JP4941104B2 - 位置検出装置、駆動装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、磁界の変化を検出することによって可動体の位置を検出する位置検出装置、及びその位置検出装置を搭載した駆動装置に関し、特に、デジタルカメラなどの撮像装置や光ピックアップなどの光学機器におけるレンズ駆動機構などに適用される位置検出装置、駆動装置駆動に関するものである。

特許文献１及び２には、可動部材の位置を、可動部材に付設した磁界発生部材による磁界の変化として、磁界検出手段によって検出する位置検出装置が記載されている。

図１１に、特許文献１に記載されている位置検出装置の概略構成を示す。図１１に示す位置検出装置１００は、Ｎ極に着磁された幅１／２δのＮ極部１０２と、Ｓ極に着磁された幅１／２δのＳ極部１０３とが交互に繰り返して配置された磁界発生部材１０４と、２つの磁界検出素子１０５ａ，１０５ｂとを有する。磁界発生部材１０４の磁極の周期は、δである。２つの磁界検出素子１０５ａ，１０５ｂは、（１＋１／４）δの距離の間隔をおいて設けられている。アンプ１０６ａ，１０６ｂで増幅した磁界検出素子１０５ａ，１０５ｂからの検出信号Ａ，Ｂは、演算装置１０７で演算処理されて出力される。

このように、２つの磁界検出素子１０５ａ，１０５ｂが磁界周期δに対し１／４周期分だけ間隔をおいて設けられているのは、位置検出の線形性が最もよくなるためである。すなわち、可動部材の移動方向に対し略正弦波状に変化する磁界を２つの磁界検出素子で検出する場合、２つの磁界検出素子の間隔を（ｎ＋１／４）δとすることによって、位置検出精度を高めることができる。

また、図１２に特許文献２に記載されている位置検出装置の概略構成を示す。図１２に示す位置検出装置１１０は、厚み方向にＮ極とＳ極とが配置された２つの磁石１１３ａ，１１３ｂをその側辺同士を対向させて配置した磁界発生部材１１４と、２つの磁界検出素子１１５ａ，１１５ｂを有する。この位置検出装置は、磁界発生部材１１４が各１つのＮ極とＳ極で構成されている点において図１１に示す位置検出装置と異なり、また、２つの磁界検出素子の間隔についての開示はなく、図面上は、磁界発生部材１１４を構成する磁石１１３ａ，１１３ｂの長さ寸法に対し１／１０程度の間隔となっている。

また、図１３に特許文献１に記載されている他の構成の位置検出装置の概略構成を示す。図１３に示す位置検出装置は、厚み方向にＮ極とＳ極とが配置された２つの磁石１２３，１２４をその側辺同士を対向させて配置し、間に不着磁部１２５を配置した磁界発生部材１２１と、２つの磁界検出素子１２６ａ，１２６ｂを備えた磁界検出手段１２２を備える。アンプ１２７ａ，１２７ｂで増幅した磁界検出素子１２６ａ，１２６ｂからの検出信号Ａ，Ｂは、演算装置１１２８で演算処理されて出力される。

また、特許文献１には、上記構成の位置検出装置において、磁界発生部材１２１及び２つの磁界検出素子の間隔について開示されており、磁界発生部材は、例えば、全長が６．２ｍｍ、幅が２．５ｍｍ、厚みが１．０ｍｍであり、２つの磁界検出素子１２６ａ，１２６ｂの間隔は１．６ｍｍであることが開示されている。この数値から演算すると、２つの磁界検出素子１２６ａ，１２６ｂの間隔は、磁界周期の略１／３．８７となっており、上記の通り、線形性を高めるために磁界周期δに対し略１／４周期の間隔が設けられている。
特開２００６−２９２３９６号公報 特開平１−１５０８１２号公報

しかし、図１２及び図１３に示すそれぞれ１つのＳ極とＮ極が設けられている磁界発生部材を有する位置検出装置においては、位置検出の高い線形性が確保することが困難であり、さらに高精度の位置検出を行うことができる位置検出装置が求められていた。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、コンパクトで線形性の高い位置検出装置、駆動装置及び光学機器を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の位置検出装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、進退可能に構成された可動部材に一体的に付設され、可動部材の進退方向にＮ極及びＳ極が各１極のみ着磁されて表面磁束密度が可動部材の進退方向に変化するように構成された磁界変化を有する磁界発生部材と、
前記可動部材の進退動作に基づく前記磁界発生部材の移動に伴う磁界変化を検出し、間隔Ａをおいて前記可動部材の進退方向に並べて配置された２つの磁界検出素子を備える磁界検出手段と、
前記磁界検出手段の検出信号に基づいて、前記可動部材の位置を求める演算手段とを備え、
前記磁界発生部材は、厚さ方向に正着磁された矩形状の第１磁石と、厚さ方向に負着磁された矩形状の第２磁石とを備えており、前記第１磁石と第２磁石の側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈しており、前記進退方向長さＬ、厚さｔを有し、
前記磁界検出手段を構成する２つの磁界検出素子の間隔Ａは、
Ｌ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２
となるように構成されていることを特徴とする、位置検出装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記第１磁石と第２磁石とは、非着磁部分を間にして側辺同士を対向させて固着されていることを特徴とする、第１態様の位置検出装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記磁界検出素子は、ホール素子であることを特徴とする、第１又は第２態様の位置検出装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、第１から第３態様のいずれか１つの位置検出装置と、
前記磁界検出手段が固定されたフレームに一端が固定され、前記可動方向に伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の他端に連結され、前記可動部材が摩擦係合する案内軸と、
を備えることを特徴とする駆動装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、少なくとも１つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器であって、
第４態様の駆動装置における可動装置が、前記光学素子を保持して該光学素子をその案内軸上に進退動作させる保持体として機能するように構成したことを特徴とする光学機器を提供する。

本発明の第６態様によれば、光学素子の光軸と、可動部材の進退方向とが平行になるように、光学素子が可動部材により保持されていることを特徴とする第５態様の光学機器を提供する。

本発明の第７態様によれば、光学機器が撮像装置であり、光学素子が、その撮影光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする第５態様の光学機器を提供する。

本発明の第８態様によれば、光学機器が光ピックアップ装置であり、光学素子が、その光ピックアップ光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする第５態様の光学機器を提供する。

本発明の第９態様によれば、光学素子が、光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成されていることを特徴とする第８態様の光学機器を提供する。

本発明によれば、各１つのＳ極及びＮ極を有する磁界発生部材と、２つの磁界検出素子を備える磁界検出手段を備える位置検出装置においては、２つの磁界検出素子の間隔Ａを磁界周期の１／４よりも磁界発生手段の厚み寸法によって決定する寸法だけ大きくすることによって、線形性を高めることができる。すなわち、各１つのＳ極及びＮ極を有する磁界発生部材においては、磁界発生部材の両端に発生する磁界は、外側の磁石の影響がないため、磁束が大きく磁石を回り込むことになる。そのため、磁束がフラットになる位置は、磁界発生部材の端部より外側になる。したがって、磁界検出部材によって検出される検出値が同一方向で０クロスする間隔は、磁界発生部材の磁石の寸法よりも広くなる。すなわち、上記構成においては、磁界検出部材によって検出される磁界周期が、磁界発生部材を構成する磁石の両極間の距離よりも長くなる。したがって、磁界周期の１／４よりも若干長い間隔を設けることによって、位置検出装置の位置検出精度を高めることができる。

また、第１態様の位置検出装置によれば、正着磁部と負着磁部とが直線的に入れ替わることから、可動部材の微小な移動でも大きな磁界変動を生じさせることが可能であるので、可動部材が比較的狭い範囲で可動する装置において検出精度を高めることができる。

また、磁界検出素子としてホール素子を用いれば、一般にホール素子は小型であることから、装置への組み込み性にすぐれ、安価であるため、位置検出装置を小型かつ安価に提供することができる。

また、本発明の第４態様の駆動装置によれば、検出精度の高い位置検出装置と電気機械変換素子を用いた駆動装置とを組み合わせることによって、小型で検出精度が高い駆動装置を提供することができる。

第５態様若しくは第６態様にかかる光学機器によれば、各種の光学機器が備えている光学素子の光軸上への移動制御を、本発明の上記のいずれかの態様の駆動装置により行うよう構成しているので、低コスト且つ簡便な構成で、しかも可動部材の位置検出を動作環境変化に影響されることなく精度良く行うことができる。

第７態様にかかる光学機器によれば、デジタルカメラ等の撮像装置において、その撮影光学系に組み付けられているズームレンズ等の駆動を、低コスト且つ簡便な構成で、しかも動作環境変化に影響されず精度良く行わせることができる。

第８態様にかかる光学機器によれば、光ピックアップにおいて、そのピックアップ光学系に組み付けられているレンズ等の駆動を、低コスト且つ簡便な構成で、しかも動作環境変化に影響されず精度良く行わせることができる。また、第９態様にかかる光学機器によれば、上記いずれかの態様の駆動装置により収差補正を行わせる構成であり、当該駆動装置の利便性をより向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る位置検出装置を用いた駆動装置について、図面を参照しながら説明する。

（全体構成）
図１は本発明の実施形態にかかる位置検出装置を搭載した駆動装置Ｓのシステム構成図である。この駆動装置Ｓは、圧電アクチュエータＰ（駆動手段）と、この圧電アクチュエータＰを駆動させる駆動回路４及び制御回路５と、圧電アクチュエータＰが備える可動部材３に一体的に付設されその進退方向に表面磁束密度が変化されている磁界発生部材７と、この磁界発生部材７により生成される磁界を検出する磁界検出手段６と、該磁界検出手段６の検出信号に基づいて前記可動部材３のポジションを求める検出回路８とを備えている。なお、前記磁界検出手段６、磁界発生部材７、及び検出回路８は、可動部材３の位置センサ部を構成する。

圧電アクチュエータＰは、電気機械変換素子１と、該電気機械変換素子１の一端に固定された駆動部材（案内軸）２と、該駆動部材２上に移動可能に保持された可動部材３とから構成されている。前記電気機械変換素子１としては、ピエゾ素子等の圧電素子を好適に用いることができる。電気機械変換素子１（以下、圧電素子１という）の電歪方向（伸縮方向）の一端側には、前記駆動部材２が接着等の手法により固着されており、前記圧電素子１の伸縮動作により図中矢印ａの方向へ移動されるようになっている。一方、圧電素子１の他端側は固定部９（当該駆動装置Ｓの本体ボディ等）に固定されており、これにより圧電素子１の伸長方向が規制されている。

可動部材３は、例えばレンズ鏡筒や精密ステージの可動片等の被駆動体に対して移動力を与える部材である。この可動部材３は貫通孔を備えており、この貫通孔に前記駆動部材２が挿通される態様で、所定の摩擦係合力をもって駆動部材２に取り付けられている。

図２Ａ及び図２Ｂは、上記のような圧電アクチュエータＰの動作原理を説明するための図であり、図２Ａは駆動部材２上における可動部材３の進退動作状態を示す模式図であり、また図２Ｂは駆動部材２の軸変位を時間軸に示したグラフ図である。つまり、図２Ｂに示すような軸変位動作を駆動部材が為すように、圧電素子１に対して鋸歯状の駆動パルス電圧が与えられるものである。なお、図２Ａ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各状態図と、図２Ｂ中に付記している記号（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の時間ポイントとは一致させて描いている。

先ず図２Ａ（ａ）の状態を初期状態とすると、図２Ａ（ｂ）の状態に移行するとき、すなわち繰り出し方向へ伸長するとき、図２Ｂのグラフ図に示すように、圧電素子１（駆動部材２）は緩やかに伸び変位する。これに伴って駆動部材２も緩やかな速度で繰り出し方向に移動されることから、駆動部材２に摩擦係合された可動部材３は、その摩擦係合力により同期追随して変位する。次に、図２Ａ（ｂ）から図２Ａ（ｃ）の状態へ移行するとき、つまり圧電素子１に前記鋸歯状駆動パルス電圧の急峻な立下がり部の電圧が印加された場合、圧電素子１は急速に縮み変位する。これに伴って駆動部材２も急峻な速度で戻り方向に移動されることから、可動部材３と駆動部材２の摩擦係合部に滑りが生じることとなる。この滑りにより、可動部材３は駆動部材２の軸変位に追随して変位せず、戻り方向に僅かに戻るようになる。このような動作が繰り返されることにより、可動部材３は駆動部材２の軸上を圧電素子１から離れる方向に移動されるものである。

本実施形態において用いられる駆動手段としては、上記の圧電アクチュエータＰのように、いわゆる「非磁力源タイプ」の駆動手段を用いることが望ましい。具体的には、駆動手段が備える可動部材３の進退に伴って生じる表面磁束密度が０．１ｍＴ以下のものである一方、磁界発生部材７が発生する表面磁束密度の最大値が１ｍＴ以上とすることが望ましい。このように、駆動手段の動作により発生される表面磁束密度を、磁界発生部材７が発生する表面磁束密度の１／１０程度以下に抑制することで、漏れ磁束により磁界検出手段６の検出信号が乱されず、可動部材３の高精度な位置決めが達成できるようになる。

このような「非磁力源タイプ」の駆動手段としては、上記構成の圧電アクチュエータＰのほか、超音波モータを用いて可動部材３を進退動作させる超音波アクチュエータや、形状記憶部材を用いて可動部材３を進退動作させる形状記憶アクチュエータなどを例示することができる。

図１に戻って、制御回路５は、図示省略の上位コンピュータなどから与えられる位置指令（可動部材３の変位指令）を受け取り、可動部材３を指令位置に移動させるための駆動制御信号を生成する。この駆動制御信号は、前記検出回路８から送信される可動部材３の位置信号と、前記位置指令に基づく位置信号との差に応じ、可動部材３が所定の移動量だけ移動するように生成される。

このように生成された駆動制御信号は、駆動回路４に入力される。駆動回路４は、前記駆動制御信号に基づいて、可動部材３が所定の移動量だけ移動するよう、圧電素子１を駆動させる駆動信号を生成し、圧電素子１を実際に駆動させる。

磁界発生部材７は、前記可動部材３に一体的に付設され、可動部材３の進退動作に応じてその進退方向に磁界発生部材７も移動されるよう構成されている。この磁界発生部材７は、可動部材３に直接的に固定しても良いが、可動部材３に取り付けられる被駆動部材に固定する等して、間接的に可動部材３に取り付けるようにしても良い。この磁界発生部材７としては、可動部材３の進退方向に表面磁束密度が変化されたものが用いられる。表面磁束密度の変化態様としては特に制限はなく、固定的に配置されている磁界検出手段６に対して、自身の進退移動による表面磁束密度変化が作用する変化態様を具備していれば良い。その具体例については、後に詳述する。

磁界検出手段６は、前記可動部材３の進退動作に基づく磁界発生部材７の移動に伴う磁界変化を検出するもので、前記磁界発生部材７の移動経路近傍に固定的に並置された第１の磁界検出素子６Ａと第２の磁界検出素子６Ｂとを備えている。また、この実施形態では、二つの磁界検出素子６Ａ、６Ｂを可動部材３の移動方向に沿って並置した例を示しているが、磁界発生部材７としてその進退方向の面において直交する方向にも表面磁束密度変化が現れるものを用いた場合は、前記直交方向に複数の磁界検出素子を並置するよう構成することもできる。

上記磁界検出素子６Ａ、６Ｂとしては、各種の磁気センサを用いることができる。代表的なものとして、磁気抵抗効果用いたＭＲ素子やホール効果を用いたホール素子など、検出された磁界に応じて電気信号を出力する磁界検出素子を例示することができる。このうちホール素子は、一般に小型であってこの種駆動装置Ｓへの組込み性に優れ、また安価であることから、好適に用いることができる。

検出回路８は、前記磁界検出手段６の検出信号に基づいて、可動部材３のポジションを求める演算手段として機能する。すなわち、前記第１の磁界検出素子６Ａ及び第２の磁界検出素子６Ｂによりそれぞれ検出された磁界検出信号が検出回路８に入力され、当該２つの磁界検出信号を増幅、演算することで、可動部材３の現在位置情報である位置信号が生成される。ここで生成された位置信号は、前記制御回路５へ出力される。

（位置検出装置の構成）
図３Ａは、この駆動装置Ｓにおいて位置検出装置を構成する部分、すなわち磁界検出手段６、磁界発生部材７、および検出回路８から構成される位置検出装置の一例を詳細に示した構成図である。この実施形態においては、磁界発生部材７として、可動部材３の進退方向に沿って、正着磁が支配的な１つの正着磁部と、負着磁が支配的な１つの負着磁部とを備えるものが用いられている。このような磁界発生部材７であれば、正着磁部、負着磁部という磁気発生条件が可動部材３の進退方向に異なる磁界発生部材が、可動部材３の進退に応じて移動するので、可動部材の進退による磁界変動が大きくなるという利点がある。

その具体的な構成として、図３Ａでは、厚さ方向に正着磁（つまり、磁界検出手段６に対向する面がＮ極で、その裏面がＳ極）された矩形の第１磁石７Ａと、厚さ方向に負着磁（つまり、磁界検出手段６に対向する面がＳ極で、その裏面がＮ極）された矩形の第２磁石７Ｂとを備えており、前記第１・第２磁石７Ａ、７Ｂの側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈する磁界発生部材７を例示している。したがって、磁界発生部材７の表面磁束密度は、その進退方向に対して、図中左端近傍で正の最大値をとり、中央部でゼロとなり、図中右端近傍で負の最大値（絶対値）をとる。磁界発生部材７の寸法としては、厚み方向寸法ｔが例えば、１．２ｍｍであり、長さ方向寸法Ｌが４．８ｍｍであり、高さ寸法Ｈは例えば１．５ｍｍである。

このように構成することにより、第１の磁界検出素子６Ａ及び第２の磁界検出素子６Ｂにより検出される磁界は、第１磁石７２Ａと第２磁石７２Ｂとの境界部分の、各磁界検出素子における検出ポイントの通過の前後により大きく変化するので、同様に可動部材３の可動範囲が比較的狭い駆動装置Ｓに適している。

さらに磁界発生部材７は、第１磁石７２Ａと第２磁石７２Ｂとの複着磁方式としているので、該磁界発生部材７２が発生する磁束は、対向配置されている磁界検出手段６を直交する方向（図面奥側から手前へ伸びる方向）に貫通することになる。従って、磁界検出手段６に作用する磁束が多くなり、感度良く磁界検出を行うことができる。

このような磁界発生部材７が磁界検出手段６に対向するよう可動部材３に固定されている。そして、磁界発生部材７の進退方向に沿って第１の磁界検出素子６Ａと第２の磁界検出素子６Ｂとが間隔Ａ（例えば，１．５ｍｍ）をおいて固定的に並置されている。従って、磁界発生部材７が矢印ａの方向に移動すると、第１の磁界検出素子６Ａおよび第２の磁界検出素子６Ｂ周辺の磁界が、磁界発生部材７から与えられる表面磁束密度の変化に応じてそれぞれ変化するため、第１、第２の磁界検出素子６Ａ、６Ｂが検出する出力信号も変化することとなる。しかも、第１の磁界検出素子６Ａと第２の磁界検出素子６Ｂは、間隔Ａをおいて配置されているため、両者が同時刻において検出する磁束密度は、磁界発生部材７の異なる位置を検出し、異なる検出信号が発生される。

磁界発生部材７の進退方向の幅は、可動部材３がその移動ストローク範囲において如何なる位置にあっても、磁界発生部材７と磁界検出手段６との対向関係を確保できる長さに選定しておくことが望ましい。すなわち、磁界検出手段６が、可動部材３と一体的に進退動作を行う磁界発生部材７に対向して固定的に配置される場合において、可動部材３の進退動作領域の全域に亘り、磁界発生部材７からの磁力線が磁界検出手段６に作用するよう、磁界発生部材７の形状を選定することが望ましい。このような構成であれば、可動部材３が全ストローク範囲において可動部材３の位置検出が行えるので好ましい。なお、磁界発生部材７と磁界検出手段６との間隙は、離れすぎると検出精度が低下し、近すぎると磁石７と磁気センサ６が接触する危惧があるため、０．１〜１．２ｍｍ程度に設定することが望ましい。

２つの磁界検出素子６Ａ，６Ｂの間の間隔Ａは、磁界発生部材７の長さ寸法及び厚み寸法に応じて算出される値をとることが好ましい。すなわち、２つの磁界検出素子６Ａ，６Ｂの間隔Ａは、２つの磁界検出素子６Ａ，６Ｂから出力される検出信号の値を異ならせ、２つの信号からの出力によって可動部材３の位置検出の精度を高めるためであり、最も位置検出の精度が高まるように調整されるべきものである。

そして、一般には、間隔Ａは、磁界周期の１／４程度とすることが好ましいが、本実施形態では、磁界周期（すなわち、磁界発生部材７の長さ寸法Ｌ）の１／４よりも若干長く調整されており、その調整分は、磁界発生部材７の厚み寸法ｔによって決定される数値である。以下、この理由について詳細に説明する。

図４は、正磁着と負磁着が繰り返し行われている磁界発生部材７ｘの磁界の変動方向に沿って磁界検出素子６ｘが相対移動する場合の模式図と磁界検出素子６ｘからの出力信号値を示す図である。図４に示す位置検出の構造がとられている場合は、ｘ軸方向に繰り返し設けられている磁界に対して、ｘ軸方向に磁界検出素子６ｘが相対移動する。そして、磁界発生部材７ｘから発生する磁束Ｍは、図４（ａ）に示すように、Ｎ極から隣り合うＳ曲へ磁界発生部材の７ｘの表裏側にわたって延在することがない。よって、磁界検出素子６ｘ側に発生する磁束Ｍのみが磁界検出素子６ｘの検出信号の出力値を決定する。磁界検出素子６ｘは、磁束Ｍのｚ軸方向の成分のみを検出することから、正磁着と負磁着の境界部分では、出力値が０となり、正磁着と負磁着の中央部分での出力値が最大となる。よって、磁界のからの出力値は、図４（ｂ）に示すように、正弦波となる。

この場合磁界検出素子６ｘの出力信号の周期は、磁界周期（すなわち着磁ピッチＬの寸法）に一致する。したがって、２つの磁界検出素子６ｘを用いて位置検出を行う場合、単純に、２つの磁界検出素子６ｘを磁界検出素子６ｘの出力値の周期の１／４だけの間隔をおいて配置することにより、位置検出の精度を高めることができる。

これに対して、正磁着及び負磁着がそれぞれ１箇所である場合は、このように２つの磁界検出素子６ｘの間隔を設定すると、誤差が大きくなる。図５は、正磁着と負磁着が１つずつである磁界発生部材７ｘの磁界の変動方向に沿って磁界検出素子６が相対移動する場合の模式図と磁界検出素子６ｘからの出力信号値を示す図である。上記構成が採用されている場合は、磁界発生部材７ｘから発生する磁束Ｍは、図５（ａ）に示すように、磁界発生部材７ｘの中央部分では、磁界検出素子側に発生するが、両端では、さらに外側に着磁部分がないため、同じ着磁部分を回り込みながら同じ着磁部分の表裏間で発生する。その結果、磁界発生部材７ｘの両端位置における磁界検出素子６ｘの検出値は０にはならず、磁界発生部材７ｘの外側の点ｆの部分で検出値０となる。点ｆの位置は、同じ着磁部分を回り込む磁束によって決定するため、磁界発生部材７ｘが厚ければ、より大きな弧の磁束となり外側へシフトすることとなる。

よって、磁界検出素子６ｘの出力信号は、略正弦波に近い値となるが、その周期は、磁界周期（すなわち着磁ピッチＬの寸法）よりも長くなり、点ｆ、ｆ間の距離となる。そして、その磁界周期に対しての延長分αは、磁界発生部材７ｘの厚み寸法により変動する。

以上の理由により、本実施形態では、隣り合う２つの磁界検出素子６Ａ，６Ｂの間隔Ａを磁界周期（すなわち、磁界発生部材７の長さ寸法Ｌ）の１／４よりも長くし、Ｌ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２の範囲となるように設定する。

この実施形態において、検出回路８は、演算増幅器からなる第１の加算器８Ａ及び第２の加算器８Ｂと、第１の加算器８Ａ及び第２の加算器８Ｂの出力値に基づいて演算処理を行う演算器８Ｃとを備えている。

第１の加算器８Ａは、第１の磁界検出素子６Ａが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第１の磁界検出素子６Ａのプラス側端子６１Ａが第１の加算器８Ａの非反転入力端子に接続されている。また第１の磁界検出素子６Ａのマイナス側端子６２Ａは、第１の加算器８Ａの反転入力端子に接続されている。

一方第２の加算器８Ｂは、第２の磁界検出素子６Ｂが磁界を検出して出力する出力電気信号を増幅するもので、第２の磁界検出素子６Ｂのプラス側端子６１Ｂが第２の加算器８Ｂの反転入力端子に接続されている。また第２の磁界検出素子６Ｂのマイナス側端子６２Ｂは、第２の加算器８Ｂの非反転入力端子に接続されている。

このように、第１の磁界検出素子６Ａと第２の磁界検出素子６Ｂとで、それぞれ第１の加算器８Ａ及び第２の加算器８Ｂへ接続する極性を変えているのは、第１の磁界検出素子６Ａは磁界発生部材７のＮ極磁束を支配的に検知し、一方第２の磁界検出素子６Ｂは磁界発生部材７のＳ極磁束を支配的に検知することから、極性を反転させることで後段の演算器８Ｃにおいて、演算処理を容易に行うためである。

（光学機器への適用）
図６は、本発明における駆動装置Ｓを、デジタルカメラ等の撮像装置や光ピックアップ装置等の光学機器における光学素子の駆動系に応用した場合の構成例である。すなわち、少なくとも一つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器において、上記で説明した駆動装置Ｓにおける可動部材３に光学素子を保持させ、該光学素子をその案内軸上に進退動作させるようにした実施形態を示している。

図６では、駆動される光学素子としてレンズホルダ１１で保持されたレンズ１２を例示している。このレンズ１２は、適用される光学機器が撮像装置である場合は、その撮影光学系の一部を構成するレンズ（ズームレンズ）であり、適用される光学機器が光ピックアップ装置である場合は、その光ピックアップ光学系の一部を構成するレンズである。

この実施形態にかかる光学機器は、前述のレンズホルダ１１で保持されたレンズ１２と、このレンズ１２を進退動作させる圧電アクチュエータＰと、レンズホルダ１１の側縁に固着される磁界発生部材７と、該磁界発生部材７に対向配置された第１の磁界検出素子６Ａ及び第２の磁界検出素子６Ｂを備える磁界検出手段６と、レンズホルダ１１をガイドする副軸１０とを備えて構成されている。

レンズホルダ１１は、その一端側が圧電アクチュエータＰの可動部材３に取り付けられ（保持され）ている。このレンズホルダ１１の取り付けは、レンズ１２の光軸と、可動部材３の進退方向（つまり駆動部材２の延在方向）とが平行になる位置関係とされている。一方、レンズホルダ１１の他端側には貫通孔が設けられており、前記貫通孔に副軸１０が挿通されている。従ってレンズホルダ１１は、圧電アクチュエータＰの可動部材３により進退動作力が与えられ、副軸１０によりガイドされつつ進退動作する（図６の上下方向の動作）ようになっている。なお、圧電アクチュエータＰの圧電素子１は、該光学機器の本体ボディに設けられている取り付け部９０に固定されている。

磁界発生部材７は、可動部材３に直接的に取り付けられるのではなく、レンズホルダ１１の他端側（副軸１０の側）の側縁部に固定されている。そして磁界検出手段６は、磁界発生部材７に対向するよう配置されている。この磁界検出手段６及び磁界発生部材７については、上述の図３Ａの構成が採用されている。

このような構成の光学機器によれば、撮影光学系や光ピックアップなどの光学素子の位置決めは、光軸方向に対する傾き精度が厳しく、優れた直進性と、高い位置決め精度が要求されるところ、前記圧電アクチュエータＡを使用して光学素子（レンズ１２）を駆動するので、駆動部材２そのものが案内軸の機能を有しているため優れた直進性を有し、また磁界検出手段６により検出された可動部材３の位置情報を用いてフィードバック制御することで、高い位置決め精度を達成できる。

さらに、第１の磁界検出素子６Ａ及び第２の磁界検出素子６Ｂから出力される２つの出力信号に基づいて可動部材３の位置検出を行うので、実質的に当該光学機器の動作環境温度変化の影響を受けることなく、正確に位置検出を行うことができる。また、第１の磁界検出素子６Ａ及び／又は第２の磁界検出素子６Ｂの出力値に基づいて温度算出部８０３により温度を算出し、この温度情報に基づいて位置補正信号生成部８０６にて位置補正信号を生成し、制御駆動信号に対して動作環境温度に応じた補正を加える構成としているので、被駆動部材である光学素子（レンズ１２）にサイズ的な温度依存性があったとしても、正確な移動制御を行えるという利点がある。すなわち、光学機器における光学系全体の温度特性を補償することができるようになる。

なお、図３Ａに示した実施形態では、磁界発生部材７を副軸１０側に取り付けた例を示したが、他の位置、例えば、レンズホルダ１１の直下に設けるようにしてもよい。

さらに、磁界発生部材７と磁界検出手段６との配置関係を入れ替える構成、すなわち可動部材３もしくはレンズホルダ１１の可動部分に磁界検出手段６を配置し、固定部分に磁界発生部材７を配置してもよい。この場合においても、上記と実質的に同様な動作を行わせることが可能である。

また上記構成において、光ピックアップ光学系のレンズを被駆動部材とし、該レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成することもできる。すなわち、レンズの球面収差や色収差等に起因する像の乱れを補正するために、本発明にかかる駆動装置を用いてレンズを駆動させ、収差による影響が最小限に抑制できるよう構成しても良い。

（実施例）
図３Ａに示す位置検出装置を搭載した、図１に示す駆動装置を用いて、磁界発生部材７の位置に対する出力の変化を実験にて算出した。磁界検出装置の磁界発生部材７は、長さ寸法Ｌは４．８ｍｍ、高さ寸法Ｈは１．５ｍｍ、厚み寸法１．２ｍｍのものを用い、２つの磁界検出素子６Ａ，６Ｂの間隔Ａを１．０，１．２，１．４，１．６，１．８ｍｍと変化させた。磁界検出素子６Ａ，６Ｂと磁界発生部材７の間隔は０．５ｍｍとして固定した。
また、磁界発生部材７の使用ストロークを２．４ｍｍとした。

図７は、磁界検出素子６Ａ，６Ｂの出力信号である。それぞれの出力信号は、略正弦波形状となるが、両端において、原点に近似するように伸びる近似部分が発生した。また、間隔Ａによって、その周期のズレが変化することとなる。

図８に磁界検出素子６Ａ，６Ｂの出力値から算出された磁界発生部材の位置に対する出力の変化及びその出力変化のグラフの傾きを示すグラフである。グラフ中の横軸は、中央の原点からのシフト量、縦軸は、出力値の比を示している。図８において、実線が出力の変化の演算結果、破線が演算結果の微分値すなわち出力の変化の傾きを示している。図８（ａ）は、間隔Ａが１．０ｍｍの場合、図８（ｂ）は、間隔Ａが１．２ｍｍの場合、図８（ｃ）は、間隔Ａが１．４ｍｍの場合、図８（ｄ）は、間隔Ａが１．６ｍｍの場合、図８（ｅ）は、間隔Ａが１．８ｍｍの場合をそれぞれ示している。図８のグラフでは、グラフの傾きの変化が少ないほど線形性が高く、好ましい。図１に示すように、検出回路８の出力を制御回路５にフィードバックして可動部材３の位置決めを行う場合、ゲイン余裕を持たせる必要があるため、位置検出装置の感度の変化は５倍程度が限度である。よって、傾きの変化が比較的少ない間隔Ａが１．４ｍｍ、１．６ｍｍのものが好ましいと考えられる。

図８に示す演算結果より、線形性を求めた結果を図９に示す。線形性の指標は、傾きの値の最低値／最大値により算出される。上記の通り、磁界発生部材７の長さ寸法Ｌは４．８ｍｍであるから、間隔Ａが磁界周期の長さの１／４の１．２ｍｍよりも１．４ｍｍ，１．６ｍｍの方が線形性に優れており、間隔Ａが１．５ｍｍ付近で最も線形性が高くなるとの結果を得た。すなわち、従来において最適値と考えられていた磁界周期の１／４である１．２ｍｍに対して、測定結果の最適値は差分０．３ｍｍだけシフトしていることとなる。上記の通り、磁界発生部材の厚み寸法ｔは１．２ｍｍであるので、最適値のシフト分は磁界発生部材７の厚み寸法ｔの１／４に相当することとなる。また、シフト分０（すなわち間隔Ａ＝１．２ｍｍ）とシフト分が厚み寸法ｔの１／２である０．６ｍｍ（すなわち分間隔Ａ＝１．８ｍｍ）がほぼ同値となる。その結果、間隔Ａは、磁界発生部材７の長さ寸法Ｌの１／４よりも長く、シフト分が磁界発生部材７の厚み寸法ｔの１／２となるようにすることにより、線形性が高くなるとの結果を得た。

なお、同様の実験を磁界発生部材７の厚み寸法ｔを０．８ｍｍにしたことを除いて同条件で行った。このときの実験結果を図１０に示す。磁界発生部材７の厚み寸法を０．１ｍｍ薄くすることにより、線形性の最適値は、０．１ｍｍ小さくなることが判明した。すなわち、最も線形性がよくなる間隔Ａの条件としては、（Ｌ＋ｔ）／４であるという実験結果となった。また、間隔Ａは、Ｌ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２の範囲とすることで、より線形性を向上させることができるという結果となった。

上記実施例の変形例として、磁界発生部材を図３Ｂに示すように、中央部に非着磁部分を設けて構成しても、上記と同様の実験を行った結果、磁界発生部材の進退方向長さＬ及び厚さｔに基づき、間隔ＡをＬ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２の範囲とすることによって、線形性が向上するという結果を得た。なお、図３Ｂにおいては、第１の加算器及び第２の加算器の記載を省略している。

図３Ｂに示す磁界発生部材７１は、厚さ方向に正着磁（つまり、磁界検出手段６に対向する面がＮ極で、その裏面がＳ極）された矩形の第１磁石７１Ａと、厚さ方向に負着磁（つまり、磁界検出手段６に対向する面がＳ極で、その裏面がＮ極）された矩形の第２磁石７１Ｂとを備えており、第１・第２磁石７１Ａ、７１Ｂの側辺同士の間に非着磁部分７２を挟むようにして第１・第２磁石７Ａ、７Ｂを対向させて固着した略四角形状を呈する構成を採用する。磁界発生部材７１の寸法は、例えば、進退方向長さ寸法Ｌが５．０ｍｍ、厚さ寸法ｔが０．８ｍｍ、高さ寸法Ｈは１．４ｍｍである。また、非着磁部分７２の進退方向長さ寸法Ｗは１ｍｍであり、第１の磁界検出素子６Ａと第２の磁界検出素子６Ｂの間隔Ａは例えば１．５ｍｍ、磁界検出素子６Ａ，６Ｂと第１・第２磁石７１Ａ、７１Ｂの間隔は０．４８ｍｍである。

上記のように第１・第２磁石７１Ａ、７１Ｂの間に非着磁部分７２を設けた場合であっても、磁界検出素子６Ａ，６Ｂの間隔ＡをＬ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２の範囲とすることによって、線形性が向上するという結果を得た。

本発明の実施形態にかかる位置検出装置を搭載した駆動装置のシステム構成図である。 摩擦駆動型の圧電アクチュエータの動作原理を説明するための説明図である。 摩擦駆動型の圧電アクチュエータの駆動軸変位を表す説明図である。 本発明にかかる駆動装置の位置センサ部分を詳細に示した構成図である。 本発明にかかる駆動装置の位置センサ部分の変形例を詳細に示した構成図である。 正磁着と負磁着が繰り返し行われている磁界発生部材の磁界の変動方向に沿って磁界検出素子が相対移動する場合の模式図（ａ）と磁界検出素子からの出力信号値を示す図（ｂ）である。 正磁着と負磁着が１つずつである磁界発生部材の磁界の変動方向に沿って磁界検出素子が相対移動する場合の模式図（ａ）と磁界検出素子からの出力信号値を示す図（ｂ）である。 図１の駆動装置を、光学機器における光学素子の駆動系に応用した場合の構成例を示す構成図である。 磁界検出素子６Ａ，６Ｂの出力信号を示すグラフである。 磁界検出素子の間隔を異ならせた場合の磁界検出素子の出力値から算出された磁界発生部材の位置に対する出力の変化及びその出力変化のグラフの傾きを示すグラフである。 図８の算出結果に基づく線形性と間隔Ａとの関係を示すグラフである。 磁界発生部材の厚み寸法を０．８ｍｍとした場合の線形性と間隔Ａとの関係を示すグラフである。 従来の位置検出装置の構成を示す概略図である。 従来の他の位置検出装置の構成を示す概略図である。 従来のさらに他の位置検出装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 圧電素子
２ 駆動部材
３ 可動部材
４ 駆動回路
５ 制御回路
６ 磁界検出手段
６Ａ 第１の磁界検出素子
６Ｂ 第２の磁界検出素子
７ 磁界発生部材
７Ａ 矩形状の第１磁石
７Ｂ 矩形状の第２磁石
８ 検出回路
８Ａ 第１の加算器
８Ｂ 第２の加算器
８Ｃ 演算器
１０ 副軸
１１ レンズホルダ
１２ レンズ
Ａ 磁界検出素子の間隔
Ｌ 磁界発生部材の長さ寸法
ｔ 磁界発生部材の厚み寸法
Ｐ 圧電アクチュエータ

Claims (9)

1. 進退可能に構成された可動部材に一体的に付設され、可動部材の進退方向にＮ極及びＳ極が各１極のみ着磁されて表面磁束密度が可動部材の進退方向に変化するように構成された磁界変化を有する磁界発生部材と、
   前記可動部材の進退動作に基づく前記磁界発生部材の移動に伴う磁界変化を検出し、間隔Ａをおいて前記可動部材の進退方向に並べて配置された２つの磁界検出素子を備える磁界検出手段と、
   前記磁界検出手段の検出信号に基づいて、前記可動部材の位置を求める演算手段とを備え、
   前記磁界発生部材は、厚さ方向に正着磁された矩形状の第１磁石と、厚さ方向に負着磁された矩形状の第２磁石とを備えており、前記第１磁石と第２磁石の側辺同士を対向させて固着した略四角形状を呈しており、前記進退方向長さＬ、厚さｔを有し、
   前記磁界検出手段を構成する２つの磁界検出素子の間隔Ａが、
   Ｌ／４＜Ａ＜Ｌ／４＋ｔ／２
   となるように構成されていることを特徴とする、位置検出装置。
2. 前記第１磁石と第２磁石とは、非着磁部分を間にして側辺同士を対向させて固着されていることを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記磁界検出素子は、ホール素子であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つの位置検出装置と、
   前記磁界検出手段が固定されたフレームに一端が固定され、前記可動方向に伸縮する電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子の他端に連結され、前記可動部材が摩擦係合する案内軸と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
5. 少なくとも１つの光学素子が光軸上に配置された機構を備える光学機器であって、
   請求項４に記載の駆動装置における可動装置が、前記光学素子を保持して該光学素子をその案内軸上に進退動作させる保持体として機能するように構成したことを特徴とする光学機器。
6. 光学素子の光軸と、可動部材の進退方向とが平行になるように、光学素子が可動部材により保持されていることを特徴とする請求項５記載の光学機器。
7. 光学機器が撮像装置であり、光学素子が、その撮影光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする請求項５記載の光学機器。
8. 光学機器が光ピックアップ装置であり、光学素子が、その光ピックアップ光学系の一部を構成する光学素子であることを特徴とする請求項５記載の光学機器。
9. 光学素子が、光ピックアップ光学系のレンズであり、前記レンズが可動部材の進退動作により光軸方向に移動されることにより、収差補正が行われるよう構成されていることを特徴とする請求項８記載の光学機器。

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