JP3332620B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホール素子等の磁気検
出手段により、相対的に移動する着磁部材の位置を検出
する位置検出装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホール素子等の磁気検出センサ
は、ＶＴＲなどのＡＶ機器やハードディスク装置，フロ
ッピーディスク装置など、ＯＡ機器のブラシレスモータ
の回転制御に広く用いられてきた。

【０００３】図１４は３相ブラシレスモータの構造を示
しており、図１４（ａ）は断面図、図１４（ｂ）は平面
図である。

【０００４】図１４において、１０１は継鉄を兼ねる固
定部材、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１
０２ｅ，１０２ｆは前記固定部材１０１に固定された駆
動用コイル、１０３は前記固定部材１０１に固定された
軸受部であり、これら固定部材１０１から駆動用コイル
１０３までによって固定子を構成している。

【０００５】１０４は８極に着磁された磁石（マグネッ
トとも記す）、１０５は前記マグネット１０４のバック
ヨーク、１０６は回転軸であり、これらマグネット１０
４から回転軸１０６までによって回転子を構成してい
る。

【０００６】１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは前記固定
部材１０１に配置されたホール素子であり、この出力に
よりマグネット１０４の磁極の境界を検出し、順次励磁
する駆動コイル１０２ａ〜１０２ｆを切り換える事によ
り、回転子は回転する。

【０００７】また、比較的大きな変位をホール素子で検
出する例として、民生用カムコーダの光量制御手段であ
る絞り装置が挙げられる。２極に着磁されたマグネット
回転子の位置をホール素子により検出し、演算により絞
り値を得ている。

【０００８】さらに、駆動用コイル及びホール素子を具
備した固定部材に対し、ある間隔を持って平行移動する
被検出部材に、Ｎ極とＳ極が接合されて成る板状の磁石
を設け、前記被検出部材の移動による磁束の変化を前記
ホール素子にて検出することで、前記被検出部材の位置
を監視する装置が、特開昭５９−８８６０２号公報にて
開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、ホール素子が検出しているマグネット回転子
の磁束は空間的に非線形で変化している為に、該回転子
の移動量に対するホール素子の出力は直線性が悪く、ブ
ラシレスモータの様に磁極の境界のみを検出する様な用
途や、カムコーダの絞り値検出の様な概略の位置を検出
する用途に限られていた。

【００１０】また、特開昭５９−８８６０２号の装置に
よれば、各磁石の接合部付近の合成磁界の磁束密度には
かなりの範囲で直線性が存在すること着目し、この部分
を利用することで、精度の良い位置制御を可能にしてい
るが、前記各磁石による磁束密度の直線的変化部分の範
囲が狭いため、微少位置変化しか検出できず、その用途
は極めて限られたものとなっていた。

【００１１】（発明の目的）本発明の目的は、簡単な構
成により、比較的大きな移動量を持つ部材の位置検出
を、精度よく行うことのできる位置検出装置を提供する
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ために、本発明は、相対的移動を行う固定部と可動部の
いずれか一方に固定され、隣接して配置されたＳ極とＮ
極とを有する駆動マグネットと、前記固定部と前記可動
部の他方に固定され、前記駆動マグネットに対し間隔を
持って配置された駆動コイルとを備え、前記駆動コイル
の前記駆動マグネットに対向する部分の中央に、前記相
対的移動による前記駆動マグネットの前記Ｓ極と前記Ｎ
極の磁界の変化を検出する磁気検出素子を設け、前記駆
動マグネットの前記Ｓ極と前記Ｎ極との間に無着磁領域
を設けるとともに、前記磁気検出素子が移動する範囲の
無着磁領域の幅を広くし、該範囲の外の無着磁領域の幅
を狭くしたことを特徴とする、磁気駆動装置に用いられ
る位置検出装置というものである。

【００１３】

【実施例】 以下、本発明を図示の実施例及び参考技術
例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】 図１及び図２は、ビデオカメラ等の光学
機器の像振れ補正装置に適用した場合の本発明に係る第
１の参考技術例を示すものであり、図１は主要部の断面
図を、図２は可動部分の分解斜視図を、それぞれ示して
いる。

【００１５】これらの図において、１は可変頂角プリズ
ムであり、ガラス等の透明板である１ａ，１ｂ、この透
明板１ａ，１ｂを支持する支持枠１ｃ，１ｄ、この支持
枠１ｃ，１ｄを補強している補強リング１ｅ，１ｆ、前
記支持枠１ｃ，１ｄを連結している蛇腹状フィルム１
ｇ、及び、形成された内部空間に満たされた図示しない
高屈折率の透明液体より構成されている。

【００１６】２は可変頂角プリズム１を用いた像振れ補
正装置を組み込むレンズ鏡筒の一部であり、３ａ，３
ｂ，３ｃは該光学系のレンズ群の一部である。４はレン
ズ鏡筒２に固定された支持体、５は可変頂角プリズム１
の片面を支持体４へ固定する為の固定枠、６は可変頂角
プリズム１の他方の面に固着された支持枠である。

【００１７】前記支持枠６にはコイル７Ｐ及び７Ｙ（図
１には図示せず）が直角を成して接着等により固着され
ている。又、コイル７Ｐの両面にはあるギャップを保っ
て、上ヨーク８Ｐａ、マグネット８Ｐｂ、このマグネッ
ト８Ｐｂのバックヨークである下ヨーク８Ｐｃが配置さ
れ、磁気回路を形成し、アクチュエータ８Ｐを構成して
いる。（上ヨーク及びマグネット，下ヨークは図示しな
いスペース部材により保持されている）。

【００１８】前記コイル７Ｐに通電すると、ローレンツ
力を発生し、支持枠６を駆動する。又、コイル７Ｙにも
同様な構成でアクチュエータ８Ｙ（図２参照）が配置し
てあり、アクチュエータ８Ｐ及び８Ｙの合成力が支持枠
６に作用する。

【００１９】９Ｐ及び９Ｙ（図２参照）は、それぞれコ
イル７Ｐ及び７Ｙの中央部分に位置する磁気検出素子で
あるホール素子であり、アクチュエータ８Ｐ及び８Ｙの
ギャップ内の磁束を検出して、可変頂角プリズム１のピ
ッチ及びヨー方向の頂角を検出する頂角センサを成す。

【００２０】次に、図３により、可変頂角プリズム１に
ピッチ及びヨー方向のアクチュエータ８Ｐ，８Ｙにより
合成力が作用した時の，該可変頂角プリズム１の両面の
変形について説明する。

【００２１】可変頂角プリズム１の片面を固定し、他方
の面を可動とする時、該可変頂角プリズム１の中心面内
で直交する軸を図示する様に軸Ｘ，Ｙとし、この軸Ｘ，
Ｙに直交する軸をＺとすると、可動面の動きの自由度は
各軸方向への移動とそれぞれの軸まわりの回転の６自由
度が考えられる。ここで、可動面は固定面に対してＺ軸
方向への伸縮性の高い構成の蛇腹状フィルム（図１の１
ｇ）で結合され、尚かつ、その内部に液体が満たされて
いる。したがって、Ｘ，Ｙ軸方向の移動は蛇腹状フィル
ムにより規制され、Ｚ軸方向への移動は密封された液体
の非圧縮性と該蛇腹状フィルムの張力により、規制され
ている。

【００２２】また、Ｚ軸まわりの回転の自由度（ｒｏｌ
ｌ）も蛇腹状フィルムによって規制されているので、結
局、可動面が固定面に対して容易に変形可能な変形の自
由度は、Ｘ軸まわりの回転（ｐｉｔｃｈ）とＹ軸まわり
の回転（ｙａｗ）の２自由度に限定され、又その回転軸
は、蛇腹状フィルムの対称形状により、可変頂角プリズ
ム１の中心平面上に位置する。

【００２３】すなわち、アクチュエータ８（８Ｐ及び８
Ｙ）の発生する合成力が支持枠６に作用すると、可変頂
角プリズム１の固定面に対して可動面が合成力の作用す
る方向に回動し、プリズム頂角を形成する。

【００２４】次に、ホール素子９（９Ｐ，９Ｙ）による
可変頂角プリズム１の頂角検出について、図４及び図５
を用いて説明する。

【００２５】図４は、マグネット８ｂ（８Ｐｂ，８Ｙ
ｂ）及びホール素子９をアクチュエータ８のギャップ方
向より見た平面図であり、図示のホール素子９の位置は
初期位置（可変頂角プリズム１の頂角が０）を示し、可
変頂角プリズム１の可動面の回動により矢印の様に移動
する。

【００２６】図５は、可変頂角プリズム１の頂角（横
軸）に対するホール素子９の出力（縦軸）の関係を示す
図であり、プリズム頂角が大きくなると、マグネット８
ｂの磁極（Ｎ又はＳ極）の方へホール素子９が移動し、
該ホール素子９を垂直に通る磁束が飽和するので、この
ホール素子出力は検出感度が低下する。

【００２７】図５における破線の範囲内は、プリズム頂
角に対するホール素子出力の直線性を保証すべき範囲で
あり、図４で示す破線の範囲内（マグネット８ｂの無着
磁部分）に関連している。その幅は、ホール素子９の移
動量、すなわち回転中心からの距離とホール素子出力の
プリズム頂角に対する直線性を保証する角度範囲に応じ
て設定される。

【００２８】次に、図６により、ピッチ及びヨー方向の
頂角センサの独立性について説明する。Ｘ軸，Ｙ軸は図
３に示すものと同じであり、可変頂角プリズム１の中心
面内に設定されている。

【００２９】今、可変頂角プリズム１の可動面が図示す
る様に、Ｙ軸（ヨー軸）より角度φの軸で、角度θ揺動
した場合について考える。この時のピッチ及びヨー方向
の可動面の傾きがそれぞれ α＝θ・ｓｉｎφ ，β＝θ・ｃｏｓφ であり、α，βの角度がそれぞれ頂角センサで検出でき
れば、ピッチ及びヨー方向の頂角センサの独立性は完全
に保たれる。頂角センサの出力は、２つのホール素子の
紙面垂直方向の移動量で得られる。ホール素子９Ｐ，９
Ｙの移動量はそれぞれ γ・ｓｉｎφ・ｓｉｎθ ，γｃｏｓφ・ｓｉｎθ となる。但し、γは可変頂角プリズム１からホール素子
９Ｐ，９Ｙまでの距離である。

【００３０】今、ｓｉｎθ≒θとなる角度を考えると、
それぞれ γ・ｓｉｎφ・θ＝γ・α ，γｃｏｓφ・θ＝γ・β となり、２つのホール素子出力は、微小角度範囲内（ｓ
ｉｎθ≒θ）では、それぞれピッチ及びヨーの頂角のみ
に比例しており、頂角センサの２軸の独立性は保たれて
いる事になる。

【００３１】図７は、可変頂角プリズム１を用いた像振
れ補正装置の構成を示すブロック図である。

【００３２】１は可変頂角プリズム、２０は可変頂角プ
リズム１をその最前部に配置する撮影光学系である。２
１は角度センサである振動ジャイロで、装置の固定部材
に固定されており、装置の角速度を信号として出力す
る。この角速度信号は信号処理回路２２によりＢＰＦ
（バンドパスフィルタ）等の処理を受け、積分器２３に
より積分され装置の角度信号ａとなる。２４は前述のホ
ール素子９Ｐ，９Ｙより成る頂角センサであり、可変頂
角プリズム１の頂角に比例した信号を出力する。この信
号は信号処理回路２５により、増幅，フィルタ処理等を
受け、頂角信号ｂとなる。

【００３３】前記角度信号ａと可変頂角プリズムの頂角
信号ｂが逆極性で加算回路２６によって加算され、信号
ｃが得られる。この信号ｃは、増幅器２７で増幅され、
駆動回路２８で駆動信号に変換され、アクチュエータ２
９を駆動する事により、可変頂角プリズム１のプリズム
頂角を変化させる。

【００３４】上記の回路構成では、信号ｃがゼロになる
様に、すなわち装置の角度信号ａと可変頂角プリズム１
のプリズム頂角信号ｂが等しくなる様に、頂角センサ２
４からアクチュエータ２９まで可変頂角プリズム１を含
めたフィードバック回路を形成している。

【００３５】装置の動きを打ち消す方向に可変頂角プリ
ズム１が駆動されるので、撮影光学系２０に入射する光
束の状態が変化せず、像振れ補正が可能となる。

【００３６】図７においては、一軸（ピッチまたはヨー
方向）のみの構成を示しているが、前に説明した様に、
ピッチ及びヨー方向の頂角センサの独立性は保たれてい
るので、同様の構成をピッチ及びヨー方向についてそれ
ぞれ持ち、それぞれ独立に制御することによって可変頂
角プリズム１の片面のみの駆動で、ピッチ及びヨー方向
の像振れ補正を実現できる。

【００３７】 （第１の実施例） 図８は本発明の第１
の実施例に係るマグネット及びホール素子を示す、アク
チュエータのギャップ方向より見た平面図である。

【００３８】図８において、８ｂ’はマグネット、９は
ホール素子である。図示のホール素子９の位置は初期状
態（可変頂角プリズムの頂角が０）を示し、可変頂角プ
リズムの可動面の回動により矢印の方向へ移動する。

【００３９】 本発明に係る第１の参考技術例において
は、Ｎ極とＳ極の間の無着磁領域はプリズム頂角に対す
るホール素子出力の直線性を保証する幅で、マグネット
８ｂの端まで広く設定してあるが、本実施例では、ホー
ル素子９が移動する範囲内のみ無着磁領域を広くとり、
ホール素子に影響を与えない部分は、できるだけ無着磁
領域を狭くしている。したがって、マグネット８ｂ’を
有効に利用可能である。

【００４０】 その他の構成及び動作は、上記の第１の
参考技術例と同様なので省略する。

【００４１】 （第２の参考技術例） 図９〜図１１は
本発明に係る第２の参考技術例に関する図であり、図９
はマグネット及びホール素子を示す、アクチュエータの
ギャップ方向より見た平面図である。

【００４２】図９において、３８はマグネット、３１ａ
は第１のホール素子、３１ｂは第２のホール素子であ
る。

【００４３】図示の２個のホール素子３１ａ，３１ｂの
位置は初期状態（可変頂角プリズムの頂角が０）を示
し、可変頂角プリズムの可動面の回動により、矢印の方
向へホール素子２個が一体で移動する。マグネット３８
のＮ極とＳ極の間の無着磁領域は実施例１より狭く設定
してあり、２個のホール素子３１ａ，３１ｂは無着磁領
域の境界に初期状態で位置する様に配置してあり、この
ホール素子の出力のプリズム頂角に対するホール素子出
力の直線性の良い部分を切り換えて、頂角出力としてい
る。

【００４４】図１０に、その回路構成であるブロック図
を示す。

【００４５】３１ａ，３１ｂはホール素子、３２ａ、３
２ｂはホール素子入力に定電圧を抑圧する電源、３３
ａ，３３ｂはホール素子出力を差動する差動増幅回路、
３４ａ，３４ｂは差動増幅された出力のオフセットを調
整するオフセット調整回路、３５ａ，３５ｂは差動増幅
出力のゲインを調整するゲイン調整回路である。

【００４６】ホール素子３１ａ，３１ｂの出力は、この
構成で信号Ｓ１及びＳ２となる。図１１に、横軸を可変
頂角プリズムのプリズム頂角とした場合の、前記信号Ｓ
１，Ｓ２の出力変化（縦軸）を示している。

【００４７】３６は信号Ｓ１と０を比較する比較器であ
り、信号Ｓ１が０より大きい時にはスイッチ３７により
信号Ｓ１を出力として、又信号Ｓ１が０より小さい時に
は信号Ｓ２を出力として選択させるものであり、選択さ
れた信号Ｓ１又はＳ２は頂角信号Ｓとて用いられる。勿
論、信号Ｓ１，Ｓ２は、図１１に示す様に、２個のホー
ル素子３１ａ，３１ｂの初期位置での出力が共に０にな
る様にオフセット調整され、可変頂角プリズムの頂角に
対する出力ゲインが同一となる様に、ゲイン調整されて
いる。

【００４８】以上説明した様に、複数のホール素子の出
力の直線性の良い部分を切り換えて頂角出力とする事
で、マグネット３８のＳ極とＮ極の無着磁部分を狭くす
る事ができ、該マグネット３８を有効に活用すること可
能となる。

【００４９】 尚、その他の構成及び動作は、上記の第
１の参考技術例と同様なので省略する。

【００５０】 （第３の参考技術例） 図１２はビデオ
カメラ等の光学機器の像振れ補正装置に適用した場合の
本発明に係る第３の参考技術例における主要部の分解斜
視図である。

【００５１】５１は可変頂角プリズム、５２Ｐ，５２Ｙ
は前記可変頂角プリズム５１を狭持する保持部材であ
り、この保持部材５２Ｐ及び５２Ｙはそれぞれ軸受穴部
５２Ｐａ，５２Ｐｂ、及び、５２Ｙａ，５２Ｙｂを有
し、それぞれ軸受ピン５３Ｐａ，５３Ｐｂ及び５３Ｙ
ａ，５３Ｙｂにより、それぞれピッチ及びヨー方向へ揺
動可能に支持されている。

【００５２】５４Ｙはマグネット、５５Ｙは前記マグネ
ット５４Ｙのバックヨーク、５６Ｙは上ヨークであり、
これら５４Ｙ，５５Ｙ，５６Ｙにより閉磁路を形成して
いる。５７Ｙは保持枠５２Ｙに固着された駆動用コイル
であり、該コイル５７Ｙに通電する事により、閉磁路内
でローレンツ力により駆動トルクを発生する。５８Ｙは
ホール素子であり、閉磁路内で移動することによる磁束
の変化を検出し、可変頂角プリズムのヨー方向の頂角を
得る。

【００５３】駆動及び頂角検出部分については、ヨー方
向について図示しているが、ピッチ方向にも同様の構成
により駆動及び頂角検出が可能である。

【００５４】次に、図１３により、頂角検出について更
に説明する。

【００５５】Ｒは揺動中心であり、図１２の軸Ｙ−Ｙも
しくは軸Ｘ−Ｘに相当する。５４はマグネット，５８は
ホール素子であり、図１３はギャップ方向から見た平面
図である。

【００５６】ホール素子５８の位置は回転中心Ｒからの
距離を小さくする事により、可変頂角プリズムの必要な
頂角範囲について、該ホール素子５８の出力の直線性を
得ることができる。

【００５７】 振れ補正動作については、上記の第１の
参考技術例と同様であるので省略する。

【００５８】 以上の実施例及び各参考技術例によれ
ば、可動部材の位置検出保証範囲内の動きに応じて、位
置を検出する磁気検出手段の出力の直線性（精度）が十
分得られる様に、検出すべき磁束を発生する固定部材に
隣接して配置されたＳ極とＮ極の間に無磁極部分を設け
る事により、簡単な構成で精度良く可動部材の位置を検
出可能であり、コスト及びスペースの削減の効果があ
る。

【００５９】 （発明と実施例の対応） 本実施例にお
いて、ホール素子９が本発明の磁気検出素子に相当し、
マグネット８ｂ’が本発明の駆動マグネットに相当す
る。

【００６０】 以上が実施例の構成と本発明の各構成の
対応関係であるが、本発明は、この実施例の構成に限定
されるものではなく、請求項で示した機能、又は実施例
がもつ機能が達成できる構成であればどのようなもので
あってもよいことは言うまでもない。

【００６１】

【００６２】 （変形例） 以上の実施例において、両
磁極を含む磁気回路を固定とし、ホール素子を含むコイ
ル固定部材が可動な、いわゆるムービングコイルタイプ
について説明したが、コイルを固定とし、磁気回路を可
動とした、いわゆるムービングマグネットタイプについ
ても、同様な構成が可能であることは自明である。

【００６３】また、本実施例では、Ｓ極とＮ極の間を何
れにも着磁しない部分を挟んで連結された形状のマグネ
ットとしているが、これに限定されるものではなく、無
着磁部分を多角形，円，楕円等の穴部としたり、Ｓ極と
Ｎ極の間を隙間とした形状であってもよい。

【００６４】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、駆動マグネットのＳ極とＮ極との間に無着磁領域を
設けるとともに、磁気検出素子が移動する範囲の無着磁
領域の幅を広くし、該範囲の外の無着磁領域の幅を狭く
している。

【００６５】よって、簡単な構成により、比較的大きな
移動量を持つ部材の位置検出を、精度よく行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の参考技術例に関する位置
検出装置を光学機器の振れ補正装置に適用した場合の要
部を示す断面図である。

【図２】 図１の可動部分の分解斜視図である。

【図３】 図２の可変頂角プリズムの可動面の自由度に
ついて説明する為の斜視図である。

【図４】 本発明に係る第１の参考技術例におけるマグ
ネットとホール素子の位置関係を示す平面図である。

【図５】 本発明に係る第１の参考技術例におけるホー
ル素子出力とプリズム頂角の関係を示す図である。

【図６】 本発明に係る第１の参考技術例におけるピッ
チとヨー方向の頂角センサの独立性について説明する為
の図である。

【図７】 図１の振れ補正装置の構成を示すブロック図
である。

【図８】 本発明の第１の実施例における位置検出装置
のマグネットとホール素子の位置関係を示す平面図であ
る。

【図９】 本発明に係る第２の参考技術例における位置
検出装置のマグネットとホール素子の位置関係を示す平
面図である。

【図１０】 本発明に係る第２の参考技術例における位
置検出装置の構成を示すブロック図である。

【図１１】 図１０の信号Ｓ１，Ｓ２とプリズム頂角の
関係を示す図である。

【図１２】 本発明に係る第３の参考技術例に関する位
置検出装置を振れ補正装置に適用した場合の要部を示す
分解斜視図である。

【図１３】 本発明に係る第３の参考技術例における位
置検出装置のマグネットとホール素子の位置関係を示す
平面図である。

【図１４】一般的な３相ブラシレスモータの構造を示す
図である。

【符号の説明】

１ 可変頂角プリズム ６ 支持枠 ８（８Ｐ，８Ｙ） アクチュエータ ８ｂ（８Ｐｂ，８Ｙｂ） マグネット ８ｂ’，３８，５４ マグネット ９（９Ｐ，９Ｙ） ホール素子 ３１，３１ｂ，５８ ホール素子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的移動を行う固定部と可動部のいず
   れか一方に固定され、隣接して配置されたＳ極とＮ極と
   を有する駆動マグネットと、前記固定部と前記可動部の
   他方に固定され、前記駆動マグネットに対し間隔を持っ
   て配置された駆動コイルとを備え、前記駆動コイルの前記駆動マグネットに対向する部分の
   中央に、前記相対的移動による前記駆動マグネットの前
   記Ｓ極と前記Ｎ極の磁界の変化を検出する磁気検出素子
   を設け、 前記駆動マグネットの前記Ｓ極と前記Ｎ極との間に無着
   磁領域を設けるとともに、前記磁気検出素子が移動する
   範囲の無着磁領域の幅を広くし、該範囲の外の無着磁領
   域の幅を狭くした ことを特徴とする、磁気駆動装置に用
   いられる位置検出装置。