特開 2020-201127 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2020-201127(P2020-201127A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20201120BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20201120BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20201120BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20201120BHJP

【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】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2019-108115(P2019-108115)

(22)【出願日】2019年6月10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】蔡 永福

(72)【発明者】

【氏名】平林 啓

【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

5F092AD23

5F092AD25

5F092BC42

5F092BC43

5F092DA01

5F092GA01

(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１は、検出対象磁界を発生する磁石２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２の位置に対応する検出値を生成する。磁気センサ３は、ＭＲ素子と基板を含んでいる。基板は、主面を含んでいる。ＭＲ素子が受ける検出対象磁界は、第１の平面ＰＬ１内で変化する第１の方向Ｄ１を有している。ＭＲ素子は、主面に平行な第２の平面ＰＬ２内において変化可能な方向の第１の磁化を有する磁性層を含んでいる。第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２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１

【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、平面からなる主面を含み、
前記磁気抵抗効果素子が受ける前記検出対象磁界は、第１の平面内において第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、
前記磁気抵抗効果素子は、前記主面に平行な第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、
前記磁気抵抗効果素子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】

前記磁気抵抗効果素子は、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前記主面に平行な直線状の可動範囲内を移動するように変化可能であり、
前記磁石は、前記可動範囲を含み前記主面に垂直な垂直面に平行な方向の磁化を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記垂直面と交差しない位置に配置されてい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】

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、平面からなる主面を含み、
前記磁気抵抗効果素子は、前記主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前記主面に平行な直線状の可動範囲内を移動するように変化可能であり、
前記磁石は、前記可動範囲を含み前記主面に垂直な垂直面に平行な方向の磁化を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、前記垂直面と交差しない位置に配置されてい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。

【0017】

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、平面からなる主面を含んでいる。磁気抵抗効果素子が受ける検出対象磁界は、第１の平面内において第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。磁気抵抗効果素子は、主面に平行な第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。

【0018】

磁気抵抗効果素子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。

【0019】

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。

【0020】

また、本発明の第１の観点の位置検出装置において、磁気抵抗効果素子は、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。

【0021】

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。

【0022】

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。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主面に平行な直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。磁石は、可動範囲を含み主面に垂直な垂直面に平行な方向の磁化を有していてもよい。磁気抵抗効果素子は、垂直面と交差しない位置に配置されていてもよい。

【0023】

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、平面からなる主面を含んでいる。

【0024】

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、主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主面に平行な直線状の可動範囲内を移動するように変化可能である。磁石は、可動範囲を含み主面に垂直な垂直面に平行な方向の磁化を有している。磁気抵抗効果素子は、垂直面と交差しない位置に配置されている。

【発明の効果】

【0025】

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。

【0026】

本発明の第２の観点の位置検出装置では、磁気センサに対する磁石の相対的な位置が、磁石中の所定の点が主面に平行な直線状の可動範囲内を移動するように変化可能であり、磁石が、可動範囲を含み主面に垂直な垂直面に平行な方向の磁化を有し、磁気抵抗効果素子が、垂直面と交差しない位置に配置されていることにより、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】

【0027】

【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側面図である。

【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第１の平面上の磁石と検出対象磁界を示す説明図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態における第１の平面上の磁石と検出対象磁界を示す説明図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態における第１の平面上の磁石と検出対象磁界を示す説明図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態における第１の方向と第１の角度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11】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12】本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置の側面図である。

【図13】本発明の第２の実施の形態における第１の平面上の磁石と検出対象磁界を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

［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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

磁気センサ３に対する磁石２の相対的な位置は、磁石２中の所定の点が所定の可動範囲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。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。

【0032】

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平面である。可動範囲ＲＭは、主面に平行な直線状である。図２に示したように、可動範囲ＲＭは、Ｙ方向に平行な線分で表される。

【0033】

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。

【0034】

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、平板状である。基板１０は、いずれも平面からなる上面１０ａおよび底面１０ｂを有している。上面１０ａは、基板１０におけるＺ方向の端に位置する。底面１０ｂは、基板１０における−Ｚ方向の端に位置する。上面１０ａおよび底面１０ｂは、いずれもＸＹ平面であり、前述の主面に相当する。ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、上面１０ａ上に配置されている。

【0035】

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が受ける検出対象磁界は、第１の平面内において第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。

【0036】

磁気センサ３が複数のＭＲ素子Ｒを含む場合、上記の第１の平面と第１の方向はＭＲ素子Ｒ毎に定義される。しかし、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ている。そのため、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が受ける検出対象磁界の方向は、実質的に同じである。また、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に対応する第１の平面は互いに平行である。そこで、以下の説明では、ＭＲ素子Ｒ毎の第１の平面を、記号ＰＬ１を付した１つの第１の平面で代表して表す。第１の平面ＰＬ１は、図１に示している。第１の平面ＰＬ１は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に対応する第１の平面と平行である。また、第１の平面ＰＬ１上の基準位置Ｐ０における検出対象磁界の方向を、第１の方向Ｄ１と言う。第１の方向Ｄ１は、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に対応する第１の方向と同じ方向である。以下、ＭＲ素子Ｒ毎の第１の方向を、第１の方向Ｄ１で代表して表す。

【0037】

ＭＲ素子Ｒは、主面に平行な第２の平面ＰＬ２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２の平面ＰＬ２は、図１に示している。本実施の形態では特に、第２の平面ＰＬ２はＸＹ平面である。

【0038】

図１に示したように、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２は、９０°以外の二面角αをなして交差している。αは、０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。

【0039】

ここで、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。第１の平面ＰＬ１は、Ｙ方向およびＶ方向に平行な平面すなわちＹＶ平面である。

【0040】

図１に示したように、磁気センサ３は、垂直面ＶＰと交差しない位置に配置されている。従って、磁気センサ３に含まれるＭＲ素子Ｒも、垂直面ＶＰと交差しない位置に配置されている。具体的には、磁気センサ３およびＭＲ素子Ｒは、垂直面ＶＰと第２の平面ＰＬ２との交線に対して−Ｘ方向の先に位置している。磁石２は、第２の平面ＰＬ２の上方に位置している。

【0041】

ＭＲ素子Ｒが受ける検出対象磁界は、第２の平面ＰＬ２に平行な面内成分と第２の平面ＰＬ２に垂直な垂直成分に分けることができる。

【0042】

本実施の形態において、第２の平面ＰＬ２を基準平面ＲＰとも言う。この基準平面ＲＰを用いて表現すると、ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層は、主面に平行な基準平面ＲＰ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、第１の平面ＰＬ１と基準平面ＲＰは、９０°以外の二面角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、第２の平面ＰＬ２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−Ｘ方向であり、ＭＲ素子Ｒ２，Ｒ３における第２の磁化の方向はＸ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】

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。

【0046】

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。

【0047】

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、基板１０の上面１０ａ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。

【0048】

次に、図６ないし図８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。図６ないし図８は、第１の平面ＰＬ１上の磁石２と磁気センサ３を示している。図６ないし図８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。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６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。図８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。

【0049】

以下、基準位置Ｐ０における検出対象磁界を記号Ｈで表す。図６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Ｖ方向に平行な仮想の直線Ｌ１上に位置している。

【0050】

図６ないし図８に示したように、検出対象磁界Ｈは、Ｖ方向に平行な方向の第１の成分Ｈｖ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６に示した状態では、第１の成分Ｈｖ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Ｄ１が変化する。以下、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、Ｖ方向を基準方向とする。第１の角度θ１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。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。

【0051】

次に、図１を参照して、検出対象磁界と面内成分について説明する。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１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０°から１８０°までの範囲である。

【0052】

第２の平面ＰＬ２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Ｄ２を有している。図１において、記号Ｄ２を付した矢印は、第２の方向Ｄ２と、第２の平面ＰＬ２上の面内成分の強度とを表している。記号Ｄ２を付した矢印の先端は、記号Ｃ２を付した楕円上を移動する。第２の方向Ｄ２および楕円Ｃ２は、それぞれ、第１の方向Ｄ１および円Ｃ１を、第２の平面ＰＬ２に垂直投影したものである。

【0053】

以下、第２の方向Ｄ２がＸ方向に対してなす角度を第２の角度と言い、記号θ２で表す。第２の角度θ２は、Ｘ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、Ｘ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θ２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Ｄ２の可変範囲の大きさは、１８０°以下である。第２の角度θ２の可変範囲は、最大で０°から１８０°までの範囲である。

【0054】

第１の角度θ１が０°のときは第２の角度θ２も０°であり、第１の角度θ１が９０°のときは第２の角度θ２も９０°であり、第１の角度θ１が１８０°のときは第２の角度θ２も１８０°である。

【0055】

次に、第１および第２の角度θ１，θ２と検出信号Ｓ１との関係について説明する。まず、ＭＲ素子Ｒの抵抗値は、ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層の第１の磁化の方向に依存する。ＭＲ素子Ｒの第１の磁性層の第１の磁化の方向は、第２の方向Ｄ２の変化すなわち第２の角度θ２の変化に応じて変化する。図３および図４に示した磁気センサ３では、第２の角度θ２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。また、第２の角度θ２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。

【0056】

このように、ＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値は、第１の磁化の方向および第２の角度θ２に依存する。前述の通り、第２の角度θ２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。

【0057】

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。

【0058】

以上のことから、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θ２に依存する。

【0059】

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θ２に依存する。

【0060】

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θ２に依存する。

【0061】

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θ２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θ２に依存する。

【0062】

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θ２を表す値であってもよい。前述のように、第２の角度θ２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θ２は磁石２の位置と対応関係を有し、第２の角度θ２を表す検出値θｓも磁石２の位置と対応関係を有する。

【0063】

以下、図９および図１０を参照して、検出値θｓの生成方法について具体的に説明する。図９は、第１の方向Ｄ１と第１の角度θ１と円Ｃ１を示している。図１０は、第２の方向Ｄ２と第２の角度θ２と楕円Ｃ２を示している。始めに、検出値θｓの生成方法の概要について説明する。図９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ＹＶ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Ｖ成分をそれぞれＹ１，Ｖ１とする。

【0064】

図１０に示した第２の方向Ｄ２を表す矢印は、基準位置Ｐ０を原点とするＹＸ座標系において、ＭＲ素子Ｒ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Ｄ２と言う。第２のベクトルＤ２は、第２の平面ＰＬ２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Ｄ２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Ｄ２のＹ成分とＸ成分をそれぞれＹ１，Ｘ１とする。

【0065】

Ｖ１は、Ｘ１と二面角αを用いて表すことができる。従って、比Ｙ１／Ｖ１は、比Ｙ１／Ｘ１と二面角αを用いて表すことができる。比Ｙ１／Ｖ１と第１の角度θ１の関係と、比Ｙ１／Ｘ１と第２の角度θ２の関係と、比Ｙ１／Ｖ１と比Ｙ１／Ｘ１の関係を利用すると、第１の角度θ１と第２の角度θ２の関係を表す式が得られる。

【0066】

また、第２の角度θ２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θ２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。

【0067】

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／Ｖ１および比Ｙ１／Ｘ１は、それぞれ下記の式（１）、（２）で表される。

【0068】

Ｙ１／Ｖ１＝ｔａｎθ１ …（１）
Ｙ１／Ｘ１＝ｔａｎθ２ …（２）

【0069】

また、Ｖ１は、下記の式（３）で表される。

【0070】

Ｖ１＝Ｘ１／ｃｏｓα …（３）

【0071】

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θ２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。

【0072】

θ１＝ａｔａｎ（Ｙ１／Ｖ１）
＝ａｔａｎ（Ｙ１／（Ｘ１／ｃｏｓα））
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・Ｙ１／Ｘ１）
＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２） …（４）

【0073】

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θ２が０°のときに最小値になり、第２の角度θ２が１８０°のときに最大値になる。

【0074】

検出信号Ｓ１は、第２の角度θ２が０°のときに検出信号Ｓ１の値が−１になり、第２の角度θ２が９０°のときに検出信号Ｓ１の値が０になり、第２の角度θ２が１８０°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。

【0075】

Ｓ１＝−ｃｏｓθ２ …（５）

【0076】

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０°から１８０°までの範囲であり、第２の例では０°より大きく１８０°より小さい範囲である。

【0077】

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、０°から１８０°までの範囲であり、第２の例では０°より大きく１８０°より小さい範囲である。式（６）は、式（５）におけるθ２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。

【0078】

θ２ｓ＝ａｃｏｓ（−Ｓ１） …（６）

【0079】

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、０°から１８０°までの範囲である。式（７）は、式（４）におけるθ１，θ２を、それぞれθｓ，θ２ｓに置き換えたものである。

【0080】

θｓ＝ａｔａｎ（ｃｏｓα・ｔａｎθ２ｓ） …（７）

【0081】

上記の例外とは、値θ２ｓが０°または１８０°のときである。値θ２ｓが０°または１８０°のときには、式（７）によるθｓの解には、０°と１８０°の２つの解がある。そこで、検出値生成部２２は、値θ２ｓが０°または１８０°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０°のときは第２の角度θ２も０°であり、第１の角度θ１が１８０°のときは第２の角度θ２も１８０°であることを利用したものである。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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ＰＬ２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ＰＬ２内で方向が変化する磁界を検出するのに適している。

【0085】

一方、ＭＲ素子Ｒが受ける検出対象磁界は、第１の平面内において第１の方向を有している。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。ＭＲ素子Ｒに対応する上記の第１の方向は、第１の平面ＰＬ１内の基準位置Ｐ０における検出対象磁界の方向である第１の方向Ｄ１と同じ方向である。また、ＭＲ素子Ｒに対応する第１の方向の可変範囲は、第１の方向Ｄ１の可変範囲と同じである。

【0086】

磁石２の位置が変化すると、ＭＲ素子Ｒに対応する第１の方向は、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、ＭＲ素子Ｒが受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。

【0087】

すなわち、本実施の形態では、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２は、９０°以外の二面角αをなして交差している。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Ｄ２は、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Ｄ２も、磁石２の位置の変化に応じて変化する。

【0088】

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Ｄ２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Ｄ２に依存すると共に、磁石２の位置に対応したものとなる。

【0089】

ところで、もし、第１の平面が第２の平面ＰＬ２と直交していたら、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１の平面が第２の平面ＰＬ２と直交する場合の例としては、ＭＲ素子Ｒが垂直面ＶＰと交差する位置に配置され、第１の平面が垂直面ＶＰと一致している場合がある。この場合には、第１の方向Ｄ１が第２の平面ＰＬ２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ＰＬ２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。

【0090】

これに対し、本実施の形態では、ＭＲ素子Ｒは垂直面ＶＰと交差しない位置に配置され、それ結果、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２は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、ＭＲ素子Ｒが受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。

【0091】

また、本実施の形態では、磁石２は、基板１０の主面に垂直な垂直面ＶＰに平行な方向の磁化を有している。また、磁石２の可動範囲ＲＭは、主面に平行な直線状である。また、ＭＲ素子Ｒは、主面に平行な第２の平面ＰＬ２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。このような位置関係により、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。

【0092】

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、磁石２と磁気センサ３との間の距離が大きくなり過ぎ、ＭＲ素子Ｒが受ける検出対象磁界の強度が小さくなり過ぎる。磁石２と磁気センサ３との間の距離は、Ｚ方向についての磁石２と磁気センサ３との間の距離の２倍以下であることが好ましく、１．５倍以下であることが好ましい。そのため、二面角αは、３０°以上であることが好ましく、４２°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、４２°〜７３°の範囲内であることがより好ましい。

【0093】

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Ｄ２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。

【0094】

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Ｄ２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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

また、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Ｙ方向に平行な方向である。支持機構は、Ｙ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、Ｙ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。

【0099】

このカメラモジュールでは、Ｙ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。

【0100】

［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１１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１２は、本実施の形態に係る位置検出装置１の側面図である。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。

【0101】

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１１および図１２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。

【0102】

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。

【0103】

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、主面に垂直な垂直面ＶＰ内に存在している。垂直面ＶＰは、図１１に示している。また、図１２は垂直面ＶＰを表している。可動範囲ＲＭは、主面に平行な直線状である。図１２に示したように、可動範囲ＲＭは、Ｙ方向に平行な線分で表される。

【0104】

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ＭＲ素子Ｒ毎の第１の平面を代表して表す第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ＰＬ２、第２の方向Ｄ２、第２の角度θ２および基準平面ＲＰが定義される。

【0105】

図１３は、第１の平面ＰＬ１上の磁石６２と磁気センサ３を示している。図１３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。

【0106】

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１３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。

【0107】

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θ２は、磁石６２の位置と対応関係を有する。

【0108】

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Ｄ２の可変範囲の大きさは１８０°以下であり、第２の角度θ２の可変範囲は最大で−９０°から９０°までの範囲である。

【0109】

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θ２が−９０°のときに検出信号Ｓ１の値が−１になり、第２の角度θ２が０°のときに検出信号Ｓ１の値が０になり、第２の角度θ２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。

【0110】

Ｓ１＝ｓｉｎθ２ …（８）

【0111】

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。

【0112】

θ２ｓ＝ａｓｉｎＳ１ …（９）

【0113】

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。

【0114】

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、磁石２の磁化の方向は、第１および第２の実施の形態に示した方向以外の、垂直面ＶＰに平行な方向であってもよい。
してもよい。

【符号の説明】

【0115】

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】

【手続補正書】

【提出日】2020年6月12日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0045】

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】００９０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0090】

これに対し、本実施の形態では、ＭＲ素子Ｒは垂直面ＶＰと交差しない位置に配置され、その結果、第１の平面ＰＬ１と第２の平面ＰＬ２は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、ＭＲ素子Ｒが受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。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0114】

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、磁石２の磁化の方向は、第１および第２の実施の形態に示した方向以外の、垂直面ＶＰに平行な方向であってもよい。