JP4587708B2 - 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、ホール素子（磁気センサ）を用いたものが存在する。例えば、特許文献１には、ポインティングデバイス等に用いられる位置検出センサが記載されている。この位置検出センサは、フェライト磁石と１組のホール素子とを備えており、１組のホール素子の出力差に基づいてフェライト磁石の位置を検出するものである。

特開２００３−３１８４５９号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された位置検出装置は、外部磁界の影響を受けることがあり、その検出精度は必ずしも十分とはいえないことがある。

そこで、この発明の課題は、高精度の検出結果を得ることが可能な位置検出装置、及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、位置検出装置であって、互いに離間して配置される１組の磁気センサ対と、前記１組の磁気センサ対の離間方向に前記１組の磁気センサ対に対して相対移動するとともに、前記相対移動する方向および前記１組の磁気センサ対の配置面に対して垂直な方向に沿って、順次にＮ極およびＳ極となるように磁化されている磁力発生体と、前記１組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１組の磁気センサ対との間の相対位置を検出する制御手段と、を備え、前記１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは前記１組の磁気センサ対の離間距離以上であり、前記制御手段は、前記１組の磁気センサ対の各出力値の大きさの差分値を位置出力として検出し、前記磁力発生体の長さは、該磁力発生体の長さが前記１組の磁気センサ対の離間距離に対して段階的に変更された長さのなかで、前記磁力発生体の位置変化に対する前記差分値の変化を示す曲線と、前記変化を示す曲線について求めた回帰直線とのずれ量の最大値が最小となる長さに定められてい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１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは前記１組の磁気センサ対の離間距離と前記磁力発生体の許容移動量との合計値以上であることを特徴とする。

請求項３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１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは、前記１組の磁気センサ対の離間距離以上に設定された前記磁力発生体の許容移動量と、前記１組の磁気センサ対の離間距離との合計値以上であ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、前記磁力発生体としての永久磁石が移動部材に取り付けられ、前記１組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５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る位置検出装置において、前記制御手段は、前記１組の磁気センサ対の各出力値の大きさの和が一定値になるように前記１組の磁気センサ対の各入力値を制御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１組の磁気センサ対の離間方向である第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別の１組の磁気センサ対、をさらに備え、前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは前記別の１組の磁気センサ対の離間距離以上であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明に係る位置検出装置において、前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは前記別の１組の磁気センサ対の離間距離と前記磁力発生体の許容移動量との合計値以上であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の発明に係る位置検出装置において、前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは、前記別の１組の磁気センサ対の離間距離以上に設定された前記磁力発生体の許容移動量と、前記別の１組の磁気センサ対の離間距離との合計値以上であることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれか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の方向とは直交することを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る位置検出装置において、前記１組の磁気センサ対と前記別の１組の磁気センサ対とを構成する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１１の発明は、請求項１０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１２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、前記磁力発生体は、角柱形状を有していることを特徴とする。

請求項１３の発明は、手振れ補正機構であって、請求項１から請求項１２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１４の発明は、撮像装置であって、請求項１から請求項１２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１５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１２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１６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１２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から請求項１６に記載の発明によれば、外部磁界の影響を抑制して高精度の測定を行うことができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、外部磁界の影響をさらに抑制して高精度の測定を行うことができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、磁力発生体の許容移動量を磁気センサ対の離間距離以上となるように比較的大きく設定する場合においても、磁力発生体の長さを磁気センサ対の離間距離と磁力発生体の許容移動量との合計値以上とすることによって、外部磁界の影響を抑制して高精度の測定を行うことができる。

また、請求項４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１に記載の発明によれば、磁力発生体の位置変化に対する、磁気センサ対の各出力値の大きさの差分値の変化曲線の線形性を向上させることができるので、位置測定の精度をさらに向上させることができる。

また、請求項１１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１２に記載の発明によれば、磁力発生体の製造が容易になるとともに、磁力発生体の装置内での取付も容易に行うことができる。

また、請求項１３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、外部磁界の影響を抑制して高精度の位置測定を行うことができる。

また、請求項１４から請求項１６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、外部磁界の影響を抑制して高精度の位置測定を行うことができる。

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。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、角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、磁石の形状は角柱形状に限定されず円柱形状等でもよいが、磁石の形状が角柱形状の場合には、円柱形状の場合に比べて、磁石の製造が容易になるとともに、取付時にも角部の存在によって位置決めをしやすくその取付が容易になるという利点を得ることができる。

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＞
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。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。なお、基準状態においては、各ホール素子２ａ，２ｂは、磁石１の中心位置に対して対称に配置されていることになる。

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の差分値（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。

具体的には、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。

＜磁石およびホール素子の配置＞
上記の値ΔＶと位置Ｘとの間には、１対１の対応関係が存在する。また、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ため、図７に示すように、磁石１の許容移動量Ａｄに対応する移動範囲にわたって、位置Ｘと値ΔＶとの間には良好な線形性（リニアリティ）が存在することが望ましい。なお、「許容移動量」は、磁石１の位置検出を行う際の、磁石１の移動範囲の許容幅（この例ではＸ方向位置の最大値Ｘmax＝＋（Ａｄ／２）と最小値Ｘmin＝−（Ａｄ／２）との差）であり、「位置検出幅」などとも表現される。磁石１の許容移動量以内の移動時においては、位置検出装置１０Ａによる位置検出結果が正しいものとみなされる。

良好な線形性を実現するため、ここでは、Ｘ方向において、ホール素子対（２ａ，２ｂ）相互間の離間距離（以下、素子間距離とも称する）Ｈｐ（図３参照）に対して、次の数式（２）で示される関係を満たすように、マグネットサイズ（詳細には磁石１の長さ（幅））Ｍｓを決定する。

すなわち、Ｘ方向において、マグネットサイズＭｓは素子間距離Ｈｐ以上となるように決定される。なお、本願においては、図３に示すように、２つのホール素子（磁気センサ）２ａ，２ｂの対向面Ｆａ，Ｆｂ間の距離（端的に言えば、内寸）Ｈｐを、磁気センサ対の「離間距離」と称するものとする。

図８は、比較例に係る位置検出装置の構成および磁束密度分布曲線ＢＣ４を示す図である。この比較例では、Ｍｓ＜Ｈｐとなっている。この場合、磁石１による磁束密度は、磁石１の長さＭｓに対応する部分では比較的良好な線形性を維持しているものの、磁石１の両端位置から外側へと離れるにつれて減少の度合いを大きくしながら減少していく。したがって、図８のホール素子上方部分における磁束密度は、図３のホール素子上方部分における磁束密度（図９の磁束密度分布曲線ＢＣ５を参照）と比べて小さくなるため、外部磁界の影響を受けやすい状態となる。また特に、磁石１による磁束密度は、磁石１の両端位置から離れるにつれて特に減少の度合いを大きくしながら減少していくため、値ΔＶと位置Ｘとが良好な線形関係を有する状態とすることが困難である。

これに対して、図３のような構成によればマグネットサイズＭｓが比較的大きいので、マグネットサイズＭｓが比較的小さい場合（図８参照）に比べて、ホール素子上方部分での磁束密度を大きくすることができる。その結果、安定磁界を確保して外部磁界の影響を受けにくい状態とすることができる。

また、図３のような構成によれば、マグネットサイズＭｓが図８の場合に比べて大きくなるため、図９の磁束密度分布曲線ＢＣ５に示すように、ホール素子上方部分での線形性を向上させることが可能になる。したがって、値ΔＶと位置Ｘとの間に高い線形性を確保することが可能になる。なお、図９は、図３の配置を有する位置検出装置の磁束密度分布曲線ＢＣ５等を示す図である。

このように、数式（２）の関係を満たすようにマグネットサイズＭｓを決定すれば、外部磁界の影響を抑制することなどによって、高精度の位置測定を行うことができる。

また、Ｘ方向において、マグネットサイズＭｓは、素子間距離Ｈｐと磁石１の許容移動量Ａｄとに対して次の数式（３）の関係を満たすように決定されることがさらに好ましい。すなわち、Ｘ方向において、マグネットサイズＭｓは、素子間距離Ｈｐと許容移動量Ａｄとの合計値以上であることが好ましい。

例えば、Ｈｐ＝３（ｍｍ）、Ａｄ＝２（ｍｍ）のときには、Ｍｓ＝５（ｍｍ）とすればよい。

図１０は、数式（３）の関係を満たす位置検出装置の構成および磁束密度分布曲線ＢＣ６を示す図である。

図１０に示す構成によれば、図３の構成と同様に、外部磁界の影響を受けにくくなる。特に数式（３）においては、マグネットサイズＭｓの下限値（等号成立時のマグネットサイズ）が数式（２）と比べて許容移動量Ａｄの分、大きくなっているので、ホール素子上方部分での磁束密度をさらに大きくすることができる。したがって、安定磁界をさらに確保して外部磁界の影響をさらに受けにくくすることができる。また、特に数式（３）においてはマグネットサイズＭｓの下限値が数式（２）と比べて許容移動量Ａｄの分、大きくなっているので、ホール素子上方部分での磁束密度分布曲線ＢＣ６の線形性をさらに高めることが可能になる。したがって、許容移動量Ａｄに対応する移動範囲にわたって、値ΔＶと位置Ｘとの間でさらに高い線形性を確保することが可能になる。

このように、数式（３）の関係を満たすようにマグネットサイズＭｓを決定すれば、外部磁界の影響を抑制することなどによって、高精度の位置測定を行うことが可能である。

さらに、磁石１の許容移動量Ａｄが比較的大きい場合、具体的には、素子間距離Ｈｐ以上である場合（数式（４）参照）にも、この数式（３）の関係を満たすことによれば、高精度の位置検出が可能になる。

すなわち、磁石１の許容移動量Ａｄを、比較的大きく（具体的には、素子間距離Ｈｐ以上となるように）設定する場合においても、マグネットサイズＭｓを素子間距離Ｈｐと許容移動量Ａｄとの合計値以上とする（数式（３）参照）ことによって、外部磁界の影響等を抑制して高精度の測定を行うことができる。言い換えれば、外部磁界の影響を抑制した上で、比較的大きな許容移動量を設定することが可能になる。

なお、厳密には、ホール素子２ａ，２ｂが検出する磁束密度は、ホール素子の上面と磁石１の下面との間の距離（以下、「ギャップサイズ」とも称する）Ｇｐによっても変化する。たとえば、ギャップサイズＧｐを比較的大きくする場合には、磁束密度が比較的小さくなる。この場合においても、上述したようにマグネットサイズＭｓを数式（３）を満たすように定めれば外部磁界の影響を抑制することなどが可能であるが、マグネットサイズＭｓを、数式（３）を満たした上でさらに大きな値に定めれば、外部磁界の影響をさらに抑制することなどが可能である。

また、ホール素子２ａ，２ｂが検出する磁束密度は、磁石１の厚さによっても変化する。たとえば、磁石１の厚さを小さくする場合（つまり薄くする場合）には、磁束密度が比較的小さくなる。この場合においても、数式（３）を満たすようにマグネットサイズＭｓを定めれば外部磁界の影響を抑制することが可能であるが、マグネットサイズＭｓを、数式（３）を満たした上でさらに大きな値に定めれば、外部磁界の影響をさらに抑制することが可能である。

＜感度調整＞
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、この線形関係を表す直線の傾きは、環境温度の変化などの様々な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。

このように、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。

以上のような制御を行うことによれば、環境温度の変化などの様々な要素による感度の変化を容易に調整することができる。なお、調整可能な変動要素としては、環境温度変化の他に、磁石の個体ばらつき、磁石の劣化等が挙げられる。

なお、この実施形態の処理回路３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。

また、この実施形態においては、あるいは、ホール素子対の磁束検出軸ＢＤの向きが同一の場合を例示しているが、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。また、その場合には、２つのホール素子２ａ，２ｂのうちの一方の出力値の正負を逆転させることなどによって、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ればよい。これによれば上記と同様の効果を得ることができる。

＜線形性のさらなる向上＞
さて、上記においては、値ΔＶと位置Ｘとの間に良好な線形関係が存在するように、数式（２）または（３）などに基づいてマグネットサイズ等を決定する場合について例示している。上記のような条件を満たすだけでも、比較的良好な線形関係を実現することが可能であるが、以下では値ΔＶと位置Ｘとの間の線形性をさらに向上させるための技術について説明する。

図１０などに示すように、値ΔＶと位置Ｘとの間に線形関係を確保するためには、理想的には、２つのホール素子２ａ，２ｂの上方部分のいずれにおいても、磁束密度分布曲線自体が線形性を有することが好ましい。たとえば、一方のホール素子２ａの上方部分において右肩上がりの直線であり、他方のホール素子２ｂの上方部分でも同じ傾きを持った右肩下がりの直線（符号が逆で絶対値が同じ傾きを持った直線）であることが好ましい。これによれば、結果的に値ΔＶの位置Ｘに対する線形性が良好に確保される。

また、磁束密度分布曲線自体がホール素子上方部分において線形性を有しない場合でも、一方のホール素子のホール起電力の増加分の大きさ（絶対値）と他方のホール素子のホール起電力の減少分の大きさとの差が任意のＸについて同一であれば、結果的に値ΔＶについての高い線形性を確保することができる。

しかしながら、実際には、磁束密度分布曲線自体のホール素子上方部分における直線性だけで、値ΔＶについての完全な線形性を確保することは難しい。そのため、次述するような手法等を用いて、より高い線形性を確保した位置検出装置を実現することが好ましい。具体的には、線形性を評価する評価関数の評価値をシミュレーションによって算出し、当該評価値に基づいて、適切なマグネットサイズＭｓ等を決定することが可能である。

以下では、上述したような制御を行う場合（具体的には、２つのホール起電力Ｖｈａ，Ｖｈｂの和が同一の値となるように、ホール素子２ａ，２ｂに対する入力電圧を調整した上で、２つのホール起電力の出力差ΔＶを位置出力として検出する場合）における、値ΔＶと位置Ｘとの間の線形性を、シミュレーションによって検討する。

詳細には、磁石の残留磁束密度を１０６０（ｍＴ）とし、磁石１の許容移動量Ａｄを２（ｍｍ）とし、素子間距離Ｈｐを３（ｍｍ）とし、ギャップサイズＧｐを３（ｍｍ）とするときに、好ましいマグネットサイズＭｓを求める場合を例示する。ここでは、磁石１として角形のタイプ（ＸＹ平面において正方形）のものを用い、その１辺の長さが、２，３，４，５，６，７，８（ｍｍ）の７種類のサイズＭｓのうち、最適なサイズを求めるものとする。

図１１は、磁石１がＸ方向において２（ｍｍ）移動するとき（詳細には磁石１がＸ＝−１（ｍｍ）からＸ＝＋１（ｍｍ）にわたって移動するとき）のホール素子２ｂ周辺の磁束密度を、各磁石１のマグネットサイズＭｓごとに示す図である。ここでは、磁石１が基準位置に存在するときＸ＝０となるように座標軸を設けている。図１１における各曲線ＢＣ１２〜ＢＣ１８は、それぞれ、マグネットサイズＭｓが２，３，４，５，６，７，８（ｍｍ）のときの磁束密度分布曲線を表す。マグネットサイズＭｓが大きくなるにつれて磁束密度が全体的に大きくなる。なお、もう１つのホール素子２ａ周辺の各磁束密度分布曲線は、ホール素子２ａ周辺の各磁束密度分布曲線（図１１）に対して（Ｘ＝０に関し）左右対称となる。

図１２は、２つのホール素子２ａ，２ｂの上方部分での各磁束密度の差を、２つのホール素子２ａ，２ｂの各磁束密度の和で除した値を位置指標値ＸＶとして示す図である。図１２における各曲線ＶＰ１２〜ＶＰ１８は、それぞれ、マグネットサイズＭｓが２，３，４，５，６，７，８（ｍｍ）のときの磁石位置と位置指標値との関係を示す曲線である。ホール素子のホール起電力は磁束密度に比例するため、この位置指標値ＸＶは、値ΔＶをホール素子のホール起電力の和で除して標準化した値と等価である。言い換えれば、処理回路３によって入力電圧制御が施された状態で出力される値ΔＶと等価である。

ここにおいて、図１２における複数の曲線ＶＰ１２〜ＶＰ１８のうち、最も直線に近いものが、最も線形性が高い曲線である。

図１３は、図１２における各曲線の線形性を示す図である。図１３の各曲線ＥＲ１２〜ＥＲ１８は、それぞれ、各曲線ＶＰ１２〜ＶＰ１８と各曲線ＶＰ１２〜ＶＰ１８に対する各回帰直線とのずれ量を示している。より詳細には、当該ずれ量は、実際の位置のずれ量に換算した値で示されている。

ここでは、図１３を見れば、マグネットサイズＭｓ＝５（ｍｍ）のときに、ずれ量が最も小さいこと、すなわち最も線形性が高いことが判る。マグネットサイズＭｓ＝５（ｍｍ）のときには、ずれ量は最大でも数マイクロメータ程度であり、非常に良好な線形性を確保できていることが判る。

例えばこのように、各曲線における上記ずれ量の最大値を、線形性を評価する評価値Ｆとして算出し、複数のマグネットサイズＭｓのうち、最適な（ここでは最小の）評価値Ｆを有するマグネットサイズＭｓを選択すればよい。

なお、これに限定されず、各曲線における上記ずれ量の複数の位置に関する総和（あるいは平均値）を、線形性を評価する評価値Ｆとして算出し、複数のマグネットサイズＭｓのうち、最適な（ここでは最小の）評価値Ｆを有するマグネットサイズＭｓを選択するようにしてもよい。また、種々の制約によって最適値のマグネットサイズＭｓを採用できない場合などにおいては、最適値以外の値、より詳細には、評価値Ｆが所定の基準を満たす値を選択するようにしてもよい。たとえば、その評価値Ｆが所定の閾値ＴＨ１よりも好適な値となる場合（詳細には、閾値ＴＨ１より小さくなる（Ｆ＜ＴＨ１）場合）に、適切なマグネットサイズであるとみなすようにすればよい。

以上のような設計手法（位置検出装置の設計方法）を用いれば、磁石１の位置変化に対する差分値ΔＶの変化曲線の線形性を評価する評価値Ｆが所定の基準を満たすように、磁石１のマグネットサイズＭｓが定められるので、比較的良好な線形性を確保することができる。特に、磁束密度分布曲線の非線形に起因して、位置Ｘが変動する際にホール素子２ａ，２ｂのホール起電力の和が必ずしも一定値にならない場合であっても、値ΔＶに関して良好な線形性を確保することが可能になる。

また、ここでは外部磁界の影響を除外してマグネットサイズＭｓの適切値を求めている。しかしながら、外部磁界の影響を緩和するためには磁束密度の値が大きい方が好ましい。したがって、実際のマグネットサイズＭｓとしては、上記数式（２）または数式（３）の関係を満たした上で、上記のシミュレーションによる評価値Ｆが所定の基準を満たす値を採用することが好ましい。

なお、ここでは、２つのホール起電力の和が一定値となるように、ホール素子２ａ，２ｂへの入力電圧を調整する制御を行う場合に、マグネットサイズＭｓを評価値Ｆに基づいて決定する技術を例示したが、これに限定されない。たとえば、処理回路３において加算部３４，演算部３６，電源制御部３７を設けず、ホール素子２ａ，２ｂへの入力電圧を調整する制御を行うことなく値ΔＶを位置出力として検出する場合に、上記と同様にして評価値Ｆ等に基づいてマグネットサイズＭｓを決定するようにしてもよい。これによっても、値ΔＶの線形性を向上させることが可能である。

＜Ｂ．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る位置検出装置１０Ｂ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２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１４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。図１４に示すように、この位置検出装置１０Ｂ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（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、白矢印ＡＸ，ＡＹで示すように、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ＢＤ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。

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）が求められる。

また、位置検出装置１０Ｂの磁石１の大きさは、Ｘ方向だけでなく、Ｙ方向にも上記の数式（３）の関係を満たすように定められている。ただし、これに限定されず、数式（２）の関係のみを満たすように定めてもよい。また、数式（３）の関係に加えて数式（４）の関係をも満たすように、他のパラメータＡｄ，Ｈｐの値を定めてもよい。

これによれば、Ｙ方向位置の測定においても、第１実施形態におけるＸ方向位置の測定と同様に、高精度な位置測定が可能になる。

また、この第２実施形態の位置検出装置１０Ｂ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２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。図１５は、変形例に係る位置検出装置１０Ｃを示す図である。例えば、この図１５に示すように、磁石１（１ｂ）は直方体形状のものであってもよい。これによれば、比較的安価に位置検出装置を構成することが可能である。ただし、精度向上のためには、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。

＜Ｃ．第３実施形態＞
この第３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１６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１６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１７は、手振れ補正装置１００の組立分解斜視図である。図１７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１８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１８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１８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１７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１９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１９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２０は、図１７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２１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２実施形態の変形例に係る位置検出装置１０Ｃ（図１５参照）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１ｂ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２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２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、高精度の位置計測結果を用いた高精度の駆動制御が可能となる。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１５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１５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。

＜Ｄ．第４実施形態＞
この第４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２２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２２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、高精度の位置計測結果を用いた高精度の駆動制御が可能となる。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。

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。 位置Ｘと値ΔＶと関係を示す図である。 比較例に係る位置検出装置の構成および磁束密度分布曲線を示す図である。 第１実施形態に係る位置検出装置の磁束密度分布曲線等を示す図である。 変形例に係る位置検出装置の磁束密度分布曲線等を示す図である。 異なるサイズの各磁石の磁束密度分布曲線を示す図である。 図１１の各磁束密度分布曲線に対する位置指標値を示す図である。 図１２の各磁束密度分布曲線の線形性を示す図である。 第２実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。 さらなる変形例に係る位置検出装置を示す斜視図である。 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〜２ｄ ホール素子
３ 処理回路
１０Ａ〜１０Ｃ，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
Ａｄ 許容移動量
Ｈｐ 素子間距離
Ｍｓ マグネットサイズ

Claims (16)

1. 互いに離間して配置される１組の磁気センサ対と、
   前記１組の磁気センサ対の離間方向に前記１組の磁気センサ対に対して相対移動するとともに、前記相対移動する方向および前記１組の磁気センサ対の配置面に対して垂直な方向に沿って、順次にＮ極およびＳ極となるように磁化されている磁力発生体と、
   前記１組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１組の磁気センサ対との間の相対位置を検出する制御手段と、
   を備え、
   前記１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは前記１組の磁気センサ対の離間距離以上であり、
   前記制御手段は、前記１組の磁気センサ対の各出力値の大きさの差分値を位置出力として検出し、
   前記磁力発生体の長さは、該磁力発生体の長さが前記１組の磁気センサ対の離間距離に対して段階的に変更された長さのなかで、前記磁力発生体の位置変化に対する前記差分値の変化を示す曲線と、前記変化を示す曲線について求めた回帰直線とのずれ量の最大値が最小となる長さに定められてい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１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは、前記１組の磁気センサ対の離間距離と前記磁力発生体の許容移動量との合計値以上であることを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項１に記載の位置検出装置において、
   前記１組の磁気センサ対の離間方向において、前記磁力発生体の長さは、前記１組の磁気センサ対の離間距離以上に設定された前記磁力発生体の許容移動量と、前記１組の磁気センサ対の離間距離との合計値以上であ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、
   前記磁力発生体としての永久磁石が移動部材に取り付けられ、
   前記１組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。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の位置検出装置において、
   前記制御手段は、前記１組の磁気センサ対の各出力値の大きさの和が一定値になるように前記１組の磁気センサ対の各入力値を制御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１組の磁気センサ対の離間方向である第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別の１組の磁気センサ対、
   をさらに備え、
   前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは前記別の１組の磁気センサ対の離間距離以上であることを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項６に記載の位置検出装置において、
   前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは前記別の１組の磁気センサ対の離間距離と前記磁力発生体の許容移動量との合計値以上であることを特徴とする位置検出装置。
8. 請求項７に記載の位置検出装置において、
   前記第２の方向において、前記磁力発生体の長さは前記別の１組の磁気センサ対の離間距離以上に設定された前記磁力発生体の許容移動量と、前記別の１組の磁気センサ対の離間距離との合計値以上であることを特徴とする位置検出装置。
9. 請求項６から請求項８のいずれか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の方向とは直交することを特徴とする位置検出装置。
10. 請求項９に記載の位置検出装置において、
    前記１組の磁気センサ対と前記別の１組の磁気センサ対とを構成する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。
11. 請求項１０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。
12. 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、
    前記磁力発生体は、角柱形状を有していることを特徴とする位置検出装置。
13. 手振れ補正機構であって、
    請求項１から請求項１２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。
14. 撮像装置であって、
    請求項１から請求項１２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。
15. 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１２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。
16. 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１２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。

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