JP2000039303A - 位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定方向に対する位置検出を行う際に、前記
所定方向以外の方向への磁石と磁気検出手段の相対的な
移動により生ずる検出精度の低下を防いだ位置検出装置
および位置検出方法を提供する。 【解決手段】 センサマグネット２７Ｐ，２７Ｙと対向
する位置に所定の間隔を持って配置されたホール素子
（磁気検出手段）２８Ｐ，２８Ｙを備え、保持枠２９に
センサマグネット２７Ｐ，２７Ｙをそれぞれ着磁方向が
直交するように装着し、保持枠２９が移動した際に、ホ
ール素子２８Ｐ，２８Ｙによる磁気検出結果に基づいて
前記それぞれのセンサマグネットの略リニアな磁気特性
を持つ方向に対する前記部材の移動位置を検出するとと
もに、その際に前記一方のセンサマグネットの磁気検出
結果に基づいて他方のセンサマグネットの略リニアな磁
気特性を持つ方向に対する前記部材の移動位置をオフセ
ットするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホール素子等の磁
気検出手段により、相対的に移動する着磁部材の位置を
検出する位置検出装置及び位置検出方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホール素子等の磁気検出センサ
は、ＶＴＲなどのＡＶ機器やハードディスク装置、フロ
ッピーディスク装置など、ＯＡ機器のブラシモータの回
転制御に広く用いられてきた。

【０００３】図１１は３相ブラシレスモータの構造を示
しており、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は平面
図である。

【０００４】図１１において、１０１は継鉄を兼ねる固
定部材、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１
０２ｅ，１０２ｆは前記固定部材１０１に固定された駆
動用コイル、１０３は前記固定部材１０１に固定された
軸受部であり、これら固定部材１０１から駆動用コイル
１０３までによって固定子を構成している。

【０００５】１０４は８極に着磁された磁石（マグネッ
トとも記す）、１０５は前記マグネット１０４のバック
ヨーク、１０６は回転軸であり、これらマグネット１０
４から回転軸１０６までによって回転子を構成してい
る。

【０００６】１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは前記固定
部材１０１に配置されたホール素子であり、この出力に
よりマグネット１０４の境界を検出し、順次励磁する駆
動コイル１０２ａ〜１０２ｆを切り換えることにより、
回転子は回転する。

【０００７】また、比較的大きな変位をホール素子で検
出する例として、民生用カムコーダの光量制御手段であ
る絞り装置が挙げられる。２極に着磁されたマグネット
回転子の位置をホール素子により検出し、演算による絞
り値を得ている。

【０００８】さらに、駆動用コイル及びホール素子を具
備した固定部材に対し、ある間隔を持って平行移動する
被検出部材に、Ｎ極とＳ極が接合されて成る板状の磁石
を設け、前記被検出部材の移動による磁束の変化を前記
ホール素子にて検出することで、前記被検出部材の位置
を監視する装置が、特開昭５９−第８８６０２号公報に
開示されている。

【０００９】さらに米国特許４７３１５７９号明細書で
は、磁石とコイルとからなるいわゆるボイスコイルにお
いて、コイルに対して相対的に移動する磁石の磁界を、
コイルと一体的に設置したホール素子にて検知すること
で、磁石の位置を検出している。

【００１０】さらに、特開平８−第１３６２０７号公報
では、二つの磁石の間に無磁極部分を設けることで、磁
界の変化が略直線となる部分を広げ、これにより比較的
大きな移動量を持つ部材をホール素子により位置検出す
ることを可能にしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては磁石と磁気検出手段であるホール素子が
相対的に一方向にのみ移動する場合に有効であるが、そ
れ以上、例えばホール素子に対して磁石がそのギャップ
を保ったまま一平面上を移動可能に設定されている場合
には位置検出精度が劣化するという問題点があった。

【００１２】すなわち、検出方向に直線性を持って設定
された磁界は、マグネットが有限の大きさである限りそ
れと直交する方向にも少なからず磁界が変化する。

【００１３】この様子を示したのが図９，１０である。
図９は立体図を、図１０（ｂ），（ｃ）はそれぞれ断面
図を示している。図９において、１１０は磁石であり、
ｘ軸を中心にＮ，Ｓ反対方向に着磁されている。１１１
は、継鉄である。これら磁石１１０と継鉄１１１により
磁石近傍に生じた磁界を１１２に示している。磁界は図
１０（ｃ）に示しているようにｙ軸方向をｘ軸を中心と
してある一定距離直線性を保ち、中心から離れるに従い
徐々に直線性を失っていく。これと直交する方向、すな
わちｘ方向の磁界の変化を図１０（ｂ）に示しており、
磁界は一定でなくｙ軸を頂点とする逆お椀型をしてい
る。

【００１４】これにより、例えば固定したホール素子に
対して磁石を移動させてその位置を検出使用としても、
一つのホール素子出力に対して、ｙ方向の値が一義的に
決まらずにある幅を持ってしまうため、検出精度の低下
を招くという問題点があった。

【００１５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、所定方向に対する位置検出
を行う際に前記所定方向以外の方向への磁石と磁気検出
手段の相対移動により生ずる検出精度の低下を防いだ位
置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置お
よび位置検出方法は次のように構成したものである。

【００１７】（１） 所定方向に略リニアな磁気特性を
持つように着磁された磁石と、前記磁石と対向する位置
に所定の間隔を持って配置された磁気検出手段と、前記
所定方向以外の方向に対する前記磁石の移動位置を検出
する位置検出手段とを備え、前記磁気検出手段による磁
気検出結果から前記磁気特性を利用して前記所定方向に
対する磁石の移動位置を検出するとともに、その際に前
記位置検出手段による検出結果に基づいて前記検出され
た磁石の所定方向に対する移動位置をオフセットするよ
うにした。

【００１８】（２） ある方向に略リニアな磁気特性を
持つように着磁された二つの磁石と、前記磁石と対向す
る位置に所定の間隔を持って配置された磁気検出手段と
を備え、ある部材に前記磁石をそれぞれ着磁方向が異な
るように装着し、前記磁気検出手段による磁気検出結果
に基づいて前記それぞれの磁石の前記磁気特性を持つ方
向に対する前記部材の移動位置を検出するとともに、そ
の際に前記一方の磁石の磁気検出結果に基づいて他方の
磁石の前記磁気特性を持つ方向に対する前記部材の移動
位置をオフセットするようにした。

【００１９】（３） 上記（２）の位置検出装置におい
て、二つの磁石をそれぞれの着磁方向が直交するように
装着した。

【００２０】（４） 所定方向に略リニアな磁気特性を
持つように着磁された磁石と対向する位置に所定の間隔
を持って磁気検出手段を配置し、前記所定方向以外の方
向に対する前記磁石の移動位置を位置検出手段により検
出し、前記磁気検出手段による磁気検出結果から前記磁
気特性を利用して前記所定方向に対する磁石の移動位置
を検出するするとともに、その際に前記位置検出手段に
よる検出結果に基づいて前記検出された磁石の所定方向
に対する移動位置をオフセットするようにした。

【００２１】（５） ある方向に略リニアな磁気特性を
持つように着磁された二つの磁石と対向する位置に所定
の間隔を持って磁気検出手段を配置し、ある部材に前記
磁石をそれぞれ着磁方向が異なるように装着し、前記磁
気検出手段による磁気検出結果に基づいて前記それぞれ
の磁石の前記磁気特性を持つ方向に対する前記部材の移
動位置を検出するとともに、その際に前記一方の磁石の
磁気検出結果に基づいて他方の磁石の前記磁気特性を持
つ方向に対する前記部材の移動位置をオフセットするよ
うにした。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）以下本発明を図
示の実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２３】図３（ａ）および図３（ｂ）は本発明の位
置検出装置をビデオカメラ等の光学機器の像振れ補正装
置に適用した例を示したもので、図３（ａ）は断面図、
図３（ｂ）は可動部を正面から見た場合の模式図をそれ
ぞれ示している。

【００２４】図３（ａ）において、２１は撮影光学系で
あり、複数のレンズ群２１ａ〜２１ｄを有している。こ
こでは被写体側から３番目のレンズ群２１ｃを光軸に垂
直な画内に移動させることで結像位置をずらすことが可
能となっている。

【００２５】２２〜２５はこのレンズ群２１ｃを駆動す
るためのアクチュエータで、上ヨーク２２、駆動マグネ
ット２３、駆動コイル２４、バックヨーク２５より成っ
ている。これらは通常のボイスコイルであり、各ヨーク
とその間に配されたマグネットにより磁気回路が形成さ
れ、さらにその磁気回路中の駆動コイル２４に電流が流
れると光軸に垂直な方向にローレンツ力が作用する。駆
動コイル２４はレンズ群２１ｃを保持する保持枠２９に
一体的に保持されているので、レンズ群２１ｃは光軸と
垂直な方向に移動する。

【００２６】２６〜２８はレンズ群２１ｃの位置を検出
する位置検出装置で、２６はセンサヨーク、２７はセン
サマグネット、２８はホール素子である。センサヨーク
２６とセンサマグネット２７は共に保持枠２９と一体的
に保持させており、従来例の項で述べたような磁界を形
成している。これらと一定間隔をおいてホール素子２８
が装置の固定部材に固定されている。したがって、レン
ズ群２１ｃの移動に伴って磁界も移動し、ホール素子２
８でその様子をモニタすることで、レンズ群２１ｃの位
置を検出することが可能となっている。

【００２７】図３（ｂ）はシフトレンズ群２１ｃを正面
から見た図を示している。図３（ａ）で述べたボイスコ
イルや位置検出装置は図３（ｂ）で示すように上下（ピ
ッチ）方向と左右（ヨー）方向に取りけられている。

【００２８】図１および図２は、図３によって説明した
シフトレンズを用いた像振れ補正装置の構成を示すブロ
ック図であり、図１はピッチ方向とヨー方向のホール素
子出力を信号化するための回路ブロック図、図２はホー
ル素子出力等により像振れ補正装置を制御するシステム
構成を示すブロックである。

【００２９】図１において、１Ｐ，１Ｙはホール素子
（磁気検出手段）、２Ｐ，２Ｙはホール素子入力に定電
圧を抑圧する電源、３Ｐ，３Ｙはホール素子出力を差動
する差動増幅回路、４Ｐ，４Ｙは差動増幅された出力の
オフセットを調整するオフセット調整回路、５Ｐ，５Ｙ
は差動増幅出力のゲインを調整するゲイン調整回路であ
る（添字のＰとＹはそれぞれＰがピッチ方向、Ｙがヨー
方向の位置検出と行なうためのものである）。ホール素
子１Ｐ，１Ｙの出力は、この構成で信号ＳＰ１およびＳ
Ｙ１となる。

【００３０】６は演算素子、７はＲＯＭであり、各ホー
ル素子による位置信号を入力してＲＯＭデータに基づい
て演算しオフセット調整回路４Ｐ，４Ｙへ帰還する構成
としている。

【００３１】従来例の項にて説明したとおり、ＳＰ１，
ＳＹ１は図１０（ａ），（ｂ）のような、中心からある
距離は略直線となる信号となる。また、これと直交する
方向、すなわちピッチセンサにとってのヨー方向、ヨー
センサにとってのピッチ方向への動きに関しては、図１
０（ａ），（ｂ）のＳＰ２、ＳＹ２に示すような出力と
なる。

【００３２】このようにヨー方向にのみシフトレンズ群
２１ｃが移動した時のＳＹ１とＳＰ２との関係は図１０
（ａ）のようになり、ピッチ方向にのみシフトレンズ群
２１ｃが移動した時のＳＰ１とＳＹ２との関係は図１０
（ｂ）のようになる。そのため、これらの関係をＲＯＭ
７上にテーブルデータとして格納しておき、演算装置６
によりオフセット調整回路４に帰還することで位置精度
を向上させることができる。

【００３３】図２において、２１ｃはシフトレンズ群、
１１は角度センサである振動ジャイロで、装置の固定部
材に固定されており、装置の角速度を信号として出力す
る。この角速度信号は信号処理回路１２によりＢＰＦ
（バンドパスフィル）等の処理を受け、積分器１３によ
り積分され装置の角度信号ａとなる。１４は前述のホー
ル素子２８ｐ，２８ｂより成る位置センサであり、シフ
トレンズ群２１ｃの移動量に比例した信号を出力する。
この信号は信号処理回路１５により、増幅、フィルタ処
理等を受け、光軸ふれ角信号ｂとなる。

【００３４】前記角度信号ａと光軸ふれ角信号ｂが逆極
性で加算回路１６によって加算され、信号ｃが得られ
る。この信号は、増幅器１７で増幅され、駆動回路１８
で駆動信号に変換され、アクチュエータ１９を駆動する
ことにより、シフトレンズ群２１ｃを光軸に垂直な方向
に移動させる。

【００３５】上記の回路構成では、信号ｃがゼロになる
ように、すなわち装置の角度信号ａとシフトレンズ群２
１ｃの光軸ふれ角信号ｂが等しくなる様に、位置センサ
１４からアクチュエータ１９までシフトレンズ群２１ｃ
を含めたフィードバック回路を形成している。

【００３６】そして、装置の動きを打ち消す方向にシフ
トレンズ群２１ｃが駆動されるので、固体撮像素子（Ｃ
ＣＤ）３０に入射する光束の状態が変化せず、像振れ補
正が可能となる。

【００３７】このように本実施例では、ある方向にリニ
アな磁気特性を持つよう着磁された二つの磁石をその着
磁方向が直交するように配置し、これら磁石と対向する
位置に一定の間隔を持って配置されたホール素子等の磁
気検出手段を配置し、前記一方の磁石の磁気検出結果に
基づいて他方の磁石の磁気検出手段の検出中心位置をオ
フセット、つまり検出された前記他の磁石の磁気特性の
持つ方向に対する移動位置をオフセットすることによ
り、一平面上の垂直な二軸の位置検出を精度よく行なう
ことが可能となる。

【００３８】（第２の実施例）次に図４を用いて、第２
の実施例を説明する。

【００３９】図４は二極に着磁されたマグネット３１が
回転軸３２を軸として回転する際、その外周部に固定さ
れたホール素子３３により、回転角を検出する装置であ
る。これは従来例の項で挙げた民生用カムコーダの光量
制御用絞り駆動装置でも一般的に用いられている装置で
ある。

【００４０】この時、回転角（θ）と出力信号の関係を
示したのが図５であり、第１の実施例を示す図１０と同
様な信号となる。

【００４１】このような装置で、回転軸方向にマグネッ
トが移動する場合にも出力信号がオフセットする。すな
わち、図５のようにｚ方向に＋方向に移動した時には＋
側に、−方向に移動したときには−側に信号がオフセッ
トする。

【００４２】そのため、図６の示すように、不図示のｚ
方向位置検出装置８の信号をホール素子検出回路のオフ
セット調整回路４θにフィードバックすることでこのオ
フセット分をキャンセルすることが可能になる。

【００４３】このように本実施例では、所定方向（θ）
に略リニアな磁気特性を持つように着磁された磁石と、
前記磁石と対向する位置に所定の間隔を持って配置され
たホール素子（磁気検出手段）と、前記磁石が移動した
際に前記所定方向以外の方向（ｚ方向）に対する前記磁
石の移動位置を検出する位置検出手段とを備え、前記磁
気検出手段による磁気検出結果から前記磁気特性を利用
して前記所定方向に対する磁石の移動位置を検出すると
ともに、その際に前記位置検出手段による検出結果に基
づいて前記検出された磁石の所定方向に対する移動位置
をオフセットするようにしたので、磁石がｚ方向に対す
る移動により必ず生ずるθ方向に対しての移動位置の検
出精度の低下を防ぐことができ、精度よく行なうことが
可能となる。

【００４４】（第３の実施例）次に図７，８図を用い
て、第３の実施例を説明する。

【００４５】図７は第１の実施例で説明したシフトレン
ズを、さらにピント補正や焦点距離変化のために、不図
示の駆動系により光軸方向に移動させる場合を想定した
ものてある。

【００４６】この時もホール素子出力図８に示すように
レンズのｚ方向位置によりオフセットし、第２の実施例
と同様、不図示のｚ方向位置検出装置８からのフィード
バックによりこのオフセット分をキャンセルすることが
可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定方向に略リニアな磁気特性を持つように着磁された
磁石と、前記磁石と対向する位置に所定の間隔を持って
配置された磁気検出手段と、前記所定方向以外の方向に
対する前記磁石の移動位置を検出する位置検出手段とを
備え、前記磁気検出手段による磁気検出結果から前記磁
気特性を利用して前記所定方向に対する磁石の移動位置
を検出するとともに、その際に前記位置検出手段による
検出結果に基づいて前記検出された磁石の所定方向に対
する移動位置をオフセットするようにしたため、磁石の
所定方向以外の移動により生ずる位置検出精度の低下を
防ぎ、位置検出精度の向上につながるという効果があ
る。

【００４８】また、ある方向に略リニアな磁気特性を持
つように着磁された二つの磁石と、前記磁石と対向する
位置に所定の間隔を持って配置された磁気検出手段とを
備え、ある部材に前記磁石をそれぞれ着磁方向が異なる
ように装着し、前記磁気検出手段による磁気検出結果に
基づいて前記それぞれの磁石の前記磁気特性を持つ方向
に対する前記部材の移動位置を検出するとともに、その
際に前記一方の磁石の磁気検出結果に基づいて他方の磁
石の前記磁気特性を持つ方向に対する前記部材の移動位
置をオフセットするようにしたため、上記と同様の効果
がある。

【００４９】また、二つの磁石をそれぞれの着磁方向が
直交するように装着したため、一平面上の垂直な二軸の
位置検出を精度よく行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の像振れ補正装置の構成を示す
回路ブロック図

【図２】 第１の実施例の像振れ補正装置のシステム構
成を示すブロック図

【図３】 本発明を適用した像振れ補正装置の構成を示
す図

【図４】 第２の実施例の光量制御用駆動装置の構成を
示す図

【図５】 図４の磁気特性を示す図

【図６】 第２の実施例の光量制御用駆動装置の構成を
示す図

【図７】 第３の実施例のシフトレンズの駆動系の構成
を示す断面図

【図８】 図７の磁気特性を示す図

【図９】 磁石によって形成される磁界を示す斜視図

【図１０】 図９の磁界におかれたホール素子の出力信
号を示す図

【図１１】 従来の位置検出装置の構成を示す図

【符号の説明】

１Ｐ ホール素子（磁気検出手段） １Ｙ ホール素子（磁気検出手段） ４Ｐ オフセット調整回路 ４Ｙ オフセット調整回路 ５Ｐ ゲイン調整回路 ５Ｙ ゲイン調整回路 ６ 演算装置 ７ ＲＯＭ ８ ｚ方向位置検出装置 ２１ 撮像光学系 ２６ センサヨーク ２７ センサマグネット ２８ ホール素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に略リニアな磁気特性を持つよ
   うに着磁された磁石と、前記磁石と対向する位置に所定
   の間隔を持って配置された磁気検出手段と、前記所定方
   向以外の方向に対する前記磁石の移動位置を検出する位
   置検出手段とを備え、前記磁気検出手段による磁気検出
   結果から前記磁気特性を利用して前記所定方向に対する
   磁石の移動位置を検出するとともに、その際に前記位置
   検出手段による検出結果に基づいて前記検出された磁石
   の所定方向に対する移動位置をオフセットすることを特
   徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 ある方向に略リニアな磁気特性を持つよ
   うに着磁された二つの磁石と、前記磁石と対向する位置
   に所定の間隔を持って配置された磁気検出手段とを備
   え、ある部材に前記磁石をそれぞれ着磁方向が異なるよ
   うに装着し、前記磁気検出手段による磁気検出結果に基
   づいて前記それぞれの磁石の前記磁気特性を持つ方向に
   対する前記部材の移動位置を検出するとともに、その際
   に前記一方の磁石の磁気検出結果に基づいて他方の磁石
   の前記磁気特性を持つ方向に対する前記部材の移動位置
   をオフセットすることを特徴とする位置検出装置。
3. 【請求項３】 二つの磁石をそれぞれの着磁方向が直交
   するように装着したことを特徴とする請求項２記載の位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 所定方向に略リニアな磁気特性を持つよ
   うに着磁された磁石と対向する位置に所定の間隔を持っ
   て磁気検出手段を配置し、前記所定方向以外の方向に対
   する前記磁石の移動位置を位置検出手段により検出し、
   前記磁気検出手段による磁気検出結果から前記磁気特性
   を利用して前記所定方向に対する磁石の移動位置を検出
   するするとともに、その際に前記位置検出手段による検
   出結果に基づいて前記検出された磁石の所定方向に対す
   る移動位置をオフセットすることを特徴とする位置検出
   方法。
5. 【請求項５】 ある方向に略リニアな磁気特性を持つよ
   うに着磁された二つの磁石と対向する位置に所定の間隔
   を持って磁気検出手段を配置し、ある部材に前記磁石を
   それぞれ着磁方向が異なるように装着し、前記磁気検出
   手段による磁気検出結果に基づいて前記それぞれの磁石
   の前記磁気特性を持つ方向に対する前記部材の移動位置
   を検出するとともに、その際に前記一方の磁石の磁気検
   出結果に基づいて他方の磁石の前記磁気特性を持つ方向
   に対する前記部材の移動位置をオフセットすることを特
   徴とする位置検出方法。
6. 【請求項６】 二つの磁石をそれぞれの着磁方向が直交
   するように装着したことを特徴とする請求項５記載の位
   置検出方法。