JP2013246030A

JP2013246030A - 位置検出装置

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Publication number: JP2013246030A
Application number: JP2012119635A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Wakitani; 康正脇谷
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-12-09

Abstract

【課題】ホール素子を備えた位置検出装置を実現すること。詳細には、多極磁石の特性のばらつきに起因する影響を抑えるため、ホール素子から出力される正弦波出力と余弦波出力との出力振幅を一定にし、これにより、高精度な位置検出装置を実現すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る位置検出装置では、少なくとも２つの磁気センサの信号を、この少なくとも２つの磁気センサの信号を二乗和して平方根した値で夫々除算する。これにより、多極磁石の特性のばらつきに起因する影響を抑えることができ、磁気センサから出力される正弦波出力と余弦波出力との出力振幅を一定にすることができる。よって、高精度な位置検出装置を実現することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホール素子を備えた位置検出装置に関し、具体的には、ホール素子からの出力信号を演算及び調整することにより、振幅が一定の信号を出力する位置検出装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置において、ＣＣＤ等の撮像素子の多画素化、小型化に伴い、オートフォーカス用レンズやズーム用レンズの位置決め制御における数μｍオーダーの高い精度が要求されるようになってきている。これは、撮像素子が多画素化、小型化されるほど、レンズの位置決め誤差によるピントボケが目立ちやすくなることから、撮像装置としての性能を確保するために、高度なレンズの位置決め精度が必要とされるからである。また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の小型化に伴い、更なる位置検出装置の小型化が求められている。

このような要求を満たすために、所定の等しいピッチで反転する磁極を交互に配置した直線状の多極磁石及びホール素子などの磁気センサを複数用いることで、小型で高精度な位置検出装置を実現できることが、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の位置検出装置では、多極磁石の着磁ピッチをλとしたとき、（１／４＋ｍ）×λのギャップを隔てて２個の磁気センサを配置する。ここで、ｍは０以上の整数である。多極磁石を移動させることにより、２個の磁気センサのうちの一方から正弦波出力、他方から余弦波出力を得られる。正弦波出力と余弦波出力の振幅が一定で等しい場合、その値を演算することにより、高精度な位置を検出できることが知られている。

特開２０１１−２０３１７３号公報

特許文献１に見られるように、従来の位置検出装置では、所定のピッチで反転する磁極を交互に配置した多極磁石を用いる。多極磁石は、製造上の問題があり、複数の正極の磁力、又は、複数の負極の磁力を均一に生成することが難しい。そのため、ホール素子から出力される正弦波出力及び余弦波出力の出力振幅が一定ではなく、ばらついてしまい、位置検出精度が劣化してしまうという問題があった。

例えば、一方の磁気センサ（ホール素子）からの正弦波出力をＶ_１とし、他方の磁気センサ（ホール素子）からの余弦波出力をＶ_２とすると、図２に示すように、振幅がばらついてしまうという問題があった。

本発明の目的は、上記問題を鑑みて、多極磁石の特性のばらつきに起因する影響を抑えるため、ホール素子から出力される正弦波出力と余弦波出力との出力振幅を一定にすること、及び、これにより、高精度な位置検出装置を実現することである。

本発明は、多極磁石と、多極磁石に沿って配置された少なくとも２つの磁気センサとを備え、少なくとも２つの磁気センサ又は多極磁石が移動することにより生じる磁束の変化を検知して位置信号を出力する位置検出装置であって、少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和して平方根した値で、少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を、夫々除算し、除算した値を出力信号とすることを特徴とする。

本発明は、多極磁石と、多極磁石に沿って配置された少なくとも２つの磁気センサとを備え、少なくとも２つの磁気センサ又は多極磁石が移動することにより生じる磁束の変化を検知して位置信号を出力する位置検出装置であって、少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和した値に基づいて、少なくとも２つの磁気センサの出力を制御することを特徴とすることを特徴とする。

本発明の一実施形態は、少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和して平方根した値が一定値になるように、少なくとも２つの磁気センサの出力を制御することを特徴とする。

本発明の一実施形態は、少なくとも２つの磁気センサから出力された信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器を更に備えたことを特徴とする。

本発明では、少なくとも２つの磁気センサの信号を、この少なくとも２つの磁気センサの信号を二乗和して平方根した値で夫々除算する。これにより、多極磁石の特性のばらつきに起因する影響を抑えることができ、磁気センサから出力される正弦波出力と余弦波出力との出力振幅を一定にすることができる。よって、高精度な位置検出装置を実現することができる。

本発明に係る位置検出装置を構成する、ホール素子及び多極磁石の配置例を示す図である。従来の位置検出装置の出力波形を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の演算部を構成する回路同士の関係を示すブロック図である。本発明に係る位置検出装置の出力波形を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置の演算部を構成する回路同士の関係を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、位置検出装置における多極磁石３と２個のホール素子１，２の配置例を示す図である。位置検出装置は、第１のホール素子１と、第２のホール素子２と、直線状の多極磁石３とから構成され、直線状の多極磁石３は、所定の等しいピッチで磁極を交互に反転して配置される。図１中のλは隣り合うＮ極とＮ極又はＳ極とＳ極の着磁ピッチを表し、ｄは第１のホール素子１と第２のホール素子２との間のギャップを表す。

ここで、多極磁石３が移動する方向をＸ軸、多極磁石３の着磁面に垂直な方向をＺ軸、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な軸をＹ軸と定義する。以後の図面においても、この座標の定義は共通のものとする。

このような配置で多極磁石３をＸ軸方向に移動させることにより、例えば、第１のホール素子１から正弦波出力、第２のホール素子２から余弦波出力を得て、これらの出力値を用いて演算することにより位置を検出することができる。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の演算部を構成する回路同士の関係を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置は、ホール素子駆動回路１０と、第１のホール素子１１と、第２のホール素子１２と、二乗回路１３，１４と、加算回路１５と、平方根回路１６と、除算回路１７，１８と、出力回路１９ａ，１９ｂとから構成される。

第１のホール素子１１から出力される正弦波出力を

とし、第２のホール素子１２から出力される余弦波出力を

とする。ｆ（ｘ）はｘ軸移動距離の変数であり、図２で示したような振幅ばらつきを表している。

正弦波出力Ｖ_１１を二乗回路１３でＶ_１１ ^２に変換し、余弦波出力Ｖ_１２を二乗回路１４でＶ_１２ ^２に変換する。

次いで、二乗回路１３，１４からの出力を加算回路１５で

と加算し、平方根回路１６で

を生成する。

次いで、平方根回路１６からの出力値、即ち、生成した

で、正弦波出力Ｖ_１１と余弦波出力Ｖ_１２とを、除算回路１７，１８で夫々除算すると、除算した正弦波出力Ｖ_１１’は、

となり、除算した余弦波出力Ｖ_１２’は、

となる。

次いで、除算した正弦波出力Ｖ_１１’をゲインＡ倍の出力回路１９ａで出力すると、

となり、除算した余弦波出力Ｖ_１２’を、ゲインＡ倍の出力回路１９ｂで出力すると、

となる。従って、振幅ばらつきを表している変数ｆ（ｘ）が出力から消えるため、正弦波出力Ｖｏ_１１、余弦波出力Ｖｏ_１２は、図４に示すとおり、振幅が一定になる。

また、従来の位置検出装置では、実装ばらつきによる影響を受けやすく、位置検出精度が劣化してしまうという問題があったが、本発明により、実装誤差に起因する位置検出精度の劣化も抑えることができる。

なお、第１のホール素子１１、第２のホール素子１２の後段に、各信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器（図示せず）を更に備え、二乗回路１３，１４、加算回路１５、平方根回路１６、除算回路１７，１８、出力回路１９ａ，１９ｂをデジタル回路として、デジタル演算してもよい。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置の演算部を構成する回路同士の関係を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置は、ホール素子駆動回路２０と、第１のホール素子２１と、第２のホール素子２２と、二乗回路２３，２４と、加算回路２５と、平方根回路２６と、出力回路２７，２８と、ゲイン調整回路２９とから構成される。

第１のホール素子２１から出力される正弦波出力を

とし、第２のホール素子２２から出力される余弦波出力を

正弦波出力Ｖ_２１を二乗回路２３でＶ_２１ ^２に変換し、余弦波出力Ｖ_２２を二乗回路２４でＶ_２２ ^２に変換する。

次いで、二乗回路２３，２４からの出力を加算回路２５で

と加算し、平方根回路２６で

を生成する。

平方根回路２６からの出力値、即ち、生成した

が基準電圧Ｖｒと同じ一定電圧となるように、ゲイン調整回路２９により、第１のホール素子２１と第２のホール素子２２との出力を調整する。具体的には、

のときは、正弦波出力Ｖ_２１と余弦波出力Ｖ_２２とを大きくし、

のときは、正弦波出力Ｖ_２１と余弦波出力Ｖ_２２とを小さくするように、ホール素子駆動回路２０を調整し、正弦波出力Ｖ_２１と余弦波出力Ｖ_２２との振幅値を基準電圧Ｖｒと同じ電圧に一定にする。

調整された正弦波出力Ｖ_２１’は、

となり、調整された余弦波出力Ｖ_２２’は、

となる。

次いで、調整された正弦波出力Ｖ_２１’をゲインＡ'倍の出力回路２７で出力すると、

となり、調整された余弦波出力Ｖ_２２’をゲインＡ'の出力回路２８で出力すると、

となる。従って、振幅ばらつきを表している変数ｆ（ｘ）が出力から消えるため、正弦波出力Ｖｏ_２１、余弦波出力Ｖｏ_２２は、図４と同様に、振幅が一定になる。

なお、第１のホール素子２１、第２のホール素子２２の後段に、各信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器（図示せず）を更に備え、二乗回路２３，２４、加算回路２５、平方根回路２６、出力回路２７，２８、ゲイン調整回路２９をデジタル回路として、デジタル演算してもよい。

また、ゲイン調整回路２９により、

を基準電圧Ｖｒと同じ電圧に一定にするように、第１のホール素子２１及び第２のホール素子２２の出力を調整したが、ゲイン調整回路はこれに限るものではなく、例えば、

を基準電圧Ｖｒ^２と同じ電圧に一定にするように、第１のホール素子２１及び第２のホール素子２２の出力を調整してもよい。

なお、上述した実施形態では、第１のホール素子及び第２のホール素子を固定し、多極磁石が移動する態様としたがこれに限るものではなく、多極磁石を固定し、第１のホール素子及び第２のホール素子が移動してもよい。

また、上述した実施形態では、多極磁石の形状をＸ軸方向に沿った直線形状としたがこれに限るものではなく、多極磁石の形状は、円弧状でもよく、或いは、円状であってもよい。

また、上述した実施形態では、所定のピッチで反転する磁極を交互に配置した多極磁石を用い、ギャップを隔てて２個の磁気センサが配置された構成を用いたがこれに限るものではない。第１のホール素子から正弦波が出力され、続けて第２のホール素子から余弦波が出力される構成を持つ位置検出装置であれば、本発明を適用することができる。

１，２ホール素子
３多極磁石
１０ホール素子駆動回路
１１第１のホール素子
１２第２のホール素子
１３，１４二乗回路
１５加算回路
１６平方根回路
１７，１８除算回路
１９ａ，１９ｂ出力回路
２０ホール素子駆動回路
２１第１のホール素子
２２第２のホール素子
２３，２４二乗回路
２５加算回路
２６平方根回路
２７，２８出力回路
２９ゲイン調整回路

Claims

多極磁石と、前記多極磁石に沿って配置された少なくとも２つの磁気センサとを備え、前記少なくとも２つの磁気センサ又は前記多極磁石が移動することにより生じる磁束の変化を検知して位置信号を出力する位置検出装置であって、
前記少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和して平方根した値で、前記少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を、夫々除算し、
前記除算した値を出力信号とすることを特徴とする位置検出装置。
多極磁石と、前記多極磁石に沿って配置された少なくとも２つの磁気センサとを備え、前記少なくとも２つの磁気センサ又は前記多極磁石が移動することにより生じる磁束の変化を検知して位置信号を出力する位置検出装置であって、
前記少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和した値に基づいて、前記少なくとも２つの磁気センサの出力を制御することを特徴とする位置検出装置。
前記少なくとも２つの磁気センサから出力された信号を二乗和して平方根した値が一定値になるように、前記少なくとも２つの磁気センサの出力を制御することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
前記少なくとも２つの磁気センサから出力された信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の位置検出装置。