磁気センサ、磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュール、レンズ鏡筒
【課題】より高精度の磁界検出を可能とする磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】この磁気エンコーダは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサ１と、磁気センサ１を支持し、磁気センサ１を磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。磁気メディアは、例えば円筒状の回転体の外面に、その長手方向が回転体の回転方向と一致するように取り付けられている。磁気センサ１は、基体２１上に設けられた磁気抵抗効果素子２２と、それを覆う第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３とを有する。磁気メディアと対向する対向面１Ｓは、磁気メディアの長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子２２の配置された中央領域ＷＲ１が最も突出した形状を有する。
【解決手段】この磁気エンコーダは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサ１と、磁気センサ１を支持し、磁気センサ１を磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。磁気メディアは、例えば円筒状の回転体の外面に、その長手方向が回転体の回転方向と一致するように取り付けられている。磁気センサ１は、基体２１上に設けられた磁気抵抗効果素子２２と、それを覆う第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３とを有する。磁気メディアと対向する対向面１Ｓは、磁気メディアの長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子２２の配置された中央領域ＷＲ１が最も突出した形状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メディアからの磁界の変化を検出する磁気センサ、ならびにそれを備えた磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えばカメラのレンズ鏡筒などの回転体の変位（回転角）検出を行うものとして、磁気センサを備えた磁気エンコーダモジュールが使用されている。この種の磁気エンコーダモジュールでは、磁気抵抗効果素子などのセンサ素子を含む磁気センサにより、回転体に固定され、例えば正反対の磁化方向を有する２種の着磁領域が回転方向に沿って交互に配置された磁気メディアからの磁界の変化を検出する。
【０００３】
近年、より高精度の回転角制御の要求から、この種の磁気エンコーダモジュールの高分解能化が進んでいる。高分解能化に伴い、磁気メディアと磁気センサとの間隔（ギャップ）の影響が大きくなることから、そのギャップを一定に維持することが要求される。高分解能化に対応するには、磁気センサを磁気メディアに接触させつつ摺動させる構造が有利であり、既にそのような接触式の磁気エンコーダモジュールに関する提案がなされている（特許文献１〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０５８０８号明細書
【特許文献２】特開２００２−２５０６３８号明細書
【特許文献３】特開２００３−１３９５６７号明細書
【特許文献４】特開２００３−２４０６０３号明細書
【特許文献５】特開２００３−３１５６５９号明細書
【特許文献６】特開２００３−３４４１０５号明細書
【特許文献７】特開２００６−６４３８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１〜６はいずれも磁気センサを取り付ける支持部材の構造に関するものであり、磁気センサ自体のローリングに基づくギャップ変動について考慮されたものではない。ここでいうローリングとは、回転体の回転軸と並行な回転軸を中心とする磁気センサの回転変位である。通常、磁気センサは、平面基板上にセンサ素子が設けられた構造を有している。このため、磁気センサのローリングが生じると、曲面である回転体の表面に沿って設けられた磁気メディアからセンサ素子が離れることとなり、上記のギャップ変動が生じる。このようなギャップ変動は分解能の向上の妨げとなり、好ましくない。また、上記特許文献７は、回転体の直径に対し、回転体の回転方向における磁気センサの幅を極めて狭小なものとすることで磁気センサのローリングに起因するギャップ変動を低減している。しかしながら、今後のさらなる高分解能化により、例えば１０μｍ程度の分解能を実現するにあたり、磁気センサの幅の狭小化のみでは十分に対応できない場合も想定される。
【０００６】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、より高精度の磁界検出を可能とする磁気センサ、ならびにそれを備えた磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の磁気センサは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサであって、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを備えるものである。ここで磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【０００８】
本発明の磁気エンコーダは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【０００９】
本発明の磁気エンコーダモジュールは、円筒状または円柱状をなすと共に、その外面が周回する方向に沿って回転する回転体と、その回転体の外面に取り付けられ、かつ、回転体の周回方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【００１０】
本発明のレンズ鏡筒は、レンズを保持すると共に前記レンズの光軸を中心として回転する円筒状の回転体と、その回転体の外面に取り付けられ、かつ、回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【００１１】
本発明の磁気センサ、磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒では、磁気メディアとの対向面のうち磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出している。このため、磁気メディアの表面上を摺動した際に磁気センサがローリングしたとしても、その対向面が平坦である場合と比較して、磁気抵抗効果素子と磁気メディアの表面との距離（ギャップ）の広がりが低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気センサ、磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒によれば、磁気メディアとの対向面において磁気抵抗効果素子の配置された部分を最も突出させるようにした。このため、使用時において、ギャップの変動が抑制され、かつ、微小なギャップの維持がなされる。よって、高分解能化を図ることができ、より高精度の磁界検出を安定して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態としての磁気センサを備えたカメラの全体構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示したカメラに搭載された磁気エンコーダの要部構成を表す正面図および側面図である。
【図３】図１に示したカメラに搭載された磁気エンコーダの要部構成を表す斜視図および分解斜視図である。
【図４】図２および図３に示した磁気エンコーダにおける磁気センサの構成を表す斜視図である。
【図５】図４に示した磁気エンコーダにおける磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【図６】図２に示した磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を表す正面図である。
【図７】図２に示した磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を拡大して表す正面図である。
【図８】従来の磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を拡大して表す正面図である。
【図９】本発明の磁気センサにおける傾斜角とギャップとの関係を表す特性図である（実施例１）。
【図１０】本発明の磁気センサにおけるギャップと出力との関係を表す特性図である（実施例１）。
【図１１】本発明の磁気センサにおける、磁気メディア上の基準位置からの誤差とギャップとの関係を表す特性図である（実施例２）。
【図１２】本発明の第１の変形例としての磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【図１３】本発明の第２の変形例としての磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１（Ａ）は本発明の一実施の形態としての磁気センサを備えた撮像装置の全体構成を表す斜視図である。この撮像装置は例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラであり、外装部材としての本体１０の被写体側の面（前面）に、着脱可能なレンズ鏡筒１１が取り付けられたものである。
【００１６】
図１（Ｂ）は、この撮像装置におけるレンズ鏡筒１１の構成を表す分解斜視図である。レンズ鏡筒１１は、フォーカスリング１２と、フォーカスレンズ群を有する前部レンズ鏡筒１３と、ズームレンズ群を有する後部レンズ鏡筒１４と、ズームリング１５と、マウントリング１６とを備えている。後部レンズ鏡筒１４には、磁気エンコーダ１７が取り付けられている。
【００１７】
後部レンズ鏡筒１４は、ズーミングの際に回転する回転筒１４Ａと、ズーミングの際に回転しない固定筒１４Ｂとを有する。回転筒１４Ａにはズームレンズ群が保持されており、回転筒１４Ａの回転動作により、固定筒１４Ｂに対してズームレンズ群が光軸方向へ移動するように構成されている。なお、このレンズ鏡筒１１では、例えば物体側からみて回転筒１４Ａは左回転したときに繰り出し、右回転したときに沈胴するようになっている。磁気エンコーダ１７は、回転筒１４Ａの外周面に固定され、光軸と直交する回転方向に沿って延在する磁気メディア１７Ａと、固定筒１４Ｂに保持された磁気センサアセンブリ１７Ｂとを有する。磁気メディア１７Ａは、回転筒１４Ａの回転方向と一致する長手方向において、例えば正反対の磁化方向を有する２種の着磁領域が交互に配置された帯状の磁性部材である。なお、表面１７ＡＳを覆うように保護膜（図示せず）を設けるようにしてもよい。磁気センサアセンブリ１７Ｂは、後述するように、磁気センサ１を備えている。
【００１８】
図２（Ａ），２（Ｂ）に、磁気エンコーダ１７の要部構成を拡大して表す。図２（Ａ）は、光軸方向（Ｚ方向）に沿って被写体から眺めた磁気エンコーダ１７の正面図であり、図２（Ｂ）は、光軸と直交する側方から眺めた磁気エンコーダ１７の側面図である。また、図３（Ａ）は、磁気エンコーダ１７の斜視構成を拡大して表した斜視図であり、図３（Ｂ）は、磁気エンコーダ１７の要部を分解して表した分解斜視図である。
【００１９】
図２および図３に示したように、磁気センサアセンブリ１７Ｂは、磁気センサ１と、この磁気センサ１が立設するように固定された平板状の台座２と、この台座２が固定されたサスペンション３と、先端部にサスペンション３が固定されたフレキシブルプリント回路基板４（以下、単にＦＰＣ基板４という。）とを備える。サスペンション３の後方の他端（磁気センサ１が保持された一端と反対側の端部）は、台座５を介してＦＰＣ基板４に固定されている。
【００２０】
磁気センサ１は、図２（Ｂ）に示したように、その対向面１Ｓを磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳと接触させ、その状態のまま磁気メディア１７Ａの長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディア１７Ａからの磁界を検出するものである。サスペンション３は、例えば弾性を有するステンレス薄板からなり、台座２を介して磁気センサ１を支持し、磁気センサ１を磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳに付勢するものである。
【００２１】
図４は、磁気センサ１を拡大して表す分解斜視図である。また、図５は、光軸方向に沿って被写体から眺めた磁気センサ１の正面図である。よって、図５においては、紙面と直交する方向が光軸方向（Ｚ方向）であり、紙面左右方向が回転筒１４Ａの回転方向Ｒである。磁気センサ１は、レンズ鏡筒１１の光軸に沿って延在する細長い直方体状の基体２１の一表面に、第１の絶縁層Ｚ１と、第２の絶縁層Ｚ２と、第３の絶縁層Ｚ３とが順に積層されたものである。第１の絶縁層Ｚ１の平坦な表面Ｚ１Ｓ（基体２１と反対側の面）には、光軸に沿って延在する４つの磁気抵抗効果素子２２が、回転筒１４Ａの回転方向Ｒ（回転筒１４Ａの表面の接線方向）において並ぶように形成されている。第１の絶縁層Ｚ１には、それらの磁気抵抗効果素子２２と接続された複数のリード線２３（図４では省略）が埋設されている。磁気抵抗効果素子２２としては、例えばＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いることができる。４つの磁気抵抗効果素子２２は、第２の絶縁層Ｚ２によって覆われている。リード線２３は、第１の絶縁層Ｚ１の表面Ｚ１Ｓに露出した接続部２４と接続されている。接続部２４は、第２の絶縁層Ｚ２および第３の絶縁層Ｚ３を貫く接続部２５（図４参照）によって、第３の絶縁層Ｚ３の表面に設けられたパッド２６（図４参照）と接続されている。これにより、磁気抵抗効果素子２２の抵抗変化を検出することができるようになっている。
【００２２】
磁気センサ１における磁気メディア１７Ａと対向する対向面のうち、磁気抵抗効果素子２２が設けられた光軸方向における先端領域が接触領域ＺＲとなる。すなわち、レンズ鏡筒１１の動作時において、接触領域ＺＲでは、第３の絶縁層の表面Ｚ３Ｓ（基体２１と反対側の面）と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとが相互に接しつつ、回転筒１４Ａの回転方向Ｒに沿って相対位置が変化することとなる。
【００２３】
図５に示したように、磁気センサ１における磁気メディア１７Ａと対向する対向面１Ｓは、磁気メディア１７Ａの長手方向に沿った断面（光軸と直交する断面）において、磁気抵抗効果素子２２の配置された中央部分が最も突出した形状を有している。具体的には、４つの磁気抵抗効果素子２２は、回転筒１４Ａの回転方向Ｒ、すなわち磁気センサ１の幅方向における中央領域ＷＲ１に設けられている。第３の絶縁層Ｚ３は、４つの磁気抵抗効果素子２２と重複する中央領域ＷＲ１を覆うように設けられている。第３の絶縁層Ｚ３の幅Ｗ３は例えば５０μｍである。第２の絶縁層Ｚ２の幅Ｗ２は、第３の絶縁層Ｚ３の幅Ｗ３よりも広く、例えば１１４μｍである。また第１の絶縁層Ｚ１の幅Ｗ１は、基体２１と同じく例えば１５０μｍである。なお、第１の絶縁層Ｚ１の幅方向における端部は面取りがなされており、斜面２６が形成されているとよい。このような構成により、対向面１Ｓは、その幅方向（回転方向Ｒ）において中央領域ＷＲ１に位置する部分が端部領域ＷＲ２，ＷＲ３に位置する部分よりも突出した状態となっている。なお、第２の絶縁層Ｚ２の厚さは例えば０．２５μｍであり、第３の絶縁層Ｚ３の厚さは例えば０．３５μｍである。また、図５では、対向面１Ｓが幅方向において左右対称な形状を有する場合を例示している。
【００２４】
また、対向面１Ｓの最大傾斜角度θは０．２°以上２．０°以下であることが望ましい。ここでいう最大傾斜角度とは、光軸と直交する断面において、対向面１Ｓのうちの最も突出した箇所を含む２以上の箇所と接する仮想面が、磁気抵抗効果素子２２の配列方向（すなわち第１の絶縁層Ｚ１の表面と平行な方向）に対してなす角度のうち最大の値をいう。例えば図５に示した構成例では、対向面１Ｓのうちの最も突出した部分である第３の絶縁層Ｚ３の端縁Ｐ１と、第２の絶縁層Ｚ２の端縁Ｐ２との双方と接する平面Ｌが面方向Ｓに対してなす角度である。最大傾斜角度θが０．２°以上であれば、磁気センサ１のローリングに伴うギャップＧ（後出）の変動が十分に小さく抑えられる。また、最大傾斜角度θが２．０°以下であれば、磁気メディア１７の表面１７ＡＳと磁気抵抗効果素子２２との微小な距離が確保され、磁気メディア１７の形成する磁界を磁気抵抗効果素子２２によって高い感度で検出することができる。その上、例えば磁気抵抗効果素子２２を覆う第３の絶縁層Ｚ３の厚さを抑えることができるので、生産効率の面で有利となる。
【００２５】
基体２１は、例えばアルティック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）によって形成されている。リード線２３、接続部２４，２５およびパッド２６は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの非磁性絶縁材料からなり、例えばスパッタリング法や蒸着法などの気相成長法により形成されるものである。また、第１の絶縁層Ｚ１の上に形成される第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３については、例えばリフトオフ法によりパターニングを行うことで、図５に示したように幅Ｗ２を幅Ｗ１よりも小さくし、幅Ｗ３を幅Ｗ２よりも小さくすることができる。但し、最上層となる第３の絶縁層Ｚ３は、保護膜としての機能を十分に発揮するようにするため、多層膜であってもよい。第３の絶縁層Ｚ３は、例えば、第２の絶縁層Ｚ２の上に、Ａｌ2 Ｏ3 膜とダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とが積層されてなる２層構造であり、より好ましくは、Ａｌ2 Ｏ3 膜とシリコン（Ｓｉ）膜とＤＬＣ膜とが積層されてなる３層構造である。このような多層膜構造とすることにより、摩擦抵抗を低減化および摩耗量の減少化を図ることができる。
【００２６】
なお、センサなどの電子部品の一部が他の部材と接触して動作する場合、その接触面積を低減する等の目的のために、研磨法あるいはキャスト法によって接触部分の一部を突出した形状とすることは広く知られている。これに対し、本実施の形態では、最大傾斜角度θが２．０°以下という精密に規定された突出形状を実現するために、スパッタリング法、蒸着法などの気相成長法を用いて段階的に複数の絶縁層を積層することで、多段の（階段状の）積層構造からなる保護膜を形成し、その内部に磁気抵抗効果素子２２を埋設するようにした。
【００２７】
このように構成されたレンズ鏡筒１１では、磁気センサ１によって回転筒１４Ａの回転量を検出することにより、ズームレンズ群の光軸方向での移動量を求めるようになっている。具体的には、図２（Ａ），２（Ｂ）などに示したように磁気センサ１を表面１７ＡＳと接触させた状態とし、回転筒１４Ａと一体化された磁気メディア１７Ａの回転による磁界変化を磁気センサ１によって読み取ることにより、回転筒１４Ａの回転角を検出する。回転筒１４Ａの回転角とズームレンズ群の光軸方向の移動量との関係は一定であることから、ズームレンズ群の光軸方向の移動量が求まる。
【００２８】
ここで、磁気センサ１における第１の絶縁層Ｚ１の表面は、図２（Ｂ）に示した理想状態において、磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳの接線方向と平行である。このとき、磁気抵抗効果素子２２と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとのギャップＧは、表面１７ＡＳを覆う保護膜の厚さを考慮しない場合、磁気抵抗効果素子２２を覆う第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３の合計の厚さ（例えば０．６０μｍ）とほぼ同等である（図５参照）。ところが、実際には、サスペンション３による付勢力の左右バランスや対向面１Ｓと表面１７ＡＳとの摩擦力により、磁気センサ１は傾きを生じる。例えば図６（Ａ）に示したように、回転筒１４Ａが紙面右方向へ回転した場合、表面１７ＡＳの接線方向に対し、磁気抵抗効果素子２２が形成された第１の絶縁層Ｚ１の表面は右上がりの傾斜（このときの傾斜角をαとする）を有することとなる。一方、回転筒１４Ａが紙面左方向へ回転した場合には、図６（Ｂ）に示したように、表面１７ＡＳの接線方向に対し第１の絶縁層Ｚ１の表面は左上がりの傾斜を有することとなる。本実施の形態では、磁気センサ１が磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳに対して傾いた場合であっても、図７に示したように、表面Ｚ３Ｓの幅方向の中心位置と表面１７ＡＳとのギャップΔ１が生じるが、その大きさは微小である。対向面１Ｓが中央領域ＷＲ１において最も突出し、その両側の端部領域ＷＲ２，ＷＲ３では中央領域ＷＲ１よりも後退した形状を有するからである。具体的には、磁気センサ１が傾くことにより、最も表面１７ＡＳから離れた位置となる磁気抵抗効果素子２２と、表面１７ＡＳとのギャップＧ１は、図２（Ｂ）に示した理想状態におけるギャップＧよりも僅かに大きくなるにすぎない。
【００２９】
これに対し、例えば図８に示した従来の磁気センサ１０１においては、基体２１の上に順に積層された第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３は全て同じ幅Ｗ１を有しており、第３の絶縁層Ｚ３の表面が平坦な対向面１０１Ｓを形成している。このため、磁気センサ１０１のローリングが生じると磁気抵抗効果素子２２と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとの距離が大幅に増大してしまう。具体的には、磁気センサ１０１が傾くことにより、図８において、表面Ｚ３Ｓの幅方向の中心位置と表面１７ＡＳとのギャップΔ２（＞Δ１）が生じる。その結果、最も表面１７ＡＳから離れた位置となる磁気抵抗効果素子２２と表面１７ＡＳとのギャップＧ２が、図７におけるギャップＧ１よりも大きくなる。このため、磁気センサ１０１の出力が不安定となり、磁気メディア１７Ａによる磁界変化を確実に検出することが困難となる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、磁気センサ１の、磁気メディア１７Ａとの対向面１Ｓにおいて、磁気抵抗効果素子２２の配置された部分を他の部分よりも突出させるようにした。これにより、磁気センサ１のローリングに伴うギャップＧの変動を低減することができるので、着磁領域の配置ピッチが例えば１０μｍ程度まで狭小化した磁気メディア１７Ａであっても、その磁界変化を高い精度で確実に安定して検出することができる。
【００３１】
なお、図８に示した磁気センサ１０１においても、幅Ｗ１を極めて小さく（例えば図７の幅Ｗ３と同程度と）すれば、理論上は磁気センサ１と同様の効果が得られる。しかしながら、現実には、磁気センサ１を製造するにあたり、基体２１の強度、磁気抵抗効果素子２２のパターニング精度（平面形状の加工精度）、リード線２３やパッド２６の幅寸法の確保などを考慮すると、幅Ｗ１を５０μｍ以下とすることは極めて困難である。また、基体２１のうち、磁気抵抗効果素子２２が形成される中央領域ＷＲ１のみを残して他の部分（両端領域ＷＲ２，ＷＲ３に対応する部分）を機械加工により切削することで、中央領域ＷＲ１のみを突出させる方法も考えられる。しかしながら、これについても加工精度や生産性の観点からみて現実的な方法とは言い難い。したがって、本願発明における幅Ｗ１の好適な範囲は５０μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは１００μｍ〜２５０μｍである。また、通常、カメラのレンズ鏡筒の半径は２５〜３０ｍｍ程度であるので、磁気メディア１７の表面１７ＡＳの曲率半径Ａと磁気センサ基体の幅Ｂとの比Ａ／Ｂは５０〜６００程度であり、好ましくは１００〜３００程度となる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施例について以下に説明する。
【００３３】
（実施例１）
図９における曲線Ｃ９１は、上記実施の形態の磁気センサ１において、磁気センサ１の傾斜角αとギャップΔ１との関係を表したものである。ここで、幅Ｗ１は１５０μｍ、幅Ｗ２は１１４μｍ、幅Ｗ３は５０μｍ、第２の絶縁層Ｚ２の厚さを０．２５μｍ、第３の絶縁層Ｚ３の厚さを０．３５μｍとした。このとき、磁気センサの対向面における最大傾斜角度は０．７４°となる。また、磁気メディア表面の曲率半径については３０．０ｍｍとした。図９において、横軸が傾斜角α（第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３の各表面と、磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとのなす角）を表し、縦軸がギャップΔ１を表す。ここでギャップΔ１は、第３の絶縁層Ｚ３の表面における磁気メディア１７の移動方向（長手方向）に沿った中心位置と、表面１７ＡＳとの間隔を意味する（図７参照）。また図１０は、磁気センサ１におけるギャップΔ１と出力との関係を表す特性図である。ここでの磁気センサ１は、上記図９で用いたものと同じものである。図１０において、横軸はギャップＧ（μｍ）を表し、縦軸は規格化された磁気センサ１の出力を表す。図１０における曲線Ｃ１１〜Ｃ１３は、それぞれ、磁気メディア１７における着磁領域の配置ピッチ（周期）が５μｍ，１０μｍ，２０μｍの場合のシミュレーションによる計算値を表し、曲線Ｃ１４は配置ピッチが１０μｍの場合の実測値を表す。ここで、磁気メディア１７の表面１７ＡＳは、１．４μｍの厚さを有する保護膜によって覆われているとする。すなわち、図１０におけるギャップＧは、表面１７ＡＳを覆う保護膜の厚さ１．４μｍと、第２の絶縁層Ｚ２の厚さ０．２５μｍと、第３の絶縁層Ｚ３の厚さ０．３５μｍとを全て含めた値を示している。したがって、図１０では、ギャップＧ＝２．０μｍが傾斜角α＝０°（すなわち、ギャップΔ１＝０）に相当しており、ギャップＧが２．０μｍを超える領域において磁気センサ１の傾きが生じていることを表している。なお、図１０では、ギャップＧが０のときの出力を１として規格化している。図１０に示したように、相対出力が半分（０．５）となるのはギャップＧ＝３．２μｍ（ギャップΔ１＝１．２μｍ）のときである。このとき傾斜角αは±１．５°程度まで許容される（図９参照）。
【００３４】
（比較例１）
図９における曲線Ｃ９２は、比較例としての磁気センサ１０１（図８参照）における傾斜角αとギャップΔ２との関係を表したものである。この比較例において、０．５以上の相対出力が得られるギャップΔ２≦１．２μｍに対応する傾斜角αの範囲は±１．０°程度である（図９参照）。
【００３５】
現在の技術水準において、サスペンション３および台座２における、磁気センサ１を搭載する搭載面は、±１．５°程度以内の傾斜面を含んでいる。よって、従来の磁気センサ１０１のように傾斜角αの許容範囲が±１．０°であるとするならば、製造時の歩留まりが例えば６５％に低下することになる。本願発明の磁気センサ１を採用することで、サスペンション３および台座２における搭載面の傾斜を許容することができるので、製品の歩留まりを６５％から９９％に改善することが可能である。
【００３６】
（実施例２）
図１１（Ａ）は、磁気センサ１の傾斜角αが０°〜４°の範囲で変化した場合の、磁気メディア１７上の基準位置からの接線方向の誤差（ｍｍ）とギャップΔ１との関係を表す特性図である。但し、幅Ｗ３を９０μｍとし、磁気メディア表面の曲率半径を２５．０ｍｍとした点を除き、他は実施例１と同様の条件である。
【００３７】
（比較例２）
図１１（Ｂ）は、磁気センサ１０１の傾斜角αが０°〜４°の範囲で変化した場合の、磁気メディア１７上の基準位置からの誤差（ｍｍ）とギャップΔ２との関係を表す特性図である。但し、幅Ｗ３を９０μｍとし、磁気メディア表面の曲率半径を２５．０ｍｍとした点が比較例１と異なる。
【００３８】
図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）との比較により、磁気センサ１では、基準位置に対する配置位置の誤差が生じた場合であっても、磁気センサ１０１よりもギャップΔを低減可能であることがわかった。
【００３９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、磁気センサの対向面を、高さ位置の異なる複数の平面部分を含む階段状のものとしたが本発明はこれに限定されるものではない。例えば図１２に示した本発明の第１の変形例のように、対向面１Ｓが曲面を含むものとしてもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態等では、磁気センサが、光軸方向を長手方向とする矩形状の平面パターンを有する４つの磁気抵抗効果素子を含むものとしたが、その形状や配置位置、および設置数は特に限定されない。上記実施の形態等では、例えば磁気抵抗効果素子を幅方向（磁気メディアの回転方向）における中央領域ＷＲ１（図５参照）に設けるようにした。しかしながら、本発明では、例えば磁気メディア１７Ａの回転方向が一方向である場合には、図１３に示したように幅方向の中心位置からいずれかの端部に近い領域に設けるようにしてもよい。但し、上記実施の形態の図５に示したように、中央領域ＷＲ１に磁気抵抗効果素子を配置することにより、磁気メディアの回転方向の相違に伴う検出誤差を低減できるのでより好ましい。
【００４１】
また、上記実施の形態等では、磁気センサが撮像装置におけるレンズ鏡筒に搭載され、レンズを保持する回転筒の回転角を検出する場合について例示して説明したが、本発明の磁気センサはこれに限定されず、他の用途にも適用可能である。例えば電動モーターのシャフトの回転角（回転数）の検出にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…磁気センサ、１Ｓ…対向面、２…台座、３…サスペンション、４…ＦＰＣ基板、５…台座、１０…本体、１１…レンズ鏡筒、１２…フォーカスリング、１３…前部レンズ鏡筒、１４…後部レンズ鏡筒、１４Ａ…回転筒、１４Ｂ…固定筒、１５…ズームリング、１６…マウントリング、１７…磁気エンコーダ、１７Ａ…磁気メディア、１７ＡＳ…表面、１７Ｂ…磁気センサアセンブリ、２１…基体、２２…磁気抵抗効果素子、２３…リード線、２４，２５…接続部、２６…パッド、Ｚ１〜Ｚ３…第１〜第３の絶縁層Ｚ３。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気メディアからの磁界の変化を検出する磁気センサ、ならびにそれを備えた磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えばカメラのレンズ鏡筒などの回転体の変位（回転角）検出を行うものとして、磁気センサを備えた磁気エンコーダモジュールが使用されている。この種の磁気エンコーダモジュールでは、磁気抵抗効果素子などのセンサ素子を含む磁気センサにより、回転体に固定され、例えば正反対の磁化方向を有する２種の着磁領域が回転方向に沿って交互に配置された磁気メディアからの磁界の変化を検出する。
【０００３】
近年、より高精度の回転角制御の要求から、この種の磁気エンコーダモジュールの高分解能化が進んでいる。高分解能化に伴い、磁気メディアと磁気センサとの間隔（ギャップ）の影響が大きくなることから、そのギャップを一定に維持することが要求される。高分解能化に対応するには、磁気センサを磁気メディアに接触させつつ摺動させる構造が有利であり、既にそのような接触式の磁気エンコーダモジュールに関する提案がなされている（特許文献１〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０５８０８号明細書
【特許文献２】特開２００２−２５０６３８号明細書
【特許文献３】特開２００３−１３９５６７号明細書
【特許文献４】特開２００３−２４０６０３号明細書
【特許文献５】特開２００３−３１５６５９号明細書
【特許文献６】特開２００３−３４４１０５号明細書
【特許文献７】特開２００６−６４３８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１〜６はいずれも磁気センサを取り付ける支持部材の構造に関するものであり、磁気センサ自体のローリングに基づくギャップ変動について考慮されたものではない。ここでいうローリングとは、回転体の回転軸と並行な回転軸を中心とする磁気センサの回転変位である。通常、磁気センサは、平面基板上にセンサ素子が設けられた構造を有している。このため、磁気センサのローリングが生じると、曲面である回転体の表面に沿って設けられた磁気メディアからセンサ素子が離れることとなり、上記のギャップ変動が生じる。このようなギャップ変動は分解能の向上の妨げとなり、好ましくない。また、上記特許文献７は、回転体の直径に対し、回転体の回転方向における磁気センサの幅を極めて狭小なものとすることで磁気センサのローリングに起因するギャップ変動を低減している。しかしながら、今後のさらなる高分解能化により、例えば１０μｍ程度の分解能を実現するにあたり、磁気センサの幅の狭小化のみでは十分に対応できない場合も想定される。
【０００６】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、より高精度の磁界検出を可能とする磁気センサ、ならびにそれを備えた磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の磁気センサは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサであって、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを備えるものである。ここで磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【０００８】
本発明の磁気エンコーダは、長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【０００９】
本発明の磁気エンコーダモジュールは、円筒状または円柱状をなすと共に、その外面が周回する方向に沿って回転する回転体と、その回転体の外面に取り付けられ、かつ、回転体の周回方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【００１０】
本発明のレンズ鏡筒は、レンズを保持すると共に前記レンズの光軸を中心として回転する円筒状の回転体と、その回転体の外面に取り付けられ、かつ、回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、その磁気メディアの表面上を長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、その磁気センサを支持し、磁気センサを磁気メディアの表面に付勢するサスペンションとを備える。ここで磁気センサは、基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、その磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有する。磁気センサにおける磁気メディアと対向する対向面は、長手方向に沿った断面において、磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する。
【００１１】
本発明の磁気センサ、磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒では、磁気メディアとの対向面のうち磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出している。このため、磁気メディアの表面上を摺動した際に磁気センサがローリングしたとしても、その対向面が平坦である場合と比較して、磁気抵抗効果素子と磁気メディアの表面との距離（ギャップ）の広がりが低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気センサ、磁気エンコーダ、磁気エンコーダモジュールおよびレンズ鏡筒によれば、磁気メディアとの対向面において磁気抵抗効果素子の配置された部分を最も突出させるようにした。このため、使用時において、ギャップの変動が抑制され、かつ、微小なギャップの維持がなされる。よって、高分解能化を図ることができ、より高精度の磁界検出を安定して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態としての磁気センサを備えたカメラの全体構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示したカメラに搭載された磁気エンコーダの要部構成を表す正面図および側面図である。
【図３】図１に示したカメラに搭載された磁気エンコーダの要部構成を表す斜視図および分解斜視図である。
【図４】図２および図３に示した磁気エンコーダにおける磁気センサの構成を表す斜視図である。
【図５】図４に示した磁気エンコーダにおける磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【図６】図２に示した磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を表す正面図である。
【図７】図２に示した磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を拡大して表す正面図である。
【図８】従来の磁気エンコーダが磁気メディアの表面に対して傾いた状態を拡大して表す正面図である。
【図９】本発明の磁気センサにおける傾斜角とギャップとの関係を表す特性図である（実施例１）。
【図１０】本発明の磁気センサにおけるギャップと出力との関係を表す特性図である（実施例１）。
【図１１】本発明の磁気センサにおける、磁気メディア上の基準位置からの誤差とギャップとの関係を表す特性図である（実施例２）。
【図１２】本発明の第１の変形例としての磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【図１３】本発明の第２の変形例としての磁気センサの要部構成を表す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１（Ａ）は本発明の一実施の形態としての磁気センサを備えた撮像装置の全体構成を表す斜視図である。この撮像装置は例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラであり、外装部材としての本体１０の被写体側の面（前面）に、着脱可能なレンズ鏡筒１１が取り付けられたものである。
【００１６】
図１（Ｂ）は、この撮像装置におけるレンズ鏡筒１１の構成を表す分解斜視図である。レンズ鏡筒１１は、フォーカスリング１２と、フォーカスレンズ群を有する前部レンズ鏡筒１３と、ズームレンズ群を有する後部レンズ鏡筒１４と、ズームリング１５と、マウントリング１６とを備えている。後部レンズ鏡筒１４には、磁気エンコーダ１７が取り付けられている。
【００１７】
後部レンズ鏡筒１４は、ズーミングの際に回転する回転筒１４Ａと、ズーミングの際に回転しない固定筒１４Ｂとを有する。回転筒１４Ａにはズームレンズ群が保持されており、回転筒１４Ａの回転動作により、固定筒１４Ｂに対してズームレンズ群が光軸方向へ移動するように構成されている。なお、このレンズ鏡筒１１では、例えば物体側からみて回転筒１４Ａは左回転したときに繰り出し、右回転したときに沈胴するようになっている。磁気エンコーダ１７は、回転筒１４Ａの外周面に固定され、光軸と直交する回転方向に沿って延在する磁気メディア１７Ａと、固定筒１４Ｂに保持された磁気センサアセンブリ１７Ｂとを有する。磁気メディア１７Ａは、回転筒１４Ａの回転方向と一致する長手方向において、例えば正反対の磁化方向を有する２種の着磁領域が交互に配置された帯状の磁性部材である。なお、表面１７ＡＳを覆うように保護膜（図示せず）を設けるようにしてもよい。磁気センサアセンブリ１７Ｂは、後述するように、磁気センサ１を備えている。
【００１８】
図２（Ａ），２（Ｂ）に、磁気エンコーダ１７の要部構成を拡大して表す。図２（Ａ）は、光軸方向（Ｚ方向）に沿って被写体から眺めた磁気エンコーダ１７の正面図であり、図２（Ｂ）は、光軸と直交する側方から眺めた磁気エンコーダ１７の側面図である。また、図３（Ａ）は、磁気エンコーダ１７の斜視構成を拡大して表した斜視図であり、図３（Ｂ）は、磁気エンコーダ１７の要部を分解して表した分解斜視図である。
【００１９】
図２および図３に示したように、磁気センサアセンブリ１７Ｂは、磁気センサ１と、この磁気センサ１が立設するように固定された平板状の台座２と、この台座２が固定されたサスペンション３と、先端部にサスペンション３が固定されたフレキシブルプリント回路基板４（以下、単にＦＰＣ基板４という。）とを備える。サスペンション３の後方の他端（磁気センサ１が保持された一端と反対側の端部）は、台座５を介してＦＰＣ基板４に固定されている。
【００２０】
磁気センサ１は、図２（Ｂ）に示したように、その対向面１Ｓを磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳと接触させ、その状態のまま磁気メディア１７Ａの長手方向に沿って摺動しつつ、磁気メディア１７Ａからの磁界を検出するものである。サスペンション３は、例えば弾性を有するステンレス薄板からなり、台座２を介して磁気センサ１を支持し、磁気センサ１を磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳに付勢するものである。
【００２１】
図４は、磁気センサ１を拡大して表す分解斜視図である。また、図５は、光軸方向に沿って被写体から眺めた磁気センサ１の正面図である。よって、図５においては、紙面と直交する方向が光軸方向（Ｚ方向）であり、紙面左右方向が回転筒１４Ａの回転方向Ｒである。磁気センサ１は、レンズ鏡筒１１の光軸に沿って延在する細長い直方体状の基体２１の一表面に、第１の絶縁層Ｚ１と、第２の絶縁層Ｚ２と、第３の絶縁層Ｚ３とが順に積層されたものである。第１の絶縁層Ｚ１の平坦な表面Ｚ１Ｓ（基体２１と反対側の面）には、光軸に沿って延在する４つの磁気抵抗効果素子２２が、回転筒１４Ａの回転方向Ｒ（回転筒１４Ａの表面の接線方向）において並ぶように形成されている。第１の絶縁層Ｚ１には、それらの磁気抵抗効果素子２２と接続された複数のリード線２３（図４では省略）が埋設されている。磁気抵抗効果素子２２としては、例えばＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いることができる。４つの磁気抵抗効果素子２２は、第２の絶縁層Ｚ２によって覆われている。リード線２３は、第１の絶縁層Ｚ１の表面Ｚ１Ｓに露出した接続部２４と接続されている。接続部２４は、第２の絶縁層Ｚ２および第３の絶縁層Ｚ３を貫く接続部２５（図４参照）によって、第３の絶縁層Ｚ３の表面に設けられたパッド２６（図４参照）と接続されている。これにより、磁気抵抗効果素子２２の抵抗変化を検出することができるようになっている。
【００２２】
磁気センサ１における磁気メディア１７Ａと対向する対向面のうち、磁気抵抗効果素子２２が設けられた光軸方向における先端領域が接触領域ＺＲとなる。すなわち、レンズ鏡筒１１の動作時において、接触領域ＺＲでは、第３の絶縁層の表面Ｚ３Ｓ（基体２１と反対側の面）と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとが相互に接しつつ、回転筒１４Ａの回転方向Ｒに沿って相対位置が変化することとなる。
【００２３】
図５に示したように、磁気センサ１における磁気メディア１７Ａと対向する対向面１Ｓは、磁気メディア１７Ａの長手方向に沿った断面（光軸と直交する断面）において、磁気抵抗効果素子２２の配置された中央部分が最も突出した形状を有している。具体的には、４つの磁気抵抗効果素子２２は、回転筒１４Ａの回転方向Ｒ、すなわち磁気センサ１の幅方向における中央領域ＷＲ１に設けられている。第３の絶縁層Ｚ３は、４つの磁気抵抗効果素子２２と重複する中央領域ＷＲ１を覆うように設けられている。第３の絶縁層Ｚ３の幅Ｗ３は例えば５０μｍである。第２の絶縁層Ｚ２の幅Ｗ２は、第３の絶縁層Ｚ３の幅Ｗ３よりも広く、例えば１１４μｍである。また第１の絶縁層Ｚ１の幅Ｗ１は、基体２１と同じく例えば１５０μｍである。なお、第１の絶縁層Ｚ１の幅方向における端部は面取りがなされており、斜面２６が形成されているとよい。このような構成により、対向面１Ｓは、その幅方向（回転方向Ｒ）において中央領域ＷＲ１に位置する部分が端部領域ＷＲ２，ＷＲ３に位置する部分よりも突出した状態となっている。なお、第２の絶縁層Ｚ２の厚さは例えば０．２５μｍであり、第３の絶縁層Ｚ３の厚さは例えば０．３５μｍである。また、図５では、対向面１Ｓが幅方向において左右対称な形状を有する場合を例示している。
【００２４】
また、対向面１Ｓの最大傾斜角度θは０．２°以上２．０°以下であることが望ましい。ここでいう最大傾斜角度とは、光軸と直交する断面において、対向面１Ｓのうちの最も突出した箇所を含む２以上の箇所と接する仮想面が、磁気抵抗効果素子２２の配列方向（すなわち第１の絶縁層Ｚ１の表面と平行な方向）に対してなす角度のうち最大の値をいう。例えば図５に示した構成例では、対向面１Ｓのうちの最も突出した部分である第３の絶縁層Ｚ３の端縁Ｐ１と、第２の絶縁層Ｚ２の端縁Ｐ２との双方と接する平面Ｌが面方向Ｓに対してなす角度である。最大傾斜角度θが０．２°以上であれば、磁気センサ１のローリングに伴うギャップＧ（後出）の変動が十分に小さく抑えられる。また、最大傾斜角度θが２．０°以下であれば、磁気メディア１７の表面１７ＡＳと磁気抵抗効果素子２２との微小な距離が確保され、磁気メディア１７の形成する磁界を磁気抵抗効果素子２２によって高い感度で検出することができる。その上、例えば磁気抵抗効果素子２２を覆う第３の絶縁層Ｚ３の厚さを抑えることができるので、生産効率の面で有利となる。
【００２５】
基体２１は、例えばアルティック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）によって形成されている。リード線２３、接続部２４，２５およびパッド２６は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電体材料から形成されている。第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの非磁性絶縁材料からなり、例えばスパッタリング法や蒸着法などの気相成長法により形成されるものである。また、第１の絶縁層Ｚ１の上に形成される第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３については、例えばリフトオフ法によりパターニングを行うことで、図５に示したように幅Ｗ２を幅Ｗ１よりも小さくし、幅Ｗ３を幅Ｗ２よりも小さくすることができる。但し、最上層となる第３の絶縁層Ｚ３は、保護膜としての機能を十分に発揮するようにするため、多層膜であってもよい。第３の絶縁層Ｚ３は、例えば、第２の絶縁層Ｚ２の上に、Ａｌ2 Ｏ3 膜とダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とが積層されてなる２層構造であり、より好ましくは、Ａｌ2 Ｏ3 膜とシリコン（Ｓｉ）膜とＤＬＣ膜とが積層されてなる３層構造である。このような多層膜構造とすることにより、摩擦抵抗を低減化および摩耗量の減少化を図ることができる。
【００２６】
なお、センサなどの電子部品の一部が他の部材と接触して動作する場合、その接触面積を低減する等の目的のために、研磨法あるいはキャスト法によって接触部分の一部を突出した形状とすることは広く知られている。これに対し、本実施の形態では、最大傾斜角度θが２．０°以下という精密に規定された突出形状を実現するために、スパッタリング法、蒸着法などの気相成長法を用いて段階的に複数の絶縁層を積層することで、多段の（階段状の）積層構造からなる保護膜を形成し、その内部に磁気抵抗効果素子２２を埋設するようにした。
【００２７】
このように構成されたレンズ鏡筒１１では、磁気センサ１によって回転筒１４Ａの回転量を検出することにより、ズームレンズ群の光軸方向での移動量を求めるようになっている。具体的には、図２（Ａ），２（Ｂ）などに示したように磁気センサ１を表面１７ＡＳと接触させた状態とし、回転筒１４Ａと一体化された磁気メディア１７Ａの回転による磁界変化を磁気センサ１によって読み取ることにより、回転筒１４Ａの回転角を検出する。回転筒１４Ａの回転角とズームレンズ群の光軸方向の移動量との関係は一定であることから、ズームレンズ群の光軸方向の移動量が求まる。
【００２８】
ここで、磁気センサ１における第１の絶縁層Ｚ１の表面は、図２（Ｂ）に示した理想状態において、磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳの接線方向と平行である。このとき、磁気抵抗効果素子２２と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとのギャップＧは、表面１７ＡＳを覆う保護膜の厚さを考慮しない場合、磁気抵抗効果素子２２を覆う第２および第３の絶縁層Ｚ２，Ｚ３の合計の厚さ（例えば０．６０μｍ）とほぼ同等である（図５参照）。ところが、実際には、サスペンション３による付勢力の左右バランスや対向面１Ｓと表面１７ＡＳとの摩擦力により、磁気センサ１は傾きを生じる。例えば図６（Ａ）に示したように、回転筒１４Ａが紙面右方向へ回転した場合、表面１７ＡＳの接線方向に対し、磁気抵抗効果素子２２が形成された第１の絶縁層Ｚ１の表面は右上がりの傾斜（このときの傾斜角をαとする）を有することとなる。一方、回転筒１４Ａが紙面左方向へ回転した場合には、図６（Ｂ）に示したように、表面１７ＡＳの接線方向に対し第１の絶縁層Ｚ１の表面は左上がりの傾斜を有することとなる。本実施の形態では、磁気センサ１が磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳに対して傾いた場合であっても、図７に示したように、表面Ｚ３Ｓの幅方向の中心位置と表面１７ＡＳとのギャップΔ１が生じるが、その大きさは微小である。対向面１Ｓが中央領域ＷＲ１において最も突出し、その両側の端部領域ＷＲ２，ＷＲ３では中央領域ＷＲ１よりも後退した形状を有するからである。具体的には、磁気センサ１が傾くことにより、最も表面１７ＡＳから離れた位置となる磁気抵抗効果素子２２と、表面１７ＡＳとのギャップＧ１は、図２（Ｂ）に示した理想状態におけるギャップＧよりも僅かに大きくなるにすぎない。
【００２９】
これに対し、例えば図８に示した従来の磁気センサ１０１においては、基体２１の上に順に積層された第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３は全て同じ幅Ｗ１を有しており、第３の絶縁層Ｚ３の表面が平坦な対向面１０１Ｓを形成している。このため、磁気センサ１０１のローリングが生じると磁気抵抗効果素子２２と磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとの距離が大幅に増大してしまう。具体的には、磁気センサ１０１が傾くことにより、図８において、表面Ｚ３Ｓの幅方向の中心位置と表面１７ＡＳとのギャップΔ２（＞Δ１）が生じる。その結果、最も表面１７ＡＳから離れた位置となる磁気抵抗効果素子２２と表面１７ＡＳとのギャップＧ２が、図７におけるギャップＧ１よりも大きくなる。このため、磁気センサ１０１の出力が不安定となり、磁気メディア１７Ａによる磁界変化を確実に検出することが困難となる。
【００３０】
このように、本実施の形態では、磁気センサ１の、磁気メディア１７Ａとの対向面１Ｓにおいて、磁気抵抗効果素子２２の配置された部分を他の部分よりも突出させるようにした。これにより、磁気センサ１のローリングに伴うギャップＧの変動を低減することができるので、着磁領域の配置ピッチが例えば１０μｍ程度まで狭小化した磁気メディア１７Ａであっても、その磁界変化を高い精度で確実に安定して検出することができる。
【００３１】
なお、図８に示した磁気センサ１０１においても、幅Ｗ１を極めて小さく（例えば図７の幅Ｗ３と同程度と）すれば、理論上は磁気センサ１と同様の効果が得られる。しかしながら、現実には、磁気センサ１を製造するにあたり、基体２１の強度、磁気抵抗効果素子２２のパターニング精度（平面形状の加工精度）、リード線２３やパッド２６の幅寸法の確保などを考慮すると、幅Ｗ１を５０μｍ以下とすることは極めて困難である。また、基体２１のうち、磁気抵抗効果素子２２が形成される中央領域ＷＲ１のみを残して他の部分（両端領域ＷＲ２，ＷＲ３に対応する部分）を機械加工により切削することで、中央領域ＷＲ１のみを突出させる方法も考えられる。しかしながら、これについても加工精度や生産性の観点からみて現実的な方法とは言い難い。したがって、本願発明における幅Ｗ１の好適な範囲は５０μｍ〜５００μｍであり、より好ましくは１００μｍ〜２５０μｍである。また、通常、カメラのレンズ鏡筒の半径は２５〜３０ｍｍ程度であるので、磁気メディア１７の表面１７ＡＳの曲率半径Ａと磁気センサ基体の幅Ｂとの比Ａ／Ｂは５０〜６００程度であり、好ましくは１００〜３００程度となる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施例について以下に説明する。
【００３３】
（実施例１）
図９における曲線Ｃ９１は、上記実施の形態の磁気センサ１において、磁気センサ１の傾斜角αとギャップΔ１との関係を表したものである。ここで、幅Ｗ１は１５０μｍ、幅Ｗ２は１１４μｍ、幅Ｗ３は５０μｍ、第２の絶縁層Ｚ２の厚さを０．２５μｍ、第３の絶縁層Ｚ３の厚さを０．３５μｍとした。このとき、磁気センサの対向面における最大傾斜角度は０．７４°となる。また、磁気メディア表面の曲率半径については３０．０ｍｍとした。図９において、横軸が傾斜角α（第１〜第３の絶縁層Ｚ１〜Ｚ３の各表面と、磁気メディア１７Ａの表面１７ＡＳとのなす角）を表し、縦軸がギャップΔ１を表す。ここでギャップΔ１は、第３の絶縁層Ｚ３の表面における磁気メディア１７の移動方向（長手方向）に沿った中心位置と、表面１７ＡＳとの間隔を意味する（図７参照）。また図１０は、磁気センサ１におけるギャップΔ１と出力との関係を表す特性図である。ここでの磁気センサ１は、上記図９で用いたものと同じものである。図１０において、横軸はギャップＧ（μｍ）を表し、縦軸は規格化された磁気センサ１の出力を表す。図１０における曲線Ｃ１１〜Ｃ１３は、それぞれ、磁気メディア１７における着磁領域の配置ピッチ（周期）が５μｍ，１０μｍ，２０μｍの場合のシミュレーションによる計算値を表し、曲線Ｃ１４は配置ピッチが１０μｍの場合の実測値を表す。ここで、磁気メディア１７の表面１７ＡＳは、１．４μｍの厚さを有する保護膜によって覆われているとする。すなわち、図１０におけるギャップＧは、表面１７ＡＳを覆う保護膜の厚さ１．４μｍと、第２の絶縁層Ｚ２の厚さ０．２５μｍと、第３の絶縁層Ｚ３の厚さ０．３５μｍとを全て含めた値を示している。したがって、図１０では、ギャップＧ＝２．０μｍが傾斜角α＝０°（すなわち、ギャップΔ１＝０）に相当しており、ギャップＧが２．０μｍを超える領域において磁気センサ１の傾きが生じていることを表している。なお、図１０では、ギャップＧが０のときの出力を１として規格化している。図１０に示したように、相対出力が半分（０．５）となるのはギャップＧ＝３．２μｍ（ギャップΔ１＝１．２μｍ）のときである。このとき傾斜角αは±１．５°程度まで許容される（図９参照）。
【００３４】
（比較例１）
図９における曲線Ｃ９２は、比較例としての磁気センサ１０１（図８参照）における傾斜角αとギャップΔ２との関係を表したものである。この比較例において、０．５以上の相対出力が得られるギャップΔ２≦１．２μｍに対応する傾斜角αの範囲は±１．０°程度である（図９参照）。
【００３５】
現在の技術水準において、サスペンション３および台座２における、磁気センサ１を搭載する搭載面は、±１．５°程度以内の傾斜面を含んでいる。よって、従来の磁気センサ１０１のように傾斜角αの許容範囲が±１．０°であるとするならば、製造時の歩留まりが例えば６５％に低下することになる。本願発明の磁気センサ１を採用することで、サスペンション３および台座２における搭載面の傾斜を許容することができるので、製品の歩留まりを６５％から９９％に改善することが可能である。
【００３６】
（実施例２）
図１１（Ａ）は、磁気センサ１の傾斜角αが０°〜４°の範囲で変化した場合の、磁気メディア１７上の基準位置からの接線方向の誤差（ｍｍ）とギャップΔ１との関係を表す特性図である。但し、幅Ｗ３を９０μｍとし、磁気メディア表面の曲率半径を２５．０ｍｍとした点を除き、他は実施例１と同様の条件である。
【００３７】
（比較例２）
図１１（Ｂ）は、磁気センサ１０１の傾斜角αが０°〜４°の範囲で変化した場合の、磁気メディア１７上の基準位置からの誤差（ｍｍ）とギャップΔ２との関係を表す特性図である。但し、幅Ｗ３を９０μｍとし、磁気メディア表面の曲率半径を２５．０ｍｍとした点が比較例１と異なる。
【００３８】
図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）との比較により、磁気センサ１では、基準位置に対する配置位置の誤差が生じた場合であっても、磁気センサ１０１よりもギャップΔを低減可能であることがわかった。
【００３９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、磁気センサの対向面を、高さ位置の異なる複数の平面部分を含む階段状のものとしたが本発明はこれに限定されるものではない。例えば図１２に示した本発明の第１の変形例のように、対向面１Ｓが曲面を含むものとしてもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態等では、磁気センサが、光軸方向を長手方向とする矩形状の平面パターンを有する４つの磁気抵抗効果素子を含むものとしたが、その形状や配置位置、および設置数は特に限定されない。上記実施の形態等では、例えば磁気抵抗効果素子を幅方向（磁気メディアの回転方向）における中央領域ＷＲ１（図５参照）に設けるようにした。しかしながら、本発明では、例えば磁気メディア１７Ａの回転方向が一方向である場合には、図１３に示したように幅方向の中心位置からいずれかの端部に近い領域に設けるようにしてもよい。但し、上記実施の形態の図５に示したように、中央領域ＷＲ１に磁気抵抗効果素子を配置することにより、磁気メディアの回転方向の相違に伴う検出誤差を低減できるのでより好ましい。
【００４１】
また、上記実施の形態等では、磁気センサが撮像装置におけるレンズ鏡筒に搭載され、レンズを保持する回転筒の回転角を検出する場合について例示して説明したが、本発明の磁気センサはこれに限定されず、他の用途にも適用可能である。例えば電動モーターのシャフトの回転角（回転数）の検出にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…磁気センサ、１Ｓ…対向面、２…台座、３…サスペンション、４…ＦＰＣ基板、５…台座、１０…本体、１１…レンズ鏡筒、１２…フォーカスリング、１３…前部レンズ鏡筒、１４…後部レンズ鏡筒、１４Ａ…回転筒、１４Ｂ…固定筒、１５…ズームリング、１６…マウントリング、１７…磁気エンコーダ、１７Ａ…磁気メディア、１７ＡＳ…表面、１７Ｂ…磁気センサアセンブリ、２１…基体、２２…磁気抵抗効果素子、２３…リード線、２４，２５…接続部、２６…パッド、Ｚ１〜Ｚ３…第１〜第３の絶縁層Ｚ３。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサであって、
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜と
を備え、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気センサ。
【請求項２】
円筒状または円柱状の回転体の回転角を検出する磁気センサであって、
前記磁気メディアは、前記回転体の外周面に、その回転方向が前記長手方向と一致するように取り付けられている
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向において中央部分が両端部分よりも突出した形状を有している
請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記保護膜は、前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域をも覆っており、前記磁気抵抗効果素子を覆う領域において最大の厚さを有している
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記保護膜は、互いに異なる平面形状を有すると共に気相成長により形成された複数の薄膜が積層されたものである
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記保護膜は、階段状に形成された複数の絶縁層からなる
請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域には、前記磁気抵抗効果素子と接続された端子が設けられている
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子は、前記長手方向において並ぶように複数設けられている
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気エンコーダ。
【請求項１０】
円筒状または円柱状をなすと共に、その外面が周回する方向に沿って回転する回転体と、
前記回転体の外面に取り付けられ、かつ、前記回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気エンコーダモジュール。
【請求項１１】
前記磁気メディアの表面の曲率半径Ａと前記磁気センサの基体の幅Ｂとの比Ａ／Ｂは５０以上６００以下であり、
前記長手方向に沿った断面における、前記対向面の最大傾斜角度は０．２°以上２．０°以下である
請求項１０記載の磁気エンコーダモジュール。
【請求項１２】
レンズを保持すると共に前記レンズの光軸を中心として回転する円筒状の回転体と、
前記回転体の外面に取り付けられ、かつ、前記回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
レンズ鏡筒。
【請求項１】
長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサであって、
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜と
を備え、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気センサ。
【請求項２】
円筒状または円柱状の回転体の回転角を検出する磁気センサであって、
前記磁気メディアは、前記回転体の外周面に、その回転方向が前記長手方向と一致するように取り付けられている
請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向において中央部分が両端部分よりも突出した形状を有している
請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記保護膜は、前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域をも覆っており、前記磁気抵抗効果素子を覆う領域において最大の厚さを有している
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記保護膜は、互いに異なる平面形状を有すると共に気相成長により形成された複数の薄膜が積層されたものである
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記保護膜は、階段状に形成された複数の絶縁層からなる
請求項５に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記磁気抵抗効果素子の周囲の領域には、前記磁気抵抗効果素子と接続された端子が設けられている
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気抵抗効果素子は、前記長手方向において並ぶように複数設けられている
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気エンコーダ。
【請求項１０】
円筒状または円柱状をなすと共に、その外面が周回する方向に沿って回転する回転体と、
前記回転体の外面に取り付けられ、かつ、前記回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
磁気エンコーダモジュール。
【請求項１１】
前記磁気メディアの表面の曲率半径Ａと前記磁気センサの基体の幅Ｂとの比Ａ／Ｂは５０以上６００以下であり、
前記長手方向に沿った断面における、前記対向面の最大傾斜角度は０．２°以上２．０°以下である
請求項１０記載の磁気エンコーダモジュール。
【請求項１２】
レンズを保持すると共に前記レンズの光軸を中心として回転する円筒状の回転体と、
前記回転体の外面に取り付けられ、かつ、前記回転体の回転方向と一致する長手方向において所定のピッチで着磁された帯状の磁気メディアと、
前記磁気メディアの表面上を前記長手方向に沿って摺動しつつ、前記磁気メディアからの磁界を検出する磁気センサと、
前記磁気センサを支持し、前記磁気センサを前記磁気メディアの表面に付勢するサスペンションと
を備え、
前記磁気センサは
基体上に設けられた１以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を覆う保護膜とを有し、
前記磁気メディアと対向する対向面は、前記長手方向に沿った断面において、前記磁気抵抗効果素子の配置された部分が最も突出した形状を有する
レンズ鏡筒。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６８５４３（Ｐ２０１３−６８５４３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７８６１（Ｐ２０１１−２０７８６１）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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