JP2015038527A - Position detector - Google Patents
Position detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015038527A JP2015038527A JP2011237554A JP2011237554A JP2015038527A JP 2015038527 A JP2015038527 A JP 2015038527A JP 2011237554 A JP2011237554 A JP 2011237554A JP 2011237554 A JP2011237554 A JP 2011237554A JP 2015038527 A JP2015038527 A JP 2015038527A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hall element
- detection
- magnet
- magnetic
- position detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、ホール素子を使用して、直線駆動される部材の絶対位置を非接触で検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that uses a Hall element to detect the absolute position of a linearly driven member in a non-contact manner.
デジタルスチルカメラあるいはビデオカメラ等の光学機器では、レンズ等の光学素子を直線的に移動させることによって、ズーム動作やフォーカス動作が行われる。これらの動作を自動的に行うために、従来から光学式位置検出装置が使用されている。 In an optical apparatus such as a digital still camera or a video camera, a zoom operation and a focus operation are performed by linearly moving an optical element such as a lens. In order to perform these operations automatically, an optical position detection device has been conventionally used.
光学式位置検出装置においては、高い分解能と良好な応答性を得るために、連続した電気信号が得られかつ光量に応じた電圧を発生させる材料を一様に塗布した半導体位置検出素子(PSD)が使用されている。しかるにこの位置検出装置では、PSDの受光面にスポット光を照射させるために、発光素子(LED)が必要になることから、コストや設置スペースの増大を伴い、さらに塵芥、油等により、光を読み取るための光路が確保され難くなり、読み取り精度が低下し易い。 In an optical position detection device, in order to obtain high resolution and good responsiveness, a semiconductor position detection element (PSD) in which a continuous electric signal is obtained and a material that generates a voltage corresponding to the amount of light is uniformly applied. Is used. However, in this position detection device, a light emitting element (LED) is required to irradiate the light receiving surface of the PSD with the spot light. This increases the cost and installation space, and further emits light by dust, oil, etc. It is difficult to secure an optical path for reading, and reading accuracy is likely to decrease.
このような問題点を解消するものとして、フォーカスリングなどの外周面に設けた距離情報用抵抗体にブラシを摺動させ、抵抗体のブラシの位置に対応する電圧を検出するようにしたリニアポテンショメータのような磁気式位置検出装置も使用されている。しかしこの位置検出装置は、構造が複雑でカスタム化に向いておらず、また必要な直線出力に対する自由度が少なく、さらにブラシと抵抗体の摺動抵抗によりスライドさせるための推力が必要なので、低負荷駆動や高速駆動が必要とされる部分への搭載には適していないといった難点がある。 In order to solve such problems, a linear potentiometer that detects the voltage corresponding to the position of the brush of the resistor by sliding the brush on a distance information resistor provided on the outer peripheral surface such as a focus ring. Such a magnetic position detecting device is also used. However, this position detection device has a complicated structure and is not suitable for customization, has a low degree of freedom for the required linear output, and requires a thrust to slide due to the sliding resistance of the brush and resistor. There is a drawback that it is not suitable for mounting on a portion where load driving or high speed driving is required.
そこで磁界検出素子を用いた非接触式位置検出装置が提案されている(特許文献1参照)。この種位置検出装置においては、磁界検出素子として、例えば磁気抵抗効果素子(MR素子)を用いた相対型位置検出装置が使用されている(特許文献2参照)。この位置検出装置によれば、可動部材を基準位置から目標位置に向って直線的に移動させ、この移動過程においてMR素子で光軸方向に多極着磁を施した磁気シート(エンコーダ磁石)の磁束密度の変化を検出し、MR素子から出力される電気信号をカウントすることにより、被駆動部材(レンズ)の光軸方向の絶対位置が検出され、目標位置と現在位置との差がなくなるまで駆動される。 Therefore, a non-contact type position detection device using a magnetic field detection element has been proposed (see Patent Document 1). In this type of position detection apparatus, a relative position detection apparatus using, for example, a magnetoresistive effect element (MR element) is used as a magnetic field detection element (see Patent Document 2). According to this position detection device, the movable member is linearly moved from the reference position toward the target position, and in this movement process, the magnetic sheet (encoder magnet) subjected to multipolar magnetization in the optical axis direction by the MR element is used. By detecting the change in magnetic flux density and counting the electrical signal output from the MR element, the absolute position of the driven member (lens) in the optical axis direction is detected and until the difference between the target position and the current position disappears Driven.
しかるにMR素子の分解能は150〜200μmが一般的であり、このままでは高精度の位置決めが行えないため、高い位置決め精度を得るためにMR素子の出力を多逓倍化することが必要であり、その結果大規模な信号処理回路が必要となり、しかも耐ノイズ特性が低下するという問題がある。そこでMR素子の代わりに、20〜40μmの分解能をもつGMR素子を使用することも提案されている。しかしながら、GMR素子は磁気シートにほぼ接触させる必要があるので、摺動音が発生するため、動画への対応ができないという問題が発生し、また摺動摩擦により被駆動部材(例えばフォーカスレンズ)の円滑な動きが阻害され、位置決め精度が低下するという問題もある。 However, the resolution of the MR element is generally 150 to 200 μm, and high-accuracy positioning cannot be performed as it is. Therefore, in order to obtain high positioning accuracy, it is necessary to multiply the output of the MR element. There is a problem that a large-scale signal processing circuit is required and noise resistance characteristics are deteriorated. Therefore, it has been proposed to use a GMR element having a resolution of 20 to 40 μm instead of the MR element. However, since the GMR element needs to be substantially in contact with the magnetic sheet, sliding noise is generated, which causes a problem that it cannot cope with moving images, and the driven member (for example, the focus lens) is smooth due to sliding friction. There is also a problem that the movement is hindered and the positioning accuracy is lowered.
さらに、MR素子又はGMR素子を用いた位置検出装置では、最初に測定位置を絶対値化する(基準位置を検出する)ために、固定部材にリセット用センサ(例えばフォトインタラプタ)を配設し、被駆動部材に遮光部材を設け、被駆動部材を移動させて遮光部材がフォトインタラプタの光路を遮ることで、センサ出力がH(L)からL(H)に変化するため、センサ出力が変化した時点での位置検出を行い、検出された位置を基準位置とすることが必要となる。このように磁気抵抗効果素子又は巨大磁気抵抗効果素子を使用すると、磁界検出素子とエンコーダ用磁石に加えて、基準位置検出のためのリセット用センサも必要となり、位置検出装置の大型化とコストアップを招来することになる。 Furthermore, in a position detection apparatus using an MR element or a GMR element, a reset sensor (for example, a photo interrupter) is provided on a fixed member in order to first convert a measurement position into an absolute value (detect a reference position), Since the driven member is provided with a light shielding member, and the driven member is moved so that the light shielding member blocks the optical path of the photo interrupter, the sensor output changes from H (L) to L (H). It is necessary to detect the position at the time and use the detected position as a reference position. If the magnetoresistive effect element or the giant magnetoresistive effect element is used in this way, a reset sensor for detecting the reference position is required in addition to the magnetic field detecting element and the magnet for the encoder, which increases the size and cost of the position detecting device. Will be invited.
そこで位置検出装置としてリセットセンサが不要で、磁束密度が直線的に変化する範囲では、移動距離に対して略比例した出力電圧が得られるホール素子を使用することが提案されている。しかるに、厚さ方向に磁化しかつN極とS極が並ぶ平板状の永久磁石にホール素子を対向させただけの構造では、空隙磁束密度は正弦波状又は台形波状の波形となり、磁束密度が直線的に変化する範囲は、磁極の境界付近の狭い範囲(約1〜2mm)に限られるという難点がある。また、平板状の永久磁石を使用して、磁束密度が直線的に変化する範囲を長くしようとすると、ホール素子の移動距離の10〜20倍程度まで磁石を長くすることが必要となり、製品としては実用に供し得ないものになる。そこで、特許文献3に記載の如く、2つのホール素子と多極着磁された位置検出用マグネットを有する位置検出装置が提案されている。この他にも、特許文献4に記載されているように、ホール素子の出力の線形性を改善するために、ホール素子に対し相対移動する直方体磁石にコの字形ヨークを被せ、ヨークの断面形状を長手方向に沿って変化させることが提案されている。
Therefore, it has been proposed to use a Hall element that does not require a reset sensor as a position detection device and that can obtain an output voltage substantially proportional to the moving distance in a range where the magnetic flux density changes linearly. However, in the structure in which the Hall element is opposed to a flat plate-like permanent magnet that is magnetized in the thickness direction and in which N and S poles are arranged, the gap magnetic flux density has a sinusoidal or trapezoidal waveform, and the magnetic flux density is linear. There is a drawback that the range of change is limited to a narrow range (about 1 to 2 mm) near the boundary of the magnetic poles. In addition, if a flat permanent magnet is used to increase the range in which the magnetic flux density changes linearly, it is necessary to lengthen the magnet to about 10 to 20 times the moving distance of the Hall element, and as a product Becomes unusable. Therefore, as described in
しかしながら、特許文献3に記載の如く複数のホール素子を使用すると、広い範囲で高い検出精度が得られるものの、部品点数が増大し、さらに信号処理回路も複雑化し、コストアップになるので、実用性に問題がある。特許文献4に記載された位置検出装置には、次に述べるような問題点が存在する。特許文献3に記載の如く柱状の検出磁石に長手方向に直交する断面形状が長手方向に変化するヨークを被せる構造では、部品点数が増大し、コストアップになるので、実用性に問題がある。
However, if a plurality of Hall elements are used as described in
従って、本発明の目的は、少ない部品点数で、高精度の位置検出を行える範囲を広げることができる位置検出装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position detection device capable of expanding the range in which position detection with high accuracy can be performed with a small number of parts.
上記目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、所定位置に固定されるホール素子と、前記ホール素子に対向してかつ相対移動可能に支持される検出用磁石部材を有する位置検出装置において、前記検出用磁石部材は、厚さ方向に磁化されかつ前記移動方向に沿って異極性の磁極が隣接する一対の永久磁石を有し、かつ、両磁石の境界に向って前記ホール素子と対向するギャップが増加するように配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a position detection apparatus according to the present invention includes a Hall element fixed at a predetermined position and a detection magnet member that is opposed to the Hall element and supported so as to be relatively movable. The detection magnet member includes a pair of permanent magnets magnetized in the thickness direction and adjacent to the magnetic poles of different polarities along the moving direction, and the Hall element toward the boundary between the two magnets. It arrange | positions so that the gap which opposes may increase, It is characterized by the above-mentioned.
本発明において、前記検出用磁石部材は、厚さ方向に磁化された単一の永久磁石を有し、かつ、移動方向の一端から他端に向って前記ホール素子と対向するギャップが変化するように配置した構造とすることができる。 In the present invention, the magnet member for detection has a single permanent magnet magnetized in the thickness direction, and the gap facing the Hall element changes from one end to the other end in the moving direction. It can be set as the structure arrange | positioned.
本発明において、前記各検出用磁石は、R−Fe-B系焼結磁石(但し、RはYを含む希土類元素の一種以上で、Ndを必ず含む。)からなるとともに、前記各検出用磁石の検出用磁極面とは反対側の磁極面に磁気シールド部材を装着することが好ましい。 In the present invention, each of the detection magnets is composed of an R—Fe—B based sintered magnet (where R is one or more of rare earth elements including Y and necessarily includes Nd), and each of the detection magnets. It is preferable to mount a magnetic shield member on the magnetic pole surface opposite to the detection magnetic pole surface.
本発明において、前記ホール素子は前記配線基板に実装された状態で前記固定部材に装着され、前記可動部材は前記固定部材に対して所定範囲だけ移動可能に支持することができる。 In the present invention, the Hall element is mounted on the fixed member while being mounted on the wiring board, and the movable member can be supported so as to be movable within a predetermined range with respect to the fixed member.
本発明において、前記ホール素子の感磁面と前記検出用磁石の検出用磁極面とのギャップを、最も狭い位置で0.3mm以上、2mm未満(より好ましくは0.5mm〜1.5mm)に設定することが好ましい。 In the present invention, the gap between the magnetic sensing surface of the Hall element and the detection magnetic pole surface of the detection magnet is 0.3 mm or more and less than 2 mm (more preferably 0.5 mm to 1.5 mm) at the narrowest position. It is preferable to set.
本発明の位置検出センサにおいて、前記各検出用磁石は、前記ホール素子の感磁面と平行な直線に対して検出用磁極面が20°〜30°の角度範囲だけ傾いて設置することが好ましい。 In the position detection sensor of the present invention, each of the detection magnets is preferably installed such that the detection magnetic pole surface is inclined by an angle range of 20 ° to 30 ° with respect to a straight line parallel to the magnetic sensing surface of the Hall element. .
本発明によれば、検出用磁石の大きさはそのままで、検出用磁石を特定の位置に配置することにより、単一のホール素子により、所定範囲にわたって直線的に変化する磁束密度を検出するので、簡単な構造であっても直線的に駆動される光学素子などの位置制御を高精度で行うことができる。しかもホール素子は検出磁石に非接触なので、低負荷又は高速での駆動を要求される部分への搭載に好適である。さらにホール素子と検出用磁石(必要に応じてヨークが使用される)以外の部品が不要となり、塵、埃、油等の影響を受けずに直線出力を得ることができるもので、極めて高い実用性を有する。 According to the present invention, the magnetic flux density that linearly changes over a predetermined range is detected by a single Hall element by arranging the detection magnet at a specific position while maintaining the size of the detection magnet. Even with a simple structure, position control of a linearly driven optical element or the like can be performed with high accuracy. In addition, since the Hall element is not in contact with the detection magnet, it is suitable for mounting on a portion that is required to be driven at a low load or at a high speed. In addition, parts other than the Hall element and detection magnet (a yoke is used if necessary) are not required, and linear output can be obtained without being affected by dust, dust, oil, etc. Have sex.
また検出用磁石として、専用の成形用金型や着磁装置が不要な単極着磁された平板状の永久磁石を使用し、しかもリセット用センサが不要となるので、位置検出センサの構造を簡素化することができ、しかも低コスト化を達成することができる。 In addition, a single-pole magnetized plate-like permanent magnet that does not require a dedicated molding die or magnetizing device is used as the detection magnet, and a reset sensor is not required. It can be simplified and cost reduction can be achieved.
移動位置に対する出力値が特定の値に変換されるようにしておけば、絶対位置情報を得ることが可能である。しかも出力のゼロクロス位置(N極とS極の境界位置)は磁石位置で一義的に定まるので、固定する部分の位置決め精度は機械的な精度に比例するため、光軸方向のばらつきを低減できる。したがってゼロクロス位置を初期位置に設定すれば、イニシャライズ用部品(例えばフォトインタラプタ)を省略できる。 If the output value for the moving position is converted into a specific value, it is possible to obtain absolute position information. In addition, since the output zero-cross position (the boundary position between the N pole and the S pole) is uniquely determined by the magnet position, the positioning accuracy of the portion to be fixed is proportional to the mechanical accuracy, and therefore variations in the optical axis direction can be reduced. Therefore, if the zero cross position is set to the initial position, the initialization component (for example, a photo interrupter) can be omitted.
特に、イニシャライズ位置は、移動範囲の中間になるので、従来のフォトインタラプタと比べて原点設定に要する移動距離すなわち原点設定時間が半分になり、もってセンシングの高速化を図ることができる。 In particular, since the initialization position is in the middle of the movement range, the movement distance required for setting the origin, that is, the origin setting time, is halved as compared with the conventional photo interrupter, so that the sensing speed can be increased.
ホール素子からは移動距離に比例したアナログ電圧が出力されるので、その読み取り精度を高めることにより、分解能を高くすることができる。しかも光軸方向の長さ寸法を移動長さと同等に設定すればよいので、検出磁石を光軸方向と平行に配置した場合と比べて、1/10〜1/30倍の長さ(フォーカス移動量が10〜30mmの場合)で済み、コンパクト化を図ることが可能となる。 Since an analog voltage proportional to the moving distance is output from the Hall element, the resolution can be increased by increasing the reading accuracy. In addition, since the length dimension in the optical axis direction may be set equal to the movement length, the length is 1/10 to 1/30 times that when the detection magnet is arranged parallel to the optical axis direction (focus movement). (When the amount is 10 to 30 mm), it is possible to achieve compactness.
ホール素子と検出用磁石のギャップを0.3mm以上に設定すればよいので、MR素子と極めて狭い着磁ピッチ(10〜20μm)をもつ磁気シートとの組合せと異なり、ホール素子と検出磁石とのギャップを厳密に管理する必要がなくなるので、ギャップ範囲が広がりかつ組立作業が容易である。 Since the gap between the Hall element and the detection magnet may be set to 0.3 mm or more, unlike the combination of the MR element and the magnetic sheet having a very narrow magnetization pitch (10 to 20 μm), Since it is not necessary to strictly manage the gap, the gap range is widened and the assembly operation is easy.
ホール素子と検出磁石のギャップを0.3mm以上に設定すればよいので、GMR素子と極めて狭い着磁ピッチ(10〜20μm)をもつ磁気シートとの組合せと異なり、ホール素子と検出磁石とが非接触になるので、円滑な動きが保証されかつ耐久性が向上する。 Since the gap between the Hall element and the detection magnet may be set to 0.3 mm or more, unlike the combination of the GMR element and the magnetic sheet having a very narrow magnetization pitch (10 to 20 μm), the Hall element and the detection magnet are not As a result of the contact, smooth movement is ensured and durability is improved.
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。なお、以下の説明で同一機能部分は同一の参照符号で示す。 Details of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same functional parts are denoted by the same reference numerals.
[位置検出装置]
図1及び図2に示すように、位置検出装置1は、配線基板2の表面に実装されるホール素子3と、配線基板2を所定位置に固定する固定部材4と、固定部材4に移動可能に支持される検出用磁石部材6a、6bを有する可動部材5を備えている。この位置検出装置1の各部の詳細は次の通りである。
[Position detection device]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
(配線基板)
配線基板2は、平板状の表面に、固定部材4に嵌装されて、所定位置に固定するための一対の位置決め凹部22a、22bが設けられるとともに、その長辺方向(Z方向)の一端側にホール素子3が実装される。
(Wiring board)
The
(固定部材)
固定部材4は、下部にZ軸方向に沿って伸びる2列の脚部410a、410bを有する矩形状の固定枠41を備え、脚部410、410b間に形成された空間部42内に配線基板2が差し込まれる。配線基板2の表面に形成されたビス部21a及び21bは各々、固定枠41の底部43に形成された突起部45a(不図示)及び45bにネジ込まれる。固定枠41は、可動部材5をZ方向に移動可能に支持するために、Z方向の一端側及び他端側(短辺部)に、矩形状の切欠部46a、46bが形成されるとともに、切欠部46a、46bを挟むようにしてZ方向に沿って案内軸47a、47bが取付けられる。
(Fixing member)
The fixing
(可動部材)
可動部材5は、保持部材51と、そこに装着される検出用磁石部材6a、6bを有する。保持部材51は、ホール素子3に対向しない側の面がH字形状に形成された部材で、縦断面(図2参照)を見ると一端から仕切部52cに向って上り勾配の斜面52aと仕切部52cから他端に向って下り勾配となる斜面52bを有する。これらの斜面52a、52bにはそれぞれ、一対の検出用磁石部材6a、6bが設置されている。一方の検出用磁石部材6aは、厚さ方向に着磁された平板状の永久磁石7aとその背面側に固着された強磁性体(例えば鉄鋼材料)からなる平板状のヨーク8aを有する。他方の検出用磁石部材6bは、異極性の磁極が隣接するように厚さ方向に着磁された平板状の永久磁石7bとその背面側に固着された強磁性体からなる平板状のヨーク8bを有する。この磁石配置により、検出用磁石部材6aから6bに向って、ホール素子3を通過する閉じた磁気回路が形成される。
(Movable member)
The
保持部材51は、一方の側面に一方の案内軸47aが挿通される摺動部53a、53bが形成されている。保持部材51の他方の側面には、Z方向と直交するアーム部54が形成されるとともに、アーム部54の根元には、他方の案内軸47bが挿通される案内穴56aが形成され、さらにアーム部54よりも端部側に案内軸47bが挿通される案内穴56bを有する延出部55が形成されている。
The holding
(検出用磁石部材)
図3に示すように、各検出用磁石部材6a、6bは、紙面に垂直な方向から見て逆V字状を呈するように配置される。すなわち永久磁石7a、7bは、矢印Zと平行な直線に対して角度α1、α2だけ傾斜するように可動部材5に保持される。したがって永久磁石7aの一端部と永久磁石7bの一端部が近接又は接触する位置から各磁石の他端部に向かって、ホール素子3の感磁面と永久磁石7aの磁極面とのギャップが単調に減少し、ホール素子3の感磁面と永久磁石7bの磁極面とのギャップgh1も単調に減少するように配置されている。ここでギャップgh1は、狭すぎると磁束波形が歪やすくなり、また広すぎても曲線状に変化する部分が増大して、直線領域が短くなるので、GaAs系ホール素子を使用する場合で、0.3mm以上、2mm未満に設定することが好ましく、0.5〜1.5mmの範囲がより好ましい。また角度α1と角度α2は同一でもあるいは異なっていてもよいが、20°〜30°の範囲で設定することが好ましい。
(Magnetic member for detection)
As shown in FIG. 3, each of the detecting
検出用磁石をこのように配置することにより、ホール素子3の感磁面における磁束密度は磁石のほぼ全長にわたって直線的に変化するようになり、ホール素子3の出力電圧も直線的に変化する。磁束密度がゼロになる初期位置では、ホール素子の出力電圧もゼロになる。この初期位置からホール素子3がZ方向に移動することにより、ホール素子で検出される磁束密度が直線的に変化する。これにより、ホール素子から出力される電圧が単調に増加又は減少するので、現在位置を正確に把握できる。
By arranging the detection magnet in this way, the magnetic flux density on the magnetic sensing surface of the
上記の検出用磁石は、材質を問わず、公知の永久磁石で形成することができるが、耐ノイズ特性の観点から、入力回路側ゲインを低く設定し、かつセンサ部の小型化を図るために、希土類磁石、例えばR−Fe-B系焼結磁石(但し、RはYを含む希土類元素の一種以上で、Ndを必ず含む。)を使用することが好ましい。 The detection magnet can be formed of a known permanent magnet regardless of the material, but from the viewpoint of noise resistance, the input circuit side gain is set low and the sensor unit can be downsized. It is preferable to use rare earth magnets, for example, R—Fe—B based sintered magnets (where R is one or more of rare earth elements including Y and necessarily includes Nd).
(ホール素子)
ホール素子の出力電圧は、材料の電子移動度やホール係数に依存し、通常はGaAs、InSb、InAs等のIII−V族化合物からなるN型半導体の薄膜(厚さ数μm)で形成されたホール素子が使用される。本発明では、高精度の位置制御を可能とするために、ホール係数の温度係数が小さい(約−0.06%/℃)、GaAsで形成されたホール素子を使用することが好ましい。また化合物系以外でも、Siからなるホール素子を使用し、ホール素子とオペアンプ等の信号処理回路を一体化したホールICを使用することができるが、ホール素子の感度が低いので、ホール素子及びオペアンプのオフセット電圧を低減し、かつ温度補償機能をもつ回路構成とすることが好ましい。
(Hall element)
The output voltage of the Hall element depends on the electron mobility and Hall coefficient of the material, and is usually formed of an N-type semiconductor thin film (thickness of several μm) made of a III-V group compound such as GaAs, InSb, InAs or the like. Hall elements are used. In the present invention, in order to enable highly accurate position control, it is preferable to use a Hall element made of GaAs having a small Hall coefficient temperature coefficient (about −0.06% / ° C.). In addition to compound systems, Hall elements made of Si can be used, and Hall ICs in which Hall elements and signal processing circuits such as operational amplifiers are integrated can be used. It is preferable to have a circuit configuration that reduces the offset voltage and has a temperature compensation function.
(信号処理回路)
ホール素子3は、可動部材の位置を電圧信号として出力するために、図4に示すように例えばオペアンプを含む位置信号処理回路9に接続されている。本発明においては、4端子のホール素子3を駆動して、磁束密度に比例した出力電圧を得るために、ホール素子の入力側端子に駆動回路(不図示)を接続し、ホール素子の出力側端子に差動増幅回路92を接続した回路構成とすることができる。ホール素子は定電流又は定電圧で駆動されるが、GaAsホール素子は、定電圧で駆動すると温度特性が悪くなる(約−0.3%/℃)ので、通常は定電流で駆動される。本発明においては、図4に示すようにホール素子3の入力側に、非反転入力端子に電源(Vc=基準電圧)が接続されたオペアンプOP1と電流制限抵抗R1からなる定電流駆動回路91を接続して、制御電流Ic=Vc/R1となる定電流動作で駆動することができる。
(Signal processing circuit)
The
ホール素子の出力を受ける差動増幅回路92においては、抵抗R3が負帰還接続されたオペアンプOP2と、オペアンプOP2の反転入力端子に接続された抵抗R2及びオペアンプOP2の非反転入力端子に接続された抵抗R2、R3により、ホール素子の出力電圧は差動増幅される。この差動増幅回路のゲインGはR3/(R2+Rout)となるので、R2及びR3を調整することにより、被駆動部材の位置情報を適切な電圧信号として出力することができる。 In the differential amplifier circuit 92 that receives the output of the Hall element, the resistor R3 is connected to the operational amplifier OP2 connected to the negative feedback, the resistor R2 connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2. The output voltage of the Hall element is differentially amplified by the resistors R2 and R3. Since the gain G of this differential amplifier circuit is R3 / (R2 + Rout), the position information of the driven member can be output as an appropriate voltage signal by adjusting R2 and R3.
(磁気シールド用部材)
また各永久磁石7a、7bの背面側(ホール素子3の感磁面に対向しない側の磁極面)には、各磁石よりも投影面積(図2において、各磁石の磁極面に垂直な方向から見た場合の面積)の大なる、強磁性体からなる一対の平板状ヨーク8a、8bが固着されている。これらの平板状ヨークは永久磁石から発生する磁束が外部に漏洩するのを防止するために設けられる磁気シールド用部材であり、R−Fe-B系焼結磁石のように永久磁石の磁気特性が高い場合は有効である。但し永久磁石の磁気特性が低く、漏洩磁束が少ない場合は、磁気シールド部材を省略することができる。
[位置検出装置の動作]
(Magnetic shield member)
Further, on the back side of each
[Operation of position detection device]
ホール素子3によって検出された位置信号(可動部材の移動量)は信号処理回路9によって所定の倍率に増幅され、次いで制御回路(不図示)で目標位置指令(コイル位置指令信号)と比較されて駆動信号が生成されて、駆動モータの駆動回路に駆動電流が供給される。ここでホール素子3の感度中心が初期位置(極性が反転する磁極境界位置)に存在すると、ホール素子の出力電圧はゼロであるが、ホール素子3がZ方向に移動すると、ホール素子の出力電圧は磁束密度に比例して変化する(直線的に増加又は減少する)ので、可動部材の位置を正確に検出することができる。ここで、図1において、可動部材5がZ方向に移動して、アーム54が固定枠41に係止される位置に至ると可動部材5はその位置で停止するので、可動部材5の移動範囲は規制されて、固定枠41からの脱落を防止することができる。
A position signal (amount of movement of the movable member) detected by the
[他の実施の形態]
本発明においては、可動部材の可動範囲が2mm以上、5mm以下の場合は、図3に示す検出用磁石部材の一方を省略して図5に示す構造とすることができる。図5においては、ホール素子3に対向して配置された検出用磁石部材6は、厚さ方向に着磁された平板状の永久磁石7を備え、その背面側に平板状のヨーク8が固着され、磁極面とホール素子3とのギャップgh2が一端から他端に向って直線的に増加又は減少するように配置されている。すなわち永久磁石7は、矢印Z1と平行な直線に対して角度α3だけ傾斜するように可動部材(図示を省略)に保持される。この構造によっても、図3の場合と同様の理由で、従来よりも広い範囲で可動部材の位置を正確に検出することができる。
[Other embodiments]
In the present invention, when the movable range of the movable member is 2 mm or more and 5 mm or less, one of the detection magnet members shown in FIG. 3 can be omitted and the structure shown in FIG. 5 can be obtained. In FIG. 5, the detecting
[実験例1]
図3において、α1=α2=30°に設定し、かつホール素子3と永久磁石7a、7bのギャップgh1(端部側)を1.5mmに設定した場合のZ方向の磁束密度分布を図6に実線で示す。この磁束波形は、検出用永久磁石として、Nd−Fe−B系焼結磁石(日立金属社製NMX−S45SH、長さ=8mm、幅=2mm、厚さ=1mm)を使用し、GaAs系ホール素子を使用した場合のシミュレーション結果である。なお、図6(後述の図7も同様)に示す磁束密度分布は、ホール素子3が初期位置(磁石の境界部)から永久磁石7a又は7bのエッジ部まで移動した場合の波形を示す。初期位置では磁束密度が略ゼロとなるので、この位置ではホール素子の出力電圧がゼロになるように出力電圧のオフセットが調整される。
[Experiment 1]
3, the magnetic flux density distribution in the Z direction when α1 = α2 = 30 ° and the gap gh1 (end portion side) between the
比較のために、図8に示すように、ホール素子3に対向してヨーク81aが固着された永久磁石71aとヨーク81bが固着された永久磁石71bを有する検出用磁石部材61を配置するとともに、永久磁石71a、71bとホール素子3とのギャップgh3をZ1方向に沿って一定(1.5mm)に維持した場合の磁束密度分布を図6に破線で示す。但し磁石部材の材質及び寸法は上記の場合と同様である。
For comparison, as shown in FIG. 8, a
図6に示すように、本発明の場合は、磁束密度の変化が直線的になるのは、極めて広い範囲(la1)になる。これに対して、ホール素子と検出用磁石の端部とのギャップgh3が一定の場合は、磁束密度の変化が直線的になるのは、磁極境界の近傍(lb)にすぎず、極めて狭い範囲になることがわかる。 As shown in FIG. 6, in the case of the present invention, the change of the magnetic flux density becomes linear in a very wide range (la1). On the other hand, when the gap gh3 between the Hall element and the end of the detection magnet is constant, the change in the magnetic flux density is linear only in the vicinity (lb) of the magnetic pole boundary, which is an extremely narrow range. It turns out that it becomes.
[実験例2]
図5において、永久磁石7の傾きα3を30°に設定し、ホール素子3と永久磁石7のギャップgh2(端部側)を1.5mmに設定した場合のZ1方向の磁束密度分布を図7に実線で示す。この磁束波形は、実験例1と同様の永久磁石とGaAs系ホール素子を使用した場合のシミュレーション結果である。なお、図7に示す磁束密度分布は、ホール素子3が初期位置(磁石の一端部)から永久磁石7の他端部まで移動した場合の波形を示す。
[Experiment 2]
5, the magnetic flux density distribution in the Z1 direction when the inclination α3 of the
比較のために、図9に示すように、ホール素子3に対向して、背面側にヨーク82が固着された永久磁石72を有する検出用磁石部材62を配置するとともに、永久磁石72とホール素子3とのギャップgh4をZ1方向に沿って一定(1.5mm)に維持した場合の磁束密度分布を図7に破線で示す。但し磁石部材の材質及び寸法は上記の場合と同様である。
For comparison, as shown in FIG. 9, a
図7に示すように、本発明の場合は、磁束密度の変化が直線的になるのは、極めて広い範囲(la2)になる。これに対して、ホール素子と検出用磁石の端部とのギャップgh4が一定の場合は、磁束密度は略正弦波状に変化し、磁束密度が直線的に変化する範囲は、磁極中央近傍にすぎず、極めて狭い範囲になることがわかる。 As shown in FIG. 7, in the case of the present invention, the change in the magnetic flux density is linear in a very wide range (la2). On the other hand, when the gap gh4 between the Hall element and the end of the detection magnet is constant, the magnetic flux density changes in a substantially sinusoidal shape, and the range in which the magnetic flux density changes linearly is only near the center of the magnetic pole. It turns out that it becomes very narrow range.
上記の説明では、可動部の軽量化を図るためにホール素子を可動枠に設け、検出用磁石を固定枠に設けた構造を示すが、検出用磁石を固定枠に設け、ホール素子を可動枠に設けた構造であってもよい。本発明の位置検出装置は、フォーカスレンズやズームレンズを駆動する装置を含む種々の用途に使用することができる。 In the above description, in order to reduce the weight of the movable part, the Hall element is provided on the movable frame and the detection magnet is provided on the fixed frame. However, the detection magnet is provided on the fixed frame and the Hall element is provided on the movable frame. The structure provided in may be sufficient. The position detection device of the present invention can be used for various applications including a device for driving a focus lens and a zoom lens.
1:位置検出装置、
2:配線基板、21a、21b:ネジ部、22a、22b:位置決め凹部、
3:ホール素子、
4:固定部材、41:固定枠、410a、410b:脚部、42:空間部、43:底板部、44:センサ穴、45:突起部、46a、46b:切欠部、47a、47b:案内軸、
5:可動部材、51:保持部材、52a:第1斜面、52b:第2斜面、52c:仕切部、53a、53b:スライド部、54:アーム部、55:突設部、56a、56b:ガイド穴、
6、6a、6b:検出用磁石部材、7a、7b:永久磁石、8a、8b:ヨーク、
9:信号処理回路、
91:定電流回路、
92:増幅回路、
1: position detection device,
2: wiring board, 21a, 21b: screw portion, 22a, 22b: positioning recess,
3: Hall element,
4: Fixed member, 41: Fixed frame, 410a, 410b: Leg part, 42: Space part, 43: Bottom plate part, 44: Sensor hole, 45: Projection part, 46a, 46b: Notch part, 47a, 47b: Guide shaft ,
5: Movable member, 51: Holding member, 52a: First slope, 52b: Second slope, 52c: Partition part, 53a, 53b: Slide part, 54: Arm part, 55: Projection part, 56a, 56b: Guide hole,
6, 6a, 6b: detection magnet member, 7a, 7b: permanent magnet, 8a, 8b: yoke,
9: signal processing circuit,
91: constant current circuit,
92: Amplifier circuit,
しかしながら、特許文献3に記載の如く複数のホール素子を使用すると、広い範囲で高い検出精度が得られるものの、部品点数が増大し、さらに信号処理回路も複雑化し、コストアップになるので、実用性に問題がある。特許文献4に記載された位置検出装置には、次に述べるような問題点が存在する。特許文献4に記載の如く柱状の検出磁石に長手方向に直交する断面形状が長手方向に変化するヨークを被せる構造では、部品点数が増大し、コストアップになるので、実用性に問題がある。
However, if a plurality of Hall elements are used as described in
本発明において、前記検出用磁石部材は、厚さ方向に磁化された単一の永久磁石を有し、かつ、移動方向の一端から他端に向って前記ホール素子と対向するギャップが直線的に変化するように配置した構造とすることができる。
In the present invention, the magnet member for detection has a single permanent magnet magnetized in the thickness direction, and the gap facing the Hall element from one end to the other end in the moving direction is linear. The structure may be arranged so as to change.
上記目的を達成するために、本発明の位置検出装置は、固定部材の所定位置に支持される単一のホール素子と、前記ホール素子に対向してかつ前記固定部材に対して所定距離だけ移動可能に支持される可動部材に設置された検出用磁石部材を有する位置検出装置において、前記検出用磁石部材は、厚さ方向に磁化され、前記移動方向に沿って異極性の磁極が隣接し、矩形断面を有する一対の平板状永久磁石を有し、かつ、両磁石の境界に向って前記ホール素子と対向するギャップが増加するように配置されるとともに、前記各永久磁石は、前記ホール素子の感磁面と平行な直線に対して感磁用磁極面が20°〜30°の角度範囲だけ傾いて設置されており、前記各永久磁石は、他方の永久磁石に対向する側の端部が接する斜面が形成された仕切部を有する保持部材に設置されていることを特徴とする。 Movement in order to achieve the above object, the position detecting device of the present invention comprises a single Hall element to be supported at a predetermined position of the fixing member by a predetermined distance with respect to the counter to and said fixed member to said Hall element In the position detection device having a detection magnet member installed on a movable member that is supported, the detection magnet member is magnetized in the thickness direction, and magnetic poles of different polarities are adjacent to each other along the movement direction , a pair of flat permanent magnets which have a rectangular cross section, and, together with the gap facing the Hall element toward the boundary of the magnets are arranged so as to increase, each permanent magnet, the Hall element The magnetically sensitive magnetic pole surface is inclined with respect to a straight line parallel to the magnetically sensitive surface by an angle range of 20 ° to 30 °, and each permanent magnet has an end portion on the side facing the other permanent magnet. A partition with a slope that touches It is installed in the holding member which has a part, It is characterized by the above-mentioned.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011237554A JP2015038527A (en) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Position detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011237554A JP2015038527A (en) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Position detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015038527A true JP2015038527A (en) | 2015-02-26 |
Family
ID=52631636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011237554A Pending JP2015038527A (en) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Position detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015038527A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017180867A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社ハーマン | Gas cooking stove |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62229002A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Position detector |
JPH02131614U (en) * | 1988-12-26 | 1990-11-01 | ||
JPH11160010A (en) * | 1997-10-03 | 1999-06-18 | Britax Rainsfords Pty Ltd | Sensor system |
JP2000329513A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-30 | Denso Corp | Driving circuit for physical quantity detecting element and rotation angle sensor |
JP2001059744A (en) * | 1999-08-25 | 2001-03-06 | Hitachi Cable Ltd | Hall sensor |
JP2002228486A (en) * | 2001-02-05 | 2002-08-14 | Yaskawa Electric Corp | Magnetic encoder |
JP2005195481A (en) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Japan Servo Co Ltd | Magnetic linear position sensor |
JP2006518043A (en) * | 2003-02-14 | 2006-08-03 | ビーイーアイ センサーズ アンド システムズ カンパニー インコーポレイテッド | Position sensor using linear Hall effect sensor |
WO2007049639A1 (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-03 | Nikon Corporation | Position detecting apparatus and optical device |
JP2007121256A (en) * | 2005-09-28 | 2007-05-17 | Sharp Corp | Magnetic sensor, and linear actuator provided therewith |
JP2008045919A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Nikon Corp | Position detection device, blur correcting device, lens barrel, and optical equipment |
JP2008534971A (en) * | 2005-04-05 | 2008-08-28 | ベーアーゲー ビゼルバ アオトモティーブ ゲーエムベーハー | Force measuring device |
-
2011
- 2011-10-28 JP JP2011237554A patent/JP2015038527A/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62229002A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Position detector |
JPH02131614U (en) * | 1988-12-26 | 1990-11-01 | ||
JPH11160010A (en) * | 1997-10-03 | 1999-06-18 | Britax Rainsfords Pty Ltd | Sensor system |
JP2000329513A (en) * | 1999-05-17 | 2000-11-30 | Denso Corp | Driving circuit for physical quantity detecting element and rotation angle sensor |
JP2001059744A (en) * | 1999-08-25 | 2001-03-06 | Hitachi Cable Ltd | Hall sensor |
JP2002228486A (en) * | 2001-02-05 | 2002-08-14 | Yaskawa Electric Corp | Magnetic encoder |
JP2006518043A (en) * | 2003-02-14 | 2006-08-03 | ビーイーアイ センサーズ アンド システムズ カンパニー インコーポレイテッド | Position sensor using linear Hall effect sensor |
JP2005195481A (en) * | 2004-01-08 | 2005-07-21 | Japan Servo Co Ltd | Magnetic linear position sensor |
JP2008534971A (en) * | 2005-04-05 | 2008-08-28 | ベーアーゲー ビゼルバ アオトモティーブ ゲーエムベーハー | Force measuring device |
JP2007121256A (en) * | 2005-09-28 | 2007-05-17 | Sharp Corp | Magnetic sensor, and linear actuator provided therewith |
WO2007049639A1 (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-03 | Nikon Corporation | Position detecting apparatus and optical device |
JP2008045919A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Nikon Corp | Position detection device, blur correcting device, lens barrel, and optical equipment |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017180867A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 株式会社ハーマン | Gas cooking stove |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5493216A (en) | Magnetic position detector | |
JP5474195B2 (en) | Magnetic detection device | |
JP4589410B2 (en) | Position detection device | |
CN101273247B (en) | Magnetic sensor and magnetic sensing method | |
US9279866B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP2005195481A (en) | Magnetic linear position sensor | |
JP3750251B2 (en) | Linear actuator and optical equipment using it | |
JP5535139B2 (en) | Proximity sensor | |
JP2012068339A (en) | Position detection sensor and lens drive device | |
JP2014190734A (en) | Magnetic material detector | |
JP2005284169A (en) | Driving device and optical equipment | |
JP2014149268A (en) | Magnetic detector | |
EP1979918B1 (en) | Magnetic having linear magnetic flux density | |
JP2015038527A (en) | Position detector | |
KR100306448B1 (en) | Linear actuator and optical equipment with the same | |
JP2000258449A (en) | Magnetic acceleration sensor and acceleration detecting device | |
WO2007080941A1 (en) | Magnetic switch | |
JP3212801B2 (en) | Linear motor | |
JP2005189097A (en) | Position detection device | |
JP2016144257A (en) | Magnet device | |
WO2013054384A1 (en) | Location detector device | |
JPH0778538A (en) | Hall effect type position sensor | |
RU2084912C1 (en) | Magnetic field sensor | |
JPH081387B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP5387480B2 (en) | Position detection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130226 |