JP2012208063A - Position detecting device and actuator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータに関し、より詳細には、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータに関する。 The present invention relates to a position detection device and an actuator using the position detection device, and more specifically, simplifies the arrangement configuration of a magnetic sensor and a magnet with respect to the substrate, and reduces the gap between the substrate and the magnet without reducing detection accuracy. The present invention relates to a position detection device and an actuator using the position detection device which are reduced in size, thickness, and weight.
近年、様々の位置検出装置がいろいろな機器に搭載されている。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話のカメラモジュールに用いられる手ブレ補正装置やズームやAF(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が求められていると同時に、機器全体の小型化や薄型化、軽量化が求められている。 In recent years, various position detection devices are mounted on various devices. For example, camera shake correction devices used in digital still cameras, digital video cameras, and mobile phone camera modules, and lens position detection devices for zooming and AF (autofocus), have a function for instantaneously detecting positions with high accuracy. At the same time, there is a demand for downsizing, thinning, and weight reduction of the entire device.
このような要求をみたすために、磁気センサを用いた位置検出装置が広く知られている。この種の位置検出装置は、基板上に磁気センサを設け、その磁気センサのほぼ真上に、基板と平行な平面内に移動可能な磁石を設け、この磁石の移動に伴う磁束変化を磁気センサで検出して、その出力に基づいて磁石に取り付けられたレンズなどの位置を検出するものである。 In order to meet such demands, position detection devices using magnetic sensors are widely known. In this type of position detection device, a magnetic sensor is provided on a substrate, and a magnet that can be moved in a plane parallel to the substrate is provided almost directly above the magnetic sensor. The position of a lens or the like attached to the magnet is detected based on the output.
図1は、従来の位置検出装置を説明するための具体的な構成図で、特許文献1に開示されているものである。この特許文献1のものは、2物体の相対位置を検出する位置検出装置に関するもので、位置検出装置20は、1つの磁石(磁力発生体)21と、互いに離間して配置される2つのホール素子(言い換えれば、1組のホール素子対(磁気センサ対))22a,22bとを備えている。磁石21は、角柱形状を有しており、その上面側および下面側がそれぞれN極およびS極に磁化されている。ホール素子対22a,22bは、装置本体などの固定側の物体(固定部材)に取り付けられ、磁石21は、固定部材に対して移動する移動側の物体(移動部材)に取り付けられている。そして、移動部材に取り付けられた磁石1は、固定部材に取り付けられたホール素子対22a,22bに対して図の矢印AR1方向(X方向)に移動可能である。位置検出装置20は、磁石21のホール素子対22a,22bに対する相対位置を検出する。
FIG. 1 is a specific configuration diagram for explaining a conventional position detection device, which is disclosed in Patent Document 1. In FIG. The thing of this patent document 1 is related with the position detection apparatus which detects the relative position of two objects, and the
図2は、従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図で、特許文献2に開示されているものである。積層基板35には、レンズを駆動する積層コイルが一体に配され、積層基板35は、フレキシブルプリント基板34を介して、ホール素子31が配されている。また、対向ヨーク33は、ホール素子31に対向する部位に、プレス加工により段付加工された凹部33aが形成されている。
FIG. 2 is a configuration diagram for explaining an actuator equipped with a conventional position detection device, which is disclosed in
積層基板35のコイルに電流が流されると、マグネット30による磁界とコイルに流れる電流との作用で、電磁力が発生する。具体的には、マグネット30に対向配置されたコイルに流れる電流を制御することにより、レンズを光軸に対してほぼ直交するX方向及びY方向の2方向に移動させることができる。対向ヨーク33を段付加工して、ホール素子31に対向する部位に凹部33aを形成することにより、ホール素子31の周辺における積層基板35と対向ヨーク33との隙間を部分的に大きくすることができる。これにより、マグネット30と対向ヨーク33との隙間を小さくできるので、コイルの電磁力を大きくすることができるとともに、ホール素子31と対向ヨーク33との隙間を十分に確保することができる。この場合にも、ホール素子31とマグネット30とは対向ヨーク33に対して縦配列に配置されている。なお、符号32はバックヨークを示している。
When a current flows through the coil of the laminated
図3は、従来のレンズユニットの取り付けられるアクチュエータを説明するための構成図で、この種のアクチュエータには、駆動用磁石と磁気センサを備えた位置検出装置が設けられている。このアクチュエータ40は、実装基板41上に移動可能に配置されたレンズ46を保持したレンズバレル45と、このレンズバレル45に取り付けられたX軸駆動用磁石42Xと、実装基板41上に設けられ、X軸駆動用磁石42Xのほぼ真下に配置されたX軸駆動用コイル44X及びX軸用磁気センサ43Xとを備えている。また、レンズバレル45に取り付けられたY軸駆動用磁石42Yと、実装基板41上に設けられ、Y軸駆動用磁石42Yの真下に配置されたY軸駆動用コイル44Y及びY軸駆動用磁気センサ43Yとを備えている。
FIG. 3 is a block diagram for explaining an actuator to which a conventional lens unit is attached. This type of actuator is provided with a position detection device including a driving magnet and a magnetic sensor. The
このような構成により、レンズバレル45の移動すべき位置を指令する信号及びX軸用及びY軸用磁気センサ43X,43Yによって検出された位置信号に基づいて、X軸及びY軸駆動用コイル44X,44Yに流す駆動電流を制御している。この場合のX軸用及びY軸用磁気センサ43X,43Yは、X軸及びY軸駆動用磁石42X,42Yのほぼ真下で実装基板41に対して縦配列に配置されている。
With such a configuration, the X-axis and Y-
図4は、従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図である。マグネット120には、肉厚部120aと肉薄部120bとが形成されている。肉厚部120aにアクチュエータのコイル(不図示)を対向させ、肉薄部120bに位置検出用のホール素子121を対向させる。ホール素子121は、フレキシブルプリント基板124を介して積層基板119の表面から突出して配置されているため、ホール素子121の一部が肉薄部120bによって形成された凹部内に配置される。よって、ヨーク125を小型及び薄型化することができる。また、マグネット120とコイルとの間隔及びマグネット120とホール素子121との間隔が、それぞれ最適な間隔にすることができ、小型及び薄型化しても、アクチュエータとしての推力が充分に得られる。
FIG. 4 is a configuration diagram for explaining an actuator equipped with a conventional position detection device. The
一般的に、アクチュエータとは、電気などのエネルギーを物理的な運動に変換する装置で、従来からカメラのレンズ駆動部に用いられるアクチュエータは、駆動用磁石と駆動用コイルを用いるリニアモータが主流であった。駆動用磁石と駆動用コイルは、可能な限り近づけたほうが、高いトルクを得られるため、近づけることにより、駆動用磁石と駆動用コイルは小さくすることが可能であり、さらなる装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることが出来る。しかしながら、図1及び図3に示した従来の位置検出装置は、磁気センサが、磁石のほぼ真下に配置されているため、磁気センサの厚み分だけ余計に基板と磁石とのギャップを必要とし、基板と磁石とのギャップを小さくしてさらなる装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることができなかった。また、図2及び図4に示した従来の位置検出装置は、高さを低くする工夫がなされているが、基板もしくは磁石に加工が必要であり、汎用的な基板や磁石を使用することができなかった。さらに、図4に示した従来の位置検出装置においては、マグネット120に肉薄部120bを形成するためには、短冊状に加工されたマグネットを、更に機械加工で一部を削り取る必要がある。このような工法でマグネット120を作成すると、マグネット120の一部を削り取る工程が必要であるため、加工コストが増加してしまうという問題点がある。また、マグネット120において削り取る部分が生じるために、同一体積のマグネットを形成するためにより多くの磁性材料の量が必要となり、相対的に磁石の材料コストが高くなってしまうという問題点がある。
In general, an actuator is a device that converts energy such as electricity into physical motion. Conventionally, actuators used in camera lens drive units are mainly linear motors that use a drive magnet and a drive coil. there were. A higher torque can be obtained by bringing the drive magnet and the drive coil as close as possible. Therefore, the drive magnet and the drive coil can be made smaller by bringing them closer to each other. And weight reduction can be achieved. However, the conventional position detection device shown in FIGS. 1 and 3 requires an additional gap between the substrate and the magnet by the thickness of the magnetic sensor because the magnetic sensor is disposed almost directly below the magnet. It was not possible to further reduce the size, thickness, and weight of the device by reducing the gap between the substrate and the magnet. The conventional position detection device shown in FIGS. 2 and 4 is devised to reduce the height, but the substrate or magnet needs to be processed, and a general-purpose substrate or magnet can be used. could not. Furthermore, in the conventional position detection apparatus shown in FIG. 4, in order to form the
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to simplify the arrangement of the magnetic sensor and the magnet with respect to the substrate, and to reduce the detection accuracy and to reduce the detection accuracy. Even in the case of using a magnet, it is an object of the present invention to provide a position detection device and an actuator using the same, in which the gap between the substrate and the magnet is reduced to reduce the size, thickness and weight of the device.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、基板上に少なくとも1個以上の磁気センサが配置され、該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、前記基板に平行な平面内で、任意の一方向の移動方向に移動可能で、前記基板からの最近接部の距離が、前記磁気センサの最遠隔部の距離よりも前記基板の近くに支持されるように前記磁束検出手段の近傍側部に配置され、前記移動方向にN極とS極が並んで着磁された磁石からなる磁束発生手段とを備え、前記磁石を前記基板に投影した領域外に、前記磁気センサは配置されており、前記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ときに、前記移動方向への移動距離に対応する前記磁気センサからの出力値を用いて位置検出を行うことを特徴とする。 The present invention has been made to achieve such an object, and in the invention according to claim 1, at least one or more magnetic sensors are arranged on a substrate, and the magnetic sensing direction of the magnetic sensor is the above-described magnetic sensing direction. The magnetic flux detection means that is perpendicular to the substrate and can move in any one direction of movement within a plane parallel to the substrate, and the distance of the closest part from the substrate is the maximum distance of the magnetic sensor. Magnetic flux generating means comprising a magnet that is arranged in the vicinity of the magnetic flux detecting means so as to be supported nearer to the substrate than the distance of the remote part, and is magnetized with N and S poles aligned in the moving direction. The magnetic sensor is disposed outside the region where the magnet is projected onto the substrate, and the magnetic flux generating means is moved a predetermined distance in the moving direction with respect to the substrate on which the magnetic sensor is mounted. When moving, move in the moving direction. And performing position detection by using the output value from the magnetic sensor corresponding to the distance.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記磁束発生手段が、前記移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ垂直方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石からなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnetic flux generating means is magnetized such that the N pole and the S pole are aligned in the moving direction, and the N pole and the S in the vertical direction. It consists of a magnet having a laminated structure in which two poles are magnetized side by side.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記磁束発生手段が、前記移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ前記移動方向と直交する水平方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石からなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnetic flux generating means is horizontally aligned with N and S poles aligned in the moving direction and perpendicular to the moving direction. It consists of the magnet of the connection structure magnetized by arranging two north poles and two south poles in the direction.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の位置検出装置と、該位置検出装置からの出力信号が入力される手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構を備えていることを特徴とするアクチュエータである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a position detection device according to any one of the first to third aspects, a position detection mechanism of a camera shake correction lens to which an output signal from the position detection device is input, or an auto An actuator including a focus mechanism or a zoom mechanism.
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構は、デジタルカメラ又は携帯電話の手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構として用いられることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the camera shake correction lens position detection mechanism, autofocus mechanism, or zoom mechanism is a camera shake correction lens of a digital camera or a mobile phone. It is used as a position detection mechanism, an autofocus mechanism, or a zoom mechanism.
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記磁石が、X軸駆動用磁石とY軸駆動用磁石とを備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to
本発明によれば、基板には、穴や凹み等の特殊な加工を施す必要がなく、磁石が、基板に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板からの最近接部の距離が、磁気センサの最遠隔部の距離よりも基板の近くに支持されるように磁気センサと同一面側に配置され、裏面との面が全て平行な6面体以外の特殊な形状に加工する必要もなく、移動方向にN極とS極が並んで着磁された磁石からなり、磁石を基板に対して投影した領域外に磁気センサが配置されるので、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータを実現することができる。 According to the present invention, the substrate does not need to be subjected to special processing such as a hole or a recess, and the magnet can move in any one direction within a plane parallel to the substrate, and the closest portion from the substrate Is arranged on the same side as the magnetic sensor so that it is supported closer to the substrate than the distance of the remotest part of the magnetic sensor, and the back surface is all processed into a special shape other than a parallelepiped The magnetic sensor is arranged outside the region in which the magnet is projected onto the substrate, and the magnetic sensor and the magnet on the substrate are arranged. A position detecting device that simplifies the arrangement and reduces the gap between the substrate and the magnet without lowering the detection accuracy, thereby reducing the size, thickness, and weight of the device, and an actuator using the position detecting device. Can be realized.
まず、本発明の各実施例を説明する前に、本発明と比較するために図3において説明したY軸用アクチュエータにおける位置検出装置について説明する。 First, before describing each embodiment of the present invention, the position detection device in the Y-axis actuator described in FIG. 3 will be described for comparison with the present invention.
図5(a),(b)は、本発明の位置検出装置と対比するための説明図で、図5(a)は図3におけるY軸用アクチュエータの構成図で、図5(b)は図5(a)のA−A’面断面図である。レンズバレル45に取り付けられたY軸駆動用磁石42Yと、実装基板41上に設けられ、Y軸駆動用磁石42Yの真下に配置されたY軸駆動用コイル44Y及びY軸用磁気センサ43Yとを備えている。図5(a)から分かるように、Y軸用磁気センサ43Yは、Y軸駆動用磁石42Yのほぼ真下で実装基板41に対して縦配列に配置されている。
5A and 5B are explanatory diagrams for comparison with the position detection device of the present invention, FIG. 5A is a configuration diagram of the Y-axis actuator in FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the plane AA ′ of FIG. A Y-
図6は、本発明の位置検出装置と対比するための側面図で、図5における側面図である。Y軸用磁気センサ43Yは、Y軸駆動用磁石42Yのほぼ真下で実装基板41に対して縦配列に配置されている。
FIG. 6 is a side view for comparison with the position detection apparatus of the present invention, and is a side view in FIG. The Y-axis
Y軸駆動用磁石42YとY軸駆動用コイル44Yとの関係は、トルクを上げるためには近づけたいが、Y軸用磁気センサ43Yがあるので近づけるのに制約がある。また、Y軸駆動用磁石42YとY軸用磁気センサ43Yの関係は、離れている方が、リニアリティが良くなるので離したいが、離れるとY軸駆動用磁石42YとY軸駆動用コイル44Yのトルクが弱くなるので制約がある。結果的に、トルク対リニアリティのトレードオフの関係で、Y軸駆動用磁石42Yの実装基板41に対向した面の逆の面と実装基板との距離(=高さ)がある程度必要となる。
The relationship between the Y-
図7は、本発明の位置検出装置と対比するための他の側面図で、図4に示した駆動用磁石と磁気センサの配置関係を示した図である。Y軸用磁気センサ43Yは、Y軸駆動用磁石42Yのほぼ真下で実装基板41に対して縦配列に配置されている。Y軸駆動用磁石42YとY軸駆動用コイル44Yを近づけ、さらにY軸駆動用磁石42Yと磁気センサ43Yとを離すためにY軸駆動用磁石42Yに切り欠きを設けている。駆動用磁石が汎用品では無いので作製するのに手間がかかるという問題がある。
FIG. 7 is another side view for comparison with the position detection device of the present invention, and is a diagram showing the arrangement relationship between the driving magnet and the magnetic sensor shown in FIG. The Y-axis
図8は、本発明の位置検出装置と対比するためのさらに他の側面図で、図2に示した駆動用磁石と磁気センサの配置関係を示した図である。Y軸用磁気センサ43Yは、Y軸駆動用磁石42Yのほぼ真下で実装基板41に対して縦配列に配置されている。Y軸駆動用磁石42YとY軸駆動用コイル44Yを近づけ、さらにY軸駆動用磁石42Yと磁気センサ43Yを離すために、実装基板41に穴を空けて、その中に磁気センサ43Yを入れ込んでいる。この場合も実装基板41が汎用品では無いので作製するのに手間がかかるという問題がある。
FIG. 8 is still another side view for comparison with the position detecting device of the present invention, and is a diagram showing the arrangement relationship between the driving magnet and the magnetic sensor shown in FIG. The Y-axis
以下、図面を参照して本発明に係る各実施例について説明する。
図9は、本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための概略構成図で、Y軸用アクチュエータの側面図を示している。図中符号51は実装基板(以下単に基板という)、52は駆動用磁石(磁束発生手段;以下単に磁石という)、53は磁気センサ(磁束検出手段)、54は駆動用コイル(以下単にコイルという)を示している。また、符号Aは垂直方向における基板51と磁石52の下面との距離(ギャップ)を示し、基板51からの磁石52の最近接部との距離を示している。また、符号Bは垂直方向における基板51と磁気センサ53の上面との距離を示し、基板51からの磁気センサ53の最遠隔部との距離を示している。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining an actuator using the position detection device according to the present invention, and shows a side view of the Y-axis actuator. In the figure,
本発明のアクチュエータは、基板51と、この基板51上に設けられた磁気センサ53と、この磁気センサ53の近傍側部で、かつ基板51とにギャップを介して設けられた磁石52と、この磁石52のほぼ真下で基板51上に設けられたコイル54とから構成されている。基板51上に設けられた磁気センサ53は、基板51上のコイル54とその上に設けられた磁石52の近傍側部、つまり、横配列に配置されている。つまり、磁石52とコイル54とを近づけられるし、近づけた分トルクが上がるので、磁石52もしくはコイル54を小さく出来る。リニアリティは、磁気センサ53を磁石52から最適位置(図9に向かって左右方向)に配置すればよい。
The actuator of the present invention includes a
したがって、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出方法及び位置検出装置を用いたアクチュエータを実現することができる。 Accordingly, the arrangement of the magnetic sensor and the magnet with respect to the substrate is simplified, and even when a general-purpose substrate and magnet are used without reducing detection accuracy, the gap between the substrate and the magnet is reduced. An actuator using a position detection method and a position detection apparatus that can be reduced in size, thickness, and weight can be realized.
図10(a)乃至(c)は、本発明に係る位置検出装置の実施例1を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図10(a)は上面図、図10(b)は正面図、図10(c)は側面図を示している。また、図11は、図10(a)乃至(c)における磁石のN極とS極の配列構造を説明するための斜視図である。なお、図9と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。また、N(S)の表記はN極の背後にS極が存在することを意味している。また、磁石内の矢印は着磁の方向を示し、磁石外の矢印は移動方向を示している。 FIGS. 10A to 10C are arrangement diagrams of a magnetic sensor and a magnet for explaining the first embodiment of the position detection apparatus according to the present invention. FIG. 10A is a top view, and FIG. ) Is a front view, and FIG. 10C is a side view. FIG. 11 is a perspective view for explaining the arrangement structure of the N and S poles of the magnets in FIGS. 10 (a) to 10 (c). In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG. The notation N (S) means that the S pole exists behind the N pole. An arrow inside the magnet indicates the direction of magnetization, and an arrow outside the magnet indicates the moving direction.
本発明の実施例1に係る位置検出装置は、図9にも示したように、基板51と、この基板51上に設けられた磁気センサ53と、この磁気センサ53の近傍側部で、かつ基板51とにギャップを介して設けられた磁石52とから構成されている。
As shown in FIG. 9, the position detection device according to the first embodiment of the present invention includes a
磁気センサ53は、基板51上に少なくとも1個以上が配置され、磁気センサ53の感磁方向が基板51に対して垂直である。また、磁石52は、基板51に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板51からの最近接部の距離Aが、磁気センサ53の最遠隔部Bの距離よりも基板51の近くに支持されるように磁気センサ53の近傍側部に配置され、移動方向にN極とS極が並んで着磁された磁石である。
At least one
磁気センサ53を搭載した基板51に対して、磁石52を移動方向へ所定の距離だけ移動したときに、移動方向への移動距離に対応する磁気センサ53からの出力値を用いて位置検出を行う。
When the
また、本発明の位置検出方法は、磁気センサ53を搭載した基板51に対して、磁石52を移動方向へ所定の距離だけ移動したときに、移動方向への移動距離に対応する磁気センサ53からの出力値を用いて磁石52の位置検出を行うもので、磁気センサ53の感磁方向が基板51に対して垂直となるように、基板51上に少なくとも1個以上の磁気センサ53を配置し、基板51からの最近接部の距離が、磁気センサ53の最遠隔部の距離よりも基板51の近くに支持されるように、移動方向にN極とS極が並んで着磁された磁石52を、基板51に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能に磁気センサ53の近傍側部に配置して、位置検出を行うものである。
Further, the position detection method of the present invention is based on the
このように、本発明に係る位置検出装置は、磁石52が、基板51に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板51からの最近接部Aの距離が、磁気センサ53の最遠隔部の距離Bよりも基板の近くに支持されるように磁気センサ53の近傍側部に配置され、つまり、磁気センサ53と磁石52とが基板51に対して横配列に配置されているので、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出方法及び位置検出装置を実現することができる。
As described above, in the position detection device according to the present invention, the
なお、磁石52が、基板51からの最近接部の距離Aが、磁気センサ53の最遠隔部Bの距離よりも基板51の近くに支持されるように磁気センサ53の近傍側部に配置されていることにより、図9におけるコイル54と磁石52を近づけることが可能であり、基板からの高さを低く出来るという効果がある。以下、図12及び図13で説明する。
The
図12(a)は、図6の具体的な数値を記載した構成図であり、図12(b)は、図9の具体的な数値を記載した構成図である。従来、磁気センサのリニアリティを向上させるために、磁石と磁気センサを離す必要があった。例えば、0.3mm程度であり、さらに磁気センサの厚さが0.38mmであるため、基板から磁石までの距離は0.68mmであった。しかしながら、磁石を基板に投影した領域内に磁気センサを配置しない本発明では、磁石とコイルを近づけることが可能であり、従来と同等のトルクを得られれば良いため、コイルを小さくすることが可能となる。 12A is a configuration diagram illustrating specific numerical values in FIG. 6, and FIG. 12B is a configuration diagram illustrating specific numerical values in FIG. 9. Conventionally, in order to improve the linearity of the magnetic sensor, it has been necessary to separate the magnet from the magnetic sensor. For example, since the thickness is about 0.3 mm and the thickness of the magnetic sensor is 0.38 mm, the distance from the substrate to the magnet was 0.68 mm. However, in the present invention in which the magnetic sensor is not disposed in the region where the magnet is projected onto the substrate, the magnet and the coil can be brought close to each other, and it is only necessary to obtain the same torque as the conventional one, so the coil can be made small. It becomes.
図13には、図12(a)と(b)の状態におけるコイルから得られる磁束密度を、コイル中央での高さ方向における距離毎に示してある。具体的には、図12(a)のコイル厚さは0.3mmで、巻き数は30ターンとし、通電する電流を0.1mAとし、図12(b)のコイル厚さは0.15mmで、巻き数は15ターンとし、通電する電流は同じ0.1mAとしている。図12(a)の構成において、基板から0.68mm、つまりコイルから0.38mmにおける、コイルの中央からの磁束は1.151mTである。図12(b)の構成において、1.151mT以上の磁束が得られる、コイルからの高さ方向の距離は、0.09mmである。従って、図12(b)の構成において、基板から磁石までの距離は、0.24mmとなる。つまり、図12(a)の構成よりも、図12(b)の構成では、磁石は0.68mm−0.24mm=0.44mm基板に近づけることが可能となる。0.44mmというのは、全体の高さが4mm程度を求められている携帯電話のカメラモジュールにおいては、11%程度の低背化となり、有用な効果であることは言うまでもない。 FIG. 13 shows the magnetic flux density obtained from the coil in the states of FIGS. 12A and 12B for each distance in the height direction at the center of the coil. Specifically, the coil thickness in FIG. 12 (a) is 0.3 mm, the number of turns is 30 turns, the energizing current is 0.1 mA, and the coil thickness in FIG. 12 (b) is 0.15 mm. The number of turns is 15 turns, and the energizing current is the same 0.1 mA. In the configuration of FIG. 12A, the magnetic flux from the center of the coil at 0.68 mm from the substrate, that is, 0.38 mm from the coil, is 1.151 mT. In the configuration of FIG. 12 (b), the distance in the height direction from the coil at which a magnetic flux of 1.151 mT or more is obtained is 0.09 mm. Accordingly, in the configuration of FIG. 12B, the distance from the substrate to the magnet is 0.24 mm. That is, in the configuration of FIG. 12B, the magnet can be brought closer to the substrate of 0.68 mm−0.24 mm = 0.44 mm than the configuration of FIG. Needless to say, 0.44 mm is a useful effect in a camera module of a mobile phone that is required to have a total height of about 4 mm, and is about 11% lower.
図14(a),(b)は、図10における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、図14(a)は正面図、図14(b)は側面図である。図中符号53aは磁気センサ53の感磁部を示している。本実施例1においては、磁石52と磁気センサ53の高さ方向の位置関係に制約がある。つまり、磁石52の高さの中心と、磁気センサ53の磁場を感じる感磁面53aの高さが同じ場合には、ホール素子に印加される磁場において、垂直成分が無いため、磁石52の位置検出は出来ない。言い換えれば、磁石52の高さの中心と磁気センサ53の感磁面の高さが異なれば位置検出が可能となる。
14 (a) and 14 (b) are arrangement diagrams for explaining the arrangement relationship between the magnetic sensor and the magnet that cannot detect the position in FIG. 10, and FIG. 14 (a) is a front view, and FIG. b) is a side view. In the figure,
図15(a)乃至(c)は、本発明に係る位置検出装置の実施例2を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図15(a)は上面図、図15(b)は正面図、図15(c)は側面図を示している。また、図16は、図15(a)乃至(c)における磁石のN極とS極の配列構造を説明するための斜視図である。図中符号61は基板、62は磁石(磁束発生手段)、63は磁気センサ(磁束検出手段)を示している。なお、S(N)の表記はS極の背後にN極が存在することを意味しており、N(S)の表記はN極の背後にS極が存在することを意味している。
FIGS. 15A to 15C are arrangement diagrams of a magnetic sensor and a magnet for explaining a second embodiment of the position detection apparatus according to the present invention. FIG. 15A is a top view, and FIG. ) Is a front view, and FIG. 15C is a side view. FIG. 16 is a perspective view for explaining an arrangement structure of N poles and S poles of the magnets in FIGS. In the figure,
本発明の実施例2に係る位置検出装置は、上述した実施例1と磁石のN極及びS極の配列構造を異にしており、その他の磁気センサなどの構成は同じである。つまり、磁石62は、移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ垂直方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石である。
The position detection apparatus according to the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment described above in the arrangement structure of the north and south poles of the magnet, and the configuration of other magnetic sensors and the like is the same. That is, the
また、本発明の実施例2に係る位置検出方法は、磁石62が、移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ垂直方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石を用いる位置検出方法である。
In the position detection method according to the second embodiment of the present invention, the
このように構成することにより、上述した実施例1と同様な効果を奏する。また、積層構造の磁石を用いたので、磁気センサおよびコイルに印加される磁束密度を、実施例1の略2倍にすることが可能であるという効果を奏する。 By configuring in this way, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. In addition, since a magnet having a laminated structure is used, the magnetic flux density applied to the magnetic sensor and the coil can be approximately double that of the first embodiment.
図17(a)乃至(c)は、本発明に係る位置検出装置の実施例3を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図17(a)は上面図、図17(b)は正面図、図17(c)は側面図を示している。また、図18は、図17(a)乃至(c)における磁石のN極とS極の配列構造を説明するための斜視図である。図中符号71は基板、72は磁石(磁束発生手段)、73は磁気センサ(磁束検出手段)を示している。なお、S(N)の表記はS極の背後にN極が存在することを意味しており、N(S)の表記はN極の背後にS極が存在することを意味している。
FIGS. 17A to 17C are arrangement diagrams of a magnetic sensor and a magnet for explaining a third embodiment of the position detection apparatus according to the present invention. FIG. 17A is a top view and FIG. ) Is a front view, and FIG. 17C is a side view. FIG. 18 is a perspective view for explaining the arrangement structure of the N and S poles of the magnets in FIGS. 17 (a) to 17 (c). In the figure,
本発明の実施例3に係る位置検出装置は、上述した実施例1と磁石のN極及びS極の配列構造を異にしており、その他の磁気センサなどの構成は同じである。つまり、磁石72は、移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ移動方向と直交する水平方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石である。
The position detection device according to the third embodiment of the present invention differs from the first embodiment described above in the arrangement structure of the north and south poles of the magnet, and the other configurations of the magnetic sensor and the like are the same. In other words, the
また、本発明の実施例3に係る位置検出方法は、磁石72が、移動方向にN極とS極が並んで着磁され、かつ移動方向と直交する水平方向にN極とS極が2極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石を用いる位置検出方法である。
In the position detection method according to the third embodiment of the present invention, the
このように構成することにより、上述した実施例1と同様な効果を奏する。また、連接構造の磁石を用いたので、磁気センサに印加される磁束密度を高くすることが可能であるという効果を奏する。 By configuring in this way, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. In addition, since the articulated magnet is used, the magnetic flux density applied to the magnetic sensor can be increased.
図19(a),(b)は、図17における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、図19(a)は正面図、図19(b)は側面図である。図中符号73aは磁気センサ73の感磁部を示している。本実施例3においては、磁石72と磁気センサ73の高さ方向の位置関係に制約がある。つまり、磁石72の高さの中心と、磁気センサ73の磁場を感じる感磁面73aの高さが同じ場合には、ホール素子に印加される磁場において、垂直成分が無いため、磁石72の位置検出は出来ない。言い換えれば、磁石72の高さの中心と磁気センサ73の感磁面の高さが異なれば位置検出が可能となる。
FIGS. 19A and 19B are arrangement diagrams for explaining the arrangement relationship between the magnetic sensor and the magnet that cannot detect the position in FIG. 17, and FIG. 19A is a front view, and FIG. b) is a side view.
次に、本発明の位置検出装置と従来の位置検出装置との比較、特に、基板に対する磁気センサと磁石の配置関係に基づく検出精度について説明する。 Next, a comparison between the position detection device of the present invention and a conventional position detection device, particularly detection accuracy based on the positional relationship between the magnetic sensor and the magnet with respect to the substrate will be described.
図20(a),(b)は、比較例1を示す説明図で、図20(a)は磁石サイズ(高さa、奥行きb、幅L)及び磁石下面と磁気センサ上面とのギャップ(GAP)、磁石の移動方向を示す図で、図20(b)は磁石サイズなどの設定条件である。また、図21(a),(b)は、図20(a),(b)における特性図で、図21(a)はストローク(磁石移動距離)に対する磁束密度の関係を示し、図21(b)はストロークに対する精度の関係を示す図である。 FIGS. 20A and 20B are explanatory views showing Comparative Example 1. FIG. 20A shows the magnet size (height a, depth b, width L) and the gap between the magnet lower surface and the magnetic sensor upper surface ( GAP) is a diagram showing the moving direction of the magnet, and FIG. 20B shows setting conditions such as the magnet size. FIGS. 21A and 21B are characteristic diagrams in FIGS. 20A and 20B. FIG. 21A shows the relationship of the magnetic flux density to the stroke (magnet moving distance). b) is a diagram showing the relationship of accuracy to stroke.
比較例1においては、磁石サイズaは1mm、bは1.4mm、Lは3.2mmで、ギャップが1.2mmなど、図20(b)に示した設定条件で磁石を基板上で平行に移動させた場合の磁束密度及び精度は図21(a),(b)のように示される。つまり、磁石のN極とS極の境目が磁気センサの真上に存在する状態から、磁石の移動方向に±0.5mm移動した場合、磁気センサに印加される磁束密度が図21(a)のグラフである。両端点、すなわち+0.5mmと−0.5mmの2点間を結んだ直線を理想直線として、この理想直線と実際に印加される磁束密度の差を距離に換算したものが、21(b)のグラフである。理想直線からの乖離が最も大きな値が、最大位置検出誤差であるが、21(b)を見ると、最大位置検出誤差は0.92μmであることがわかる。また、基板から磁石上面までの距離は磁石の高さ(a)+GAP+磁気センサの厚さとなり、1.0+1.2+0.38=2.58mmとなる。 In Comparative Example 1, the magnet size a is 1 mm, b is 1.4 mm, L is 3.2 mm, the gap is 1.2 mm, etc., and the magnets are parallel on the substrate under the setting conditions shown in FIG. The magnetic flux density and accuracy when moved are shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b). That is, when the boundary between the N pole and the S pole of the magnet is located directly above the magnetic sensor and moves ± 0.5 mm in the moving direction of the magnet, the magnetic flux density applied to the magnetic sensor is as shown in FIG. It is a graph of. 21 (b) is obtained by converting the difference between the ideal straight line and the actually applied magnetic flux density into a distance by using a straight line connecting both end points, that is, two points of +0.5 mm and −0.5 mm as an ideal straight line. It is a graph of. The largest deviation from the ideal straight line is the maximum position detection error, but it can be seen from 21 (b) that the maximum position detection error is 0.92 μm. The distance from the substrate to the top surface of the magnet is the height of the magnet (a) + GAP + the thickness of the magnetic sensor, which is 1.0 + 1.2 + 0.38 = 2.58 mm.
図22(a),(b)は、本発明におけるシミュレーションを示す説明図で、図22(a)は磁石サイズ(高さa、奥行きb、幅L)及び磁石下面と磁気センサ上面とのギャップ(GAP)、磁石の移動方向を示す図で、図22(b)は磁石サイズなどの設定条件である。また、図23(a),(b)は、図22(a),(b)における特性図で、図23(a)はストローク(磁石移動距離)に対する磁束密度の関係を示し、図23(b)はストロークに対する精度の関係を示す図である。 22 (a) and 22 (b) are explanatory views showing the simulation in the present invention. FIG. 22 (a) shows the magnet size (height a, depth b, width L) and the gap between the magnet lower surface and the magnetic sensor upper surface. (GAP) is a diagram showing the moving direction of the magnet, and FIG. 22B shows setting conditions such as the magnet size. FIGS. 23A and 23B are characteristic diagrams in FIGS. 22A and 22B. FIG. 23A shows the relationship of the magnetic flux density to the stroke (magnet moving distance). b) is a diagram showing the relationship of accuracy to stroke.
本発明においては、磁石aは1mm、bは2.5mm、Lは2mmで、ギャップが−0.38mmなど、図22(b)に示した設定条件で磁石を基板上で平行に移動させた場合の磁束密度及び精度は図23(a),(b)のように示される。つまり、磁石のN極とS極の境目が磁気センサの真横に存在する状態から、磁石の移動方向に±0.5mm移動した場合、磁気センサに印加される磁束密度が図23(a)のグラフである。両端点、すなわち+0.5mmと−0.5mmの2点間を結んだ直線を理想直線として、この理想直線と実際に印加される磁束密度の差を距離に換算したものが、23(b)のグラフである。理想直線からの乖離が最も大きな値が、最大位置検出誤差であるが、23(b)を見ると、最大位置検出誤差は0.95μmであることがわかる。また、基板から磁石上面までの距離は磁石の高さ(a)+GAP+磁気センサの厚さとなり、1.0+(−0.38)+0.38=1.0mmとなる。 In the present invention, the magnet a is 1 mm, b is 2.5 mm, L is 2 mm, the gap is moved in parallel on the substrate under the setting conditions shown in FIG. The magnetic flux density and accuracy in this case are shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b). That is, when the boundary between the N pole and the S pole of the magnet exists right next to the magnetic sensor, the magnetic flux density applied to the magnetic sensor is as shown in FIG. It is a graph. 23 (b) is obtained by converting the difference between the ideal straight line and the actually applied magnetic flux density into a distance by using a straight line connecting both end points, that is, two points of +0.5 mm and −0.5 mm as an ideal straight line. It is a graph. The value with the largest deviation from the ideal straight line is the maximum position detection error, but it can be seen from 23 (b) that the maximum position detection error is 0.95 μm. The distance from the substrate to the top surface of the magnet is the height of the magnet (a) + GAP + the thickness of the magnetic sensor, which is 1.0 + (− 0.38) + 0.38 = 1.0 mm.
このように、従来の位置検出装置に比べて本発明における位置検出装置は、同等の最大位置検出誤差を保ちながら、基板から磁石上面までの距離を著しく小さくすることが可能となる点ですぐれており、本発明の初期の目的である装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることができる。 As described above, the position detection device according to the present invention is superior to the conventional position detection device in that the distance from the substrate to the upper surface of the magnet can be remarkably reduced while maintaining the same maximum position detection error. Therefore, the apparatus, which is the initial object of the present invention, can be reduced in size, thickness, and weight.
図24は、本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための具体的な構成図で、上述した本発明に係る実施例1乃至3の位置検出装置を組み入れたアクチエータの構成図である。図中符号80はアクチュエータ、81は実装基板、82XはX軸駆動用磁石、82YはY軸駆動用磁石、83XはX軸用磁気センサ、83YはY軸用磁気センサ、84XはX軸駆動用コイル、84YはY軸駆動用コイル、85はレンズバレル、86はレンズを示している。
FIG. 24 is a specific configuration diagram for explaining an actuator using the position detection device according to the present invention, and is a configuration diagram of an actuator incorporating the position detection devices according to the first to third embodiments of the present invention described above. is there. In the figure,
本発明のアクチュエータには、駆動用磁石と磁気センサを備えた位置検出装置が設けられている。このアクチュエータ80は、実装基板81上に移動可能に配置されたレンズ86を保持したレンズバレル85と、このレンズバレル85に取り付けられたX軸駆動用磁石82Xと、実装基板81上に設けられ、X軸駆動用磁石82Xのほぼ真下に配置されたX軸駆動用コイル84と、実装基板81上に設けられ、X軸駆動用磁石82Xの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してX軸駆動用コイル84Xに横配置されたX軸用磁気センサ83Xとを備えている。
The actuator of the present invention is provided with a position detection device including a driving magnet and a magnetic sensor. The
また、レンズバレル85に取り付けられたY軸駆動用磁石82Yと、実装基板81上に設けられ、Y軸駆動用磁石82Yの真下に配置されたY軸駆動用コイル84Yと、実装基板81上に設けられ、Y軸駆動用磁石82Yの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してY軸駆動用コイル84Yに横配列に配置されたY軸用磁気センサ83Yとを備えている。
Further, a Y-
このような構成により、レンズバレル85の移動すべき位置を指令する信号及びX軸用及びY軸用磁気センサ83X,83Yによって検出された位置信号に基づいて、X軸及びY軸駆動用コイル84X,84Yに流す駆動電流を制御している。この場合に、X軸用及びY軸用磁気センサ83X,83Yは、X軸及びY軸駆動用磁石82X,82Yの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してX軸及びY軸駆動用コイル84X,84Yと横配列に配置されている。
With such a configuration, the X-axis and Y-
また、本発明のアクチュエータは、上述した本発明の位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号が入力される手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構を備えている。また、手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構は、デジタルカメラ又は携帯電話の手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構として用いることができる。 The actuator of the present invention includes the above-described position detection device of the present invention and a position detection mechanism of an image stabilization lens to which an output signal from the position detection device is input, an autofocus mechanism, or a zoom mechanism. Yes. Further, the camera shake correction lens position detection mechanism, autofocus mechanism, or zoom mechanism can be used as a camera shake correction lens position detection mechanism, autofocus mechanism, or zoom mechanism of a digital camera or mobile phone.
このように構成することにより、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置を用いたアクチュエータを実現することができる。 With this configuration, the arrangement of the magnetic sensor and the magnet with respect to the substrate is simplified, and the gap between the substrate and the magnet can be obtained even when a general-purpose substrate and magnet are used without reducing detection accuracy. It is possible to realize an actuator using a position detecting device that is made smaller to reduce the size, thickness, and weight of the device.
20 位置検出装置
21 磁石
22a,22b,ホール素子対(磁気センサ対)
30 マグネット
31 ホール素子
32 バックヨーク
33 対向ヨーク
33a 凹部
34 フレキシブルプリント基板
35 積層基板
40 アクチュエータ
41 実装基板
42X X軸駆動用磁石
42Y Y軸駆動用磁石
43X X軸用磁気センサ
43Y Y軸駆動用磁気センサ
44X X軸駆動用コイル
44Y Y軸駆動用コイル
46 レンズ
45 レンズバレル
51,61,71 基板
52,62,72 磁石(磁束発生手段)
53,63,73 磁気センサ(磁束検出手段)
53a,73a 感磁面
54 コイル
80 アクチュエータ
81 実装基板
82X X軸駆動用磁石
82Y Y軸駆動用磁石
83X X軸用磁気センサ
83Y Y軸用磁気センサ
84X X軸駆動用コイル
84Y Y軸駆動用コイル
85 レンズバレル
86 レンズ
119 積層基板
120 マグネット
120a 肉厚部
120b 肉薄部
121 ホール素子
124 フレキシブルプリント基板
125 ヨーク
20
30
53, 63, 73 Magnetic sensor (magnetic flux detection means)
53a,
Claims (6)
前記基板に平行な平面内で、任意の一方向の移動方向に移動可能で、前記基板からの最近接部の距離が、前記磁気センサの最遠隔部の距離よりも前記基板の近くに支持されるように前記磁束検出手段の近傍側部に配置され、前記移動方向にN極とS極が並んで着磁された磁石からなる磁束発生手段とを備え、
前記磁石を前記基板に投影した領域外に、前記磁気センサは配置されており、
前記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ときに、前記移動方向への移動距離に対応する前記磁気センサからの出力値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。 At least one magnetic sensor disposed on a substrate, and magnetic flux detection means in which the magnetic sensing direction of the magnetic sensor is perpendicular to the substrate;
It can move in any one direction of movement in a plane parallel to the substrate, and the distance of the closest part from the substrate is supported closer to the substrate than the distance of the remotest part of the magnetic sensor. A magnetic flux generating means comprising a magnet that is arranged in the vicinity of the magnetic flux detecting means and is magnetized with N and S poles aligned in the moving direction,
The magnetic sensor is disposed outside the region where the magnet is projected onto the substrate,
When the magnetic flux generating means is moved by a predetermined distance in the moving direction with respect to the substrate on which the magnetic sensor is mounted, an output value from the magnetic sensor corresponding to the moving distance in the moving direction is used. A position detection device that performs position detection.
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