Ｙ方向に移動すると、第１の方向Ｄ１は、Ｙ方向から−Ｚ方向に向かって回転する。図２２に示した状態から、磁石１２１，１２２がＹ方向に移動すると、第１の方向Ｄ１は、Ｙ方向からＺ方向に向かって回転する。

【0169】

第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、第１の角度θ１および第２の角度θ２１，θ２２は、磁石１２１，１２２の位置と対応関係を有する。

【0170】

本実施の形態において、第１の方向Ｄ１の可変範囲の大きさは１８０°以下であり、第１の角度θ１の可変範囲は最大で０°から１８０°までの範囲である。また、第２の方向Ｄ２１，Ｄ２２の可変範囲の大きさは１８０°以下であり、第２の角度θ２１，θ２２の可変範囲は最大で０°から１８０°までの範囲である。

【0171】

本実施の形態における検出値θｓの具体的な計算方法は、第１の実施の形態と同様である。なお、第１の実施の形態における角度θ１，θ２１，θ２２の−１８０°は、本実施の形態における角度θ１，θ２１，θ２２の１８０°と等価である。

【0172】

本実施の形態に係る位置検出装置のその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【0173】

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、磁気センサに対する磁界発生器の相対的な位置は、磁気センサと磁界発生器との間の距離が一定のままで変化してもよい。

【符号の説明】

【0174】

１…位置検出装置、２…磁界発生器（磁石）、３…磁気センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【手続補正書】

【提出日】2020年5月18日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0047】

図４に示したように、磁気センサ３は、更に、電源端Ｖ１と、グランド端Ｇと、第１の信号出力端Ｅ１と、第２の信号出力端Ｅ２を含んでいる。ＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２は、第１の信号出力端Ｅ１を介して直列に接続されている。ＭＲ素子Ｒ１は、電源端Ｖ１と第１の信号出力端Ｅ１との間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ２は、第１の信号出力端Ｅ１とグランド端Ｇとの間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４は、第２の信号出力端Ｅ２を介して直列に接続されている。ＭＲ素子Ｒ３は、電源端Ｖ１と第２の信号出力端Ｅ２との間に設けられている。ＭＲ素子Ｒ４は、第２の信号出力端Ｅ２とグランド端Ｇとの間に設けられている。電源端Ｖ１には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランド端Ｇはグランドに接続される。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0168】

可動範囲内で磁石１２１，１２２の位置が変化すると、基準位置Ｐ０における検出対象磁界Ｈの方向である第１の方向Ｄ１が第１の平面ＰＬ１内において所定の可変範囲内で変化する。図２２は、磁石１２１，１２２が可動範囲の中央に位置する状態を表している。この状態では、第１の方向Ｄ１はＹ方向である。図２２に示した状態から、磁石１２１，１２２が−Ｙ方向に移動すると、第１の方向Ｄ１は、Ｙ方向から−Ｚ方向に向かって回転する。図２２に示した状態から、磁石１２１，１２２がＹ方向に移動すると、第１の方向Ｄ１は、Ｙ方向からＺ方向に向かって回転する。