JP2008180560A - 位置検出回路及びその応用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 個体ばらつきと磁界変化検出素子の温度特性による位置検出の誤差の影響を容易に抑制でき、検出精度を向上させた位置検出回路及びその応用装置を提供する。
【解決手段】 離散して配置される一対のホール素子２ａ，２ｂと、前記一対のホール素子からの各出力に、ゲインを掛けて出力する２つのＶＣＡ（ゲイン調節器）３ａ，３ｂと、前記ＶＣＡからの各出力の差を求め、位置信号ΔＶとして出力する減算増幅器４と、前記ＶＣＡからの各出力の加算値を求める加算増幅器５と、前記加算増幅器の出力が一定になるように、前記ＶＣＡのゲインを調節する設定回路６とを備えて位置検出回路を構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、物体間の相対位置を検知する位置検出回路、及び当該位置検出回路を用いた応用装置に関する。

物体間の相対位置を検知する方式として、比較的安価という観点から永久磁石とホール素子（磁界変化検出素子）を用いた検出方式が多く利用されている。その際、ホール素子は温度特性を持っているため、環境温度が変化した際に、ホール素子の感度が変化し位置検出精度が低下してしまうという問題がある。この問題を解決するために、特開平７−１８１５５７号（特許文献１）には、ホール素子の温度特性と逆極性の温度特性を有するトランジスタと分圧抵抗及び調整抵抗から構成され、ホール素子の駆動電源の電流を温度変化に応じて変化させる温度補正手段が開示されている。
特開平７−１８１５５７号公報

しかしながら、上記特許文献１開示のものではホール素子の温度特性の補正を行うことは可能であるが、位置検出に用いる磁石の個体毎のばらつきが検出精度に影響するという観点については考慮がなされていない。より高い精度で位置検出を行うためには、位置検出に用いる磁石の個体ばらつきを考慮することが好ましく、そのためには個体毎のばらつきに応じて個々に補正を行う必要がある。しかしながら、個々に補正を行う作業は非常に手間と時間が掛かるため、より簡単に磁石の個体ばらつきの補正を行う補正方法、及び位置検出方法が望まれる。

本発明は、従来の位置検出手法における上記問題点を解消するためになされたもので、容易に個体ばらつきと磁界変化検出素子の温度特性による位置検出の誤差の影響を抑制でき、検出精度を向上させた位置検出回路及びその応用装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、離散して配置され、対向して配置される磁界発生手段が生成する磁界の強さに応じた信号を出力する複数の磁界変化検出素子と、一方の前記磁界変化検出素子からの出力と他方の前記磁界変化検出素子からの出力との和を所定の一定値とするための補正パラメータを演算する補正パラメータ演算部と、前記一方の磁界変化検出素子からの出力と前記他方の磁界変化検出素子からの出力との出力差と前記補正パラメータとに基づき、前記磁界発生手段と前記磁界変化検出素子との相対的な位置関係を演算し出力する位置演算部とを備えて位置検出回路を構成するものである。

この請求項１に係る発明に対応する実施例には、実施例１〜４が対応する。なお、磁界発生手段は永久磁石、磁界変化検出素子はホール素子、補正パラメータ演算部は加算増幅器及び積分回路、位置演算部はゲイン調節器及び減算増幅器にそれぞれ対応する。
このように構成した位置検出回路では、一方の磁界変化検出素子からの出力と他方の磁界変化検出素子からの出力との出力差と、一方の磁界変化検出素子からの出力と他方の磁界変化検出素子からの出力との和を所定の一定値とするための補正パラメータとに基づき、磁界発生手段と磁界変化検出素子との相対的な位置関係が演算され出力される。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る位置検出回路において、前記位置演算部は、前記一方の磁界変化検出素子からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛ける第１のゲイン調節器と、前記他方の磁界変化検出素子からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛ける第２のゲイン調節器と、前記第１及び第２のゲイン調節器の各出力の差を演算し、前記相対的な位置関係を表す信号として出力する減算増幅器とを備え、前記補正パラメータ演算部は、前記第１及び第２のゲイン調節器の各々からの出力の和を所定の一定値とするように前記補正パラメータを演算することを特徴とするものである。

この請求項２に係る発明に対応する実施例には、実施例１及び３が対応する。このように構成した位置検出回路では、一方の磁界変化検出素子及び他方の磁界変化検出素子からのそれぞれの出力に対して補正パラメータに応じたゲインが掛けられ、ゲインが掛けられた一方の磁界変化検出素子及び他方の磁界変化検出素子からのそれぞれの各出力の差が演算され、相対的な位置関係を表す信号として出力される。ここで、補正パラメータは、ゲインが掛けられた、一方の磁界変化検出素子及び他方の磁界変化検出素子からのそれぞれの出力の和を所定の一定値とするように演算される。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る位置検出回路において、前記位置演算部は、前記出力差を演算する減算増幅器と、前記減算増幅器からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛けるゲイン調節器とを備えることを特徴とするものである。

この請求項３に係る発明に対応する実施例には、実施例２及び４が対応する。このように構成した位置検出回路では、一方の磁界変化検出素子からの出力と他方の磁界変化検出素子からの出力との出力差が演算され、この出力差に対して補正パラメータに応じたゲインが掛けられ、磁界発生手段と磁界変化検出素子との相対的な位置関係が演算され出力される。

請求項４に係る発明は、請求項１に係る位置検出回路において、前記一方及び他方の磁界変化検出素子からの各出力をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を更に備え、前記位置演算部及び補正パラメータ演算部は各々、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に対して演算を実行することを特徴とするものである。

この請求項４に係る発明に対応する実施例には、実施例３及び４が対応する。このように構成した位置検出回路では、一方及び他方の磁界変化検出素子からの各出力はそれぞれデジタル信号に変換され、これらデジタル信号に対して位置演算部及び補正パラメータ演算部による演算が実行される。

請求項５に係る発明は、対物レンズを保持するレンズ鏡筒と、前記レンズ鏡筒を移動可能に支持する支持腕と、前記支持腕に対する前記レンズ鏡筒の位置を調節する調節部と、前記レンズ鏡筒又は前記支持腕の一方に取り付けられ、磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段に対向する、前記レンズ鏡筒又は前記支持腕のいずれか他方の側面に配置された請求項１〜４のいずれか１項に係る位置検出回路とを備えて顕微鏡を構成するものである。

この請求項５に係る発明の実施例には、実施例５が対応する。このように構成された顕微鏡においては、レンズ鏡筒と支持腕との相対的な位置が演算され出力される。

請求項６に係る発明は、撮像装置のぶれ補正装置であって、撮影レンズ又は前記撮影レンズを介して入射される被写体像を電気信号に変換する撮像素子のいずれか一方を前記撮像装置の筐体に対して移動可能に保持する可動保持部と、前記可動保持部又は前記筐体に対して固定された部材のいずれか一方に取り付けられ、磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界発生手段に対向する、前記可動保持部又は前記筐体に対して固定された部材のいずれか他方の側面に配置された請求項１〜４のいずれか１項に係る位置検出回路と、前記筐体のぶれ量を計測するぶれ量計測手段と、前記位置演算部からの出力に基づき、前記ぶれ量を相殺するように前記可動保持部を移動させる移動制御手段とを有して撮像装置のぶれ補正装置を構成するものである。

この請求項６に係る発明の実施例には、実施例６が対応する。なお、可動保持部は可動基板、磁界発生手段は永久磁石、ぶれ量計測手段はジャイロセンサ、移動量制御手段は移動制御部にそれぞれ対応する。
このように構成された撮像装置のぶれ補正装置においては、位置演算部からの出力に基づき、筐体のぶれ量を相殺するように可動保持部が移動させられる。

請求項１から請求項４に係る発明によれば、容易に個体ばらつきと磁界変化検出素子の温度特性による位置検出誤差の影響を抑制でき、位置検出精度が向上する。更に、個々の磁界変化検出素子について補正を行う必要がないので補正作業に要する手間と時間が削減できる。また、請求項５に係る発明によれば、容易に個体ばらつきと磁界変化検出素子の温度特性による位置検出誤差の影響を抑制でき、容易に高い精度でレンズ鏡筒の位置検出を行うことができる。また、請求項６に係る発明によれば、容易に個体ばらつきと磁界変化検出素子の温度特性による位置検出誤差の影響を抑制し、高い精度で撮像素子の位置を検出できるので、容易に高い精度でぶれ補正を行うことができる。

次に、この発明を実施するための最良の形態について説明する。

まず、本発明に係る位置検出回路の実施例１について説明する。図１は、実施例１に係る位置検出回路の構成を示すブロック図であり、図２及び図３は、位置検出に用いる構成要素の物理的な配置の斜視図及び上面図である。次に、各図に示された構成について説明する。この実施例では、磁界変化検出素子にはホール素子２ａ，２ｂを、ゲイン調節器にはＶＣＡ３ａ，３ｂを用い、磁力発生体には方形状の永久磁石７を用いるものとする。図１に示すように、この実施例に係る位置検出回路は、ホール素子２ａ，２ｂと、ホール素子信号処理回路１を備えている。更に、ホール素子信号処理回路１はＶＣＡ３ａ，３ｂと、減算増幅器４と、加算増幅器５と、設定回路６とを備えており、設定回路６は、積分回路６ａと基準電圧６ｂにより構成されている。

ここで、ホール素子２ａ，２ｂは、図２及び図３に示すように、ｘ軸方向に離散して配置された１つのホール素子対とする。永久磁石７は、一対のホール素子２ａ，２ｂの中心を通る軸上に永久磁石７の中心が位置するように、一対のホール素子２ａ，２ｂと対向して取り付けられている。ここで、永久磁石７の中心とは、永久磁石７の一対のホール素子２ａ，２ｂと対向する面における二つの対角線が交わる点である。また、永久磁石７はｚ軸方向の上面側がＮ極、ｚ軸方向の下面側がＳ極に磁化されている。なお、Ｎ極とＳ極の配置は回路設計の変更により、Ｎ極側をｚ軸方向の下面側、Ｓ極側をｚ軸方向の上面側とすることも可能である。この永久磁石７の移動による磁界の変化によって、一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，Ｖhbが変化する。

ＶＣＡ３ａ，３ｂは、一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，ＶhbをＶＣＡ３ａ，３ｂのゲイン倍に増幅し、出力信号Ｖoa，Ｖobを出力する。減算増幅器４は、ＶＣＡ３ａ，３ｂの各出力信号Ｖoa，Ｖobの差を減算増幅器４のゲイン倍に増幅し、位置信号ΔＶとして出力する。加算増幅器５は、ＶＣＡ３ａ，３ｂの各出力信号Ｖoa，Ｖobの和を加算増幅器５のゲイン倍に増幅して出力する。積分回路６ａには、加算増幅器５の出力信号、及び所定の値に設定された一定の基準電圧６ｂが入力されており、積分回路６ａは基準電圧６ｂを基に加算増幅器５の出力信号を積分し、積分結果をＶＣＡ３ａ，３ｂにフィードバックさせている。

次に、このように構成された実施例１に係る位置検出回路の動作について説明する。一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，Ｖhbは、それぞれＶＣＡ３ａ，３ｂに入力される。ＶＣＡ３ａ，３ｂでは、一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，ＶhbにＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを掛けた出力信号Ｖoa＝α・Ｖha，Ｖob＝α・Ｖhbを、減算増幅器４及び加算増幅器５に出力する。減算増幅器４では、ＶＣＡ３ａ，３ｂの各出力信号Ｖoa，Ｖobの差を減算増幅器４のゲインβ倍に増幅し、ΔＶ＝β（Ｖoa−Ｖob）＝β・α（Ｖha−Ｖhb）を位置信号として出力する。また、加算増幅器５では、ＶＣＡ３ａ，３ｂの各出力信号Ｖoa，Ｖobの和を加算増幅器５のゲインγ倍に増幅して、γ（Ｖoa＋Ｖob）＝γ・α（Ｖha＋Ｖhb）を積分回路６ａに出力する。積分回路６ａには、加算増幅器５の出力信号γ（Ｖoa＋Ｖob），及び一定の基準電圧６ｂが入力されており、積分回路６ａは基準電圧６ｂを基に加算増幅器５の出力信号を積分し、積分信号をＶＣＡ３ａ，３ｂにフィードバックさせてＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを調節する。

より詳細には、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインの調節は、基準電圧６ｂと加算増幅器５の出力信号を比較し、基準電圧６ｂの方が大きい場合には、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを大きくする方向にフィードバック制御し、逆に基準電圧６ｂよりも加算増幅器５の出力信号の方が大きい場合には、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを小さくする方向にフィードバック制御する。

このように、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを積分回路６ａの出力信号によって、加算増幅器５の出力信号（Ｖoa，Ｖobの和）が一定となるようにフィードバック制御することにより、減算増幅器４の出力信号ΔＶを標準化するように調整を行うことができ、一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号を線形性のよい位置信号として出力できる。

次に、このように加算増幅器５の出力信号が一定となるようにフィードバック制御し、減算増幅器４の出力信号を位置信号として出力することにより、磁石の個体ばらつきによる位置検出誤差の影響を容易に抑制できることを説明する。使用する磁石をｎとして、当該磁石が所定の位置Ｘにある場合のＶＣＡ３ａ，３ｂの出力信号Ｖoa，Ｖobは、次式（１），（２）のように表すことができる。
Ｖoa(n) ＝α(n) ×Ｖha(n) ＝α(n) ×η(n) ×Ｖa0 ・・・・・・・（１）
Ｖob(n) ＝α(n) ×Ｖhb(n) ＝α(n) ×η(n) ×Ｖb0 ・・・・・・・（２）
ここで、α(n）はＶＣＡ３ａ，３ｂのゲイン、Ｖha(n) ，Ｖhb(n) は一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号、η(n) は標準磁石に対する使用磁石の残留磁束密度係数（残留磁束密度の比）、Ｖa0，Ｖb0は標準磁石が所定の位置にあるときの一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号を示す。なお、ホール素子の出力は位置Ｘによっても変化する関数であるが、ここでは磁石の個体ばらつきの影響についてのみ着目するために省略した。

このとき、加算増幅器5 の出力信号を一定とするように制御しているため、ηの特性が異なる磁石ｉと、磁石ｊを使用した際の加算増幅器５の出力信号の関係は次式（３）のようになる。
Ｖoa(i) ＋Ｖob(i) ＝Ｖoa(j) ＋Ｖob(j) ・・・・・・・・・（３）
（３）式に（１）式、（２）式を代入し、整理すると次のようになる。
α(i) ＝η(j) ／η(i) ×α(j) ・・・・・・・・・・・・・（４）
また、磁石ｉと磁石ｊを用いた場合の減算増幅器４の出力信号（位置信号）ΔＶ(i) ，ΔＶ(j) は次式（５），（６）のようになる。
ΔＶ(i) ＝β｛Ｖoa(i) −Ｖob(i) ｝
＝β×α(i) ×η(i) ×（Ｖa0＋Ｖb0） ・・・・・・・・・（５）
ΔＶ(j) ＝β｛Ｖoa(j) −Ｖob(j) ｝
＝β×α(j) ×η(j) ×（Ｖa0−Ｖb0） ・・・・・・・・・（６）
ここで、（５）式に（４）式を代入し、整理すると次式（７）のようになる。
ΔＶ(i) ＝η(j) ／η(i) ×α(j) ×β×η(i) ×（Ｖa0−Ｖb0）
＝β×α(j) ×η(j) ×（Ｖa0−Ｖb0）＝ΔＶ(j) ・・・・（７）

以上のことから、本実施例によれば、加算増幅器５の出力信号を一定とするようにＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインを制御することで、磁石ｉを用いた際の位置信号ΔＶ(i) と、磁石ｊを用いた際の位置信号ΔＶ(j) は等しくなり、容易に磁石の個体ばらつきによる位置検出誤差を抑制することが可能となる。更に、Ｖoa(n) ，Ｖob(n) を温度の関数Ｖoa(t) ，Ｖob(t) として扱い、上記と同様にして式を展開すると、磁石とホール素子の温度特性についても補正できることがわかる。

したがって、磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく、容易に補正処理を行うことができ、高い精度で位置検出を行うことができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。図４は、本実施例に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。図４に示す実施例２で用いている一対のホール素子とホール素子信号処理回路を構成している各要素は、図１に示した実施例１と同一であるため同一の符号を付し、その説明を省略する。以下では、図１に示した実施例１との相違点を中心として、図４に示すように構成された実施例２に係る位置検出回路の動作について説明する。図１に示した実施例１との相違点は、ホール素子信号処理回路８において減算増幅器４とＶＣＡ３ａの配置を、また加算増幅器５とＶＣＡ３ｂの配置をそれぞれ入れ替えた点である。すなわち、一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，Ｖhbは、それぞれ減算増幅器４及び加算増幅器５に入力され、減算増幅器４の出力信号にＶＣＡ３ａのゲインαが掛けられた出力信号ΔＶ＝α・β（Ｖha−Ｖhb）を位置信号として出力する。また、加算増幅器５の出力信号はＶＣＡ３ｂのゲインαが掛けられて積分回路６ａに出力される。

積分回路６ａには、所定の値に設定された基準電圧６ｂが入力されており、基準電圧６ｂとＶＣＡ３ｂの出力信号を比較し、積分回路６ａは基準電圧６ｂを基にＶＣＡ３ｂの出力信号を積分して、基準電圧６ｂの方が大きい場合にはＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを大きくする方向にフィードバック制御し、逆に基準電圧６ｂよりもＶＣＡ３ａ，３ｂの出力信号の方が大きい場合には、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを小さくする方向にフィードバック制御する。

このように、ＶＣＡ３ａ，３ｂのゲインαを積分回路６ａの出力信号によって、ＶＣＡ３ｂの出力信号（Ｖha，Ｖhbの和にゲインを掛けたもの）が一定となるようにフィードバック制御することにより、ＶＣＡ３ａの出力信号ΔＶを標準化するように調整を行うことができるので、前述した実施例１と同様に磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく、容易に補正処理を行うことができ、高い精度で位置検出を行うことができる。更に、積分回路６ａからＶＣＡ３ａ，３ｂへのフィードバック経路が小さいため、実施例１よりも位置検出回路の静定時間を短縮することが可能である。

次に、本発明の実施例３について説明する。図５は、本実施例に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。図５において、一対のホール素子は、図１及び図４に示した実施例１及び２と同一の構成であるので、同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示すように、この実施例に係る位置検出回路は一対のホール素子２ａ，２ｂと、ホール素子信号処理回路10を備え、ホール素子信号処理回路10は増幅器９ａ，９ｂと、Ａ／Ｄ変換器11ａ，11ｂと、増幅手段12ａ，12ｂと、減算増幅手段13と、加算増幅手段14と、増幅率設定手段15とを備えている。

次に、このように構成された実施例３に係る位置検出回路の動作について説明する。一対のホール素子２ａ，２ｂの出力信号Ｖha，Ｖhbは増幅器９ａ，９ｂにそれぞれ入力される。増幅器９ａ，９ｂは、出力信号Ｖha，Ｖhbに増幅器９ａ，９ｂのゲインαを掛けた信号Ｖoa＝α・Ｖha，及びＶob＝α・ＶhbをＡ／Ｄ変換器11ａ，11ｂに出力し、Ａ／Ｄ変換器11ａ，11ｂによってアナログ信号がデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号を増幅手段12ａ，12ｂ，減算増幅手段13，加算増幅手段14，増幅率設定手段15によって実施例１と同様に信号処理し、位置信号ΔＶを生成する。ここで、増幅手段12ａ，12ｂのゲインをβ，減算増幅手段13のゲインをξ，加算増幅手段14のゲインをγとする。つまり、図１に示したＶＣＡ３ａ，３ｂは図５における増幅手段12ａ，12ｂに、図１に示した減算増幅器４は図５における減算増幅手段13に、図１に示した加算増幅器５は図５における加算増幅手段14に、図１に示した積分回路６ａと基準電圧６ｂは図５における増幅率設定手段15にそれぞれ対応した処理を行う。

したがって、前述した実施例１と同様に、増幅手段12ａ，12ｂのゲインを増幅率設定手段15の出力信号によって、加算増幅手段14の出力信号（Ｖoa，Ｖobの和）が一定となるようにフィードバック制御することにより、減算増幅手段13の出力信号（位置信号）ΔＶを標準化するように演算処理を行うことができる。これにより、実施例１及び実施例２と同様に、磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく、容易に補正処理を行うことができ、高い精度で位置検出を行うことができる。更に、増幅手段12ａ，12ｂ以降はデジタル信号による処理としているため、増幅手段12ａ及び12ｂ以降のホール素子信号処理回路はいわゆるマイクロコンピュータにて構成することが可能となるため、実施例１及び実施例２よりも位置検出回路の規模を小さくできる。

次に、本発明の実施例４について説明する。図６は、本実施例に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。図６で用いている一対のホール素子、ホール素子信号処理回路を構成している各要素は、図５に示した実施例３と同一の構成であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。以下では図５に示した実施例３との相違点を中心として、図６に示すように構成された実施例４に係る位置検出回路の動作について説明する。図５に示した実施例３との相違点は、ホール素子信号処理回路16において減算増幅手段13と増幅手段12ａの配置を、また加算増幅手段14と増幅手段12ｂの配置をそれぞれ入れ替えた点である。つまり、Ａ／Ｄ変換器11ａ，11ｂで変換されたデジタル信号を増幅手段12ａ，12ｂ，減算増幅手段13，加算増幅手段14，増幅率設定手段15によって実施例２と同様に信号処理し、位置信号ΔＶを生成する。このとき、図４に示したＶＣＡ３ａ，３ｂは図６における増幅手段12ａ，12ｂに、図４に示した減算増幅器４は図６における減算増幅手段13に、図４に示した加算増幅器５は図６における加算増幅手段14に、図４に示した積分回路６ａと基準電圧６ｂは図６における増幅率設定手段15にそれぞれ対応した処理を行う。

したがって、前述の図４に示した実施例２と同様に、増幅手段12ａ，12ｂのゲインβを、増幅率設定手段15の出力信号によって、増幅手段12ｂの出力信号（Ｖha，Ｖhbの和にゲインを掛けたもの）が一定となるようにフィードバック制御することにより、増幅手段12ａの出力信号（位置信号）ΔＶを標準化するように調整を行うことができる。これにより、実施例１，実施例２、及び実施例３と同様に磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく、容易に補正処理を行うことができ、高い精度で位置検出を行うことができる。更に、増幅率設定手段15から増幅手段12ａ，12ｂへのフィードバック経路が小さく、演算規模が小さいため、実施例３よりも位置検出回路の制定時間を短縮することが可能である。

次に、実施例５について説明する。この実施例５においては、一次元の位置検出に本発明に係る位置検出回路を用いる場合について、具体的な利用形態として顕微鏡を例に説明する。図７は、本発明に係る位置検出回路を備えた顕微鏡を示す図である。まず、図７に基づいて、その構成について説明する。図７に示すように、この顕微鏡は、一対のホール素子２ａ，２ｂと、永久磁石７と、支持腕17と、対物レンズを保持しているレンズ鏡筒18と、ホール素子信号処理回路19ａと、高さ調節部20と、ステージ21から構成されている。レンズ鏡筒18は永久磁石７を内部に備え、支持腕17は一対のホール素子２ａ，２ｂとホール素子信号処理回路19ａを内部に備えている。

ここで、一対のホール素子２ａ，２ｂは、図７に示すようにｙ軸方向に離散して配置され、永久磁石７は、一対のホール素子２ａ，２ｂの中心を通る軸上に永久磁石７の中心が位置するように、一対のホール素子２ａ，２ｂと対向して取り付けられている。ここで、永久磁石７の中心とは、永久磁石７の一対のホール素子２ａ，２ｂと対向する面における二つの対角線が交わる点である。また、一対のホール素子２ａ，２ｂは、ホール素子信号処理回路19ａに接続されて、一対のホール素子２ａ，２ｂとホール素子信号処理回路19ａで位置検出回路19を構成しており、位置検出回路19としては、本発明の実施例１から実施例４で示したいずれかの構成の位置検出回路を備えている。レンズ鏡筒18は高さ調節部20を調節することによって、位置をｙ軸（高さ）方向に所定の範囲内で移動できる。

次に、このように構成された顕微鏡のレンズ鏡筒18の位置検出動作について説明する。高さ調節部20を調節することによってレンズ鏡筒18の高さを変化させると、永久磁石７と一対のホール素子２ａ，２ｂの位置関係が変化する。一対のホール素子２ａ，２ｂは、永久磁石７との位置関係の変化に応じた電圧をホール素子信号処理回路19ａに出力する。ホール素子信号処理回路19ａは、実施例１から実施例４に示したいずれか構成の位置検出回路における信号処理を行い、レンズ鏡筒18のｙ軸方向の位置情報を求める。

したがって、このような位置検出回路を備える顕微鏡は、前述した実施例１から実施例４に示した構成のものと同様に、磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく、高い精度でレンズ鏡筒18の位置情報を求めることができる。なお、図７に示した顕微鏡では、レンズ鏡筒18の内部に永久磁石７を備え、支持腕17の内部に一対のホール素子２ａ，２ｂとホール素子信号処理回路19ａを備えるように構成したものを示したが、レンズ鏡筒18の内部に一対のホール素子２ａ，２ｂとホール素子信号処理回路19ａを備え、支持腕17の内部に永久磁石７を備えた構成としてもよい。

次に、実施例６について説明する。この実施例６においては、二次元の位置検出に本発明に係る位置検出回路を用いる場合について、具体的な利用形態としてデジタルスチルカメラのぶれ補正装置を例に説明する。図８，図９は、本発明に係る位置検出回路を用いたぶれ補正装置を示す側面図、及び上面図である。まず、図８及び図９に基づいて、その構成について説明する。図８，図９に示すように、このぶれ補正装置は、４個のホール素子、言い換えれば一対のホール素子２ａ，２ｂと他の一対のホール素子２ｃ，２ｄの２組の一対のホール素子と、永久磁石７と、可動基板22と、固定基板23と、ホール素子信号処理回路24ａと、撮像素子25と、フレキシブル基板26と、ジャイロセンサ27と、移動制御部28から構成されている。

可動基板22は、デジタルスチルカメラの筐体29に対して可動に取り付けられ、撮像素子25と永久磁石７を備えている。撮像素子25は、可動基板22の入射光Ｌの入射側において、入射光が撮像素子25の撮像面に結像するように取り付けられている。永久磁石７は、可動基板22において、撮像素子25が取り付けられている面の裏面に、撮像素子25から離れて取り付けられている。可動基板22は、移動制御部28を構成するモータ等の駆動手段28ｂの駆動によって、ｘ軸方向及びｙ軸方向に平行移動が可能になっている。

一方、固定基板23は筐体29に固定され、２組の一対のホール素子（２ａ，２ｂと２ｃ，２ｄ）と、ホール素子信号処理回路24ａと、ジャイロセンサ27を備えている。２組の一対のホール素子は、一方の一対のホール素子２ａ，２ｂがｘ軸方向に離散して配置され、他方の一対のホール素子２ｃ，２ｄがｙ軸方向に離散して配置されている。更に、２組の一対のホール素子は、一方の一対のホール素子２ａ，２ｂの距離の中点と、他方の一対のホール素子２ｃ，２ｄの距離の中点で互いに直交し、永久磁石７と対向する位置に取り付けられている。ここで、永久磁石７の中心とは、永久磁石７の２組の一対のホール素子と対向する面において二つの対角線が交わる点である。

一方の一対のホール素子２ａ，２ｂは、可動基板22のｘ軸方向の位置情報を求め、他方の一対のホール素子２ｃ，２ｄは、可動基板22のｙ軸方向の位置情報を求めている。ホール素子信号処理回路24ａは、２組の一対のホール素子が取り付けられている面の裏面に、２組の一対のホール素子の近傍に取り付けられており、固定基板23内で結線されて、位置検出回路24を構成している。またホール素子信号処理回路24ａとしては、２組の一対のホール素子の信号処理を行うために、実施例１から実施例４で示したいずれかの構成の位置検出回路のホール素子信号処理回路を２組（ｘ軸方向分、ｙ軸方向分）備えている。ジャイロセンサ27は、ホール素子信号処理回路24ａと同一面に取り付けられ、ジャイロセンサ27とホール素子信号処理回路24ａの出力は、移動制御部28を構成するマイクロコンピュータ28ａに接続されている。可動基板22と固定基板23は、フレキシブル基板26によって接続され、撮像素子25の出力信号を処理する回路（不図示）と信号の送受信が可能になっている。

次に、この様に構成されたぶれ補正装置の動作について説明する。ぶれ補正装置を内蔵したカメラ本体に振動が発生する（ぶれる）と、ぶれ補正装置も振動し、ジャイロセンサ27がｘ軸周り、ｙ軸周りの角速度を検知して、角速度信号をマイクロコンピュータ28ａに出力する。このとき、位置検出回路24は、可動基板22（撮像素子25）のｘ軸、ｙ軸の位置情報を求め、マイクロコンピュータ28ａに出力している。

マイクロコンピュータ28ａは、ジャイロセンサ27の角速度信号から、撮像素子25上のぶれによる像の移動量（ぶれ量）、移動速度（ぶれ速度）を算出する。そして、算出したぶれ量と可動基板22（撮像素子25）の現在の位置情報を用いて、発生したぶれ量を抑制する方向に対して、ぶれ速度に追従する速さで可動基板22（撮像素子25）を移動させる（補正する）ために、モータ等の駆動手段28ｂに印加すべき電圧を決定する。すなわち、マイクロコンピュータ28ａは、位置検出回路24から入力される可動基板22（撮像素子25）の現在の位置情報と、発生したぶれを抑制するために可動基板22（撮像素子25）を補正すべき位置とを比較し、補正すべき位置に可動基板24（撮像素子25）が移動するようにフィードバック制御を行う。

例えば、ぶれ補正を行い、撮像素子25の位置を位置検出回路24により検出した結果、撮像素子25の位置が補正すべき位置に対して行き過ぎているときには、位置検出回路24の出力信号を基に撮像素子25の移動量を補正すべき位置に戻す方向に調節し、補正すべき位置に撮像素子25を移動させる。また同様にして、撮像素子25の位置を位置検出回路24により検出した結果、撮像素子25の移動が補正すべき位置に対して少なすぎたときには、位置検出回路24の出力信号を基に撮像素子25の移動量を補正すべき位置に近づく方向に調節し、補正すべき位置に撮像素子25を移動させる。

したがって、このような構成のぶれ補正装置は、前述した実施例１から実施例４に示したものと同様に、磁石の個体毎のばらつきやホール素子の温度による誤差を補正するためのパラメータを求める作業や、個々の装置に応じて補正する作業を行うことなく高い精度で可動基板（撮像素子）の位置を検出でき、高い精度で容易にぶれ補正を行うことができる。なお、本実施例では、可動基板22と共に撮像素子25を移動させてぶれ補正を行う形態について説明したが、撮像素子25を固定とし、補正レンズを移動させてぶれ補正を行う形態としてもよい。

また、本実施例では、静止画を撮像するデジタルスチルカメラを例として説明したが、動画を撮像する撮像機器（ビデオカメラやデジタルビデオカメラ）に用いても同様の効果が得られる。また、本実施例では、２組の一対のホール素子を固定基板23に、永久磁石７を可動基板22に配置して構成したものについて説明したが、２組の一対のホール素子と永久磁石７を入れ替えて配置してもよい。すなわち、２組の一対のホール素子を可動基板22に、永久磁石７を固定基板23に配置する構成としても同様の効果が得られる。

また、上記各実施例では、磁気センサとしてホール素子を用いて構成した位置検出回路について説明したが、本発明に用いられる磁気センサはホール素子に限られない。具体的には、ＭＩセンサ、磁気共鳴型磁界検出素子やＭＲ素子などの磁界の変化を検出することにより可動基板の位置情報を求めることができる素子を、磁気センサとして用いても同様の効果が得られる。

本発明に係る位置検出回路の実施例１の構成を示すブロック図である。 図１に示した実施例１における位置検出に用いる構成要素の配置態様の斜視図である。 図２に示した構成要素の配置態様の上面図である。 実施例２に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。 実施例３に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。 実施例４に係る位置検出回路の構成を示すブロック図である。 実施例５に係る位置検出回路を備えた顕微鏡の概略構成を示す図である。 実施例６に係る位置検出回路を備えたぶれ補正装置の概略構成を示す側面図である。 図８に示したぶれ補正装置の上面図である。

符号の説明

１ ホール素子信号処理回路
２ａ，２ｂ ホール素子（磁界変化検出素子）
３ａ，３ｂ ＶＣＡ（ゲイン調節器）
４ 減算増幅器
５ 加算増幅器
６ 設定回路
６ａ 積分回路
６ｂ 基準電圧
７ 永久磁石（磁力発生体）
８ ホール素子信号処理回路
９ａ，９ｂ 増幅器
10 ホール素子信号処理回路
11ａ，11ｂ Ａ／Ｄ変換器
12ａ，12ｂ 増幅手段
13 減算増幅手段
14 加算増幅手段
15 増幅率設定手段
16 ホール素子信号処理回路
17 支持腕
18 レンズ鏡筒
19 位置検出回路
19ａ ホール素子信号処理回路
20 高さ調節部
21 ステージ
22 可動基板
23 固定基板
24 位置検出回路
24ａ ホール素子信号処理回路
25 撮像素子
26 フレキシブル基板
27 ジャイロセンサ
28 移動制御部
28ａ マイクロコンピュータ
28ｂ 駆動手段
29 筐体

Claims (6)

1. 離散して配置され、対向して配置される磁界発生手段が生成する磁界の強さに応じた信号を出力する複数の磁界変化検出素子と、
   一方の前記磁界変化検出素子からの出力と他方の前記磁界変化検出素子からの出力との和を所定の一定値とするための補正パラメータを演算する補正パラメータ演算部と、
   前記一方の磁界変化検出素子からの出力と前記他方の磁界変化検出素子からの出力との出力差と前記補正パラメータとに基づき、前記磁界発生手段と前記磁界変化検出素子との相対的な位置関係を演算し出力する位置演算部とを備える位置検出回路。
2. 前記位置演算部は、前記一方の磁界変化検出素子からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛ける第１のゲイン調節器と、前記他方の磁界変化検出素子からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛ける第２のゲイン調節器と、前記第１及び第２のゲイン調節器の各出力の差を演算し、前記相対的な位置関係を表す信号として出力する減算増幅器とを備え、
   前記補正パラメータ演算部は、前記第１及び第２のゲイン調節器の各々からの出力の和を所定の一定値とするように前記補正パラメータを演算することを特徴とする請求項１に係る位置検出回路。
3. 前記位置演算部は、前記出力差を演算する減算増幅器と、前記減算増幅器からの出力に対して前記補正パラメータに応じたゲインを掛けるゲイン調節器とを備えることを特徴とする請求項１に係る位置検出回路。
4. 前記一方及び他方の磁界変化検出素子からの各出力をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を更に備え、前記位置演算部及び補正パラメータ演算部は各々、前記Ａ／Ｄ変換器からの出力に対して演算を実行することを特徴とする請求項１に係る位置検出回路。
5. 対物レンズを保持するレンズ鏡筒と、
   前記レンズ鏡筒を移動可能に支持する支持腕と、
   前記支持腕に対する前記レンズ鏡筒の位置を調節する調節部と、
   前記レンズ鏡筒又は前記支持腕の一方に取り付けられ、磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段に対向する、前記レンズ鏡筒又は前記支持腕のいずれか他方の側面に配置された請求項１〜４のいずれか１項に係る位置検出回路とを備えた顕微鏡。
6. 撮像装置のぶれ補正装置であって、
   撮影レンズ又は前記撮影レンズを介して入射される被写体像を電気信号に変換する撮像素子のいずれか一方を前記撮像装置の筐体に対して移動可能に保持する可動保持部と、
   前記可動保持部又は前記筐体に対して固定された部材のいずれか一方に取り付けられ、磁界を発生する磁界発生手段と、
   前記磁界発生手段に対向する、前記可動保持部又は前記筐体に対して固定された部材のいずれか他方の側面に配置された請求項１〜４のいずれか１項に係る位置検出回路と、
   前記筐体のぶれ量を計測するぶれ量計測手段と、
   前記位置演算部からの出力に基づき、前記ぶれ量を相殺するように前記可動保持部を移動させる移動制御手段とを有する撮像装置のぶれ補正装置。

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