JP2006145220A - 磁気式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の小型化を図ると共に解像度に優れた磁気式位置検出装置を提供する。
【解決手段】 本発明の磁気式位置検出装置１は、異なる磁極５を交互に配置した着磁面３に対向して配置され、着磁面３の磁界強度に応じた電流を出力する複数の磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４からなる一方及び他方の磁気抵抗回路Ａ、Ｂと、各磁気抵抗回路Ａ、Ｂに設けた電力供給端子Ｖｃｃと、出力端子＋Ａ０、＋Ｂ０、−Ａ０、−Ｂ０とを備え、一方及び他方の磁気抵抗回路Ａ、Ｂは各々磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４が直列に接続してあり且つ各磁気抵抗素子の電流通路を互いに平行になるように櫛歯状に配置し、一方の磁気抵抗回路Ａの磁気抵抗素子＋Ａ２、＋Ａ３間に他方の磁気抵抗回路Ｂの磁気抵抗素子＋Ｂ２、＋Ｂ１が配置してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアに移動し又は回転する被駆動体の位置を検出する位置検出装置に関し、特に磁気を利用した磁気式位置検出装置に関する。

この種の位置検出装置として、特許文献１には複数の磁気抵抗素子を直列に接続してなる一方及び他方の磁気抵抗回路を櫛歯状に形成すると共に、一方及び他方の磁気抵抗回路を磁極の配列方向に沿って横に並べた構成が開示されている。

特許文献２には、着磁面に溝を形成し、基準位置における磁気抵抗回路からの出力波形を整えようとする技術が開示されている。

特公昭５４−４１３３５号公報 特開平７−４９８７号公報

しかし、特許文献１の技術では、磁気式位置検出装置における複数の磁気抵抗回路が、磁極の配列方向に並べて設けてあるから、一つの磁気抵抗回路が多数の磁気抵抗素子を有する場合や、多数の磁気抵抗回路を設ける場合には、磁極の配列方向における回路の長さが長くなり、大型化すると共に出力波形の解像度が低下するという問題がある。

特許文献２においても、複数の磁気抵抗回路を設けた場合には、特許文献１と同様に位置検出装置の大型化の問題が生じると共に、図７（ｂ）に示すように、回転する被駆動体の位置検出装置においては、位置検出装置２１の巾方向の長さを長く取ると、位置検出装置の巾方向両端２１ａでは位置ずれにより受ける磁界強度が低下して出力波形の解像度が低下するという問題がある。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、位置検出装置の小型化を図ると共に解像度に優れた磁気式位置検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、異なる磁極を交互に配置した着磁面に対向して配置され、着磁面の磁界強度に応じた電流を出力する複数の磁気抵抗素子からなる一方及び他方の磁気抵抗回路と、各磁気抵抗回路に設けた電力供給端子と、出力端子とを備え、一方及び他方の磁気抵抗回路は各々磁気抵抗素子が直列に接続してあり且つ各磁気抵抗素子の電流通路を互いに平行になるように櫛歯状に配置し、一方の磁気抵抗回路の磁気抵抗素子間に他方の磁気抵抗回路の磁気抵抗素子が配置してあることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、一方及び他方の磁気抵抗回路うちの少なくとも一方の磁気抵抗回路を構成する磁気抵抗素子は基準磁気抵抗素子と基準磁気抵抗素子から（λ／ｎ）又は（λ／２ｍ）ずらして配置した補正用磁気抵抗素子を有し、λは着磁面の磁極の並び方向における磁極の巾であり、ｎは０を除く偶数、ｍは１を除く奇数であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、一方の磁気抵抗回路と他方の磁気抵抗回路とは、出力波形の位相差を９０°ずらしていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、各磁気抵抗素子間を直列に接続する部分は導電材料により接続してあることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、一方の磁気抵抗回路と他方の磁気抵抗回路とを櫛歯状に形成して、一方の磁気抵抗回路における磁気抵抗素子間に他方の磁気抵抗回路における磁気抵抗素子を配置する構成であるから、磁気抵抗回路を配置する面積を小さくすることができ、磁気式位置検出装置の小型化を図ることができる。また、着磁面の磁極巾（λ）に対して磁気抵抗素子の配置を集約できるので、増幅用の磁気抵抗回路や出力波形を整形する補正用磁気抵抗素子を設けるために多数の磁気抵抗素子を配置する場合にも磁気式位置検出装置全体の回路巾を小さくでき、検知精度や解像度を高めることができる。特に、磁気式位置検出装置の検知巾を小さくすることにより、着磁面が円形や湾曲した形状になっている場合にも各磁気抵抗素子と着磁面と間の間隔誤差を小さくでき、磁界強度の差が少なくなるので解像度の高い出力波形を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができると共に、λ／ｎずらして配置した磁気抵抗素子では出力波長における偶数高調波成分を補正でき、λ／２ｍでは奇数高調波成分を補正することにより、図４に示すような基準波長ｈを整えたサイン波形Ｓやコサイン波形Ｃを得ることができる。このような整ったサイン波形Ｓやコサイン波形Ｃを得ることにより、巾λ内における位置を精度良く検知でき、解像度を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用効果を得ることができると共に、図４に示すようにサイン波形Ｓとコサイン波形Ｃとを同時に出力することにより、着磁面に対する磁気式位置検出装置の相対的な移動方向や移動速度を検知することができる。

請求項４に記載の発明によれば、各磁気抵抗素子は電流通路を互いに平行にしてあるから、磁気抵抗素子の接続部分は電流通路に対して平行に配置することができないことになる。したがって、この接続部分に磁気抵抗素子でなく導電材料を用いることにより、接続部分が着磁面における界磁の影響を受けないで出力できるので、出力波形の波形精度を更に高め高い解像度を得ることができる。

以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態にかかる磁気式位置検出装置のパターン回路を着磁面との関係で示す平面図であり、図２は図１に示す磁気式位置検出装置の等価回路図であり、図３は第１実施の形態にかかる磁気式位置検出装置の使用状態を模式的に示した斜視図であり、図４は図３に示す磁気式位置検出装置から得られた出力波形の図であり、図５は図１に示す磁気式位置検出装置のパターン回路の配置を概略的に示した図である。

本実施の形態にかかる磁気式位置検出装置１は、一例として携帯電話に組み込まれるオートフォーカスカメラのズームレンズやフォーカスレンズの位置を検知するものである。カメラにはズームレンズやフォーカスレンズの駆動に対応して設けられた着磁面３が設けてあり、着磁面３にはＮ極及びＳ極の磁極５が直列に且つＮ極とＳ極とが交互に形成されている。磁極５の配列方向における一つの磁極５の巾はλである。

磁気式位置検出装置１は、基材表面に回路９（パターン回路）が形成されており、回路９の表面は樹脂材により被覆されている。パターン回路９は第１磁気抵抗回路＋Ａと、第２磁気抵抗回路−Ａと、第３磁気抵抗回路＋Ｂと、第４磁気抵抗回路−Ｂとから構成されており、各第１〜第４磁気抵抗回路＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂは、それぞれ共通の電源ＶｃｃとアースＧＮＤに接続されている。

本実施の形態では、一方の磁気抵抗回路Ａは第１磁気抵抗回路＋Ａ及び第２磁気抵抗回路−Ａとから構成されており、他方の磁気抵抗回路Ｂは第３磁気抵抗回路＋Ｂ及び第４磁気抵抗回路−Ｂとから構成されている。

一方の磁気抵抗回路Ａにおいて、第１磁気抵抗回路＋Ａと第２磁気抵抗回路−Ａとはλ（３６０°）ずれた位置にあり、両出力を増幅した出力波形を得ることができるようになっている。同様に、他方の磁気抵抗回路Ｂにおいても、第３磁気抵抗回路＋Ｂ及び第４磁気抵抗回路−Ｂはとλ（３６０°）ずれた位置にあり、両出力を増幅した出力波形を得るようになっている。

第１磁気抵抗回路＋Ａは、基準磁気抵抗素子＋Ａ１に対して、λ／２ずれ位置に偶数高調波成分用の補正用磁気抵抗素子＋Ａ３が配置してあると共にλ／６ずれた位置に奇数高調波補正成分用の補正磁気抵抗素子＋Ａ２が配置してある。また、補正用磁気抵抗素子Ａ３に対してもλ／６ずれた位置に奇数高調波成分の補正用磁気抵抗素子＋Ａ４が配置してある。

偶数高調波成分の補正用磁気抵抗素子＋Ａ３は基準磁気抵抗素子＋Ａ１に対してλ／ｎ（ｎは０を除く偶数）であればよく、本実施の形態では、ｎ＝２である。奇数高調波補正成分用の補正磁気抵抗素子＋Ａ２は基準磁気抵抗素子＋Ａ１に対してλ／２ｍ（ｍは１を除く奇数）であればよく、本実施の形態では、ｍ＝３である。また、補正用磁気抵抗素子＋Ａ４も偶数高調波補正用磁気抵抗素子＋Ａ３に対してλ／２ｍ（ｍは１を除く奇数）であればよく、本実施の形態では、ｍ＝３である。

以下第２〜第４磁気抵抗回路−Ａ、＋Ｂ、−Ｂにおいても、第１磁気抵抗回路＋Ａと同様に基準磁気抵抗回路−Ａ１、＋Ｂ１、−Ｂ１に対して偶数高調波成分の補正用磁気抵抗素子−Ａ３、＋Ｂ３、−Ｂ３が配置してあり、奇数高調波成分用の補正磁気抵抗素子−Ａ２、−Ａ４、＋Ｂ２、＋Ｂ４、−Ｂ２、−Ｂ４が配置されている。

また、磁気式位置検出装置１の回路９において、第１磁気抵抗回路＋Ａの出力端子は＋Ａ０であり、第２磁気抵抗回路−Ａの出力端子は−Ａ０であり、第３磁気抵抗回路＋Ｂの出力端子は＋Ｂ０である。

各磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４は各々電流通路を互いに平行にして配置されている。更に、一方の磁気抵抗回路＋Ａ及び他方の磁気抵抗回路＋Ｂは各々櫛歯状を形成するように磁気抵抗回路＋Ａ１〜＋Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４が配置されており、一方の磁気抵抗回路＋Ａの櫛歯状に配置した磁気抵抗素子＋Ａ２と＋Ａ３との間に他方の磁気抵抗回路＋Ｂの磁気抵抗素子＋Ｂ２と＋Ｂ１とが配置されている。磁気抵抗回路−Ａ及び−Ｂにおいても同様に、磁気抵抗素子＋Ａ４と−Ａ４との間に磁気抵抗素子＋Ｂ３、＋Ｂ４が配置され、磁気抵抗素子−Ａ３と−Ａ１との間に磁気抵抗素子−Ｂ４、−Ｂ３が配置されて、磁気抵抗素子−Ｂ１と−Ｂ３との間に−Ａ１、−Ａ２が配置されている。

各磁気抵抗回路Ａ、Ｂにおいて、平行に配置された磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４を接続する部分１３は通常の導電材料でできている。

次に、本実施の形態における作用、効果について説明する。

本実施の形態によれば、一方の磁気抵抗回路Ａと他方の磁気抵抗回路Ｂとは互いに櫛歯状を成して、一方の磁気抵抗回路Ａにおける磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４間に他方の磁気抵抗回路Ｂにおける磁気抵抗素子＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４を配置しているので、磁気式位置検知装置（位置センサ）１の回路９を集約して面積を小さくすることができ、位置センサ１の小型化を図ることができる。

多数の磁気抵抗素子＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４を配置した場合でも、着磁面３の磁極巾λに対して磁気抵抗素子＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４を集約できるので、位置センサ１の検知巾を小さくできると共に、補正用の磁気抵抗素子も多数配置できるので、検知精度を高めることができる。

特に、位置センサの検知巾を小さくすることにより、着磁面が円形や湾曲した形状になっている場合にも各磁気抵抗素子と着磁面と間の間隔誤差を小さくでき、磁界強度の差が少なくなるので解像度の高い出力波形を得ることができる。

基準となる磁気抵抗素子＋Ａ、−Ａ１、＋Ｂ１、−Ｂ１に対してλ／ｎずらして配置した磁気抵抗素子＋Ａ３、−Ａ３、＋Ｂ３、−Ｂ３では出力波長における偶数高調波成分を補正でき、λ／３ｍずれして配置した磁気抵抗素子＋Ａ４、＋Ａ２、−Ａ４、−Ａ２、＋Ｂ４、＋Ｂ２、−Ｂ４、−Ｂ２では出力波長における奇数波高調波成分を補正することにより、図４に示すような基準波長ｈを整えたサイン波形Ｓやコサイン波形Ｃを得ることができる。このような整ったサイン波形Ｓやコサイン波形Ｃを得ることにより、巾λ内における位置を精度良く検知でき、解像度を高めることができる。

また、本実施の形態では、図４に示すように、サイン波形Ｓとコサイン波形Ｃとを同時に出力することにより、着磁面３に対する磁気式位置検出装置１の相対的な移動方向や移動速度を検知することができる。このように、移動速度を検知することにより、例えば応用例として、カメラのズームレンズとフォーカスレンズとを駆動する位置センサとして用いた場合には、ズームレンズとフォーカスレンズとを略同時にセッティングすることができる。

各磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４は電流通路を互いに平行にしてあるから、磁気抵抗素子＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４の接続部分１３は電流通路に対して平行に配置することができないことになる。しかし、この接続部分１３に磁気抵抗素子でなく導電材料を用いることにより、接続部分１３が界磁の影響を受けないで出力できるので、出力波形の波形精度を更に高めることができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、磁気式位置検知装置１は、リニア駆動用に限らず、図７（ａ）に示すように磁極面３を円周に沿って形成し、磁気式位置検知装置１により回転位置を検知するものであってもよい。この場合、図７（ｂ）に示すように、従来技術のように各磁気抵抗回路を横に並べて長くしたときには（図中一点鎖線で示す）その両端２１ａで受ける界磁強度が小さくなってしまうという不都合があるが、本実施の形態にかかる磁気式位置検出装置１は着磁方向における巾を小さくしているから、端部１ａにおいても各磁気抵抗素子が受ける磁気強度の差を小さくすることができる。これにより、従来よりも精度の高い位置検知をおこなうことができる。

一方の磁気抵抗回路Ａと他方の磁気抵抗回路Ｂとにおける各磁気抵抗素子の配置は上述した実施の形態に限らず、本質的な各磁気抵抗素子の作用効果を同じくして並べ替えた配置、例えば図６に示すような配置としてもよい。

上述した実施の形態では、一方の磁気抵抗回路Ａは＋Ａと−Ａとの２つの磁気抵抗回路から構成したが、＋Ａや−Ａの一方の回路のみでもよいし、同様に他方の磁気抵抗回路Ｂも＋Ｂや−Ｂの一方の磁気抵抗回路のみで構成してよい。

本実施の形態にかかる磁気式位置検出装置１はカメラに限らず、工作機械の位置制御やいわゆるエンコーダ等として用いることもでき、用途は限定されない。

第１実施形態にかかる磁気式位置検出装置のパターン回路を着磁面との関係で示す平面図である。 図１に示す磁気式位置検出装置の等価回路図である。 第１実施の形態にかかる磁気式位置検出装置の使用状態を模式的に示した斜視図である。 図３に示す磁気式位置検出装置から得られた出力波形の図である。 図１に示す磁気式位置検知装置のパターン回路を概略的に示した図である。 変形例にかかる磁気式位置検出装置のパターン回路を概略的に示した図である。 変形例にかかる磁気式位置検出装置の図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ 磁気式位置検出装置（位置センサ）
３ 着磁面
５ 磁極
１３ 接続部分
Ａ 一方の磁気抵抗回路
Ｂ 他方の磁気抵抗回路
Ｖｃｃ 電力供給端子
＋Ａ０、＋Ｂ０、−Ａ０、−Ｂ０ 出力端子
＋Ａ１〜＋Ａ４、−Ａ１〜−Ａ４、＋Ｂ１〜＋Ｂ４、−Ｂ１〜−Ｂ４ 磁気抵抗素子

Claims (4)

1. 異なる磁極を交互に配置した着磁面に対向して配置され、着磁面の磁界強度に応じた電流を出力する複数の磁気抵抗素子からなる一方及び他方の磁気抵抗回路と、各磁気抵抗回路に設けた電力供給端子と、出力端子とを備え、一方及び他方の磁気抵抗回路は各々磁気抵抗素子が直列に接続してあり且つ各磁気抵抗素子の電流通路を互いに平行になるように櫛歯状に配置し、一方の磁気抵抗回路の磁気抵抗素子間に他方の磁気抵抗回路の磁気抵抗素子が配置してあることを特徴とする磁気式位置検出装置。
2. 一方及び他方の磁気抵抗回路うちの少なくとも一方の磁気抵抗回路を構成する磁気抵抗素子は基準磁気抵抗素子と基準磁気抵抗素子から（λ／ｎ）又は（λ／２ｍ）ずらして配置した補正用磁気抵抗素子を有し、λは着磁面の磁極の並び方向における磁極の巾であり、ｎは０を除く偶数、ｍは１を除く奇数であることを特徴とする請求項１に記載の磁気式位置検出装置。
3. 一方の磁気抵抗回路と他方の磁気抵抗回路とは、出力波形の位相差を９０°ずらしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気式位置検出装置。
4. 各磁気抵抗素子間を直列に接続する部分は導電材料により接続してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
   
   

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