JP2007121256A - 磁気センサー及びそれを備えたリニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサーの小型化及び低コストを実現する。
【解決手段】本発明の磁気センサーは、第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位を磁気的に検知する磁気センサーであって、第１部材１４にマグネット１１が設けられているとともに、第２部材１５には、磁石素子から発生する磁束を検出する第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３が設けられており、マグネット１１は、マグネット１１と第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３との間隙１８が相対的変位により変化するように設けられているので、磁気センサーの小型化及び低コストを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサー及びそれを備えたリニアアクチュエータに関するものであり、より具体的には、携帯電子機器に搭載され、ズーム機構に用いられる磁気センサー及びそれを備えたリニアアクチュエータに関する。

近年、携帯電子機器に内蔵されるカメラは高機能化が図られており、光学ズーム機能、オートフォーカス機能が設けられているものが見受けられる。この場合、光学ズーム、またはオートフォーカスを行うためには、内部の光学系を移動させることが一般的である。

そして、内部の光学系を駆動するためのアクチュエータとして、一般的には、ステッピングモータ等が用いられている。しかしながら、ステッピングモータは、モータ自体で回転位置制御が可能である一方、アクチュエータのサイズが大きくなるという問題がある。このアクチュエータのサイズの大小は、特に小型化が必要とされる携帯電子機器において大きな問題となる。

これに対して、寸法的な設計自由度が高く小型化が可能なアクチュエータとして、電磁駆動型のリニアアクチュエータ、または圧電素子を用いた圧電駆動型のアクチュエータが用いられることが考えられる。しかしながら、電磁駆動型のリニアアクチュエータや圧電駆動型のアクチュエータは、その特性上、光学系の位置決めが行われる際に、外部に光学系の位置を検知する位置センサーが別途必要になる。このため、電磁駆動型のリニアアクチュエータや圧電駆動型のアクチュエータが搭載された携帯電子機器では、位置センサーの小型化が必要となってくる。

小型であり、かつ精度が高い位置センサーとしては、例えば特許文献１に開示された磁気変位センサーが挙げられる。特許文献１に記載の磁気変位センサーは、マグネットと磁束検出素子とを組み合わせて磁束を検出することにより、移動体と磁気センサーとの移動量に応じて磁気抵抗が変化し、この磁気抵抗値の変化量を検出することで位置を検出するようになっている。
特表２０００−５００８６２号公報（平成１２年１月２５日公表）

しかしながら、このような従来の位置センサーを備えたアクチュエータでは、内部の光学系の移動に関して、以下に述べるような問題がある。

まず、光学ズーム、オートフォーカスに用いられるカメラの光学系の一例として、図１３を用いて説明する。図１３は、光学ズーム機構を有したカメラ光学系の部品配置の一例を示す説明図であり、図１３（ａ）は、光ズームが最大広角倍率に設定された場合における部品配置を示し、図１３（ｂ）は、光ズームが最大広角倍率と最大望遠倍率との中間倍率（以下、単に中間倍率と記す）に設定された場合における部品配置の一例を示し、図１３（ｃ）は、光ズームが最大望遠倍率に設定された場合における部品配置の一例を示す。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示すように、カメラ光学系は、固定光学系２５、移動光学系２６、及びその他の光学系２７とを備えている。なお、その他の光学系２７には、撮像素子等が含まれる。また、光学ズームが最大広角倍率、中間倍率、または最大望遠倍率に設定されている場合、固定光学系２５及びその他の光学系２７は固定されたままである。一方、移動光学系２６は、光ズームの設定に応じて移動する。すなわち、移動光学系２６は、光学ズームが最大広角倍率に設定されている場合、ＷＩＤＥ位置（最大広角位置）に移動する。また、光ズームが中間倍率に設定されている場合、移動光学系２６は、ＭＩＤＤＬＥ位置（Ｗｉｄｅ位置とＴｅｌｅ位置との中間位置）に移動する。さらに、光学ズームが最大望遠倍率に設定されている場合、移動光学系２６は、ＴＥＬＥ位置（最大望遠位置）に移動する。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）から判るように、移動光学系２６は、ズーム倍率に比例した直線的な動きで移動していない。すなわち、Ｍｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ位置までの移動光学系２６の移動量は、Ｗｉｄｅ位置からＭｉｄｄｌｅ位置までの移動光学系２６の移動量よりも小さくなっている。

移動光学系２６がこのような移動経路をとった場合、ズーム、オートフォーカスに必要な位置精度は、移動光学系２６が移動する位置により異なる。すなわち、移動光学系２６の移動量の大きいＷｉｄｅ位置からＭｉｄｄｌｅ位置にかけては、移動光学系２６の位置検出精度が比較的緩くてもかまわない。その一方で、移動光学系２６の移動量が小さくなるＭｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ位置にかけては、移動光学系２６に高い位置検出精度が要求される。

このように移動光学系２６（移動体）の位置検出精度が場所により異なる場合、従来のアクチュエータとしては、以下の２つの構成を備えたものがあった。すなわち、従来のアクチュエータとしては、（１）移動光学系２６が移動する全ての移動経路において位置検出精度が高い位置センサーを備えた構成、あるいは（２）検出精度の低い位置センサーと検出精度の高い位置センサーとの２個の位置センサーが配置された構成があった。

しかしながら、全ての移動系路上で位置検出精度の高い位置センサー（例えば特許文献１に記載の磁気変位センサー）は、大型でかつコストが高い。それゆえ、上記（１）の構成では、装置が大型になり、コストが高くなるという問題がある。

一方、上記（２）の構成では、検出分解能の異なるセンサーが２個必要となるため、設置スペースが大きくなり、装置小型化が制約されるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化及び低コストを実現することができる磁気センサー及びそれを備えたリニアアクチュエータを提供することにある。

本発明の磁気センサーは、上記の課題を解決するために、第１部材と第２部材とを備え、両部材間の相対的変位を磁気的に検知する磁気センサーであって、上記第１部材に磁石素子が設けられているとともに、上記第２部材には、磁石素子から発生する磁束を検出する第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子が設けられており、磁石素子は、該磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が上記相対的変位により変化するように設けられていることを特徴としている。また、上記第２磁束検出素子は、上記相対的変位により第１磁束検出素子が磁石素子の一方の端部に位置したときに、磁石素子の他方の端部に位置するように設けられていることが好ましい。

本発明の磁気センサーは、第１部材と第２部材との相対的変位を磁気的に検知するものである。この磁気センサーは、移動体の位置を検知するために用いられる。すなわち、本発明の磁気センサーは、移動体による移動変位を、第１部材と第２部材との相対的変位として、磁気的に検知することにより、移動体の位置を検出するものである。

上記の構成によれば、第１部材に設けられた磁石素子は、該磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間の間隔が上記相対的変位により変化するように設けられている。それゆえ、第１磁束検出素子または第２磁束検出素子にて検出される磁束は、第１部材と第２部材との間の相対的変位に応じて変化する間隙の幅によって決定される。すなわち、上記の構成によれば、第１部材と第２部材との間の相対的変位に応じて、磁石素子から発生する磁束の強度が変化するようになる。第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子は、このように変化する磁束の強度を検出して、変位信号を出すようになる。

また、磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間の間隔が上記相対的変位により変化するように設けられた場合、磁石素子は、第１部材と第２部材との間の相対的変位に応じて変化するような磁束密度分布で磁束を発生する一方、磁石素子の上記相対的変位の方向における端部では、相対的変位に対し急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布で磁束が発生する。

上記第２磁束検出素子が、上記相対的変位により第１磁束検出素子が磁石素子の一方の端部に位置したときに、磁石素子の他方の端部に位置するように設けられている構成では、第１磁束検出素子が磁石素子の一方の端部に位置するまで、第２磁束検出素子が磁石素子の他方の端部に位置することがない。

このため、上記の構成によれば、第１磁束検出素子が磁石素子から発生する磁束（相対的変位に応じて変化するような磁束密度分布）を検出する間、第２磁束検出素子は、磁石素子の他方の端部に位置することがないので、磁石素子から発生する磁束を検出することがない。

そして、相対的変位により第１磁束検出素子が磁石素子の一方の端部に位置すると、第２磁束検出素子は、磁石素子の他方の端部に位置し、この他方の端部で発生する磁束（急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布）を検出することになる。また、第２磁束検出素子が磁石素子の他方の端部に位置するまで、第１磁束検出素子は、磁石素子から発生する磁束（相対的変位に応じて変化するような磁束密度分布）を検出することになる。第２磁束検出素子が位置する他方の端部における磁束密度の変化は、相対的変位に応じた磁束密度の変化（磁石素子から発生する磁束変化）よりもはるかに大きくなっている。このため、第２磁束検出素子が磁石素子の他方の端部に位置したとき、該第２磁束検出素子の磁束密度の検出分解能は、第１磁束検出素子の磁束密度の検出分解能よりもはるかに高くなる。

それゆえ、上記の構成によれば、高い位置検出精度が必要とされる移動体の変位においては、より検出分解能が高い第２磁束検出素子が他方の端部で発生する磁束（急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布）を検出する一方、位置検出精度が比較的緩い移動体の変位においては、第１磁束検出素子が、磁石素子から発生する磁束（相対的変位に応じて変化するような磁束密度分布）を検出することになる。

このようにして、上記の構成によれば、磁石素子１つと磁束検出素子２つとを備えた構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となり、小型でかつ低コストにできる磁気センサーを実現することが可能になる。

また、本発明の磁気センサーでは、上記磁石素子は、上記相対的変位の方向に対して傾斜した傾斜面を有することが好ましい。

これにより、磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間の間隔が上記相対的変位により変化するようになり、磁石素子１つと磁束検出素子２つとを備えた構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となり、小型でかつ低コストにできる磁気センサーを実現することが可能になる。

また、本発明の磁気センサーでは、上記磁石素子は、上記傾斜面を有するとともに、その少なくとも一方の端部に、上記相対的変位の方向に平行な平坦面を有することが好ましい。また、磁石素子が上記平坦面を有する端部は、磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が最も小さくなる端部であることが好ましい。ずなわち、上記磁石素子は、該磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が最も小さくなる端部に、上記平坦面を有することが好ましい。

上記の構成によれば、磁石素子は、その少なくとも一方の端部に、相対的変位の方向に平行な平坦面を有しているので、磁石素子が平坦面を有していない場合と比較して、磁石素子の端部近傍にて発生する磁束の磁束密度（急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布を示す）の変化量が大きくなる。それゆえ、上記の構成によれば、高い位置検出精度が必要とされる移動体の変位に対し、第２磁束検出素子がより高い検出分解能で他方の端部で発生する磁束（急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布）を検出することが可能になる。

それゆえ、上記の構成によれば、磁石素子が平坦面を有していない場合と比較して、第２磁束検出素子による位置検出分解能を向上させることが可能になる。

また、上記の構成においては、平坦面は、磁石素子の少なくとも一方の端部に形成されていればよく、磁石素子の相対変位の方向における、一方の端部と他方の端部との両方に平坦面が形成された構成であってもよい。

このような構成であっても、磁石素子が平坦面を有していない場合と比較して、磁石素子の端部近傍にて発生する磁束の磁束密度（急激に磁束密度が上昇するような磁束密度分布を示す）の変化量が大きくなり、位置検出分解能を向上させることが可能になる。

また、本発明の磁気センサーでは、特に、上記磁石素子の平坦面の、相対的変位の方向における長さが１ｍｍであることが好ましい。

また、本発明の磁気センサーでは、上記磁石素子は、上記相対的変位の方向に対して傾斜して第１部材に取り付けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、磁石素子は、上記相対的変位の方向に対して傾斜して第１部材に取り付けられているので、磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が上記相対的変位により変化するようになる。それゆえ、上記の構成によれば、磁石素子１つと磁束検出素子２つとを備えた構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となり、小型でかつ低コストにできる磁気センサーを実現することが可能になる。

本発明のリニアアクチュエータは、上記の課題を解決するために、上述の磁気センサーを備えたリニアアクチュエータであって、第１部材と第２部材との間を相対的に変位させる変位手段と、上記変位手段を電磁駆動する駆動手段とを備えたことを特徴としている。

上記の構成により、磁石素子１つと磁束検出素子２つとを備えた構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となり、小型でかつ低コストにできるリニアアクチュエータを実現することが可能になる。

また、本発明のリニアアクチュエータでは、上記駆動手段は、電磁駆動用のコイルを備え、上記第１部材に設けられた磁石素子は、上記コイルに対し磁束を与えるようになっていることが好ましい。

このように磁気センサー用の磁石素子と電磁駆動用のコイルに磁束を与える磁石素子とを同一の部材にすることにより、リニアアクチュエータの構成がより簡素化し、低コスト化を達成することができる。

本発明の磁気センサーは、以上のように、上記第１部材に磁石素子が設けられているとともに、上記第２部材には、磁石素子から発生する磁束を検出する第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子が設けられており、第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子は、上記磁石素子との間に間隙を有し、その間隙の幅が上記相対的変位により変化するように設けられている構成である。

また、本発明のリニアアクチュエータは、以上のように、上述の磁気センサーを備えたリニアアクチュエータであって、第１部材と第２部材との間を相対的に変位させる変位手段と、上記変位手段を電磁駆動する駆動手段とを備えた構成である。

これにより、磁石素子１つと磁束検出素子２つとを備えた構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となり、小型でかつ低コストにできる磁気センサー及びリニアアクチュエータを実現することが可能になるという効果を奏する。

本実施形態の磁気センサー（以下、本磁気センサーと記す）は、第１部材と第２部材とを備え、両部材間の相対的変位を磁気的に検知するというものである。本磁気センサーは、移動体の位置を検知するために用いられる。第１部材と第２部材との相対的変位と移動体の移動変位とは連動している。すなわち、本磁気センサーは、移動体による移動変位を、第１部材と第２部材との相対的変位として、磁気的に検知することにより、移動体の位置を検出するものである。例えば、図１３に示すように、内部光学系２６がＷＩＤＥ位置からＭＩＤＤＬＥ位置に移動したときに、本磁気センサーは、内部光学系２６の移動による変位（ＷＩＤＥ位置からＭＩＤＤＬＥ位置への変位）を、第１部材と第２部材との相対的変位として、磁気的に検知する。

本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本磁気センサーの要部構成を示し、図１（ａ）は、斜視図であり、図１（ｂ）は、側面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本磁気センサーは、第１部材１４と第２部材１５とを備えたものである。第１部材１４には、マグネット（磁石素子）１１が一体的に取り付けられている。また、第２部材１５には、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３が一体的に取り付けられている。また、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３は、ホール素子からなっている。また、マグネット１１は、第１部材１４の移動方向（矢印１６）対し垂直な磁束を形成する。

マグネット１１と第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３とは、互いに対向するように配置されている。そして、第１部材１４と第２部材１５との間では、互いに相対移動可能になっている。図１では、マグネット１１が取り付けられた第１部材１４が、矢印１６の方向に往復移動可能になっている一方、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３が取り付けられた第２部材１５は、固定されている。

また、本磁気センサーでは、マグネット１１と第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３との間に、間隙１８（図２参照）が形成されるように、第１部材１４及び第２部材１５が配置されている。また、マグネット１１が、第１部材１４の移動方向（相対的変位の方向）（矢印１６）に対し傾斜した傾斜面１７を有している。すなわち、マグネット１１は、矢印１６に対し垂直な側方の方向１９において、略台形形状になっている（図１（ｂ）参照）。これにより、第１部材１４が矢印１６に移動し、その位置が変位すると、間隙１８の高さがその変位に応じて変化するようになる。

本磁気センサーにおいては、第１磁束検出素子１２または第２磁束検出素子１３にて検出される磁束は、第１部材１４の移動方向に応じて変化する間隙１８の高さによって決定される。すなわち、本磁気センサーでは、第１部材１４と第２部材１５との間の相対移動による位置変化に応じて、マグネット１１から発生する磁束の強度が変化するようになる。第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３は、このように変化する磁束の強度を検出する。従って、本磁気センサーでは、第２部材１５に対して第１部材１４が変位すると、その変位に応じて変化した磁束を、第１磁束検出素子１２または第２磁束検出素子１３が検出して、変位信号を出すようになる。

以下、本磁気センサーにおけるマグネット１１から発生する磁束について、図１（ｂ）及び図２に基づいて説明する。図２は、マグネット１１の傾斜面１７から発生する磁束の磁束密度分布を示したグラフである。なお、図２において、横軸はマグネット１１の移動方向（矢印１６）における長さを示す。縦軸は磁束密度を示している。また、図２では、マグネット１１の移動方向（矢印１６）における長さ（マグネット長）は、８ｍｍである。また、図１（ｂ）には、傾斜面１７から発生する磁束の磁束密度分布を分かりやすくするために、マグネット端を示している。

図２に示すように、マグネット端１１ａの約１ｍｍ内側からマグネット端１１ｂの約１ｍｍまでの領域ｄ１における磁束密度は、緩やかに変化するような分布を示す。この磁束密度の分布は、第１部材１４の移動方向に応じて変化する間隙１８の高さに依存した分布である。

一方、マグネット端１１ｂから約０．５ｍｍの領域ｄ２における磁束密度は、急激に変化するような分布になっている。すなわち、領域ｄ２における磁束密度は、上記領域ｄ１における磁束密度よりも、変化が大きくなっている。

本磁気センサーは、このような領域ｄ１と領域ｄ２とにおける磁束密度変化（磁束密度分布）の違いを利用したものである。

図１３に示すように、移動光学系２６の位置検出精度が場所により異なる場合、本磁気センサーでは、移動光学系２６の位置検出精度が比較的緩いＷｉｄｅ位置からＭｉｄｄｌｅ位置にかけては、領域ｄ１における磁束密度変化を利用している。その一方で、移動光学系２６に高い位置検出精度が要求されるＭｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ位置にかけては、領域ｄ２における磁束密度変化を利用している。こうすることで、マグネット１つと特性が同じである磁束検出素子２つの構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能になる。それゆえ、小型でかつ低コストにできる磁気センサーを実現することが可能になる。

以下、本磁気センサーによる位置検出方法について、図３〜図６に基づいて、説明する。図３は、内部光学系がＷｉｄｅ端位置に移動したときの、マグネット１１と、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３の位置関係を示した側面図である。図４は、内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置に移動したときの、マグネット１１と、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３の位置関係を示した側面図である。図５は、内部光学系がＴｅｌｅ端位置に移動したときの、マグネット１１と、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３の位置関係を示した側面図である。図６は、図３〜図５のマグネット１１と第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３との位置関係と、図２に示すマグネット１１の磁束密度分布とを対応させたグラフである。なお、図３〜図６において、Ａ、Ａ’は、内部光学系がＷｉｄｅ端位置に移動したときの第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位を示しており、Ｂ、Ｂ’は、内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置に移動したときの第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位を示しており、Ｃ、Ｃ’は、内部光学系がＴｅｌｅ端位置に移動したときの第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位を示している。また、Ａ、Ｂ、Ｃは第１磁束検出素子１２の位置に相当し、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’は第２磁束検出素子１３の位置に相当する。

図３に示すように、内部光学系がＷｉｄｅ端位置に移動したとき、第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位は、第１磁束検出素子１２が位置Ａに配置される一方、第２磁束検出素子１３が位置Ａ’に配置されるような変位となる。第１磁束検出素子１２が配置された位置Ａは、領域ｄ１内にある。一方、第２磁束検出素子１３が配置された位置Ａ’は、領域ｄ１及び領域ｄ２から外れた位置にある。このとき、図６に示すように、第１磁束検出素子１２は、領域ｄ１内の位置Ａに対応する磁束密度を検出する。そして、磁束検出素子１２は、この磁束密度に比例した検出信号を出力する。一方、第２磁束検出素子１３は、領域ｄ１及び領域ｄ２から外れた位置Ａ’における磁束密度を検出することになる。しかしながら、図６に示すように、位置Ａ’における磁束密度はほぼ０である。このため、第２磁束検出素子１３の信号出力は、ほぼ０となっている。

次に、図４の位置に第１部材１４が移動したときについて説明を行う。図４に示すように、内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置に移動したとき、第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位は、第１磁束検出素子１２が位置Ｂに配置される一方、第２磁束検出素子１３が位置Ｂ’に配置されるような変位となる。第１磁束検出素子１２が配置された位置Ｂは、領域ｄ１内にある。一方、第２磁束検出素子１３が配置された位置Ｂ’は、領域ｄ２内にある。このとき、図６に示すように、第１磁束検出素子１２は、領域ｄ１内の位置Ｂに対応する磁束密度を検出する。そして、磁束検出素子１２は、この磁束密度に比例した検出信号を出力する。一方、第２磁束検出素子１３は、領域ｄ２内にある位置Ｂ’における磁束密度を検出することになる。しかしながら、図６に示すように、位置Ｂ’における磁束密度はほぼ０である。このため、第２磁束検出素子１３の信号出力は、ほぼ０となっている。

続いて、図５の位置に第１部材１４が移動したときについて説明を行う。図５に示すように、内部光学系がＴｅｌｅ端位置に移動したとき、第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位は、第１磁束検出素子１２が位置Ｃに配置される一方、第２磁束検出素子１３が位置Ｃ’に配置されるような変位となる。第１磁束検出素子１２が配置された位置Ｃは、領域ｄ１内にある。一方、第２磁束検出素子１３が配置された位置Ｃ’は、領域ｄ２内にある。このとき、図６に示すように、第１磁束検出素子１２は、領域ｄ１内の位置Ｃに対応する磁束密度を検出する。そして、第１磁束検出素子１２は、この磁束密度に比例した検出信号を出力する。ただし、この場合、図６に示すように、位置Ｂと位置Ｃとでは、磁束密度の変化量が少ない。このため、第１磁束検出素子１２は、高い位置検出分解能で磁束密度を検出することができない。

一方、第２磁束検出素子１３は、領域ｄ２内にある位置Ｃ’における磁束密度を検出することになる。図６に示すように、Ｂ’位置とＣ’位置とで磁束密度が急激に変化している。それゆえ、第２磁束検出素子１３は、高い位置検出分解能で磁束密度を検出することが可能になる。

つまり、本磁気センサーでは、内部光学系がＷｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置へ移動したとき、第１部材１４の移動により、第１磁束検出素子１２は領域ｄ１内にある位置Ａから位置Ｂへ相対的変位する。第１磁束検出素子１２がこの変位に応じた磁束密度を検出する。このとき、第２磁束検出素子１３は位置Ａ’から位置Ｂ’へ相対的変位する。図６に示すように、位置Ａ’から位置Ｂ’においては磁束密度がほぼ０になっているので、第２磁束検出素子１３の信号出力はほぼ０である。その結果、内部光学系がＷｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置まで移動する間、第１磁束検出素子１２が磁束密度を検出することで、内部光学系の位置が検出される。

一方、内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置へ移動したとき、第１部材１４の移動により、第２磁束検出素子１３は領域ｄ２内にある位置Ｂ’から位置Ｃ’へ相対的変位する。第２磁束検出素子１３がこの変位に応じた磁束密度を検出する。このとき、第１磁束検出素子１２は位置Ｂから位置Ｃへ相対的変位する。図６に示すように、位置Ｂと位置Ｃとでは、磁束密度の変化量が少ない。このため、第１磁束検出素子１２は、高い位置検出分解能で磁束密度を検出することができない。その結果、内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置まで移動する間、第２磁束検出素子１３が磁束密度を検出することで、内部光学系の位置が検出される。

このように、本磁気センサーでは、比較的位置検出精度が緩いＷｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置までの内部光学系の変位に対しては、第１磁束検出素子１２により位置Ａ〜位置Ｂ（領域ｄ１）までの位置検出を行う一方、高い位置検出精度が必要とされるＭｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置までの内部光学系の変位に対しては、第２磁束検出素子１３により位置Ｂ’〜位置Ｃ’（領域ｄ２）までの位置検出を行う。

また、領域ｄ２における磁束密度の変化は、領域ｄ１における磁束密度の変化よりも大きくなっている。すなわち、領域ｄ２における磁束密度の検出分解能は、領域ｄ１における磁束密度の検出分解能よりもはるかに高くなっている。本磁気センサーでは、磁束密度の検出分解能が低い領域ｄ１内での相対的変位を磁気的に検出することにより、Ｗｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置へ移動する内部光学系の位置を検出している。また、磁束密度の検出分解能が高い領域ｄ２内での相対的変位を磁気的に検出することにより、Ｍｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置へ移動する内部光学系の位置を検出している。

こうすることで、マグネット１つと特性が同じである磁束検出素子２つの構成で、位置検出精度の異なる２種類の位置センサーを得ることが可能となる。それゆえ、小型でかつ低コストにできる磁気センサーを実現することが可能になる。

また、本磁気センサーでは第１部材１４が移動する構成としている。しかしながら、本磁気センサーは、第１部材１４と第２部材１５との間の相対的変位を磁気的に検出できるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、第１部材１４が固定されている一方、第２部材１５が移動する構成であっても、まったく同じ効果が得られる。

また、本磁気センサーでは、第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３がそれぞれ、２つの筐体に分かれて配置されている構成であった。しかしながら、本磁気センサーは、この構成に限定されるものではない。例えば、第１磁束検出素子１２と第２磁束検出素子１３とが１つの筐体内に配置された構成であってもよい。この場合、磁気センサーの製造時に、１つの筐体内部に２つの磁束検出素子（第１磁束検出素子１２及び第２磁束検出素子１３）が予め位置決めされることになる。このため、２つの磁束検出素子の位置精度が向上するという効果が得られる。

また、図１に示される本磁気センサーでは、マグネット１１が、マグネット端１１ａからマグネット端１１ｂに渡って傾斜した傾斜面１７を有する構成であった。しかしながら、本磁気センサーにおけるマグネットは、図１に示される構成に限定されるものではなく、傾斜面に加え、マグネット端に平坦面を有する構成であってもよい。以下、マグネット端に平坦面を有するマグネットについて、図７に基づいて説明する。

図７は、傾斜面に加えマグネット端に平坦面を有するマグネットの別の構成を示す側面図であり、図７（ａ）は、平坦面を有していないマグネット（すなわち、図１に示されるマグネット）を示し、図７（ｂ）は、移動方向における長さが１ｍｍである平坦面を有するマグネットを示し、図７（ｃ）は、移動方向における長さが２ｍｍである平坦面を有するマグネットを示す。

なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されたマグネットは、何れもマグネット長が８ｍｍであり、一方のマグネット端（マグネット端１１ａ・３１ａ・３２ａ）の高さが０．８ｍｍであり、他方のマグネット端（マグネット端１１ｂ・３１ｂ・３２ｂ）の高さが１．２ｍｍである。また、図７（ａ）〜図７（ｃ）には、マグネットが取り付けられた第１部材の移動方向（矢印１６）を付記している。

図７（ｂ）に示すように、マグネット３１は、移動方向（矢印１６）に対して傾斜した傾斜面３７を有するとともに、マグネット端３１ｂ（磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が最も小さくなる端部）に、移動方向に平行な平坦面３８を有している。また、移動方向における平坦面３８の長さは、１ｍｍとなっている。この平坦面３８の長さは、図２におけるマグネット端１１ｂから領域ｄ１の１端部（マグネット端１１ｂ側の端部）までの距離と等しい。

また、図７（ｃ）に示されたマグネット３２は、図７（ｂ）に示されたマグネット３１と同様に、移動方向（矢印１６）に対して傾斜した傾斜面３７’を有するとともに、移動方向に平行な平坦面３８’を有する構成になっている。図７（ｂ）に示されたマグネット３２と異なる点は、移動方向における平坦面３８’の長さが２ｍｍである点である。

以下、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されたマグネットについて、発生する磁束密度の分布を比較した結果を説明する。

まず、図７（ａ）に示されたマグネット１１と図７（ｂ）に示されたマグネット３１とについて、発生する磁束密度の分布を比較した結果を、図８に基づいて、説明する。図８は、図７（ａ）に示されたマグネット１１と図７（ｂ）に示されたマグネット３１とについて、磁束密度を比較した結果を示すグラフである。なお、図８において、符号４１で示されたグラフがマグネット１１から発生する磁束密度の分布を示すグラフであり、符号４２に示されたグラフがマグネット３１から発生する磁束密度の分布を示すグラフである。

また、図８では、マグネット１１の領域ｄ２における磁束密度の変化量をＴａとし、マグネット３１の領域ｄ２における磁束密度の変化量をＴｂとしている。同図に示すように、マグネット３１の領域ｄ２における磁束密度の変化量Ｔｂは、マグネット１１の領域ｄ２における磁束密度の変化量Ｔａよりも大きくなっている。このことから、マグネット３１を備えた本磁気センサーでは、領域ｄ２における位置検出精度がさらに向上することがわかる。すなわち、マグネット３１を備えた本磁気センサーでは、領域ｄ２における磁束密度の検出分解能がさらに高くなっているため、Ｍｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置へ移動する内部光学系の位置をより高精度に検出することが可能になる。

なお、図７（ｂ）に示された構成は、マグネット端３１ｂ側に平坦面が形成された構成である。しかしながら、本磁気センサーにおいては、平坦面がマグネット端３１ａ側に形成された構成、あるいは、平坦面がマグネット端３１ａ側とマグネット端３１ｂ側との両側に平坦面が形成された構成であってもよい。このような構成であっても、位置検出分解能を向上させ、内部光学系の位置をより高精度に検出することが可能になる。

続いて、図７（ｂ）に示されたマグネットと図７（ｃ）に示されたマグネットとについて、発生する磁束密度の分布を比較した結果を、図９に基づいて、説明する。図９は、図７（ｂ）に示されたマグネットと図７（ｃ）に示されたマグネットとについて、磁束密度を比較した結果を示すグラフである。なお、図９において、符号４３に示されたグラフが図７（ｃ）に示されたマグネットから発生する磁束密度の分布を示すグラフである。また、図９では、マグネット３２の領域ｄ２における磁束密度の変化量をＴｃとしている。

図９に示すように、マグネット３２の領域ｄ２における磁束密度の変化量Ｔｃは、マグネット３１の領域ｄ２における磁束密度の変化量Ｔｂよりも小さくなっている。さらに、マグネット３２の領域ｄ１においては、磁束密度が大きく変化する箇所が存在する。このため、マグネット３２を備えた磁気センサーでは、第１磁束検出素子により領域ｄ１の磁束検出を行う際に障害になる。すなわち、マグネット３２を備えた本磁気センサーでは、領域ｄ１における磁束密度大きく変化する箇所が存在するため、Ｗｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置へ移動する内部光学系の位置を検出・制御する上で障害となる。

この図９に示された比較結果から、Ｗｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置へ移動する内部光学系の位置と、Ｍｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置へ移動する内部光学系の位置との双方を良好に検出する上で、平坦面の長さは略１ｍｍ程度であることが望ましいといえる。

また、本磁気センサーでは、マグネット１１が第１部材１４の移動方向に対し傾斜した傾斜面を有した構成であったが、マグネットと第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間の間隙の高さが、第１部材と第２部材との間の相対的変位に応じて変化するような構成であればよい。例えば、磁石素子が第１部材の移動方向に対し傾斜して取り付けられた構成であってもよい。

以下、磁石素子が第１部材の移動方向に対し傾斜して取り付けられた別の構成について、図１０に基づいて説明する。

図１０に示すように、本磁気センサーは、第１部材１４’と第２部材１５’とを備えたものである。第１部材１４’には、マグネット１１’が一体的に取り付けられている。また、第２部材１５’には、第１磁束検出素子１２’及び第２磁束検出素子１３’が一体的に取り付けられている。

図１０に示す磁気センサーにおいては、マグネット１１’は、図１（ｂ）に示すような略台形形状ではなく、平板形状である。マグネット１１’の平面２０は、第１部材１４’におけるマグネット１１’が取り付けられた面と平行になっている。そして、マグネット１１’は、第１部材１４’の移動方向（相対的変位の方向）（矢印１６’）に対して傾斜して取り付けられている。すなわち、本磁気センサーでは、マグネット１１’が設けられた第１部材１４’が、その移動方向に対し傾斜して配置されている。なお、図１０では、マグネット１１’の傾斜の状態をより分かりやすくするために、第１部材１４’の移動方向に平行な基準面を点線として示している。

一方、第１磁束検出素子１２’及び第２磁束検出素子１３’は、第１部材１４’の移動方向（矢印１６’）に対して平行に取り付けられている。

図１０に示された構成においても、第１部材１４’が矢印１６’の方向に移動し、その位置が変位すると、マグネット１１’と第１磁束検出素子１２’及び第２磁束検出素子１３’との間隙の高さがその変位に応じて変化するようになる。また、図９の構成では、マグネット１１’の形状が図１に示すマグネット１１の形状よりも簡単になるため、低コスト化が可能となる。

図１０に示された本磁気センサーにおけるマグネット１１’の平面２０から発生する磁束について、図１１に基づいて説明する。図１１は、マグネット１１’の平面２０から発生する磁束の磁束密度分布を示したグラフである。

マグネット１１’の平面２０には、第１部材１４’の移動方向に応じて磁束密度が緩やかに変化する分布を示す領域（領域ｄ１）と、マグネット端近傍の磁束密度が急激に変化する分布を示す領域（領域ｄ２）とがみられる。

それゆえ、図１０に示された本磁気センサーにおいても、このような領域ｄ１と領域ｄ２とにおける磁束密度変化（磁束密度分布）の違いを利用することが可能である。そして、Ｗｉｄｅ端位置からＭｉｄｄｌｅ位置へ移動する内部光学系の位置と、Ｍｉｄｄｌｅ位置からＴｅｌｅ端位置へ移動する内部光学系の位置との双方を良好に検出することが可能になる。

次に、本磁気センサーを備えたリニアアクチュエータの構成の一例について、図１２に基づいて、以下に説明する。図１２は、本磁気センサーを備えたリニアアクチュエータ（以下、本リニアアクチュエータと記す）の構成を示す斜視図である。

図１２に示すように、本リニアアクチュエータは、光学部品を保持するレンズホルダ（変位手段）２１、主軸（変位手段）２２、副軸（変位手段）２３、コイル（駆動手段）２４を備えている。主軸２２及び副軸２３は、レンズホルダ２１を１軸方向に移動可能に支持する主軸及び副軸である。また、コイル２４はレンズホルダ２１を電磁駆動するためのコイルである。

コイル２４がレンズホルダ２１を電磁駆動すると、コイル２４とマグネット１１との間に電磁駆動力が発生する。これにより、マグネット１１と一体に取り付けられたレンズホルダ２１が、主軸２２及び副軸２３の支持方向(図８に記載の「移動方向」)に移動する。

なお、図８においては、磁気センサーに備えられたマグネット１１は、位置検出用の磁束を発生させると同時に、電磁駆動用のコイル２４に対して磁束を与えている。このように磁気センサー用のマグネットとコイル２４に磁束を与える電磁駆動用のマグネットとを同一の部材（マグネット１１）にすることにより、リニアアクチュエータの構成がより簡素化し、低コスト化を達成することができる。

本発明の磁気センサーは、以下の特徴を有する構成であるともいえる。

すなわち、本発明の磁気センサーは、第１部材と第２部材のいずれか一方に取り付けられたマグネットと、他方に設けられた第１、および第２磁束検出素子とからなる磁気センサーにおいて、第１部材と第２部材の相対移動により上記マグネットと上記第１第２磁束検出素子の間隔が変化する構成であるともいえる。

この場合、上記マグネットが台形状となっていることが好ましく、さらにこのマグネットの１端部に１ｍｍの平坦部を有することが好ましい。

すなわち、上記磁石素子は第１部材と第２部材の相対的変位により間隔が可変するように傾斜面を有しているとともに、少なくとも１端部に平坦部を有していることが好ましい。

さらに、上記マグネットが第１部材と第２部材の相対移動経路に対して傾斜して取り付けられていることが好ましい。

また、本発明のリニアアクチュエータは、上記第１部材もしくは上記第２部材のいずれかを移動させる電磁駆動用マグネットと、上記マグネットが同一である構成であるともいえる。

本発明の磁気センサーは、移動体の位置検出精度がズーム位置により異なっているカメラ等の装置全般に適用することが可能であり、簡単な構成で必要な精度で位置検出を行うことが可能となる。特に、電磁駆動型リニアアクチュエータ、圧電駆動型アクチュエータに好適な磁束検出素子を用いた位置センサーに適用できる。

本発明の一実施形態の磁気センサーの要部構成を示し、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、側面図である。 図１に示した磁気センサーにおける、マグネットの傾斜面から発生する磁束の磁束密度分布を示したグラフである。 内部光学系がＷｉｄｅ端位置に移動したときの、マグネットと、第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子の位置関係を示した側面図である。 内部光学系がＭｉｄｄｌｅ位置に移動したときの、マグネットと、第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子の位置関係を示した側面図である。 内部光学系がＴｅｌｅ端位置に移動したときの、マグネットと、第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子の位置関係を示した側面図である。 図３〜図５のマグネットと第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との位置関係と、図２に示すマグネットの磁束密度分布とを対応させたグラフである。 傾斜面に加えマグネット端に平坦面を有するマグネットの別の構成を示す側面図であり、（ａ）は、平坦面を有していないマグネットを示し、（ｂ）は、移動方向における長さが１ｍｍである平坦面を有するマグネットを示し、（ｃ）は、移動方向における長さが２ｍｍである平坦面を有するマグネットを示す。 図７（ａ）に示されたマグネットと図７（ｂ）に示されたマグネットとについて、磁束密度を比較した結果を示すグラフである。 図７（ｂ）に示されたマグネットと図７（ｃ）に示されたマグネットとについて、磁束密度を比較した結果を示すグラフである。 本発明の磁気センサーの別の構成を示す斜視図である。 図１０に示した磁気センサーにおける、マグネットの平面から発生する磁束の磁束密度分布を示したグラフである。 本発明の一実施形態の磁気センサーを備えたリニアアクチュエータの構成を示す斜視図である。 光学ズーム機構を有したカメラ光学系の部品配置の一例を示す説明図であり、（ａ）は、光ズームが最大広角倍率に設定された場合における部品配置を示し、（ｂ）は、光ズームが最大広角倍率と最大望遠倍率との中間倍率に設定された場合における部品配置の一例を示し、（ｃ）は、光ズームが最大望遠倍率に設定された場合における部品配置の一例を示す。

符号の説明

１１，３１，３２ マグネット（磁石素子）
１２ 第１磁束検出素子
１３ 第２磁束検出素子
１４ 第１部材
１５ 第２部材
１７，３７，３７’ 傾斜面
３８，３８’ 平坦面
２１ レンズホルダ（変位手段）
２２ 主軸（変位手段）
２３ 副軸（変位手段）
２４ コイル（駆動手段）
２５ 固定光学系
２６ 移動光学系
２７ その他の光学系
４１ 磁束強度分布を示すグラフ
４２ 磁束強度分布を示すグラフ
４３ 磁束強度分布を示すグラフ

Claims (9)

1. 第１部材と第２部材とを備え、両部材間の相対的変位を磁気的に検知する磁気センサーであって、
   上記第１部材に磁石素子が設けられているとともに、上記第２部材には、磁石素子から発生する磁束を検出する第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子が設けられており、
   磁石素子は、該磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が上記相対的変位により変化するように設けられていることを特徴とする磁気センサー。
2. 上記第２磁束検出素子は、上記相対的変位により第１磁束検出素子が磁石素子の一方の端部に位置したときに、磁石素子の他方の端部に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサー。
3. 上記磁石素子は、上記相対的変位の方向に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサー。
4. 上記磁石素子は、上記傾斜面を有するとともに、その少なくとも一方の端部に、上記相対的変位の方向に平行な平坦面を有することを特徴とする請求項３に記載の磁気センサー。
5. 上記磁石素子は、該磁石素子と第１磁束検出素子及び第２磁束検出素子との間隔が最も小さくなる端部に、上記平坦面を有することを特徴とする請求項４に記載の磁気センサー。
6. 上記磁石素子の平坦面の、相対的変位の方向における長さが１ｍｍであることを特徴とする請求項４または５に記載の磁気センサー。
7. 上記磁石素子は、上記相対的変位の方向に対して傾斜して第１部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサー。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の磁気センサーを備えたリニアアクチュエータであって、
   第１部材と第２部材との間を相対的に変位させる変位手段と、
   上記変位手段を電磁駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするリニアアクチュエータ。
9. 上記駆動手段は、電磁駆動用のコイルを備え、
   上記第１部材に設けられた磁石素子は、上記コイルに対し磁束を与えるようになっていることを特徴とする請求項８に記載のリニアアクチュエータ。

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