JP6006534B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホールセンサを用いた位置検出装置に関し、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位によって、検出軸に沿った方向（検出軸方向）の位置検出精度が劣化する現象に耐性のある位置検出装置に関する。

近年、メカトロニクス機械や自動車などに用いられる移動距離などを検出する位置検出装置への期待が高まっている。特に、この種の産業機器の高性能化に伴い、小型で高精度、高信頼性の位置検出装置が要求されている。また、位置検出装置の一種に磁気エンコーダがある。

また、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として、複数個のホールセンサを用いるもの（例えば、特許文献１参照。）が知られている。例えば、磁束の変化に対応して位置の変化を検出する磁石と複数の磁束検出手段よりなる位置検出装置において、磁石は磁束検出手段の少なくとも二つを結ぶ線を磁石の磁壁面上に含み、磁石の移動方向は磁壁面上にあるようにするものが提案されている。

そして、図１８は、従来技術に係る位置検出装置をカメラモジュールに適用した概略斜視図である。図１８に示すカメラモジュール４０は、レンズ２１と、このレンズ２１を支持するレンズ枠２２と、このレンズ枠２２の側面２２ｘ，２２ｙに、それぞれ１個ずつ固定された直方体の永久磁石（以下、単に磁石という）５ｘ，５ｙと、これら磁石５ｘ，５ｙの着磁方向の中央部付近に、ギャップＧ（以下、Ｇａｐともいう）だけ離れて対面するように配置されたホールセンサ３ｘ，３ｙと、これらホールセンサ３ｘ，３ｙを、不図示の固定手段、例えば樹脂製ホルダ等により固定する基板１１と、により構成されている。なお、ホールセンサ３ｘ，３ｙへの配線および、電圧を印加する回路等に関する図示説明は省略する。また、ギャップＧに関しては、後ほど図５を用いて正確に定義する。

レンズ枠２２は、手振れ補正機能を生かすように、基板１１に対し、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、レンズ枠２２のＺ軸方向の動きについては説明を省略する。また、位置検出装置３０ｘは、基板１１に対してレンズ枠２２がＸ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置３０ｘは、基板１１上に固定されたホールセンサ３ｘと、レンズ枠２２の側面２２ｘに固定された磁石５ｘより構成されており、ホールセンサ３ｘと、磁石５ｘとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。

同様に、位置検出装置３０ｙは、基板１１に対してレンズ枠２２がＹ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置３０ｙは、基板１１上に固定されたホールセンサ３ｙと、レンズ枠２２の側面２２ｙに固定された磁石５ｙより構成されており、ホールセンサ３ｙと、磁石５ｙとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。

また、図１８に示したカメラモジュール４０は、小型カメラにおける光学式手振れ補正システムで使われる磁石５ｘ，５ｙの移動による磁束変化から、レンズ２１の位置を検出して手振れ補正している。このカメラモジュール４０において、磁石５ｘ，５ｙが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する場合、他軸方向の変位により位置検出の精度が劣化する場合があった。この他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減するために、位置検出用の磁石の幅Ｗ´´を、その磁石の検出軸方向に対して、移動平面内の垂直な方向、すなわち、他軸方向に大きくする対策が一般的であった。すなわち、磁石５ｘを、検出軸方向に垂直な他軸方向Ｙ軸方向に、幅広くするとともに、磁石５ｙを、検出軸方向に垂直な他軸方向Ｘ軸方向に、幅広くする対策である。

特開２００８−７６１９３号公報

しかしながら、上述した磁石の寸法を他軸方向に大きくする対策は、製品の小型軽量化およびコストダウンの要求に相反するため、特に携帯電話等に組み込まれる小型軽量のカメラモジュールに組み込まれる光学式手振れ補正システムには、適用することが困難であるという問題があった。本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、位置検出用の磁石を大型化せずに、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減することを可能とする位置検出装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、前記磁気検出素子の前記永久磁石側とは逆側となる背面側に配置された磁気ヨークを有し、前記磁気ヨークは、検出軸方向に長い二本のヨーク部材から成り、それら二本の部材を、前記磁気検出素子の前記背面側に、平面視でその磁気検出素子を両側から挟み込むように配置することで、少なくとも、平面視で前記検出軸方向と直交する方向の両側に、前記検出軸方向に長い部分を有することを特徴とする。

この構成によれば、永久磁石側と磁気ヨークの間に磁気検出素子が位置する。そして、永久磁石の検出軸方向と直交する方向の両側に配置された磁気ヨークは、永久磁石から検出軸方向に長い部分を有する形状、および、これらの位置関係により、他軸方向において、部分的に低密度で平坦性を欠いていた永久磁石の磁束密度が、部分的に補強される。その結果、磁気検出素子付近の他軸方向の磁束密度分布が平坦化される作用がある。このように、他軸方向の磁束密度分布が平坦化されたところを縦横に移動する磁気検出素子の検出出力と、移動距離との関係は、他軸方向の変位による検出出力の変動を起こすことなく、より広い移動範囲にわたって比例関係（線形）を維持しやすい。したがって、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位によって検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減することが可能である。

このとき、磁気ヨークを、検出軸方向に長い二本のヨーク部材から成り、それら二本の部材を、前記磁気検出素子の前記背面側に、平面視でその磁気検出素子を両側から挟み込むように配置することで、永久磁石の磁力線を寄せ集める磁気ヨークの作用により、磁気検出素子の移動面における磁束が低密度な部分の磁束を他軸方向に補強するので、磁気検出素子付近の磁束密度分布が、より平坦になる。したがって、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減することが可能である。

請求項２記載の発明は、位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、前記磁気検出素子の前記永久磁石側とは逆側となる背面側に配置された磁気ヨークを有し、前記磁気ヨークは、前記磁気検出素子を背面側から覆う平板状の部材であり、その平板状の部材の前記磁気検出素子に対向する側の面に、前記検出軸方向に直交する方向の中央部に凹部が形成されることで、少なくとも、平面視で前記検出軸方向と直交する方向の両側に、前記検出軸方向に長い部分を有することを特徴とする。
この構成によれば、磁束密度が比較的高密度な永久磁石の他軸方向の中央部と対面する位置に、凹部のある磁気ヨークを設けたことにより、永久磁石の他軸方向の中央部から遠い部分の磁束が、相対的に補強される。したがって、磁気検出素子の移動面において、他軸方向の磁束密度が平坦になる。したがって、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減することが可能である。

請求項３は、請求項２に記載の発明において、前記凹部は、前記検出軸方向に連続した溝であることを特徴とする。この構成によれば、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を、より低減することが可能である。
請求項４は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記磁気検出素子はホール素子であることを特徴とする。この構成によれば、安価で高性能な位置検出装置を提供することが可能である。

請求項５は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記磁気検出素子に対面する前記永久磁石の基準面から前記磁気ヨークまでの距離ｔと、一対の前記長い部分の離間距離ｄと、前記基準面から前記磁気検出素子のパッケージ表面までの距離Ｇａｐと、前記パッケージ表面から前記磁気検出素子の感磁部までの距離αと、前記検出軸に直交する他軸方向の磁石幅Ｗと、前記磁気検出素子が前記永久磁石に対して前記他軸方向に相対移動する他軸方向の変位量βと、の条件が、下式（１）と、下式（２）とを満足することを特徴とする。
０＜ｄ≦Ｗ＋２×β …（１）
Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋Ｗ …（２）

この構成によれば、大量生産に都合良く、磁気検出素子の移動面における磁束密度分布を、他軸方向に、より確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向に直交する他軸方向の変位による、検出軸方向の位置検出の精度の劣化を、より確実に防止できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。

請求項６は、請求項５に記載の発明において、前記条件が、下式（３）を満足することを特徴とする。
Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋０．２５×Ｗ …（３）
この構成によれば、磁束密度分布を、他軸方向に、さらに確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向に直交する他軸方向の変位による、検出軸方向の位置検出の精度の劣化を、より一層確実に防止できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。

本発明によれば、検出軸方向以外の方向（他軸方向）の変位により、検出軸方向に対する位置検出の精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の要部拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の効果を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の効果を、ホールセンサの移動ストローク対磁束密度の変化によって説明するグラフであり、（ａ）ヨークがない場合と、（ｂ）ヨークが２個ある場合と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の設計指標を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝１ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝５ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝０．８ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク磁石間距離ｔだけを変更した場合の他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク磁石間距離ｔだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．８ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク磁石間距離ｔだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗに対するヨーク−磁石間距離ｔの設計指標を模索するグラフであり、（ａ）Ｇａｐ＋α＝０．８ｍｍの場合と、（ｂ）Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍの場合と、（ｃ）Ｇａｐ＋α＝１．８ｍｍの場合と、を示している。 本発明の他の実施形態に係る位置検出装置において、ヨークの変形例を、側面図および平面図により、３種類の形状１〜３を示している。 本発明の他の実施形態に係る位置検出装置において、ヨークの変形例を、側面図および平面図により、３種類の形状４〜６を示している。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の効果を、ヨークの形状１〜６に対比して説明するグラフであり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、を示している。 本発明の第２実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。 本発明に係る位置検出装置用として、直方体に限定しないヨークの形状を示す断面図である。 従来技術に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。

（第１実施形態）
本発明に係る第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図であり、図１８に示した従来例に、本発明を適用したものであるため、同一機能部には同一符号を付している。

図１に示すカメラモジュール２０は、レンズ２１と、このレンズ２１を支持するレンズ枠２２と、このレンズ枠２２の側面２２ｘ，２２ｙに沿い、それぞれ１個ずつ固定された直方体の永久磁石（以下、単に磁石という）５と、これら磁石５の着磁方向の中央部付近に、ギャップＧだけ離れて対面するように配置されたホールセンサ３と、これらホールセンサ３を、不図示の固定手段、例えば樹脂製ホルダ等により固定する基板１１と、により構成されている。なお、ホールセンサ３への配線および、電圧を印加する回路等に関する図示説明は省略する。また、ギャップＧに関しては、後ほど図５を用いて正確に定義する。

レンズ枠２２は、手振れ補正機能を生かすように、基板１１に対し、Ｘ軸方向とＹ軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、カメラモジュール２０は、手振れ補正機能のほか、オートフォーカス機能のため、図１に示したカメラモジュール２０の全体がＺ軸方向にも動作するが、その説明は省略する。そして、ギャップＧは常時一定であり、位置検出装置１０は、基板１１に対してレンズ枠２２がＸ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置１０は、基板１１に不図示の支持手段により固定されたホールセンサ３と、レンズ枠２２の側面２２ｘに固定された磁石５と、この磁石５とともに不図示の固定手段、例えば樹脂製ホルダ等により側面２２ｘに固定された一対の磁気ヨーク１，２と、により構成されており、ホールセンサ３と、磁石５との相対移動距離に応じた電圧を検出する。以下、磁気ヨークを単にヨークともいう。

同様に、位置検出装置１０ｙは、基板１１に対してレンズ枠２２がＹ軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置１０ｙは、基板１１上に不図示の支持手段により固定されたホールセンサ３と、レンズ枠２２の側面２２ｙに固定された磁石５と、この磁石５とともに不図示の固定手段、例えば樹脂製ホルダ等により側面２２ｙに固定された一対の磁気ヨーク１，２と、により構成されている。そして、位置検出装置１０ｙは、ホールセンサ３と、磁石５との相対移動距離に応じた電圧を検出する。

また、図１に示したカメラモジュール２０は、小型カメラにおける光学式手振れ補正システムで使われる磁石５の移動による磁束変化から、レンズ２１の位置を検出する。このカメラモジュール２０において、磁石５が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動する場合、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化があった。この他軸方向の変位の影響を低減する手段として、他軸方向の磁束密度の分布を平坦にすることが効果的である。

図２は、図１に示した本発明の第１実施形態に係る位置検出装置１０の要部拡大斜視図である。また、図３は、図１，２に示した位置検出装置１０の効果を説明する説明図である。そして、図４は、図１〜３に示した位置検出装置１０の効果を、ホールセンサ３の移動ストローク対磁束密度の変化によって説明するグラフであり、（ａ）ヨークがない場合と、（ｂ）ヨークが２個ある場合と、を示している。また、図５は、図１〜４に示した位置検出装置１０位置検出装置の設計指標を説明する説明図である。

図１，２，３，５示す位置検出装置１０は、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化の影響を低減する手段として、磁石５にホールセンサ３が対面する基準面Ａ側において、検出軸方向、すなわちＸ軸方向に沿って延設された角棒状で一対の磁気ヨーク１，２を、固定している。なお、本実施形態において、検出軸方向と着磁方向は同じであるため、磁気ヨーク１，２は着磁方向に沿って延設されている。

また、磁石５と、一対の磁気ヨーク１，２と、ホールセンサ３と、との位置関係について、後ほど図５を用いて詳しく説明する。なお、図１，２，３，５において、磁石５と、一対の磁気ヨーク１，２と、ホールセンサ３と、がどこにも支持されずに浮遊しているような誤解を与える虞もあるが、磁石５と、一対の磁気ヨーク１，２は、それらの正確な相対位置関係を保持しながら、不図示の固定手段により、レンズ枠２２に連動するように、側面２２ｘ，２２ｙに、それぞれ固定されている。

また、Ｘ軸方向の位置検出装置１０は、レンズ枠２２の側面２２ｘに沿って配置され、Ｙ軸方向の位置検出装置１０ｙは、レンズ枠２２の側面２２ｙに沿って配置されている。これら、位置検出装置１０と位置検出装置１０ｙとは、位置検出の方向を、Ｘ軸とＹ軸と入れ替えた関係である。以下、位置検出装置１０のみについて説明し、位置検出装置１０ｙに関する説明を省略する。一方、レンズ枠２２の角部を削って設けたスペースに、位置検出装置１０，１０ｙを、対角線の位置関係に配置した場合も、本実施形態と同一の作用効果が得られる。

なお、図１に示した位置検出装置１０，１０ｙは、それぞれ直交するＸ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、により規定される三次元空間において、Ｘ軸とＹ軸との２軸を含むＸＹ平面、すなわち基準面Ａに対し、検出軸方向と、他軸方向との関係が、Ｘ軸とＹ軸とのみによる場合に、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を低減させる効果を発揮するものである。

ここで、図３，５に沿って、位置検出装置１０の効果を説明する。位置検出装置１０の構成によれば、磁石５の基準面Ａにおける幅方向、すなわちＹ軸方向の両端部の辺５１，５２から離間距離ｔだけ離間した位置に、磁気ヨーク１，２が設けられている。これら磁気ヨーク１，２が、磁力線を寄せ集めるように方向を変えて磁束密度を高めるので、ホールセンサ３付近の磁束密度分布を、磁石５の幅方向、すなわち、他軸方向に平坦化する作用がある。より詳細には、位置検出装置１０において、ホールセンサ３の磁石５側とは逆側となる背面側に磁気ヨークが配置され、且つ、この磁気ヨークが、基板１１を平面視したときに、検出軸方向（磁石５の着磁方向）と直交する方向の両側に検出軸方向に沿って延設されている部分を有していれば、ホールセンサ３付近の磁束密度分布を、磁石５の幅方向、すなわち、他軸方向に平坦化させることが可能となる。この作用は図３の上方に記載されたグラフに示すようにシミュレーション検証されている。

図３に示すグラフにおいて、磁気ヨーク１，２がない場合は、ホールセンサ３が、Ｙ方向（他軸方向）に移動することに対する磁束密度の変化は、山形特性である。つまり、ホールセンサ３付近の磁束密度分布は、中心部からＹ軸方向の両端部の辺５１，５２にかけて、磁束密度が弱まる特性を有する。しかし、図３のグラフにおいて、磁気ヨーク１，２がある場合は、ホールセンサ３が、他軸方向Ｙに変位した場合の磁束密度の変化は、±１．２ｍｍの範囲に限り、平坦な特性である。

他軸方向の磁束密度分布を平坦化した磁束密度分布を持つ磁石５、磁気ヨーク１，２の構成部空間内を、基準面Ａに平行な面に沿って磁石５に対し相対的に縦横に移動するホールセンサ３は、その検出軸Ｘ方向の移動距離と、検出出力と、の比例関係（線形）を維持しつつ、他軸方向の変位があってもほとんど検出出力が変わらない。したがって、検出軸Ｘ方向以外のＹ方向（他軸方向）の変位によって、検出軸Ｘ方向の位置検出の精度の劣化を低減することが可能である。

また、図４（ａ）ヨークがない場合を示すグラフにおいて、ホールセンサ３が、検出軸方向に移動したストロークに対する磁束密度の変化の傾きが、他軸方向の変位なしの場合よりも、他軸方向の変位ありの場合の方が小さくなっている。すなわち、検出軸方向の位置の両側、つまり、ストロークが概ね−１．０ｍｍから−０．５ｍｍの範囲、あるいは、ストロークが概ね０．５ｍｍから１．０ｍｍの範囲では、他軸方向の変位がある場合の磁束密度が、他軸方向の変位がない場合の磁束密度から５〜１０ｍＴ程度低下している。一方、図１〜３に示した位置検出装置１０の場合は、図４（ｂ）のグラフに示すように、他軸方向の変位がある場合と、他軸方向の変位がなしの場合の区別がなくなる。つまり、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化を排除できることが、このデータから証明される。

つぎに、図５を用いて位置検出装置１０の設計指標を説明する。図５示す位置検出装置１０において、磁石５と、磁気ヨーク１，２と、ホールセンサ３と、の位置関係に対する他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出の精度の劣化の軽減の効果を、下式（１）〜（３）で数値限定する設計指標を見出した。また、下式（２）の条件に対し、さらに下式（３）の条件で数値限定すると、より好ましい結果が得られた。なお、図５における寸法に関する表記を明確にしておく。

・ｔ：ヨーク−磁石間距離；磁石の基準面から磁気ヨークまでの距離
・ｄ：ヨーク間距離；一対の磁気ヨークの離間距離
・Ｇａｐ：磁石−パッケージ表面間距離；基準面からホールセンサのパッケージ表面までの距離
・α：パッケージ面−センサ間距離；パッケージ表面からホールセンサの感磁部までの距離
・Ｗ：他軸方向の磁石幅；検出軸に直交する他軸方向の磁石幅
・β：他軸方向の変位量；ホールセンサが磁石に対して他軸方向に相対移動する距離
・０＜ｄ≦Ｗ＋２×β …（１）
・Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋Ｗ …（２）
・Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋０．２５×Ｗ …（３）

上式（１）〜（３）の数値限定の根拠を、以下のシミュレーション結果に基づいて説明する。すなわち、図６〜１２を用いて、より良い設計指標を求めるためのシミュレーション検証されたデータを開示する。図６は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝１ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。

図６（ａ）に示すグラフにおいて、ｄ＝１．２ｍｍの場合、他軸方向の変位量β＝±０．４ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり、磁束密度の大きさが最高レベルの性能が確認できる。磁束密度は高密度であることが、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ）比を高く維持できる点で好ましい。その点では、ｄ＝０．４ｍｍの場合が最高値を示し、磁気ヨークなしの場合が最低値を示している。つまり、磁気ヨーク１，２は、磁束を寄せ集めて、ホールセンサ３付近の他軸方向の磁束密度分布を平坦化にしている。

図６（ｂ）グラフにおける縦軸は、他軸方向の位置が０ｍｍの時を基準にした磁束密度の変化率％（以下、単に磁束密度の変化率％とする。）を示しており、０％が理想である。なお、磁束密度の変化率は、（他軸方向の変位０ｍｍの時の磁束密度−他軸方向に変位した時の磁束密度）／他軸方向の変位０ｍｍの時の磁束密度＝磁束密度の変化率％、としている。ｄ＝１．２ｍｍの場合、他軸方向の変位量β＝±０．４ｍｍまで、磁束密度の変化率が約３％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、磁気ヨークなしの場合が、最も悪い結果であることが示された。

図６（ｃ）に示す表において、他軸なしの磁束密度との磁束密度の差が、３％以下となる、他軸方向の変位量βを、表の２段目に記載している。この表で示すように、位置検出装置１０の性能は、ヨーク間距離ｄ＝０．８〜１．６ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝０．４ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさの数値が、磁気ヨークを用いない場合に比較して高いので、位置検出装置１０の出力電圧のＳ／Ｎ比を高く維持できる点でも高性能といえる。

図７は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。
図７（ａ）に示すグラフにおいて、ｄ＝２．０の場合、他軸方向の変位量β＝±１．０ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり、磁束密度の大きさが最高レベルの性能が確認できる。磁束密度の点では、ｄ＝０．４ｍｍの場合が最高値を示し、磁気ヨークなしの場合が最低値を示している。

図７（ｂ）グラフによれば、ｄ＝２．４ｍｍの場合、他軸方向の変位量β＝±１．０ｍｍまで、磁束密度の変化率が約１％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、磁気ヨークなしの場合が、最も悪い結果であることが示された。
図７（ｃ）に示す表によれば、位置検出装置１０の性能は、ヨーク間距離ｄ＝２．０〜２．４ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝１．２ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさが中程度である。

図８は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝５ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク−磁石間距離ｔ＝１．９ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク間距離ｄだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。
図８（ａ）に示すグラフにおいて、ｄ＝０．４の場合、他軸方向の変位量β＝±１．０ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり磁束密度の大きさの点でも最高レベルの性能が確認できる。また、磁束密度は、磁気ヨークなしの場合が最低値を示している。

図８（ｂ）グラフによれば、ｄ＝３．６の場合、他軸方向の変位量β＝±１．０ｍｍまで、磁束密度の変化率が約０．５％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、ｄ＝１．２の場合が、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに悪い結果であることが示された。
図８（ｃ）に示す表によれば、位置検出装置１０の性能は、ヨーク間距離ｄ＝３．６〜４．０ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝１．２ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさは特に大きくない。

図９は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝０．８ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク−磁石間距離ｔだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。
図９（ａ）に示すグラフにおいて、ｔ＝１．０とｔ＝１．５との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり磁束密度の大きさの点でも最高レベルの性能が確認できる。また、磁束密度の大きさは、ｔ＝０、すなわち磁石５に磁気ヨーク１，２を接触させた場合が、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに低い結果を示している。

図９（ｂ）グラフによれば、ｔ＝１．０とｔ＝１．５との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度の変化率が約２％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、ｔ＝０〜０．５の場合が、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに悪い結果であることが示された。
図９（ｃ）に示す表によれば、位置検出装置１０の性能は、ヨーク間距離ｔ＝１．０〜１．５ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝０．６ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさも最高レベルにある。。

図１０は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍとする諸条件を固定し、ヨーク−磁石間距離ｔだけを変更した場合の、他軸方向の位置に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。
図１０（ａ）に示すグラフにおいて、ｔ＝１．５とｔ＝２．０との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり磁束密度の大きさの点でも最高レベルの性能が確認できる。また、磁束密度の大きさは、ｔ＝０からｔ＝１．０、すなわち磁気ヨーク１，２が磁石５とホールセンサ３の間にある場合、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに低い結果を示している。

図１０（ｂ）グラフによれば、ｔ＝１．５とｔ＝２．０との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度の変化率が約３％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、ｔ＝０〜１．０の場合が、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに悪い結果であることが示された。
図１０（ｃ）に示す表によれば、位置検出装置１０の性能は、ヨーク間距離ｔ＝１．５〜２．０ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝０．６〜０．８ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさも最高レベルである。

図１１は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗ＝３ｍｍ、Ｇａｐ＋α＝１．８ｍｍ、ヨーク間距離ｄ＝２．４ｍｍする諸条件を固定し、ヨーク−磁石間距離ｔだけを変更した場合の、他軸方向の変位に対する各種データを示すグラフ等であり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、（ｃ）本実施形態の性能を説明する表と、を示している。
図１１（ａ）に示すグラフにおいて、ｔ＝２．０とｔ＝２．５との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度のグラフが平坦であり磁束密度の大きさの点でも最高レベルの性能が確認できる。また、磁束密度の大きさは、ｔ＝０からｔ＝１．５、すなわち磁気ヨーク１，２が磁石５とホールセンサ３の間にある場合、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに低い結果を示している。

図１１（ｂ）グラフによれば、ｔ＝２．０とｔ＝２．５との場合、他軸方向の変位量β＝±０．６ｍｍまで、磁束密度の変化率が約２％以下であり最高レベルの性能が確認できる。一方、ｔ＝０〜１．５の場合が、磁気ヨークなしの場合よりも、さらに悪い結果であることが示された。
図１１（ｃ）に示す表によれば、位置検出装置１０の性能は、ヨーク−磁石間距離ｔ＝２．０〜２．５ｍｍにおいて、他軸方向の変位量β＝０．６〜１．２ｍｍまで許容できるという実用性能を満足することが確認できる。この時、磁束密度の大きさも最高レベルである。

図１２は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置において、磁石幅Ｗに対するヨーク−磁石間距離ｔの設計指標を模索するグラフであり、（ａ）Ｇａｐ＋α＝０．８ｍｍの場合と、（ｂ）Ｇａｐ＋α＝１．３ｍｍの場合と、（ｃ）Ｇａｐ＋α＝１．８ｍｍの場合と、を示している。図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）により、どのギャップＧaｐ寸法である場合も、磁石幅Ｗと、磁石−ヨーク間距離ｔの最適値は正の相関関係であることが確認された。このことから、上式（３）を導き出している。なお、本実施形態では、最大の他軸方向の変位量βを与えるｔを磁石−ヨーク間距離ｔの最適値としている。

図１３は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置において、ヨークの変形例を、側面図および平面図により、３種類の形状１〜３を示している。図１３（ａ）に示す形状１は、図１〜３，５に示した位置検出装置１０そのものであり、ヨーク１，２と、ホールセンサ３と、磁石５と、は、位置検出装置１０におけるそれらと同一符号で示すとおりである。
また、図１３（ｂ）形状２，（ｃ）形状３においても、ホールセンサ３と、磁石５と、は同一符号で示すとおりであるが、図１３（ｂ）に示す形状２のヨーク１０１，１０２は、ヨーク１，２とは異なる。そして、図１３（ｃ）に示す形状３のヨーク１０３も、ヨーク１，２とは異なる。これら、形状１〜３によるそれぞれの位置検出装置は、図１５に示すシミュレーション検証データのグラフで性能を開示している。

図１４は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置において、ヨークの変形例を、側面図および平面図により、３種類の形状４〜６を示している。図１４（ａ）形状４，（ｂ）形状５，（ｃ）形状６においても、ホールセンサ３と、磁石５と、は同一符号で示すとおりであるが、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す形状４〜６のヨーク１０４〜１０６は、ヨーク１，２とは異なる。これら、形状４〜６によるそれぞれの位置検出装置は、図１５に示すシミュレーション検証データのグラフで性能を開示している。

図１５は、本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の効果を、ヨークの形状１〜６に対比して説明するグラフであり、（ａ）磁束密度グラフと、（ｂ）磁束密度の変化率グラフと、を示している。図１５（ａ），（ｂ）のグラフより、形状１と形状２が最良で、形状４がそれに次ぐ成績であり、ヨークなしが最悪であることが示されている。形状１と形状２によれば、他軸方向の変位量β＝１．２ｍｍまでは、磁束密度の変化率２．０％以下で、実用上有効な高性能であることが確認できた。

（第２実施形態）
図１６は、本発明の第２実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。図１６に示すカメラモジュール２００は、図１に示したカメラモジュール２０に対し、駆動コイル１１１，１１２が付加された点のみが異なる。したがって、駆動コイル１１１，１１２以外に関し、カメラモジュール２００は、カメラモジュール２０とほぼ同一構成であり、同一動作をする。また、カメラモジュール２００に搭載された位置検出装置１０，１０ｙも、カメラモジュール２０に搭載された位置検出装置１０，１０ｙと、ほぼ等しいので、斯かる重複説明は省略する。

駆動コイル１１１，１１２は、基板１１０において、磁石５に対面する位置で、磁石５のＸ軸、Ｙ軸方向の移動を妨げないように、Ｚ軸方向の隙間を空けて配置されている。この駆動コイル１１１，１１２は、基板１１０上でＺ軸方向にかさばらないように薄く貼着され、プリント配線され、適切な駆動電流を流されるように構成されている。

駆動コイル１１１，１１２は、ステータコイルを構成しており、不図示の制御回路および駆動回路で生成された適切な駆動電流を流されることにより、対面する磁石５に電磁駆動力を付与する。磁石５は、レンズ枠２２と連動するように固定されているので、基板１１０に対して適宜に相対動作するようにレンズ枠２２を駆動する。レンズ枠２２は、手振れ補正等の制御目的にかなうように駆動制御される。

ここで、磁石５は、アクチュエータを形成する磁石と、位置検出装置１０における位置検出用の磁石と、の両方の機能を兼用する。したがって、カメラモジュール２００は、同等の機能を有する従来品に比べて、兼用した磁石の部品点数を減らし、コストダウンに寄与することができる。

図１７は、本発明に係る位置検出装置用として、直方体に限定しないヨークの形状を示す断面図である。図１７（ａ）に示すヨーク１，２は、ヨーク間距離ｄを有して配置される角棒状であり、図１〜１２および図１６で説明した一対構成の直方体のヨーク１，２にほぼ等しい。また、図１７（ａ）〜（ｄ），（ｉ），（ｊ）は、図１７（ａ）に示したヨーク１，２の断面が、角棒状であるのに対し、それぞれの断面の形状を変形している。

そして、図１７（ｅ）〜（ｈ），（ｋ），（ｌ）は、図１７（ａ）に示したヨーク１，２が、それぞれ直方体の断面を有する同一形状の２本１組による一対構成であるのに対し、一体形成された磁性材料の中央部に、凹部を設けた構成である。なお、図１７（ａ）に示したヨーク１，２の効果は本発明の第１実施形態において検証したとおりであり、図１７（ｅ）に示した磁性材料の中央部に凹部を設けた構成の効果は、図１４（ａ）形状１であり、図１５のグラフから検証したとおりである。また、本実施例において、磁石の着磁方向は、検出軸方向に平行にＮ極及びＳ極が着磁された、いわゆる、２極磁石を基に図示及び説明してきたが、磁石の厚さ方向（図１のＺ軸方向）にＮ極とＳ極が着磁され、検出軸方向の中心部を境に着磁方向が反転する、いわゆる、４極着磁磁石を用いても本発明の効果は変わらない。

１，２ 磁気ヨーク
５ 磁石
３ ホールセンサ
３９ ホールセンサの感磁面
１０，１０ｙ，３０ｘ，３０ｙ 位置検出装置
Ａ 基準面
ｔ：ヨーク−磁石間距離；磁石の基準面から磁気ヨークまでの距離
ｄ：ヨーク間距離；一対の磁気ヨークの離間距離
Ｇａｐ：磁石−パッケージ表面間距離；基準面からホールセンサのパッケージ表面までの距離
α：パッケージ面−センサ間距離；パッケージ表面からホールセンサの感磁部までの距離
Ｗ：他軸方向の磁石幅；検出軸に直交する他軸方向の磁石幅
β：他軸方向の変位量；ホールセンサが磁石に対して他軸方向に相対移動する距離
Ｑ 凹部

Claims (6)

1. 位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、
   前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、
   前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
   前記磁気検出素子の前記永久磁石側とは逆側となる背面側に配置された磁気ヨークを有し、
   前記磁気ヨークは、検出軸方向に長い二本のヨーク部材から成り、それら二本の部材を、前記磁気検出素子の前記背面側に、平面視でその磁気検出素子を両側から挟み込むように配置することで、少なくとも、平面視で前記検出軸方向と直交する方向の両側に、前記検出軸方向に長い部分を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、
   前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、
   前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
   前記磁気検出素子の前記永久磁石側とは逆側となる背面側に配置された磁気ヨークを有し、
   前記磁気ヨークは、前記磁気検出素子を背面側から覆う平板状の部材であり、その平板状の部材の前記磁気検出素子に対向する側の面に、前記検出軸方向に直交する方向の中央部に凹部が形成されることで、少なくとも、平面視で前記検出軸方向と直交する方向の両側に、前記検出軸方向に長い部分を有することを特徴とする位置検出装置。
3. 前記凹部は、前記検出軸方向に連続した溝であることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記磁気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から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記磁気検出素子に対面する前記永久磁石の基準面から前記磁気ヨークまでの距離ｔと、
   一対の前記長い部分の離間距離ｄと、
   前記基準面から前記磁気検出素子のパッケージ表面までの距離Ｇａｐと、
   前記パッケージ表面から前記磁気検出素子の感磁部までの距離αと、
   前記検出軸に直交する他軸方向の磁石幅Ｗと、
   前記磁気検出素子が前記永久磁石に対して前記他軸方向に相対移動する他軸方向の変位量βと、の条件が、下式（１）と、下式（２）とを満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
   ０＜ｄ≦Ｗ＋２×β …（１）
   Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋Ｗ …（２）
6. 前記条件が、下式（３）を満足することを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
   Ｇａｐ＋α≦ｔ≦Ｇａｐ＋α＋０．２５×Ｗ …（３）

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