JP2017058169A - 位置検出装置及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホール素子を用いた位置検出のリニアリティを高めた位置検出装置を提供する。【解決手段】所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対２３と、これら永久磁石対２３で形成される磁界内で移動されるホール素子５Ｘとを備えており、ホール素子５Ｘの検出出力に基づいて当該ホール素子５Ｘを搭載している可動部材１の移動位置を検出する位置検出装置である。永久磁石対２３の間隔寸法Ｄは、ホール素子５Ｘの最大移動位置±Ｘｍで検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となる間隔寸法に設定される。【選択図】 図４

Description

本発明はデジタルカメラ等の光学機器に設けられた光学要素を移動制御する際に必要とされる位置検出装置に関し、特にボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で構成された駆動装置における位置検出に適用して好適な位置検出装置、及びこれを備えた手振れ補正装置、撮像装置等の光学装置に関するものである。

光学装置、なかでもデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置では、手振れ撮像による画像品質の低下を防止するために、手振れの発生時に撮像素子あるいはレンズ等の光学要素を光軸方向と直交する平面上で移動させる手振れ防止機構を設けたものがある。このような手振れ防止機構では、光学要素を移動制御する際の駆動源としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）が用いられることが多い。また、この移動制御に際しては、移動制御された光学要素の移動位置を検出し、この検出した移動位置に基づくフィードバック制御による移動制御も行なわれている。

このようなＶＣＭを用いた駆動装置での位置検出に際しては、移動制御される光学要素と一体に磁束密度を検出するホール素子を設けておき、ＶＣＭを構成しているマグネット（永久磁石）の磁界中において光学要素と共に移動される当該ホール素子の検出出力を利用する技術が提案されている。しかし、マグネットにより形成される磁界の磁束密度分布の不均一性によってホール素子での位置検出のリニアリティが問題になることがあり、特許文献１，２ではこのリニアリティを改善した技術が提案されている。この位置検出のリニアリティはホール素子の移動距離変化に対する検出出力の変化の割合を一定とすることである。

特許文献１では、対をなす２つのマグネットの間隔を拡大することにより、ホール素子の位置検出のリニアリティを改善する技術が提案されている。特許文献２では、ＶＣＭを構成するコイル側ヨーク、すなわちコイルを挟んでマグネットと反対側に配置されるヨークに所要長さのスペース、例えば穴を配設することによりリニアリティを改善する技術が提案されている。

特開２００５−２７５３７９号公報 特開２０１３−５０４９９号公報

特許文献１の技術は、対をなす２つのマグネットの間隔を拡大することで、ホール素子の移動距離に対するリニアリティは改善されるが、間隔の拡大に伴って磁束密度分布が低下され、ホール素子で検出する際の検出レベルが低下してしまう。そのため、検出レベルを増幅するための回路手段が必要となり、位置検出装置の構造が複雑になるとともに、位置検出装置の消費電力が増大してしまう。

特許文献２の技術は、コイル側ヨークに設けたスペースや穴によってコイル側ヨークの透磁量が低下され、当該ヨークを透磁する磁束の密度分布が低下し、ホール素子で検出する際の検出レベルが低下される。また、磁束密度分布の低下によってＶＣＭとしての駆動能力も低下してしまうことになる。

さらに、特許文献１，２はいずれもホール素子の移動距離、すなわち位置検出の対象となる光学要素の移動距離、特に最大移動距離については特に考慮されておらず、光学要素の実際の移動距離に対応した好適なリニアリティの位置検出装置を得ることはできない。そのため、マグネットの間隔やコイル側ヨークのスペースを必要以上に大きく設計することになり、位置検出装置がいたずらに大型化してしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、磁束密度検出素子、特にホール素子を用いた位置検出のリニアリティを高めた位置検出装置、及びこれを備える光学装置を提供するものである。

本発明の位置検出装置は、所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対と、これら永久磁石対で形成される磁界内で移動される磁束密度検出素子とを備えており、磁束密度検出素子の検出出力に基づいて磁束密度検出素子を搭載している可動部材の移動位置を検出する位置検出装置であって、永久磁石対の間隔寸法は、磁束密度検出素子の最大移動位置で検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となる間隔寸法に設定されていることを特徴とする。

本発明の第１の好ましい形態は、磁束密度検出素子の永久磁石対と反対側に、永久磁石対とで磁気回路を構成するヨークが配設されており、間隔寸法と最大移動位置への移動距離との相関比（間隔寸法／最大移動距離）がほぼ１．２である。

本発明の第２の好ましい形態は、磁束密度検出素子の永久磁石対と反対側に第２の永久磁石対が配設されており、これら２対の永久磁石対で磁界か形成されており、間隔寸法と最大移動位置への移動距離との相関比（間隔寸法／最大移動距離）がほぼ１．１である。

本発明の光学装置は、本発明にかかる位置検出装置を備えており、その第１の形態として光学要素に生じる手振れを防止する手振れ防止装置である。第２の形態としてスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置であり、第３の形態として望遠鏡等の光学機器である。

本発明によれば、磁束密度検出素子の最大移動位置で検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となるように永久磁石対の間隔寸法を設定することにより、磁束密度検出素子で検出される位置検出信号のリニアリティを高めることができる。また、本発明によれば手振れを防止した光学装置が得られる。

本発明の位置検出装置を含む手振れ補正装置を備えたカメラの概略構成図。 実施形態１の手振れ補正装置の一部を破断した後面図と平面図。 実施形態１の手振れ補正装置の分解斜視図。 実施形態１のＸ駆動ＶＣＭの拡大断面図。 実施形態１のＸ駆動永久磁石対の磁束密度の特性図。 実施形態１におけるＸホール素子におけるリニアリティを設定する手法を示す図。 実施形態１における間隔寸法／最大移動距離の相関比の好適値を得る図。 実施形態１の変形例のＸ駆動ＶＣＭの拡大断面図。 実施形態２の手振れ補正装置の一部を破断した後面図と平面図。 実施形態２のＸ駆動ＶＣＭの拡大断面図。 実施形態２におけるＸ駆動永久磁石対の磁束密度の特性図。 実施形態２における間隔寸法／最大移動距離の相関比の好適値を得る図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明をスチルカメラやムービーカメラ（ビデオカメラ）のカメラＣＡＭ内に内装される撮像素子ＩＳの手振れ防止装置ＳＲにおいて、当該撮像素子ＩＳの移動位置を検出するための位置検出装置に適用した実施形態１の概略斜視図である。この手振れ防止装置ＳＲは、撮像時にカメラに発生する手振れ等によってカメラが振動されたときに、この振動を相殺するように撮像素子ＩＳをカメラレンズ系のレンズ光軸Ｏｘと垂直な平面上でＸ方向とＹ方向に移動制御させる構成とされている。ここで、Ｘ方向とＹ方向はそれぞれカメラを通常の姿勢に保持したときに前面方向から見たときの水平方向と鉛直方向である。これらＸ方向とＹ方向の移動制御は、それぞれ独立して、あるいは同時に行なうことが可能であり、これらＸ方向とＹ方向の移動制御を行なうためのアクチュエータ（駆動源）としてＶＣＭ（ボイスコイルモータ）が備えられている。

図２（ａ）は前記手振れ防止装置ＳＲをカメラ後方から見たときの後面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。また、図３は後面側から見た部分分解概略斜視図である。前記撮像素子ＩＳは、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の半導体撮像素子で構成されており、その撮像面をカメラの前方に向け、かつレンズ光軸Ｏｘと垂直な立面方向に向けた状態で可動支持体１に支持されている。この可動支持体１は上下の各辺部がＸ方向に延長され、左右の各辺部がＹ方向に延長された矩形の平板状に形成されている。前記撮像素子ＩＳはこの可動支持体１の前面のほぼ中央に配置され、当該可動支持体１に一体化された状態に支持されている。

前記可動支持体１をレンズ光軸Ｏｘの方向に挟んだ前後位置、すなわち前記可動支持体１の前面と後面に対してそれぞれ微細な間隙をおいて対向された位置には、強磁性体材料の板材で形成された一対のヨーク２，３が配設されている。これらのヨーク２，３について、便宜的に可動支持体１の前面に対向されているヨーク２を磁石側ヨークと称し、可動支持体１の後面に対向されているヨーク３をコイル側ヨークと称する。これら磁石側ヨーク２とコイル側ヨーク３は、前記可動支持体１の周縁部に沿って延長された上下、左右の各枠部を有する矩形枠状に形成されており、それぞれ前記カメラＣＡＭの内部に固定支持されている。

その上で、図には表れないが、前記両ヨーク２，３にはそれぞれ前記可動支持体１に対向する側の面の複数箇所に転動ボールを配設したベアリング機構が設けられている。前記磁石側ヨーク２とコイル側ヨーク３の複数のベアリング機構は、それぞれ同数でかつレンズ光軸Ｏｘの方向に対向配置されている。そして、各ヨーク２，３の各ベアリング機構の各転動ボールは、前記可動支持体１をレンズ光軸Ｏｘの方向に挟持するように、当該可動支持体１の前面と後面にそれぞれ当接されている。これにより、可動支持体１は両ヨーク２，３によりレンズ光軸方向に挟持された状態で、かつ転動ボールの転動によって両ヨーク２，３に対してＹ方向およびＸ方向に移動することが可能とされている。

前記磁石側ヨーク２は前記撮像素子ＩＳの撮像面を開放する開口窓２１が開口されるとともに、その後面、すなわち前記可動支持体１に対向する側の面には、前記開口窓２１の左右と下側に４組の永久磁石対２２，２３が配設され、かつ可動支持体１に支持されている。ここでは、２組の永久磁石対２２はＹ駆動永久磁石対であり、前記磁石側ヨーク２の下枠部にＸ方向に所要の間隔で並んで配設されている。他の２組の永久磁石対２３はＸ駆動永久磁石対であり、前記磁石側ヨーク２の左右の各枠部にそれぞれ１対ずつ配設されている。

前記Ｙ駆動永久磁石対２２および前記Ｘ駆動永久磁石対２３は、それぞれ細長い矩形小片状をした永久磁石で構成されており、各永久磁石はそれぞれの長辺が互いに微小の間隔をもって並列状態に配置されている。すなわち、前記Ｙ駆動永久磁石対２２は各永久磁石の長辺がＸ方向に向けられた状態で並列配置されている。また、前記Ｘ駆動永久磁石２３は各永久磁石の長辺がＹ方向に向けられた状態で並列配置されている。

一方、前記可動支持体１には、前記４つの永久磁石対２２，２３に対してレンズ光軸Ｏｘに対向位置された駆動コイル１２，１３が配設され、当該可動支持体１に一体的に支持されている。これら４つの駆動コイ１２，１３は厚み寸法が小さく、レンズ光軸Ｏｘ方向から見たときに偏平な俵形、長円形あるいは角がとれた矩形等となるように導線が巻回されたコイル、ここでは長円形のコイルで構成されており、前記可動支持体１の前記撮像素子ＩＳの下側位置と左右位置にそれぞれ貫通された開口１１内に厚み方向に埋設された状態で配設されている。

これら４つの駆動コイル１２，１３について、前記Ｙ駆動永久磁石対２２に対向配置された２つの駆動コイル１２をＹ駆動コイルと称し、前記Ｘ駆動永久磁石対２３に対向配置された他の２つの駆動コイル１３をＸ駆動コイルと称する。

前記Ｙ駆動コイル１２は長円形の長軸がＸ方向に向けられている。したがって、後述するようにＹ駆動コイル１２が移動されるＹ方向について見れば、Ｙ駆動コイル１２はＹ方向に離間されている２つの長辺部はそれぞれＹ駆動永久磁石対２２の各永久磁石のＹ方向の領域内に位置されている。同様に、前記Ｘ駆動コイル１３は長円形の長軸がＹ方向に向けられている。したがって、Ｘ駆動コイル１３が移動されるＸ方向について見れば、Ｘ駆動コイル１３はＸ方向に離間されている２つの長辺部はそれぞれが対向配置されているＸ駆動永久磁石対２３の各永久磁石のＸ方向の領域内に位置されている。

前記可動支持体１の前記各永久磁石対２２，２３に対向される側に向けられた前面で、かつ前記Ｘ駆動コイル１２と前記Ｙ駆動コイル１３の各中心位置には磁束密度検出素子としてのホール素子５Ｘ，５Ｙが配設されている。すなわち、前記可動支持体１がＸ方向及びＹ方向について基準となる位置に存在するときに、前記Ｙ駆動永久磁石対２２のＹ方向の中央位置にＹホール素子５Ｙが配設され、前記Ｘ駆動永久磁石対２３のＸ方向の中央位置にＸホール素子５Ｘが配設されている。これら４つのホール素子５Ｘ，５Ｙは図には表れない検出回路に接続されており、各ホール素子５Ｘ，５Ｙで検出した検出信号に基づいてホール素子５Ｘ，５ＹのＹ方向とＸ方向の移動位置、すなわち可動支持体１のＹ方向とＸ方向の移動位置を検出するようになっている。

前記コイル側ヨーク３は前記可動支持体１の後面に微小間隔で対向配置された矩形枠状の板部材として形成されている。そして、中央の開口３１を囲む枠部のうち、下枠部３２と左右枠部３３は所定の幅寸法に形成され、これら下枠部３２と左右枠部３３は前記Ｙ駆動コイル１２と前記Ｘ駆動コイル１３に対向配置されている。

以上の構成により、Ｙ駆動永久磁石対２２と、これに対向配置されたＹ駆動コイル１２は、磁石側ヨーク２及びコイル側ヨーク３と共にＹ方向に推力（移動力）を生成するＹ駆動ＶＣＭ４Ｙが構成される。すなわち、Ｙ駆動永久磁石対２２、磁石側ヨーク２、コイル側ヨーク３の下枠部３２はＹ駆動ＶＣＭ４Ｙの固定部として構成され、Ｙ駆動コイル１２はＹ方向に移動されるＹ駆動ＶＣＭ４Ｙの可動部として構成される。

同様に、Ｘ駆動永久磁石対２３と、これに対向配置されたＸ駆動コイル１３は、磁石側ヨーク２及びコイル側ヨーク３と共にＸ方向に推力（移動力）を生成するＸ駆動ＶＣＭ４Ｘが構成される。すなわち、Ｘ駆動永久磁石対２３、磁石側ヨーク２、コイル側ヨーク３の左右枠部３３はＸ駆動ＶＣＭ４Ｘの固定部として構成され、Ｘ駆動コイル１３はＸ方向に移動されるＸ駆動ＶＣＭ４Ｘの可動部として構成される。

この構成の手振れ防止装置ＳＲでは、Ｘ駆動ＶＣＭ４Ｘにおいては、Ｘ駆動永久磁石対２３は磁石側ヨーク２とコイル側ヨーク３の左右枠部３３との間にレンズ光軸Ｏｘに沿った方向の磁界を形成する。そして、この磁界内に位置されているＸ駆動コイル１３に電流を通流し、かつその電流値を制御することにより、当該磁界とＸ駆動コイル１３を流れる電流によるローレンツ力が発生し、Ｘ駆動コイル１３はＸ方向に移動される。Ｘ駆動コイル１３に通流する電流の向きを反転制御することにより、Ｘ駆動コイル１３は反対方向に移動される。したがって、Ｘ駆動コイル１３を支持している可動支持体１は、Ｘ駆動コイル１３と一体にＸ方向に移動制御され、これに支持されている撮像素子ＩＳがＸ方向に移動制御されることになる。

Ｙ駆動ＶＣＭ４Ｙにおいても同様であり、Ｙ駆動永久磁石対２２は磁石側ヨーク２とコイル側ヨーク３の下枠部３２との間にレンズ光軸Ｏｘに沿った方向の磁界を形成する。そして、この磁界内に位置されているＹ駆動コイル１２に電流を通流し、かつその電流値を制御することにより、当該磁界とＹ駆動コイル１２を流れる電流によるローレンツ力が発生し、Ｙ駆動コイル１２はＹ方向に移動される。Ｙ駆動コイル１２に通流する電流の向きを反転制御することにより、Ｙ駆動コイル１２は反対方向に移動される。したがって、Ｙ駆動コイル１２を支持している可動支持体１は、Ｙ駆動コイル１２と一体にＹ方向に移動制御され、支持されている撮像素子ＩＳはＹ方向に移動制御されることになる。

したがって、カメラＣＡＭでの撮像時に手振れが生じると、この手振れによる振動を検出するセンサーの出力に基づいてカメラ制御回路部（いずれも図示せず）は、当該手振れ振動を相殺する制御信号を生成し、Ｙ駆動ＶＣＭ４ＹとＸ駆動ＶＣＭ４Ｘに通流する電流を制御する。Ｙ駆動ＶＣＭ４Ｙでは、制御された電流をＹ駆動コイル１２に通流することで可動支持体１をＹ方向に移動制御し、Ｘ駆動ＶＣＭ４Ｘでは、制御された電流をＸ駆動コイル１３に通流することで可動支持体１をＸ方向に移動制御する。

このとき、Ｘホール素子５Ｘは可動支持体１のＸ方向の移動に伴ってＸ駆動永久磁石対２３とヨーク２，３で構成される磁界内で移動され、当該磁界の磁束密度に対応した出力を検出し、この出力に基づいてＸ方向の移動位置（移動量）が検出される。同様に、Ｙホール素子５Ｙは可動支持体１のＹ方向の移動に伴ってＹ駆動永久磁石対２２とヨーク２，３で構成される磁界内で移動され、当該磁界の磁束密度に対応した出力を検出し、この出力に基づいてＹ方向の移動位置（移動量）が検出される。そして、検出されたＸ方向とＹ方向の移動量を相殺するようにＸ駆動ＶＣＭ４ＸとＹ駆動ＶＣＭ４Ｙでの前記した移動制御を実行する。これにより、可動支持体１は手振れ振動を相殺するＸ方向およびＹ方向に移動制御され、可動支持体１に支持されている撮像素子ＩＳもこれに追従してＸ方向およびＹ方向に移動制御され、撮像素子ＩＳで撮像する画像の手振れが防止される。

ここで前記Ｘホール素子５ＸとＹホール素子５Ｙにおける位置検出動作について、Ｘホール素子５Ｘを代表して説明する。図４はＸ駆動ＶＣＭ４Ｘの拡大図であり、Ｘ駆動永久磁石対２３と磁石側ヨーク２とコイル側ヨーク３とで磁界が形成される。Ｘ駆動永久磁石対２３の各永久磁石は磁極が反対に向けられているので、それぞれ逆極性の磁界が形成される。そして、Ｘホール素子５Ｘは可動支持体１がＸ方向に移動されたときに当該磁界内で移動される。このとき、可動支持体１が定常位置にあるときに、Ｘホール素子５ＸはＸ方向の中央位置Ｃ、すなわち前記磁界の中央位置Ｃにある。また、可動支持体１はこの中央位置ＣからＸ方向の両側にそれぞれ最大移動距離として＋Ｘｍ，−Ｘｍの範囲で移動される。

一方、前記Ｘ駆動永久磁石対２３とヨーク２，３で形成される磁界の磁束密度は必ずしも均一ではなく、図５に示すような非線型（非リニアリティ）の特性を有している。図５において、横軸はＸ駆動永久磁石対２３のＸ方向の中央位置Ｃからの距離であり、右側は中央位置ＣからＳ極側への移動距離、左側は中央位置ＣからＮ極側への移動距離を示している。縦軸はＸ駆動永久磁石対２３とヨーク２，３で形成されるＳ極側とＮ極側の各磁界における磁束密度である。この図５からは、中央位置Ｃからの移動距離が大きくなると磁束密度はＳ極側とＮ極側のいずれにも緩やかなＳ字特性で増加する特性となることが判る。また、この図５からは、図４に示したＸ駆動永久磁石対２３の間隔寸法Ｄを変化させると磁束密度特性もＳ１〜Ｓ４と変化していることが判る。中央位置Ｃからの距離が最大移動距離程度まで大きくなると磁束密度は最大の磁束密度にほぼ飽和する。

このように磁束密度特性がＳ字特性であると、Ｘホール素子５Ｘの移動距離に対する磁束密度の変化の割合が一定とならず、Ｘホール素子５Ｘの検出出力のリニアリティが得られずに位置検出に誤差が生じる。ここで、Ｘ駆動永久磁石対２３の間隔寸法Ｄを大きくすれば磁束密度特性のＳ字特性の変化率は緩くなるという傾向は見られるので、当該間隔寸法Ｄを大きくすることによりリニアリティが改善できることは特許文献１に記載されていることと共通する。しかし、図５から判るように、中央位置Ｃからの距離が小さい領域ではリニアリティが改善されることが言えるとしても、中央位置Ｃからの距離が大きくなったときには、必ずしも改善されるとは言えない。そのため、Ｘホール素子５Ｘの移動距離が大きくなったときにおける位置検出のリニアリティを確保して位置検出の精度を高めることは難しい。

そこで、本発明においては、可動支持体１の最大移動距離に対応して適切な永久磁石対２３の間隔を設定する。その手法として、先ず図６（ａ）に示すように、Ｘ駆動ＶＣＭ４Ｘにおいて設計されている可動支持体１がＮ極方向とＳ極方向にそれぞれ最大に移動される際の最大移動距離＋Ｘｍ，−Ｘｍ、換言すれば可動支持体１とともにＸホール素子５ＸがＳ極方向とＮ極方向の両方向に最大移動距離±Ｘｍだけ移動されたときの各磁束密度の値を測定し、これらの測定値を互いに直線で結ぶ線を目標線Ｏｂとして設定する。図６（ａ）の例では、ホール素子が中央位置Ｃから左右に最大移動距離±Ｘｍ移動されたときの磁束密度Ｂ１，−Ｂ１を結ぶ直線を目標線Ｏｂとする。

そして、この目標線Ｏｂを図５に示した各磁束密度特性Ｓ１〜Ｓ４と対比させ、目標線Ｏｂと各磁束密度特性との誤差（磁束密度の差）を求め、この誤差の最大値がもっとも小さくなる磁束密度特性を判定する。この例では、図６（ｂ）に示す磁束密度特性Ｓ１では移動距離が大きい領域において誤差が顕著になる。反対に、図６（ｃ）に示す磁束密度特性Ｓ４では移動距離が小さい領域において誤差が顕著になる。しかし、図６（ｄ）に示す磁束密度特性Ｓ２あるいはＳ３では誤差が抑制され、目標線Ｏｂに対してリニアリティのある磁束密度特性であると判定できる。この判定結果から、実施形態１では、Ｘ駆動永久磁石対２３における磁束密度特性が磁束密度特性Ｓ２となる間隔寸法、ここでは２．６ｍｍに設定することで、Ｘホール素子５Ｘによる位置検出に最もリニアリティのある検出出力が得られることになる。

ここで、本発明者において、図５に示した各磁束密度特性Ｓ１〜Ｓ４と目標線Ｏｂとの誤差の最大値について、ホール素子５Ｘの最大移動距離±Ｘｍと永久磁石対の間隔寸法Ｄとの相関比を求めたところ、図７の相関がえられた。これから、前記相関比（間隔寸法／最大移動距離）が１．２０においてホール素子５Ｘによる位置検出の誤差が最小になることが判明した。したがって、相関比がこの値となるようにＸ駆動ＶＣＭ４Ｘを構成することにより、Ｘホール素子５Ｘによるリニアリティの高い位置検出が可能になる。すなわち、可動支持体１の最大移動距離を±２．２ｍｍとしたときに、Ｘ駆動磁石対２３の間隔寸法を２．６ｍｍに設定すればよいことになる。以上のことはＹ駆動ＶＣＭ４Ｙにおいても同様である。

以上のように、Ｘ駆動ＶＣＭ４ＸおよびＹ駆動ＶＣＭ４Ｙのいずれにおいても、可動支持体１の最大移動距離±Ｘｍに対応させて永久磁石対２２，２３の間隔寸法Ｄを適切に設定することにより、ホール素子５Ｘ，５Ｙで検出される位置検出の誤差を抑制したリニアリティの高い位置検出が可能になり、検出精度を向上することができる。これにより、ＶＣＭを駆動源とする手振れ補正装置による手振れ補正効果を高めることができる。

ここで、図８に示すように、例えばＸ駆動ＶＣＭ４Ｘを構成する際には、Ｘ駆動永久磁石対２３を一対の永久磁石で構成するのではなく、１つの磁性体２３に対して非磁性領域２３ａを挟んでＳ極とＮ極に着磁した構成としてもよい。これはＹ駆動ＶＣＭ４Ｙについても同じである。したがって、永久磁石対をこのように構成したときには、当該非磁性領域２３ａの幅寸法を前記した間隔寸法Ｄに置き換えてＶＣＭを設計すればよい。この場合にもＸホール素子５Ｘによるリニアリティの高い位置検出が実現できる。

図９（ａ），（ｂ）は実施形態２の手振れ補正装置ＳＲを示す図であり、図２（ａ），（ｂ）に対応する図である。なお、等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態２は、実施形態１のコイル側ヨーク３に第２永久磁石対を配設したものである。すなわち、磁石側ヨーク２に配設されている永久磁石対（以下、第１駆動永久磁石対）２２，２３のＮ極とＳ極にそれぞれ対向するように、Ｓ極とＮ極を向けた第２駆動永久磁石対２２Ａ，２３Ａをコイル側ヨーク３に配設し、結果として２対の駆動永久磁石対２２と２２Ａ、２３と２３Ａによって磁界が形成されるようになっている。そして、これら第１駆動永久磁石対２２，２３と第２駆動永久磁石対２２Ａ，２３Ａの間に可動支持体１のコイル１２，１３とホール素子５Ｘ，５Ｙを配設したものである。

図１０はＸ駆動ＶＣＭ４Ｘを代表して示す拡大図であり、第１Ｘ駆動永久磁石対２３のＮ極と第２Ｘ駆動永久磁石対２３ＡのＳ極との間、及び第１Ｘ駆動永久磁石対２３のＳ極と第２Ｘ駆動永久磁石対２３ＡのＮ極との間にそれぞれ反対方向に向けられた磁界が形成され、この磁界内でＸ駆動コイル１３とＸホール素子５Ｘが可動支持体１と共に移動されるようになっている。なお、第１Ｘ駆動永久磁石対２３と第２Ｘ駆動永久磁石対２３Ａの各永久磁石の寸法と、各駆動永久磁石対の間隔寸法Ｄは同じである。

実施形態２のＸ駆動ＶＣＭ４Ｘの基本的な動作と、Ｘホール素子５Ｘによる位置検出動作は実施形態１と同じであるので、ここではこれらの説明は省略する。一方、実施形態２の第１と第２のＸ駆動永久磁石対２３，３Ａで形成される磁界の磁束密度分布は実施形態１とは異なっている。図１１は実施形態２における第１と第２のＸ駆動永久磁石対２３，２３Ａの磁束密度特性である。この場合においても磁束密度特性はＳ字特性となることは同じであるが、Ｘ駆動永久磁石対２３，２３Ａの間隔寸法Ｄの違いによる磁束密度特性Ｓ１１〜Ｓ１５の違いは実施形態１よりも顕著になっている。

実施形態２においても、図示は省略するが、図６に示した実施形態１と同様に、Ｘホール素子５Ｘの最大移動距離＋Ｘｍ，−Ｘｍと磁束密度の値とから目標線Ｏｂを設定し、この目標線Ｏｂと前記各磁束密度特性Ｓ１１〜Ｓ１５とを対比させることにより、最も誤差の最大値が小さく、目標線Ｏｂに対してリニアリティのある磁束密度特性を選択することができる。したがって、この磁束密度特性から第１と第２のＸ駆動永久磁石対２３，２３Ａの間隔寸法Ｄを設定することにより、リニアリティのある位置検出が可能になる。

ここで、図１２に示すように、ホール素子５Ｘの最大移動距離±Ｘｍと、第１と第２のＸ永久磁石対２３，２３Ａの間隔寸法Ｄとの相関比を演算し、この相関比と最大誤差との相関を求めたところ、相関比が１．１０の近傍において誤差が最小になることが判明した。Ｙ駆動ＶＣＭ４ＹにおけるＹホール素子５Ｙによる位置検出も同じである。

実施形態２のように、２対の駆動永久磁石対により形成される磁界内で移動されるホール素子により位置検出を行なう構成においても、移動可動支持体の最大移動距離に対応させて駆動永久磁石対の間隔寸法を適切に設定することにより、ホール素子で検出される位置検出の誤差を抑制し、検出精度を向上することができる。これにより、ＶＣＭを駆動源とする手振れ補正装置による手振れ補正効果を高めることができる。

以上の実施形態はＹ駆動ＶＣＭとＸ駆動ＶＣＭがそれぞれ１対ずつ配設された駆動装置の位置検出装置として構成されているが、本発明はＹ駆動ＶＣＭとＸ駆動ＶＣＭがそれぞれ１つ、あるいは一方のみが１つの駆動装置の位置検出装置についても適用可能である。

本発明の位置検出装置は、永久磁石対と、この永久磁石対で形成される磁界内でホール素子を移動させることによって当該ホール素子、ないし当該ホール素子を搭載している可動部材の位置を検出する位置検出装置に適用することができる。したがって、必ずしもＶＣＭを駆動源とする駆動装置に本発明の位置検出装置が適用されることに限定されるものではない。

以上の実施形態は本発明の位置検出装置を手振れ防止装置に適用しているが、光学機器に設けられて移動制御される光学要素を位置検出するための装置であれば同様に適用することが可能である。例えば、カメラのレンズ鏡筒内に配設され、レンズ光学系を構成する一部のレンズをレンズ光軸と直交する面上でＸＹ方向に移動させる手振れ防止装置における位置検出装置として構成することが可能である。光学機器以外の機器に用いられる位置検出装置として構成することが可能であることは言うまでもない。

１ 可動支持体（可動部材）
２ 磁石側ヨーク
３ コイル側ヨーク
４Ｘ，４Ｙ 駆動ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）
５Ｘ，５Ｙ ホール素子（磁束密度検出素子）
１２，１３ 駆動コイル
２２，２３ 永久磁石対（第１永久磁石対）
２３Ａ 第２永久磁石対
ＳＲ 手振れ防止装置
ＩＳ 撮像素子（光学要素）
ＣＡＭ カメラ

Claims (13)

1. 所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対と、これら永久磁石対で形成される磁界内で移動される磁束密度検出素子とを備え、前記磁束密度検出素子の検出出力に基づいて当該磁束密度検出素子を搭載している可動部材の移動位置を検出する位置検出装置であって、前記永久磁石対の間隔寸法は、前記磁束密度検出素子の最大移動位置で検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して前記磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となる間隔寸法に設定されていることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記磁束密度検出素子の前記永久磁石対と反対側に、前記永久磁石対とで磁気回路を構成するヨークが配設されている請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記間隔寸法と前記最大移動位置への移動距離との相関比（間隔寸法／最大移動距離）がほぼ１．２である請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 前記磁束密度検出素子の前記永久磁石対と反対側に第２の永久磁石対が配設されており、これら２対の永久磁石対で磁界が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置。
5. 前記間隔寸法と前記最大移動位置への移動距離との相関比（間隔寸法／最大移動距離）がほぼ１．１である請求項１又は２に記載の位置検出装置。
6. 前記可動部材には前記永久磁石対で形成される磁界内で移動可能な駆動コイルが搭載され、これら永久磁石対と駆動コイルとでボイスコイルモータが構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の位置検出装置。
7. 前記駆動コイルを光学機器の光軸と直交する面上でＸ方向とＹ方向に移動させるＸ駆動ボイスコイルモータとＹ駆動ボイスコイルモータを備えており、前記磁束密度検出素子は、前記Ｘ駆動ボイスコイルモータと前記Ｙ駆動ボイスコイルモータの各コイルを搭載した可動支持板に搭載されている請求項１ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
8. 前記可動支持板にはＸ方向とＹ方向に移動させる光学要素が搭載されている請求項７に記載の位置検出装置。
9. 前記光学機器は撮像装置であり、前記光学要素は撮像素子又は撮像レンズであり、撮像装置の手振れ防止装置の位置検出装置として構成されている請求項８に記載の位置検出装置。
10. 所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対と、この永久磁石対を支持する磁石側ヨークと、前記永久磁石対および前記磁石側ヨークとの間に磁界を形成するコイル側ヨークと、前記永久磁石対及び前記磁石側ヨークと前記コイル側ヨークとの間に配設された可動支持体と、前記可動支持体に支持されて、前記永久磁石対及び前記磁石側ヨークと前記コイル側ヨークとで形成される磁界内に配置される駆動コイルと、前記可動支持体に支持されて前記磁界内に配置されるホール素子を備え、前記永久磁石対と前記駆動コイルとでボイスコイルモータが構成され、前記永久磁石対の間隔寸法は、前記可動支持体の最大移動位置で検出された磁束密度から得られる目標特定に対して前記永久磁石対の磁束密度特性の誤差が最小となる間隔寸法に設定されていることを特徴とする位置検出装置。
11. 前記ボイスコイルモータは、前記駆動コイルおよび前記可動支持体をＹ方向に移動させるＹ駆動ボイスコイルモータと、前記駆動コイルおよび前記可動支持体をＸ方向に移動させるＸ駆動ボイスコイルモータを備えており、前記駆動コイルおよび前記可動支持体はＹ方向およびＸ方向に独立してあるいは同時に移動制御される構成であり、前記ホール素子は前記Ｙ駆動ボイスコイルモータと前記Ｘ駆動ボイスコイルモータのそれぞれに配設されている請求項１０に記載の位置検出装置。
12. 光学装置に内装されている光学要素を支持した可動部材を備え、当該光学装置に生じた手振れに基づいて前記可動部材を駆動して当該手振れを相殺するための手振れ補正装置であって、所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対と、これら永久磁石対で形成される磁界内で移動される磁束密度検出素子とを有し、前記磁束密度検出素子の検出出力に基づいて当該磁束密度検出素子を搭載している可動部材の移動位置を検出する位置検出装置と、この位置検出装置で検出した移動位置に基づいて前記可動部材を駆動制御する駆動手段を備えており、前記永久磁石対の間隔寸法は、前記磁束密度検出素子の最大移動位置で検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して前記磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となる間隔寸法に設定されていることを特徴とする手振れ補正装置。
13. 撮像装置や光学機器等の光学装置であって、当該光学装置に生じた手振れに基づいて光学装置に内装されている光学要素を支持した可動部材を駆動して当該手振れを相殺するための手振れ補正装置を備えており、当該手振れ補正装置は、所定の間隔寸法で配置され、当該間隔寸法の違いに応じて形成される磁界の磁束密度分布が変化される永久磁石対と、これら永久磁石対で形成される磁界内で移動される磁束密度検出素子とを有し、前記磁束密度検出素子の検出出力に基づいて当該磁束密度検出素子を搭載している可動部材の移動位置を検出する位置検出装置と、前記位置検出装置で検出した移動位置に基づいて前記可動部材を駆動制御する駆動手段を備え、前記永久磁石対の間隔寸法は、前記磁束密度検出素子の最大移動位置で検出された磁束密度に基づいて設定される磁束密度目標に対して前記磁界の磁束密度特性の誤差最大値が最小となる間隔寸法に設定されていることを特徴とする光学装置。
    
    
    
    
    
    

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