JP5483516B2 - 位置検出装置、位置検出装置を有する光学系と撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁石と磁気センサを用いた位置検出装置、位置検出装置を有する光学系と撮像装置に関する。

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、特許文献１や特許文献２に記載されている様にデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラの手ぶれが起きたときにレンズの位置を検出して補正する手ぶれ補正装置や自動焦点調整を行う光学系のレンズの位置検出装置では、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、位置検出装置全体の小型化が強く求められている。また、携帯電話等の市場においては、ＣＣＤ等の固体撮像素子を有するモバイルカメラを搭載する端末が多数存在するようになり、モバイルカメラに適用される光学系においてはさらに位置検出装置全体の小型化が求められている。

上記のような要求を満たすため、特許文献２に記載されている様に光学レンズ等の位置検出装置にセンサを用いずに、ステッピングモーターの駆動ステップパルスをカウントすることにより光学レンズ等の位置検出を行うものや、特許文献３のようにホールセンサ（磁気センサ対）を用いて光学レンズ等の位置検出を行うことで位置検出装置の小型化への対応が行われているものがある。図１にこのようなホールセンサを用いた位置検出装置の例を示した。図１では、ビデオカメラ１００の内部において、磁石１０１が取付けられた変倍レンズ１０３の位置をホールセンサ１０２ａ、１０２ｂにより検出し、ホールセンサから変倍レンズの位置の情報を含む信号が、アンプ１０９およびＡ／Ｄ変換器１１０を経由して処理回路１０７に送信される。そして、処理回路１０７から駆動回路１０８へ信号が送られ、駆動回路１０８がモーター１０６を制御することにより、固定レンズ１０４と固定レンズ１０５との間で、変倍レンズの位置が制御される。

特開２００２−２２９０９０号 特開平０６−０１４２３１号 特開２００５−３３１３９９号 特開２００４−３４８１７３号 特願２００５−３６４０９０号

しかしながら、特許文献２に記載されているようなステッピングモーターの駆動ステップパルスをカウントする位置検出装置では、ステッピングモーターの脱調などにより高精度な位置検出ができない問題がある。さらにデジタルビデオカメラ等ではステッピングモーターの駆動音が音声ノイズとして記録されてしまうということも問題視されている。また、ステッピングモーターは他の駆動源と比較して大きいので、機器全体の小型化を阻害するという問題もある。

また、特許文献３の図１に記載されているような構成で光学レンズの位置を検出する方式では、高精度でレンズの位置を検出できるものの、磁束検出手段から所望の信号を得るためには、磁石と磁束検出手段の間に一定の距離を保たなければならず、さらなる小型化、薄型化の妨げになることが問題視されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来と同等の高精度の位置検出機能を維持しつつ、従来よりも磁束検出手段と磁石との間の距離を縮めることが可能で、小型化、薄型化に適した位置検出装置を提供する事にある。

上記課題を解決するために、請求項１は、位置を検出する物体に取り付けられると共に、相対的移動方向に沿ったその両端面における磁束の向きが互いに反転するように形成された磁石と、前記磁石の前記相対的移動による磁束の変化を検出する第１及び第２の磁束検出手段とを備える位置検出装置であって、前記磁石の磁壁面に前記２つの磁束検出手段を結ぶ直線が含まれ、前記磁石の前記２つの磁束検出手段に対する相対的移動方向が前記磁壁面に平行、かつ前記２つの磁気検出手段を結ぶ直線に平行であり、前記磁石の移動距離に対する前記第１の磁束検出手段の出力電圧と、前記磁石の移動距離に対する前記第２の磁束検出手段の出力電圧との差分値に基づいて、前記磁石の基準点からの位置を表す前記磁石の移動距離を検出することを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記２つの磁束検出手段が前記磁石の着磁方向に平行な磁束成分を検出する事が可能であることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記２つの磁束検出手段がそれぞれホールセンサであることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１乃至第３のいずれかの態様の位置検出装置を用いた光学系であることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様の撮像装置は、第４の態様の光学系を用いたことを特徴とする。

以上の手段について図２を用いて詳しく説明する。図２には、本発明の位置検出装置の基本的な構成が示されている。すなわち、本発明の位置検出装置は、磁石２０２と磁石２０２の磁束検出手段２１０ａ、２１０ｂ、磁束検出手段２１０ａ、２１０ｂからの信号を処理回路２０８に送信するためのアンプ２０６およびＡ／Ｄ変換器２０７、および処理回路２０８から送信された信号に従って、磁石２０２を有する移動部品を矢印２１２の方向に駆動する駆動回路２０９から構成されている。磁石２０２は、重心２０１と磁壁２０３をもち、磁壁２０３を含む面を磁壁面２０４といい、磁壁面２０４に垂直な方向を着磁方向２１１という。以下、これらの構成要素について説明する。

磁石とは、エネルギーを静磁エネルギーの形で蓄えている物質であり、一度磁化したら残留磁化を保つ磁性材料であり、フェライト、アルニコ、希土類などが使われる。これら磁石は、Ｎ極Ｓ極をそれぞれ単極着磁した幾何学的に対称面を有するものであれば良い。具体的な形状の例は、図２の磁石２０２である。磁石は、幾何学的な対称面を有していれば良く、図２の磁石２０２の形状に制限されるものではない。

磁壁とは、本発明の様に単極着磁した場合、Ｓ極とＮ極の境目に存在する。また、着磁方向と磁壁を含む平面は直交する。

磁壁面とは、磁壁を無限遠まで広げた平面で磁壁を含んでいる。磁石が移動する場合、磁壁面は、その位置毎に存在することになるが、本発明において、図２に示されているように磁石２０２は磁気検出手段２１０ａ、２１０ｂを結ぶ直線２０５の上を直線２０５と平行な方向に移動するので、磁壁面２０４は一意に決まる。

磁石の磁束検出手段に対する相対的移動とは、磁束検出手段に対する磁石の重心の相対的移動を言う。相対的な移動であるので磁石が動いても、磁束検出手段が動いても良い。

磁束検出手段とは、ホールセンサ、磁気抵抗効果素子や、磁気インピーダンス素子、その他様々な磁気センサ及びそれらの組合せであり、これらの駆動、処理回路等の周辺回路を含めたものでもよい。

ホールセンサとしては、磁気増幅を行うための磁性体チップなどを用いていないＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどの化合物半導体からなるホールセンサ、又は、Ｓｉ、ＧｅなどのIＶ族半導体からなるホールセンサを用いることができる。当然、上記材料を複数個組み合わせたものでも構わない。磁性体チップなどの磁気増幅を行うための部材は、磁気ヒステリシスを持ち、磁石相対位置の検出精度を落とす要因になりうるが、検出精度がそれほど求められない用途においては、磁性体チップなどを用いたホールセンサを用いても問題にならない。

磁束検出手段を結ぶ直線とは、各磁束検出手段の磁束を検出する感磁面中央間を結ぶ直線である。

位置検出装置とは、磁束発生源である磁石と、複数の磁束検出手段と、これらの駆動、処理回路等の周辺回路を含めたものよりなる装置である。図２には、アンプ２０６やＡ／Ｄ変換器２０７を記載しているが、磁束検出手段の出力が充分に大きい場合、これらの部品が必要なくなることもありうる。

光学系とは、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置や、プロジェクター等の投影装置や、ＯＤＤ等に用いられる光ピックアップに用いられる、レンズ群、アクチュエータ、ＣＣＤ等の部品からなるものである。上記で記載したものは、あくまで一例であり、当然これらに限定されるものではない。

撮像装置とは、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなど映像を記録または保存できる機器のことである。上記で記載したものは、あくまで一例であり、当然これらに限定されるものではない。

本発明によれば、従来と同等の高精度の位置検出機能を維持しつつ、従来よりも磁束検出手段と磁石の間の距離を縮めることが可能で、小型化、薄型化に適した位置検出装置を提供する事が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図３、図４を用いて、位置検出装置の概略構成を説明する。図３に示されている位置検出装置は、移動する物体に取り付けられている磁石３０１（磁石の幅Ｗ、磁石の長さＬ、磁石の高さＨ）の、装置本体などの固定されている物体に取り付けられているホールセンサＳ１、Ｓ２に対する相対位置を検出する。ここで、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２を結ぶ線分の距離は、符号ＳＬで示される。そして、ホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心と磁石下面との距離は、符号ＳＭＤで示される。また、磁石の中心の移動範囲は、符号ＳＴで示される。

磁石３０１は、幅Ｗ［ｍｍ］、高さＨ［ｍｍ］、長さＬ［ｍｍ］の直方体で、Ｙ軸方向に単極着磁されているものである。図３において、Ｘ軸、Ｚ軸は、磁壁面に平行な方向であり、Ｙ軸は、磁壁面に垂直な方向である。ここで、Ｚ軸は磁石から基板面に向かう基板面に垂直な方向である。また、磁石３０１の磁壁はＹ軸方向に直交し、磁石３０１の幅Ｗの中点に磁壁は位置する。Ｘ軸は、磁石３０１の移動方向３０３に平行な方向であり、Ｙ軸は、磁石３０１の移動方向３０３に垂直な方向である。下記の実施形態１、実施形態２では、磁石はすべてネオジム焼結磁石で、残留磁束密度は１２００ｍＴ（一般的なネオジウム焼結磁石の値）である。以下に示すのは本発明に係る位置検出装置の１例であり、これに限定されるものではない。

以下で説明する実施形態１と実施形態２において、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２は、規定の距離ＳＬを隔てて基板３０４上に実装され、磁石３０１はホールセンサＳ１、Ｓ２に対向するように配置される。この際、磁石３０１は、磁石３０１の磁壁面（磁石３０１の磁壁３０２を含む面）に第１、第２のホールセンサを結ぶ直線が含まれるように配置される。第１と第２のホールセンサＳ１、Ｓ２の検出可能な磁束の方向は、磁石の着磁方向に平行な方向（Ｙ軸方向）である。また、磁石３０１の運動方向３０３は、磁壁面に平行な方向（Ｘ軸方向）である。

また、ホールセンサＳ１、Ｓ２からの信号は、アンプ３０５およびＡ／Ｄ変換器３０６を経由して、処理回路３０７に送信され、処理回路３０７から送信された信号に従って、磁石３０１を有する移動部品を図３の矢印３０３の方向に、処理回路３０７と接続された駆動回路３０８が駆動する。

図３には、アンプ３０５やＡ／Ｄ変換器３０６を記載しているが、磁束検出手段の出力が充分に大きい場合、これらの部品が必要なくなることもありうる。

また、図４には、磁石３０１の中心の移動範囲ＳＴ、磁石３０１が移動する左端４０２、磁石３０１が移動する右端４０３、磁石３０１がホールセンサＳ１、Ｓ２に対して中心に位置しているときの磁石３０１の中心位置４０１、ホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中央４０４ａ、４０４ｂ、感磁面の中心４０４ａ、４０４ｂと磁石３０１の下面との距離ＳＭＤが示されている。

次に、ホールセンサＳ１、Ｓ２の出力から磁石３０１の位置を求める手順を、図５を用いて説明する。図５には、磁石３０１の中心の移動範囲５０１、磁石３０１が移動する左端５０３、磁石３０１が移動する右端５０４、磁石３０１がホールセンサＳ１、Ｓ２に対して中心に位置しているときの磁石３０１の中心位置５０２が示されている。本構成ではホールセンサを２個用いている。磁石が可動範囲を端から端に動く際の各ホールセンサＳ１、Ｓ２の出力は、センサ位置により異なる。磁石３０１に対して最適な位置にホールセンサＳ１、Ｓ２を配置した場合、ホールセンサＳ１からの出力信号を出力信号Ａ、ホールセンサＳ２からの出力信号を出力信号Ｂとする。このとき、出力信号Ａ、Ｂを、図３に記載の処理回路３０７によって（出力信号Ａ−出力信号Ｂ）／（出力信号Ａ＋出力信号Ｂ）の演算を行うと、磁石の移動に対し線形に近い信号を得る事ができる。この際、磁石３０１とホールセンサＳ１、Ｓ２の配置によっては、（出力信号Ａ−出力信号Ｂ）の演算で磁石の移動に対し線形に近い信号を得ることができる。したがって、配置関係によっては、磁石の位置を算出する時に（出力信号Ａ−出力信号Ｂ）を用いることができる。

図５において、磁石の左端が可動範囲の左端５０３に位置したとき、ホールセンサＳ１、Ｓ２はそれぞれ中段のグラフの△で示した値を出力する。その出力を処理回路３０７で演算を行い、下段に示す線形化信号△を出力する。次に、磁石３０１の右端が可動範囲の右端５０４に位置した時も同様の処理を行う。磁石が右端に位置した時の出力信号Ａ、Ｂと線形化信号は、それぞれ中段と下段のグラフにおいて□で示される。線形化信号△と線形化信号□の２点を直線補間したものを線形式として定義し、実際に磁石が動いた時は、この線形式に当てはめて磁石の位置を算出する。

出力信号Ａと出力信号Ｂは磁束密度に比例する事から、静磁場解析のコンピュータによる磁気シミュレーションを行い、その磁束密度を図５におけるホールセンサの信号に対応させ、位置検出装置の検出分解能の計算を行った。

静磁場解析のコンピュータシミュレーションは磁場Ｈ[Ａ／ｍ]を求める事が可能であれば微分方程式法（有限要素法、差分法など）、積分方程式法（境界要素法、磁気モーメント法など）何れを用いても構わない。

まず、広い温度範囲において、分解能５μｍで２ｍｍ（±１ｍｍ）の範囲を位置検出する場合について示す。図３、４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。

直方体磁石の長さＬ＝２．５ｍｍ、直方体磁石の幅Ｗ＝２．９ｍｍ、直方体磁石の高さＨ＝０．９ｍｍとする。

また、直方体磁石のホールセンサＳ１、Ｓ２に対向する平面（磁石下面）からホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心までの距離ＳＭＤ＝１．２ｍｍ、第１のホールセンサＳ１の感磁面の中心と第２のホールセンサＳ２の感磁面の中心との距離ＳＬ＝０．８ｍｍ とする。ホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心から磁石の上面までの距離（Ｈ+ＳＭＤ）は２．１ｍｍとなる。

上記設計の際、図１６に示すように、ホールセンサＳ１、Ｓ２をばらばらに実装基板に搭載するよりも、全てのホールセンサＳ１、Ｓ２を、電極１６０１を設置した１つのモールドパッケージ１６０２内に搭載しても良い。この場合、ホールセンサＳ１、Ｓ２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基板上に全てのホールセンサＳ１、Ｓ２を設けることも可能である。従って、ホールセンサＳ１とホールセンサＳ２とを、１つのパッケージ内に封入しても良い。

図１１〜１３は、直方体磁石の移動距離に対する磁束密度の変化を示す。

図１１は磁石の移動距離に対する第１のホールセンサＳ１の位置での磁束密度変化１１を、図１２は磁石の移動距離に対する第２のホールセンサＳ２の位置での磁束密度変化１２を、図１３は磁石の移動距離に対する、第２のホールセンサＳ２の位置での磁束密度から第１のホールセンサＳ１の位置での磁束密度を引いた磁束密度の変化の差１３を、表している。

これにより、磁石の移動に対して第２のホールセンサＳ２の位置での磁束密度から第１のホールセンサＳ１の位置での磁束密度を引いた差磁束密度が線形に近い曲線で変化することが分かる。

ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、第１のホールセンサＳ１の出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサＳ２の出力電圧Ｖｂとの差分値は、磁石の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになる。

図１４は、上記パラメータでの構成例において、直方体磁石の移動に対する、ホールセンサＳ１の出力電圧Ｖａと、ホールセンサＳ２の出力電圧Ｖｂとの差分値（Ｖａ−Ｖｂ）を、出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）で割った値を、磁気シミュレーション値から求めた結果を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の領域２２を拡大した図である。理想直線（線形式）は符号２１で示される。

磁気シミュレーションの前提として、２個のホールセンサＳ１、Ｓ２の感度を２．４ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石の残留磁束密度Ｂｒを１２００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。

図１１〜１３と図１４に示した磁気シミュレーション結果より、本発明の位置検出装置では、直方体磁石の移動に対する、ホールセンサＳ１の出力電圧Ｖａと、ホールセンサＳ２の出力電圧Ｖｂとの差分値を、出力電圧の和で割った値が高い線形性を持ち、理想の直線（線形式）とよく一致することが分かる。

ここで、図１４（ａ）に記載した理想直線２１は、直方体磁石の移動距離が＋１ｍｍにおける２個のホールセンサＳ１、Ｓ２の出力電圧の差分値（Ｖａ−Ｖｂ）を、出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）で割った値と、直方体磁石の移動距離が−１ｍｍにおける２個のホールセンサＳ１、Ｓ２の出力電圧の差分値（Ｖａ−Ｖｂ）を、出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）で割った値とを結んだ直線である。

図１４（ｂ）より、第１のホールセンサＳ１の出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサＳ２の出力電圧Ｖｂとの差分値（Ｖａ−Ｖｂ）を、出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）で割った値は、少しではあるが理想直線からずれているのが分かる。

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、第１のホールセンサＳ１の出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサＳ２の出力電圧Ｖｂとの差分値（Ｖａ−Ｖｂ）を、出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）で割った値の理想直線２１からのずれが大きければ、位置検出誤差が大きくなる。

図１５は、直方体磁石の移動距離が＋１ｍｍにおける２個のホールセンサＳ１、Ｓ２の出力電圧の差を和で割った値と、直方体磁石の移動距離が−１ｍｍにおける２個のホールセンサＳ１、Ｓ２の出力電圧の差分値を和で割った値を結んだ直線を理想直線２１として、理想直線２１と図１４に示した磁気シミュレーション結果のずれから換算した位置検出における誤差を示した図である。

図１５に示す結果より、位置検出誤差は最大でも５μｍ以下であり、分解能は全ストローク２ｍｍに対して０．２５％と高精度な位置検出を達成していることが分かる。

当然、図１４で示した磁気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２１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２１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。

このように、本発明の位置検出装置を用いることにより、以下の比較条件を用いた従来の位置検出装置と比較して、著しく薄型な位置検出装置を実現できる。

＜比較条件＞
図６に従来の位置検出装置の構成を示す。図６の位置検出装置は、移動する物体に取り付けられている磁石６０１（磁石の幅Ｗ、磁石の長さＬ、磁石の高さＨ）の、装置本体などの固定されている物体に取り付けられているホールセンサＳ１、Ｓ２に対する相対位置を検出する。ここで、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２を結ぶ線分の距離は、符号ＳＬで示される。そして、ホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心と磁石下面との距離は、符号ＳＭＤで示される。また、磁石の中心の移動の方向は、符号６０３で示される。

磁石６０１は、幅Ｗ［ｍｍ］、高さＨ［ｍｍ］、長さＬ［ｍｍ］の直方体で、Ｚ軸方向に単極着磁されているものである。図６において、Ｘ軸、Ｙ軸は、磁壁面に平行な方向であり、Ｚ軸は、磁壁面に垂直な方向である。ここで、Ｚ軸は磁石から基板面に向かう基板面に垂直な方向である。磁石６０１の高さＨの中点に磁壁は位置する。また、Ｘ軸は、磁石６０１の移動方向６０３に平行な方向であり、Ｙ軸は、磁石６０１の移動方向６０３に垂直な方向である。下記の実施形態１、実施形態２では、磁石はすべてネオジム焼結磁石で、残留磁束密度は１２００ｍＴ（一般的なネオジウム焼結磁石の値）である。

以下で説明する比較条件において、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２は、規定の距離ＳＬを隔てて基板６０４上に実装され、磁石６０１はホールセンサＳ１、Ｓ２に対向するように配置される。この際、磁石６０１は、磁石６０１の幅Ｗを二等分する対称面に第１、第２のホールセンサを結ぶ直線が含まれるように配置される。

また、ホールセンサＳ１、Ｓ２からの信号は、アンプ６０５およびＡ／Ｄ変換器６０６を経由して、処理回路６０７に送信され、処理回路６０７から送信された信号に従って、磁石６０１を有する移動部品を図６の矢印６０３の方向に、処理回路６０７と接続された駆動回路６０８が駆動する。

従来の位置検出装置の構成である比較条件の構成では、図６に示されているように、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２は、規定の距離ＳＬを隔てて基板上に実装され、磁石はホールセンサＳ１、Ｓ２に対向するように配置される。この際、磁石は第１、第２のホールセンサを結ぶ直線が含まれる基板に垂直な平面と磁石の磁壁面とが垂直に交わるように配置され、磁石のホールセンサに対する相対運動方向が磁壁面に平行である。すなわち、比較条件では、実施形態１の構成と異なり、磁石６０１の磁壁面（磁石６０１の磁壁６０２を含む面）に第１、第２のホールセンサを結ぶ直線が含まれない。

比較条件においても上記の実施形態１の実施条件と同様に、広い温度範囲において分解能５μｍで２ｍｍ（±１ｍｍ）の範囲を位置検出する。

比較条件としては、従来、移動する物体に取り付けられている磁石（磁石の幅Ｗ、磁石の長さＬ、磁石の高さＨ）の装置本体などの固定されている物体に取り付けられているホールセンサＳ１、Ｓ２に対する相対位置を検出する位置検出装置に用いられている構成を示す。比較条件の概略を図６に示した。ここで、第１のホールセンサＳ１と第２のホールセンサＳ２を結ぶ線分の距離は符号ＳＬで示される。そして、ホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心と磁石下面との距離は符号ＳＭＤで示される。

実施形態１とは異なり、着磁方向は基板に直行する方向（Ｚ軸方向）であり、磁壁面は磁石下面（Ｘ−Ｙ平面）および基板に平行であり、ホールセンサは磁壁面上に無い。第１と第２のホールセンサＳ１、Ｓ２の検出可能な磁束の方向は、磁石の着磁方向に平行な方向（Ｚ軸方向）である。また、磁石の移動方向は、磁壁面に平行な方向（Ｘ軸方向）である。

以下、図６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。

直方体磁石の長さＬ＝２．６ｍｍ、直方体磁石の幅Ｗ＝１．４ｍｍ、直方体磁石の高さＨ＝０．８ｍｍとする。

また、直方体磁石のホールセンサＳ１、Ｓ２に対向する平面（磁石下面）からホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心までの距離ＳＭＤ＝１．８ｍｍ、第１のホールセンサＳ１の感磁面の中心と第２のホールセンサＳ２の感磁面の中心との距離ＳＬ＝１．５ｍｍ とする。これより、比較条件ではホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心から磁石の上面までの距離（Ｈ+ＳＭＤ）は２．６ｍｍとなることが分かる。

これらの結果より、実施形態１の実施条件の構成を用いた位置検出装置のＨ＋ＳＭＤのほうが、従来の構成（比較条件）を用いた位置検出装置のＨ＋ＳＭＤよりも０．５ｍｍだけ短くすることができ、実施形態１により位置検出装置の薄型化が可能となることが分かる。この位置検出装置を用いることにより、本発明によれば携帯電話等のモバイルカメラに搭載される光学系レンズユニットの大きさから考慮すると、著しく位置検出装置を薄型化できるという効果を得ることがわかる。また、上記の位置検出装置を撮像装置に用いることもできる。
＜実施形態２＞
実施形態２の構成は、図３に示されている実施形態１の構成と同様である。

実施形態２の位置検出装置と従来（比較条件を用いた位置検出装置）の位置検出装置の双方において、共に同じように位置検出装置の構成条件を変化させたときの分解能比と磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離ＳＭＤの関係を磁気シミュレーションによって求め、その結果を図７〜１０に示した。ここで、比較条件の構成は、図６に示されている構成と同様である。

ここで言う装置の構成条件とは、磁石の幅Ｗ、高さＨ、長さＬと、二つのホールセンサＳ１、Ｓ２を結ぶ線の距離ＳＬのことである。また、ここで言う分解能比とは、実際の磁石の移動距離と位置検出装置が検出した磁石の移動距離の差を誤差とし、その誤差の最大値を磁石の可動範囲で除した値とする。単位は［μｍ／ｍｍ］である。図７〜１０では、縦軸を分解能比、横軸を磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）とした。

上記の位置検出装置の構成条件の違いは図７〜１０の凡例で示す。具体的には、図７〜１０において、実施条件１２３−１．５とは実施条件ＷＨＬ−ＳＬの事であって、磁石の幅Ｗ＝１ｍｍ、高さＨ＝２ｍｍ、長さＬ＝３ｍｍ、ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍの本発明（実施形態１）の構成を用いた位置検出装置の事である。また、図７〜１０において、比較条件１２３−１．５とは比較条件ＷＨＬ−ＳＬの事であって、磁石の幅Ｗ＝１ｍｍ、高さＨ＝２ｍｍ、長さＬ＝３ｍｍ、ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍの従来（比較条件）の構成を用いた位置検出装置の事である。

全ての実施条件及び比較条件において、磁石の寸法は磁石の幅Ｗを１ｍｍ、２ｍｍ、高さＨを１ｍｍ、２ｍｍ、長さＬを２、３ｍｍとし、ホールセンサＳ１、Ｓ２の間の距離ＳＬは０．８ｍｍ、１．５ｍｍとして、これらの条件を網羅的に与え磁気シミュレーションを行った。磁石のストロークは、全ての実施条件及び比較条件において、２ｍｍとした。

これらの違いを図７〜１０に磁石の長さＬ、ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬで分けて表した。

図７はホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝０．８ｍｍ、磁石の長さＬ＝２ｍｍで、磁石の幅Ｗ、高さＨはそれぞれ（Ｗ［ｍｍ］、Ｈ［ｍｍ］）＝（１ｍｍ、１ｍｍ）、（１ｍｍ、２ｍｍ）、（２ｍｍ、１ｍｍ）、（２ｍｍ、２ｍｍ）という条件下での磁気シミュレーション結果を示している。

図８はホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝０．８ｍｍ、磁石の長さＬ＝３ｍｍで、磁石の幅Ｗ、高さＨは図７に示したものと同様であるという条件下での磁気シミュレーション結果を示している。

図９はホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍ、磁石の長さＬ＝２ｍｍで、磁石の幅Ｗ、高さＨは図７に示したものと同様であるという条件下の磁気シミュレーション結果を示している。

図１０はホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍ、磁石の長さＬ＝３ｍｍで、磁石の幅Ｗ、高さＨは図７に示したものと同様であるという条件下の磁気シミュレーション結果を示している。

図７〜１０に示した磁気シミュレーション結果より、実施形態２の構成を用いた位置検出装置では、磁石の大きさが同じでも従来の構成を用いた比較条件下の位置検出装置に比べ、磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）が近い領域において、従来の構成を用いた比較条件下の位置検出装置と同等以上の分解能を得られるという効果が得られることが分かる。

この位置検出装置を用いることにより、本発明によれば携帯電話等のモバイルカメラに搭載される光学系レンズユニットの大きさから考慮すると、著しく位置検出装置を薄型化できるという効果を得ることがわかる。また、上記の位置検出装置を撮像装置に用いることもできる。

位置検出装置の例を示した図である。 本発明の磁石と磁気センサの配置図である。 本発明の位置検出装置に用いられる構成の斜視図である。 本発明の位置検出装置に用いられる構成のＹ方向からの側面図である。 ホールセンサを用いて位置検出する際の信号処理方法の一例を示す説明図である。 従来の位置検出装置に用いられる比較条件の構成の斜視図である。 ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝０．８ｍｍ、磁石の長さＬ＝２ｍｍでの実施条件、比較条件下での分解能比と磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）の関係を示した図である。 ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝０．８ｍｍ、磁石の長さＬ＝３ｍｍでの実施条件、比較条件下での分解能比と磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）の関係を示した図である。 ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍ、磁石の長さＬ＝２ｍｍでの実施条件、比較条件下での分解能比と磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）の関係を示した図である。 ホールセンサＳ１、Ｓ２間の距離ＳＬ＝１．５ｍｍ、磁石の長さＬ＝３ｍｍでの実施条件、比較条件下での分解能比と磁石下面とホールセンサＳ１、Ｓ２の感磁面の中心との距離（ＳＭＤ）の関係を示した図である。 磁石の移動距離に対する第１のホールセンサＳ１の位置での磁束密度変化を示す説明図である。 磁石の移動距離に対する第２のホールセンサＳ２の位置での磁束密度変化を示す説明図である。 磁石の移動距離に対する、第２のホールセンサＳ２の位置での磁束密度から第１のホールセンサＳ１の位置での磁束密度をひいた差磁束密度の変化を示す説明図である。 （ａ）は図２の位置検出装置を用いてパラメータの最適値にした場合において、直方体磁石の移動距離に対する、ホールセンサ間の出力電圧の差分値を出力電圧の和で割った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り、（ｂ）は拡大図である。 図１３に示した、理想直線と磁気シミュレーション結果とのずれとから換算した、直方体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。 モールドパッケージの例を示した図である。

符号の説明

Ｗ 磁石の幅
Ｌ 磁石の長さ
Ｈ 磁石の高さ
Ｓ１ ホールセンサ
Ｓ２ ホールセンサ
ＳＬ 距離
ＳＭＤ 距離
ＳＴ 磁石の中心の移動範囲
１１ 磁束密度変化
１２ 磁束密度変化
１３ 磁束密度の変化の差
２１ 理想直線
２２ 領域

Claims (5)

1. 位置を検出する物体に取り付けられると共に、相対的移動方向に沿ったその両端面における磁束の向きが互いに反転するように形成された磁石と、前記磁石の前記相対的移動による磁束の変化を検出する第１及び第２の磁束検出手段とを備える位置検出装置であって、
   前記磁石の磁壁面に前記２つの磁束検出手段を結ぶ直線が含まれ、
   前記磁石の前記２つの磁束検出手段に対する相対的移動方向が前記磁壁面に平行、かつ前記２つの磁気検出手段を結ぶ直線に平行であり、
   前記磁石の移動距離に対する前記第１の磁束検出手段の出力電圧と、前記磁石の移動距離に対する前記第２の磁束検出手段の出力電圧との差分値に基づいて、前記磁石の基準点からの位置を表す前記磁石の移動距離を検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記２つの磁束検出手段が前記磁石の着磁方向に平行な磁束成分を検出する事が可能であ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２つの磁束検出手段がそれぞれホールセンサ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乃至３のいずれかに記載の位置検出装置を用いたことを特徴とする光学系。
5. 請求項４に記載の光学系を用いたことを特徴とする撮像装置。

Images