JP2021043003A

JP2021043003A - 磁気式位置検出装置

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Publication number: JP2021043003A
Application number: JP2019163481A
Authority: JP
Inventors: 正孝田川; Masataka Tagawa; 秀之谷川; Hideyuki Tanigawa; 崇喜多村; Takashi Kitamura
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】本発明は、容易に位置検出ができる磁気式位置検出装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の磁気式位置検出装置は、２つの長辺１ａ、１ｂと２つの短辺１ｃ、１ｄを有する矩形状の磁気スケール１は、一方の長辺１ａに沿って着磁されたＳ極３と、他方の長辺１ｂに沿って着磁され、Ｓ極３と隣接するＮ極４とを有し、Ｎ極４とＳ極３の短辺方向の幅の寸法ｔは略同一であり、磁気センサ２は、磁気スケール１と対向しかつ移動可能であり、かつ幅の寸法ｔを隔てて位置しかつ電気的に直列に接続され第１の磁気抵抗素子５、第２の磁気抵抗素子６とを備え、磁気スケール１、磁気センサ２は、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６がＳ極３を挟むように位置する状態から、Ｎ極４を挟むように位置する状態まで直線状に移動可能となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器のレンズ等のリニアの位置を検出する磁気式位置検出装置に関する。

従来のこの種の磁気式位置検出装置は、固定側の物体と移動側の物体のうち一方にＮ極とＳ極とを交互に着磁した磁気スケールを配置し、他方にこの磁気スケールからの磁気を検知する磁気センサを配置するようにしていた。

そして、磁気スケールからの磁界の変化を磁気センサで検出することによって、移動体の移動量や位置を検出するようにしていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平８−２９６６０号公報

上記従来の磁気式位置検出装置は、磁気スケールのＮ極の着磁方向の中央部から磁力線が両隣のＳ極に向い、Ｓ極は着磁方向の中央部に両隣のＮ極からの磁力線が向かっているため、複数のＮ極とＳ極とを交互に着磁した磁気スケールを移動させた場合、その移動量に対する出力が一義的に決定されず、これにより、磁気スケールの絶対移動距離（位置）の検出が困難であるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、絶対的位置検出が可能な磁気式位置検出装置を提供することを目的とする。

第１の態様に係る磁気式位置検出装置は、２つの長辺と２つの短辺を有する矩形状の磁気スケールと、前記磁気スケールと対向する磁気センサとを備え、前記磁気スケールは、一方の前記長辺に沿って着磁されたＳ極と、他方の前記長辺に沿って着磁され前記Ｓ極と隣接するＮ極とを有し、前記短辺方向の前記Ｎ極の幅と前記Ｓ極の幅は略同一であり、前記磁気センサは、電気的に直列に接続された第１の磁気抵抗素子、第２の磁気抵抗素子と、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子との間に接続された第１の出力端子と、前記第１の磁気抵抗素子に接続された第１の電圧印加端子と、前記第２の磁気抵抗素子に接続された第１のグランド端子とを有し、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子との間隔は前記幅と略同一で、前記磁気スケールまたは前記磁気センサは、前記磁気センサの前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とで前記磁気スケールの前記Ｓ極、前記Ｎ極の一方を挟むように配置される状態から、他方の極を挟むように配置される状態まで直線状に移動可能となっている。

第２の態様に係る磁気式位置検出装置では、第１の態様において、前記磁気センサは、その間隔が前記幅と略同一でかつ電気的に直列に接続された第３の磁気抵抗素子、第４の磁気抵抗素子と、前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子との間に接続された
第２の出力端子と、前記第３の磁気抵抗素子に接続された第２の電圧印加端子と、前記第４の磁気抵抗素子に接続された第２のグランド端子とをさらに有し、前記第１の電圧印加端子と前記第２の電圧印加端子との間に前記第１〜第４の磁気抵抗素子が位置し、前記第１のグランド端子と前記第２のグランド端子との間に前記第１〜第４の磁気抵抗素子が位置する。

磁気スケールの移動距離と磁気センサの出力との関係に直線性を持たせることができるため、磁気スケールの絶対的位置の検出が可能になる。

本開示の一実施の形態における磁気式位置検出装置の模式図同磁気式位置検出装置の磁気センサの移動状態を示した図同磁気式検出装置において磁気センサの移動距離と出力との関係図同磁気式位置検出装置の他の例の模式図

図１は、本開示の一実施の形態における磁気式位置検出装置の模式図である。

本開示の一実施の形態における磁気式位置検出装置は、図１に示すように、２つの長辺１ａ、１ｂと２つの短辺１ｃ、１ｄを有する矩形状の磁気スケール１と、磁気スケール１と対向しかつ移動可能な磁気センサ２とを備えている。

前記磁気スケール１は、一方の長辺１ａに沿って着磁されたＳ極３と、他方の長辺１ｂに沿って着磁され、Ｓ極３と隣接するＮ極４とを有し、短辺方向のＮ極４の幅の寸法ｔとＳ極３の幅の寸法ｔは略同一となっている。

すなわち、Ｓ極３とＮ極４は、磁気スケール１の長手方向に長細く形成され、短手方向に隣接して着磁されている。

前記磁気センサ２は、磁気スケール１の略長手方向に対して移動可能であり、磁気スケール１からの磁界に応じて抵抗値が変化する第１、第２の磁気抵抗素子５、６を備えている。

また、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６とは、磁気スケール１の短手方向と互いに略平行になるように配置されている。そして、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６は電気的に直列に接続され、その間隔はＳ極３、Ｎ極４の幅と略等しい。

さらに、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６との間に第１の出力端子７が接続され、そして、第１の磁気抵抗素子５に接続された第１の電圧印加端子８と、第２の磁気抵抗素子６に接続された第１のグランド端子９とを有している。なお、第１、第２の磁気抵抗素子５、６、第１の出力端子７、第１の電圧印加端子８、第１のグランド端子９は基板（図示せず）の表面に設けられている。

第１、第２の磁気抵抗素子５、６は、磁界の向きと同じ方向において抵抗値が変化し、垂直方向の磁界では抵抗値が変化しないＭＲセンサまたはＧＭＲセンサである。第１、第２の磁気抵抗素子５、６はそれぞれ、実際には磁気スケール１の長手方向、短手方向と直交する垂直方向に磁気スケール１と対向して配置されている。

図１においては、磁気センサ２は磁気スケール１に対して斜めに少し傾いて紙面左右方
向（矢印方向）に移動し、磁気スケール１は紙面上下方向に着磁されている。また、図１に、断面方向（垂直方向）における磁力線もあわせて図示している。図中の破線矢印は磁力線を示している。磁力線は、Ｎ極４が形成された磁気スケール１の長辺１ｂからＳ極３が形成された磁気スケール１の長辺１ａに向かっている。

ここで、図１において磁気スケール１、磁気センサ２の位置と出力との関係について説明する。

磁気センサ２が最も左側に位置しているときは、磁気スケール１は垂直方向から見て第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６でＳ極３を挟むように位置する。すなわち、第１の磁気抵抗素子５の中心部はＳ極３の一側部（Ｓ極３とＮ極４の境界線）に対応する部分に位置し、第２の磁気抵抗素子６の中心部はＳ極３の他の側部（磁気スケール１の長辺１ａ）に対応する部分に位置する。

この場合は、第１の磁気抵抗素子５が磁気スケール１の磁界によって抵抗値が最も低くなり、第２の磁気抵抗素子６の抵抗値は高いまま変化しない。したがって、第１の出力端子７から出力される信号（抵抗値（電圧））はマイナスになる。なお、この場所が始点（原点）となる。

次に、磁気センサ２を最も左側の位置から徐々に右側かつＮ極４側に直線的に移動させると、第１の磁気抵抗素子５の抵抗値が徐々に高くなり、第２の磁気抵抗素子６は抵抗値が徐々に低くなる。したがって、第１の出力端子７から出力される抵抗値（電圧）はマイナスから徐々に直線的にゼロに近づいていく。

そして、磁気センサ２が中央部分に来て、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６の中間点がＳ極３、Ｎ極４の境界線と一致したとき、第１の磁気抵抗素子５の抵抗値と第２の磁気抵抗素子６の抵抗値が略等しくなるため、第１の出力端子７から出力される電圧はゼロになる。

磁気センサ２を中央部分からさらに徐々に右側かつＮ極４側に直線的に移動させると、第１の磁気抵抗素子５の抵抗値が徐々により高くなり、第２の磁気抵抗素子６は抵抗値が徐々により低くなっていく。したがって、第１の出力端子７から出力される電圧はゼロから徐々に直線的にプラスになっていく。

さらに、磁気センサ２が最も右側に位置したときは、磁気スケール１は第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６でＮ極４を挟むように位置することになる。すなわち、第２の磁気抵抗素子６の中心部はＮ極４の一側部（Ｓ極３とＮ極４の境界線）に対応する部分に位置し、第１の磁気抵抗素子５の中心部はＮ極４の他の側部（磁気スケール１の長辺１ｂ）に対応する部分に位置する。

この場合、第２の磁気抵抗素子６が磁気スケール１の磁界によって抵抗値が最も低くなり、第１の磁気抵抗素子５の抵抗値は高いまま変化しない。したがって、第１の出力端子７から出力される電圧はプラスになる。なお、この場所が終点となる。始点と終点との間隔の寸法が、磁気センサ２で位置検出される部分の長さ（ストローク長）となる。

第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６の間隔は、Ｓ極３、Ｎ極４の幅の寸法と同じで、Ｓ極３、Ｎ極４の幅と略等しいため、第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６がＳ極３、Ｎ極４を挟むように位置することができる。

図１では、磁気スケール１を固定し、磁気センサ２を移動する場合について説明したが
、図２に示すように、磁気センサ２を固定し、磁気スケール１を移動させるようにしてもよい。

このとき、磁気スケール１を磁気スケール１の長辺１ａ、１ｂ方向に対して斜めに傾けて配置する。この傾斜角をθとすると、ｓｉｎθ＝（ストローク長）／（Ｓ極３、Ｎ極４の幅の寸法ｔ）となる。図２では、磁気スケール１を紙面左右方向に移動させる。

この場合も、磁気スケール１が第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６がＳ極３を挟むように位置する状態から、Ｎ極４を挟むように位置する状態まで直線状に移動する。

なお、磁気スケール１が第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６がＮ極４を挟むように位置する状態から、Ｓ極３を挟むように位置する状態まで直線状に移動するようにしてもよい。

本一実施の形態における磁気式位置検出装置は、上述したように、磁気スケール１を第１の磁気抵抗素子５と第２の磁気抵抗素子６がＳ極３を挟むように位置する状態から、Ｎ極４を挟むように位置する状態まで直線状に移動させているため、磁気スケール１の移動距離と磁気センサ２の出力との関係に直線性を持たせることができ、これにより、磁気スケール１の移動量に対する出力が一義的に決定され、磁気スケール１の絶対的位置の検出が可能になるという効果が得られる。

一実施の形態における磁気式位置検出装置では、図３に示すように、磁気スケール１の移動距離に対する磁気センサ２の出力は直線的に変化する。

また、図４に示すように、磁気センサ２として、その間隔がＳ極３、Ｎ極４の幅と略同一で、かつ電気的に直列に接続された第３の磁気抵抗素子１０、第４の磁気抵抗素子１１をさらに設けてもよい。

このとき、第３の磁気抵抗素子１０と第４の磁気抵抗素子１１との間に接続された第２の出力端子１２と、第３の磁気抵抗素子１０に接続された第２の電圧印加端子１３と、第４の磁気抵抗素子１１に接続された第２のグランド端子１４とをさらに設ける。

そして、第１の電圧印加端子８と第２の電圧印加端子１３は第１〜第４の磁気抵抗素子５、６、１０、１１を間に介して配置し、第１のグランド端子９と第２のグランド端子１４は第１〜第４の磁気抵抗素子５、６、１０、１１を間に介して配置する。

この構成により、第１の出力端子７で出力される信号と、第２の出力端子１２で出力される信号とは１８０°の位相差が生じる。よって、第１の出力端子７で出力される信号と、第２の出力端子１２で出力される信号を差分すれば、信号が増幅され、これにより、磁気スケール１の移動距離に対する磁気センサ２の出力の変化量は、上記図１の場合より大きくなる。

本発明に係る磁気式位置検出装置は、磁気スケールの絶対的位置検出が可能になるという効果を有するものであり、特にカメラ等の光学機器のレンズ等のリニアの位置を検出する磁気式位置検出装置等として有用である。

１磁気スケール
２磁気センサ
３Ｓ極
４Ｎ極
５第１の磁気抵抗素子
６第２の磁気抵抗素子
７第１の出力端子
８第１の電圧印加端子
９第１のグランド端子
１０第３の磁気抵抗素子
１１第４の磁気抵抗素子
１２第２の出力端子
１３第２の電圧印加端子
１４第２のグランド端子

Claims

２つの長辺と２つの短辺を有する矩形状の磁気スケールと、前記磁気スケールと対向しかつ移動可能な磁気センサとを備え、
前記磁気スケールは、一方の前記長辺に沿って着磁されたＳ極と、他方の前記長辺に沿って着磁され前記Ｓ極と隣接するＮ極とを有し、前記短辺方向の前記Ｎ極の幅と前記Ｓ極の幅は略同一であり、
前記磁気センサは、電気的に直列に接続された第１の磁気抵抗素子、第２の磁気抵抗素子と、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子との間に接続された第１の出力端子と、前記第１の磁気抵抗素子に接続された第１の電圧印加端子と、前記第２の磁気抵抗素子に接続された第１のグランド端子とを有し、
前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子との間隔は前記幅と略同一で、
前記磁気スケールまたは前記磁気センサは、前記磁気センサの前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とで前記磁気スケールの前記Ｓ極、前記Ｎ極の一方を挟むように配置される状態から、他方の極を挟むように配置される状態まで直線状に移動可能となっている、
磁気式位置検出装置。
前記磁気センサは、その間隔が前記幅と略同一でかつ電気的に直列に接続された第３の磁気抵抗素子、第４の磁気抵抗素子と、前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子との間に接続された第２の出力端子と、前記第３の磁気抵抗素子に接続された第２の電圧印加端子と、前記第４の磁気抵抗素子に接続された第２のグランド端子とをさらに有し、前記第１の電圧印加端子と前記第２の電圧印加端子との間に前記第１〜第４の磁気抵抗素子が位置し、前記第１のグランド端子と前記第２のグランド端子との間に前記第１〜第４の磁気抵抗素子が位置する請求項１に記載の磁気式位置検出装置。