JP5124879B2 - 位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器に関し、より詳細には、磁石とホールセンサを用いた位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器に関する。

近年、様々なセンサがあらゆるところで用いられるようになっている。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に用いられる手ブレ補正装置やズームやオートフォーカスのためのレンズ位置検出装置では、瞬時に高精度な位置検出を行う機能を有するセンサが必要となると同時に、近年機器全体の小型化の要求が強いことから、センサ自体の小型化が要求されている。さらには、長寿命化、埃や油（グリース）などの影響を受けにくい特性をもつセンサなど様々な要求がある。

このような要求をみたすために、センサとして磁気センサを用いた位置検出方法などが知られている。磁気センサとして、例えば、特許文献１に記載されている方法を変更・修正して行うことができる。すなわち、特許文献１の図３で示されているように、可動部に磁石を内包させ、その移動を複数個の磁気センサを用いて検出する方法である。

ここで、複数個の磁気センサを用いて、位置検出を行う原理及びその構成について説明する。

図４３は、磁気センサとして複数のホールセンサを用いた位置検出方法の説明図である。規定の間隔を隔てて配置された２個のホールセンサ１１，１２に対向して配置された永久磁石２３の側面方向（矢印方向）への移動による磁束密度の変化に応じて、２個のホールセンサ１１，１２のホール出力電圧がそれぞれ変化する。それらホール出力電圧の差分値を、差動信号処理回路により処理することにより、永久磁石２３の位置検出を行うことができる。この位置検出の際、永久磁石２３の移動方向は、２個のホールセンサ１１，１２を結ぶ直線に平行な状態となっている。

また、キャリブレーションの手間を省くため、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石２３の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように、その永久磁石２３のサイズや、ホールセンサ１１，１２の間隔や、ホールセンサ１１，１２と永久磁石２３との間隔を設計するのが一般的である。

この構成は、磁石とホールセンサの相対的移動範囲が数ｍｍ以内であれば、良好な特性を有しており、一眼レフデジタルカメラの手ブレ補正装置などでキーパーツとして使用されている。しかし、移動範囲が数ｍｍを超える領域では、機構全体が大きくなるという問題があり、実用化されていない。

また、広い温度範囲で高精度に位置検出を行う場合において、例えば、特許文献２で示された出力信号処理方法を用いて、ホールセンサや磁石の周囲温度変化による特性の変化を抑えて位置検出を行う場合もある。

さらに、狭い範囲での位置検出においては、部品点数を削減するために、例えば、特許文献４の図６で示されるような配置で、磁石と１個のホールセンサとを用いて１軸方向の位置検出を行うことも可能である。

また、狭い範囲で高い精度が求められる位置検出では、例えば、特許文献３のように磁石を２個使って特殊な配置で位置検出を行う場合もある。

一方、広範囲な位置検出を行う際には、エンコーダを用いる手法が一般的である。ただし、エンコーダを用いる場合は、センサからの信号を処理するカウンタなどを含む複雑な処理回路が必要になるという問題がある。また、移動装置とエンコーダとが脱調すると、所望の特性が得られないため、あまり高速な移動対象には不向きである。

さらに特許文献６で示されるように、磁気センサを３個以上使用し、広範囲な位置検出を行う場合もある。

また、広範囲で高精度を要求される位置検出では、特許文献５の図２で示されるような配置で、磁気センサからの出力に応じて、演算方法を切り替えることで位置検出を行う場合もある。

特開２００２−２８７８９１号公報 特開２００４−３４８１７３号公報 特開２００４−２４５７６５号公報 特開２００２−２２９０９０号公報 特開２００６−２９２３９６号公報 特開２００６−２１４７３６号公報

近年、非接触式で長寿命であり、埃やチリなどの影響を受けない磁気センサを用いて、広範囲で位置検出を実現したいという要求が増えている。さらに、デジタルカメラなどの携帯機器では小型化要求も強い。

後述する比較例（特許文献１に記載の方法）に記載の方法を用いて広範囲で位置検出を行う場合、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように設計すると、磁石のサイズや、２個のホールセンサの間隔、及びホールセンサと磁石との間隔が大きくなり、位置検出装置の小型化が困難であるという問題がある。

また、上述した特許文献３や特許文献４に記載されているような方法は、原理的に広い範囲においてホールセンサの出力が線形になるように磁石を配置するのが難しく、カメラのズームやオートフォーカスのためのレンズ位置検出装置で要求されるような、５ｍｍ以上の広範囲な位置検出は不可能であるという問題がある。

また、上述した特許文献５に記載されている方法は、磁石の移動距離方向のサイズが、位置検出範囲よりも長くなり、小型化には不向きであるという問題がある。さらには、磁石はＮ極とＳ極が２極ずつ具備され、磁気センサの感磁面に対して垂直に着磁されたものを使用するが、不着磁部のサイズによって、線形性が変化するため、不着時部のサイズを規定した特殊な磁石を用意する必要があるという問題もある。さらには、演算方法を切り替えて位置検出を行うため、不連続点が発生するという問題もある。

また、上述した特許文献６に記載されている方法は、広範囲になるに従い、磁気センサの間隔を広くしなければならず、小型化が困難であるという問題点がある。さらには、全移動範囲において高精度に位置検出することが困難であるという問題点もある。

このような理由により、現在までのところ、小型で位置検出範囲の０．１％程度という高精度で、連続的に位置検出が可能で、磁石を用いた位置検出装置は、磁石の移動距離が数ｍｍ以内のものしか実用化されていない。

そこで、本発明の目的は、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することが可能な位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器を提供することにある。

本発明の他の目的は、広範囲な距離を高精度にかつ連続的に検出することが可能な位置検出装置、および、その位置検出装置を用いた電子機器を提供することにある。

請求項１記載の発明は、基板上に少なくとも３個以上からなる複数の磁気センサを１組として移動方向に沿って配置され、前記複数の磁気センサの感磁方向が前記基板に対して垂直とされた磁束検出手段と、前記複数の磁気センサのうち前記移動方向に対して前記基板上の最外位置に配置された２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、前記複数の磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段とを具え、前記信号処理手段は、前記複数の磁気センサを搭載した前記基板に対して、前記磁束発生手段を前記移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことによって、位置検出装置を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサからの出力Ｖ１及びＶ２をそれぞれ実数倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力をそれぞれ実数倍した出力値の総和値Ｖ３を実数倍した出力値を含む総和値とを用いて、Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）、ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数、の関係式から求められる算出値Ｖｏを用いて位置検出を行うことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記磁気センサの総個数をｎ個としたとき、前記Ｖ３は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの３番目からｎ番目の磁気センサの出力をそれぞれＶ４、Ｖ５、Ｖ６、…、Ｖｎとした場合、Ｖ３＝ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６＋……＋ｍＶｎ、ただし、ｆ、ｇ、ｈ、ｍのうちどれか一つ以上はゼロではない実数、であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記関係式のうちｃは、ゼロであることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、前記関係式のうちｅは、ａＶ１＋ｂＶ２（ただし、ａ≠０かつｂ≠０の実数）であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサは、前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線上に配置されていないことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、前記磁石の移動範囲の中点とが同じであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、前記複数の磁気センサを、１つのパッケージに一体に封入したことを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、前記複数の磁気センサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを含まないことを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、前記複数の磁気センサは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの III−Ｖ族化合物半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、前記複数の磁気センサは、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、前記関係式のうち分母が一定となるように、前記複数の磁気センサの各入力値を制御した上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、前記関係式のうち分母が一定となるように、前記磁気センサの各出力値に補正ゲインを掛けた上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、位置検出装置と、前記位置検出装置からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構とを具えることによって、電子機器を構成したことを特徴とする。

請求項１７記載の発明は、前記ＡＦ機構及びＺｏｏｍ機構は、デジタルカメラ、又は携帯電話のオートフォーカスおよびズームを行うことを特徴とする。

本発明によれば、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができ、また、広範囲な距離を高精度に、かつ連続的に検出することが可能な、位置検出装置とその位置検出装置を用いた電子機器を作製することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１１に基づいて説明する。

＜構成＞
本例は、一軸上に整列した３個のホールセンサを使用する位置検出装置の例である。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置検出装置の概略構成を示す。

位置検出装置３０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石（磁束発生手段）３１と、３個を１組としたホールセンサ（磁気センサ／磁束検出手段）３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、これら３つのホールセンサを実装した基板３３とを備えている。なお、本発明に係る位置検出装置３０は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、基板３３上に等間隔に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、Ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。

直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。

ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線とを、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。また、ホールセンサ３２ａの感磁部の中点とホールセンサ３２ｃの感磁部の中点とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。

直方体磁石３１は、フェライトやネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石などが適用可能であり、薄型の磁石の場合は、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。

１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心を結ぶ直線もｘ方向である。また、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｃは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。

図１において、Ａ１は直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さをそれぞれ示す。また、Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｃの感磁部の中心までの距離を示す。Ｂ２は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの III−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。

図２は、図１に示した位置検出装置３０内の位置検出回路の構成を示す。

位置検出装置３０は、３個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有する駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃからのそれぞれの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。

駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成される。

第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と、負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。

第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と、負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。

第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と、負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。

正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とは、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。

正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とは、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ３が出力される。

正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とは、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ２が出力される。

信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、計算処理部２２とにより構成される。この信号処理部２０では、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃからのそれぞれの出力に基づいて位置検出を行う。以下の比較例でも例示するが、数ｍｍの位置検出を行う場合、ホールセンサは所定の間隔を設けた２素子を使用するのが一般的であり、その場合一般に、直方体磁石３１とホールセンサ３２ａ、３２ｃとの位置関係など、位置検出装置３０の構成を最適化しても、直方体磁石３１の移動に伴って直線的に磁束密度が変化する範囲というのは、概ね移動する直方体磁石３１の長辺の長さの７〜８割程度である。本発明においては、ホールセンサ３２ａ、３２ｃの中心にホールセンサ３２ｂを設ける。

＜回路動作＞
本位置検出装置３０の動作について説明する。
図２に示す信号処理部２０は、複数の磁気センサを搭載した基板に対して、磁石を移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことができる。

例えば、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うようにしてもよい。

さらに、磁石の移動方向への移動距離に対する、基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うようにしてもよい。

以下、位置検出回路の具体的な動作について詳細に説明する。

信号処理部２０は、基板３３上の最外位置に配置された２個の磁気センサ３２ａ，３２ｃにおいて、磁気センサ３２ａおよび３２ｃからのそれぞれの出力をＶ１，Ｖ２とし、最外位置以外の位置に配置された他の残りの磁気センサ３２ｂからの出力をＶ３とした場合、出力Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ実数倍した値を用いて、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ） …（１）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。

ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃ及びｅは実数である。また、このｃはゼロである。つまり、ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。また、このｅはａＶ１＋ｂＶ２である。つまり、ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。

駆動回路１９において、第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）とが接続されることによって入力端子とされ、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）とが接続されることによって入力端子とされる。

第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続される。
第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子は、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。

このような駆動回路１９と信号処理部２０とによって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と、第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ３と、第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いて、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。

なお、本例では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。

また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数）を求めることもできる。

本発明では、位置検出を行うのに除算を行う必要があるが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。

例えば、上記（１）式において、分母（＝ｄＶ３＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄＶ３＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることによって、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。

＜比較例＞
位置検出装置３０の構成を、従来の構成と比較して説明する。

図３は、図１に示した位置検出装置３０に対応する構成例を示す。なお、図３におけるホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサを示す。

図４は、従来の位置検出装置４０の構成例を示す。位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出を行うには、図４に示すように、直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さＣ１＝１５．４ｍｍ、直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さＣ２＝１５．３ｍｍ、直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さＣ３＝４．３ｍｍ、直方体磁石４１のホールセンサに対向する面からホールセンサの感磁部までの距離Ｄ１＝６．３ｍｍ、ホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離Ｄ２＝１１．６ｍｍとなる。

図５は、比較用として示した従来の磁石とホールセンサを用いた図４の位置検出装置４０の概略構成を拡大して示す。

この図５を用いて、広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出する場合について説明する。

４１は、ホールセンサに対向する平面２００に垂直に単極着磁された直方体磁石である。４２ａ，４２ｂは、ホールセンサである。４３は、ホールセンサ４２ａ，４２ｂを実装した基板である。

Ｃ１は直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さ、Ｃ２は直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さ、Ｃ３は直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）を示す。Ｄ１は、直方体磁石４１のホールセンサ４２ａ，４２ｂに対向する平面２００からホールセンサ４２ａ，４２ｂの感磁部の中心までの距離、Ｄ２はホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離を示す。

この比較例では、直方体磁石４１は、図５中に示すＸ軸方向にのみ移動する。また、直方体磁石４１の移動方向Ｘに対して水平な平面状にホールセンサ４２ａ、４２ｂを配置する。

以上より、本発明に係る図３に示す位置検出装置３０の構成は、比較用の図４および図５に示す従来の位置検出装置４０の構成に比べて、位置検出装置全体の大きさおよび厚さを著しく小さくすることができるという効果を奏する。

＜位置検出例＞
次に、本発明に係る位置検出装置３０の具体的な位置検出例について説明する。
広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。

図３に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝３．５ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝３．１ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝１．９ｍｍとする。

また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝３．４ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２＝１．８５ｍｍとする。

上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを設けることも可能である。

従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。

図６〜図９は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧の関係を示す。

図６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ１を示す。

図７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ３の変化Ｌ２を示す。

図８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ３である。

図９は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ４および（ｄＶ３＋ｅ）の変化Ｌ５を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算する。

図１０は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。

磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の変化Ｌ５および理想直線Ｌ６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算する。

磁気シミュレーションの前提として、３個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。

図１０に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１乃至Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算してある。

ここで、図１０に記載した理想直線Ｌ６は、直方体磁石３１の移動距離が−３．５ｍｍにおける３個の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋３．５ｍｍにおける３個の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｅの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として計算してある。

一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ５は理想直線Ｌ６からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。

図１１は、理想直線Ｌ６と、磁気シミュレーション結果Ｌ５とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。

図１１に示す結果より、位置検出誤差は最大でも２．２ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０３％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。

当然、図１０で示したシミュレーション結果から最小２乗法で求めた直線を理想直線Ｌ６としてもかまわない。最小２乗法で求めた直線を理想直線とすると、さらに位置検出誤差は小さくなり、分解能は高くなる。

上述のように演算中の係数ａ〜ｅの値をそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２として演算を行ったが、この数値が異なっても、位置検出装置３０において、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１、ホールセンサ３２ａの感磁部の中心とホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及びホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２を最適化することで、比較例よりも良い結果が得られる。

例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝２．７ｍｍ、Ａ３＝２．０ｍｍ、Ｂ１＝４．３ｍｍ、Ｂ２＝１．１５ｍｍの構成において、演算中の係数ａ〜ｅの値がそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２の場合には、位置検出誤差は１０５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して１．５％であるが、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝Ｖ３、ｄ＝１、ｅ＝０とすることで、位置検出誤差は３．５ｕｍ程度となり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０５％まで改善され、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。

以上のような位置検出処理を行うことによって、以下に示す効果を得ることができる。

ホールセンサ３２ｂは、ホールセンサ３２ａ、３２ｃの中心に設けることにより、位置検出精度が向上する。すなわち、ホールセンサ３２ｂは、ホールセンサ３２ａ、３２ｃからの距離が等間隔であれば、位置検出精度は良好なまま保つことが可能となる。すなわち、以下でも例示するが、位置検出方向に対し直角にズレて配置させた場合においても、位置検出精度は良好である。ホールセンサ３２ｂのズレ量が概ねホールセンサ３２ａ、３２ｃの距離と同程度以内であれば、位置検出精度が良好であることが多い。

また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、３個を１つのパッケージに一体に封入している。３個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。３個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある３個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。

また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。

また、位置検出装置３０の構成により、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、５ｍｍをこえる範囲で高精度に位置検出を行うことができる。ホールセンサが、増幅器を有したホールＩＣの場合、出力信号線の数をホールセンサに比べて低減できるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響を低減できる。

以上説明したように、感磁方向が、配置された基板に対して垂直な少なくとも３個以上のホールセンサを１組とし、このホールセンサの最外の２個の中心を結ぶ直線および基板に平行に可動可能に支持し、基板に対して垂直にＮ極とＳ極が着磁された磁石を配置し、最外の２個のホールセンサの出力を実数倍した出力をＶ１，Ｖ２とし、それ以外のホールセンサの各々の出力を実数倍した総和をＶ３とした場合、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）の関係式を用いて位置検出を行う（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃ及びｅは実数）信号処理回路を設けたので、ホールセンサを磁気センサとして用いて構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができ、また、広範囲な距離を高精度に、かつ連続的に検出することが可能な、位置検出装置とその位置検出装置を用いた電子機器を作製することが可能になる。

＜応用例＞
応用例として、本例のような位置検出装置３０を備えた電子機器として構成することも可能である。例として、位置検出装置３０は、デジタルカメラ、カムコーダ、カメラ付き携帯電話などに代表される、カメラ部を有した電子機器に好適である。さらに、オートフォーカスや光学ズーム、光学手ブレ補正など、内部で高精度にレンズやＣＣＤなどの位置検出を行う際にも好適に使用可能である。

電子機器の具体例としては、位置検出装置３０と、位置検出装置３０からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構とを備えて構成してもよい。ＡＦ機構及びＺｏｏｍ機構は、デジタルカメラ、又は携帯電話のオートフォーカスおよびズームを行うことができる。

［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

本例は、第１の例の変形例であり、位置検出装置３０において、基板上での各ホールセンサの配設位置を変更した場合の例である。

図１２は、第２のホールセンサ３２ｂが、第１のホールセンサ３２ａと第３のホールセンサ３２ｃとのそれぞれの感磁部の中心を結んだ直線上に無い場合の構成を示す。

第２のホールセンサ３２ｂが、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第３のホールセンサ３２ｃの感磁部との中心を結んだ直線上に無い場合においても、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離と、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離とが等しければ、図１に示したような位置検出装置３０において、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの感磁部の中心までの距離Ｂ１、ホールセンサ３２ａの感磁部の中心とホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離、および、ホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とホールセンサ３２ｃの感磁部の中心との距離Ｂ２、および、演算中の係数ａ〜ｅの値を最適化することで、比較例よりも良い結果が得られる。

例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝３．４ｍｍ、Ａ３＝１．８ｍｍ、Ｂ１＝３．２ｍｍ、Ｂ２＝２．０ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面とを結んだ中点と第２のホールセンサ３２ｂの感磁面と結んだ距離が１．５ｍｍの構成において、演算中の係数ａ及至ｅの値がそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝３．６、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２の場合には、位置検出誤差は４．５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０６％であり、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。

さらに、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが一軸上に整列していないため、第１のホールセンサ３２ａと第３のホールセンサ３２ｃとの間に演算処理計算部２２を配置するのに好適となる。さらに、１つのパッケージ内にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、および、演算処理計算部２２を納める場合、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが一軸上に整列していた場合では、パッケージサイズが大きくなってしまうし、演算処理計算部２２上にホールセンサをダイボンディングする方法が知られているが、この方法では、パッケージが厚くなってしまう。ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｃとの間に演算処理計算部２２を設けることで、パッケージサイズを小さくできる。

図１２において、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面との距離が４．０ｍｍであり、第１のホールセンサ３２ａの感磁面と第３のホールセンサ３２ｃの感磁面とを結んだ直線の中点と第２のホールセンサ３２ｂの感磁面との距離は１．５ｍｍであるため、演算処理計算部２２の大きさがおよそ３．０ｍｍ×１．０ｍｍ以下であれば、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同様に１つのパッケージ内に納めるのに好適となる。３４はホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、および、演算処理部２２が内包された１つのパッケージである。

また、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離と、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離とが等間隔の場合を計算したが、等間隔では無い場合でも、演算中の係数ａ〜ｅの値を変更することで、比較例よりも良い結果が得られる。

例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．５ｍｍ、Ａ２＝３．１ｍｍ、Ａ３＝１．９ｍｍ、Ｂ１＝３．４ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの距離が１．８ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃとの距離が１．９ｍｍの構成において、演算中の係数ａ及至ｅの値がそれぞれ、ａ＝２．２、ｂ＝１．６、ｃ＝１．２Ｖ３、ｄ＝２．５、ｅ＝０．８Ｖ１＋０．８Ｖ２とすることで、位置検出誤差は５．３ｕｍ程度となり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０８％まで改善され、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。

すなわち、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ乃至ｅの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得られることがわかる。

このように、本発明の位置検出装置３０を用いることにより、比較例で説明する位置検出装置と比較して、小型な位置検出装置を実現できる。

［第３の例］
本発明の第３の実施の形態を、図１３〜図２２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

本例は、位置検出装置５０において、一軸上に整列した４個のホールセンサを用いて位置検出を行う場合の例である。

＜構成＞
図１３は、位置検出装置５０の概略構成を示す。

位置検出装置５０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石３１と、４個を１組としたホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｄ（第４のホールセンサ）とを実装した基板３３とを備えている。

この位置検出装置５０は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。

４個のホールセンサは、ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｂとの距離と、ホールセンサ３２ｃとホールセンサ３２ｄとの距離とが同値となるように、基板３３上に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、Ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。

直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。

ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線を、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。また、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第４のホールセンサ３３ｄの感磁部とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。

１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心と第４のホールセンサ３２ｄの感磁部中心とを結ぶ直線もＸ方向である。また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。

Ａ１は、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さを示す。また、Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの感磁部の中心までの距離を示す。Ｂ３は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。Ｂ４は、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。

図１４は、図１３に示したホールセンサを４個用いた位置検出装置５０の位置検出回路の構成例を示す。

位置検出回路は、駆動回路１９と、信号処理部２０とを備えている。信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、計算処理部２２とからなる。

駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成されている。第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極入力端子３２ａ（Ｃ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。

第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。

第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。

第４のホールセンサ３２ｄは、正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とから構成される。

正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ４が出力される。正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ５が出力される。正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とは、差動増幅器２１ｄの入力信号となり、差動増幅器２１ｄからはＶ２が出力される。

信号処理部２０は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからの出力に基づいて位置検出を行うものである。

本発明における信号処理部２０は、差動増幅器２１ａの出力をＶ１、差動増幅器２１ｂの出力をＶ４、差動増幅器２１ｃの出力をＶ５、差動増幅器２１ｄの出力をＶ２とした場合、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ） …（２）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。

ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃおよびｅは実数であり、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数である。

ｃはゼロである。ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。

ｅはａＶ１＋ｂＶ２である。ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、４個を１つのパッケージに一体に封入している。４個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。４個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある４個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。

このような構成とすることにより、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、１０ｍｍを超える範囲で高精度に位置検出を行うことができる。

＜回路動作＞
図１４の位置検出回路の動作について説明する。
位置検出装置５０は、４個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。

第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、第４のホールセンサ３２ｄの正極入力端子３２ｄ（Ｍ）とを接続し、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、第４のホールセンサ３２ｄの負極入力端子３２ｄ（Ｏ）とを接続して駆動回路１９の入力端子とする。

第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続され、第４のホールセンサ３２ｄの正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、信号処理回路２０の第４の差動増幅器２１ｄに接続される。

第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子と第４の差動増幅器２１ｄの出力端子とは、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。

このような駆動回路１９と信号処理回路によって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ４と第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ５と第４のホールセンサ３２ｄのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いた（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。

本例の構成では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。

また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。

また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆおよびｇは両者若しくはどちらか一方はゼロでは無い実数）を求めることもできる。

本例では、位置検出を行うのに除算を行うが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。

例えば、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることで、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。

＜位置検出例＞
次に、位置検出装置５０の具体的な位置検出の例について説明する。
図１５は、位置検出装置５０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。

本例では、広い温度範囲において、１５ｍｍ（±７．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１３に示した各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。

図１５に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝７．０ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝４．８ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝５．３ｍｍとする。

また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝５．０ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心との距離Ｂ３＝２．４ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ４＝０．９ｍｍとする。

上記設計の際、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ乃至３２ｄの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを設ける事も可能である。

従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄとを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。

図１６〜図２０は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。

図１６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ１０を示す。

図１７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ１１を示す。

図１８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ１２である。

図１９は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ１３である。

図２０は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ１４および（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の変化Ｌ１５を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。

図２１は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。

磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）の変化Ｌ１６および理想直線Ｌ１７を示す。

ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。

磁気シミュレーションの前提として、４個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。

図２１に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。

ここで、図２１に記載した理想直線Ｌ１７は、直方体磁石３１の移動距離が−７．５ｍｍにおける４個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋７．５ｍｍにおける４個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｇの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１．５、ｇ＝１．５で計算してある。

一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ１６は理想直線Ｌ１７からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。

図２２は、理想直線Ｌ１７と磁気シミュレーション結果Ｌ１６とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。

図２２に示す結果より、位置検出誤差は最大でも９．５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク１５ｍｍに対して０．０６％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。

本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ乃至ｇの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。

［第４の例］
本発明の第４の実施の形態を、図２３〜図３３に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

本例は、位置検出装置５０において、一軸上に整列した５個のホールセンサを用いて位置検出を行う場合の例である。

＜構成＞
図２３は、位置検出装置６０の概略構成を示す。

位置検出装置６０は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石３１と、５個を１組としたホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅと、ホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｃ（第３のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｄ（第４のホールセンサ）と、ホールセンサ３２ｅ（第５のホールセンサ）とを実装した基板３３とからなる。

本発明に係る位置検出装置は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。

５個のホールセンサ３２ａ〜３２ｅは、ホールセンサ３２ａとホールセンサ３２ｂとの距離と、ホールセンサ３２ｄとホールセンサ３２ｅとの距離とが同値となるように、さらに、ホールセンサ３２ｂとホールセンサ３２ｃとの距離と、ホールセンサ３２ｃとホールセンサ３２ｄとの距離とが同値となるように、基板３３上に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である。

直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。

直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向でかつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。

ここで、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線を、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。

また、第１のホールセンサ３２ａの感磁部と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部とを結んだ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。

１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部中心と、第５のホールセンサ３２ｅの感磁部中心とを結ぶ直線もＸ方向である。また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。

Ａ１は直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さをそれぞれ示す。

Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離を示す。

Ｂ５は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と、第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。

Ｂ６は、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離、および、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離を示す。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。

図２４は、図２３に示したホールセンサを５個用いた位置検出装置６０の位置検出回路の構成例を示す。

位置検出回路は、駆動回路１９と、信号処理部２０とを備えている。信号処理部２０は、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅと、計算処理部２２とからなる。

駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに電圧を供給する電源部Ｖｄｄとから構成される。

第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と、負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成される。

第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と、負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成される。

第３のホールセンサ３２ｃは、正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と、負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、負極出力端子３２ｃ（Ｌ）とから構成される。

第４のホールセンサ３２ｄは、正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と、正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と、負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と、負極出力端子３２ｄ（Ｐ）とから構成される。

第５のホールセンサ３２ｅは、正極入力端子３２ｅ（Ｑ）と、正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と、負極入力端子３２ｅ（Ｓ）と、負極出力端子３２ｅ（Ｔ）とから構成される。

正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とは、差動増幅器２１ａの入力信号となり、差動増幅器２１ａからはＶ１が出力される。

正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、差動増幅器２１ｂの入力信号となり、差動増幅器２１ｂからはＶ４が出力される。

正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、差動増幅器２１ｃの入力信号となり、差動増幅器２１ｃからはＶ５が出力される。

正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、差動増幅器２１ｄの入力信号となり、差動増幅器２１ｄからはＶ６が出力される。

正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と負極出力端子３２ｅ（Ｔ）は、差動増幅器２１ｅの入力信号となり、差動増幅器２１ｅからはＶ２が出力される。

信号処理部２０は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからの出力に基づいて位置検出を行う。

本例における信号処理部２０は、差動増幅器２１ａの出力をＶ１、差動増幅器２１ｂの出力をＶ４、差動増幅器２１ｃの出力をＶ５、差動増幅器２１ｄの出力をＶ６、差動増幅器２１ｅの出力をＶ２とした場合、
Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ） …（３）
の関係式から求められる値Ｖｏを用いて位置検出を行う。

ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数であり、ｃおよびｅは実数であり、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数である。

ｃはゼロである。ｃの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。

ｅはａＶ１＋ｂＶ２である。ｅの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、ａＶ１＋ｂＶ２とすることで、精度が良くなる場合が多い。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、５個を１つのパッケージに一体に封入している。５個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。５個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある５個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。

ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。

このような構成とすることにより、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、１５ｍｍをこえる範囲で高精度に位置検出を行うことができる。

＜回路動作＞
図２４の位置検出回路の動作について説明する。
位置検出装置６０は、５個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。

第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、第３のホールセンサ３２ｃの正極入力端子３２ｃ（Ｉ）と、第４のホールセンサ３２ｄの正極入力端子３２ｄ（Ｍ）と、第５のホールセンサ３２ｅの正極入力端子３２ｅ（Ｑ）とを接続し、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、第３のホールセンサ３２ｃの負極入力端子３２ｃ（Ｋ）と、第４のホールセンサ３２ｄの負極入力端子３２ｄ（Ｏ）と、第５のホールセンサ３２ｅの負極入力端子３２ｅ（Ｓ）とを接続して駆動回路１９の入力端子とする。

第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続され、第３のホールセンサ３２ｃの正極出力端子３２ｃ（Ｊ）と負極出力端子３２ｃ（Ｌ）は、信号処理回路２０の第３の差動増幅器２１ｃに接続され、第４のホールセンサ３２ｄの正極出力端子３２ｄ（Ｎ）と負極出力端子３２ｄ（Ｐ）は、信号処理回路２０の第４の差動増幅器２１ｄに接続され、第５のホールセンサ３２ｅの正極出力端子３２ｅ（Ｒ）と負極出力端子３２ｅ（Ｔ）は、信号処理回路２０の第５の差動増幅器２１ｅに接続される。

第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子と第３の差動増幅器２１ｃの出力端子と第４の差動増幅器２１ｄの出力端子と第５の差動増幅器２１ｅの出力端子とは、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。

このような駆動回路１９と信号処理回路によって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ１と第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ４と第３のホールセンサ３２ｃのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ５と第４のホールセンサ３２ｄのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ６と第５のホールセンサ３２ｅのホール出力電圧を実数倍した出力Ｖ２とを用いた（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃ及びｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。

本例の構成では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。

また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。

また、差動増幅器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの信号をＡＤ変換して、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の値（ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０である実数、ｃおよびｅは実数、ｆ〜ｈはどれか一つ以上はゼロでは無い実数）を求めることもできる。

本例では、位置検出を行うのに除算を行う必要があるが、除算とは分子と分母の比を取ることであるから、磁石の全移動範囲において、分母を一定に制御可能であれば、分子の値が、分母を制御せずに行った除算後の値と同じ線形性を示す。

例えば、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの入力値を制御すれば、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。また、分母（＝ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が一定となるように、ホールセンサの出力値にゲインを掛けることで、分子（＝ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の値をそのまま位置出力とすることが可能となる。

＜位置検出例＞
次に、位置検出装置６０の具体的な位置検出の例について説明する。
図２５は、位置検出装置６０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。

本例では、広い温度範囲において、２０ｍｍ（±１０ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１５における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。

図２５に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝１０．３ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝１０．０ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝７．０ｍｍとする。

また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝７．５ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離及び第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心との距離Ｂ５＝１．７５ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離及び第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ６＝２．０５ｍｍとする。

上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを設けることも可能である。

従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。

図２６〜図３１は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。

図２６は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ２０を示す。

図２７は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ２１を示す。

図２８は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ２２である。

図２９は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ６の変化Ｌ２３である。

図３０は、磁石の移動距離に対する第５のホールセンサ３２ｅの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ２４である。

図３１は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ２５、および、（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ２６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

図３２は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ２７、および、理想直線Ｌ２８を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

磁気シミュレーションの前提として、５個のホールセンサ３２ａ〜３２ｅの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。

図３２に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

ここで、図３２に記載した理想直線Ｌ２８は、直方体磁石３１の移動距離が−１０ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋１０ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ２７は理想直線Ｌ２８からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。

図３３は、理想直線Ｌ２８と磁気シミュレーション結果Ｌ２７とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。

図３３に示す結果より、位置検出誤差は最大でも１１ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク２０ｍｍに対して０．０５５％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。

本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ〜ｈの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。

［第５の例］
本発明の第５の実施の形態を、図３４〜図４２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

本例は、第４の例の変形例であり、位置検出装置６０の位置検出範囲を変更させた場合の例である。
図３４は、位置検出装置６０の具体的な構成例を示す。ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅは、１つのパッケージに一体に封入されたセンサとして構成されている。

本例では、広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図２３における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。

図３４に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝８．３ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝６．７ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝６．７ｍｍとする。

また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝６．８ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離および第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心と第５のホールセンサ３２ｅの感磁部の中心との距離Ｂ５＝１．９５ｍｍ、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心と、第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心とを結ぶ距離および第３のホールセンサ３２ｃの感磁部の中心と、第４のホールセンサ３２ｄの感磁部の中心とを結ぶ距離Ｂ６＝１．０ｍｍとする。

上記設計の際、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを設けることも可能である。

従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂと第３のホールセンサ３２ｃと第４のホールセンサ３２ｄと第５のホールセンサ３２ｅを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。

図３５〜図４０は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧、および、演算後の値を示す。

図３５は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧を実数倍した値Ｖ１の変化Ｌ３０を示す。

図３６は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧を実数倍した値Ｖ４の変化Ｌ３１を示す。

図３７は、磁石の移動距離に対する第３のホールセンサ３２ｃの出力電圧を実数倍した値Ｖ５の変化Ｌ３２を示す。

図３８は、磁石の移動距離に対する第４のホールセンサ３２ｄの出力電圧を実数倍した値Ｖ６の変化Ｌ３３を示す。

図３９は、磁石の移動距離に対する第５のホールセンサ３２ｅの出力電圧を実数倍した値Ｖ２の変化Ｌ３４を示す。

図４０は、磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）の変化Ｌ３５、および、（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ３６を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

図４１は、演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す。磁石の移動距離に対する（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）の変化Ｌ３７、および、理想直線Ｌ３８を示す。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

磁気シミュレーションの前提として、５個のホールセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行う。

図４１に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離に対して、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。ここで、演算中の係数ａ及至ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

ここで、図４１に記載した理想直線Ｌ３８は、直方体磁石３１の移動距離が−３．５ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋３．５ｍｍにおける５個の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値を用いて演算した値（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄ（ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６）＋ｅ）とを結んだ直線である。ここで、演算中の係数ａ〜ｈの値はそれぞれ、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝０、ｄ＝１、ｅ＝Ｖ１＋Ｖ２、ｆ＝１、ｇ＝２、ｈ＝１で計算してある。

一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、磁気シミュレーション結果Ｌ３７は理想直線Ｌ３８からのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。

図４２は、理想直線Ｌ３８と磁気シミュレーション結果Ｌ３７とのズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す。

図４２に示す結果より、位置検出誤差は最大でも０．０６ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０００９％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。すなわち、従来の方法による位置検出誤差（＝位置検出範囲の０．１％相当）に対し、本構成による位置検出誤差は、およそ１／１１０に抑えることが可能となる。

本例では、前述した各例と同様に、実装誤差や公差等の影響があった場合においても、演算中の係数ａ〜ｈの値を変更させることで、良好な位置検出精度が得ることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態である、３個のホールセンサを使用した場合の位置検出装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図１に示した位置検出装置の位置検出回路の構成を示す回路図である。 図１の位置検出装置の構成を、図４の従来の位置検出装置の構成と比較用の等倍図として示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 従来の位置検出装置の構成を、図３の本発明の位置検出装置の構成と比較用の等倍図として示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 比較例として従来の磁石とホールセンサを用いた位置検出装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図１で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第３のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１乃至第３のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１で示した位置検出装置において、図９で求めた直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 理想直線と、図６乃至図１０に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態である、複数個のホールセンサのうち、最外の２個以外のホールセンサが、最外の２個のホールセンサの中心を結んだ軸上に無いようにして配置し、最外の２個のホールセンサの間に信号処理回路を設置し、複数個のホールセンサおよび信号処理回路を１つのパッケージに納めた配置場合の構成例を示す上面図である。 本発明の第３の実施の形態である、４個のホールセンサを使用した場合の位置検出装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図１３に示した位置検出装置の位置検出回路の構成を示す回路図である。 図１３の位置検出装置の構成例であり、図３で示した位置検出装置の構成との比較用の等倍図として示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図１３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第３のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第４のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１乃至第４のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図１３で示した位置検出装置において、図２０で求めた直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 理想直線と、図１６乃至図２１に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す説明図である。 本発明の第４の実施の形態である、５個のホールセンサを使用した場合の位置検出装置の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図２３に示した位置検出装置の位置検出回路の構成を示す回路図である。 図２３の位置検出装置の構成例であり、図３で示した位置検出装置の構成との比較用の等倍図として示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第３のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第４のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第５のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１乃至第５のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、図３１で求めた直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 理想直線と、図２６乃至図３２に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す説明図である。 本発明の第５の実施の形態である、５個のホールセンサを使用した場合の位置検出装置の他の構成例であり、図３で示した位置検出装置の構成との比較用の等倍図として示す説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第２のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第３のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第４のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第５のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、直方体磁石の移動距離に対する第１乃至第５のホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 図２３で示した位置検出装置において、図４０で求めた直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧若しくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す説明図である。 理想直線と、図３５乃至図４１に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す説明図である。 従来のホールセンサを用いた従来の位置検出方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１１ 第１のホールセンサ
１２ 第２のホールセンサ
１９ 駆動回路
２０ 信号処理回路
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 差動増幅器
２２ 演算処理計算部
２３ 永久磁石
３０，４０，５０，６０ 位置検出装置
３１，４１ 直方体磁石
３２ａ，４２ａ 第１のホールセンサ
３２ｂ，４２ｂ 第２のホールセンサ
３２ｃ 第３のホールセンサ
３２ｄ 第４のホールセンサ
３２ｅ 第５のホールセンサ
３２ａ（Ａ），３２ｂ（Ｅ），３２ｃ（Ｉ），３２ｄ（Ｍ），３２ｅ（Ｑ）正極入力端子
３２ａ（Ｂ），３２ｂ（Ｆ），３２ｃ（Ｊ），３２ｄ（Ｎ），３２ｅ（Ｒ）正極出力端子
３２ａ（Ｃ），３２ｂ（Ｇ），３２ｃ（Ｋ），３２ｄ（Ｏ），３２ｅ（Ｓ）負極入力端子
３２ａ（Ｄ），３２ｂ（Ｈ），３２ｃ（Ｌ），３２ｄ（Ｐ），３２ｅ（Ｔ）負極出力端子
３３，４３ 基板
１００ 平面
２００ 平面

Claims (17)

1. 基板上に少なくとも３個以上からなる複数の磁気センサを１組として移動方向に沿って配置され、前記複数の磁気センサの感磁方向が前記基板に対して垂直とされた磁束検出手段と、
   前記複数の磁気センサのうち前記移動方向に対して前記基板上の最外位置に配置された２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向で、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、
   前記複数の磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段と
   を具え、
   前記信号処理手段は、
   前記複数の磁気センサを搭載した前記基板に対して、前記磁束発生手段を前記移動方向へ所定の距離だけ移動した場合において、
   前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値との所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記信号処理手段は、
   前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからの出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからの出力値とから得られた演算値の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記信号処理手段は、
   前記移動方向への移動距離に対する、前記基板上の最外位置に配置された複数個の磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置以外に配置された他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力を所定倍した出力値を含む総和値との比の所定の相関関係を用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 前記信号処理手段は、
   前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサからの出力Ｖ１及びＶ２をそれぞれ実数倍した出力値と、前記基板上の前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサからのそれぞれの出力をそれぞれ実数倍した出力値の総和値Ｖ３とを用いて、
   Ｖｏ＝（ａＶ１−ｂＶ２＋ｃ）／（ｄＶ３＋ｅ）
   ただし、ａ≠０かつｂ≠０かつｄ≠０の実数、ｃおよびｅは実数
   の関係式から求められる算出値Ｖｏを用いて位置検出を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検出装置。
5. 前記磁気センサの総個数をｎ個としたとき、
   前記Ｖ３は、前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの３番目からｎ番目の磁気センサの出力をそれぞれＶ４、Ｖ５、Ｖ６、…、Ｖｎとした場合、
   Ｖ３＝ｆＶ４＋ｇＶ５＋ｈＶ６＋……＋ｍＶｎ
   ただし、ｆ、ｇ、ｈ、ｍのうちどれか一つ以上はゼロではない実数
   であることを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
6. 前記関係式のうちｃは、ゼロであることを特徴とする請求項４又は５記載の位置検出装置。
7. 前記関係式のうちｅは、ａＶ１＋ｂＶ２（ただし、ａ≠０かつｂ≠０の実数）であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
8. 前記最外位置の２個の磁気センサ以外の他の残りの磁気センサは、前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線上に配置されていないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。
9. 前記最外位置の２個の磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、前記磁石の移動範囲の中点とが同じであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の位置検出装置。
10. 前記複数の磁気センサを、１つのパッケージに一体に封入したことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の位置検出装置。
11. 前記複数の磁気センサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを含まないことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の位置検出装置。
12. 前記複数の磁気センサは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含むホールセンサであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の位置検出装置。
13. 前記複数の磁気センサは、Ｓｉ、ＧｅなどのＩＶ族半導体を含むホールセンサであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の位置検出装置。
14. 前記関係式のうち分母が一定となるように、前記複数の磁気センサの各入力値を制御した上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする請求項４ないし１３のいずれかに記載の位置検出装置。
15. 前記関係式のうち分母が一定となるように、前記磁気センサの各出力値に補正ゲインを掛けた上で、前記関係式のうち分子を位置出力として検出することを特徴とする請求項４ないし１３のいずれかに記載の位置検出装置。
16. 請求項１ないし１５のいずれかに記載の位置検出装置と、
    前記位置検出装置からの出力信号が入力される、オートフォーカス（ＡＦ）機構およびズーム（Ｚｏｏｍ）機構と
    を具えたことを特徴とする電子機器。
17. 前記ＡＦ機構及びＺｏｏｍ機構は、デジタルカメラ、又は携帯電話のオートフォーカスおよびズームを行うことを特徴とする請求項１６記載の電子機器。

Images