JP2017009443A - 位置検出装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で組み立て誤差、環境による変化に対して頑健な位置検出装置を提供する。【解決手段】磁気検知部２ａと、磁石１と、磁気検知部２ａの信号に基づいて位置検出信号を演算する演算器５とを備える位置検出装置を設ける。磁石１と磁気検知部２ａとは、所定間隔を保って相対的に移動可能である。磁気検知部２ａは、磁気検知部２ａと磁石１との離間方向の磁場を検知する縦磁場検知部３ｖと、磁石１の移動方向の磁場を検知する横磁場検知部３ｈとを有する。演算器５は、横磁場検知部３ｈの信号と縦磁場検知部３ｖの信号とに基づいて位置検出信号を演算する。【選択図】図２

Description

本発明は、位置検出装置、制御方法およびプログラムに関する。

近年、様々な分野で小型・高精度な位置決めの必要性が増しており、民生品においては、簡易な構成で且つ安定した位置検知が望まれている。特に、携帯型電子機器は、温度などの環境の変化に頑健であることが必要であり、大量生産する電子機器では、組み立てなどに伴う誤差（組み立て誤差）に対して頑健であることが望まれている。

特許文献１は、間隔を空けて設けられた２つの磁気センサの差信号を和信号で除算して出力信号とする位置検出装置を開示している。

特開２００４−３４８１７３号公報

特許文献１が開示する位置検出装置では、２つの磁気センサと磁石の間隔が変化する方向の傾きに対して敏感に反応してしまうので、組み立て誤差や環境による変化に対して頑強な位置検出をすることができない。

本発明は、簡単な構成で組み立て誤差、環境による変化に対して頑健な位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態の位置検出装置は、磁気検知部と、磁石と、前記磁気検知部の信号に基づいて位置検出信号を演算する演算部とを備える。前記磁石と前記磁気検知部とは、所定間隔を保って相対的に移動可能であり、前記磁気検知部は、前記磁気検知部と前記磁石との離間方向の磁場を検知する縦磁場検知部と、前記磁石の移動方向の磁場を検知する横磁場検知部とを有し、前記演算部は、前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号とに基づいて前記位置検出信号を演算する。

本発明によれば、簡単な構成で組み立て誤差、環境による変化に対して頑健な位置検出装置を提供することができる。

位置検出装置を備える電子機器の構成例である。 実施例１の位置検出装置を説明する図である。 実施例１における磁場を説明する図である。 位置検知の演算方法と組み立て誤差の影響を説明する図である。 位置検知の演算方法と組み立て誤差の影響を説明する図である。 実施例１の位置検出装置の出力を説明する図である。 （式５）と（式６）の特徴と使い分けについて説明する図である。 位置検出装置を有する防振機構の構成を示す図である。 実施例２における磁場を説明する図である。 実施例２の位置検出装置の構成と出力とを説明する図である。

（実施例１）
図１は、本実施形態の位置検出装置を備える電子機器の構成例である。
図１に示す電子機器は、デジタルカメラ等の撮像装置である。
図１（Ａ）は、デジタルカメラの斜視図を示す。図１（Ｂ）は、デジタルカメラが有するレンズ鏡筒の一部の斜視図を示す。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に示すレンズ鏡筒の断面図を示す。

図１（Ａ）に示すように、デジタルカメラ１０１は、レンズ鏡筒１０２、操作部材１０３を備える。１０４は、撮影レンズの光軸である。図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、レンズ鏡筒１０２は、磁石１、磁気検知部２、レンズ保持枠１０６、レンズ１０７、コイル１０８を備える。１０５は、レンズ鏡筒の固定部分を示す。また、１０９はレンズを駆動する磁石である。１１０は、磁気回路をなすヨークを示す。１１１と１１２はガイドバーをそれぞれ示している。

デジタルカメラ１０１は、操作部材１０３を用いたユーザ操作にしたがって、ピント合わせなどの動作を実行する。この時レンズ鏡筒１０２内に設けられたフォーカスレンズ１０７が、光軸１０４に沿って移動することでピント合わせ動作が行われる。

レンズ保持枠１０６には、磁石１、レンズ１０７およびコイル１０８が、レンズ鏡筒の固定部分１０５には磁気検知部２、駆動磁石１０９およびヨーク１１０が固定されている。さらに、レンズ保持枠１０６はガイドバー１１１，１１２によって案内されており、光軸１０４に沿って移動可能となっている。コイル１０８に通電することで、レンズ保持枠１０６を光軸１０４に沿って移動させることができる。上記構成により、磁石と磁気検知部を一定の間隔を保って相対的に移動可能としている。

ピント合わせを適切に行うためには、レンズ１０７を特定の位置に移動させる必要がある。したがって、本実施形態では、磁石１と磁気検知部２を設けることで、磁気検知部２の信号からレンズ保持枠１０６の位置を検知する位置検出装置を実現している。

図２は、実施例１の位置検出装置を説明する図である。
図２（Ａ）は、位置検出装置が有する各部の配置を示す。実施例１では、位置検出装置が有する磁石１は、単極であり、Ｎ極とＳ極を１つずつ含む。素子２ａは、縦磁場検知部３ｖおよび横磁場検知部３ｈを有する磁気検知部として機能する。矢印３ｖ，３ｈは、その付け根が縦磁場検知部３ｖと横磁場検知部３ｈの存在する位置を、矢印の向きが磁気検知の方向を示している。磁石１と素子２ａの離間方向に縦磁場検知部３ｖと横磁場検知部３ｈとが積層して形成されている。磁石１と素子２ａとは、所定間隔を保って、図２（Ａ）の紙面横方向に相対的に移動可能である。図１では、素子２ａを固定するように図示したが、相対的に移動できればよく、磁石１を固定して素子２ａを移動させても良い。また、移動は離間方向の間隔を一定に保って行われるように案内されているものとする。

図３は、実施例１における磁場を説明する図である。
図３（Ａ）において、１０は磁力線を示す。１１，１２，１３は、磁石１から距離が異なる３つの平面を示す。１５は、平面１２上で観察される磁界強度を示す。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、それぞれ、移動方向の位置に対する縦磁場と横磁場の磁界強度を示すグラフである。横軸は、移動方向の位置を示す。縦軸は、磁界強度を示す。縦磁場は、磁石と磁気検知部が離間する方向（離間方向）の磁場である。横磁場は、磁石と磁気検知部とが相対的に移動する方向（移動方向）の磁場である。横軸との交点は当該方向の磁界強度がゼロであることを示している。

図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す２１，２２，２３および３１，３２，３３で示す磁界強度は、それぞれ、図３（Ａ）の平面１１，１２，１３と対応している。表記法として、磁石１と磁気検知部とが近づいた場合を破線で、中間を実線で、磁石と磁気検知部が遠ざかった場合を一点鎖線で示す。この表記法は、他の図においても同様である。

図３（Ｂ）および図３（Ｃ）において、２１ａおよび３１ａは、それぞれ、同じ位置での磁界強度を示す線２１および３１上の点を示している。図３（Ａ）の断面は、磁石と磁気検知部が相対的に移動する方向と磁石と磁気検知部が離間する方向を含む平面で切断した断面図である。図３（Ａ）に対して紙面垂直方向には、適当な長さ磁石が延在しており、紙面垂直方向の組み立て誤差に対して頑健な構成となっている。

図３（Ａ）に示すように、磁界強度を示すベクトルは、磁気検知部が存在する平面内で長さと角度を変えながら、矢印１５のように検出される。すなわち、磁石１の中央付近で、ベクトルの長さが最大で且つ磁石と磁気検知部が離間する方向となる。磁石１の端部に行くにつれて、図３（Ａ）に示すように、ベクトルが次第に傾くとともに、強度も弱くなる。

図３（Ｂ）に示すように、縦磁場の磁界強度は、磁石中心で最大値を迎える曲線となる。また、検知平面１１，１２，１３での磁界強度の曲線２１，２２，２３が示すように、磁石に近い位置で検知したほうが、ピーク強度が強いという傾向を示す。また、図３（Ｃ）に示すように、横磁場の磁界強度は、磁石中心でゼロとなるＳ字型の曲線である。また、検知平面１１，１２，１３での磁界強度の曲線２１，２２，２３が示すように、極大値および極小値は磁石に近い位置で検知したほうが大きいという傾向を示す。

図４および図５は、従来技術での位置検知の演算方法と組み立て誤差の影響を説明する図である。図４（Ａ），（Ｂ）において、１は磁石を、２ａ、２ｂは２つの磁気検知部を、３ａおよび３ｂは２つの縦磁場検知部を、４はＡ／Ｄ変換器を、５は演算器をそれぞれ示している。図４（Ｃ）は、磁石と磁気検知部との相対的移動方向に対する磁場の磁界強度を示すグラフである。横軸は移動方向の位置を、縦軸は縦磁場の磁界強度を示す。グラフにおける２１，２２，２３の表記は、図３（Ｂ）と同様である。２１ａ１，２１ｂ１，２１ａ２，２１ｂ２は、それぞれ、磁界強度を示す線２１上の点である。

図４（Ｄ）および（Ｅ）は、２種類の演算を行った場合の演算器の出力を示すグラフである。横軸は移動方向の位置を、縦軸は演算器の出力を示す。線２０１，２０２，２０３および２１１，２１２，２１３は、この順に磁石と磁気検知部が近い場合の演算結果を示す。ただし、図４（Ｄ）および（Ｅ）の横軸は、中央付近の拡大となっており、スケールは図４（Ｃ）とは異なり、図４（Ｃ）の中央付近の４割ほどの範囲を拡大したものである。

図４（Ａ）は、従来技術での具体的な磁石および磁気検知部の配置を示す。投影方向は２ａ、２ｂは２つの磁気検知部であり、検知方向は、図４（ａ）に示す矢印３ａ，３ｂ方向である。矢印３ａ，３ｂの付け根が縦磁場検知部の存在する位置を、矢印の向きが時期の検知方向を示している。磁気検知部は、素子２ａ，２ｂそれぞれの中央付近にある。磁石１と素子２ａは、図４（Ａ）の紙面横方向に相対的に移動可能である。図では素子２ａを固定するように図示したが、相対的に移動できればよく、磁石１を固定して素子２ａを移動させても良い。また、移動は離間方向の間隔を一定に保って行われるように案内されているものとする。

図４（Ｂ）は、従来技術での信号の流れを示したブロック図である。素子２ａおよび２ｂに備えられた縦磁場検知部３ａ、３ｂから得られた信号が、Ａ／Ｄ変換器４に送られる。その後演算器５に送られ、下に示すような演算が施される。
（出力信号）＝（縦磁場強度２）−（縦磁場強度１）・・・（式１）
（出力信号）＝ ｛（縦磁場強度２）−（縦磁場強度１）｝／｛（縦磁場強度２）＋
（縦磁場強度１）｝・・・（式２）

特許文献１では、式２が用いられている。（式１）および（式２）を用いて計算した結果を、それぞれ図４（Ｄ）、（Ｅ）に示す。ここで、
（差信号）＝（縦磁場強度２）−（縦磁場強度１）・・・（式３）
（和信号）＝（縦磁場強度２）＋（縦磁場強度１）・・・（式４）
として定義する。すなわち、（式１）は、差信号そのものであり、（式２）は、差信号を和信号で除したものである。図４（Ｄ）および（Ｅ）は、上記の定義に従って示した。

ここで、２つの素子２ａ，２ｂに対応する信号２１ａ１，２１ｂ１を想定する。差信号は、信号２１ｂ１と信号２１ａ１の差として定義される。和信号は、信号２１ｂ１と信号２１ａ１の和として定義される。

図４（Ｃ）に示すように、磁石１に対して縦磁場の磁界強度の分布は、軸対象の形状をしており、中央で差信号はゼロになる。ここから相対的に磁石１が図４（Ａ）で右に移動した場合を考える。２つの素子２ａ，２ｂに対応する信号は、それぞれ、信号２１ａ２，信号２１ｂ２に変化する。この時、差信号は、信号２１ｂ２と信号２１ａ２の差として定義され、和信号は、信号２１ｂ２と信号２１ａ２の和として定義される。以下同様に考えてそれらをプロットすると、図４（Ｄ），（Ｅ）中の線で示すような関数が得られる。

図４（Ｄ）と（Ｅ）とを比較すると、図４（Ｄ）の距離の異なる３つの関数２０１，２０２，２０３に比べて、図４（Ｅ）の３つの関数２１１，２１２，２１３が近接していることが分かる。これは、距離が変化するような組み立て誤差に対して、図４（Ｅ）の関数を得る方法、すなわち（式２）で示した、差信号を和信号で除算する方法が頑健であることを示している。

また、この例では、永久磁石を利用しているが、永久磁石は、温度によって表面磁束密度が変化する。一般的には温度が低いと磁束密度が高くなる。この変化の仕方は距離の変動と類似の変化を与える。すなわち、差信号を和信号で除算する方法は、温度変動に対しても頑健であるといえる。しかし、図４に示す従来技術では、以下に説明するような問題がある。

図５は、従来技術の問題点を説明する図である。
図５（Ａ）および（Ｂ）は、磁石と素子との相対的な傾きを示す。図５（Ｃ）および（Ｄ）は、演算器の出力を示す。図５（ｃ）および（ｄ）の横軸は、図４（Ｄ）および（Ｅ）と同様のスケールの移動方向の位置であり、縦軸は演算結果である。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、磁石と素子とが、離間方向と移動方向に直交する軸周りに相対的に回転した場合を示す。図５（Ａ）は、一方の素子２ａが磁石１に遠ざかり、他方の素子２ｂが磁石１に近接するように回転した場合を示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す例の回転方向と反対方向に回転した場合を示している。

図４（Ｅ）の出力信号の計算式である（式２）を用いて演算する、図５（Ｃ）に示す出力となる。３つの関数２１１，２２２，２２３は、それぞれ図５（Ａ）の状態、図４（Ａ）の状態、図５（Ｂ）の状態に対応し、それぞれ傾きが異なる場合の信号である。

磁石１までの距離が変動するので、回転が発生した場合の関数２２１，２２３は、磁石中心位置で信号がゼロにならず、原点を通らない関数となっている。組み立て調整によってオフセット調整をした場合の出力を図５（Ｄ）に示す。図５（Ｄ）中の関数２３１，２３２，２３３は、それぞれ図５（Ｃ）の関数２２１，２２２，２２３を原点を通るようにオフセット調整したものである。

図５（Ｄ）と図４（Ｅ）を比較すると、傾きが異なる３つの関数２３１，２３２，２３３は、距離の異なる３つの関数２１１，２１２，２１３に比べて、ばらつきが大きい。つまり、従来技術で適用する、差信号を和信号で除した出力信号は、離間方向の距離変動に比べて、離間方向が２つの素子で異なるような回転方向の影響を受けやすい。一方、移動方向として定義した方向に移動可能に磁石または磁気検知部を保持するためには、案内部に適当な隙間が必要であり、原理的に図５で示した方向の回転を無くすことは困難である。

図２の説明に戻る。図２（Ｂ）は、実施例１の位置検出装置における信号の流れを示したブロック図である。
素子２ａは、縦磁場検知部３ｖと横磁場検知部３ｈとを備える。素子２ａに備えられた縦磁場検知部３ｖおよび横磁場検知部３ｈから得られた信号がＡ／Ｄ変換器４に送られて、デジタルデータに変換される。デジタルデータは演算器５に送られ、演算器５が以下に示す（式５）または（式６）を用いた演算を施す。
（出力信号）＝（横磁場強度）／（縦磁場強度）・・・（式５）
（出力信号）＝ｔａｎ^-1｛（横磁場強度）／（縦磁場強度）｝・・・（式６）
すなわち、演算器５は、磁気検知部の信号に基づいて位置検出信号を演算する演算部として機能する。演算器５は、横磁場検知部３ｈの信号と縦磁場検知部３ｖの信号のうち、一方を他方で除算するか、または横磁場検知部３ｈの信号と縦磁場検知部３ｖの信号に基づく逆正接関数による演算を行う。逆正接関数による演算においては、横磁場検知部３ｈの信号と縦磁場検知部３の信号のうち、一方を他方で除算した結果を変数として演算が行われる。

図２（Ｂ）では、Ａ／Ｄ変換器４はデジタル化された信号に基づいて演算しているが、アナログ信号のまま演算を施しても良い。（式５）、（式６）のいずれかを用いるかは、演算器５の能力、サンプリング周波数、特異点の有無などを判断して定められる。判断のために着目すべき点については後述する。

図２（Ｃ）は、演算器５が（式５）を用いて演算した場合の出力を示す。図２（Ｄ）は、演算器５が式（６）を用いて演算した場合の出力を示す。図２（Ｃ）、（Ｄ）の横軸は、図４（Ｄ），（Ｅ）と同様のスケールの移動方向の位置を示す。縦軸は、演算器５の出力を示す。また、線４１，４２，４３および５１，５２，５３はこの順に磁石と磁気検知部が近い場合の演算結果を示す。

以下に、（式５）、（式６）を用いた具体的な演算方法を説明する。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）で移動方向のある位置を考えると、縦磁場検知部３ｖ、横磁場検知部３ｈからは、２１ａ，３１ａに対応する信号を取得することができる。（式５）は３１ａの信号を２１ａの信号で除した結果として定義される。（式６）は（式５）の結果をさらに逆正接関数に代入した結果として定義される。磁石１と磁気検知部である素子２ａの位置が相対的に変化すると、磁気検知部が存在する位置で上記の値を求めればよい。以下同様に考えてそれらをプロットすると、図２（Ｃ），（Ｄ）のグラフが示す関数が得られる。

図２（Ｃ），（Ｄ）と図４（Ｅ）とを比較すると、図４（Ｅ）での距離の異なる３つの関数２１１，２１２，２１３に比べて、図２（Ｃ），（Ｄ）での３つの関数の組４１，４２，４３および５１，５２，５３が近接している。これは、距離が変化するような組み立て誤差に対して、（式２）で示した差信号を和信号で除算する方法よりも、本実施例で適用する、（式５）、（式６）による演算が頑健であることを示している。なお、図２および図４に示すグラフは、ＣＡＥで計算を行った計算例を示しており、図２および図４で変化させた距離は同一である。

一方で、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示す信号は、広い範囲で見た場合は必ずしも線形ではない。位置を線形に検知するには、この関数を記憶しておきルックアップテーブルを参照するなどの方法を用いれば良い。さらには、図４（Ｅ）の説明で述べた通り、離間方向の距離の変動に頑健である本実施例による演算は、温度にも頑健である。（式５）および（式６）の計算式は、（式２）の計算式と同様に、信号を除算する計算が含まれており、無次元化されていることが分かる。この無次元化により、距離の変動などによる磁界強度の変化に対して頑健となっている。

図６は、磁石と素子とが、離間方向と移動方向に直交する軸周りに相対的に回転した場合における、実施例１の位置検出装置の出力を説明する図である。図６（Ａ）は、図５（Ａ）に示す回転方向と同じ方向に回転した状態を示す。図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示す回転方向と同じ方向に回転した状態を示す。

縦磁場検知部３ｖおよび横磁場検知部３ｈが検出する磁界の方向は、それぞれ、図６（Ａ），（Ｂ）に示す方向となる。図６（Ｃ）は、傾きが異なる状態において（式５）を用いた演算結果を示す図である。３つの関数６１，６２，６３は、それぞれ、傾きが異なる図６（Ａ）の状態、図４（Ａ）の状態、図６（Ｂ）の状態に対応する。この例では、傾きが異なる場合は、（式５）および（式６）では、単純なオフセットとなる。（式６）では、縦磁場と横磁場の比を逆正接関数に代入している。これは、磁気検知部２ａでの磁界の方向を計算していることと同義なので、傾きによる誤差が単純なオフセットとなることが分かる。傾きが大きくない場合は、ｔａｎθ＝θと近似できる。つまり、（式５）も原点付近では傾きによる誤差が単純なオフセットとなることが分かる。図６（Ｃ）は、（式５）に対応する、横磁場強度を縦磁場強度で除して得られる出力を示す。

組み立て調整によってオフセット調整をした場合の出力を図６（Ｄ）に示す。図６（Ｄ）中の曲線７１，７２，７３は、それぞれ図６（Ｃ）の曲線６１，６２，６３を原点を通るようにオフセット調整したものである。図６（Ｃ）を参照すると、傾きが異なる３つの曲線７１，７２，７３が一つに重なっていることが分かる。

図６（Ｄ）と図５（Ｄ）とを比較すると、（式５）を用いて演算される３つの関数７１，７２，７３の方が、（式２）を用いた演算結果に比べて、離間方向および移動方向の双方に直交する軸周りに回転した場合の影響を受けにくく、頑健であるといえる。本実施例では、１つの素子２ａ内に２つの方向の異なる磁気検知部が設けられているので、図６（Ａ），（Ｂ）に示した方向の回転に対して、２つの磁気検知部と磁石の距離が同じように変動するからである。また、本実施例では、磁気検知部を１つのパッケージに収めることが可能であるので、装置を小型化することもできる。

図７は、（式５）と（式６）の特徴と使い分けについて説明する図である。
図７（Ａ）は、縦磁場の強度を示す。横軸は移動方向の位置、縦軸は縦磁場の強度であり、図３（Ｂ）と同じものである。図７（Ｂ）は，図７（Ａ）と横軸のスケールを揃えて（式５）を用いて行った演算結果である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）と横軸のスケールを揃えて（式６）を用いて行った演算結果である。図７（Ａ）乃至図７（Ｃ）において、縦に延びる２点鎖線８１，８２，８３，８４は、同じ時間であることを示している。

（式５）は、除算のみであり、（式６）は、逆正接関数を計算するので、演算量という意味では（式５）が優れている。また、装置をアナログ回路のみで構成する場合も逆正接関数のような複雑な関数が不要なので、（式５）が優れている。一方で、（式５）は、除算を行うが、分母がゼロに近づくと計算が不安定になる。図３（Ｂ）において、縦磁場は横軸と交差しており、ある距離で縦磁場強度はゼロになる。このような場合に（式５）では計算が不安定になる。実際にはゼロでの割り算に近づかないように、ストロークや機械的な端部を設けることで回避することが可能である。

（数６）は、そのまま用いると除算が必要であるが、Ｃ言語などのプログラム言語では逆正接関数を２つの引数をとって計算する関数が準備されており、そのような関数を用いることで、ゼロでの割り算を回避することができる。その場合には検知可能なストロークを拡大することができる。

図７（Ａ）において、８５は関数２１の極大値を、８６は極大値の半分の位置を示す。関数２１は位置８１および８２でゼロとなっている。この時、割り算の結果は発散して無限に大きな値となる。図７（Ｂ）は、有限の範囲を示しているので計算結果は図示できていない。一方で、逆正接関数は、縦方向がゼロであるので、位置８１が２７０度に、位置８２が９０度に対応するように計算され、その前後も連続的に値が求められている。

ゼロに近い値での割り算を回避するためには、除算において割る数となる信号である縦磁場信号の値が、極大値８５の半分より大きい範囲で用いればよい。図７（Ａ）から分かるように、縦磁場信号は、中央付近では変化が小さいが、周辺部では傾きが大きくなる。したがって、この例では、組み立てなどの誤差を考慮し，一定の余裕をもってゼロに近い値での割り算を回避するための範囲を、縦磁場信号の値が極大値８５の半分より大きい範囲とした。

図７（Ａ）に示す例において、極大値８５の絶対値が半分となる位置８６を考える。位置８６と関数２１とが交差する範囲である、位置８３から位置８４の範囲に位置検出範囲を設定すれば、割り算が安定するので、（式５）を用いることができる。位置検出範囲を上記の範囲に制限するために、相対的な移動を制限してもよい。つまり、位置検出装置が、演算器５による除算（式５）において割るほうの信号が極大値の半分以下とならないように、磁気検知部と磁石との相対的な移動を制限する移動制限部材を備えてもよい。

つまり、（式５）には演算が簡単というメリットがあり、（式６）にはストロークを拡大できるというメリットがある。適用するアプリケーションに応じて好ましいほうを用いればよい。さらに、移動範囲に応じて２つの演算方法を使い分けてもよい。移動量が大きくなり、除算において割る数となる信号の絶対値が予め定めた値よりも小さくなって、ゼロでの割り算に近づいた場合にのみ逆正接関数を計算してもよい。すなわち、演算器５が、磁気検知部と磁石との相対的な移動量に応じて、除算（式５）と逆正接関数（式６）による演算とのうちのいずれを用いて位置検出信号を演算するかを切り替える。このようにすることで演算負荷を適宜減少させながら広い範囲での検出が可能となる。以上説明した実施例１によれば、簡単な構成で、組み立て誤差、環境による変化に対して頑健な位置検出装置を提供することができる。

（実施例２）
実施例２の位置検出装置は、Ｎ極とＳ極を２つずつ含む２極の磁石を有する。本実施例の位置検出装置は、図１に示すデジタルカメラ１０１などに適用される。
図８は、位置検出装置を有する防振機構の構成を示す図である。図８（Ａ）は、レンズ鏡筒の一部である防振機構の分解斜視図を示す。図８（Ｂ）は、位置検出装置を含む防振機構の断面図を示す。

図８において、３０１は磁石を示す。３０１ａは着磁境界を示す。３０２は磁気検知部を示す。３０３は磁気検知部の保持部を示す。３０４は防振機構の固定部分を示す。３０５は防振レンズを駆動するコイルを示す。３０６はレンズを保持する可動枠を示す。３０７は防振レンズを示す。３０８は案内面を形成する３つのボールを示す。３０９は可動枠を保持する３つのバネを示す。

デジタルカメラ１０１（図１）では、操作部材１０３を用いたユーザ操作により、防振制御が開始される。レンズ鏡筒１０２内に設けられた防振レンズ３０７が、光軸１０４に対して直交する平面内で移動することで防振動作（像ブレ補正動作）が行われる。

防振動作を実現するために、可動枠３０６には、磁石３０１、防振レンズ３０７が固定されており、防振機構の固定部分３０４には駆動コイル３０５、磁気検知部の保持部３０３および磁気検知部３０２が固定されている。さらに、防振機構の固定部分３０４に対して、３つのバネ３０９によって可動枠３０６がチャージされながら３つのボール３０８を間に介在させることでボール３０８が挟持される。この構造により、可動枠３０６が、３つのボール３０８で形成される案内面上を平面的に移動でき、磁石３０１と磁気検知部３０２を一定の間隔を保って相対的に移動可能である。２つのコイル３０５に通電することにより、光軸に直交する平面内で２軸方向に移動させることができる。

防振制御を適切に行うためには、不図示のブレセンサの信号に基づいて、レンズ３０７を特定の位置に移動させる必要がある。すなわち、位置決めをするための位置検出装置が必要となる。図８に示す例では、磁石３０１と磁気検知部３０２を設けることで、磁気検知部３０２の信号から可動枠３０６の位置を検知している。図８（Ａ）では，磁石３０１は１つしかないように見えるが、コイル３０５と磁気検知部３０２に対応するように、９０度の角度をなすように２つの磁石が存在する。これにより、２軸方向の駆動と位置検知を可能としている。

図８（Ｂ）の断面では、着磁境界３０１ａが含まれており、磁石３０１は、この境界を境にして紙面縦方向に異なる方向に着磁されている。コイル３０５に通電することで、フレミング左手の法則による力が発生する。コイル３０５に通電することによる磁石と磁気検知部との相対的な移動方向は、図８（Ｂ）の横方向となる。磁石３０１と磁気検知部３０２によって位置検知する方向（移動検知方向）も同じく図８（Ｂ）の横方向となる。

図９は、実施例２における磁場を説明する図である。
本実施例でも、実施例１と同様、縦磁場とは磁石と磁気検知部が離間する方向を縦磁場として定義し、横磁場とは磁石と磁気検知部とが相対的に移動する方向を横磁場として定義する。図９において図３と同じものには同じ番号を付した。図９（Ａ）において、３０１は磁石を、３０１ａは着磁境界をそれぞれ示している。図９（Ａ）の断面は、磁石と磁気検知部が相対的に移動する方向と磁石と磁気検知部が離間する方向とを含む平面で切断した断面である。本実施例では、磁石３０１は、磁気検知部と磁石との相対的な移動方向に直交する平面を極性境界面として、互いに逆極性を有する複数の着磁部を有する。本実施例では、１つの磁石３０１が着磁境界を持つが、２つの単極磁石を、方向を反対にして近接して並べて、磁気回路を構成してもよい。

図９（Ａ）の紙面垂直方向には、所定の長さだけ磁石が延在しており、紙面垂直方向の組み立て誤差に対して頑健な構成となっている。図９（Ａ）に示すように、磁界強度を示すベクトルは、磁気検知部が存在する平面内で、長さと角度を変えながら矢印１５のように検出される。すなわち、磁石３０１の中央付近でベクトルは移動方向と平行になり、１つの着磁領域の中央付近でベクトル方向は離間方向に平行になり、さらに端部に行くと再び傾く。

図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、それぞれ、移動方向の位置に対する縦磁場と横磁場の磁界強度を示す。横軸は、移動方向の位置を示す。縦軸は、磁界強度を示す。図９（Ｂ）の３１１，３１２，３１３で示す磁界強度は、それぞれ、図９（Ａ）の平面１１，１２，１３と対応している。また、図９（Ｃ）の３２１，３２２，３２３で示す磁界強度も、それぞれ、図９（Ａ）の平面１１，１２，１３と対応している。

図９（Ｂ）および図９（Ｃ）の横軸は移動方向の位置を示しており、縦軸との交点は磁石中心を示している。図９（Ｂ）に示すように、縦磁場の磁界強度は磁石中心でゼロとなるＳ字型の曲線である。また、検知平面１１，１２，１３での磁界強度の曲線３１１，３１２，３１３が示すように、極大値および極小値は、磁石に近い位置で検知したほうが大きいという傾向を示す。

図９（Ｃ）に示すように、横磁場は軸対称の曲線であり、磁界強度は、磁石中心で極値を持ち、さらに少し離れた位置で極値をもつ曲線である。また、検知平面１１，１２，１３での磁界強度の曲線３２１，３２２，３２３が示すように、磁石に近い位置で検知したほうが、ピーク強度が強いという傾向を示す。従来の防振機構においては、縦磁場検知のみを用いて位置検出をしている。すなわち、図９（Ｂ）のＳ字型の関数のうち、移動方向の位置に関して原点近傍での直線性の高い個所を利用している。この方法では検知範囲が狭い、誤差に頑健ではないという課題がある。

図１０は、実施例２の位置検出装置の構成と出力とを説明する図である。
図１０（Ａ）は、位置検出装置が備える磁石と磁気検知部の配置を示す。図１０において図２と同じ機能のものには同じ番号を付した。３０１は磁石を示す。素子２ａは、縦磁場検知部３ｖおよび横磁場検知部３ｈを内部に包含しており、本実施例の磁気検知部である。検知部は素子２ａの中央付近にあり、離間方向に縦磁場検知部と横磁場検知部が積層して形成されている。磁石３０１と素子２ａは図１０（Ａ）の紙面横方向に相対的に移動可能としている。この例では、素子２ａを固定するが、相対的に移動できればよく、磁石３０１を固定して素子２ａを移動させてもよい。また、磁石３０１と素子２ａとの相対的移動は離間方向の間隔を一定に保って行われるように案内されている。

図１０（Ｂ）は、位置検出装置における信号の流れを示す。素子２ａに備えられた縦磁場検知部３ｖおよび横磁場検知部３ｈから得られた信号がＡ／Ｄ変換器４に入力される。Ａ／Ｄ変換器４が、入力された信号をデジタル信号に変換し、演算器５に入力する。演算器５は、入力された信号に基づいて、以下に示す（式７）または（式８）を用いて演算し、出力信号を出力する。
（出力信号）＝（縦磁場強度）／（横磁場強度）・・・（式７）
（出力信号）＝ｔａｎ^-1｛（縦磁場強度）／（横磁場強度）｝・・・（式８）

（式７）および（式８）と、前述した（式５）および（式６）との違いは、縦磁場と横磁場を分母と分子で逆転させたことのみである。信号の特性やいずれを用いれば良いかという判断も実施例１と同様のため説明を割愛し、以下では（式７）を用いた演算結果と、縦磁場を出力する従来技術との比較を行う。

図１０（Ｃ）は、実施例２の位置検出装置が備える演算器５の出力を示す。図１０（Ｄ）は、従来の位置検出装置の出力を示す。図１０（Ｃ），（Ｄ）において、横軸は、図２と同じスケールの移動方向の位置を示す。縦軸は、演算器の出力を示す。図１０（Ｃ）の３３１，３３２，３３３、図１０（Ｄ）の３４１，３４２，３４３は、この順に磁石と磁気検知部が近い場合の演算結果を示す。

図１０（Ｃ）の３つの関数３３１，３３２，３３３の方が、図１０（Ｄ）の３つの関数３４１，３４２，３４３よりも近接しており、離間方向の距離変動に対して頑健であることが分かる。本実施例の演算では、離間方向の距離の変動に頑健であるので、温度にも頑健である。以上説明した実施例２によれば、簡単な構成で組み立て誤差、環境による変化に対して頑健な位置検出装置を提供することができる。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１ 磁石
２ａ 磁気検知部
３ａ 縦磁場検知部
３ｂ 横磁場検知部
４ Ａ／Ｄ変換器
５ 演算器
３０１ 磁石
３０１ａ 着磁境界

Claims (8)

1. 磁気検知部と、
   磁石と、
   前記磁気検知部の信号に基づいて位置検出信号を演算する演算部とを備え、
   前記磁石と前記磁気検知部とは、所定間隔を保って相対的に移動可能であり、
   前記磁気検知部は、前記磁気検知部と前記磁石との離間方向の磁場を検知する縦磁場検知部と、前記磁石の移動方向の磁場を検知する横磁場検知部とを有し、
   前記演算部は、前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号とに基づいて前記位置検出信号を演算する
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記磁石は、前記磁気検知部と前記磁石との相対的な移動方向に直交する平面を極性境界面として、互いに逆極性を有する複数の着磁部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記演算部は、前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号のうち、一方を他方で除算するか、または前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号に基づく逆正接関数による演算を行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記演算部は、前記磁気検知部と前記磁石との相対的な移動量に応じて、前記除算と前記逆正接関数による演算とのうちのいずれを用いて前記位置検出信号を演算するかを切り替える
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記演算部による前記除算において割るほうの信号が極大値の半分以下とならないように、前記磁気検知部と前記磁石との相対的な移動を制限する移動制限部材を備える
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記演算部は、前記逆正接関数による演算において、前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号のうち、一方を他方で除算した結果を変数として演算を行う
   ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. 所定間隔を保って相対的に移動可能である磁気検知部と磁石とを備える位置検出装置の制御方法であって、
   前記磁気検知部は、前記磁気検知部と前記磁石との離間方向の磁場を検知する縦磁場検知部と、前記磁石の移動方向の磁場を検知する横磁場検知部とを有し、
   前記横磁場検知部の信号と前記縦磁場検知部の信号とに基づいて位置検出信号を演算する工程を有する
   ことを特徴とする制御方法。
8. 請求項７に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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