JP2010107440A - Position detection device and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器に関し、より詳細には、磁石とホールセンサを用いた位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a position detection device and an electronic device using the position detection device, and more particularly to a position detection device using a magnet and a hall sensor, and an electronic device using the position detection device.
近年、様々なセンサがあらゆるところで用いられるようになっている。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に用いられる手ブレ補正装置やズームやオートフォーカスのためのレンズ位置検出装置では、瞬時に高精度な位置検出を行う機能を有するセンサが必要となると同時に、近年機器全体の小型化の要求が強いことから、センサ自体の小型化が要求されている。さらには、長寿命化、埃や油（グリース）などの影響を受けにくい特性をもつセンサなど様々な要求がある。 In recent years, various sensors have been used everywhere. For example, a camera shake correction device used in a digital still camera, a digital video camera, or a lens position detection device for zooming or autofocus requires a sensor having a function for instantaneously detecting a position with high accuracy. In recent years, there is a strong demand for downsizing of the entire device, and thus downsizing of the sensor itself is required. Furthermore, there are various demands such as a sensor having a long life and a characteristic that is not easily affected by dust and oil (grease).
このような要求をみたすために、センサとして磁気センサを用いた位置検出方法などが知られている。磁気センサとして、例えば、特許文献１に記載されている方法を変更・修正して行うことができる。すなわち、特許文献１の図３で示されているように、可動部に磁石を内包させ、その移動を複数個の磁気センサを用いて検出する方法である。
In order to meet such a demand, a position detection method using a magnetic sensor as a sensor is known. As the magnetic sensor, for example, the method described in
ここで、複数個の磁気センサを用いて、位置検出を行う原理及びその構成について説明する。 Here, the principle and configuration of position detection using a plurality of magnetic sensors will be described.
図４３は、磁気センサとして複数のホールセンサを用いた位置検出方法の説明図である。規定の間隔を隔てて配置された２個のホールセンサ１１，１２に対向して配置された永久磁石２３の側面方向（矢印方向）への移動による磁束密度の変化に応じて、２個のホールセンサ１１，１２のホール出力電圧がそれぞれ変化する。それらホール出力電圧の差分値を、差動信号処理回路により処理することにより、永久磁石２３の位置検出を行うことができる。この位置検出の際、永久磁石２３の移動方向は、２個のホールセンサ１１，１２を結ぶ直線に平行な状態となっている。
FIG. 43 is an explanatory diagram of a position detection method using a plurality of Hall sensors as magnetic sensors. Two holes according to the change in magnetic flux density due to the movement of the
また、キャリブレーションの手間を省くため、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石２３の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように、その永久磁石２３のサイズや、ホールセンサ１１，１２の間隔や、ホールセンサ１１，１２と永久磁石２３との間隔を設計するのが一般的である。
Further, in order to save the labor of calibration, the size of the
この構成は、磁石とホールセンサの相対的移動範囲が数ｍｍ以内であれば、良好な特性を有しており、一眼レフデジタルカメラの手ブレ補正装置などでキーパーツとして使用されている。しかし、移動範囲が数ｍｍを超える領域では、機構全体が大きくなるという問題があり、実用化されていない。 This configuration has good characteristics as long as the relative movement range of the magnet and the Hall sensor is within a few mm, and is used as a key part in a camera shake correction device of a single-lens reflex digital camera. However, in a region where the moving range exceeds several mm, there is a problem that the whole mechanism becomes large, and it has not been put into practical use.
また、広い温度範囲で高精度に位置検出を行う場合において、例えば、特許文献２で示された出力信号処理方法を用いて、ホールセンサや磁石の周囲温度変化による特性の変化を抑えて位置検出を行う場合もある。
In addition, when position detection is performed with high accuracy in a wide temperature range, for example, the output signal processing method disclosed in
さらに、狭い範囲での位置検出においては、部品点数を削減するために、例えば、特許文献４の図６で示されるような配置で、磁石と１個のホールセンサとを用いて１軸方向の位置検出を行うことも可能である。
Further, in position detection in a narrow range, in order to reduce the number of parts, for example, in an arrangement as shown in FIG. 6 of
また、狭い範囲で高い精度が求められる位置検出では、例えば、特許文献３のように磁石を２個使って特殊な配置で位置検出を行う場合もある。
In position detection that requires high accuracy in a narrow range, for example, as in
一方、広範囲な位置検出を行う際には、エンコーダを用いる手法が一般的である。ただし、エンコーダを用いる場合は、センサからの信号を処理するカウンタなどを含む複雑な処理回路が必要になるという問題がある。また、移動装置とエンコーダとが脱調すると、所望の特性が得られないため、あまり高速な移動対象には不向きである。 On the other hand, when performing position detection over a wide range, a method using an encoder is common. However, when an encoder is used, there is a problem that a complicated processing circuit including a counter for processing a signal from the sensor is required. In addition, if the moving device and the encoder step out, desired characteristics cannot be obtained, so that the moving device and the encoder are not suitable for a high-speed moving object.
さらに特許文献６で示されるように、磁気センサを３個以上使用し、広範囲な位置検出を行う場合もある。 Furthermore, as shown in Patent Document 6, there are cases where three or more magnetic sensors are used to detect a wide range of positions.
また、広範囲で高精度を要求される位置検出では、特許文献５の図２で示されるような配置で、磁気センサからの出力に応じて、演算方法を切り替えることで位置検出を行う場合もある。 In addition, in position detection that requires high accuracy over a wide range, the position detection may be performed by switching the calculation method according to the output from the magnetic sensor in the arrangement as shown in FIG. .
近年、非接触式で長寿命であり、埃やチリなどの影響を受けない磁気センサを用いて、広範囲で位置検出を実現したいという要求が増えている。さらに、デジタルカメラなどの携帯機器では小型化要求も強い。 In recent years, there has been an increasing demand to realize position detection in a wide range using a magnetic sensor that is non-contact and has a long life and is not affected by dust or dust. Furthermore, there is a strong demand for downsizing of portable devices such as digital cameras.
後述する比較例（特許文献１に記載の方法）に記載の方法を用いて広範囲で位置検出を行う場合、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように設計すると、磁石のサイズや、２個のホールセンサの間隔、及びホールセンサと磁石との間隔が大きくなり、位置検出装置の小型化が困難であるという問題がある。 When position detection is performed over a wide range using the method described in a comparative example (method described in Patent Document 1) described later, the above-described difference value of the Hall output voltage is linear with respect to the movement distance in the lateral direction of the permanent magnet. If it is designed to vary, the size of the magnet, the distance between the two Hall sensors, and the distance between the Hall sensor and the magnet are increased, which makes it difficult to reduce the size of the position detection device.
また、上述した特許文献３や特許文献４に記載されているような方法は、原理的に広い範囲においてホールセンサの出力が線形になるように磁石を配置するのが難しく、カメラのズームやオートフォーカスのためのレンズ位置検出装置で要求されるような、５ｍｍ以上の広範囲な位置検出は不可能であるという問題がある。
In addition, the methods described in
また、上述した特許文献５に記載されている方法は、磁石の移動距離方向のサイズが、位置検出範囲よりも長くなり、小型化には不向きであるという問題がある。さらには、磁石はＮ極とＳ極が２極ずつ具備され、磁気センサの感磁面に対して垂直に着磁されたものを使用するが、不着磁部のサイズによって、線形性が変化するため、不着時部のサイズを規定した特殊な磁石を用意する必要があるという問題もある。さらには、演算方法を切り替えて位置検出を行うため、不連続点が発生するという問題もある。
In addition, the method described in
また、上述した特許文献６に記載されている方法は、広範囲になるに従い、磁気センサの間隔を広くしなければならず、小型化が困難であるという問題点がある。さらには、全移動範囲において高精度に位置検出することが困難であるという問題点もある。 In addition, the method described in Patent Document 6 described above has a problem in that it is difficult to reduce the size of the magnetic sensor as the distance between the magnetic sensors has to be increased as the range becomes wider. Furthermore, there is a problem that it is difficult to detect the position with high accuracy in the entire movement range.
このような理由により、現在までのところ、小型で位置検出範囲の０．１％程度という高精度で、連続的に位置検出が可能で、磁石を用いた位置検出装置は、磁石の移動距離が数ｍｍ以内のものしか実用化されていない。 For these reasons, the position detection device using a magnet can be continuously detected with a small size and high accuracy of about 0.1% of the position detection range so far. Only those within a few mm have been put into practical use.
そこで、本発明の目的は、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することが可能な位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to detect the position with a simple configuration even when the hall sensor is used as a magnetic sensor and the component parts are constituted by general-purpose products or easily available parts. An apparatus and an electronic apparatus using the position detection device are provided.
本発明の他の目的は、広範囲な距離を高精度にかつ連続的に検出することが可能な位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a position detection device that can detect a wide range of distances with high accuracy and continuously, and an electronic apparatus using the position detection device.
請求項１記載の発明は、基板上に少なくとも３個以上からなる複数の磁気センサを１組として移動方向に沿って配置され、前記複数の磁気センサの感磁方向が前記基板に対して垂直とされた磁束検出手段と、前記複数の磁気センサのうち前記移動方向に対して前記基板上の最外位置に配置された２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、前記複数の磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段とを具え、前記信号処理手段は、前記複数の磁気センサを搭載した前記基板に対して、前記磁束発生手段を前記移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことによって、位置検出装置を構成したことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of magnetic sensors composed of at least three or more magnetic sensors are arranged on the substrate along the moving direction, and the magnetic sensing direction of the plurality of magnetic sensors is perpendicular to the substrate. Parallel to a straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the two magnetic sensors arranged at the outermost positions on the substrate with respect to the moving direction among the plurality of magnetic sensors. A magnetic flux generating means comprising a magnet which is supported in a direction and movable in a plane parallel to the substrate and is magnetized with N and S poles perpendicular to the substrate, and a plurality of magnetic sensors Signal processing means for detecting a position based on the output of the signal, the signal processing means moving the magnetic flux generation means by a predetermined distance in the movement direction with respect to the substrate on which the plurality of magnetic sensors are mounted. In the case where Output values from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to a moving distance in the moving direction, and other remaining magnetic sensors arranged at other than the outermost position on the substrate The position detection device is configured by performing position detection using a predetermined correlation with the output value of the above.
請求項２記載の発明は、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, output values from a plurality of magnetic sensors arranged at outermost positions on the substrate with respect to a moving distance in the moving direction, and arrangements other than the outermost positions on the substrate. The position detection is performed using a predetermined correlation between the calculated values obtained from the output values from the other remaining magnetic sensors.
請求項３記載の発明は、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, an output value obtained by multiplying each output from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to the moving distance in the moving direction by a predetermined value, Position detection is performed using a predetermined correlation of a ratio with a sum value including an output value obtained by multiplying each output from other remaining magnetic sensors arranged at positions other than the outermost position by a predetermined value. .
請求項４記載の発明は、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサからの出力Ｖ１及びＶ２をそれぞれ実数倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力をそれぞれ実数倍した出力値の総和値Ｖ３を実数倍した出力値を含む総和値とを用いて、Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）、ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数、の関係式から求められる算出値Ｖｏを用いて位置検出を行うことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, output values obtained by multiplying the outputs V1 and V2 from the two outermost magnetic sensors on the substrate by real numbers, respectively, and the two outermost magnetic fields on the substrate are provided. Vo = (aV1−bV2 + c) / (dV3 + e) using the total value including the output value obtained by multiplying the output value from the remaining magnetic sensors other than the sensor by the real number, respectively, multiplied by the real number. However, it is characterized in that position detection is performed using a calculated value Vo obtained from a relational expression of a ≠ 0 and b ≠ 0 and d ≠ 0, and c and e being real numbers.
請求項５記載の発明は、前記磁気センサの総個数をｎ個としたとき、前記Ｖ３は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの３番目からｎ番目の磁気センサの出力をそれぞれＶ４、Ｖ５、Ｖ６、…、Ｖｎとした場合、Ｖ３＝ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６＋……＋ｍＶｎ、ただし、ｆ、ｇ、ｈ、ｍのうちどれか一つ以上はゼロではない実数、であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, when the total number of the magnetic sensors is n, V3 is the remaining third to nth magnetic sensors other than the two outermost magnetic sensors. When the outputs are V4, V5, V6,..., Vn, respectively, V3 = fV4 + gV5 + hV6 +. And
請求項６記載の発明は、前記関係式のうちｃは、ゼロであることを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that c in the relational expression is zero.
請求項７記載の発明は、前記関係式のうちｅは、ａＶ１＋ｂＶ２（ただし、ａ≠０かつｂ≠０の実数）であることを特徴とする。 The invention described in claim 7 is characterized in that e in the relational expression is aV1 + bV2 (where a ≠ 0 and b ≠ 0 are real numbers).
請求項８記載の発明は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサは、前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線上に配置されていないことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the invention, the remaining magnetic sensors other than the two outermost magnetic sensors are on a straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the two outermost magnetic sensors. It is not arranged.
請求項９記載の発明は、前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、前記磁石の移動範囲の中点とが同じであることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is characterized in that the midpoint of the straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the two outermost magnetic sensors is the same as the midpoint of the moving range of the magnet. To do.
請求項１０記載の発明は、前記複数の磁気センサを、１つのパッケージに一体に封入したことを特徴とする。
The invention according to
請求項１１記載の発明は、前記複数の磁気センサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを含まないことを特徴とする。
The invention according to
請求項１２記載の発明は、前記複数の磁気センサは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの III−Ｖ族化合物半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。
The invention according to
請求項１３記載の発明は、前記複数の磁気センサは、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the plurality of magnetic sensors are hall sensors including a group IV semiconductor such as Si or Ge.
請求項１４記載の発明は、前記関係式のうち分母が一定となるように、前記複数の磁気センサの各入力値を制御した上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする。
The invention according to
請求項１５記載の発明は、前記関係式のうち分母が一定となるように、前記磁気センサの各出力値に補正ゲインを掛けた上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする。
The invention according to
請求項１６記載の発明は、位置検出装置と、前記位置検出装置からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構とを具えることによって、電子機器を構成したことを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, an electronic apparatus is configured by including a position detection device and an autofocus (AF) mechanism and a zoom mechanism to which an output signal from the position detection device is input. It is characterized by that.
請求項１７記載の発明は、前記ＡＦ機構及びＺｏｏｍ機構は、デジタルカメラ、又は携帯電話のオートフォーカスおよびズームを行うことを特徴とする。 The invention according to claim 17 is characterized in that the AF mechanism and the Zoom mechanism perform auto focus and zoom of a digital camera or a mobile phone.
本発明によれば、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができ、また、広範囲な距離を高精度に、かつ連続的に検出することが可能な、位置検出装置とその位置検出装置を用いた電子機器を作製することが可能になる。 According to the present invention, even when the hall sensor is used as a magnetic sensor and the component parts are constituted by general-purpose products or easily available parts, the size can be reduced with a simple configuration, and a wide range can be achieved. It becomes possible to manufacture a position detection device and an electronic device using the position detection device capable of continuously detecting a distance with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１１に基づいて説明する。
[First example]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
＜構成＞
本例は、一軸上に整列した３個のホールセンサを使用する位置検出装置の例である。
<Configuration>
This example is an example of a position detection device that uses three Hall sensors aligned on one axis.
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置検出装置の概略構成を示す。 1A and 1B show a schematic configuration of a position detection apparatus according to the present invention.
位置検出装置３０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石（磁束発生手段）３１と、３個を１組としたホールセンサ（磁気センサ／磁束検出手段）３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、これら３つのホールセンサを実装した基板３３とを備えている。なお、本発明に係る位置検出装置３０は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。
The
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、基板３３上に等間隔に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、Ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。
The
直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。
The
ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線とを、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。また、ホールセンサ３２ａの感磁部の中点とホールセンサ３２ｃの感磁部の中点とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。
Here, the meaning of being movable in a plane parallel to the
直方体磁石３１は、フェライトやネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石などが適用可能であり、薄型の磁石の場合は、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。
As the
１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心を結ぶ直線もｘ方向である。また、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｃは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。
A straight line connecting the center of the magnetic sensing part of the
図１において、Ａ１は直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さをそれぞれ示す。また、Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｃの感磁部の中心までの距離を示す。Ｂ２は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。
In FIG. 1, A1 is the length in the long side direction X of the
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの III−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。
The
図２は、図１に示した位置検出装置３０内の位置検出回路の構成を示す。
FIG. 2 shows a configuration of a position detection circuit in the
位置検出装置３０は、３個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有する駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃからのそれぞれの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。
The
駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成される。
The
第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と、負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。
The
第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と、負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。
The
第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と、負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。
The
正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とは、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。
The
正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とは、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ３が出力される。
The
正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とは、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ２が出力される。
The
信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、計算処理部２２とにより構成される。この信号処理部２０では、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃからのそれぞれの出力に基づいて位置検出を行う。以下の比較例でも例示するが、数ｍｍの位置検出を行う場合、ホールセンサは所定の間隔を設けた２素子を使用するのが一般的であり、その場合一般に、直方体磁石３１とホールセンサ３２ａ、３２ｃとの位置関係など、位置検出装置３０の構成を最適化しても、直方体磁石３１の移動に伴って直線的に磁束密度が変化する範囲というのは、概ね移動する直方体磁石３１の長辺の長さの７〜８割程度である。本発明においては、ホールセンサ３２ａ、３２ｃの中心にホールセンサ３２ｂを設ける。
The
＜回路動作＞
本位置検出装置３０の動作について説明する。
図２に示す信号処理部２０は、複数の磁気センサを搭載した基板に対して、磁石を移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことができる。
<Circuit operation>
The operation of the
The
例えば、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うようにしてもよい。 For example, the output value from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate and the output from other remaining magnetic sensors arranged at other than the outermost position with respect to the moving distance in the moving direction of the magnet Position detection may be performed using a predetermined correlation between the calculated values obtained from the values.
さらに、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うようにしてもよい。 Further, an output value obtained by multiplying each output from the plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to the moving distance in the moving direction of the magnet by a predetermined value, and other values arranged at other than the outermost position. Position detection may be performed using a predetermined correlation of a ratio with a total value including an output value obtained by multiplying each output from the remaining magnetic sensors by a predetermined value.
以下、位置検出回路の具体的な動作について詳細に説明する。 Hereinafter, a specific operation of the position detection circuit will be described in detail.
信号処理部２０は、基板３３上の最外位置に配置された２個の磁気センサ３２ａ，３２ｃにおいて、磁気センサ３２ａおよび３２ｃからのそれぞれの出力をＶ１，Ｖ２とし、最外位置以外の位置に配置された他の残りの磁気センサ３２ｂからの出力をＶ３とした場合、出力Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ実数倍した値を用いて、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ） …（１）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。
In the two
Vo = (aV1-bV2 + c) / (dV3 + e) (1)
Position detection is performed using a value Vo obtained from the relational expression.
ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃ及びｅは実数である。また、このｃはゼロである。つまり、ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。また、このｅはａＶ１＋ｂＶ２である。つまり、ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。 However, it is a real number where a ≠ 0, b ≠ 0 and d ≠ 0, and c and e are real numbers. Also, this c is zero. In other words, the value of c has an optimum value depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the hall sensor, but the accuracy is often improved by setting it to zero. Moreover, this e is aV1 + bV2. That is, there is an optimum value for the value of e depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the Hall sensor, but the accuracy is often improved by setting aV1 + bV2.
駆動回路１９において、第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）とが接続されることによって入力端子とされ、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）とが接続されることによって入力端子とされる。
In the
第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続される。
第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子は、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。
The
The output terminal of the first
このような駆動回路１９と信号処理部２０とによって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と、第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ３と、第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いて、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。
By such a
なお、本例では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。
In this example, the input terminals of the
また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数）を求めることもできる。
Further, the signals of the
本発明では、位置検出を行うのに除算を行う必要があるが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。 In the present invention, it is necessary to divide to perform position detection, but since division is to take the ratio of numerator and denominator, if the denominator can be controlled to be constant in the entire movement range of the magnet, The value of the numerator shows the same linearity as the value after division performed without controlling the denominator.
例えば、上記（１）式において、分母（＝ｄＶ３＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄＶ３＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることによって、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。 For example, in the above equation (1), if the input value of the Hall sensor is controlled so that the denominator (= dV3 + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is. Become. Further, by multiplying the output value of the Hall sensor by a gain so that the denominator (= dV3 + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is.
＜比較例＞
位置検出装置３０の構成を、従来の構成と比較して説明する。
<Comparative example>
The configuration of the
図３は、図１に示した位置検出装置３０に対応する構成例を示す。なお、図３におけるホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサを示す。
FIG. 3 shows a configuration example corresponding to the
図４は、従来の位置検出装置４０の構成例を示す。位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出を行うには、図４に示すように、直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さＣ１＝１５．４ｍｍ、直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さＣ２＝１５．３ｍｍ、直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さＣ３＝４．３ｍｍ、直方体磁石４１のホールセンサに対向する面からホールセンサの感磁部までの距離Ｄ１＝６．３ｍｍ、ホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離Ｄ２＝１１．６ｍｍとなる。
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional
図５は、比較用として示した従来の磁石とホールセンサを用いた図４の位置検出装置４０の概略構成を拡大して示す。
FIG. 5 shows an enlarged schematic configuration of the
この図５を用いて、広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出する場合について説明する。 The case where a position detection range of 7 mm (± 3.5 mm) is detected in a wide temperature range will be described with reference to FIG.
４１は、ホールセンサに対向する平面２００に垂直に単極着磁された直方体磁石である。４２ａ，４２ｂは、ホールセンサである。４３は、ホールセンサ４２ａ，４２ｂを実装した基板である。
Ｃ１は直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さ、Ｃ２は直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さ、Ｃ３は直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）を示す。Ｄ１は、直方体磁石４１のホールセンサ４２ａ，４２ｂに対向する平面２００からホールセンサ４２ａ，４２ｂの感磁部の中心までの距離、Ｄ２はホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離を示す。
C1 is the length in the long side direction X of the
この比較例では、直方体磁石４１は、図５中に示すＸ軸方向にのみ移動する。また、直方体磁石４１の移動方向Ｘに対して水平な平面状にホールセンサ４２ａ、４２ｂを配置する。
In this comparative example, the
以上より、本発明に係る図３に示す位置検出装置３０の構成は、比較用の図４および図５に示す従来の位置検出装置４０の構成に比べて、位置検出装置全体の大きさおよび厚さを著しく小さくすることができるという効果を奏する。
From the above, the configuration of the
＜位置検出例＞
次に、本発明に係る位置検出装置３０の具体的な位置検出例について説明する。
広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
<Example of position detection>
Next, a specific position detection example of the
A case where a position detection range of 7 mm (± 3.5 mm) is detected with a position detection accuracy within 0.1% of the position detection range in a wide temperature range will be described. A design example of optimum values of parameters of each component in FIG. 1 will be described.
図３に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝３．５ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝３．１ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝１．９ｍｍとする。
As shown in FIG. 3, the length A1 of the
また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝３．４ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２＝１．８５ｍｍとする。
Further, the distance B1 = 3.4 mm from the
上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを設けることも可能である。
In the above design, mounting the
従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。
Therefore, it is desirable to enclose the
図６〜図９は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧の関係を示す。 6 to 9 show the relationship of the output voltage of the Hall sensor with respect to the moving distance of the rectangular parallelepiped magnet.
図６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ１を示す。
FIG. 6 shows a change L1 of a value V1 obtained by multiplying the output voltage of the
図７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ３の変化Ｌ２を示す。
FIG. 7 shows a change L2 of a value V3 obtained by multiplying the output voltage of the
図８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ３である。
FIG. 8 shows a change L3 of a value V2 obtained by multiplying the output voltage of the
図９は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ４および（ｄＶ３＋ｅ）の変化Ｌ５を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算する。 FIG. 9 shows a change L4 in (aV1-bV2 + c) and a change L5 in (dV3 + e) with respect to the moving distance of the magnet. Here, the values of the coefficients a to e during the calculation are calculated as a = 1, b = 1, c = 0, d = 3.1, and e = V1 + V2.
図１０は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。 FIG. 10 shows the result of calculating the calculated value from the magnetic simulation.
磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の変化Ｌ５および理想直線Ｌ６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算する。 A change L5 and an ideal straight line L6 of (aV1-bV2 + c) / (dV3 + e) with respect to the moving distance of the magnet are shown. Here, the values of the coefficients a to e during the calculation are calculated as a = 1, b = 1, c = 0, d = 3.1, and e = V1 + V2.
磁気シミュレーションの前提として、３個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。
As the premise of the magnetic simulation, the sensitivity of the three
図１０に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１乃至Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算してある。
From the magnetic simulation results shown in FIG. 10, the value (aV1-bV2 + c) / (dV3 + e) calculated using the values of V1 to V3 with respect to the moving distance of the
ここで、図１０に記載した理想直線Ｌ６は、直方体磁石３１の移動距離が−３．５ｍｍにおける３個の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋３．５ｍｍにおける３個の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算してある。
Here, the ideal straight line L6 shown in FIG. 10 is a value (aV1-bV2 + c) / () calculated using the values of the three output voltages V1, V2, V3 when the moving distance of the
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ５は理想直線Ｌ６からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。 Generally, since position detection is performed using the value on the ideal straight line, the position detection error becomes large when the magnetic simulation result L5 has a large deviation from the ideal straight line L6.
図１１は、理想直線Ｌ６と、磁気シミュレーション結果Ｌ５とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。 FIG. 11 shows the position detection error with respect to the moving distance of the magnet converted from the deviation between the ideal straight line L6 and the magnetic simulation result L5.
図１１に示す結果より、位置検出誤差は最大でも２．２ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０３％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。 From the results shown in FIG. 11, it can be seen that the position detection error is about 2.2 μm at the maximum and the resolution is 0.03% with respect to the total stroke of 7 mm, achieving highly accurate position detection.
当然、図１０で示したシミュレーション結果から最小２乗法で求めた直線を理想直線Ｌ６としてもかまわない。最小２乗法で求めた直線を理想直線とすると、さらに位置検出誤差は小さくなり、分解能は高くなる。 Naturally, the straight line obtained by the least square method from the simulation result shown in FIG. 10 may be the ideal straight line L6. If the straight line obtained by the least square method is an ideal straight line, the position detection error is further reduced and the resolution is increased.
上述のように演算中の係数ａ〜ｅの値をそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として演算を行ったが、この数値が異なっても、位置検出装置３０において、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１、ホールセンサ３２ａの感磁部の中心とホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及びホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２を最適化することで、比較例よりも良い結果が得られる。
As described above, the values of the coefficients a to e being calculated are calculated as a = 1, b = 1, c = 0, d = 3.1, and e = V1 + V2, respectively. In the
例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝２．７ｍｍ、Ａ３＝２．０ｍｍ、Ｂ１＝４．３ｍｍ、Ｂ２＝１．１５ｍｍの構成において、演算中の係数ａ〜ｅの値がそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２の場合には、位置検出誤差は１０５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して１．５％であるが、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝Ｖ３、ｄ＝１、ｅ＝０とすることで、位置検出誤差は３．５ｕｍ程度となり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０５％まで改善され、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。 For example, in the position detection range of 7 mm, the values of the coefficients a to e during calculation in the configuration of A1 = 3.5 mm, A2 = 2.7 mm, A3 = 2.0 mm, B1 = 4.3 mm, B2 = 1.15 mm When a = 1, b = 1, c = 0, d = 3.1, and e = V1 + V2, the position detection error is about 105 μm, and the resolution is 1.5% for a total stroke of 7 mm. However, by setting a = 1, b = 1, c = V3, d = 1, and e = 0, the position detection error is about 3.5 μm, and the resolution is 0.05% with respect to the total stroke 7 mm. Position detection with position detection accuracy within 0.1% of the position detection range becomes possible.
以上のような位置検出処理を行うことによって、以下に示す効果を得ることができる。 By performing the position detection process as described above, the following effects can be obtained.
ホールセンサ３２ｂは、ホールセンサ３２ａ、３２ｃの中心に設けることにより、位置検出精度が向上する。すなわち、ホールセンサ３２ｂは、ホールセンサ３２ａ、３２ｃからの距離が等間隔であれば、位置検出精度は良好なまま保つことが可能となる。すなわち、以下でも例示するが、位置検出方向に対し直角にズレて配置させた場合においても、位置検出精度は良好である。ホールセンサ３２ｂのズレ量が概ねホールセンサ３２ａ、３２ｃの距離と同程度以内であれば、位置検出精度が良好であることが多い。
By providing the
また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、３個を１つのパッケージに一体に封入している。３個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。３個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある３個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。
Further, three
また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。
Further, the
また、位置検出装置３０の構成により、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、５ｍｍをこえる範囲で高精度に位置検出を行うことができる。ホールセンサが、増幅器を有したホールＩＣの場合、出力信号線の数をホールセンサに比べて低減できるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響を低減できる。
Further, due to the configuration of the
以上説明したように、感磁方向が、配置された基板に対して垂直な少なくとも３個以上のホールセンサを１組とし、このホールセンサの最外の２個の中心を結ぶ直線および基板に平行に可動可能に支持し、基板に対して垂直にＮ極とＳ極が着磁された磁石を配置し、最外の２個のホールセンサの出力を実数倍した出力をＶ１，Ｖ２とし、それ以外のホールセンサの各々の出力を実数倍した総和をＶ３とした場合、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の関係式を用いて位置検出を行う（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）信号処理回路を設けたので、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができ、また、広範囲な距離を高精度に、かつ連続的に検出することが可能な、位置検出装置とその位置検出装置を用いた電子機器を作製することが可能になる。 As described above, at least three or more hall sensors perpendicular to the substrate on which the magnetism is arranged are set as one set, and the straight line connecting the outermost two centers of the hall sensor and the substrate are parallel to each other. A magnet with N poles and S poles magnetized perpendicularly to the substrate is arranged, and the output of the outer two Hall sensors multiplied by the real number is designated as V1 and V2. When the sum of the output of each Hall sensor other than is multiplied by the real number is V3, position detection is performed using the relational expression (aV1-bV2 + c) / (dV3 + e) (where a ≠ 0 and b ≠ 0 and d ≠ 0 real number, c and e are real numbers) Since the signal processing circuit is provided, even when the hall sensor is used as a magnetic sensor and the component parts are composed of general-purpose products or parts that are easily available, the configuration is simple. Can be downsized Also, a wide range of distance with high accuracy, and which can be continuously detected, it is possible to produce the position detecting device and an electronic apparatus using the position detecting device.
＜応用例＞
応用例として、本例のような位置検出装置３０を備えた電子機器として構成することも可能である。例として、位置検出装置３０は、デジタルカメラ、カムコーダ、カメラ付き携帯電話などに代表される、カメラ部を有した電子機器に好適である。さらに、オートフォーカスや光学ズーム、光学手ブレ補正など、内部で高精度にレンズやＣＣＤなどの位置検出を行う際にも好適に使用可能である。
<Application example>
As an application example, it is also possible to configure as an electronic device including the
電子機器の具体例としては、位置検出装置３０と、位置検出装置３０からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構とを備えて構成してもよい。ＡＦ機構及びＺｏｏｍ機構は、デジタルカメラ、又は携帯電話のオートフォーカスおよびズームを行うことができる。
As a specific example of the electronic device, the electronic apparatus may include a
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Second example]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as the 1st example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、第１の例の変形例であり、位置検出装置３０において、基板上での各ホールセンサの配設位置を変更した場合の例である。
This example is a modification of the first example, and is an example in which the
図１２は、第２のホールセンサ３２ｂが、第１のホールセンサ３２ａと第３のホールセンサ３２ｃとのそれぞれの感磁部の中心を結んだ直線上に無い場合の構成を示す。
FIG. 12 shows a configuration in the case where the
第２のホールセンサ３２ｂが、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第３のホールセンサ３２ｃの感磁部との中心を結んだ直線上に無い場合においても、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離と、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離とが等しければ、図１に示したような位置検出装置３０において、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１、ホールセンサ３２ａの感磁部の中心とホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離、および、ホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２、および、演算中の係数ａ〜ｅの値を最適化することで、比較例よりも良い結果が得られる。
Even when the
例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝３．４ｍｍ、Ａ３＝１．８ｍｍ、Ｂ１＝３．２ｍｍ、Ｂ２＝２．０ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面とを結んだ中点と第２のホールセンサ３２ｂの感磁面と結んだ距離が１．５ｍｍの構成において、演算中の係数ａ及至ｅの値がそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．６、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２の場合には、位置検出誤差は４．５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０６％であり、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。
For example, in the position detection range of 7 mm, A1 = 3.5 mm, A2 = 3.4 mm, A3 = 1.8 mm, B1 = 3.2 mm, B2 = 2.0 mm, the first magneto-sensitive surface and the
さらに、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが一軸上に整列していないため、第１のホールセンサ３２ａと第３のホールセンサ３２ｃとの間に演算処理計算部２２を配置するのに好適となる。さらに、１つのパッケージ内にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、および、演算処理計算部２２を納める場合、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが一軸上に整列していた場合では、パッケージサイズが大きくなってしまうし、演算処理計算部２２上にホールセンサをダイボンディングする方法が知られているが、この方法では、パッケージが厚くなってしまう。ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｃとの間に演算処理計算部２２を設けることで、パッケージサイズを小さくできる。
Furthermore, since the
図１２において、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面との距離が４．０ｍｍであり、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面とを結んだ直線の中点と第２のホールセンサ３２ｂの感磁面との距離は１．５ｍｍであるため、演算処理計算部２２の大きさがおよそ３．０ｍｍ×１．０ｍｍ以下であれば、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同様に１つのパッケージ内に納めるのに好適となる。３４はホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、および、演算処理部２２が内包された１つのパッケージである。
In FIG. 12, the distance between the magnetosensitive surface of the
また、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離と、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離とが等間隔の場合を計算したが、等間隔では無い場合でも、演算中の係数ａ〜ｅの値を変更することで、比較例よりも良い結果が得られる。
Further, the case where the distance between the
例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝３．１ｍｍ、Ａ３＝１．９ｍｍ、Ｂ１＝３．４ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離が１．８ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離が１．９ｍｍの構成において、演算中の係数ａ及至ｅの値がそれぞれ、ａ＝２．２、ｂ＝１．６、ｃ＝１．２Ｖ３、ｄ＝２．５、ｅ＝０．８Ｖ１＋０．８Ｖ２とすることで、位置検出誤差は５．３ｕｍ程度となり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０８％まで改善され、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。
For example, in a position detection range of 7 mm, A1 = 3.5 mm, A2 = 3.1 mm, A3 = 1.9 mm, B1 = 3.4 mm, and the distance between the
すなわち、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ乃至ｅの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得られることがわかる。 That is, even when there is an influence of mounting error, tolerance, etc., it can be seen that good position detection accuracy can be obtained by changing the values of the coefficients a to e during calculation.
このように、本発明の位置検出装置３０を用いることにより、比較例で説明する位置検出装置と比較して、小型な位置検出装置を実現できる。
Thus, by using the
［第３の例］
本発明の第３の実施の形態を、図１３〜図２２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Third example]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、位置検出装置５０において、一軸上に整列した４個のホールセンサを用いて位置検出を行う場合の例である。
In this example, the
＜構成＞
図１３は、位置検出装置５０の概略構成を示す。
<Configuration>
FIG. 13 shows a schematic configuration of the
位置検出装置５０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石３１と、４個を１組としたホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｄ（第４のホールセンサ）とを実装した基板３３とを備えている。
The
この位置検出装置５０は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。
The
４個のホールセンサは、ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｂとの距離と、ホールセンサ３２ｃとホールセンサ３２ｄとの距離とが同値となるように、基板３３上に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、Ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。
The four Hall sensors are arranged on the
直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。
The
ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線を、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。また、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第４のホールセンサ３３ｄの感磁部とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。
Here, the meaning of being movable in a plane parallel to the straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the
１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心と第４のホールセンサ３２ｄの感磁部中心とを結ぶ直線もＸ方向である。また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。
A magnetic sensor center of the
Ａ１は、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さを示す。また、Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの感磁部の中心までの距離を示す。Ｂ３は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。Ｂ４は、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。
A1 indicates the length in the long side direction X of the
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。
The
図１４は、図１３に示したホールセンサを４個用いた位置検出装置５０の位置検出回路の構成例を示す。
FIG. 14 shows a configuration example of a position detection circuit of the
位置検出回路は、駆動回路１９と、信号処理部２０とを備えている。信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、計算処理部２２とからなる。
The position detection circuit includes a
駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成されている。第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極入力端子３２ａ（Ｃ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。
The
第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。
The
第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。
The
第４のホールセンサ３２ｄは、正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とから構成される。
The
正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ４が出力される。正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ５が出力される。正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とは、差動増幅器２１ｄの入力信号となり、差動増幅器２１ｄからはＶ２が出力される。
The
信号処理部２０は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからの出力に基づいて位置検出を行うものである。
The
本発明における信号処理部２０は、差動増幅器２１ａの出力をＶ１、差動増幅器２１ｂの出力をＶ４、差動増幅器２１ｃの出力をＶ５、差動増幅器２１ｄの出力をＶ２とした場合、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ） …（２）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。
When the output of the
Vo = (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5) + e) (2)
Position detection is performed using a value Vo obtained from the relational expression.
ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃおよびｅは実数であり、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数である。 However, a real number in which a ≠ 0, b ≠ 0, and d ≠ 0, c and e are real numbers, and f and g are real numbers in which both or one is not zero.
ｃはゼロである。ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。 c is zero. There is an optimum value for the value of c depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the Hall sensor, but the accuracy is often improved by setting it to zero.
ｅはａＶ１＋ｂＶ２である。ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。 e is aV1 + bV2. There is an optimum value for the value of e depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the Hall sensor, but the accuracy is often improved by setting aV1 + bV2.
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、４個を１つのパッケージに一体に封入している。４個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。４個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある４個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。
Four
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。
The
このような構成とすることにより、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、１０ｍｍを超える範囲で高精度に位置検出を行うことができる。 With such a configuration, the range in which the magnetic flux density changes linearly with the movement of the magnet extends to about 20 when the length of the long side of the moving magnet is 10. That is, even if the size of the magnet is reduced, position detection can be performed with high accuracy within a range exceeding 10 mm.
＜回路動作＞
図１４の位置検出回路の動作について説明する。
位置検出装置５０は、４個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。
<Circuit operation>
The operation of the position detection circuit in FIG. 14 will be described.
The
第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、第４のホールセンサ３２ｄの正極入力端子３２ｄ（Ｍ）とを接続し、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、第４のホールセンサ３２ｄの負極入力端子３２ｄ（Ｏ）とを接続して駆動回路１９の入力端子とする。
A
第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続され、第４のホールセンサ３２ｄの正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、信号処理回路２０の第４の差動増幅器２１ｄに接続される。
The
第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子と第４の差動増幅器２１ｄの出力端子とは、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。
The output terminal of the first
このような駆動回路１９と信号処理回路によって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ４と第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ５と第４のホールセンサ３２ｄのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いた（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。
By such a
本例の構成では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。
In the configuration of this example, the input terminals of the
また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。
Needless to say, more accurate instrumentation amplifiers may be used for the
また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）を求めることもできる。
Further, the signals of the
本例では、位置検出を行うのに除算を行うが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。 In this example, division is performed to detect the position. Since division is to take the ratio of the numerator to the denominator, if the denominator can be controlled to be constant over the entire movement range of the magnet, the value of the numerator is obtained. Shows the same linearity as the value after division performed without controlling the denominator.
例えば、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることで、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。 For example, if the input value of the Hall sensor is controlled so that the denominator (= d (fV4 + gV5) + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is. Further, by multiplying the output value of the Hall sensor so that the denominator (= d (fV4 + gV5) + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is. .
＜位置検出例＞
次に、位置検出装置５０の具体的な位置検出の例について説明する。
図１５は、位置検出装置５０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。
<Example of position detection>
Next, a specific example of position detection of the
FIG. 15 shows a specific configuration example of the
本例では、広い温度範囲において、１５ｍｍ（±７．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１３に示した各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。 In this example, a position detection range of 15 mm (± 7.5 mm) is detected with a position detection accuracy within 0.1% of the position detection range in a wide temperature range. A design example of the optimum value of the parameter of each component shown in FIG. 13 will be described.
図１５に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝７．０ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝４．８ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝５．３ｍｍとする。
As shown in FIG. 15, the length A1 of the
また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝５．０ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心との距離Ｂ３＝２．４ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ４＝０．９ｍｍとする。
Further, the distance B1 = 5.0 mm from the
上記設計の際、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを設ける事も可能である。
In the above design, mounting the
従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄとを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。
Therefore, it is desirable to enclose the
図１６〜図２０は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。 FIGS. 16-20 shows the output voltage of a Hall sensor with respect to the moving distance of a rectangular parallelepiped magnet, and the value after a calculation.
図１６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ１０を示す。
FIG. 16 shows a change L10 of a value V1 obtained by multiplying the output voltage of the
図１７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ１１を示す。
FIG. 17 shows a change L11 of a value V4 obtained by multiplying the output voltage of the
図１８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ１２である。
FIG. 18 shows a change L12 of a value V5 obtained by multiplying the output voltage of the
図１９は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ１３である。
FIG. 19 shows a change L13 of a value V2 obtained by multiplying the output voltage of the
図２０は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ１４および（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の変化Ｌ１５を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。 FIG. 20 shows a change L14 of (aV1-bV2 + c) and a change L15 of (d (fV4 + gV5) + e) with respect to the moving distance of the magnet. Here, the values of the coefficients a to g being calculated are calculated as a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1.5, and g = 1.5, respectively. is there.
図２１は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。 FIG. 21 shows the result of calculating the calculated value from the magnetic simulation.
磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の変化Ｌ１６および理想直線Ｌ１７を示す。 A change L16 and an ideal straight line L17 of (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5) + e) with respect to the moving distance of the magnet are shown.
ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。 Here, the values of the coefficients a to g being calculated are calculated as a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1.5, and g = 1.5, respectively. is there.
磁気シミュレーションの前提として、４個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。
As the premise of the magnetic simulation, the sensitivity of the four
図２１に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。
From the magnetic simulation result shown in FIG. 21, the value (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5) + e) calculated using the values of V1, V2, V4, V5 with respect to the moving distance of the
ここで、図２１に記載した理想直線Ｌ１７は、直方体磁石３１の移動距離が−７．５ｍｍにおける４個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋７．５ｍｍにおける４個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。
Here, the ideal straight line L17 shown in FIG. 21 is a value (aV1-bV2 + c) calculated using the values of the four output voltages V1, V2, V4, V5 when the moving distance of the
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ１６は理想直線Ｌ１７からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。 In general, since position detection is performed using values on the ideal straight line, the position detection error becomes large when the magnetic simulation result L16 has a large deviation from the ideal straight line L17.
図２２は、理想直線Ｌ１７と磁気シミュレーション結果Ｌ１６とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。 FIG. 22 shows a position detection error with respect to the moving distance of the magnet converted from the deviation between the ideal straight line L17 and the magnetic simulation result L16.
図２２に示す結果より、位置検出誤差は最大でも９．５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク１５ｍｍに対して０．０６％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。 From the results shown in FIG. 22, it can be seen that the position detection error is about 9.5 μm at the maximum, and the resolution is 0.06% with respect to the total stroke of 15 mm, achieving highly accurate position detection.
本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ乃至ｇの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。 In this example, as in the above examples, even when there is an influence of mounting error, tolerance, etc., it is possible to obtain a good position detection accuracy by changing the values of the coefficients a to g being calculated. It becomes possible.
［第４の例］
本発明の第４の実施の形態を、図２３〜図３３に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Fourth example]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、位置検出装置５０において、一軸上に整列した５個のホールセンサを用いて位置検出を行う場合の例である。
In this example, the
＜構成＞
図２３は、位置検出装置６０の概略構成を示す。
<Configuration>
FIG. 23 shows a schematic configuration of the
位置検出装置６０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石３１と、５個を１組としたホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｄ（第４のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｅ（第５のホールセンサ）とを実装した基板３３とからなる。
The
本発明に係る位置検出装置は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。 The position detection apparatus according to the present invention can be configured using variously shaped magnets and various Hall sensors.
５個のホールセンサ３２ａ〜３２ｅは、ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｂとの距離と、ホールセンサ３２ｄとホールセンサ３２ｅとの距離とが同値となるように、さらに、ホールセンサ３２ｂとホールセンサ３２ｃとの距離と、ホールセンサ３２ｃとホールセンサ３２ｄとの距離とが同値となるように、基板３３上に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。
The five
直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。
The
直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。
The
ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線を、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。
Here, the meaning of being movable in a plane parallel to the straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the
また、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。
Further, the midpoint of the straight line connecting the magnetic sensitive part of the
１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部中心と、第５のホールセンサ３２ｅの感磁部中心とを結ぶ直線もＸ方向である。また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。
A magnetic sensor center of the
Ａ１は直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さをそれぞれ示す。
A1 indicates the length in the long side direction X of the
Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離を示す。
B1 indicates the distance from the
Ｂ５は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と、第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。
B5 is a distance connecting the center of the magnetic sensing part of the
Ｂ６は、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。
B6 is a distance connecting the center of the magnetic sensing part of the
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。
The
図２４は、図２３に示したホールセンサを５個用いた位置検出装置６０の位置検出回路の構成例を示す。
FIG. 24 shows a configuration example of the position detection circuit of the
位置検出回路は、駆動回路１９と、信号処理部２０とを備えている。信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと、計算処理部２２とからなる。
The position detection circuit includes a
駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成される。
The
第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と、負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。
The
第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と、負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。
The
第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と、負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。
The
第４のホールセンサ３２ｄは、正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と、正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と、負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と、負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とから構成される。
The
第５のホールセンサ３２ｅは、正極入力端子３２ｅ（Ｑ）と、正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と、負極入力端子３２ｅ（Ｓ）と、負極出力端子３２ｅ（Ｔ）とから構成される。
The
正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とは、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。
The
正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ４が出力される。
The
正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ５が出力される。
The
正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、差動増幅器２１ｄの入力信号となり、差動増幅器２１ｄからはＶ６が出力される。
The
正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と負極出力端子３２ｅ（Ｔ）は、差動増幅器２１ｅの入力信号となり、差動増幅器２１ｅからはＶ２が出力される。
The
信号処理部２０は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからの出力に基づいて位置検出を行う。
The
本例における信号処理部２０は、差動増幅器２１ａの出力をＶ１、差動増幅器２１ｂの出力をＶ４、差動増幅器２１ｃの出力をＶ５、差動増幅器２１ｄの出力をＶ６、差動増幅器２１ｅの出力をＶ２とした場合、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ） …（３）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。
The
Vo = (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) (3)
Position detection is performed using a value Vo obtained from the relational expression.
ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃおよびｅは実数であり、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数である。 However, it is a real number in which a ≠ 0, b ≠ 0, and d ≠ 0, c and e are real numbers, and f to h are real numbers in which at least one is not zero.
ｃはゼロである。ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。 c is zero. There is an optimum value for the value of c depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the Hall sensor, but the accuracy is often improved by setting it to zero.
ｅはａＶ１＋ｂＶ２である。ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。 e is aV1 + bV2. There is an optimum value for the value of e depending on the configuration such as the magnet size and the distance between the magnet and the Hall sensor, but the accuracy is often improved by setting aV1 + bV2.
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、５個を１つのパッケージに一体に封入している。５個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。５個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある５個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。
Five
ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。
The
このような構成とすることにより、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、１５ｍｍをこえる範囲で高精度に位置検出を行うことができる。 With such a configuration, the range in which the magnetic flux density changes linearly with the movement of the magnet extends to about 20 when the length of the long side of the moving magnet is 10. That is, even if the size of the magnet is reduced, position detection can be performed with high accuracy in a range exceeding 15 mm.
＜回路動作＞
図２４の位置検出回路の動作について説明する。
位置検出装置６０は、５個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。
<Circuit operation>
The operation of the position detection circuit in FIG. 24 will be described.
The
第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、第４のホールセンサ３２ｄの正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と、第５のホールセンサ３２ｅの正極入力端子３２ｅ（Ｑ）とを接続し、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、第４のホールセンサ３２ｄの負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と、第５のホールセンサ３２ｅの負極入力端子３２ｅ（Ｓ）とを接続して駆動回路１９の入力端子とする。
A
第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続され、第４のホールセンサ３２ｄの正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、信号処理回路２０の第４の差動増幅器２１ｄに接続され、第５のホールセンサ３２ｅの正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と負極出力端子３２ｅ（Ｔ）は、信号処理回路２０の第５の差動増幅器２１ｅに接続される。
The
第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子と第４の差動増幅器２１ｄの出力端子と第５の差動増幅器２１ｅの出力端子とは、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。
The output terminal of the first
このような駆動回路１９と信号処理回路によって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ４と第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ５と第４のホールセンサ３２ｄのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ６と第５のホールセンサ３２ｅのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いた（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃ及びｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。
By such a
本例の構成では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。
In the configuration of this example, the input terminals of the
また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。
Needless to say, more accurate instrumentation amplifiers may be used for the
また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）を求めることもできる。
Further, the signals of the
本例では、位置検出を行うのに除算を行う必要があるが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。 In this example, it is necessary to divide to perform position detection, but since division is to take the ratio of the numerator and denominator, if the denominator can be controlled to be constant over the entire movement range of the magnet, The value of the numerator shows the same linearity as the value after division performed without controlling the denominator.
例えば、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることで、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。 For example, if the input value of the Hall sensor is controlled so that the denominator (= d (fV4 + gV5 + hV6) + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is. Also, by multiplying the Hall sensor output value by a gain so that the denominator (= d (fV4 + gV5 + hV6) + e) is constant, the value of the numerator (= aV1-bV2 + c) can be used as the position output as it is. .
＜位置検出例＞
次に、位置検出装置６０の具体的な位置検出の例について説明する。
図２５は、位置検出装置６０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。
<Example of position detection>
Next, a specific example of position detection of the
FIG. 25 shows a specific configuration example of the
本例では、広い温度範囲において、２０ｍｍ（±１０ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１５における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。 This example shows a case where a position detection range of 20 mm (± 10 mm) is detected with a position detection accuracy within 0.1% of the position detection range in a wide temperature range. A design example of the optimum value of the parameter of each component in FIG. 15 will be described.
図２５に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝１０．３ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝１０．０ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝７．０ｍｍとする。
As shown in FIG. 25, the length A1 in the long-side direction X of the
また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝７．５ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心との距離Ｂ５＝１．７５ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離及び第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ６＝２．０５ｍｍとする。
Further, the distance B1 = 7.5 mm from the
上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを設けることも可能である。
In the above design, mounting the
従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。
Therefore, it is desirable to enclose the
図２６〜図３１は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。 26 to 31 show the output voltage of the Hall sensor with respect to the moving distance of the rectangular parallelepiped magnet, and the value after the calculation.
図２６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ２０を示す。
FIG. 26 shows a change L20 of a value V1 obtained by multiplying the output voltage of the
図２７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ２１を示す。
FIG. 27 shows a change L21 in a value V4 obtained by multiplying the output voltage of the
図２８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ２２である。
FIG. 28 shows a change L22 of a value V5 obtained by multiplying the output voltage of the
図２９は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ６の変化Ｌ２３である。
FIG. 29 shows a change L23 of a value V6 obtained by multiplying the output voltage of the
図３０は、磁石の移動距離に対する第５のホールセンサ３２ｅの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ２４である。
FIG. 30 shows a change L24 of a value V2 obtained by multiplying the output voltage of the
図３１は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ２５、および、（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ２６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。 FIG. 31 shows a change L25 in (aV1-bV2 + c) and a change L26 in (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) with respect to the moving distance of the magnet. Here, the values of the coefficients a to h being calculated are calculated with a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1, g = 2, and h = 1. is there.
図３２は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ２７、および、理想直線Ｌ２８を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。 FIG. 32 shows the result of calculating the calculated value from the magnetic simulation. A change L27 of (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) with respect to the moving distance of the magnet and an ideal straight line L28 are shown. Here, the values of the coefficients a to h being calculated are calculated with a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1, g = 2, and h = 1. is there.
磁気シミュレーションの前提として、５個のホールセンサ３２ａ〜３２ｅの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。
As preconditions for the magnetic simulation, the sensitivity of the five
図３２に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。
From the magnetic simulation results shown in FIG. 32, values (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) calculated using the values of V1, V2, V4, V5, and V6 with respect to the moving distance of the
ここで、図３２に記載した理想直線Ｌ２８は、直方体磁石３１の移動距離が−１０ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋１０ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。
Here, the ideal straight line L28 shown in FIG. 32 is a value (aV1-bV2 + c) calculated using values of five output voltages V1, V2, V4, V5, and V6 when the moving distance of the
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ２７は理想直線Ｌ２８からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。 In general, since position detection is performed using a value on this ideal straight line, when the magnetic simulation result L27 has a large deviation from the ideal straight line L28, a position detection error increases.
図３３は、理想直線Ｌ２８と磁気シミュレーション結果Ｌ２７とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。 FIG. 33 shows a position detection error with respect to the moving distance of the magnet converted from the deviation between the ideal straight line L28 and the magnetic simulation result L27.
図３３に示す結果より、位置検出誤差は最大でも１１ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク２０ｍｍに対して０．０５５％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。 From the results shown in FIG. 33, it can be seen that the position detection error is about 11 μm at the maximum, and the resolution has achieved a highly accurate position detection of 0.055% with respect to the total stroke of 20 mm.
本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ〜ｈの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。 In this example, as in each example described above, even when there is an influence of mounting error, tolerance, etc., it is possible to obtain good position detection accuracy by changing the values of the coefficients a to h during the calculation. It becomes possible.
［第５の例］
本発明の第５の実施の形態を、図３４〜図４２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。
[Fifth Example]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the same part as each example mentioned above, the description is abbreviate | omitted and the same code | symbol is attached | subjected.
本例は、第４の例の変形例であり、位置検出装置６０の位置検出範囲を変更させた場合の例である。
図３４は、位置検出装置６０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。
This example is a modification of the fourth example, and is an example when the position detection range of the
FIG. 34 shows a specific configuration example of the
本例では、広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図２３における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。 This example shows a case where a position detection range of 7 mm (± 3.5 mm) is detected with a position detection accuracy within 0.1% of the position detection range in a wide temperature range. A design example of the optimum value of the parameter of each component in FIG. 23 will be described.
図３４に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝８．３ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝６．７ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝６．７ｍｍとする。
As shown in FIG. 34, the length A1 of the
また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝６．８ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離および第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心との距離Ｂ５＝１．９５ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離および第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ６＝１．０ｍｍとする。
Further, the distance B1 = 6.8 mm from the
上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを設けることも可能である。
In the above design, mounting the
従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。
Therefore, it is desirable to enclose the
図３５〜図４０は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。 35 to 40 show the output voltage of the Hall sensor with respect to the moving distance of the rectangular parallelepiped magnet, and the value after the calculation.
図３５は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ３０を示す。
FIG. 35 shows a change L30 of a value V1 obtained by multiplying the output voltage of the
図３６は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ３１を示す。
FIG. 36 shows a change L31 in a value V4 obtained by multiplying the output voltage of the
図３７は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ３２を示す。
FIG. 37 shows a change L32 in a value V5 obtained by multiplying the output voltage of the
図３８は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ６の変化Ｌ３３を示す。
FIG. 38 shows a change L33 of a value V6 obtained by multiplying the output voltage of the
図３９は、磁石の移動距離に対する第５のホールセンサ３２ｅの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ３４を示す。
FIG. 39 shows a change L34 in a value V2 obtained by multiplying the output voltage of the
図４０は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ３５、および、（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ３６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。 FIG. 40 shows a change L35 of (aV1-bV2 + c) and a change L36 of (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) with respect to the moving distance of the magnet. Here, the values of the coefficients a to h being calculated are calculated with a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1, g = 2, and h = 1. is there.
図４１は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ３７、および、理想直線Ｌ３８を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。 FIG. 41 shows the result of calculating the calculated value from the magnetic simulation. A change L37 of (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) with respect to the moving distance of the magnet and an ideal straight line L38 are shown. Here, the values of the coefficients a to h being calculated are calculated with a = 1, b = 1, c = 0, d = 1, e = V1 + V2, f = 1, g = 2, and h = 1. is there.
磁気シミュレーションの前提として、５個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。
As preconditions for the magnetic simulation, the sensitivity of the five
図４１に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ及至ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。
From the magnetic simulation results shown in FIG. 41, values (aV1-bV2 + c) / (d (fV4 + gV5 + hV6) + e) calculated using the values of V1, V2, V4, V5, and V6 with respect to the moving distance of the
ここで、図４１に記載した理想直線Ｌ３８は、直方体磁石３１の移動距離が−３．５ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋３．５ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。
Here, the ideal straight line L38 shown in FIG. 41 is a value (aV1−) calculated using values of five output voltages V1, V2, V4, V5, and V6 when the moving distance of the
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ３７は理想直線Ｌ３８からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。 Generally, since position detection is performed using the value on the ideal straight line, the position detection error becomes large when the magnetic simulation result L37 has a large deviation from the ideal straight line L38.
図４２は、理想直線Ｌ３８と磁気シミュレーション結果Ｌ３７とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。 FIG. 42 shows a position detection error with respect to the moving distance of the magnet converted from the deviation between the ideal straight line L38 and the magnetic simulation result L37.
図４２に示す結果より、位置検出誤差は最大でも０．０６ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０００９％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。すなわち、従来の方法による位置検出誤差（＝位置検出範囲の０．１％相当）に対し、本構成による位置検出誤差は、およそ１／１１０に抑えることが可能となる。 From the results shown in FIG. 42, it can be seen that the position detection error is about 0.06 μm at the maximum and the resolution is 0.0009% with respect to the total stroke of 7 mm, achieving highly accurate position detection. That is, the position detection error according to this configuration can be suppressed to about 1/110 with respect to the position detection error (= corresponding to 0.1% of the position detection range) by the conventional method.
本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ〜ｈの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。 In this example, as in each example described above, even when there is an influence of mounting error, tolerance, etc., it is possible to obtain good position detection accuracy by changing the values of the coefficients a to h during the calculation. It becomes possible.
１１ 第１のホールセンサ
１２ 第２のホールセンサ
１９ 駆動回路
２０ 信号処理回路
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 差動増幅器
２２ 演算処理計算部
２３ 永久磁石
３０，４０，５０，６０ 位置検出装置
３１，４１ 直方体磁石
３２ａ，４２ａ 第１のホールセンサ
３２ｂ，４２ｂ 第２のホールセンサ
３２ｃ 第３のホールセンサ
３２ｄ 第４のホールセンサ
３２ｅ 第５のホールセンサ
３２ａ（Ａ），３２ｂ（Ｅ），３２ｃ（Ｉ），３２ｄ（Ｍ），３２ｅ（Ｑ）正極入力端子
３２ａ（Ｂ），３２ｂ（Ｆ），３２ｃ（Ｊ），３２ｄ（Ｎ），３２ｅ（Ｒ）正極出力端子
３２ａ（Ｃ），３２ｂ（Ｇ），３２ｃ（Ｋ），３２ｄ（Ｏ），３２ｅ（Ｓ）負極入力端子
３２ａ（Ｄ），３２ｂ（Ｈ），３２ｃ（Ｌ），３２ｄ（Ｐ），３２ｅ（Ｔ）負極出力端子
３３，４３ 基板
１００ 平面
２００ 平面
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記複数の磁気センサのうち前記移動方向に対して前記基板上の最外位置に配置された２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、
前記複数の磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段と
を具え、
前記信号処理手段は、
前記複数の磁気センサを搭載した前記基板に対して、前記磁束発生手段を前記移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、
前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする位置検出装置。 Magnetic flux detecting means arranged along a moving direction as a set of a plurality of magnetic sensors composed of at least three or more on a substrate, wherein the magnetic sensitive direction of the plurality of magnetic sensors is perpendicular to the substrate;
Among the plurality of magnetic sensors, the direction parallel to the straight line connecting the centers of the magnetic sensing portions of the two magnetic sensors arranged at the outermost positions on the substrate with respect to the moving direction, and on the substrate Magnetic flux generating means comprising a magnet supported so as to be movable in a parallel plane and having N and S poles magnetized in a direction perpendicular to the substrate;
Signal processing means for performing position detection based on outputs from the plurality of magnetic sensors,
The signal processing means includes
When the magnetic flux generating means is moved by a predetermined distance in the moving direction with respect to the substrate on which the plurality of magnetic sensors are mounted,
Output values from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to the moving distance in the moving direction, and other remaining magnetic sensors arranged at other than the outermost position on the substrate A position detection apparatus that performs position detection by using a predetermined correlation with an output value from.
前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。 The signal processing means includes
Output values from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to the moving distance in the moving direction, and other remaining magnetic sensors arranged at other than the outermost position on the substrate The position detection apparatus according to claim 1, wherein position detection is performed using a predetermined correlation between a calculation value obtained from an output value from the input value.
前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。 The signal processing means includes
An output value obtained by multiplying each output from a plurality of magnetic sensors arranged at the outermost position on the substrate with respect to the moving distance in the moving direction by a predetermined value, and arranged at a position other than the outermost position on the substrate. 3. The position according to claim 1, wherein the position is detected using a predetermined correlation of a ratio with a sum value including an output value obtained by multiplying each output from the other remaining magnetic sensors by a predetermined value. Detection device.
前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサからの出力Ｖ１及びＶ２をそれぞれ実数倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力をそれぞれ実数倍した出力値の総和値Ｖ３とを用いて、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）
ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数
の関係式から求められる算出値Ｖｏを用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置。 The signal processing means includes
Output values obtained by multiplying the outputs V1 and V2 from the two outermost magnetic sensors on the substrate by real numbers, and the remaining magnetism other than the two outermost magnetic sensors on the substrate. Using the total value V3 of the output values obtained by multiplying each output from the sensor by a real number,
Vo = (aV1-bV2 + c) / (dV3 + e)
4. The position detection is performed using a real number in which a ≠ 0 and b ≠ 0 and d ≠ 0, and c and e are calculated using a calculated value Vo obtained from a relational expression of real numbers. The position detection apparatus described in 1.
前記Ｖ３は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの３番目からｎ番目の磁気センサの出力をそれぞれＶ４、Ｖ５、Ｖ６、…、Ｖｎとした場合、
Ｖ３＝ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６＋……＋ｍＶｎ
ただし、ｆ、ｇ、ｈ、ｍのうちどれか一つ以上はゼロではない実数
であることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。 When the total number of the magnetic sensors is n,
When V3 is V4, V5, V6,..., Vn, respectively, the outputs of the remaining third to nth magnetic sensors other than the two outermost magnetic sensors are V4, V5, V6,.
V3 = fV4 + gV5 + hV6 + ...... + mVn
5. The position detecting device according to claim 4, wherein at least one of f, g, h, and m is a non-zero real number.
前記位置検出装置からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構と
を具えたことを特徴とする電子機器。 A position detection device according to any one of claims 1 to 15,
An electronic apparatus comprising an autofocus (AF) mechanism and a zoom mechanism to which an output signal from the position detection device is input.
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