JP6073734B2 - Straight line moving body position detection device - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石とコイルによるリニア駆動機構によって移動される直進移動体の位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device for a rectilinear moving body that is moved by a linear drive mechanism including permanent magnets and coils.

例えば撮影レンズのフォーカシングレンズ群(直進移動体)を、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構に代えて、永久磁石とコイルによるボイスコイルモータ(リニア駆動機構)で直進駆動するカメラが知られている。このリニア駆動機構では、この直進移動体にホール素子を搭載し、リニア駆動機構の永久磁石を位置検出用の永久磁石として兼用することで、該直進移動体の位置検出も行うことができる。   For example, a camera is known in which a focusing lens group (a linearly moving body) of a photographing lens is driven straight by a voice coil motor (linear drive mechanism) using permanent magnets and coils instead of a feed screw mechanism that converts rotational motion into linear motion. ing. In this linear drive mechanism, it is possible to detect the position of the rectilinear moving body by mounting a Hall element on the rectilinear moving body and using the permanent magnet of the linear drive mechanism as a permanent magnet for position detection.

特許文献1は、直進移動体に搭載した一対のホール素子の中心を結ぶ線分に対して、直方体形状をした永久磁石の長辺方向を傾斜させて固定配置することにより、直進移動体の単位移動量当たりのホール素子の出力変化を大きくした高精度の位置検出機構を提案している。   Patent Document 1 describes a unit of a rectilinear moving body by fixing and inclining a long side direction of a permanent magnet having a rectangular parallelepiped shape with respect to a line segment connecting the centers of a pair of Hall elements mounted on the rectilinear moving body. A highly accurate position detection mechanism with a large change in the output of the Hall element per movement is proposed.

国際公開第2007/069680号公報International Publication No. 2007/069680

しかし、特許文献1の構成は、直進移動体の移動距離が小さい場合には有効であるが、直進移動体の移動距離が大きくなると、ホール素子の十分な出力変化を得ることができない、つまり、ホール素子が検出する磁束密度変化が不十分で正確な位置検出ができないという問題があった。   However, the configuration of Patent Document 1 is effective when the moving distance of the rectilinear moving body is small, but when the moving distance of the rectilinear moving body becomes large, a sufficient output change of the Hall element cannot be obtained, that is, There is a problem that the magnetic flux density change detected by the Hall element is insufficient and accurate position detection cannot be performed.

本発明は、以上の問題意識に基づき、永久磁石とコイルとを用いたリニア駆動機構によって移動される直進移動体の位置検出機構であって、より長い移動距離において、ホール素子の出力変化を確保できる、位置検出精度の高い位置検出装置を得ることを目的とする。   The present invention is a position detection mechanism for a rectilinear moving body that is moved by a linear drive mechanism using permanent magnets and coils based on the above awareness of the problem, and ensures a change in output of the Hall element over a longer moving distance. An object of the present invention is to obtain a position detection device with high position detection accuracy.

本発明は、ホール素子の移動方向に対してホール素子と永久磁石の間隔が3次元的に変化すれば、ホール素子が検出する永久磁石の磁束の変化がより大きくなるであろうという点に着眼して完成されたものである。すなわち本発明は、XYZの直交3軸座標系のZ方向に直進移動可能に支持された直進移動体;上記直進移動体に支持された、巻線中心をZ方向と平行な方向としたコイル;上記コイル内に相対移動自在に挿通されるコイル内挿通部分を有し、永久磁石と一体化された磁性材料からなるヨーク;及び上記直進移動体に、上記永久磁石の磁束を受ける部分に固定したホール素子;を備え、上記永久磁石は、表裏面、長さ方向の両側面及び両端面を有する直方体形状をなしていて、その表裏面または両側面をNSに着磁していること、上記永久磁石の表裏面は、YZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していること、及び上記永久磁石の両側面は、XZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していること、を特徴とする。   The present invention focuses on the fact that the change in the magnetic flux of the permanent magnet detected by the Hall element will increase if the distance between the Hall element and the permanent magnet changes three-dimensionally with respect to the moving direction of the Hall element. And completed. That is, the present invention is a rectilinear moving body supported so as to be linearly movable in the Z direction of an XYZ orthogonal triaxial coordinate system; a coil supported by the linearly moving body and having a winding center parallel to the Z direction; A coil insertion portion that is inserted into the coil so as to be relatively movable, a yoke made of a magnetic material integrated with a permanent magnet; and a linearly moving body fixed to a portion that receives the magnetic flux of the permanent magnet The permanent magnet has a rectangular parallelepiped shape having front and back surfaces, both side surfaces in the length direction, and both end surfaces, and magnetizes NS on the front and back surfaces or both side surfaces. The front and back surfaces of the magnet are non-parallel to the movement direction of the Hall element in the YZ section, and are inclined with respect to the Z direction, and both side surfaces of the permanent magnet are For the direction of movement No parallel, that is inclined with respect to the Z direction, characterized by.

上記永久磁石は、その表裏面が直進移動体の一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を広げるように傾斜配置され、かつその両側面が直進移動体の上記一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を広げるように傾斜配置される。   The permanent magnet is inclined so that the front and back surfaces of the permanent magnet are widened from one moving end to the other moving end of the rectilinear moving body, and both side surfaces thereof are the one moving end of the rectilinear moving body. To the other moving end so as to increase the distance from the Hall element.

上記永久磁石は、その表裏面が直進移動体の一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を縮めるように傾斜配置され、かつその両側面が直進移動体の上記一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を縮めるように傾斜配置される。   The permanent magnet is inclined so that the front and back surfaces of the permanent magnet are shortened from one moving end to the other moving end of the rectilinear moving body, and both side surfaces thereof are the one moving end of the rectilinear moving body. And the other moving end are inclined so as to reduce the distance from the Hall element.

上記ヨークのコイル内挿通部分は、永久磁石の上記表裏面と平行であることが好ましい。   The yoke insertion portion of the yoke is preferably parallel to the front and back surfaces of the permanent magnet.

上記ヨークのコイル内挿通部分は、Z方向と平行にすることが実際的である。   It is practical to make the coil insertion portion of the yoke parallel to the Z direction.

本発明の直進移動体の位置検出装置は、直進移動体として、レンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群に適用することができる。   The position detection device for a rectilinear moving body of the present invention can be applied to a focusing lens group of a lens barrel as a rectilinear moving body.

本発明によれば、永久磁石とコイルとを用いたリニア駆動機構によって移動される直進移動体の位置検出機構であって、リニア駆動機構の永久磁石を、直進移動体に搭載したホール素子と協働する位置検出用永久磁石と共用しながら、直進移動体のより長い移動距離において、ホール素子の出力変化を確保できる、位置検出精度の高い位置検出装置を得ることができる。   According to the present invention, there is provided a position detection mechanism for a rectilinear moving body that is moved by a linear drive mechanism using a permanent magnet and a coil, and the permanent magnet of the linear drive mechanism cooperates with a Hall element mounted on the rectilinear moving body. It is possible to obtain a position detection device with high position detection accuracy that can ensure a change in the output of the Hall element over a longer moving distance of the rectilinear moving body while being shared with a working position detection permanent magnet.

本発明による直進移動体の位置検出装置をレンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群の位置検出装置に適用した一実施形態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows one Embodiment which applied the position detection apparatus of the linearly moving body by this invention to the position detection apparatus of the focusing lens group of a lens-barrel. 図1のレンズ鏡筒の途中組立状態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the assembly state in the middle of the lens barrel of FIG. 図2を異なる方向から見た分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which looked at FIG. 2 from the different direction. 図1ないし図3のレンズ鏡筒からガイド軸、フォーカシングレンズ枠、ヨーク、永久磁石及びホール素子を抜き出して描いた、(A)は正面図、(B)は背面図である。FIG. 1A is a front view and FIG. 2B is a rear view in which a guide shaft, a focusing lens frame, a yoke, a permanent magnet, and a hall element are extracted from the lens barrel of FIGS. 図1ないし図3のレンズ鏡筒からガイド軸、フォーカシングレンズ枠、ヨーク、永久磁石及びホール素子を抜き出して描いた、フォーカシングレンズ枠が光軸方向の最も後方(結像面側)に位置した状態の側面図である。A state in which the focusing lens frame is located farthest in the optical axis direction (imaging plane side) and is drawn by extracting the guide shaft, focusing lens frame, yoke, permanent magnet and Hall element from the lens barrel of FIGS. FIG. 同フォーカシングレンズ枠が光軸方向の最も前方(被写体側)に位置した状態の側面図である。FIG. 6 is a side view of the focusing lens frame in a state where the focusing lens frame is positioned in the forefront (subject side) in the optical axis direction. (A)は図5、図6からガイド軸、ヨーク、永久磁石及びホール素子を抜き出して描いた側面図、(B)は一方のヨークを外して描いた平面図である。(A) is a side view drawn by extracting the guide shaft, yoke, permanent magnet and Hall element from FIGS. 5 and 6, and (B) is a plan view drawn with one yoke removed. 図7に示した実施形態と従来例のホール素子位置とホール素子出力との関係をグラフで示した図である。It is the figure which showed the relationship between Hall element position and Hall element output of embodiment shown in FIG. 7 and a prior art example with the graph. 本発明の第2の実施形態の、(A)は図7(A)に対応する側面図、(B)は図7(B)に対応する平面図である。(A) of the 2nd Embodiment of this invention is a side view corresponding to FIG. 7 (A), (B) is a top view corresponding to FIG. 7 (B). 本発明の第3の実施形態の、(A)は図7(A)に対応する側面図、(B)は図7(B)に対応する平面図である。(A) of the 3rd Embodiment of this invention is a side view corresponding to FIG. 7 (A), (B) is a top view corresponding to FIG. 7 (B).

図1ないし図7は、本発明による直進移動体の位置検出装置をレンズ鏡筒100のフォーカシングレンズ群L1の位置検出装置に適用した一実施形態を示している。図示実施形態は、フォーカシングレンズ群L1の案内機構及び位置検出装置のみを描くことを目的としており、この他の部分の構成を省略している。   1 to 7 show an embodiment in which the position detecting device for a linearly moving body according to the present invention is applied to the position detecting device for the focusing lens group L1 of the lens barrel 100. FIG. The illustrated embodiment is intended to depict only the guide mechanism and position detection device of the focusing lens group L1, and the configuration of the other parts is omitted.

レンズ鏡筒100は、固定部材として、フォーカシングレンズ群L1を含む撮影レンズ系で形成される被写体像を結像させるイメージセンサ31等を固定した固定基板32及び可動のレンズ枠部材を支持する固定環33を有している。イメージセンサ31には、光軸Oと平行な2本のガイド軸34、35の後端部が固定されており、ガイド軸34、35の前端部は、固定環33内に位置するレンズ枠部材(図示せず)に固定されている。   The lens barrel 100 has, as a fixed member, a fixed substrate 32 that fixes an image sensor 31 and the like that forms a subject image formed by a photographing lens system including the focusing lens group L1, and a fixed ring that supports a movable lens frame member. 33. The rear end portions of the two guide shafts 34 and 35 parallel to the optical axis O are fixed to the image sensor 31, and the front end portions of the guide shafts 34 and 35 are lens frame members positioned in the fixed ring 33. (Not shown).

フォーカシングレンズ群L1を固定した可動レンズ枠(直進移動体)10は、円筒枠部10aと径方向腕部10bを有し、径方向腕部10bの先端部に、ガイド軸34に摺動自在に嵌まる筒状部10cと、ガイド軸35に摺動自在に係合する二股部10dが形成されている。また、径方向腕部10bの先端部には、筒状部10cと二股部10dの間に位置させて、リニア駆動機構のコイル11が固定されている。このコイル11は、巻線中心を光軸Oと平行な方向とした偏平な空芯コイルである。可動レンズ枠10には、コイル11と形状を対応させた横長貫通穴10e(図1、図4)が形成されている。   A movable lens frame (linearly moving body) 10 to which the focusing lens group L1 is fixed has a cylindrical frame portion 10a and a radial arm portion 10b. A cylindrical portion 10c to be fitted and a forked portion 10d slidably engaged with the guide shaft 35 are formed. Further, the coil 11 of the linear drive mechanism is fixed to the distal end portion of the radial arm portion 10b so as to be positioned between the cylindrical portion 10c and the bifurcated portion 10d. This coil 11 is a flat air-core coil whose winding center is in a direction parallel to the optical axis O. The movable lens frame 10 is formed with a horizontally long through hole 10e (FIGS. 1 and 4) having a shape corresponding to the coil 11.

固定環33には、コイル11とともに、リニア駆動機構を構成する磁石ユニット20が固定されている。磁石ユニット20は、ホルダ21と、一対のヨーク22、23及び永久磁石24を備えている。ヨーク22は、可動レンズ枠10の横長貫通穴10eとコイル11内(空芯部)に非接触で挿通されるコイル内挿通部分(長手方向壁)22aを有しており(図5、図6)、このコイル内挿通部分22a(永久磁石24)とコイル11がリニア駆動機構(ボイスコイルモータ)を構成する。すなわち、コイル11に正逆に通電することにより、リニア駆動機構によって可動レンズ枠10(フォーカシングレンズ群L1)がガイド軸34、35に沿って光軸O方向に移動する。   The magnet unit 20 constituting the linear drive mechanism is fixed to the fixed ring 33 together with the coil 11. The magnet unit 20 includes a holder 21, a pair of yokes 22 and 23, and a permanent magnet 24. The yoke 22 has a horizontally long through hole 10e of the movable lens frame 10 and a coil insertion portion (longitudinal wall) 22a that is inserted into the coil 11 (air core portion) in a non-contact manner (FIGS. 5 and 6). ), The coil insertion portion 22a (permanent magnet 24) and the coil 11 constitute a linear drive mechanism (voice coil motor). That is, when the coil 11 is energized in the forward and reverse directions, the movable lens frame 10 (focusing lens group L1) is moved in the optical axis O direction along the guide shafts 34 and 35 by the linear drive mechanism.

以上の磁石ユニット20の永久磁石24は、可動レンズ枠10に搭載したホール素子(ホールセンサ)25とともに、位置検出装置を構成する。図7は、ヨーク22、23、永久磁石24及びホール素子25を取り出して描いたものである。図7(A)、(B)においては、XYZの直交三軸座標系を採用する。Z方向は、光軸O方向と同一(平行)である。Z方向と直交する面と永久磁石24の表面24aが交わる交線の方向がX方向であり、XYZの方向は、図1ないし図6に示したXYZ軸に対応する。以下の図7ないし図10において、左側が後方(後方移動端)結像面側であり、右側が被写体側、前方(前方移動端)である。図7、図9及び図10は、ホール素子25が後方移動端位置と前方移動端位置にある状態を示している。   The permanent magnet 24 of the magnet unit 20 described above constitutes a position detection device together with a hall element (hall sensor) 25 mounted on the movable lens frame 10. FIG. 7 shows the yokes 22 and 23, the permanent magnet 24, and the Hall element 25 taken out. 7A and 7B, an XYZ orthogonal triaxial coordinate system is employed. The Z direction is the same (parallel) as the optical axis O direction. The direction of the intersecting line where the surface perpendicular to the Z direction and the surface 24a of the permanent magnet 24 intersect is the X direction, and the directions of XYZ correspond to the XYZ axes shown in FIGS. 7 to 10 below, the left side is the rear (backward moving end) imaging surface side, the right side is the subject side, and the front (front moving end). 7, 9, and 10 show a state in which the hall element 25 is located at the rearward movement end position and the forward movement end position.

ヨーク22と23は、対称形のL字形断面を有している。すなわち、ヨーク22と23は、Z方向に対して僅かに傾斜したコイル内挿通部分22a、長手方向壁23aと、コイル内挿通部分22a、長手方向壁23aに直交する短手方向壁22b、23bを有しており、コイル内挿通部分22aと長手方向壁23aが互いに平行をなすように(つまり、ヨーク22と23で閉断面を描くように)結合されている。可動レンズ枠10の横長貫通穴10eとコイル11内に挿入されるコイル内挿通部分22aは、Z方向と非平行であるが、横長貫通穴10eとコイル11の内径は、可動レンズ枠10のZ方向への全移動領域において、コイル内挿通部分22aと非接触であるように定められている。また、ホール素子25は、可動レンズ枠10のZ方向への全移動領域において、永久磁石24の磁束を受ける部分(磁束を検出可能な位置)に配置されており、ヨーク22と23による閉断面の中を移動する。   The yokes 22 and 23 have symmetrical L-shaped cross sections. That is, the yokes 22 and 23 include the coil insertion portion 22a and the longitudinal wall 23a that are slightly inclined with respect to the Z direction, and the transverse walls 22b and 23b orthogonal to the coil insertion portion 22a and the longitudinal wall 23a. The coil insertion portion 22a and the longitudinal wall 23a are coupled so as to be parallel to each other (that is, so as to draw a closed section with the yokes 22 and 23). The horizontally long through hole 10e of the movable lens frame 10 and the coil insertion portion 22a inserted into the coil 11 are not parallel to the Z direction, but the inner diameter of the horizontally long through hole 10e and the coil 11 is Z of the movable lens frame 10. It is determined to be non-contact with the coil insertion portion 22a in the entire movement region in the direction. Further, the Hall element 25 is disposed in a portion that receives the magnetic flux of the permanent magnet 24 (a position where the magnetic flux can be detected) in the entire movement region of the movable lens frame 10 in the Z direction, and is closed by the yokes 22 and 23. Move through.

永久磁石24は、ヨーク23の長手方向壁23a上(コイル内挿通部分22aとの対向面)に固定されている。永久磁石24は、互いに平行をなす表面24aと裏面24b、互いに平行をなす長さ方向の両側面24cと24d及び互いに平行をなす両端面24eと24fを有する直方体形状をなしていて、その表裏方向に着磁(表面24aと裏面24bをNSに着磁)している。着磁方向は、可動レンズ枠10の移動方向に対して直交方向であれば両側面24cと24dでもよく、ヨークと接触する面をNSに着磁する。   The permanent magnet 24 is fixed on the longitudinal wall 23a of the yoke 23 (surface facing the coil insertion portion 22a). The permanent magnet 24 has a rectangular parallelepiped shape having a front surface 24a and a back surface 24b that are parallel to each other, both side surfaces 24c and 24d that are parallel to each other, and both end surfaces 24e and 24f that are parallel to each other. Is magnetized (the front surface 24a and the back surface 24b are magnetized to NS). The magnetizing direction may be both side surfaces 24c and 24d as long as the direction is perpendicular to the moving direction of the movable lens frame 10, and the surface in contact with the yoke is magnetized in NS.

そして、この永久磁石24は、次のようにZ方向に対して傾斜している。
永久磁石24の表面24aと裏面24bは、図5ないし図7(A)に示すように、YZ断面において、ホール素子25(可動レンズ枠10)の移動方向(Z方向)に対して非平行をなしている。永久磁石24は、Z方向に対して、後方移動端(結像面側、図の左側)から前方移動端(被写体側、図の右側)に向かって、表裏面24a、24bとホール素子25との距離を徐々に広げる方向に角度αで傾斜している。
また、永久磁石24の両側面24cと24dは、図7(B)に示すように、XZ断面において、ホール素子25(可動レンズ枠10)の移動方向に対して非平行をなしている。永久磁石24は、Z方向に対して、後方移動端(図の左側)から前方移動端(図の右側)に向かって、側面24cとホール素子25との距離を徐々に広げる方向に角度βで傾斜している。図示実施形態における角度βは、略12゜である。
角度α及び角度βは、可動レンズ枠10が後方から前方に向かって移動するとき、ホール素子25が検出する磁束密度が徐々に小さくなる傾斜なので、可動レンズ枠10が後方移動端から前方移動端方向に移動するに従って、ホール素子25の出力が徐々(ほぼ直線的)に小さくなる。角度α、βは、ホール素子25が後方から前方に向かって移動するとき、ホール素子25が受ける磁束密度が小さくなる角度を正、同大きくなる角度を負とする。この場合第1の実施形態の角度α、βは、正である。
The permanent magnet 24 is inclined with respect to the Z direction as follows.
As shown in FIGS. 5 to 7A, the front surface 24a and the back surface 24b of the permanent magnet 24 are not parallel to the moving direction (Z direction) of the Hall element 25 (movable lens frame 10) in the YZ section. There is no. The permanent magnet 24 has front and back surfaces 24a and 24b and a hall element 25 from the rear moving end (image forming side, left side in the figure) toward the front moving end (subject side, right side in the figure) with respect to the Z direction. Is inclined at an angle α in the direction of gradually increasing the distance.
Further, as shown in FIG. 7B, both side surfaces 24c and 24d of the permanent magnet 24 are not parallel to the moving direction of the Hall element 25 (movable lens frame 10) in the XZ section. The permanent magnet 24 has an angle β in the direction of gradually increasing the distance between the side surface 24c and the Hall element 25 from the rear moving end (left side in the figure) toward the front moving end (right side in the figure) with respect to the Z direction. Inclined. The angle β in the illustrated embodiment is approximately 12 °.
Since the angle α and the angle β are inclined so that the magnetic flux density detected by the Hall element 25 gradually decreases when the movable lens frame 10 moves from the rear to the front, the movable lens frame 10 moves from the rear moving end to the front moving end. As it moves in the direction, the output of the Hall element 25 gradually decreases (substantially linearly). The angles α and β are positive when the magnetic flux density received by the Hall element 25 decreases when the Hall element 25 moves from rear to front, and negative when the Hall element 25 increases. In this case, the angles α and β in the first embodiment are positive.

以上の第1の実施形態において、ホール素子25の移動位置とホール素子25の出力との関係を測定したグラフを図8に示した。同グラフにおいて、横軸はホール素子25の移動(Z方向)位置、縦軸はホール素子25の出力値であり、実線が本発明(第1の実施形態)のホール素子出力値、破線は従来装置のホール素子出力値である。ホール素子25の移動方向は、図8において、左方向が後方、右方向が前方である。   FIG. 8 shows a graph in which the relationship between the movement position of the Hall element 25 and the output of the Hall element 25 is measured in the first embodiment described above. In the graph, the horizontal axis represents the movement (Z direction) position of the Hall element 25, the vertical axis represents the output value of the Hall element 25, the solid line represents the Hall element output value of the present invention (first embodiment), and the broken line represents the conventional value. It is a Hall element output value of the apparatus. As for the movement direction of the Hall element 25, the left direction is rearward and the right direction is frontward in FIG.

このグラフから分かるように、本発明の第1の実施形態は、ホール素子25の移動方向を、XZ断面及びYZ断面においてZ方向から傾斜角α、βで傾斜させたので、ホール素子出力値の最大値が従来例のホール素子出力値より大きい。第1の実施形態によれば、従来例よりも、ホール素子25が受ける磁束密度の変化が大きくなり、ホール素子25の出力値(電圧)の差が大きくなって、位置検出精度の一層の向上を図ることができる。第1の実施形態は、ホール素子25の移動範囲、つまりホール素子の後方移動端位置と前方移動端位置を、ホール素子出力値のリニア性が確保できる範囲に設定してある。   As can be seen from this graph, in the first embodiment of the present invention, the movement direction of the Hall element 25 is inclined at the inclination angles α and β from the Z direction in the XZ cross section and the YZ cross section. The maximum value is larger than the Hall element output value of the conventional example. According to the first embodiment, the change in magnetic flux density received by the Hall element 25 is larger than in the conventional example, and the difference in the output value (voltage) of the Hall element 25 is increased, thereby further improving the position detection accuracy. Can be achieved. In the first embodiment, the movement range of the Hall element 25, that is, the rearward movement end position and the forward movement end position of the Hall element are set in a range in which the linearity of the Hall element output value can be secured.

第1の実施形態は、ホール素子15を、平面視、永久磁石24の一方の側面24d側に配置した(図7(B))。これに対して、第2の実施形態は、ホール素子15を、平面視、永久磁石24の他方の側面24c側に配置した(図9(B))。第1の実施形態及び第2の実施形態は、平面視において永久磁石24(の両側面24c、24d)とZ方向とが成す角度は同一である。この第2の実施形態ではXZ断面において、永久磁石24の側面24cとホール素子25との距離が、可動レンズ枠10の後方移動端(図の左側)から前方移動端(図の右側)にかけて徐々に縮まる。従ってホール素子25の出力は、可動レンズ枠10が後方移動端(図の左側)から前方移動端(図の右側)に移動するに従って徐々に大きくなる。そこでこの第2の実施形態ではYZ断面において、永久磁石24の表面24aとホール素子25との距離が徐々に縮むように、つまり可動レンズ枠10が後方移動端(図の左側)から前方移動端(図の右側)に移動するに従ってホール素子25の出力が徐々に大きくなるように、永久磁石24をZ方向に対して傾斜配置してある(図9(A))。この第2の実施形態は、YZ断面においてホール素子25の移動方向(Z方向)と永久磁石24の表面24aとが成す角度をα′、XZ断面においてホール素子25の移動方向(Z方向)と永久磁石24の側面24cとが成す角度をβ′とすると、角度α′、β′は負である。この第2の実施形態によれば、可動レンズ枠10が後方移動端から前方移動端に移動するに従って、ホール素子25の出力が徐々(ほぼ直線的)に大きくなる。   In the first embodiment, the Hall element 15 is arranged on one side surface 24d side of the permanent magnet 24 in a plan view (FIG. 7B). On the other hand, in the second embodiment, the Hall element 15 is arranged on the other side surface 24c side of the permanent magnet 24 in plan view (FIG. 9B). In the first embodiment and the second embodiment, the angles formed by the permanent magnet 24 (both side surfaces 24c and 24d thereof) and the Z direction are the same in plan view. In the second embodiment, in the XZ cross section, the distance between the side surface 24c of the permanent magnet 24 and the Hall element 25 is gradually increased from the rear moving end (left side in the figure) to the front moving end (right side in the figure) of the movable lens frame 10. Shrink to Accordingly, the output of the Hall element 25 gradually increases as the movable lens frame 10 moves from the rearward movement end (left side in the figure) to the forward movement end (right side in the figure). Therefore, in the second embodiment, in the YZ section, the distance between the surface 24a of the permanent magnet 24 and the Hall element 25 is gradually reduced, that is, the movable lens frame 10 is moved from the rear moving end (left side in the drawing) to the front moving end ( The permanent magnets 24 are inclined with respect to the Z direction so that the output of the Hall element 25 gradually increases as it moves to the right side of the figure (FIG. 9A). In the second embodiment, the angle formed between the movement direction (Z direction) of the Hall element 25 in the YZ section and the surface 24a of the permanent magnet 24 is α ′, and the movement direction (Z direction) of the Hall element 25 in the XZ section. If the angle formed by the side surface 24c of the permanent magnet 24 is β ′, the angles α ′ and β ′ are negative. According to the second embodiment, as the movable lens frame 10 moves from the rear movement end to the front movement end, the output of the Hall element 25 gradually increases (substantially linearly).

このように永久磁石24をYZ断面において可動レンズ枠10の移動方向に対して非平行であり、Z方向に対して傾斜させるだけでなく、XZ断面においても可動レンズ枠10の移動方向に対して非平行であり、Z方向に対して傾斜させることにより、ホール素子25(可動レンズ枠10)の全移動域において、ホール素子25の出力にリニアリティを確保しつつ、出力の変化を大きくすることができる。   As described above, the permanent magnet 24 is not parallel to the moving direction of the movable lens frame 10 in the YZ section and is not only inclined with respect to the Z direction but also in the XZ section with respect to the moving direction of the movable lens frame 10. By being non-parallel and tilting with respect to the Z direction, it is possible to increase the change in output while ensuring linearity in the output of the Hall element 25 in the entire movement range of the Hall element 25 (movable lens frame 10). it can.

第1、第2の実施形態のヨーク22のコイル内挿通部分22aは、永久磁石24の表面24a及び裏面24bと平行であって、コイル11の移動方向(Z方向)に対して平行ではない(Z方向に対して角度α、α′で傾斜している)。これに対して、図10(A)、(B)に示した第3の実施形態は、ヨーク22′のコイル内挿通部分22a′を、コイル11の移動方向(Z方向)と平行に形成した。YZ断面においてホール素子25の移動方向(Z方向)と永久磁石24の表面24aとが成す角度をα″とする。XZ断面においてホール素子25の移動方向(Z方向)と永久磁石24の表面24aとが成す角度はβであって、第1の実施形態と同一である(図10(B))。この第3の実施形態において、角度α″及び角度βは正である。ヨーク22′のコイル内挿通部分22a′をZ方向と平行に形成すれば、コイル内挿通部分22a′とコイル11の空芯部とのクリアランスを減らせるので、第1、第2の実施形態よりも、コイル11とコイル内挿通部分22a′の小型化が可能になる。   The coil insertion portion 22a of the yoke 22 of the first and second embodiments is parallel to the front surface 24a and the back surface 24b of the permanent magnet 24 and is not parallel to the moving direction (Z direction) of the coil 11 ( Inclined at angles α and α ′ with respect to the Z direction). On the other hand, in the third embodiment shown in FIGS. 10A and 10B, the coil insertion portion 22a ′ of the yoke 22 ′ is formed in parallel with the moving direction (Z direction) of the coil 11. . The angle formed by the movement direction (Z direction) of the Hall element 25 and the surface 24a of the permanent magnet 24 in the YZ section is α ″. The movement direction (Z direction) of the Hall element 25 and the surface 24a of the permanent magnet 24 in the XZ section. Is the same as that in the first embodiment (FIG. 10B). In this third embodiment, the angle α ″ and the angle β are positive. If the coil insertion portion 22a ′ of the yoke 22 ′ is formed in parallel with the Z direction, the clearance between the coil insertion portion 22a ′ and the air core portion of the coil 11 can be reduced, so that the first and second embodiments can be used. However, the coil 11 and the coil insertion portion 22a 'can be downsized.

第3の実施形態は、ヨーク22′のコイル内挿通部分22a′と永久磁石24の表面24aが非平行であるから、ヨーク22のコイル内挿通部分22aが永久磁石24の表面24a及び裏面24bと平行な図示実施形態とは、コイル内挿通部分22aと表面24a及び両側面24c、24d間のZ方向の磁束密度の分布が異なる。そのため、ヨーク22′のコイル内挿通部分22a′が永久磁石24の表面24aと平行な第1、第2の実施形態と、非平行な第3の実施形態とで、最適な角度α、α′、α″、角度β、β′が異なるので、最適な角度α、α′、α″、角度β、β′はそれぞれシミュレートして設定する。   In the third embodiment, since the coil insertion portion 22a ′ of the yoke 22 ′ and the surface 24a of the permanent magnet 24 are non-parallel, the coil insertion portion 22a of the yoke 22 includes the surface 24a and the back surface 24b of the permanent magnet 24. The distribution of the magnetic flux density in the Z direction between the coil insertion portion 22a, the surface 24a, and both side surfaces 24c, 24d is different from the parallel illustrated embodiment. Therefore, the optimum angles α, α ′ between the first and second embodiments in which the coil insertion portion 22a ′ of the yoke 22 ′ is parallel to the surface 24a of the permanent magnet 24 and the non-parallel third embodiment. , Α ″, and angles β, β ′ are different from each other, and the optimum angles α, α ′, α ″, and angles β, β ′ are set by simulation.

本発明者のシミュレーションによれば、図示第1の実施形態の場合、角度βが略12゜のとき、角度αは、1゜ないし2゜の範囲が好ましいことが分かった。最適な角度α′、β′、角度α″は、永久磁石24、ヨーク22、23のサイズ、形状、永久磁石24とホール素子25との間隔等によって異なるので、シミュレーションによって決定することが好ましい。
本発明は、永久磁石の表裏面は、YZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していること、及び永久磁石の両側面は、XZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していることが必須であるが、YZ断面、XZ断面におけるZ方向に対する傾斜角は、個別に設定される。
According to the inventor's simulation, in the case of the first embodiment shown in the figure, when the angle β is approximately 12 °, the angle α is preferably in the range of 1 ° to 2 °. The optimum angles α ′, β ′, and angle α ″ vary depending on the size and shape of the permanent magnet 24 and the yokes 22 and 23, the distance between the permanent magnet 24 and the Hall element 25, etc., and are preferably determined by simulation.
In the present invention, the front and back surfaces of the permanent magnet are non-parallel to the movement direction of the Hall element in the YZ section, and are inclined with respect to the Z direction, and both side surfaces of the permanent magnet are in the XZ section. Although it is essential that the Hall element is not parallel to the moving direction of the Hall element and is inclined with respect to the Z direction, the inclination angle with respect to the Z direction in the YZ cross section and the XZ cross section is set individually.

以上、本発明の直進移動体の位置検出装置を撮影レンズのリニア駆動機構によって移動するフォーカシングレンズ群の位置検出装置に適用した実施形態について説明したが、本発明は、永久磁石とコイルによるリニア駆動機構によって移動される直進移動体の位置検出装置について適用することができる。   As described above, the embodiment in which the position detecting device for the linearly moving body according to the present invention is applied to the position detecting device for the focusing lens group that is moved by the linear driving mechanism of the photographing lens has been described. The present invention can be applied to a position detection device for a linearly moving body that is moved by a mechanism.

10 可動レンズ枠(直進移動体)
10a 円筒枠部
10b 径方向腕部
10c 筒状部
10d 二股部
10e 横長貫通穴
11 コイル
20 磁石ユニット
21 ホルダ
22 23 ヨーク
22a コイル内挿通部分(長手方向壁)
22b 短手方向壁
23a 長手方向壁
23b 短手方向壁
24 永久磁石
24a 表面
24b 裏面
24c 24d 側面
24e 24f 端面
25 ホール素子
31 イメージセンサ
32 固定基板
33 固定環
34 35 ガイド軸
10 Movable lens frame (straight moving body)
10a Cylindrical frame portion 10b Radial arm portion 10c Tubular portion 10d Forked portion 10e Horizontally long through hole 11 Coil 20 Magnet unit 21 Holder 22 23 Yoke 22a Coil insertion portion (longitudinal wall)
22b Short direction wall 23a Longitudinal wall 23b Short direction wall 24 Permanent magnet 24a Front surface 24b Back surface 24c 24d Side surface 24e 24f End surface 25 Hall element 31 Image sensor 32 Fixed substrate 33 Fixed ring 34 35 Guide shaft

Claims (6)

XYZの直交3軸座標系のZ方向に直進移動可能に支持された直進移動体;
上記直進移動体に支持された、巻線中心をZ方向と平行な方向としたコイル;
上記コイル内に相対移動自在に挿通されるコイル内挿通部分を有し、永久磁石と一体化された磁性材料からなるヨーク;及び
上記直進移動体に、上記永久磁石の磁束を受ける部分に固定したホール素子;
を備え、
上記永久磁石は、表裏面、長さ方向の両側面及び両端面を有する直方体形状をなしていて、その表裏面または両側面をNSに着磁していること、
上記永久磁石の表裏面は、YZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していること、及び
上記永久磁石の両側面は、XZ断面において、ホール素子の移動方向に対して非平行をなし、Z方向に対して傾斜していること、
を特徴とする直進移動体の位置検出装置。
A rectilinear moving body supported so as to be linearly movable in the Z direction of an XYZ orthogonal three-axis coordinate system;
A coil supported by the linearly moving body and having a winding center parallel to the Z direction;
A yoke made of a magnetic material integrated with a permanent magnet; and a portion that receives the magnetic flux of the permanent magnet; Hall element;
With
The permanent magnet has a rectangular parallelepiped shape having front and back surfaces, both side surfaces in the length direction, and both end surfaces, and the front and back surfaces or both side surfaces are magnetized in NS;
The front and back surfaces of the permanent magnet are non-parallel to the movement direction of the Hall element in the YZ section, and are inclined with respect to the Z direction, and both side faces of the permanent magnet are holes in the XZ section. It is non-parallel to the movement direction of the element and is inclined with respect to the Z direction.
A position detecting device for a linearly moving body characterized by the above.
請求項1記載の直進移動体の位置検出装置において、上記永久磁石は、その表裏面が直進移動体の一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を広げるように傾斜配置され、かつその両側面が直進移動体の上記一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を広げるように傾斜配置されている直進移動体の位置検出装置。 In the position detecting device of the rectilinear moving body according to claim 1, the permanent magnet is inclined and arranged such that the front and back surfaces increase the distance from the Hall element from one moving end to the other moving end of the rectilinear moving body, And the position detection apparatus of the rectilinear moving body by which both the side surfaces are inclinedly arranged so that the distance from a Hall element may be extended from said one moving end of the rectilinear moving body to the other moving end. 請求項1記載の直進移動体の位置検出装置において、上記永久磁石は、その表裏面が直進移動体の一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を縮めるように傾斜配置され、かつその両側面が直進移動体の上記一方の移動端から他方の移動端にかけてホール素子との距離を縮めるように傾斜配置されている直進移動体の位置検出装置。 In the position detecting device of the rectilinear moving body according to claim 1, the permanent magnet is inclined and arranged such that the front and back surfaces thereof reduce the distance from the Hall element from one moving end to the other moving end of the rectilinear moving body, And the position detection device of the rectilinear moving body whose both side surfaces are inclined so as to reduce the distance from the Hall element from the one moving end to the other moving end of the rectilinear moving body. 請求項1ないし3のいずれか1項記載の直進移動体の位置検出装置において、上記ヨークのコイル内挿通部分は、永久磁石の上記表裏面と平行である直進移動体の位置検出装置。 4. The position detecting device for a rectilinear moving body according to claim 1, wherein the coil insertion portion of the yoke is parallel to the front and back surfaces of the permanent magnet. 5. 請求項1ないし3のいずれか1項記載の直進移動体の位置検出装置において、上記ヨークのコイル内挿通部分は、Z方向と平行である直進移動体の位置検出装置。 4. The position detecting device for a rectilinear moving body according to claim 1, wherein a coil insertion portion of the yoke is parallel to the Z direction. 5. 請求項1ないし5のいずれか1項記載の直進移動体の位置検出装置において、上記直進移動体は、レンズ鏡筒のフォーカシングレンズ群である直進移動体の位置検出装置。 6. The position detecting device for a rectilinear moving body according to claim 1, wherein the rectilinear moving body is a focusing lens group of a lens barrel.
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