JP5731871B2

JP5731871B2 - 位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータ

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Publication number: JP5731871B2
Application number: JP2011075230A
Authority: JP
Inventors: 新笠松
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012208063A

Description

本発明は、位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータに関し、より詳細には、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータに関する。

近年、様々の位置検出装置がいろいろな機器に搭載されている。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話のカメラモジュールに用いられる手ブレ補正装置やズームやＡＦ（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が求められていると同時に、機器全体の小型化や薄型化、軽量化が求められている。

このような要求をみたすために、磁気センサを用いた位置検出装置が広く知られている。この種の位置検出装置は、基板上に磁気センサを設け、その磁気センサのほぼ真上に、基板と平行な平面内に移動可能な磁石を設け、この磁石の移動に伴う磁束変化を磁気センサで検出して、その出力に基づいて磁石に取り付けられたレンズなどの位置を検出するものである。

図１は、従来の位置検出装置を説明するための具体的な構成図で、特許文献１に開示されているものである。この特許文献１のものは、２物体の相対位置を検出する位置検出装置に関するもので、位置検出装置２０は、１つの磁石（磁力発生体）２１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））２２ａ，２２ｂとを備えている。磁石２１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。ホール素子対２２ａ，２２ｂ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２１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２２ａ，２２ｂに対して図の矢印ＡＲ１方向（Ｘ方向）に移動可能である。位置検出装置２０は、磁石２１のホール素子対２２ａ，２２ｂに対する相対位置を検出する。

図２は、従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図で、特許文献２に開示されているものである。積層基板３５には、レンズを駆動する積層コイルが一体に配され、積層基板３５は、フレキシブルプリント基板３４を介して、ホール素子３１が配されている。また、対向ヨーク３３は、ホール素子３１に対向する部位に、プレス加工により段付加工された凹部３３ａが形成されている。

積層基板３５のコイルに電流が流されると、マグネット３０による磁界とコイルに流れる電流との作用で、電磁力が発生する。具体的には、マグネット３０に対向配置されたコイルに流れる電流を制御することにより、レンズを光軸に対してほぼ直交するＸ方向及びＹ方向の２方向に移動させることができる。対向ヨーク３３を段付加工して、ホール素子３１に対向する部位に凹部３３ａを形成することにより、ホール素子３１の周辺における積層基板３５と対向ヨーク３３との隙間を部分的に大きくすることができる。これにより、マグネット３０と対向ヨーク３３との隙間を小さくできるので、コイルの電磁力を大きくすることができるとともに、ホール素子３１と対向ヨーク３３との隙間を十分に確保することができる。この場合にも、ホール素子３１とマグネット３０とは対向ヨーク３３に対して縦配列に配置されている。なお、符号３２はバックヨークを示している。

図３は、従来のレンズユニットの取り付けられるアクチュエータを説明するための構成図で、この種のアクチュエータには、駆動用磁石と磁気センサを備えた位置検出装置が設けられている。このアクチュエータ４０は、実装基板４１上に移動可能に配置されたレンズ４６を保持したレンズバレル４５と、このレンズバレル４５に取り付けられたＸ軸駆動用磁石４２Ｘと、実装基板４１上に設けられ、Ｘ軸駆動用磁石４２Ｘのほぼ真下に配置されたＸ軸駆動用コイル４４Ｘ及びＸ軸用磁気センサ４３Ｘとを備えている。また、レンズバレル４５に取り付けられたＹ軸駆動用磁石４２Ｙと、実装基板４１上に設けられ、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙの真下に配置されたＹ軸駆動用コイル４４Ｙ及びＹ軸駆動用磁気センサ４３Ｙとを備えている。

このような構成により、レンズバレル４５の移動すべき位置を指令する信号及びＸ軸用及びＹ軸用磁気センサ４３Ｘ，４３Ｙによって検出された位置信号に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸駆動用コイル４４Ｘ，４４Ｙに流す駆動電流を制御している。この場合のＸ軸用及びＹ軸用磁気センサ４３Ｘ，４３Ｙは、Ｘ軸及びＹ軸駆動用磁石４２Ｘ，４２Ｙのほぼ真下で実装基板４１に対して縦配列に配置されている。

図４は、従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図である。マグネット１２０には、肉厚部１２０ａと肉薄部１２０ｂとが形成されている。肉厚部１２０ａにアクチュエータのコイル（不図示）を対向させ、肉薄部１２０ｂに位置検出用のホール素子１２１を対向させる。ホール素子１２１は、フレキシブルプリント基板１２４を介して積層基板１１９の表面から突出して配置されているため、ホール素子１２１の一部が肉薄部１２０ｂによって形成された凹部内に配置される。よって、ヨーク１２５を小型及び薄型化することができる。また、マグネット１２０とコイルとの間隔及びマグネット１２０とホール素子１２１との間隔が、それぞれ最適な間隔にすることができ、小型及び薄型化しても、アクチュエータとしての推力が充分に得られる。

特開２００５―３３１４００号公報特開２００７−２４１２６５号公報

一般的に、アクチュエータとは、電気などのエネルギーを物理的な運動に変換する装置で、従来からカメラのレンズ駆動部に用いられるアクチュエータは、駆動用磁石と駆動用コイルを用いるリニアモータが主流であった。駆動用磁石と駆動用コイルは、可能な限り近づけたほうが、高いトルクを得られるため、近づけることにより、駆動用磁石と駆動用コイルは小さくすることが可能であり、さらなる装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることが出来る。しかしながら、図１及び図３に示した従来の位置検出装置は、磁気センサが、磁石のほぼ真下に配置されているため、磁気センサの厚み分だけ余計に基板と磁石とのギャップを必要とし、基板と磁石とのギャップを小さくしてさらなる装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることができなかった。また、図２及び図４に示した従来の位置検出装置は、高さを低くする工夫がなされているが、基板もしくは磁石に加工が必要であり、汎用的な基板や磁石を使用することができなかった。さらに、図４に示した従来の位置検出装置においては、マグネット１２０に肉薄部１２０ｂを形成するためには、短冊状に加工されたマグネットを、更に機械加工で一部を削り取る必要がある。このような工法でマグネット１２０を作成すると、マグネット１２０の一部を削り取る工程が必要であるため、加工コストが増加してしまうという問題点がある。また、マグネット１２０において削り取る部分が生じるために、同一体積のマグネットを形成するためにより多くの磁性材料の量が必要となり、相対的に磁石の材料コストが高くなってしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の一態様は、基板上に少なくとも１個以上の磁気センサが配置され、該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、前記基板に平行な平面内で任意の一方向の移動方向に移動可能であり、かつ、前記基板からの最近接部の距離が、前記磁気センサの前記基板からの最遠隔部の距離よりも前記基板の近くに支持されるように前記磁束検出手段の近傍側部に配置され、かつ、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁された磁石からなる磁束発生手段と、前記磁石に対向して前記基板上に配置されたコイルと、を備え、前記磁石を前記基板に投影した領域外に、前記磁気センサは配置されており、前記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ときに、前記移動方向への移動距離に対応する前記磁気センサからの出力値を用いて位置検出を行うことを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、前記最近接部の距離は、前記基板と垂直方向における、前記基板と前記磁石の下面との距離であり、前記最遠隔部の距離は、前記基板と垂直方向における、前記基板と前記磁石の上面との距離であることを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、上記の発明において、前記磁束発生手段が、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ垂直方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石からなることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、上記の発明において、前記磁束発生手段が、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ前記移動方向と直交する水平方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石からなることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、上記の位置検出装置と、該位置検出装置からの出力信号が入力される手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構を備えていることを特徴とするアクチュエータである。

また、本発明の他の態様は、上記の発明において、前記手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構は、デジタルカメラ又は携帯電話の手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構として用いられることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、上記の発明において、前記磁石が、Ｘ軸駆動用磁石とＹ軸駆動用磁石とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、基板には、穴や凹み等の特殊な加工を施す必要がなく、磁石が、基板に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板からの最近接部の距離が、磁気センサの最遠隔部の距離よりも基板の近くに支持されるように磁気センサと同一面側に配置され、裏面との面が全て平行な６面体以外の特殊な形状に加工する必要もなく、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁された磁石からなり、磁石を基板に対して投影した領域外に磁気センサが配置されるので、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置及びそれを用いたアクチュエータを実現することができる。

従来の位置検出装置を説明するための具体的な構成図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図である。従来のレンズユニットの取り付けられるアクチュエータを説明するための構成図である。従来の位置検出装置を搭載したアクチュエータを説明するための構成図である。本発明の位置検出装置と対比するための説明図で、（ａ）は図３におけるＹ軸用アクチュエータの構成図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’面断面図である。本発明の位置検出装置と対比するための側面図で、図５における側面図である。本発明の位置検出装置と対比するための他の側面図である。本発明の位置検出装置と対比するためのさらに他の側面図である。本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための概略構成図で、Ｙ軸用アクチュエータの側面図である。本発明に係る位置検出装置の実施例１を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図１０（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。従来及び本発明における、コイルと磁石との特に高さ関係における具体的な数値記載した図で、図１２（ａ）は図６の具体的な数値を記載した構成図であり、図１２（ｂ）は図９の具体的な数値を記載した構成図である。図１２（ａ）、（ｂ）の構成において、コイルに０．１ｍＡ印加した場合に、高さ方向におけるコイルの中央からの距離と、コイルから得られる磁束密度の関係をプロットしたグラフである。図１０における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明に係る位置検出装置の実施例２を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図１５（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。本発明に係る位置検出装置の実施例３を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図１７（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。図１７における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。比較例１を示す説明図で、（ａ）は磁石サイズ（高さａ、奥行きｂ、幅Ｌ）及び磁石と磁気センサとのギャップ（ＧＡＰ）、磁石の移動方向を示す図で、（ｂ）は磁石サイズなどの設定条件を示している。図２０（ａ），（ｂ）における特性図で、（ａ）はストローク（磁石移動距離）に対する磁束密度の関係を示し、（ｂ）はストロークに対する精度の関係を示す図である。本発明におけるシミュレーションを示す説明図で、（ａ）は磁石サイズ（高さａ、奥行きｂ、幅Ｌ）及び磁石と磁気センサとのギャップ（ＧＡＰ）、磁石の移動方向を示す図で、（ｂ）は磁石サイズなどの設定条件を示している。図２２（ａ），（ｂ）における特性図で、（ａ）はストローク（磁石移動距離）に対する磁束密度の関係を示し、（ｂ）はストロークに対する精度の関係を示す図である。本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための具体的な構成図である。

まず、本発明の各実施例を説明する前に、本発明と比較するために図３において説明したＹ軸用アクチュエータにおける位置検出装置について説明する。

図５（ａ），（ｂ）は、本発明の位置検出装置と対比するための説明図で、図５（ａ）は図３におけるＹ軸用アクチュエータの構成図で、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’面断面図である。レンズバレル４５に取り付けられたＹ軸駆動用磁石４２Ｙと、実装基板４１上に設けられ、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙの真下に配置されたＹ軸駆動用コイル４４Ｙ及びＹ軸用磁気センサ４３Ｙとを備えている。図５（ａ）から分かるように、Ｙ軸用磁気センサ４３Ｙは、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙのほぼ真下で実装基板４１に対して縦配列に配置されている。

図６は、本発明の位置検出装置と対比するための側面図で、図５における側面図である。Ｙ軸用磁気センサ４３Ｙは、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙのほぼ真下で実装基板４１に対して縦配列に配置されている。

Ｙ軸駆動用磁石４２ＹとＹ軸駆動用コイル４４Ｙとの関係は、トルクを上げるためには近づけたいが、Ｙ軸用磁気センサ４３Ｙがあるので近づけるのに制約がある。また、Ｙ軸駆動用磁石４２ＹとＹ軸用磁気センサ４３Ｙの関係は、離れている方が、リニアリティが良くなるので離したいが、離れるとＹ軸駆動用磁石４２ＹとＹ軸駆動用コイル４４Ｙのトルクが弱くなるので制約がある。結果的に、トルク対リニアリティのトレードオフの関係で、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙの実装基板４１に対向した面の逆の面と実装基板との距離（＝高さ）がある程度必要となる。

図７は、本発明の位置検出装置と対比するための他の側面図で、図４に示した駆動用磁石と磁気センサの配置関係を示した図である。Ｙ軸用磁気センサ４３Ｙは、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙのほぼ真下で実装基板４１に対して縦配列に配置されている。Ｙ軸駆動用磁石４２ＹとＹ軸駆動用コイル４４Ｙを近づけ、さらにＹ軸駆動用磁石４２Ｙと磁気センサ４３Ｙとを離すためにＹ軸駆動用磁石４２Ｙに切り欠きを設けている。駆動用磁石が汎用品では無いので作製するのに手間がかかるという問題がある。

図８は、本発明の位置検出装置と対比するためのさらに他の側面図で、図２に示した駆動用磁石と磁気センサの配置関係を示した図である。Ｙ軸用磁気センサ４３Ｙは、Ｙ軸駆動用磁石４２Ｙのほぼ真下で実装基板４１に対して縦配列に配置されている。Ｙ軸駆動用磁石４２ＹとＹ軸駆動用コイル４４Ｙを近づけ、さらにＹ軸駆動用磁石４２Ｙと磁気センサ４３Ｙを離すために、実装基板４１に穴を空けて、その中に磁気センサ４３Ｙを入れ込んでいる。この場合も実装基板４１が汎用品では無いので作製するのに手間がかかるという問題がある。

以下、図面を参照して本発明に係る各実施例について説明する。
図９は、本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための概略構成図で、Ｙ軸用アクチュエータの側面図を示している。図中符号５１は実装基板（以下単に基板という）、５２は駆動用磁石（磁束発生手段；以下単に磁石という）、５３は磁気センサ（磁束検出手段）、５４は駆動用コイル（以下単にコイルという）を示している。また、符号Ａは垂直方向における基板５１と磁石５２の下面との距離（ギャップ）を示し、基板５１からの磁石５２の最近接部との距離を示している。また、符号Ｂは垂直方向における基板５１と磁気センサ５３の上面との距離を示し、基板５１からの磁気センサ５３の最遠隔部との距離を示している。

本発明のアクチュエータは、基板５１と、この基板５１上に設けられた磁気センサ５３と、この磁気センサ５３の近傍側部で、かつ基板５１とにギャップを介して設けられた磁石５２と、この磁石５２のほぼ真下で基板５１上に設けられたコイル５４とから構成されている。基板５１上に設けられた磁気センサ５３は、基板５１上のコイル５４とその上に設けられた磁石５２の近傍側部、つまり、横配列に配置されている。つまり、磁石５２とコイル５４とを近づけられるし、近づけた分トルクが上がるので、磁石５２もしくはコイル５４を小さく出来る。リニアリティは、磁気センサ５３を磁石５２から最適位置（図９に向かって左右方向）に配置すればよい。

したがって、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出方法及び位置検出装置を用いたアクチュエータを実現することができる。

図１０（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る位置検出装置の実施例１を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は側面図を示している。また、図１１は、図１０（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。なお、図９と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。また、Ｎ（Ｓ）の表記はＮ極の背後にＳ極が存在することを意味している。また、磁石内の矢印は着磁の方向を示し、磁石外の矢印は移動方向を示している。

本発明の実施例１に係る位置検出装置は、図９にも示したように、基板５１と、この基板５１上に設けられた磁気センサ５３と、この磁気センサ５３の近傍側部で、かつ基板５１とにギャップを介して設けられた磁石５２とから構成されている。

磁気センサ５３は、基板５１上に少なくとも１個以上が配置され、磁気センサ５３の感磁方向が基板５１に対して垂直である。また、磁石５２は、基板５１に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板５１からの最近接部の距離Ａが、磁気センサ５３の最遠隔部Ｂの距離よりも基板５１の近くに支持されるように磁気センサ５３の近傍側部に配置され、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁された磁石である。

磁気センサ５３を搭載した基板５１に対して、磁石５２を移動方向へ所定の距離だけ移動したときに、移動方向への移動距離に対応する磁気センサ５３からの出力値を用いて位置検出を行う。

また、本発明の位置検出方法は、磁気センサ５３を搭載した基板５１に対して、磁石５２を移動方向へ所定の距離だけ移動したときに、移動方向への移動距離に対応する磁気センサ５３からの出力値を用いて磁石５２の位置検出を行うもので、磁気センサ５３の感磁方向が基板５１に対して垂直となるように、基板５１上に少なくとも１個以上の磁気センサ５３を配置し、基板５１からの最近接部の距離が、磁気センサ５３の最遠隔部の距離よりも基板５１の近くに支持されるように、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁された磁石５２を、基板５１に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能に磁気センサ５３の近傍側部に配置して、位置検出を行うものである。

このように、本発明に係る位置検出装置は、磁石５２が、基板５１に平行な平面内で、任意の一方向に移動可能で、基板５１からの最近接部Ａの距離が、磁気センサ５３の最遠隔部の距離Ｂよりも基板の近くに支持されるように磁気センサ５３の近傍側部に配置され、つまり、磁気センサ５３と磁石５２とが基板５１に対して横配列に配置されているので、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出方法及び位置検出装置を実現することができる。

なお、磁石５２が、基板５１からの最近接部の距離Ａが、磁気センサ５３の最遠隔部Ｂの距離よりも基板５１の近くに支持されるように磁気センサ５３の近傍側部に配置されていることにより、図９におけるコイル５４と磁石５２を近づけることが可能であり、基板からの高さを低く出来るという効果がある。以下、図１２及び図１３で説明する。

図１２（ａ）は、図６の具体的な数値を記載した構成図であり、図１２（ｂ）は、図９の具体的な数値を記載した構成図である。従来、磁気センサのリニアリティを向上させるために、磁石と磁気センサを離す必要があった。例えば、０．３ｍｍ程度であり、さらに磁気センサの厚さが０．３８ｍｍであるため、基板から磁石までの距離は０．６８ｍｍであった。しかしながら、磁石を基板に投影した領域内に磁気センサを配置しない本発明では、磁石とコイルを近づけることが可能であり、従来と同等のトルクを得られれば良いため、コイルを小さくすることが可能となる。

図１３には、図１２（ａ）と（ｂ）の状態におけるコイルから得られる磁束密度を、コイル中央での高さ方向における距離毎に示してある。具体的には、図１２（ａ）のコイル厚さは０．３ｍｍで、巻き数は３０ターンとし、通電する電流を０．１ｍＡとし、図１２（ｂ）のコイル厚さは０．１５ｍｍで、巻き数は１５ターンとし、通電する電流は同じ０．１ｍＡとしている。図１２（ａ）の構成において、基板から０．６８ｍｍ、つまりコイルから０．３８ｍｍにおける、コイルの中央からの磁束は１．１５１ｍＴである。図１２（ｂ）の構成において、１．１５１ｍＴ以上の磁束が得られる、コイルからの高さ方向の距離は、０．０９ｍｍである。従って、図１２（ｂ）の構成において、基板から磁石までの距離は、０．２４ｍｍとなる。つまり、図１２（ａ）の構成よりも、図１２（ｂ）の構成では、磁石は０．６８ｍｍ−０．２４ｍｍ＝０．４４ｍｍ基板に近づけることが可能となる。０．４４ｍｍというのは、全体の高さが４ｍｍ程度を求められている携帯電話のカメラモジュールにおいては、１１％程度の低背化となり、有用な効果であることは言うまでもない。

図１４（ａ），（ｂ）は、図１０における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、図１４（ａ）は正面図、図１４（ｂ）は側面図である。図中符号５３ａは磁気センサ５３の感磁部を示している。本実施例１においては、磁石５２と磁気センサ５３の高さ方向の位置関係に制約がある。つまり、磁石５２の高さの中心と、磁気センサ５３の磁場を感じる感磁面５３ａの高さが同じ場合には、ホール素子に印加される磁場において、垂直成分が無いため、磁石５２の位置検出は出来ない。言い換えれば、磁石５２の高さの中心と磁気センサ５３の感磁面の高さが異なれば位置検出が可能となる。

図１５（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る位置検出装置の実施例２を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図１５（ａ）は上面図、図１５（ｂ）は正面図、図１５（ｃ）は側面図を示している。また、図１６は、図１５（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。図中符号６１は基板、６２は磁石（磁束発生手段）、６３は磁気センサ（磁束検出手段）を示している。なお、Ｓ（Ｎ）の表記はＳ極の背後にＮ極が存在することを意味しており、Ｎ（Ｓ）の表記はＮ極の背後にＳ極が存在することを意味している。

本発明の実施例２に係る位置検出装置は、上述した実施例１と磁石のＮ極及びＳ極の配列構造を異にしており、その他の磁気センサなどの構成は同じである。つまり、磁石６２は、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ垂直方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石である。

また、本発明の実施例２に係る位置検出方法は、磁石６２が、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ垂直方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石を用いる位置検出方法である。

このように構成することにより、上述した実施例１と同様な効果を奏する。また、積層構造の磁石を用いたので、磁気センサおよびコイルに印加される磁束密度を、実施例１の略２倍にすることが可能であるという効果を奏する。

図１７（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る位置検出装置の実施例３を説明するための磁気センサと磁石の配置構成図で、図１７（ａ）は上面図、図１７（ｂ）は正面図、図１７（ｃ）は側面図を示している。また、図１８は、図１７（ａ）乃至（ｃ）における磁石のＮ極とＳ極の配列構造を説明するための斜視図である。図中符号７１は基板、７２は磁石（磁束発生手段）、７３は磁気センサ（磁束検出手段）を示している。なお、Ｓ（Ｎ）の表記はＳ極の背後にＮ極が存在することを意味しており、Ｎ（Ｓ）の表記はＮ極の背後にＳ極が存在することを意味している。

本発明の実施例３に係る位置検出装置は、上述した実施例１と磁石のＮ極及びＳ極の配列構造を異にしており、その他の磁気センサなどの構成は同じである。つまり、磁石７２は、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ移動方向と直交する水平方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石である。

また、本発明の実施例３に係る位置検出方法は、磁石７２が、移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ移動方向と直交する水平方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石を用いる位置検出方法である。

このように構成することにより、上述した実施例１と同様な効果を奏する。また、連接構造の磁石を用いたので、磁気センサに印加される磁束密度を高くすることが可能であるという効果を奏する。

図１９（ａ），（ｂ）は、図１７における位置検出が不可能になる磁気センサと磁石の配置関係を説明するための配置構成図で、図１９（ａ）は正面図、図１９（ｂ）は側面図である。図中符号７３ａは磁気センサ７３の感磁部を示している。本実施例３においては、磁石７２と磁気センサ７３の高さ方向の位置関係に制約がある。つまり、磁石７２の高さの中心と、磁気センサ７３の磁場を感じる感磁面７３ａの高さが同じ場合には、ホール素子に印加される磁場において、垂直成分が無いため、磁石７２の位置検出は出来ない。言い換えれば、磁石７２の高さの中心と磁気センサ７３の感磁面の高さが異なれば位置検出が可能となる。

次に、本発明の位置検出装置と従来の位置検出装置との比較、特に、基板に対する磁気センサと磁石の配置関係に基づく検出精度について説明する。

図２０（ａ），（ｂ）は、比較例１を示す説明図で、図２０（ａ）は磁石サイズ（高さａ、奥行きｂ、幅Ｌ）及び磁石下面と磁気センサ上面とのギャップ（ＧＡＰ）、磁石の移動方向を示す図で、図２０（ｂ）は磁石サイズなどの設定条件である。また、図２１（ａ），（ｂ）は、図２０（ａ），（ｂ）における特性図で、図２１（ａ）はストローク（磁石移動距離）に対する磁束密度の関係を示し、図２１（ｂ）はストロークに対する精度の関係を示す図である。

比較例１においては、磁石サイズａは１ｍｍ、ｂは１.４ｍｍ、Ｌは３．２ｍｍで、ギャップが１．２ｍｍなど、図２０（ｂ）に示した設定条件で磁石を基板上で平行に移動させた場合の磁束密度及び精度は図２１（ａ），（ｂ）のように示される。つまり、磁石のＮ極とＳ極の境目が磁気センサの真上に存在する状態から、磁石の移動方向に±０．５ｍｍ移動した場合、磁気センサに印加される磁束密度が図２１（ａ）のグラフである。両端点、すなわち＋０．５ｍｍと−０．５ｍｍの２点間を結んだ直線を理想直線として、この理想直線と実際に印加される磁束密度の差を距離に換算したものが、２１（ｂ）のグラフである。理想直線からの乖離が最も大きな値が、最大位置検出誤差であるが、２１（ｂ）を見ると、最大位置検出誤差は０．９２μｍであることがわかる。また、基板から磁石上面までの距離は磁石の高さ（ａ）＋ＧＡＰ＋磁気センサの厚さとなり、１．０＋１．２＋０．３８＝２．５８ｍｍとなる。

図２２（ａ），（ｂ）は、本発明におけるシミュレーションを示す説明図で、図２２（ａ）は磁石サイズ（高さａ、奥行きｂ、幅Ｌ）及び磁石下面と磁気センサ上面とのギャップ（ＧＡＰ）、磁石の移動方向を示す図で、図２２（ｂ）は磁石サイズなどの設定条件である。また、図２３（ａ），（ｂ）は、図２２（ａ），（ｂ）における特性図で、図２３（ａ）はストローク（磁石移動距離）に対する磁束密度の関係を示し、図２３（ｂ）はストロークに対する精度の関係を示す図である。

本発明においては、磁石ａは１ｍｍ、ｂは２．５ｍｍ、Ｌは２ｍｍで、ギャップが−０．３８ｍｍなど、図２２（ｂ）に示した設定条件で磁石を基板上で平行に移動させた場合の磁束密度及び精度は図２３（ａ），（ｂ）のように示される。つまり、磁石のＮ極とＳ極の境目が磁気センサの真横に存在する状態から、磁石の移動方向に±０．５ｍｍ移動した場合、磁気センサに印加される磁束密度が図２３（ａ）のグラフである。両端点、すなわち＋０．５ｍｍと−０．５ｍｍの２点間を結んだ直線を理想直線として、この理想直線と実際に印加される磁束密度の差を距離に換算したものが、２３（ｂ）のグラフである。理想直線からの乖離が最も大きな値が、最大位置検出誤差であるが、２３（ｂ）を見ると、最大位置検出誤差は０．９５μｍであることがわかる。また、基板から磁石上面までの距離は磁石の高さ（ａ）＋ＧＡＰ＋磁気センサの厚さとなり、１．０＋（−０．３８）＋０．３８＝１．０ｍｍとなる。

このように、従来の位置検出装置に比べて本発明における位置検出装置は、同等の最大位置検出誤差を保ちながら、基板から磁石上面までの距離を著しく小さくすることが可能となる点ですぐれており、本発明の初期の目的である装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることができる。

図２４は、本発明に係る位置検出装置を用いたアクチュエータを説明するための具体的な構成図で、上述した本発明に係る実施例１乃至３の位置検出装置を組み入れたアクチエータの構成図である。図中符号８０はアクチュエータ、８１は実装基板、８２ＸはＸ軸駆動用磁石、８２ＹはＹ軸駆動用磁石、８３ＸはＸ軸用磁気センサ、８３ＹはＹ軸用磁気センサ、８４ＸはＸ軸駆動用コイル、８４ＹはＹ軸駆動用コイル、８５はレンズバレル、８６はレンズを示している。

本発明のアクチュエータには、駆動用磁石と磁気センサを備えた位置検出装置が設けられている。このアクチュエータ８０は、実装基板８１上に移動可能に配置されたレンズ８６を保持したレンズバレル８５と、このレンズバレル８５に取り付けられたＸ軸駆動用磁石８２Ｘと、実装基板８１上に設けられ、Ｘ軸駆動用磁石８２Ｘのほぼ真下に配置されたＸ軸駆動用コイル８４と、実装基板８１上に設けられ、Ｘ軸駆動用磁石８２Ｘの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してＸ軸駆動用コイル８４Ｘに横配置されたＸ軸用磁気センサ８３Ｘとを備えている。

また、レンズバレル８５に取り付けられたＹ軸駆動用磁石８２Ｙと、実装基板８１上に設けられ、Ｙ軸駆動用磁石８２Ｙの真下に配置されたＹ軸駆動用コイル８４Ｙと、実装基板８１上に設けられ、Ｙ軸駆動用磁石８２Ｙの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してＹ軸駆動用コイル８４Ｙに横配列に配置されたＹ軸用磁気センサ８３Ｙとを備えている。

このような構成により、レンズバレル８５の移動すべき位置を指令する信号及びＸ軸用及びＹ軸用磁気センサ８３Ｘ，８３Ｙによって検出された位置信号に基づいて、Ｘ軸及びＹ軸駆動用コイル８４Ｘ，８４Ｙに流す駆動電流を制御している。この場合に、Ｘ軸用及びＹ軸用磁気センサ８３Ｘ，８３Ｙは、Ｘ軸及びＹ軸駆動用磁石８２Ｘ，８２Ｙの真下を避けた移動方向と平行で実装基板に対してＸ軸及びＹ軸駆動用コイル８４Ｘ，８４Ｙと横配列に配置されている。

また、本発明のアクチュエータは、上述した本発明の位置検出装置と、この位置検出装置からの出力信号が入力される手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構を備えている。また、手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構は、デジタルカメラ又は携帯電話の手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構として用いることができる。

このように構成することにより、基板に対する磁気センサと磁石の配置構成の簡素化を図るとともに、検出精度を落とすことなく、汎用的な基板および磁石を用いた場合においても、基板と磁石とのギャップを小さくして装置の小型化、薄型化、軽量化を図るようにした位置検出装置を用いたアクチュエータを実現することができる。

２０位置検出装置
２１磁石
２２ａ，２２ｂ，ホール素子対（磁気センサ対）
３０マグネット
３１ホール素子
３２バックヨーク
３３対向ヨーク
３３ａ凹部
３４フレキシブルプリント基板
３５積層基板
４０アクチュエータ
４１実装基板
４２ＸＸ軸駆動用磁石
４２ＹＹ軸駆動用磁石
４３ＸＸ軸用磁気センサ
４３ＹＹ軸駆動用磁気センサ
４４ＸＸ軸駆動用コイル
４４ＹＹ軸駆動用コイル
４６レンズ
４５レンズバレル
５１，６１，７１基板
５２，６２，７２磁石（磁束発生手段）
５３，６３，７３磁気センサ（磁束検出手段）
５３ａ，７３ａ感磁面
５４コイル
８０アクチュエータ
８１実装基板
８２ＸＸ軸駆動用磁石
８２ＹＹ軸駆動用磁石
８３ＸＸ軸用磁気センサ
８３ＹＹ軸用磁気センサ
８４ＸＸ軸駆動用コイル
８４ＹＹ軸駆動用コイル
８５レンズバレル
８６レンズ
１１９積層基板
１２０マグネット
１２０ａ肉厚部
１２０ｂ肉薄部
１２１ホール素子
１２４フレキシブルプリント基板
１２５ヨーク

Claims

基板上に少なくとも１個以上の磁気センサが配置され、該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、
前記基板に平行な平面内で任意の一方向の移動方向に移動可能であり、かつ、前記基板からの最近接部の距離が、前記磁気センサの前記基板からの最遠隔部の距離よりも前記基板の近くに支持されるように前記磁束検出手段の近傍側部に配置され、かつ、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁された磁石からなる磁束発生手段と、
前記磁石の下面に対向して前記基板上に配置されたコイルと、を備え、
前記磁石を前記基板に投影した領域外に、前記磁気センサは配置されており、
前記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ときに、前記移動方向への移動距離に対応する前記磁気センサからの出力値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。
前記最近接部の距離は、前記基板と垂直方向における、前記基板と前記磁石の下面との距離であり、
前記最遠隔部の距離は、前記基板と垂直方向における、前記基板と前記磁気センサの上面との距離である請求項１に記載の位置検出装置。
前記磁束発生手段が、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ垂直方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された積層構造の磁石からな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。
前記磁束発生手段が、前記移動方向にＮ極とＳ極が並んで着磁され、かつ前記移動方向と直交する水平方向にＮ極とＳ極が２極ずつ並んで着磁された連接構造の磁石からな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。
請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置と、該位置検出装置からの出力信号が入力される手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構を備えていることを特徴とするアクチュエータ。
前記手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構は、デジタルカメラ又は携帯電話の手ブレ補正レンズの位置検出機構、若しくはオートフォーカス機構、若しくはズーム機構として用いられることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ。
前記磁石が、Ｘ軸駆動用磁石とＹ軸駆動用磁石とを備えていることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。