JP4049125B2 - 位置検出装置、手振れ補正機構、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、２物体の相対位置を検出する位置検出装置、ならびに当該位置検出装置を利用した手振れ補正機構および撮像装置に関する。

２つの物体の相対位置を検出する位置検出装置（リニアエンコーダ等）としては、各種の方式のものが存在する。

小型化、低コスト化、低消費電力化などの要請がある場合には、各種方式のうち、永久磁石（磁力発生体）とホール素子（磁気センサ）とを用いた磁気式の位置検出装置を用いることが好適である。

ただし、ホール素子および磁石は、温度による特性変化が大きく、環境温度に影響を受けやすいため、このような影響を緩和することが望まれる。

このような環境温度の影響を緩和する技術としては、たとえば、特許文献１に記載の技術が存在する。この技術によれば、２つのホール素子（磁気センサ）の出力値の商（ないし比）を位置出力として検出することによって、温度補償を行うことが可能である。

特開２００１−９１２９８号公報

ところで、上記の磁気式の位置検出装置において、その位置測定精度を向上させるためには、磁石の個体ごとのばらつき（個体ばらつき）の影響を考慮することが好ましい。すなわち、個体ばらつきに関する補償を行うことが望ましい。

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術は、比較的容易に温度補償を行うことが可能ではあるが、個体ばらつきの影響を緩和することは困難であるという問題がある。言い換えれば、２つのホール素子（磁気センサ）の出力値の商（ないし比）を位置出力として検出するだけでは、磁石の個体ごとのばらつきの影響を容易に補償することはできない。なお、例えば装置ごとにその磁石の個体ばらつきに対する調整パラメータをあらかじめ準備しておくことによって感度調整を行い、個体ばらつきを補償することが可能ではあるが、装置ごとに逐一調整パラメータを準備することは非常に手間がかかる作業であり、その実現は非常に困難である。

そこで、この発明の課題は、個体ばらつきに関する補償を容易に行うことが可能な位置検出装置、およびそれに関連する技術を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、第１の方向に互いに離間して配置される第１の磁気センサ対と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に互いに離間して配置される第２の磁気センサ対と、前記第１および第２の磁気センサ対に対して相対移動する磁力発生体と、前記第１および第２の磁気センサ対からの各出力値に基づいて、前記磁力発生体と前記各磁気センサ対との間の相対的な２次元位置を検出する制御手段とを備え、前記制御手段は、各磁気センサ対ごとに、当該各磁気センサ対の各出力値の大きさの和がそれぞれ一定値になるように前記各磁気センサ対の各入力値を制御した上で、前記第１の磁気センサ対の各出力値の大きさの差と前記第２の磁気センサ対の各出力値の大きさの差とを、異なる２方向における位置出力として検出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係る位置検出装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る位置検出装置において、前記第１および第２の磁気センサ対を構成する４つの磁気センサが点対称に配置されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る位置検出装置において、前記磁力発生体は、円柱形状を有していることを特徴とする。

請求項５の発明は、第１の方向に互いに離間して配置される第１の磁気センサ対と、前記第１の方向と平行な方向に互いに離間して配置される第２の磁気センサ対と、前記第１および第２の磁気センサ対に対して相対移動する磁力発生体と、前記第１の磁気センサ対および／または前記第２の磁気センサ対からの各出力値に基づいて、前記磁力発生体と前記各磁気センサ対との所定方向における相対位置を検出する制御手段と、を備え、前記制御手段は、各磁気センサ対ごとに、当該各磁気センサ対の各出力値の大きさの和がそれぞれ一定値になるように前記各磁気センサ対の各入力値を制御した上で、前記第１の磁気センサ対の各出力値の大きさの差と前記第２の磁気センサ対の各出力値の大きさの差との少なくとも一方に基づいて、前記所定方向における位置出力を検出することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る位置検出装置において、前記磁力発生体としての永久磁石が移動部材に取り付けられ、前記第１および第２の磁気センサ対は固定部材に取り付けられ、前記制御手段は、前記固定部材に対する前記移動部材の位置を検出することを特徴とする。

請求項７の発明は、手振れ補正機構であって、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る位置検出装置と、手振れを補正するために相対移動する２物体の相対位置を、前記位置検出装置を用いて検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、手振れを補正するために前記２物体の相対駆動を行う駆動手段とを備えることを特徴とする。

請求項８の発明は、撮像装置であって、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る位置検出装置と、手振れを補正するために相対移動する２物体の相対位置を、前記位置検出装置を用いて検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、手振れを補正するために前記２物体の相対駆動を行う駆動手段とを備えることを特徴とする。

請求項９の発明は、撮像装置であって、フォーカスレンズを含む撮像光学系と、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る位置検出装置と、前記位置検出装置を用いて前記フォーカスレンズの位置を検出し、当該フォーカスレンズの位置を制御するレンズ位置制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項１０の発明は、撮像装置であって、ズームレンズを含む撮像光学系と、請求項１から請求項６のいずれかの発明に係る位置検出装置と、前記位置検出装置を用いて前記ズームレンズの位置を検出し、当該ズームレンズの位置を制御するレンズ位置制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項１ないし請求項１０に記載の発明によれば、個体ばらつきによる検出誤差を容易に抑制することができる。

特に、請求項６に記載の発明によれば、電気配線不要の永久磁石が移動部材に取り付けられるため、配線設計の自由度が増す。

また、請求項４に記載の発明によれば、磁力発生体の磁束密度分布が同心円状の分布となるため、磁束密度分布の対称性を確保することによって、より正確な位置検出を行うことができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、手振れ補正機構において、小型化および低コスト化の要請に応えつつ、磁石の個体ばらつきの影響を緩和することが可能である。

また、請求項８ないし請求項１０に記載の発明によれば、撮像装置において、小型化および低コスト化の要請に応えつつ、磁石の個体ばらつきの影響を緩和することが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜Ａ．第１実施形態＞
＜構成概要＞
この第１実施形態においては、１次元位置を検出する位置検出装置１０Ａを例示する。この位置検出装置１０Ａは、磁気式のリニアエンコーダである。

図１は位置検出装置１０Ａの概要を示す図である。図２および図３は位置検出装置１０Ａにおける構成要素の物理的な配置を示す図（斜視図および側面図）であり、図４は位置検出装置１０Ａの電気的な処理回路を示す図である。また、図５はホール素子（磁気センサ）による位置検出原理を示す図である。なお、図１においては図示の簡略化のため、ホール素子２を総括的に示しているが、実際には後述するように複数のホール素子を備えている。

図２および図３に示すように、位置検出装置１０Ａは、１つの磁石（磁力発生体）１と、互いに離間して配置される２つのホール素子（言い換えれば、１組のホール素子対（磁気センサ対））２ａ，２ｂとを備えている。ここでは、磁力発生体として磁石（より詳細には永久磁石）を用い、磁気センサとしてホール素子を用いるものとする。ただし、これに限定されず、たとえば、磁力発生体として電磁石等を用いるようにしてもよい。また、磁気センサとしてＭＲ素子等を用いるようにしてもよい。

磁石１は、円柱形状を有しており、その上面側および下面側がそれぞれＮ極およびＳ極に磁化されている。なお、Ｎ極、Ｓ極の配置は回路設計を変更することによって、入れ替えることが可能である。

ホール素子対２ａ，２ｂは、装置本体などの固定側の物体（固定部材）に取り付けられ、磁石１は、固定部材に対して移動する移動側の物体（移動部材）に取り付けられている。そして、移動部材に取り付けられた磁石１は、固定部材に取り付けられたホール素子対２ａ，２ｂに対して図の矢印ＡＲ１方向（Ｘ方向）に移動可能である。より詳細には、磁石１は、ホール素子２ａ，２ｂの配置面に平行な面内において、ホール素子２ａ，２ｂの配置方向（離間方向）であるＸ方向に移動可能である。位置検出装置１０Ａは、磁石１のホール素子対２ａ，２ｂに対する相対位置を検出する。ここにおいて、電気配線不要の磁石（永久磁石）１が移動部材に取り付けられるため、移動部材に対する配線が少なくともこの要素（磁石）については不要となり配線設計の自由度が増す。

また、位置検出装置１０Ａは、図１に示すように、処理回路３、Ａ／Ｄ変換回路４、およびＣＰＵ５をさらに備えている。２つのホール素子２ａ，２ｂからの出力を、処理回路３によって処理することによって、磁石１とホール素子対２ａ，２ｂとの間の所定方向における相対位置（ここではＸ方向における相対的な１次元位置）を検出することが可能である。ここでは、位置出力を表すアナログ信号出力は、処理回路３から出力されるとＡ／Ｄ変換回路４によってデジタル信号に変換されてＣＰＵ５に入力され、ＣＰＵ５における各種処理に利用される。なお、処理回路３における処理内容については後述する。また、ここでは、位置検出装置１０Ａがデジタル化のための回路等（Ａ／Ｄ変換回路４およびＣＰＵ５）をも備えている場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、位置検出装置はＡ／Ｄ変換回路４およびＣＰＵ５を備えていなくてもよい。

＜位置検出原理＞
ところで、図５に示すように、各ホール素子２は、ホール効果を利用した磁電変換素子である。ホール素子２に所定の入力電圧Ｖｉｎを印加して電流（荷電粒子）を流し当該電流の流れる方向に垂直な方向に磁場をかけると、磁界中の荷電粒子がローレンツ力を受けて荷電粒子が素子の一方に偏在することになる。そのため、ホール素子は、磁界の強さ等に応じた出力電位差（以下、「出力電圧」ないし「ホール起電力」と称する）Ｖｈを生じる。したがって、このホール起電力を測定すれば、ホール素子は磁界（磁気）の強さを測定する磁気センサとして機能する。また、ここでは、磁界の強さが磁石１とホール素子対２ａ，２ｂとの間の位置関係に応じて変化するという性質を利用して、このホール素子を位置検出センサ（位置検出装置）として機能させる。

図６は磁力発生体の磁束密度分布を示す図である。図６においては、磁石１が基準位置に存在するときの磁束密度分布曲線ＢＣ１が示されている。ここでは、磁石１の中心位置が２つのホール素子２ａ，２ｂの間のちょうど中央位置にある状態を基準状態とし、この基準状態における磁石１の位置を基準位置としている。

図６に示すように、各ホール素子（磁気センサ）２ａ，２ｂは、それぞれ、各ホール素子２ａ，２ｂの直上付近の磁束密度を検出することになる。そして、各ホール素子（磁気センサ）２ａ，２ｂは、それぞれが検出した磁束密度に応じたホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂを出力する。また、磁石１が基準位置からさらに＋Ｘ方向に移動すると、磁束密度分布が磁束密度分布曲線ＢＣ２のように変わるため、一方のホール素子２ａのホール起電力Ｖｈａ（より正確にはその絶対値）は基準状態よりも小さな値となり、他方のホール素子２ｂのホール起電力Ｖｈｂ（より正確にはその絶対値）は基準状態よりも大きな値となる。逆に、磁石１が基準位置からさらに−Ｘ方向に移動すると、一方のホール素子２ａのホール起電力は基準状態よりも大きな値となり、他方のホール素子２ｂのホール起電力は基準状態よりも小さな値となる。なお、図５の原理図からも判るように、ホール素子の磁束検出軸ＢＤの向きによってはホール起電力の符号（正負）が逆転するが、ここでは図３に示すように、各ホール素子２ａ，２ｂの磁束検出軸ＢＤの向きが同一となるように設置されているものとする。

そして、次の数式（１）に示すように、２つのホール素子２ａ，２ｂの各ホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂの差（減算値）ΔＶを算出し、この値ΔＶを、磁石１のホール素子対２ａ，２ｂに対する位置を表す値として検出する。

この値ΔＶと位置Ｘとの間には、１対１の対応関係が存在する。位置Ｘが所定の範囲内であれば、位置Ｘと値ΔＶとの間には比較的良好な線形性（リニアリティ）が存在するので、磁石１のホール素子対２ａ，２ｂに対する相対位置を良好に検出することができる。

なお、図６に示すように、磁石１が＋Ｘ方向（または−Ｘ方向）に移動しても、一方のホール素子のホール起電力の増加分と他方のホール素子のホール起電力の減少分とが同一となり、各ホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂの和は一定となる。

さて、図４に示すように、処理回路３は、差動増幅部３１ａ，３１ｂと減算部３３とローパスフィルタ３５とを有している。

ホール素子２ａの出力電位Ｖａ１，Ｖａ２の差であるホール起電力Ｖｈａが、差動増幅部３１ａによって求められるとともに、ホール素子２ｂの出力電位Ｖｂ１，Ｖｂ２の差であるホール起電力Ｖｈｂが差動増幅部３１ｂによって求められる。そして、この両者Ｖｈａ，Ｖｈｂの差ΔＶ（＝Ｖｈａ-Ｖｈｂ）が減算部３３によって算出される。この減算部３３からの出力値は、ローパスフィルタ３５をさらに通過して磁石１の位置を表す出力（位置出力）として出力される。

ところで、値ΔＶと位置Ｘとの間に良好な線形関係が存在する場合でも、この線形関係をあらわす直線の傾きは、次述する変動要素に起因して異なることがある。すなわち、値ΔＶの位置Ｘ変動に対する感度が変動することがある。

そこで、この位置検出装置１０Ａは、上記の差ΔＶを検出するに際して、上記の２つのホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂの和（加算値）が常に同一の値となるように、ホール素子（磁気センサ）２ａ，２ｂに対する入力電圧を調整する。これによれば、上記の出力差ΔＶを標準化するような調整（感度調整）を行うことができる。なお、ホール起電力は、磁界の強さに応じて変化するとともに入力電圧の大きさにも応じて変化する。ホール素子の入力電圧に関するこの調整処理は、このような性質を利用した感度調整に相当する。以下では、このような入力電圧の調整について説明する。

図４に示すように、処理回路３は、加算部３４と演算部３６と電源制御部３７とをさらに有している。そして、これらの各処理部３４，３６，３７を用いて、各ホール素子２ａ，２ｂのそれぞれに対する各入力電圧Ｖｉｎは、各出力電圧（ホール起電力）Ｖｈａ，Ｖｈｂの加算値（和）が一定となるように、制御される。

具体的には、加算部３４は両者の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）を求め、演算部３６は当該加算値と所定の値Ｖｃｔとの差（Ｖｃｔ−（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ））を演算する。電源制御部３７は、演算部３６からの出力（Ｖｃｔ−（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ））に基づいて、加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔとなるように、入力電圧Ｖｉｎを制御する。詳細には、加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔよりも大きい場合には入力電圧Ｖｉｎを小さくし、逆に加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔよりも小さい場合には入力電圧Ｖｉｎを大きくする。このように、電源制御部３７は、フィードバック制御によって、加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔとなるように入力電圧Ｖｉｎを制御する。

以上のように、処理回路３は、ホール素子対２ａ，２ｂの出力値の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔになるようにホール素子対２ａ，２ｂの入力値Ｖｉｎを制御した上で、ホール素子対２ａ，２ｂの出力値の減算値ΔＶを、位置出力として（より正確には位置出力に対応する値として）検出し出力する。

＜磁石の個体ばらつきに起因する誤差の補償＞
このような感度調整を行うことによれば、磁石の個体ばらつきの影響を容易に抑制して、正確な位置検出を行うことができる。以下では、このことについて説明する。

まず、番号ｎの磁石に対するホール起電力Ｖｈａ（ｎ），Ｖｈｂ（ｎ）は、当該磁石が所定位置ｘに存在するとき、それぞれ、次の数式（２），（３）のように表される。なお、ホール起電力は位置Ｘの関数でもあるが、ここでは個体の相違について着目するため、番号ｎの関数であることを強調して略記する。

ここで、Ｖａ０は標準磁石（基準磁石）が所定位置ｘに存在するときのホール素子２ａの単位入力電圧あたりの出力を表し、Ｖｂ０は標準磁石が所定位置ｘに存在するときのホール素子２ｂの単位入力電圧あたりの出力を表す。また、Ｖｉｎ（ｎ）は番号ｎの磁石を使用した装置における上記フィードバック制御適用後の入力電圧Ｖｉｎを表し、γ（ｎ）は標準磁石（基準磁石）に対する使用磁石（番号ｎの磁石）の残留磁束密度係数（残留磁束密度の比）を表す。

ところで、上述のように電源制御部３７等によってホール起電力の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔとなるように制御されるため、番号ｎ＝ｉの磁石を使用したときのホール起電力の加算値（Ｖｈａ（ｉ）＋Ｖｈｂ（ｉ））と、番号ｎ＝ｊの磁石を使用したときのホール起電力の加算値（Ｖｈａ（ｊ）＋Ｖｈｂ（ｊ））との間には、次の数式（４）が成立する。

この数式（４）にｎ＝ｉ，ｊのときの各数式（２），（３）を代入して整理すると、次の数式（５）が導出される。

次に、番号ｎ＝ｉの磁石を使用した位置検出装置の減算値ΔＶ（ｉ）と、番号ｎ＝ｊの磁石を使用した位置検出装置の減算値ΔＶ（ｊ）とを比較する。両値ΔＶ（ｉ），ΔＶ（ｊ）は、数式（２），（３）を用いると、それぞれ、次の数式（６），（７）で表現される。

ここで、数式（７）の値Ｖｉｎ（ｊ）に数式（５）の値Ｖｉｎ（ｊ）を代入し、数式（６）を考慮すると、次の数式（８）が導出される。

このように、番号ｎ＝ｉの磁石を用いた位置検出装置による検出値ΔＶ（ｉ）と、番号ｎ＝ｊの磁石を用いた位置検出装置による検出値ΔＶ（ｊ）とが互いに等しくなることが示される。すなわち、磁石の個体ばらつきによる検出誤差が補償されることが判る。

以上のように、ホール起電力の加算値を一定にするようにホール素子に対する入力値の調整を行うことによって、磁石の個体ばらつきを容易に補償して、より正確な位置検出を行うことができる。特に、各個体差を補償するための調整パラメータを各個体ごとに予め求める場合と比べて、磁石の個体ばらつきによる装置ごとの補償動作を非常に簡易に行うことができる。

＜温度変化に起因する誤差の補償＞
また、上記のような調整を行うことによれば、１つの位置検出装置内における温度変化に対する補償を容易に行うこともできる。以下では、このことについて説明する。

まず、温度Ｔにおけるホール起電力Ｖｈａ（Ｔ），Ｖｈｂ（Ｔ）は、磁石１が所定位置ｘに存在するとき、それぞれ、次の数式（９），（１０）のように表される。なお、ホール起電力は位置Ｘの関数でもあるが、ここでは温度Ｔの相違について着目するため、温度Ｔの関数であることを強調して略記する。

ここで、Ｖａ０は、環境温度Ｔが標準温度（基準温度）Ｔ０且つ磁石が所定位置ｘに存在するときのホール素子２ａの単位入力電圧あたりの出力を表し、Ｖｂ０は、環境温度Ｔが標準温度（基準温度）Ｔ０且つ磁石が所定位置ｘに存在するときのホール素子２ｂの単位入力電圧あたりの出力を表す。Ｖｉｎ（Ｔ）は環境温度Ｔのときの上記フィードバック制御適用後の入力電圧Ｖｉｎを表す。また、α（Ｔ）は、環境温度Ｔのときのホール素子感度係数（基準温度Ｔ０のときに対するホール素子感度の比）を表し、β（Ｔ）は、環境温度Ｔのときの磁石の残留磁束密度係数（基準温度Ｔ０のときに対する残留磁束密度の比）を表す。

ところで、上述のように電源制御部３７等によってホール起電力の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔとなるように制御されるため、次の数式（１１）が成立する。

そして、この数式（１１）にＴ＝Ｔ１，Ｔ２のときの各数式（９），（１０）を代入して整理すると、次の数式（１２）が導出される。

次に、環境温度Ｔ１のときの値ΔＶ（Ｔ１）と、環境温度Ｔ２のときの値ΔＶ（Ｔ２）とを比較する。両値ΔＶ（Ｔ１），ΔＶ（Ｔ２）は、それぞれ、次の数式（１３），（１４）で表現される。

ここで、数式（１４）の値Ｖｉｎ（Ｔ２）に数式（１２）の値Ｖｉｎ（Ｔ２）を代入し、数式（１３）を考慮すると、次の数式（１５）が導出される。

このように、温度Ｔ１のときの検出値ΔＶ（Ｔ１）と、温度Ｔ２のときの検出値ΔＶ（Ｔ２）とが互いに等しくなることが示される。すなわち、環境温度の変化に起因する検出誤差が補償されることが判る。

以上のように、ホール起電力の加算値を一定にするようにホール素子に対する入力値の調整を行うことによって、環境温度の変化に対する位置検出誤差を容易に補償して、より正確な位置検出を行うことができる。特に、温度変化による誤差を補償するための調整パラメータを代表的な複数の温度ごとに予め求める場合と比べて、温度変化に起因する誤差の補償動作を非常に簡易に行うことができる。

＜他の要素に起因する誤差の補償＞
さらに、上記のような調整を行うことによれば、上述した要素（すなわち、磁石の個体ばらつき、及び温度変化）以外の様々な要素に起因する感度補償をも行うことが可能である。以下では、このことについて説明する。

まず、複数の要素（ａ，ｂ，ｃ，...）が変動する場合のホール起電力Ｖｈａ（ａ，ｂ，ｃ，...），Ｖｈｂ（ａ，ｂ，ｃ，...）は、磁石１が所定位置ｘに存在するとき、それぞれ、次の数式（１６），（１７）のように表すことが可能である。なお、ホール起電力は位置Ｘの関数でもあるが、ここではその他の要素（ａ，ｂ，ｃ，...）の相違について着目するため、これらの要素（ａ，ｂ，ｃ，...）の関数であることを強調して略記する。

ここで、Ｖａ０は標準状態におけるホール素子２ａの単位入力電圧あたりの出力を表し、Ｖｂ０は標準状態におけるホール素子２ｂの単位入力電圧あたりの出力を表す。Ｖｉｎ（ａ，ｂ，ｃ，...）は各要素が標準状態に対して変動した際の上記フィードバック制御適用後の入力電圧Ｖｉｎを表す。また、Ｋ１（ａ），Ｋ２（ｂ），Ｋ３（ｃ）は、それぞれ、標準状態に対して各要素（ａ，ｂ，ｃ，...）が変動した際の変動係数（修正係数）を表す。なお、標準状態（基準状態）とは、すべての要素（ａ，ｂ，ｃ，...）がそれぞれ標準値（基準値）を有する状態を意味するものとする。変動係数は、変動したときの状態の、標準値に対する比である。

また、補償可能な各種の要素（ａ，ｂ，ｃ，...）としては、その要素の変動に応じて２つのホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂが同じ比率で変化する様々なタイプのものが挙げられる。

たとえば、装置を組み立てるときに生じる磁石のＹ，Ｚ方向における位置ずれ、あるいは、移動体が移動したときに生じる磁石のＹ，Ｚ方向における変動が挙げられる。このような、ホール素子２ａ，２ｂ相互間を結ぶ直線に対して垂直な方向（図３で示すＹ，Ｚ方向）への変動要素に対しても、装置ごとのばらつきを補償することが可能である。

また、磁石の劣化（具体的には、高温状態での熱減磁等）によるばらつきや磁石の大きさによるばらつきを補償することが可能である。たとえば、使用環境が高温（たとえば１００℃）になることによって、磁石の磁束密度が減少するという現象（熱減磁）が生じた場合においても、その熱減磁による磁石の劣化を容易に補償することが可能である。

また、１対のホール素子２ａ，２ｂの感度が互いに同等であることが前提ではあるが、センサ感度の装置ごとのばらつき及びセンサの経年変化等の要素変動による誤差を容易に補償することも可能である。

逆に言えば、上記のフィードバック制御等を行うことによって、数式（１６），（１７）で表現されるような各要素に起因するばらつき（変動）を補償することが可能である。

ここにおいて、上述のように電源制御部３７等によってホール起電力の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値Ｖｃｔとなるように制御されるため、状態（ａ１，ｂ１，ｃ１，...）のときのホール起電力の加算値（Ｖｈａ（ａ１，ｂ１，ｃ１，...）＋Ｖｈｂ（ａ１，ｂ１，ｃ１，...））と、別の状態（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）のときのホール起電力の加算値（Ｖｈａ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）＋Ｖｈｂ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...））との間には、次の数式（１８）が成立する。

そして、この数式（１８）に状態（ａ１，ｂ１，ｃ１，...），（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）のときの各数式（１６），（１７）を代入して整理すると、次の数式（１９）が導出される。

次に、状態（ａ１，ｂ１，ｃ１，...）における減算値ΔＶ（ａ１，ｂ１，ｃ１，...）と、状態（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）における減算値ΔＶ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）とを比較する。両値ΔＶ（ａ１，ｂ１，ｃ１，...），ΔＶ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）は、それぞれ、次の数式（２０），（２１）で表現される。

ここで、数式（２１）の値Ｖｉｎ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）に数式（１９）の値Ｖｉｎ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）を代入し、数式（２０）を考慮すると、次の数式（２２）が導出される。

すなわち、両値ΔＶ（ａ１，ｂ１，ｃ１，...），ΔＶ（ａ２，ｂ２，ｃ２，...）は、互いに等しくなることが示される。各種の要素（ａ，ｂ，ｃ，...）の相違に起因する誤差が補償されることが判る。

以上のように、ホール起電力の加算値を一定にするようにホール素子に対する入力値の調整を行うことによって、数式（１６），（１７）で表現されるような種々の要素に起因する感度のばらつきを容易に補償して、より正確な位置検出を行うことができる。特に、感度調整のために、各要素を変化させたときの調整パラメータをあらかじめ準備しておく必要がないので、より簡易に感度調整を行うことができる。特に、各種の要素の相違による誤差を補償するための調整パラメータを各変動要素の代表的な値ごとに予め求める場合と比べて、誤差の補償動作を非常に簡易に行うことができる。また特に、上記の制御によれば、様々な要素の組み合わせに対して、その変動を容易に補償することが可能になり、非常に利便性が高い。

＜Ｂ．第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図７は第２実施形態に係る位置検出装置１０Ｂを示す斜視図である。この位置検出装置１０Ｂによれば、磁石１がＸ方向だけでなくＹ方向にも移動する場合において、Ｘ方向における１次元位置をより正確に測定することが可能である。

図７に示すように、この位置検出装置１０Ｂにおいては、６個のホール素子、詳細には、３組のホール素子対（磁気センサ対）（２ａ，２ｂ），（２ｃ，２ｄ），（２ｅ，２ｆ）を用いて、Ｘ方向の位置を検出する。各ホール素子対は、それぞれ、Ｘ方向に離間して配置されている。また、３組のホール素子対は並列して配置されている。具体的には、これら３組のホール素子対は、それぞれ、他のホール素子に対してＹ方向に離間されて平行に配置されている。さらに、３組のホール素子対における離間距離は、３組とも同一であり、合計６個のホール素子は、線対称に配置されている。

また、３組のホール素子対に対しては、それぞれ、上記の処理回路３と同様の処理回路が設けられている。これによって、ホール素子対（２ａ，２ｂ）からの値ΔＶと、ホール素子対（２ｃ，２ｄ）からの値ΔＶと、ホール素子対（２ｅ，２ｆ）からの値ΔＶとが取得される。各値ΔＶは、それぞれ、Ｘ方向における磁石１の位置を表す値である。

なお、ホール素子２ａ〜２ｆは、いずれもその磁束検出軸の向きは同一となるように設置される。これによれば、ホール素子２ｃ，２ｄについても、ホール素子２ａ，２ｂと同様に、磁石１の移動に伴って一方のホール素子における検出磁束が大きくなるにつれて、他方のホール素子における検出磁束が小さくなるので、ホール素子２ｃ，２ｄに対しても同様の処理回路３を用いることができる。ホール素子２ｅ，２ｆについても同様である。

ＣＰＵ５は、これら３つの値ΔＶの入力を受け付けると、これら３つの値ΔＶに基づいて、磁石１のホール素子２ａ，２ｂに対するＸ方向の位置を決定する。言い換えれば、３つの値ΔＶの少なくとも１つに応じた値を、Ｘ方向における位置出力として検出する。より詳細には、たとえば、３つの値ΔＶの平均値に基づいて、磁石１の位置を決定するようにすればよい。あるいは、３つの値ΔＶの加重平均値をとるようにしてもよい。なお、加重平均を求める際には、入力電圧Ｖｉｎが大きいほどその加重係数が小さくなるようにすればよい。さらには、３つの値ΔＶのうち、入力電圧Ｖｉｎが最も小さいホール素子対の出力を選択するようにしてもよい。そうすれば、３つの値のうち、一番高感度な測定値を使うことになるので、高精度な位置検出値が得られる。

なお、磁石がＹ方向に移動しても位置出力値は変化しない。ホール素子対の出力は、Ｙ方向の移動量に対してほぼ同じ割合で変化するためである。

１組のホール素子２ａ，２ｂ対のみでも、Ｘ方向の位置を求めることが可能ではあるが、ここでは磁石１がＸ方向だけでなくＹ方向にも移動する（２次元的に移動する）ため、ホール素子２ａ，２ｂ相互間を結ぶ直線から遠く離れるように移動することがある。この場合、磁石１が遠くに離れるほど、検出される磁界が弱くなるため、位置検出値の正確さが低下する。これに対して、この第２実施形態のように、複数組のホール素子対をＹ方向に配置しておくことによれば、Ｘ方向における位置の測定可能範囲を、当該Ｘ方向に垂直な方向（ここではＹ方向）に広げることが可能である。

＜Ｃ．第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る位置検出装置１０Ｃによれば、磁石１のホール素子２に対する相対的な２次元位置を取得することができる。第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図８は、第３実施形態に係る位置検出装置１０Ｃを示す斜視図である。図８に示すように、この位置検出装置１０Ｃにおいては、４個のホール素子、詳細には、２組のホール素子対（磁気センサ対）（２ａ，２ｂ），（２ｃ，２ｄ）が設けられている。より具体的には、１組のホール素子対２ａ，２ｂがＸ方向に離間して配置されており、別の１組のホール素子対２ｃ，２ｄが、Ｙ方向（Ｘ方向に垂直な方向）に離間して配置されている。

そして、ホール素子２ａ，２ｂによるＸ軸方向のセンサ配列と、ホール素子２ｃ，２ｄによるＹ軸方向のセンサ配列とが、その中心で互いに直交する十字配列として形成されている。

また、磁石１は、ホール素子対（２ａ，２ｂ）、（２ｃ，２ｄ）の配置面に平行な面内において、ホール素子対（２ａ，２ｂ）の配置方向（離間方向）であるＸ方向に移動可能であるととともに、ホール素子対（２ｃ，２ｄ）の配置方向であるＹ方向にも移動可能である。

さらに、２組のホール素子対に対しては、それぞれ、上記の処理回路３と同様の処理回路が設けられている。各処理回路においては、それぞれ、上記第１実施形態と同様、ホール素子対の出力値の加算値が一定値になるように各ホール素子対の入力値が制御される。具体的には、ホール素子２ａ，２ｂの出力値の加算値が一定値になるように、ホール素子２ａ，２ｂに対する入力電圧Ｖｉｎがフィードバック制御される。同様に、ホール素子２ｃ，２ｄの出力値の加算値が一定値になるように、ホール素子２ｃ，２ｄに対する入力電圧Ｖｉｎがフィードバック制御される。

なお、ホール素子２ａ〜２ｄは、いずれもその磁束検出軸の向きは同一となるように設置される。これによれば、ホール素子２ｃ，２ｄについても、ホール素子２ａ，２ｂと同様に、磁石１の移動に伴って一方のホール素子における検出磁束が大きくなるにつれて、他方のホール素子における検出磁束が小さくなるので、ホール素子２ｃ，２ｄに対しても同様の処理回路３を用いることができる。

そして、各処理回路は、ホール素子対（２ａ，２ｂ）からの値ΔＶ（ΔＶｘとも称する）と、ホール素子対（２ｃ，２ｄ）からの値ΔＶ（ΔＶｙとも称する）とを出力する。値ΔＶｘは、磁石１のＸ方向における位置を表す値であり、値ΔＶｙは、磁石１のＹ方向における位置を表す値である。

各処理回路からの出力信号がＣＰＵ５に入力されると、ＣＰＵ５は上記のフィードバック制御が施された状態での各ホール素子対の出力値の減算値ΔＶｘ，ΔＶｙを、それぞれ、Ｘ方向およびＹ方向における位置出力として取得する。具体的には、ＣＰＵ５は、ΔＶｘと、値ΔＶｘおよびＸ方向位置ｘの間の対応関係とに基づいて、磁石１のＸ方向位置ｘを数値として特定する。また、ＣＰＵ５は、値ΔＶｙと、値ΔＶｙおよびＹ方向位置の間の対応関係とに基づいて、磁石１のＹ方向位置ｙを数値として特定する。

なお、各ホール素子対についてみれば、そのホール素子対の離間方向に直交する方向へ磁石が移動しても、そのホール素子対の位置出力値は変化しない。つまり、ホール素子対は、磁石が離間方向と角度をもって移動しても、離間方向の位置を正しく検出する。直交する２組のホール素子対があれば、それぞれの離間方向における磁石の位置を検出できるので、磁石は１個で２次元位置を検出することができる。

以上のようにして、Ｘ方向およびＹ方向における２次元位置（ｘ，ｙ）を求めるに際して、第１実施形態と同様に、個体のばらつき等の影響を抑制して、正確な位置検出をより容易に行うことが可能である。

また、この第３実施形態の位置検出装置１０Ｃによれば、２組のホール素子対を異なる２つの方向に配置することによって、独立した２つの方向に関する位置を求めることができる。特に、２組のホール素子対の配置方向（離間方向）が直交するので、２次元位置をより簡易に求めることができる。なお、ここでは、２組のホール素子対の離間方向が直交する場合を例示しているが、必ずしも直交に限定されず、各ホール素子対を結ぶ直線が所定の角度で交差するように配置されても良い。

さらに、ここでは、２組のホール素子対を構成する４つのホール素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが点対称に配置されているので、異方性による測定誤差の発生を抑制することができる。

なお、この第３実施形態等においては、磁石１の形状が円柱形状である場合を例示しているが、これに限定されない。磁石１は、たとえば直方体形状のものであってもよい。ただし、磁石１の形状が円柱形状であることが好ましい。磁石１の形状が円柱形状の場合には、その磁束密度分布が当該円柱の中心軸を中心とする同心円状の分布を有するものとなり、磁束密度分布の対称性を確保することができ、より正確な位置検出を行うことができるからである。

＜Ｄ．第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態に係る位置検出装置１０Ｄによれば、磁石１のホール素子２に対する相対的な３次元位置を取得することができる。第４実施形態は、第１〜第３実施形態の変形例であり、以下では、第３実施形態との相違点を中心に説明する。

図９は、第４実施形態に係る位置検出装置１０Ｄを示す斜視図である。図９に示すように、この位置検出装置１０Ｄにおいては、６個のホール素子、詳細には、３組のホール素子対（磁気センサ対）（２ａ，２ｂ），（２ｃ，２ｄ），（２ｅ，２ｆ）が設けられている。詳細には、第３実施形態と同様の２組のホール素子対（２ａ，２ｂ），（２ｃ，２ｄ）が、それぞれＸ方向およびＹ方向に配置されるとともに、さらに別の１組のホール素子対（２ｅ，２ｆ）が、Ｚ方向（Ｘ方向およびＹ方向の双方に垂直な方向）に離間して配置されている。

また、３組のホール素子対に対しては、それぞれ、上記の処理回路３と同様の処理回路が設けられている。各処理回路においては、それぞれ、上記第１実施形態と同様、ホール素子対の出力値の加算値が一定値になるように各ホール素子対の入力値が制御される。具体的には、ホール素子２ａ，２ｂの出力値の加算値が一定値になるように、ホール素子２ａ，２ｂに対する入力電圧Ｖｉｎがフィードバック制御され、同様に、ホール素子２ｃ，２ｄの出力値の加算値が一定値になるように、ホール素子２ｃ，２ｄに対する入力電圧Ｖｉｎがフィードバック制御される。さらに、ホール素子２ｅ，２ｆの出力値の加算値が一定値になるように、ホール素子２ｅ，２ｆに対する入力電圧Ｖｉｎがフィードバック制御される。

ここで、ホール素子２ａ〜２ｄは、いずれもその磁束検出軸の向きは同一となるように設置されるが、ホール素子２ｅ，２ｆは、その磁束検出軸の向きが互いに逆向きとなるように設置される。これによれば、ホール素子対（２ｅ，２ｆ）についても、ホール素子対（２ａ，２ｂ）などと同様に、磁石１の移動に伴って一方のホール素子における検出磁束が大きくなるにつれて、他方のホール素子における検出磁束が小さくなるので、上記と同様の処理回路３を用いることができる。

そして、各処理回路は、ホール素子対（２ａ，２ｂ）からの値ΔＶ（ΔＶｘとも称する）と、ホール素子対（２ｃ，２ｄ）からの値ΔＶ（ΔＶｙとも称する）と、ホール素子対（２ｅ，２ｆ）からの値ΔＶ（ΔＶｚとも称する）とをそれぞれ出力する。なお、値ΔＶｚは、磁石１のＺ方向における位置を表す値である。

各処理回路からの出力信号がＣＰＵ５に入力されると、ＣＰＵ５は上記のフィードバック制御が施された状態での各ホール素子対の出力値の減算値ΔＶｘ，ΔＶｙ，ΔＶｚを、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における位置出力として取得する。例えば、Ｘ方向およびＹ方向における位置出力（ｘ，ｙ）は上述した通りであり、Ｚ方向における位置出力は、値ΔＶｚと、値ΔＶｚおよびＺ方向位置ｚの間の対応関係とに基づいて、位置ｚを表す数値に変換される。

以上のような位置検出装置１０Ｄによれば、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるに際して、第１実施形態と同様に、個体のばらつき等の影響を抑制して、正確な位置検出をより容易に行うことが可能である。

また、この第４実施形態の位置検出装置１０Ｄによれば、３組のホール素子対を異なる３つの方向に配置することによって、独立した３つの方向に関する位置を求めることができる。特に、３組のホール素子対の配置方向（離間方向）が直交するので、３次元位置をより簡易に求めることができる。

なお、上記においては、ホール素子２ｅ，２ｆの磁束検出軸ＢＤの向きが互いに逆向きとなるように設置し、ホール素子２ｅ，２ｆに対しても、ホール素子２ａ，２ｂなどと同様の処理回路３を用いる場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、ホール素子２ｅ，２ｆの磁束検出軸の向きが同じになるように設置してもよい。その場合には、処理回路３を例えば次のような処理回路３Ｂ〜３Ｄ（図１０〜図１２）のいずれかとして構成すればよい。

具体的には、図１０に示すように、差動増幅部３１ｂからの出力を反転増幅部３１ｃで反転させればよい。あるいは、図１１に示すように、差動増幅部３１ｂに対する入力を予め反転させておくようにしてもよい。

さらには、図１２に示すように、減算部３８によって求められる２つのホール素子の出力値の「減算値」が一定値になるようにこの１組のホール素子対の各入力値（たとえば入力電圧Ｖｉｎ）を制御した上で、加算部３９によって求められる２つのホール素子の出力値の「加算値」を位置出力として検出するようにしてもよい。この場合、減算部３８によって求められた値は各ホール素子２ｅ，２ｆの出力値の大きさの和に相当し、加算部３９によって求められた値は各ホール素子２ｅ，２ｆの出力値の大きさの差に相当する。したがって、上記と同様に、ホール素子２ｅの出力値の大きさ（絶対値）とホール素子２ｆの出力値の大きさ（絶対値）との和が一定値になるようにホール素子対（２ｅ，２ｆ）の入力値を制御した上で、ホール素子２ｅの出力値の大きさとホール素子２ｆの出力値の大きさとの差を位置出力として求めることができる。

＜Ｅ．第５実施形態＞
この第５実施形態においては、位置検出装置の具体的な利用形態を例示する。ここでは、撮像装置の手振れ補正機構に上述のような位置検出装置を利用する場合について詳細に説明する。なお、本発明は、静止画像を撮像するタイプの撮像装置（デジタルスチルカメラ等）、および動画像を撮像するタイプの撮像装置（デジタルムービーカメラ等）のいずれにも適用可能である。

図１３は、手振れ補正機能を備えた撮像装置（ここではデジタルスチルカメラ）３００Ａを示す図である。撮像装置３００Ａは、カメラ本体６０と、複数のレンズ４０が組み込まれた鏡胴７０と、鏡胴７０の側面部に固定されたジャイロセンサ５０と、鏡胴７０の端面に取り付けられる手振れ補正装置１００とを備えて構成される。

手振れ補正装置１００は、その内部にＣＣＤなどの撮像素子１６が設けられており、ジャイロセンサ５０によって検出される撮像装置３００Ａのブレに応じて、撮像素子１６を光軸Ｌに垂直なＸＹ平面内で移動させることにより、手振れ補正を行うものである。例えば、撮像装置３００Ａによる撮影中に、図１３の矢印Ｄ１で示すように、撮像装置３００Ａがぶれて、鏡胴７０に入射する光軸Ｌがずれた場合、手振れ補正装置１００は撮像素子１６を矢印Ｄ２に示すように移動させて光軸Ｌのずれを補正する。この手振れ補正装置１００は、位置検出装置としての機能を内蔵しており、手振れ補正時にはその位置検出機能によってＸＹ平面内での撮像素子１６の現在位置を検出し、その位置情報を、撮像素子１６の位置を高精度に制御するためのフィードバック情報として用いるように構成されている。

図１４は、手振れ補正装置１００の組立分解斜視図である。図１４に示すように、手振れ補正装置１００は主として、鏡胴７０の端面に固設されるベース板１２、ベース板１２に対してＸ軸方向に移動する第１スライダ１４、および、第１スライダ１４に対してＹ軸方向に移動する第２スライダ１３の３つの部材が組み合わされて構成される。

ベース板１２は、中央に開口１２１が形成された環状の金属フレーム１２２を基材として形成されるものであり、その金属フレーム１２２が鏡胴７０に固定される。ベース板１２は、金属フレーム１２２に、Ｘ軸方向に延設される第１アクチュエータ１２３と、複数のホール素子を内蔵して構成される磁気センサユニット２２とが配設された構成となっている。また、金属フレーム１２２周縁部の所定位置には第１スプリング掛け１２４が形成されるとともに、周縁部の複数箇所にＬ字状の基板保持具１２５が形成されている。

第２スライダ１３は、その中央に撮像素子１６を収容して固定可能な開口１３１が形成された樹脂製の枠体１３２を備え、その枠体１３２に、Ｙ軸方向に延設される第２アクチュエータ１３３と、剛球１９をＺ軸方向両面に遊嵌する剛球受け１３４と、磁石を支持するための磁石支持部２１とが設けられた構成となっている。磁石支持部２１は、開口１３１を基準にみると、第２アクチュエータ１３３よりもさらに外側であって、ベース板１２に設けられる磁気センサユニット２２に対向する位置に形成されている。

図１５は、磁石支持部２１を正面からみた場合の要部拡大図である。図１５に示すように、磁石支持部２１は、第２アクチュエータ１３３の外側に形成された壁面２１１からさらに外側に向けて延設された平板状の磁石支持アーム２１２によって形成され、磁石支持アーム２１２の先端部下面側に磁石受け部２１３が設けられている。磁石受け部２１３は、磁石２３を嵌入して固定できるようになっている。そして図１５に示すように、磁石支持アーム２１２の下面側に固定される磁石２３は、ベース板１２の磁気センサユニット２２と対向する位置に配置される。そして磁石２３の下面と磁気センサユニット２２の表面（上面）とは互いに略平行となるように設けられる。

図１４に戻り、第１スライダ１４は、その中央部に第２スライダ１３を収めるための開口１４１が形成されたアルミニウム製の環状フレーム１４２を基材として形成されるものであり、そのフレーム１４２に、第１摩擦結合部１４３、第２摩擦結合部１４４および第２スプリング掛け１４５が設けられた構成を有している。第１摩擦結合部１４３はベース板１２の第１アクチュエータ１２３と対向する位置に設けられ、第２摩擦結合部１４４は第２スライダ１３の第２アクチュエータ１３３と対向する位置に設けられる。また、第２スプリング掛け１４５はベース板１２の第１スプリング掛け１２４に対向する位置に設けられる。

第１アクチュエータ１２３および第２アクチュエータ１３３はそれぞれ、図１６に示すように、静止部材８１と圧電素子８２と駆動ロッド８３とを備えており、静止部材８１がベース板１２若しくは第２スライダ１３に固定され、圧電素子８２の一端側が静止部材８１に固定されるとともに他端側が駆動ロッド８３に接続された構成を有している。そして圧電素子８２に印加される駆動パルスに応じた量および方向に駆動ロッド８３が移動するようになっている。このとき駆動ロッド８３の移動方向は、各アクチュエータが延設された方向、すなわち図１６の例では矢印８４で示される方向となる。

以上のような手振れ補正装置１００が組み上げられるときには、撮像素子１６が第２スライダ１３の開口１３１に嵌合して固設されるとともに、第１アクチュエータ１２３の駆動ロッド８３と第１摩擦結合部１４３とが摩擦結合され、第２アクチュエータ１３３の駆動ロッド８３と第２摩擦結合部１４４とが摩擦結合される。また、第１スプリング掛け１２４と第２スプリング掛け１４５との間にはスプリング１８が架設され、ベース板１２および第１スライダ１４がスプリング１８によって相互に接近する向きに付勢される。このとき、第２スライダ１３は、ベース板１２と第１スライダ１４とに剛球１９を介して挟み込まれた状態とされる。これにより、Ｚ軸負方向側から正方向側に向かって、ベース板１２、第２スライダ１３、第１スライダ１４の順に重なって、これら部材１２，１３，１４が配置されることとなる。

このような手振れ補正装置１００が組み上げられた状態で、第１アクチュエータ１２３の駆動ロッド８３が移動すると、これに摩擦結合する第１摩擦結合部１４３の移動により第１スライダ１４がベース板１２に対してＸ軸方向に移動する。このとき、第１スライダ１４の移動にあわせて第２スライダ１３もベース板１２に対してＸ軸方向に移動する。また、第２アクチュエータ１３３の駆動ロッド８３が移動すると、これに摩擦結合する第２摩擦結合部１４４の移動により第２スライダ１３が第１スライダ１４に対してＹ軸方向に移動する。このとき、第１スライダ１４のベース板１２に対する移動はなされないため、第２スライダ１３は単独でベース板１２に対してＹ軸方向に移動することとなる。

このことから、手振れ補正装置１００においては、第１スライダ１４および第２スライダ１３のそれぞれが撮像素子１６を保持して、固定部材（固定体）たるベース板１２に対して移動可能な移動部材（移動体）として構成されている。そして第１スライダ１４はベース板１２に対し、Ｘ軸方向に沿って直線的に移動するのみであるが、第２スライダ１３は第１スライダのＸ軸方向への移動に加えて、Ｙ軸方向に単独移動できるので、第２スライダ１３は撮像素子１６を保持した状態で、光軸に垂直なＸＹ平面内を移動可能なように構成されている。

なお、第１アクチュエータ１２３および第２アクチュエータ１３３のそれぞれの駆動ロッド８３は、第２スライダ１３のＸ軸方向およびＹ軸方向それぞれへの直線的移動をガイドするガイド手段としての機能も有している。

図１７は、図１４のＩ−Ｉ断面で切断した断面図であり、手振れ補正装置１００が組み上げられ、鏡胴７０に取り付けられた状態を示す図である。手振れ補正装置１００は、ベース板１２に設けられた磁気センサユニット２２と、第２スライダ１３に取り付けられた磁石２３とを互いに対向する位置で近接状態に支持しており、磁気センサユニット２２が磁石２３によって生じる磁界の変化を良好に検知できるように配置されている。上述のように第２スライダ１３はＸＹ平面内を移動することができ、第２スライダ１３の移動に伴って磁気センサユニット２２に対する磁石２３の位置が変動するようになっている。ＸＹ平面において磁気センサユニット２２に対する磁石２３の位置が変動することにより、磁気センサユニット２２が検知する磁界は第２スライダ１３の移動に伴って変化することになる。したがって、磁気センサユニット２２が磁石２３によって生じる磁界の変化を検知することにより、第２スライダ１３の移動状況（すなわち現在位置）を検知することができるようになっており、磁気センサユニット２２および磁石２３はベース板１２に対する第２スライダ１３の位置を検出するための位置検出機構２０を構成している。そして磁石２３には電気的配線を行う必要がないので、位置検出機構２０は配線作業を著しく省力化するという点で有益なものとなっている。

また、第２スライダ１３に設けられる撮像素子１６の背面側（Ｚ軸正方向側）には、放熱板１７を介して第１基板４１が設けられており、撮像素子１６は第１基板４１に接続されている。そのため、第１基板４１は第２スライダ１３と一体的にＸ方向およびＹ方向に移動する。また、ベース板１２の基板保持具１２５には第２基板４２が固定されている。第１基板４１と第２基板４２は、光軸方向（Ｚ軸方向）に重なって配置され、第２スライダ１３の移動によって、第１基板４１は、第２基板４２に対して平行に移動する。第１基板４１および第２基板４２は、可撓性を有するフレキシブル基板４３によって互いに結線され、信号の送受信が可能なように構成されている。

磁気センサユニット２２は、図示しない信号線によって第２基板４２に接続される。また、撮像装置３００Ａのブレを検知して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のブレに関する角速度信号を出力するジャイロセンサ５０も、図示しない信号線によって第２基板４２に接続される。

第１基板４１には、撮像素子１６を制御する素子や回路が配置され、撮像素子１６からの出力信号（画像信号）はフレキシブル基板４３を介して第２基板４２に与えられる。第２基板４２には、撮像素子１６からの出力信号を処理する回路や、第２スライダ１３の位置を検知する磁気センサユニット２２からの信号を処理する回路等が配置されるとともに、出力回路からの位置信号（Ｘ座標値およびＹ座標値）と、ジャイロセンサ５０から入力する角速度信号とに基づいて、第１及び第２アクチュエータ１２３，１３３を駆動制御するための制御回路（マイクロコンピュータ等を含む回路）が配置される。そして第２基板４２からは、撮像素子１６の内部に設けられる制御回路であって手振れ補正装置１００とは異なる回路に、撮像素子１６で取得された画像信号が出力されるとともに、図示しない信号線で接続された第１及び第２アクチュエータ１２３，１３３のそれぞれに対して駆動信号（駆動パルス）が送出される。

そして上記のような回路配置において、第２スライダ１３に設けられる磁石２３には電気的配線を必要としないことから、第１基板４１と第２基板４２との配線パターンを比較的簡単にすることができ、設計上の部品の配置や配線の引き回し等に自由度が増すとともに、組立時の作業効率を向上させている。特に、移動部材に対する配線は、その移動部材の移動にとって抵抗となることがあるので、可能な限り移動部材への配線は避けることが望まれる。本実施形態においては、磁石２３が移動部材である第２スライダ１３に設けられるので、位置検出機構２０の配線が第２スライダ１３の移動を妨げることがなく、好適な配置となっている。

次に、上述した手振れ補正装置１００の動作について説明する。図１８は、本実施形態にかかる手振れ補正装置１００の駆動制御回路の電気的構成を示すブロック図である。この制御回路は、鏡胴７０に入射される光軸Ｌのブレを検知して角速度信号を出力するジャイロセンサ５０と、第２スライダ１３（撮像素子１６）の位置を検出する磁気センサユニット２２からの信号を処理する処理回路２４と、手振れ補正の総合的な制御を行い、入力される各種信号に基づいて駆動量を演算するマイクロコンピュータ（マイコン）１０１と、マイクロコンピュータ１０１からの駆動信号に基づいて所定周波数の駆動パルスを発生させる駆動回路１０２とを備えて構成されている。駆動回路１０２によって発生される駆動パルスは、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３に出力され、各アクチュエータの延設方向に沿って第１および第２スライダ１４、１３が移動する。

ジャイロセンサ５０は、カメラ本体６０が矢印Ｄ１で示すようにぶれると、２軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の角速度を検出してマイクロコンピュータ１０１に出力する。

マイクロコンピュータ１０１は、ジャイロセンサ５０から角速度信号を入力すると、光学系の焦点距離信号から撮像素子１６上（結像面上）のぶれによる像の移動量、移動速度を算出する。そして算出した移動速度と第２スライダ１３（撮像素子１６）の現在位置とから、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３に印加すべき所定周波数の供給電圧を決定する。すなわち、マイクロコンピュータ１０１は、磁気センサユニット２２から入力する信号に基づいて求められる第２スライダ１３（撮像素子１６）が現在存在している位置（現在位置）と、ジャイロセンサ５０から入力する角速度信号に基づいて決定される撮像素子１６が本来あるべき位置（目標位置）とを比較し、本来あるべき位置に撮像素子１６が移動するように、各スライダ１３，１４を駆動させるフィードバック制御を行う。

駆動回路１０２は、マイクロコンピュータ１０１からの信号を受けて、各アクチュエータ１２３，１３３の共振周波数の７割程度の周波数の駆動パルスを出力する。駆動パルスは、圧電素子８２に印加され、第１および第２スライダ１３，１４を駆動ロッド８３に沿って移動させる。具体的には、緩やかな立ち上がり部分と急激な立下り部分とを有する鋸歯状波の駆動パルスを圧電素子８２に印加することによって、駆動ロッド８３に摩擦結合した部材１３（又は１４）を、摩擦力と慣性力との大小関係に応じた作用によって、一方の方向に移動させることができる。また逆に、圧電素子８２に印加する鋸歯状波の波形を変えて急速な立ち上がりと緩やかな立下りとからなる駆動パルスを印加することによれば、今度は部材１３（又は１４）を逆の方向に移動させることができる。

このように第１および第２アクチュエータ１２３，１３３はそれぞれインパクトアクチュエータとして構成されており、駆動ロッド８３に摩擦結合された各スライダ１３，１４が、圧電素子８２の伸縮動作に伴って駆動ロッド８３上を摺動する。第１アクチュエータ１２３に駆動パルスが与えられることによって第１スライダ１４がＸ軸方向へ移動すると、第１スライダに連結されている第２スライダ１３も同時にＸ軸方向に移動する。また、第２アクチュエータ１３３に駆動パルスが印加された場合は、第１スライダ１４とは独立して第２スライダ１３だけがＹ軸方向に移動（自走）する。そして、第２スライダ１３は、第１スライダ１４とベース板１２の間にかかるスプリング１８と、各部材の間の剛球１９により、抵抗が少なくかつ光軸方向に変動することなく移動する。このとき第１基板４１および第２基板４２を接続するフレキシブル基板４３は、折り曲げられた曲げ部分がよれて、第２スライダ１３の移動を吸収するように機能する。

以上のように、手振れ補正装置１００は位置検出装置としての機能を内蔵しており、その特徴的構成として、位置検出機構２０が磁気センサユニット２２と磁石２３とを備えたものとなっている。本実施形態においては、移動部材と固定部材との少なくとも一方については位置検出用の配線を行う必要のない位置検出機構２０が実現されている。

また、この位置検出機構２０の各構成要素は、第３実施形態の位置検出装置１０Ｃ（図８参照）における対応構成要素と同様の構成を有している。具体的には、磁石２３は磁石１に対応し、磁気センサユニット２２は、４つのホール素子２ａ〜２ｄで構成されるセンサ群に対応する。また、処理回路２４は、２つの処理回路３とＡ／Ｄ変換回路４とを有する回路に対応する。処理回路２４は、２つのホール素子対（２ａ，２ｂ），（２ｃ，２ｄ）の各出力値に対して、それぞれ、上記第３実施形態と同様の処理を施した後、アナログ信号をデジタル信号に変換してマイコン１０１に向けて出力する。

したがって、このような位置検出機構（位置検出装置とも称せられる）を備える撮像装置３００Ａは、第３実施形態と同様の利点を得ることができる。

特に、小型化、低コスト化等の要請が強い撮像装置において上述の位置検出装置を用いることによれば、そのような要請に応えつつ、磁石の個体ばらつきの影響を緩和することなどが可能である。また、上記の位置検出装置は非接触式であるため、当該位置検出装置が撮像装置における騒音発生源とならずに済むなどの利点を得ることもできる。

また、ここでは、ホール素子２ａ，２ｂのセンサ配列方向が第１アクチュエータ１２３の移動方向（Ｘ軸方向）に略一致するように配置されるとともに、ホール素子２ｃ，２ｄのセンサ配列方向が第２アクチュエータ１３３の移動方向（Ｙ軸方向）に略一致するように配置されている。そのため、磁気センサユニット２２で検出される座標値の座標系が、第１および第２アクチュエータ１２３，１３３を制御するために用いられる座標系と略一致することになり、信号処理を行う際に座標変換の演算を行う必要がなく、効率的な信号処理が可能な構成となっている。

さらに、４個のホール素子を図８のように配置することにより、４個のホール素子からなる１つのセンサパッケージとしての磁気センサユニット２２を配置するだけで、Ｘ方向およびＹ方向の２方向についての磁界の変化を検知することができるようになり、しかもその磁気センサユニット２２に対向して１個の磁石２３を設置するだけで、Ｘ方向およびＹ方向の２方向について位置検出が可能な位置検出機構２０が実現されることになる。このように、図８に示すホール素子２ａ〜２ｄの配置は、位置検出機構２０の小型化に適したものとなっている。

なお、この実施形態においては、磁気センサユニット２２が４個のホール素子を内蔵し、１個の磁気センサユニットでＸ軸方向およびＹ軸方向の２方向について磁界の変化を検知できるように構成した例を示した。しかし、１方向についての磁界変化を検知するために１個の磁気センサユニットを設けるようにしてもよい。例えば、第１アクチュエータ１２３の外側の位置にＸ軸方向についての位置検出を行う磁気センサユニットを１個設け、第２アクチュエータ１３３の外側の位置（上記実施の形態で示した位置検出機構２０の設置位置）にＹ軸方向についての位置検出を行う磁気センサユニットを１個設けるようにしてもよい。

また、この実施の形態では、移動部材である第１および第２スライダ１３，１４を移動させるために、駆動手段として圧電素子８２を利用したインパクトアクチュエータが適用される場合を例示したが、これに限定されるものではなく、他の駆動手段や駆動方式のものを採用するようにしてもよい。

＜Ｆ．第６実施形態＞
この第６実施形態においては、位置検出装置の別の具体的利用形態を例示する。ここでは、撮像装置のレンズ位置の検出に上記の位置検出装置を利用する場合について説明する。

図１９は、撮像装置（ここではデジタルスチルカメラ）３００Ｂを示す図である。

撮像装置３００Ｂは、複数のレンズ４０、カメラ本体６０、および鏡胴７０等を備える。この撮像装置３００Ｂは、オートフォーカス機能およびズーム機能を有しており、複数のレンズ４０として、フォーカスレンズ４０Ｆおよびズームレンズ４０Ｚを含むレンズを有している。フォーカスレンズ４０Ｆおよびズームレンズ４０Ｚは、それぞれ独立に、光軸方向において鏡胴７０に対して相対的に移動することが可能である。

また、フォーカスレンズ４０Ｆおよびズームレンズ４０Ｚには、それぞれ、各レンズ位置を検出する位置検出装置１０Ｆ，１０Ｚが設けられている。

各位置検出装置１０Ｆ，１０Ｚは、それぞれ上記第１実施形態の位置検出装置１０Ａと同様の構成を有している。例えば、位置検出装置１０Ｆは、磁石１とホール素子２ａ，２ｂとを備えている。また、位置検出装置１０Ｚも、同様に、磁力発生体（磁石）１とホール素子２ａ，２ｂとを備えている。なお、図１９においては、図示されていないが、各位置検出装置１０Ｆ，１０Ｚの各ホール素子対からの出力を処理するため、第１実施形態と同様の処理回路３等がカメラ本体６０内に設けられている。

また、位置検出装置１０Ｆの磁石１は、移動部材であるフォーカスレンズ４０Ｆの底部に固定されており、位置検出装置１０Ｆのホール素子２ａ，２ｂは、固定部材である鏡胴７０の内面に固定されている。したがって、フォーカシング時などにおいて、位置検出装置１０Ｆは、フォーカスレンズ４０Ｆの鏡胴７０に対する相対位置を検出することが可能である。そして、この位置検出装置１０Ｆによるフォーカスレンズ４０Ｆの位置を検出し、その検出結果を用いて、当該フォーカスレンズ４０Ｆの位置を制御することができる。例えばフィードバック制御等によって、フォーカスレンズ４０Ｆの位置を目標位置に追従させることが可能である。

同様に、位置検出装置１０Ｚの磁石１は、移動部材であるズームレンズ４０Ｚの底部に固定されており、位置検出装置１０Ｚのホール素子２ａ，２ｂは、固定部材である鏡胴７０の内面に固定されている。したがって、ズーム時などにおいて、位置検出装置１０Ｚは、ズームレンズ４０Ｚの鏡胴７０に対する相対位置を検出することが可能である。そして、この位置検出装置１０Ｚによるズームレンズ４０Ｚの位置を検出し、その検出結果を用いて、当該ズームレンズ４０Ｚの位置を制御することができる。例えばフィードバック制御等によって、ズームレンズ４０Ｚの位置を目標位置に追従させることが可能である。

この撮像装置３００Ｂによれば、第１実施形態と同様の利点を得ることが可能である。特に、小型化、低コスト化等の要請が強い撮像装置において上述の位置検出装置を用いることによれば、そのような要請に応えつつ、個体ばらつきの影響を緩和することなどが可能である。また、上記の位置検出装置は非接触式であるため、当該位置検出装置が撮像装置における騒音発生源とならずに済む、あるいは駆動負荷が低減される、摺動等に伴うゴミが出ないなどの利点を得ることもできる。

＜Ｇ．その他＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態においては、ホール起電力の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値になるように入力電圧Ｖｉｎを制御する場合を例示しているが、これに限定されない。たとえば、ホール起電力の加算値（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が一定値になるように、ホール素子に対する「入力電流」Ｉｉｎを制御するようにしてもよい。

さらに、各実施形態においては、第４実施形態におけるＺ軸方向の位置検出を除いて、ホール素子２の磁束検出軸が同じ向きとなるようにホール素子対が配置される場合に、ホール起電力の加算値が一定値になるように入力電圧Ｖｉｎを制御することを例示している。しかしながら、本発明はこれに限定されない。たとえば、図３において、ホール素子対の磁束検出軸ＢＤが互いに逆向きになるようにホール素子対を配置するようにしてもよい。なお、その場合には、処理回路３として、図１０〜図１２に示すような処理回路３Ｂ〜３Ｄと同様の処理回路を用いるようにすればよい。この場合でも、ホール素子２ａの出力値の大きさ（絶対値）とホール素子２ｂの出力値の大きさとの和が一定値になるようにホール素子対（２ａ，２ｂ）の入力値を制御した上で、ホール素子２ａの出力値の大きさとホール素子２ｂの出力値の大きさとの差を位置出力として求めることによって、上記第１実施形態等と同様の効果を得ることができる。

第１実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示す図である。 位置検出装置における構成要素の物理的な配置を示す斜視図である。 位置検出装置における構成要素の物理的な配置を示す側面図である。 位置検出装置の電気的な処理回路を示す図である。 ホール素子（磁気センサ）による位置検出原理を示す図である。 磁力発生体の磁束密度分布を示す図である。 第２実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。 第３実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。 第４実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。 処理回路の変形例を示す図である。 処理回路の別の変形例を示す図である。 処理回路のさらに別の変形例を示す図である。 位置検出装置が組み込まれた撮像装置を示す図である。 手振れ補正装置の組立分解斜視図である。 磁石支持部を正面からみた場合の要部拡大図である。 インパクトアクチュエータの構成を示す図である。 図１４のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。 手振れ補正装置の駆動制御回路の電気的構成を示すブロック図である。 位置検出装置が組み込まれた別の撮像装置を示す図である。

符号の説明

１，２３ 磁石
２，２ａ〜２ｆ ホール素子
３ 処理回路
１０Ａ〜１０Ｆ，１０Ｚ 位置検出装置
１２ ベース板
１３，１４ スライダ
１６ 撮像素子
４０Ｆ フォーカスレンズ
４０Ｚ ズームレンズ
１００ 手振れ補正装置
３００Ａ，３００Ｂ 撮像装置
ＢＣ１，ＢＣ２ 磁束密度分布曲線
ＢＤ 磁束検出軸
Ｖｈａ，Ｖｈｂ ホール起電力（出力電圧）
Ｖｉｎ 入力電圧

Claims (10)

1. 第１の方向に互いに離間して配置される第１の磁気センサ対と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に互いに離間して配置される第２の磁気センサ対と、
   前記第１および第２の磁気センサ対に対して相対移動する磁力発生体と、
   前記第１および第２の磁気センサ対からの各出力値に基づいて、前記磁力発生体と前記各磁気センサ対との間の相対的な２次元位置を検出する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、各磁気センサ対ごとに、当該各磁気センサ対の各出力値の大きさの和がそれぞれ一定値になるように前記各磁気センサ対の各入力値を制御した上で、前記第１の磁気センサ対の各出力値の大きさの差と前記第２の磁気センサ対の各出力値の大きさの差とを、異なる２方向における位置出力として検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに直交することを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の位置検出装置において、
   前記第１および第２の磁気センサ対を構成する４つの磁気センサが点対称に配置されることを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検出装置において、
   前記磁力発生体は、円柱形状を有していることを特徴とする位置検出装置。
5. 第１の方向に互いに離間して配置される第１の磁気センサ対と、
   前記第１の方向と平行な方向に互いに離間して配置される第２の磁気センサ対と、
   前記第１および第２の磁気センサ対に対して相対移動する磁力発生体と、
   前記第１の磁気センサ対および／または前記第２の磁気センサ対からの各出力値に基づいて、前記磁力発生体と前記各磁気センサ対との所定方向における相対位置を検出する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、各磁気センサ対ごとに、当該各磁気センサ対の各出力値の大きさの和がそれぞれ一定値になるように前記各磁気センサ対の各入力値を制御した上で、前記第１の磁気センサ対の各出力値の大きさの差と前記第２の磁気センサ対の各出力値の大きさの差との少なくとも一方に基づいて、前記所定方向における位置出力を検出することを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の位置検出装置において、
   前記磁力発生体としての永久磁石が移動部材に取り付けられ、
   前記第１および第２の磁気センサ対は固定部材に取り付けられ、
   前記制御手段は、前記固定部材に対する前記移動部材の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
7. 手振れ補正機構であって、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出装置と、
   手振れを補正するために相対移動する２物体の相対位置を、前記位置検出装置を用いて検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、手振れを補正するために前記２物体の相対駆動を行う駆動手段と、
   を備える手振れ補正機構。
8. 撮像装置であって、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出装置と、
   手振れを補正するために相対移動する２物体の相対位置を、前記位置検出装置を用いて検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、手振れを補正するために前記２物体の相対駆動を行う駆動手段と、
   を備える撮像装置。
9. 撮像装置であって、
   フォーカスレンズを含む撮像光学系と、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出装置と、
   前記位置検出装置を用いて前記フォーカスレンズの位置を検出し、当該フォーカスレンズの位置を制御するレンズ位置制御手段と、
   を備える撮像装置。
10. 撮像装置であって、
    ズームレンズを含む撮像光学系と、
    請求項１から請求項６のいずれかに記載の位置検出装置と、
    前記位置検出装置を用いて前記ズームレンズの位置を検出し、当該ズームレンズの位置を制御するレンズ位置制御手段と、
    を備える撮像装置。

Images