位置検出装置
【課題】本発明は、広い区間において位置検出が可能で、さらに簡単な構成でありながら、広い温度範囲で物体の位置を正確に検出できる位置検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の位置検出装置は、第１、第２の磁気検出素子を有する磁気検出部２１と、磁石５１とを備え、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から、磁束密度がＸ軸となす角度θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出したものである。
【解決手段】本発明の位置検出装置は、第１、第２の磁気検出素子を有する磁気検出部２１と、磁石５１とを備え、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から、磁束密度がＸ軸となす角度θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して物体の位置を検出する装置に関し、更に詳しくはオートフォーカスレンズ等の直線方向の位置を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にビデオカメラやデジタルスチルカメラはフォーカス機能やズーム機能や手ぶれ補正機能等を具備している。これらの機能は、主にレンズ等の複数の光学デバイスを相対的に移動制御させる各種移動機構により実現している。これらの移動機構は、通常、光学デバイスの位置や移動距離を検出するための位置検出装置を備え、この装置からの情報に基づきアクチュエータ等を駆動させて位置制御を行っている。
【０００３】
このような位置検出装置としては、ホール素子と永久磁石を組み合わせて構成したものが知られている。図５（ａ）は従来の位置検出装置が適用されたステージ駆動機構の上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の同ステージ駆動機構のＩ−Ｉ線横断面図を示す（特許文献１参照）。図５（ａ）（ｂ）において、このステージ駆動機構１は、撮像素子２と、ホール素子３ａ、３ｂ、３ｃと、コイル４ａ、４ｂ、４ｃとが設けられた可動部５と、永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃが設けられた固定部７とからなり、手ぶれ補正信号に基づいてコイル４ａ、４ｂ、４ｃに駆動電流を流し、前記撮像素子２を固定部７に対して、並進および回転させるとともに、可動部５の位置を前記ホール素子３ａ、３ｂ、３ｃと永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃから成る位置検出装置を用いて検出し、フィードバック制御することにより、適正な手ぶれ補正を行うものである。
【０００４】
図６（ａ）はホール素子３と永久磁石６とから成る従来の位置検出装置の構成を示し、図６（ｂ）は同位置検出装置の位置−出力電圧の変化を示すものである。図６（ａ）において、永久磁石６は同一平面上に異なる磁極を突き合わせて配するとともに、ホール素子３の感磁方向を永久磁石６の磁極面に対して垂直方向としているために、ホール素子３の出力電圧は図６（ｂ）に示すように、ホール素子３が前記異なる磁極の突き合わせ部から離れると、中点電位から極値を経た後、減少または増加して再び中点電位に漸近する、という変化を示すことになる。これにより、ホール素子３と永久磁石６の各々が配置された部材間の相対的な移動距離を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の位置検出装置においては、ホール素子３はこれに印加される磁界の垂直方向成分に比例した電圧を検出するのみであるため、ホール素子３が異なる磁極の突き合わせ部から離れると、中点電位から極値を経た後、出力電圧が急速に減少、または増加して中点電位に漸近する。このため、従来の位置検出装置は位置検出が可能な範囲が小さいという問題があった。すなわち、従来の位置検出装置は、たとえば、２ｍｍ程度といった狭い区間における位置検出には向いているが、２〜２０ｍｍ程度といった比較的広い区間における位置検出には不向きであり、昨今の軽量かつコンパクトなカメラ等の開発においてはその適用範囲は限定されるという問題点があった。さらに、上記従来の位置検出装置においては、ホール素子３の出力オフセット電圧が温度により大きく変動するとともに、その変動量も素子によりバラツキが大きいため、位置検出誤差が生じてしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、従来の位置検出装置よりも広い区間において位置検出が可能で、さらに簡単な構成でありながら、広い温度範囲で物体の位置を正確に検出できる位置検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしたもので、この構成によれば、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から前記θを求めているため、温度変化による前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の出力の変動をキャンセルするようにでき、これにより、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記単調一価関数がｘに関する略一次関数としたもので、この構成によれば、磁石形状を変更することにより、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲を拡大でき、これにより、測定されたθの値に比例定数を乗ずるという簡単な操作を施すだけで磁石のＸ軸方向の移動距離を正確に検出できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明の位置検出装置は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしたもので、この構成によれば、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から前記θを求めているため、温度変化による前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の出力の変動をキャンセルするようにでき、これにより、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における磁気検出部の分解斜視図、（ｂ）同検出部の横断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における第１のブリッジ回路の上面図、（ｂ）第２のブリッジ回路の上面図、（ｃ）第１のブリッジ回路の電気回路図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における位置検出装置の斜視図、（ｂ）同装置の側面図、（ｃ）同装置において、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果を表す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における位置検出装置の斜視図、（ｂ）同装置の上面図、（ｃ）同装置において、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果を表す図
【図５】（ａ）従来の位置検出装置が適用されたステージ駆動機構の上面図、（ｂ）同ステージ駆動機構のＩ−Ｉ線横断面図
【図６】（ａ）従来の位置検出装置の構成図、（ｂ）同位置検出装置の位置−出力電圧の変化を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における位置検出装置にて用いる磁気検出部２１の分解斜視図、図１（ｂ）は同横断面図、図２（ａ）は同要部である第１のブリッジ回路の上面図、図２（ｂ）は第２のブリッジ回路の上面図である。また、図２（ｃ）は前記第１のブリッジ回路の電気回路図である。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）において、２２はアルミナ等の絶縁性、非磁性の基板であり、該基板２２の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により前記基板の主面上にＸＹＺ座標系を定義している。そして、２３Ａ、２３Ｂは各々、前記原点上に配置した第１および第２のブリッジ回路である。また、２４Ａ、２４Ｂは各々、磁界の向きが設定されたＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、フェライト等の磁石からなり、この基板２２上で、前記第１および第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂのそれぞれと対向する位置に設けられた第１、第２の磁気バイアス部である。さらに、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、前記第１のブリッジ回路２３Ａと第１の磁気バイアス部２４Ａとの間、前記第１の磁気バイアス部２４Ａと第２のブリッジ回路２３Ｂとの間、前記第２のブリッジ回路２３Ｂと第２の磁気バイアス部２４Ｂとの間にそれぞれ設けられたＳｉＯ2、アルミナ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる絶縁層である。これにより、第１のブリッジ回路２３Ａと第１の磁気バイアス部２４Ａとからなる第１の磁気検出素子２３と、第２のブリッジ回路２３Ｂと第２の磁気バイアス部２４Ｂとからなる第２の磁気検出素子２４が基板２２上に積み重ねて形成される。
【００１５】
図２（ａ）において、第１のブリッジ回路２３Ａは第１の検出部３０Ａ、第２の検出部３０Ｂ、第３の検出部３０Ｃおよび第４の検出部３０Ｄとから構成される。ここで、第１の検出部３０Ａから第４の検出部３０Ｄは、強磁性薄膜や人工格子多層膜等の磁気抵抗体を複数折り返して形成される。強磁性薄膜はＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ等からなり、外部磁界が垂直に印加されたときに抵抗値変化率が最大となる。また、複数折り返すことにより、感磁部分の抵抗値を大きくして、引き回し部分の抵抗の影響を小さくして効率よく磁界検出することができる。ここで、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとは電気的に直列に接続されており、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄも電気的に直列に接続されている。そして、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂの直列回路と、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄの直列回路とは電気的に並列に接続している。さらに、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとの接続部は第１の出力電極３１Ａと接続しており、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄとの接続部は第２の出力電極３１Ｂと接続している。また、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとは、パターンの長手方向が互いに略９０°異なっている。第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄにおいても同様の構成である。そして、第１の検出部３０Ａと第４の検出部３０Ｄとは、パターンの長手方向が平行である。第２の検出部３０Ｂと第３の検出部３０Ｃにおいても同様の構成である。なお、第１の検出部３０Ａと第３の検出部３０Ｃとは、入力電極３２Ａに接続している。一方、第２の検出部３０Ｂと第４の検出部３０Ｄとは、グランド電極３２Ｂに接続している。このように、第１の検出部３０Ａから第４の検出部３０Ｄは 図２（ｃ）に示すようにフルブリッジを構成している。また、第１のブリッジ回路２３Ａには、第１の磁気バイアス部２４Ａにより、図で示すＹ軸方向に平行にバイアス磁界３３が印加されている。このとき、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄは、その長手方向が第１の磁気バイアス部２４Ａで発生するバイアス磁界３３と４５°の角度をなすように配置している。
【００１６】
第１のブリッジ回路２３Ａと同様に、第２のブリッジ回路２３Ｂも第５の検出部４０Ａ、第６の検出部４０Ｂ、第７の検出部４０Ｃおよび第８の検出部４０Ｄとを備える。そして第３の出力電極４１Ａ、および第４の出力電極４１Ｂ、入力電極４２Ａ、グランド電極４２Ｂと接続している。これらの構成要素は、それぞれ、第２のブリッジ回路２３Ｂの第５の検出部４０Ａが第１のブリッジ回路２３Ａの第１の検出部３０Ａに対応する。以下同様に、第６の検出部４０Ｂが第２の検出部３０Ｂに、第７の検出部４０Ｃが第３の検出部３０Ｃに、第８の検出部４０Ｄが第４の検出部３０Ｄに、入力電極４２Ａが入力電極３２Ａに、グランド電極４２Ｂがグランド電極３２Ｂに、第３の出力電極４１Ａが第１の出力電極３１Ａに、第４の出力電極４１Ｂが第２の出力電極３１Ｂに対応する。なお、入力電極３２Ａと入力電極４２Ａとは電気的に接続され、グランド電極３２Ｂとグランド電極４２Ｂとも電気的に接続されている。すなわち、第１のブリッジ回路２３Ａと第２のブリッジ回路２３Ｂとは電気的に並列に接続されている。そして、第２のブリッジ回路２３Ｂには、第２の磁気バイアス部２４Ｂにより、図で示すＸ軸方向に平行にバイアス磁界４３が印加されている。このとき、第５の検出部４０Ａ〜第８の検出部４０Ｄは、その長手方向が第２の磁気バイアス部２４Ｂで発生するバイアス磁界４３と４５°の角度をなすように配置している。
【００１７】
図３（ａ）は前記図１の磁気検出部２１を用いた位置検出装置５０の斜視図、図３（ｂ）は同装置の側面図、図３（ｃ）は同装置において、前記磁気検出部２１を原点にとった場合に、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。
【００１８】
図３（ａ）（ｂ）において、位置検出装置５０は磁気検出部２１と、磁石５１とからなり、前記磁気検出部２１はデジタルカメラ等の機器に固定されている。前記のように、磁気検出部２１の基板２２の主面上には原点と、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸が定義され、前記原点上には第１、第２の磁気検出素子２３、２４（図示せず）が設けられている。また、５１はＸ軸方向に着磁された直方体状の磁石であり、前記磁気検出部２１に平行に、Ｘ軸方向に沿って移動可能である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態１における位置検出装置５０の動作について説明する。
【００２０】
第１のブリッジ回路２３Ａの入力電極３２Ａとグランド電極３２Ｂの間に所定の電圧を印加する。最初に、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに、磁石５１からの磁界が作用しない場合を考える。この場合には、第１の磁気バイアス部２４Ａから発生したＹ軸方向のバイアス磁界３３が第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに一様に作用するため、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△）、Ｒ2（１−△）、Ｒ3（１−△）、Ｒ4（１−△）に変化する。ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は各々第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの初期抵抗、△はバイアス磁界３３による抵抗変化率である。この時、Ｒ1＊Ｒ4＝Ｒ2＊Ｒ3の関係が成立するようにしておくと、Ｒ1（１−△）＊Ｒ4（１−△）＝Ｒ2（１−△）＊Ｒ3（１−△）となり、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡するため、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂから得られる差動電圧は零となる。
【００２１】
次に、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに、さらに磁石５１からの磁界が作用する場合を考える。磁石５１により前記原点に発生する磁束密度をＢとすると、該磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙは第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに一様に作用するため、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△−△´）、Ｒ2（１−△−△´）、Ｒ3（１−△−△´）、Ｒ4（１−△−△´）に変化する。ここで△´は磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙによる抵抗変化率である。この時も、Ｒ1（１−△−△´）＊Ｒ4（１−△−△´）＝Ｒ2（１−△−△´）＊Ｒ3（１−△−△´）となり、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡するため、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂから得られる差動電圧は零となる。一方、磁石５１により前記原点に発生する磁束密度ＢのＸ軸方向成分Ｂｘが第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに作用すると、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△＋△´）、Ｒ2（１−△−△´）、Ｒ3（１−△−△´）、Ｒ4（１−△＋△´）に変化する。この時はＲ1（１−△＋△´）＊Ｒ4（１−△＋△´）＝Ｒ2（１−△−△´）＊Ｒ3（１−△−△´）は成立しないため、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡せず、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂとの差動電圧が発生する。これにより、第１の磁気検出素子２３のブリッジ回路２３Ａにおける第１の出力電極３１Ａ、第２の出力電極３１Ｂ間には磁石５１からの磁束密度ＢのＸ軸方向成分Ｂｘに比例する電圧信号Ｖ1＝Ａ＊Ｂｘが得られることになる。ここで、Ａは比例定数である。
【００２２】
同様にして、第２の磁気検出素子２４のブリッジ回路２３Ｂにおいては、第３の出力電極４１Ａ、第４の出力電極４１Ｂ間には磁石５１からの磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙに比例する電圧信号Ｖ2＝Ａ´＊Ｂｙが得られることになる。ここで、Ａ´は比例定数である。
【００２３】
この時、第１の磁気検出素子２３と第２の磁気検出素子２４における各検出部の磁気抵抗変化率と、磁気バイアス部の磁界強度バラツキを管理することにより、第１の磁気検出素子２３と第２の磁気検出素子２４との感度が略同一になるよう、すなわち比例定数Ａ、Ａ´が実質的に等しくなるようにすることができる。この時、前記原点上に配置した第１、第２の磁気検出素子２３、２４の位置に、前記磁石５１により発生する磁束密度ＢがＸ軸となす角度θの正接、すなわちtanθ＝Ｂｙ／Ｂｘは前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、すなわちＶ2／Ｖ1に等しくなる。そして、前記磁石５１の形状、着磁方向が決まると、この角度θは磁石５１のＸ軸方向の位置ｘの関数となる。よって、角度θを前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、Ｖ2／Ｖ1の逆正接を計算すれば（θ＝tan-1Ｖ2／Ｖ1）、磁石５１のＸ軸方向の位置ｘを検出できることになる。
【００２４】
本発明の実施の形態１における磁石５１はＸ、Ｙ、Ｚ方向の寸法が各々４ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍの矩形状磁石であり、＋Ｘ方向に着磁されている。また、前記磁石５１は天面５１ＡはＸＺ平面と平行で０．８ｍｍ下方、側面５１ＢはＸＹ平面と平行で０．２ｍｍ上方にある。
【００２５】
図３（ｃ）は前記磁石５１のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。ここで、「位置」は磁石５１の中心のＸ座標を表わしている。この図から、θはｘに関する単調一価関数であり、磁石５１の中心のＸ座標が０の時、磁石５１により前記原点に発生する磁束密度Ｂは−Ｘ方向（θ＝１８０°）であり、磁石５１がＸ軸の正方向に移動するにつれ、磁束密度Ｂは時計回りに回転し、ｘが約２ｍｍでＹ軸の正方向（θ＝９０°）、ｘが約５ｍｍで４５°の方向を向くことが分かる。一方、磁石５１がＸ軸の負方向に移動すると、磁束密度Ｂは反時計回りに回転し、ｘが約−２ｍｍでＹ軸の負方向（θ＝２７０°）、ｘが約−５ｍｍで３１５°の方向を向くことが分かる。よって、このθと位置との関係を参照可能にメモリ等に保存しておけば、前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、Ｖ2／Ｖ1を測定することにより、磁石５１のＸ軸方向の移動距離を±１０ｍｍ程度の広い範囲内で検出することができるものである。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態１における位置検出装置においては、基板２２にとった原点上に配置したＸ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子２３と、Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子２４と、前記基板２２に平行に、前記Ｘ軸に沿って移動可能な磁石５１とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子２３、２４は略同一の感度を有し、前記磁石５１により原点に発生する磁束密度ＢがＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点からｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石５１の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子２３の出力と前記第２の磁気検出素子２４の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしているため、簡単な構成で、磁石５１のＸ軸方向の移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記θを第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比から求めているため、温度変化による第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の変動をキャンセルでき、雰囲気温度が変化しても磁石５１のＸ軸方向の移動距離を安定に検出することが可能である。
【００２７】
これにより、簡単な構成で、オートフォーカスレンズ等の直線方向の位置を安定、正確に検出できるものである。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明についてさらに説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態２における位置検出装置の斜視図、図４（ｂ）は同装置に用いる磁石の上面図、図４（ｃ）は同装置において、磁気検出部２１を原点にとった場合に、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。
【００２９】
図４（ａ）（ｂ）において、６１は本発明の実施の形態２における位置検出装置６０に用いる磁石である。そして、本発明の実施の形態２が上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、磁石６１の形状を変更した点である。
【００３０】
本発明の実施の形態２における磁石６１はＸ、Ｙ、Ｚ方向の寸法が各々１．６ｍｍ、４ｍｍ、４．２ｍｍの矩形状部の両端部に半径４．２ｍｍ、高さ４ｍｍの１／４円柱が付いた一体形状をなし、＋Ｘ方向に着磁されている。また、前記磁石６１は天面６１ＡはＸＺ平面と平行で０．８ｍｍ下方、側面６１ＢはＸＹ平面と平行で０．２ｍｍ上方にある。
【００３１】
図４（ｃ）は前記磁石６１のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。ここで、「位置」は磁石６１の中心のＸ座標を表わしている。この図から、θはｘに関する単調一価関数であり、かつθがｘに関する略一次関数と見なされる範囲が−５ｍｍ〜＋５ｍｍであることが分かる。一方、図３（ｃ）に示す本発明の実施の形態１における位置検出装置５０の場合には、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲が−２ｍｍ〜＋２ｍｍに留まる。すなわち、本発明の実施の形態２における位置検出装置６０においては、磁石形状を変更することにより、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲を拡大したもので、これにより、測定されたθの値に比例定数を乗ずるという簡単な操作を施すだけで磁石６１のＸ軸方向の移動距離を検出することができるという効果が得られるものである。
【００３２】
なお、本発明の実施の形態１、２における位置検出装置においては、図１で示すように、基板２２の１主面上に第１の磁気検出素子２３と、第２の磁気検出素子２４とを積み重ねて形成したが、基板２２の第１の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の第１の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に第１の磁気検出素子を配置し、前記原点の基板２２の第２の主面上への投影点上に第２の磁気検出素子を配置しても同様の効果が得られるものである。また、本発明の実施の形態１、２における位置検出装置においては、磁気検出部２１が固定され、磁石５１、６１がＸ軸方向に沿って移動するとしたが、磁石５１、６１が固定され、磁気検出部２１がＸ軸方向に沿って移動するとしても同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る位置検出装置は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出してなるもので、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという効果を有するものであり、特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラのフォーカス機能部や手ぶれ補正機能部等に用いて、レンズ等の複数の光学デバイスの直線方向の位置を検出する位置検出装置として有用なものである。
【符号の説明】
【００３４】
２２ 基板
２３ 第１の磁気検出素子
２４ 第２の磁気検出素子
５０、６０ 位置検出装置
５１、６１ 磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して物体の位置を検出する装置に関し、更に詳しくはオートフォーカスレンズ等の直線方向の位置を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にビデオカメラやデジタルスチルカメラはフォーカス機能やズーム機能や手ぶれ補正機能等を具備している。これらの機能は、主にレンズ等の複数の光学デバイスを相対的に移動制御させる各種移動機構により実現している。これらの移動機構は、通常、光学デバイスの位置や移動距離を検出するための位置検出装置を備え、この装置からの情報に基づきアクチュエータ等を駆動させて位置制御を行っている。
【０００３】
このような位置検出装置としては、ホール素子と永久磁石を組み合わせて構成したものが知られている。図５（ａ）は従来の位置検出装置が適用されたステージ駆動機構の上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の同ステージ駆動機構のＩ−Ｉ線横断面図を示す（特許文献１参照）。図５（ａ）（ｂ）において、このステージ駆動機構１は、撮像素子２と、ホール素子３ａ、３ｂ、３ｃと、コイル４ａ、４ｂ、４ｃとが設けられた可動部５と、永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃが設けられた固定部７とからなり、手ぶれ補正信号に基づいてコイル４ａ、４ｂ、４ｃに駆動電流を流し、前記撮像素子２を固定部７に対して、並進および回転させるとともに、可動部５の位置を前記ホール素子３ａ、３ｂ、３ｃと永久磁石６ａ、６ｂ、６ｃから成る位置検出装置を用いて検出し、フィードバック制御することにより、適正な手ぶれ補正を行うものである。
【０００４】
図６（ａ）はホール素子３と永久磁石６とから成る従来の位置検出装置の構成を示し、図６（ｂ）は同位置検出装置の位置−出力電圧の変化を示すものである。図６（ａ）において、永久磁石６は同一平面上に異なる磁極を突き合わせて配するとともに、ホール素子３の感磁方向を永久磁石６の磁極面に対して垂直方向としているために、ホール素子３の出力電圧は図６（ｂ）に示すように、ホール素子３が前記異なる磁極の突き合わせ部から離れると、中点電位から極値を経た後、減少または増加して再び中点電位に漸近する、という変化を示すことになる。これにより、ホール素子３と永久磁石６の各々が配置された部材間の相対的な移動距離を検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の位置検出装置においては、ホール素子３はこれに印加される磁界の垂直方向成分に比例した電圧を検出するのみであるため、ホール素子３が異なる磁極の突き合わせ部から離れると、中点電位から極値を経た後、出力電圧が急速に減少、または増加して中点電位に漸近する。このため、従来の位置検出装置は位置検出が可能な範囲が小さいという問題があった。すなわち、従来の位置検出装置は、たとえば、２ｍｍ程度といった狭い区間における位置検出には向いているが、２〜２０ｍｍ程度といった比較的広い区間における位置検出には不向きであり、昨今の軽量かつコンパクトなカメラ等の開発においてはその適用範囲は限定されるという問題点があった。さらに、上記従来の位置検出装置においては、ホール素子３の出力オフセット電圧が温度により大きく変動するとともに、その変動量も素子によりバラツキが大きいため、位置検出誤差が生じてしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、従来の位置検出装置よりも広い区間において位置検出が可能で、さらに簡単な構成でありながら、広い温度範囲で物体の位置を正確に検出できる位置検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしたもので、この構成によれば、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から前記θを求めているため、温度変化による前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の出力の変動をキャンセルするようにでき、これにより、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという作用効果を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記単調一価関数がｘに関する略一次関数としたもので、この構成によれば、磁石形状を変更することにより、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲を拡大でき、これにより、測定されたθの値に比例定数を乗ずるという簡単な操作を施すだけで磁石のＸ軸方向の移動距離を正確に検出できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明の位置検出装置は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしたもので、この構成によれば、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比から前記θを求めているため、温度変化による前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の出力の変動をキャンセルするようにでき、これにより、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における磁気検出部の分解斜視図、（ｂ）同検出部の横断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における第１のブリッジ回路の上面図、（ｂ）第２のブリッジ回路の上面図、（ｃ）第１のブリッジ回路の電気回路図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における位置検出装置の斜視図、（ｂ）同装置の側面図、（ｃ）同装置において、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果を表す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２における位置検出装置の斜視図、（ｂ）同装置の上面図、（ｃ）同装置において、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果を表す図
【図５】（ａ）従来の位置検出装置が適用されたステージ駆動機構の上面図、（ｂ）同ステージ駆動機構のＩ−Ｉ線横断面図
【図６】（ａ）従来の位置検出装置の構成図、（ｂ）同位置検出装置の位置−出力電圧の変化を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における位置検出装置にて用いる磁気検出部２１の分解斜視図、図１（ｂ）は同横断面図、図２（ａ）は同要部である第１のブリッジ回路の上面図、図２（ｂ）は第２のブリッジ回路の上面図である。また、図２（ｃ）は前記第１のブリッジ回路の電気回路図である。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）において、２２はアルミナ等の絶縁性、非磁性の基板であり、該基板２２の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により前記基板の主面上にＸＹＺ座標系を定義している。そして、２３Ａ、２３Ｂは各々、前記原点上に配置した第１および第２のブリッジ回路である。また、２４Ａ、２４Ｂは各々、磁界の向きが設定されたＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、フェライト等の磁石からなり、この基板２２上で、前記第１および第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂのそれぞれと対向する位置に設けられた第１、第２の磁気バイアス部である。さらに、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、前記第１のブリッジ回路２３Ａと第１の磁気バイアス部２４Ａとの間、前記第１の磁気バイアス部２４Ａと第２のブリッジ回路２３Ｂとの間、前記第２のブリッジ回路２３Ｂと第２の磁気バイアス部２４Ｂとの間にそれぞれ設けられたＳｉＯ2、アルミナ、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる絶縁層である。これにより、第１のブリッジ回路２３Ａと第１の磁気バイアス部２４Ａとからなる第１の磁気検出素子２３と、第２のブリッジ回路２３Ｂと第２の磁気バイアス部２４Ｂとからなる第２の磁気検出素子２４が基板２２上に積み重ねて形成される。
【００１５】
図２（ａ）において、第１のブリッジ回路２３Ａは第１の検出部３０Ａ、第２の検出部３０Ｂ、第３の検出部３０Ｃおよび第４の検出部３０Ｄとから構成される。ここで、第１の検出部３０Ａから第４の検出部３０Ｄは、強磁性薄膜や人工格子多層膜等の磁気抵抗体を複数折り返して形成される。強磁性薄膜はＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ等からなり、外部磁界が垂直に印加されたときに抵抗値変化率が最大となる。また、複数折り返すことにより、感磁部分の抵抗値を大きくして、引き回し部分の抵抗の影響を小さくして効率よく磁界検出することができる。ここで、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとは電気的に直列に接続されており、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄも電気的に直列に接続されている。そして、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂの直列回路と、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄの直列回路とは電気的に並列に接続している。さらに、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとの接続部は第１の出力電極３１Ａと接続しており、第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄとの接続部は第２の出力電極３１Ｂと接続している。また、第１の検出部３０Ａと第２の検出部３０Ｂとは、パターンの長手方向が互いに略９０°異なっている。第３の検出部３０Ｃと第４の検出部３０Ｄにおいても同様の構成である。そして、第１の検出部３０Ａと第４の検出部３０Ｄとは、パターンの長手方向が平行である。第２の検出部３０Ｂと第３の検出部３０Ｃにおいても同様の構成である。なお、第１の検出部３０Ａと第３の検出部３０Ｃとは、入力電極３２Ａに接続している。一方、第２の検出部３０Ｂと第４の検出部３０Ｄとは、グランド電極３２Ｂに接続している。このように、第１の検出部３０Ａから第４の検出部３０Ｄは 図２（ｃ）に示すようにフルブリッジを構成している。また、第１のブリッジ回路２３Ａには、第１の磁気バイアス部２４Ａにより、図で示すＹ軸方向に平行にバイアス磁界３３が印加されている。このとき、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄは、その長手方向が第１の磁気バイアス部２４Ａで発生するバイアス磁界３３と４５°の角度をなすように配置している。
【００１６】
第１のブリッジ回路２３Ａと同様に、第２のブリッジ回路２３Ｂも第５の検出部４０Ａ、第６の検出部４０Ｂ、第７の検出部４０Ｃおよび第８の検出部４０Ｄとを備える。そして第３の出力電極４１Ａ、および第４の出力電極４１Ｂ、入力電極４２Ａ、グランド電極４２Ｂと接続している。これらの構成要素は、それぞれ、第２のブリッジ回路２３Ｂの第５の検出部４０Ａが第１のブリッジ回路２３Ａの第１の検出部３０Ａに対応する。以下同様に、第６の検出部４０Ｂが第２の検出部３０Ｂに、第７の検出部４０Ｃが第３の検出部３０Ｃに、第８の検出部４０Ｄが第４の検出部３０Ｄに、入力電極４２Ａが入力電極３２Ａに、グランド電極４２Ｂがグランド電極３２Ｂに、第３の出力電極４１Ａが第１の出力電極３１Ａに、第４の出力電極４１Ｂが第２の出力電極３１Ｂに対応する。なお、入力電極３２Ａと入力電極４２Ａとは電気的に接続され、グランド電極３２Ｂとグランド電極４２Ｂとも電気的に接続されている。すなわち、第１のブリッジ回路２３Ａと第２のブリッジ回路２３Ｂとは電気的に並列に接続されている。そして、第２のブリッジ回路２３Ｂには、第２の磁気バイアス部２４Ｂにより、図で示すＸ軸方向に平行にバイアス磁界４３が印加されている。このとき、第５の検出部４０Ａ〜第８の検出部４０Ｄは、その長手方向が第２の磁気バイアス部２４Ｂで発生するバイアス磁界４３と４５°の角度をなすように配置している。
【００１７】
図３（ａ）は前記図１の磁気検出部２１を用いた位置検出装置５０の斜視図、図３（ｂ）は同装置の側面図、図３（ｃ）は同装置において、前記磁気検出部２１を原点にとった場合に、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。
【００１８】
図３（ａ）（ｂ）において、位置検出装置５０は磁気検出部２１と、磁石５１とからなり、前記磁気検出部２１はデジタルカメラ等の機器に固定されている。前記のように、磁気検出部２１の基板２２の主面上には原点と、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸が定義され、前記原点上には第１、第２の磁気検出素子２３、２４（図示せず）が設けられている。また、５１はＸ軸方向に着磁された直方体状の磁石であり、前記磁気検出部２１に平行に、Ｘ軸方向に沿って移動可能である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態１における位置検出装置５０の動作について説明する。
【００２０】
第１のブリッジ回路２３Ａの入力電極３２Ａとグランド電極３２Ｂの間に所定の電圧を印加する。最初に、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに、磁石５１からの磁界が作用しない場合を考える。この場合には、第１の磁気バイアス部２４Ａから発生したＹ軸方向のバイアス磁界３３が第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに一様に作用するため、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△）、Ｒ2（１−△）、Ｒ3（１−△）、Ｒ4（１−△）に変化する。ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は各々第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの初期抵抗、△はバイアス磁界３３による抵抗変化率である。この時、Ｒ1＊Ｒ4＝Ｒ2＊Ｒ3の関係が成立するようにしておくと、Ｒ1（１−△）＊Ｒ4（１−△）＝Ｒ2（１−△）＊Ｒ3（１−△）となり、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡するため、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂから得られる差動電圧は零となる。
【００２１】
次に、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに、さらに磁石５１からの磁界が作用する場合を考える。磁石５１により前記原点に発生する磁束密度をＢとすると、該磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙは第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに一様に作用するため、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△−△´）、Ｒ2（１−△−△´）、Ｒ3（１−△−△´）、Ｒ4（１−△−△´）に変化する。ここで△´は磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙによる抵抗変化率である。この時も、Ｒ1（１−△−△´）＊Ｒ4（１−△−△´）＝Ｒ2（１−△−△´）＊Ｒ3（１−△−△´）となり、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡するため、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂから得られる差動電圧は零となる。一方、磁石５１により前記原点に発生する磁束密度ＢのＸ軸方向成分Ｂｘが第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄに作用すると、第１の検出部３０Ａ〜第４の検出部３０Ｄの抵抗値は各々Ｒ1（１−△＋△´）、Ｒ2（１−△−△´）、Ｒ3（１−△−△´）、Ｒ4（１−△＋△´）に変化する。この時はＲ1（１−△＋△´）＊Ｒ4（１−△＋△´）＝Ｒ2（１−△−△´）＊Ｒ3（１−△−△´）は成立しないため、第１のブリッジ回路２３Ａは平衡せず、第１の出力電極３１Ａと第２の出力電極３１Ｂとの差動電圧が発生する。これにより、第１の磁気検出素子２３のブリッジ回路２３Ａにおける第１の出力電極３１Ａ、第２の出力電極３１Ｂ間には磁石５１からの磁束密度ＢのＸ軸方向成分Ｂｘに比例する電圧信号Ｖ1＝Ａ＊Ｂｘが得られることになる。ここで、Ａは比例定数である。
【００２２】
同様にして、第２の磁気検出素子２４のブリッジ回路２３Ｂにおいては、第３の出力電極４１Ａ、第４の出力電極４１Ｂ間には磁石５１からの磁束密度ＢのＹ軸方向成分Ｂｙに比例する電圧信号Ｖ2＝Ａ´＊Ｂｙが得られることになる。ここで、Ａ´は比例定数である。
【００２３】
この時、第１の磁気検出素子２３と第２の磁気検出素子２４における各検出部の磁気抵抗変化率と、磁気バイアス部の磁界強度バラツキを管理することにより、第１の磁気検出素子２３と第２の磁気検出素子２４との感度が略同一になるよう、すなわち比例定数Ａ、Ａ´が実質的に等しくなるようにすることができる。この時、前記原点上に配置した第１、第２の磁気検出素子２３、２４の位置に、前記磁石５１により発生する磁束密度ＢがＸ軸となす角度θの正接、すなわちtanθ＝Ｂｙ／Ｂｘは前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、すなわちＶ2／Ｖ1に等しくなる。そして、前記磁石５１の形状、着磁方向が決まると、この角度θは磁石５１のＸ軸方向の位置ｘの関数となる。よって、角度θを前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、Ｖ2／Ｖ1の逆正接を計算すれば（θ＝tan-1Ｖ2／Ｖ1）、磁石５１のＸ軸方向の位置ｘを検出できることになる。
【００２４】
本発明の実施の形態１における磁石５１はＸ、Ｙ、Ｚ方向の寸法が各々４ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍの矩形状磁石であり、＋Ｘ方向に着磁されている。また、前記磁石５１は天面５１ＡはＸＺ平面と平行で０．８ｍｍ下方、側面５１ＢはＸＹ平面と平行で０．２ｍｍ上方にある。
【００２５】
図３（ｃ）は前記磁石５１のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。ここで、「位置」は磁石５１の中心のＸ座標を表わしている。この図から、θはｘに関する単調一価関数であり、磁石５１の中心のＸ座標が０の時、磁石５１により前記原点に発生する磁束密度Ｂは−Ｘ方向（θ＝１８０°）であり、磁石５１がＸ軸の正方向に移動するにつれ、磁束密度Ｂは時計回りに回転し、ｘが約２ｍｍでＹ軸の正方向（θ＝９０°）、ｘが約５ｍｍで４５°の方向を向くことが分かる。一方、磁石５１がＸ軸の負方向に移動すると、磁束密度Ｂは反時計回りに回転し、ｘが約−２ｍｍでＹ軸の負方向（θ＝２７０°）、ｘが約−５ｍｍで３１５°の方向を向くことが分かる。よって、このθと位置との関係を参照可能にメモリ等に保存しておけば、前記第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比、Ｖ2／Ｖ1を測定することにより、磁石５１のＸ軸方向の移動距離を±１０ｍｍ程度の広い範囲内で検出することができるものである。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態１における位置検出装置においては、基板２２にとった原点上に配置したＸ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子２３と、Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子２４と、前記基板２２に平行に、前記Ｘ軸に沿って移動可能な磁石５１とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子２３、２４は略同一の感度を有し、前記磁石５１により原点に発生する磁束密度ＢがＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点からｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石５１の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子２３の出力と前記第２の磁気検出素子２４の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出するようにしているため、簡単な構成で、磁石５１のＸ軸方向の移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、前記θを第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の比から求めているため、温度変化による第１、第２のブリッジ回路２３Ａ、２３Ｂの出力電圧の変動をキャンセルでき、雰囲気温度が変化しても磁石５１のＸ軸方向の移動距離を安定に検出することが可能である。
【００２７】
これにより、簡単な構成で、オートフォーカスレンズ等の直線方向の位置を安定、正確に検出できるものである。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明についてさらに説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態２における位置検出装置の斜視図、図４（ｂ）は同装置に用いる磁石の上面図、図４（ｃ）は同装置において、磁気検出部２１を原点にとった場合に、磁石のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。
【００２９】
図４（ａ）（ｂ）において、６１は本発明の実施の形態２における位置検出装置６０に用いる磁石である。そして、本発明の実施の形態２が上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、磁石６１の形状を変更した点である。
【００３０】
本発明の実施の形態２における磁石６１はＸ、Ｙ、Ｚ方向の寸法が各々１．６ｍｍ、４ｍｍ、４．２ｍｍの矩形状部の両端部に半径４．２ｍｍ、高さ４ｍｍの１／４円柱が付いた一体形状をなし、＋Ｘ方向に着磁されている。また、前記磁石６１は天面６１ＡはＸＺ平面と平行で０．８ｍｍ下方、側面６１ＢはＸＹ平面と平行で０．２ｍｍ上方にある。
【００３１】
図４（ｃ）は前記磁石６１のＸ軸方向の位置と、前記磁石により前記磁気検出部２１の位置に発生する磁束密度がＸ軸となす角度θとの関係を示すシミュレーション結果である。ここで、「位置」は磁石６１の中心のＸ座標を表わしている。この図から、θはｘに関する単調一価関数であり、かつθがｘに関する略一次関数と見なされる範囲が−５ｍｍ〜＋５ｍｍであることが分かる。一方、図３（ｃ）に示す本発明の実施の形態１における位置検出装置５０の場合には、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲が−２ｍｍ〜＋２ｍｍに留まる。すなわち、本発明の実施の形態２における位置検出装置６０においては、磁石形状を変更することにより、θがｘに関する略一次関数と見なされる範囲を拡大したもので、これにより、測定されたθの値に比例定数を乗ずるという簡単な操作を施すだけで磁石６１のＸ軸方向の移動距離を検出することができるという効果が得られるものである。
【００３２】
なお、本発明の実施の形態１、２における位置検出装置においては、図１で示すように、基板２２の１主面上に第１の磁気検出素子２３と、第２の磁気検出素子２４とを積み重ねて形成したが、基板２２の第１の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の第１の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に第１の磁気検出素子を配置し、前記原点の基板２２の第２の主面上への投影点上に第２の磁気検出素子を配置しても同様の効果が得られるものである。また、本発明の実施の形態１、２における位置検出装置においては、磁気検出部２１が固定され、磁石５１、６１がＸ軸方向に沿って移動するとしたが、磁石５１、６１が固定され、磁気検出部２１がＸ軸方向に沿って移動するとしても同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る位置検出装置は、基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出してなるもので、簡単な構成で、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を広い範囲内で検出することができるとともに、雰囲気温度が変化しても、磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を安定かつ正確に検出できるという効果を有するものであり、特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラのフォーカス機能部や手ぶれ補正機能部等に用いて、レンズ等の複数の光学デバイスの直線方向の位置を検出する位置検出装置として有用なものである。
【符号の説明】
【００３４】
２２ 基板
２３ 第１の磁気検出素子
２４ 第２の磁気検出素子
５０、６０ 位置検出装置
５１、６１ 磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、
前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出する位置検出装置。
【請求項２】
前記単調一価関数がｘに関する略一次関数であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項１】
基板と、前記基板の主面上に原点を配し、該原点を通り互いに直交するＸ軸、Ｙ軸により前記基板の主面上にＸＹ座標系を定義したとき、前記原点上に配置した前記Ｘ軸方向に主感度を持つ第１の磁気検出素子と、前記Ｙ軸方向に主感度を持つ第２の磁気検出素子と、前記基板に平行に、前記Ｘ軸に沿って相対的に移動可能な磁石とを備え、
前記第１、第２の磁気検出素子は略同一の感度を有し、前記磁石により原点に発生する磁束密度がＸ軸となす角度をθとしたとき、前記磁石が前記原点から相対的にｘだけ移動した時に、前記θがｘに関する単調一価関数となるよう磁石の形状を設定することにより、前記原点を挟むＸ軸上の所定の区間内で、前記第１の磁気検出素子の出力と前記第２の磁気検出素子の出力との比の逆正接関数から前記θを求めることによって、前記磁石のＸ軸方向の相対的な移動距離を検出する位置検出装置。
【請求項２】
前記単調一価関数がｘに関する略一次関数であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４７２９８（Ｐ２０１２−２４７２９８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９０５２（Ｐ２０１１−１１９０５２）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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