JP5594086B2 - 変位検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被変位検出体の変位を検出する変位検出装置に関するものである。

従来、こうした変位検出装置としては、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載されたものが知られている。これらの変位検出装置は、表面にＮ極及びＳ極の磁極領域を直線状に交互に並べて配列した被変位検出体としての磁石材料と、変位検出素子としての磁場方向検知型素子とを備え、磁石材料により形成される磁場を磁場方向検知型素子で検知することで、磁石材料の変位を検出するものである。

特に、磁場方向検知型素子により磁場の方向を検知することで、温度による磁場強度の変動や磁石材料（被変位検出体）及び磁場方向検知型素子の間のギャップ変動の影響を受けにくく、比較的高い精度で変位を検出できるとしている。

特開２００９−１９２２６１号公報

発明協会公開技報公技番号２００６−５０３３９６号

ところで、これらの変位検出装置では、電気配線等の制約から、磁場方向検知型素子に対して磁石材料（被変位検出体）を移動させてその変位を検出することになる。この場合、磁石材料のフルストロークの変位を検出するためには、該磁石材料を配置する変位方向のスペースとして概ねその全長の２倍のスペースが必要となる。従って、磁石材料の変位方向の長さが大きいことから、該磁石材料を搭載する上で、大きな制約を受けることになる。

なお、図１０に示すように、磁石材料（被変位検出体）の磁極数を減らすことも考えられる。すなわち、単独（１つ）の磁極領域を有する磁石材料９１により形成される磁場に基づいて該磁石材料９１の変位を磁場方向検知型素子９２で検出するように構成したもので、移動方向に直交する一方向にＮ極及びＳ極が配置される磁石材料９１Ａや、移動方向に沿ってＮ極及びＳ極が配置される磁石材料９１Ｂがある。しかしながら、いずれの場合であっても、検出可能な変位のストロークが小さくなるという別の問題が生じてしまう。

本発明の目的は、簡素な構成で、搭載性を損ねることなく検出可能な変位の範囲をより大きく確保することができる変位検出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、被変位検出体と、該被変位検出体の移動方向に並設された複数の変位検出素子とを備える変位検出装置において、前記被変位検出体の移動に伴う前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値が前記被変位検出体の変位に一対一で対応するように設定してなり、前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値を選択する選択手段を備え、前記選択手段は、前記複数の変位検出素子の出力端子に一の電極がそれぞれ接続され、他の電極同士が短絡された複数のダイオードで構成され、前記複数のダイオードの短絡された前記他の電極にはオペアンプの非反転入力端子が接続され、該オペアンプの反転入力端子には、グランドに接地された抵抗が接続されるとともに該オペアンプの出力端子が接続されており、前記選択手段は、前記ダイオードにおける電圧降下分を補償する補償回路を備え、該補償回路は、前記オペアンプと、該オペアンプの前記出力端子から前記反転入力端子に帰還させる帰還経路に接続されたダイオードとを有することを要旨とする。

同構成によれば、前記被変位検出体の変位に一対一で対応するように設定された前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値を前記選択手段により選択することで、該選択された最大値に基づいて前記被変位検出体の変位を検出することができる。この場合、前記被変位検出体がその移動方向に短小であったとしても、該移動方向に前記複数の変位検出素子が並設されることで、前記被変位検出体の変位の検出範囲を十分に確保することができる。また、前記被変位検出体が短小であれば、その移動方向に要するスペースは概ね前記複数の変位検出素子の当該方向のスペースに収まるため、装置全体としての搭載性を向上することができる。さらに、前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値を選択し得る極めて簡易な電気回路の構成で、前記被変位検出体の変位を検出することができる。
また、前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値の選択を、前記複数のダイオードからなる極めて簡易な電気回路の構成で行うことができる。
また、前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値の選択に際し、前記ダイオードにおいて生じた電圧降下分を前記補償回路で補償することができ、より高精度に前記被変位検出体の変位を検出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変位検出装置において、前記被変位検出体は、磁石材料であって、前記変位検出素子は、磁場方向検知型素子からなることを要旨とする。

同構成によれば、前記変位検出素子は、磁場方向検知型素子からなることで、温度による磁場強度の変動や磁石材料（被変位検出体）及び磁場方向検知型素子（変位検出素子）の間のギャップ変動の影響を抑制することができ、比較的高い精度で磁石材料（被変位検出体）の変位を検出することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の変位検出装置において、前記変位検出素子の磁場を検出する検出面は、前記被変位検出体の移動方向に直交する一方向で該被変位検出体の表面と平行に対向するように配置されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記変位検出素子の前記検出面は、前記被変位検出体の移動方向に直交する一方向で該被変位検出体の表面と平行に対向するように配置されていることで、前記変位検出素子を前記移動方向に直交する当該一方向にコンパクトに配置することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、前記帰還経路に接続されたダイオードは、直列接続された複数のダイオードからなることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の変位検出装置において、前記帰還経路には、前記直列接続された複数のダイオードと前記反転入力端子との間に第２抵抗が接続されており、前記補償回路は、前記直列接続された複数のダイオードと、前記グランドに接地された抵抗である第１抵抗と、前記第２抵抗とを有することを要旨とする。

本発明では、簡素な構成で、搭載性を損ねることなく検出可能な変位の範囲をより大きく確保することができる変位検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す模式図。 （ａ）（ｂ）は、磁場方向検知型素子及びその内部構造を示す斜視図。 同実施形態の電気的構成を示すブロック図。 同実施形態の電気的構成を示す回路図。 磁石材料の変位と、磁場角及び出力電圧との関係を示すグラフ。 磁石材料の変位と、３つの磁場方向検知型素子の出力電圧及び最大値との関係を示すグラフ。 本発明の変形形態の電気的構成を示す回路図。 本発明の変形形態の電気的構成を示す回路図。 本発明の変形形態の電気的構成を示す回路図。 従来形態を示す模式図。

図１を参照して本発明の一実施形態について説明する。同図１に示すように、本実施形態の変位検出装置１０は、平板状の基板（プリント配線基板）１１を図示左右方向に延設するとともに、該基板１１上に複数（本実施例では３つ）のホールＩＣからなる変位検出素子としての磁場方向検知型素子１２を搭載する。磁場方向検知型素子１２として、具体的にはＭｅｌｅｘｉｓ社のＭＬＸ９０３６０等のホールＩＣが採用されている。これら磁場方向検知型素子１２は、図示左右方向に等間隔で基板１１上に並設されている。

また、変位検出装置１０は、磁場方向検知型素子１２の面状に広がる検出面１２ａ側（図示下側）に、例えばフェライト磁石からなる被変位検出体としての磁石材料１３を対向配置する。磁石材料１３は、３つの磁場方向検知型素子１２の並設方向である図示左右方向（以下、「移動方向」ともいう）に移動可能となっている。磁石材料１３の磁極領域は、異方性磁石に着磁してなるもので、例えば磁場方向検知型素子１２に対向する表面１３ａがＮ極となり、離隔する裏面１３ｂがＳ極となる単独（１個）となっている。なお、磁極領域に描いている矢印は、その極性を表すものである。

次に、各磁場方向検知型素子１２について更に説明する。磁場方向検知型素子１２は、図２（ａ）に示すように、その外形が四角形状であって、図２（ｂ）に示す４個のホール素子２１を形成した半導体基板２２が樹脂モールドされてなり、両側面から複数の外部端子２３を延出させている。そして、磁場方向検知型素子１２は、両側面から延出したこれら外部端子２３において、基板１１に形成された電気回路に接続されている。磁場方向検知型素子１２は、基板１１と反対側の面を磁場を検出する検出面１２ａとし、その検出面１２ａが、前記磁石材料１３の表面１３ａと平行となるように対向配置されている。

樹脂モールドされた半導体基板２２は、４個のホール素子２１を形成した基板面２２ａが検出面１２ａ側にかつ平行に配置されている。基板面２２ａに形成された４個のホール素子２１は、基板面２２ａの中心点Ｏを中心に周方向に９０°の等間隔に配置されている。そして、中心点Ｏを挟んで相対向する２個のホール素子２１を１組とした組を２つ作る。

ここで、一方の組の２個のホール素子２１と、他方の組の２個のホール素子２１とを区別するために、一方の組の２個のホール素子２１の符号を「２１Ａ」、他方の組の２個のホール素子２１の符号を「２１Ｂ」として表現する。本実施形態では、説明の便宜上、２個のホール素子２１Ａ間を結ぶ線分が延びる方向をＸ方向とし、２個のホール素子２１Ｂ間を結ぶ線分が延びる方向をＹ方向とする。また、これらＸＹ方向で規定されるＸＹ平面に直交する方向をＺ方向とする。

４個のホール素子２１Ａ，２１Ｂを形成した基板面２２ａには、検出面１２ａと平行に広がる円形の集磁膜２４が形成されている。すなわち、集磁膜２４は、その縁部において４個のホール素子２１Ａ，２１Ｂの一部を図示上方から覆う態様で半導体基板２２上に設けられている。集磁膜２４は、基板面２２ａ（検出面１２ａ）と平行に移動する磁石材料１３から平行に出る外部磁場の向きを基板面２２ａに対して直交する方向に変え基板面２２ａに集磁させる膜である。

図１において、検出面１２ａ（基板面２２ａ）と平行に移動する磁石材料１３の移動方向はＸ方向に一致しており、検出面１２ａはＸＹ平面と平行である。そして、検出面１２ａと平行に移動する磁石材料１３について、磁場方向検知型素子１２は、一方の組の２個のホール素子２１Ａの出力電圧の差分を算出することで、移動するその時々の磁石材料１３の外部磁場のＸ方向成分Ｂｘを検知し、他方の組の２個のホール素子２１Ｂの出力電圧の差分を算出することで、同じく磁石材料１３の外部磁場のＹ方向成分Ｂｙを検知する。また、磁場方向検知型素子１２は、他方の組の２個のホール素子２１Ｂの出力電圧の和を算出することで、移動するその時々の磁石材料１３の外部磁場のＺ方向成分Ｂｚを検知する。さらに、磁場方向検知型素子１２は、磁石材料１３の外部磁場のＸ方向成分Ｂｘ及びＺ方向成分Ｂｚから、外部磁場のベクトル（磁場角θ）を検出する。なお、検出できる磁場角θの範囲は３６０°（未満）である。つまり、磁場方向検知型素子１２は、磁石材料１３の移動方向に平行な方向（Ｘ方向）の磁場成分の強さと、当該移動方向に垂直な方向（Ｚ方向）の磁場成分の強さとを検知して、これらに基づき磁場角θを検出する。この磁場角θは、磁石材料１３との相対位置、即ち磁石材料１３の変位に相関するもので、該磁石材料１３の変位と磁場角θとの関係を予め記憶しておくことで、該磁場角θに基づいて磁石材料１３の変位が検出される。磁場方向検知型素子１２は、この磁場角θ（即ち磁石材料１３の変位）に応じた出力値としての出力電圧Ｖを出力するように構成されている。

すなわち、図５に示すように、任意の磁場方向検知型素子１２の検出面１２ａと、磁石材料１３の表面１３ａとがＺ方向で中心同士が対向するときの磁石材料１３の位置を所定の基準位置Ｓで表すと、磁石材料１３の位置と磁場角θとは、基準位置Ｓを含む左右の一定範囲内で単調増加の関係を有する。そして、磁場方向検知型素子１２は、基準位置Ｓに対して左右対称な所定範囲（以下、検出範囲Ａという）内で、略比例的に単調増加し、検出範囲Ａ外で零となる出力電圧Ｖを出力するように設定されている。略比例的に単調増加する出力電圧Ｖの出力は、該出力を任意に調整可能な磁場方向検知型素子１２に既存の機能を利用するものである。同様に、零となる出力電圧Ｖの出力は、外部磁場が小さくなって磁場方向検知型素子１２の検知精度が低下したり検知不能になったりした場合に、Ｌ（ロー）レベルを出力する磁場方向検知型素子１２に既存の機能を利用するものである。つまり、磁場方向検知型素子１２から離隔する磁石材料１３の検出範囲Ａ外では、該磁石材料１３の外部磁場が一定レベルよりも小さくなることで、前述の機能によって零となる出力電圧Ｖが出力される。これは、各磁場方向検知型素子１２の動作を安定化させるためのものである。

本実施形態では、３つの磁場方向検知型素子１２（以下、左から右に向かって磁場方向検知型素子１２１，１２２，１２３という）の検出範囲Ａとして、磁石材料１３の全移動範囲を等分した検出範囲Ａが設定されている。具体的には、図１において右側に配置された磁場方向検知型素子１２１の検出範囲Ａ１、中央に配置された磁場方向検知型素子１２２の検出範囲Ａ２、左側に配置された磁場方向検知型素子１２３の検出範囲Ａ３は、左右方向（磁石材料１３の移動方向）において互いに同等の長さを有するように設定されている。また、これら磁場方向検知型素子１２１〜１２３は、各々の対応する検出範囲Ａ１〜Ａ３の中心に配置されている。

ここで、３つの磁場方向検知型素子１２において、各々の検出範囲Ａ１〜Ａ３における出力電圧Ｖの出力特性は前述のように互いに同等であるものの、その立ち上がり時の基準電圧Ｖｓは、互いに異なるように設定されている。すなわち、図６に示すように、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の対応する検出範囲Ａ１〜Ａ３における出力電圧Ｖを出力電圧Ｖ１〜Ｖ３で表し、それぞれの基準電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３で表すと、基準電圧Ｖｓ２は、検出範囲Ａ１，Ａ２の境界位置で磁場方向検知型素子１２１が出力する出力電圧Ｖｅ１と同等に設定されている。同様に、基準電圧Ｖｓ３は、検出範囲Ａ２，Ａ３の境界位置で磁場方向検知型素子１２２が出力する出力電圧Ｖｅ２と同等に設定されている。このような基準電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３の設定（出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の嵩上げ）は、例えば３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３に対して適宜のバイアス電圧を個別に付加し得る回路構成を設けることで実現可能である。

そして、磁石材料１３の全移動範囲（フルストローク）に相当する全ての検出範囲Ａ１〜Ａ３における出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭは、略比例的に単調増加する特性を有する。具体的には、検出範囲Ａ１では磁場方向検知型素子１２１の出力電圧Ｖ１で、検出範囲Ａ２では磁場方向検知型素子１２２の出力電圧Ｖ２で、検出範囲Ａ３では磁場方向検知型素子１２３の出力電圧Ｖ３で最大値ＶＭがそれぞれ決定される。つまり、磁石材料１３の移動に伴う３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭは、磁石材料１３の変位に一対一で対応するように設定されている。

次に、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭを得るための回路構成について説明する。図３に示すように、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力端子にそれぞれ電気的に接続された最大値選択回路１４は、磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を入力するとともに、これら出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭを出力する。

具体的には、図４に示すように、最大値選択回路１４は、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力端子にアノードがそれぞれ電気的に接続され、カソード同士が互いに短絡された３つのダイオードＤ１〜Ｄ３を備える。これらダイオードＤ１〜Ｄ３は、互いに同等の特性を有する。また、最大値選択回路１４は、これらダイオードＤ１〜Ｄ３のカソードにその非反転入力端子が電気的に接続され、反転入力端子及び出力端子の短絡されたオペアンプＯＰ（いわゆるボルテージフォロワ）を備える。最大値選択回路１４は、ダイオードＤ１〜Ｄ３の整流動作を利用して出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭをオペアンプＯＰの非反転入力端子に出力するとともに、該オペアンプＯＰにおいて出力インピーダンスの低減を行って該オペアンプＯＰの出力端子から出力する。最大値選択回路１４（オペアンプＯＰ）からの出力信号が、図６に示した最大値ＶＭの特性に相関していることはいうまでもない。なお、最大値選択回路１４からの出力信号が適宜の制御回路（図示略）に入力されることで、該制御回路において磁石材料１３の変位が検出される。

次に、本実施形態の動作について説明する。
磁石材料１３が３つの磁場方向検知型素子１２の並設方向に移動したとする。このとき、全ての検出範囲Ａ１〜Ａ３における磁石材料１３の変位に応じて、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３のいずれかの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が、最大値選択回路１４において最大値ＶＭとして選択・出力される。この最大値ＶＭ（より正確にはこれに相関する出力信号）に基づいて、磁石材料１３の変位が検出される。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、磁石材料１３の変位に一対一で対応するように設定された複数の磁場方向検知型素子１２の出力電圧Ｖのうちの最大値ＶＭを最大値選択回路１４により選択することで、該選択された最大値ＶＭに基づいて磁石材料１３の変位を検出することができる。この場合、磁石材料１３がその移動方向に短小であったとしても、該移動方向に複数の磁場方向検知型素子１２が並設されることで、磁石材料１３の変位の検出範囲を十分に確保することができる。また、磁石材料１３が短小であれば、その移動方向に要するスペースは概ね複数の磁場方向検知型素子１２の当該方向のスペースに収まるため、装置全体としての搭載性を向上することができる。さらに、複数の磁場方向検知型素子１２の出力電圧Ｖのうちの最大値ＶＭを選択し得る極めて簡易且つ安価な電気回路の構成で、磁石材料１３の変位を検出することができる。

（２）本実施形態では、磁石材料１３の変位を磁場方向検知型素子１２にて検出する構成を採用したことで、温度による磁場強度の変動や磁石材料１３（被変位検出体）及び磁場方向検知型素子１２（変位検出素子）の間のギャップ変動の影響を抑制することができ、比較的高い精度で磁石材料１３の変位を検出ことができる。

（３）本実施形態では、磁場方向検知型素子１２の検出面１２ａは、磁石材料１３の移動方向に直交する一方向で該磁石材料１３の表面１３ａと平行に対向するように配置されていることで、磁場方向検知型素子１２を前記移動方向に直交する当該一方向にコンパクトに配置することができる。

（４）本実施形態では、複数の磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうちの最大値ＶＭの選択を、ダイオードＤ１〜Ｄ３からなる極めて簡易な電気回路の構成で行うことができる。

（５）本実施形態では、被変位検出体として磁石材料１３を採用したことで、該磁石材料１３の移動に関し電気的な配線の影響をなくすことができる。
（６）本実施形態では、磁石材料１３の外部磁場が一定レベルよりも小さくなるとき（即ち磁石材料１３が該当の磁場方向検知型素子１２の検出範囲Ａ外にあるとき）、磁場方向検知型素子１２から零となる出力電圧Ｖを出力する。従って、外部磁場が小さくなって磁場方向検知型素子１２の検知精度が低下したり検知不能になったりした場合に、磁石材料１３の変位が検出されることがないため、変位検出装置１０全体の動作を安定化し、結果として高精度を確保することができる。

（７）本実施形態では、磁石材料１３が該当の磁場方向検知型素子１２の検出範囲Ａ内にあるとき、磁場方向検知型素子１２から略比例的に単調増加する出力電圧Ｖを出力する。従って、磁石材料１３の変位に対する出力電圧Ｖのリニアリティを確保することができ、結果として高精度を確保することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図７に示す回路構成の最大値選択回路３０であってもよい。すなわち、この最大値選択回路３０において、前記オペアンプＯＰは、出力端子がダイオードＤ１〜Ｄ３と同等の特性を有するダイオードＤのアノードに電気的に接続され、反転入力端子がダイオードＤのカソードに電気的に接続されている。また、ダイオードＤ１〜Ｄ３のカソード及びダイオードＤのカソードは、それぞれ抵抗Ｒを介してグランドＧＮＤに接地されている。オペアンプＯＰ及びダイオードＤは、補償回路３１を構成する。このような回路構成を採用することで、ダイオードＤ１〜Ｄ３における電圧降下分Ｖｔｈ（≒０．６〜０．７Ｖ）を補償することができる。

すなわち、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３において、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３であるとすると、オペアンプＯＰの非反転入力端子に対する入力電圧はＶ１−Ｖｔｈとなる。一方、オペアンプＯＰの出力電圧をＶｏとすると、オペアンプＯＰの反転入力端子に対する入力電圧はＶｏ−Ｖｔｈとなる。イマジナリ・ショートにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子に対する入力電圧（Ｖ１−Ｖｔｈ）と、反転入力端子に対する入力電圧（Ｖｏ−Ｖｔｈ）とが等しくなることから、
Ｖ１−Ｖｔｈ＝Ｖｏ−Ｖｔｈ
∴Ｖ１＝Ｖｏ
となって、ダイオードＤ１〜Ｄ３における電圧降下分Ｖｔｈを補償した出力電圧Ｖ１が出力電圧ＶｏとしてオペアンプＯＰ（最大値選択回路３０）から出力される。

以上により、３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のうちの最大値ＶＭの選択に際し、ダイオードＤ１〜Ｄ３において生じた電圧降下分Ｖｔｈを補償回路３１で補償することができ、より高精度に磁石材料１３の変位を検出することができる。

・また、図８に示すように、前記最大値選択回路３０の出力段に増幅回路３２を追加した回路構成であってもよい。すなわち、前記最大値選択回路３０のオペアンプＯＰの出力端子が増幅回路３２の入力端子に電気的に接続されている。従って、最大値選択回路３０においてダイオードＤ１〜Ｄ３における電圧降下分Ｖｔｈを補償するとともに、増幅回路３２において増幅等した信号が出力電圧Ｖｏとして出力される。

・さらに、図９に示す回路構成の最大値選択回路３３であってもよい。すなわち、この最大値選択回路３３において、前記オペアンプＯＰは、出力端子が直列接続のｎ個のダイオードＤの直近のアノードに電気的に接続され、反転入力端子が抵抗Ｒ２を介して直列接続のｎ個のダイオードＤの直近のカソードに電気的に接続されている。また、オペアンプＯＰの反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介してグランドＧＮＤに接地されている。オペアンプＯＰ、ｎ個のダイオードＤ及び抵抗Ｒ１，Ｒ２は、補償回路３４を構成する。

ここで、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３において、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３であるとすると、オペアンプＯＰの非反転入力端子に対する入力電圧はＶ１−Ｖｔｈとなる。一方、オペアンプＯＰの出力電圧をＶｏとすると、オペアンプＯＰの反転入力端子に対する入力電圧は（Ｖｏ−ｎ・Ｖｔｈ）・（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））となる。イマジナリ・ショートにより、オペアンプＯＰの非反転入力端子に対する入力電圧（Ｖ１−Ｖｔｈ）と、反転入力端子に対する入力電圧（Ｖｏ−ｎ・Ｖｔｈ）・（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））とが等しくなることから、
Ｖ１−Ｖｔｈ＝（Ｖｏ−ｎ・Ｖｔｈ）・（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））
∴（Ｒ１＋Ｒ２）Ｖ１−（Ｒ１＋Ｒ２）Ｖｔｈ＝Ｒ１・Ｖｏ−ｎ・Ｒ１・Ｖｔｈ
Ｒ１・Ｖｏ＝（Ｒ１＋Ｒ２）Ｖ１＋（ｎ・Ｒ１−（Ｒ１＋Ｒ２））Ｖｔｈ
Ｖｏ＝（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）Ｖ１＋（ｎ−（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）Ｖｔｈ
∴ｎ−（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１＝０であれば、
Ｖｏ＝（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）Ｖ１
となる。つまり、ｎ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１となるようにｎ，Ｒ１，Ｒ２を選択・設定することで、（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）Ｖ１が出力電圧ＶｏとしてオペアンプＯＰ（最大値選択回路３３）から出力される。従って、この回路構成においても、ダイオードＤ１〜Ｄ３における電圧降下分Ｖｔｈを補償しつつ増幅等した出力電圧Ｖｏを出力することができる。

・前記実施形態において、磁場方向検知型素子１２を、磁石材料１３が検出範囲Ａ外にあるときにＨ（ハイ）レベルの出力電圧Ｖを出力するとともに、検出範囲Ａ内にあるときに略比例的に単調減少する出力電圧Ｖを出力するように設定してもよい（もちろん単調増加するように設定しても良い）。この場合、磁石材料１３の移動に伴う３つの磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最小値が磁石材料１３の変位に一対一で対応するように設定すればよい。また、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最小値の選択に係るダイオードＤ１〜Ｄ３は、その極性を反転させて接続すればよい。

・前記実施形態において、磁場方向検知型素子１２１〜１２３の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をマイコンなどに取り込んで、該出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭ（又は最小値）を選択するようにしてもよい。

・前記実施形態において、磁場方向検知型素子１２は、磁石材料１３の外部磁場のＸ方向成分Ｂｘ、Ｙ方向成分Ｂｙ及びＺ方向成分Ｂｚを検知できるため、例えば他方の組の２個のホール素子２１Ｂ間を結ぶ線分の延びる方向がＺ方向に一致するように磁場方向検知型素子１２を配置してもよい。つまり、磁場方向検知型素子１２を、その検出面１２ａが図１におけるＸＺ平面に平行になるように配置してもよい。

・前記実施形態において、３つの磁場方向検知型素子１２の検出範囲Ａ１〜Ａ３は互いに均等でなくてもよい。例えば検出範囲Ａ２よりも検出範囲Ａ１，Ａ３の方が長かったり、短かったりしてもよい。

・前記実施形態において、３つの磁場方向検知型素子１２の検出範囲Ａ１〜Ａ３は互いの検出範囲がやや重なるように広めに設定してもよい。このように設定することで、検出範囲の設定に誤差が生じた場合でも、該出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の最大値ＶＭ（又は最小値）は不連続を生じにくくなり、結果として高精度を確保することができる。

・前記実施形態において、磁石材料１３が検出範囲Ａ２，Ａ３内にあるときの磁場方向検知型素子１２１の出力電圧Ｖ１は必ずしも零である必要はなく、例えば出力電圧Ｖｅ１のまま維持させてもよい。また、磁石材料１３が検出範囲Ａ３内にあるときの磁場方向検知型素子１２２の出力電圧Ｖ２は必ずしも零である必要はなく、例えば出力電圧Ｖｅ２のまま維持させてもよい。

・前記実施形態において、磁石材料１３の移動方向に並設される磁場方向検知型素子１２の個数は２つでもよいし、４つ以上であってもよい。
・前記実施形態において、変位検出素子として、１個のホール素子を採用してもよい。

Ｄ１〜Ｄ３…ダイオード、１０…変位検出装置、１２，１２１〜１２３…磁場方向検知型素子（変位検出素子）、１２ａ…検出面、１３…磁石材料（被変位検出体）、１３ａ…表面、１４，３０，３３…最大値選択回路（選択手段）、３１，３４…補償回路。

Claims (5)

1. 被変位検出体と、該被変位検出体の移動方向に並設された複数の変位検出素子とを備える変位検出装置において、
   前記被変位検出体の移動に伴う前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値が前記被変位検出体の変位に一対一で対応するように設定してなり、
   前記複数の変位検出素子の出力値のうちの最大値を選択する選択手段を備え、
   前記選択手段は、前記複数の変位検出素子の出力端子に一の電極がそれぞれ接続され、他の電極同士が短絡された複数のダイオードで構成され、
   前記複数のダイオードの短絡された前記他の電極にはオペアンプの非反転入力端子が接続され、該オペアンプの反転入力端子には、グランドに接地された抵抗が接続されるとともに該オペアンプの出力端子が接続されており、
   前記選択手段は、前記ダイオードにおける電圧降下分を補償する補償回路を備え、該補償回路は、前記オペアンプと、該オペアンプの前記出力端子から前記反転入力端子に帰還させる帰還経路に接続されたダイオードとを有することを特徴とする変位検出装置。
2. 請求項１に記載の変位検出装置において、
   前記被変位検出体は、磁石材料であって、
   前記変位検出素子は、磁場方向検知型素子からなることを特徴とする変位検出装置。
3. 請求項２に記載の変位検出装置において、
   前記変位検出素子の磁場を検出する検出面は、前記被変位検出体の移動方向に直交する一方向で該被変位検出体の表面と平行に対向するように配置されていることを特徴とする変位検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位検出装置において、
   前記帰還経路に接続されたダイオードは、直列接続された複数のダイオードからなることを特徴とする変位検出装置。
5. 請求項４に記載の変位検出装置において、
   前記帰還経路には、前記直列接続された複数のダイオードと前記反転入力端子との間に第２抵抗が接続されており、
   前記補償回路は、前記直列接続された複数のダイオードと、前記グランドに接地された抵抗である第１抵抗と、前記第２抵抗とを有することを特徴とする変位検出装置。

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