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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5715023
(24)【登録日】2015年3月20日
(45)【発行日】2015年5月7日
(54)【発明の名称】位置検出装置及び位置検出方法並びにそれを用いた電子機器
(51)【国際特許分類】
G01D 5/14 20060101AFI20150416BHJP
G01D 5/244 20060101ALI20150416BHJP
G02B 7/04 20060101ALI20150416BHJP
G02B 7/08 20060101ALI20150416BHJP
【ＦＩ】
G01D5/14 H
G01D5/244 D
G02B7/04 E
G02B7/08 Z
【請求項の数】10
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2011-224812(P2011-224812)
(22)【出願日】2011年10月12日
(65)【公開番号】特開2013-83597(P2013-83597A)
(43)【公開日】2013年5月9日
【審査請求日】2014年1月16日
(73)【特許権者】
【識別番号】303046277
【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】菓子 隆史
(72)【発明者】
【氏名】笠松 新
【審査官】
吉田 久
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２００７／１２６０２３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１１／０９０１５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−１０７４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−４５９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／０３１５４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−９７２７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−３４８１７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−３０３８６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｄ ５／００〜５／２５２
Ｇ０１Ｂ ７／００〜７／３４
Ｇ０１Ｒ ３３／００〜３３／１８
Ｇ０６Ｆ ３／０３、３／０４１〜３／０４７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、該磁気センサに空間を介して設けられた磁石とを備えた位置検出装置において、
前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力する比較判定手段と、
該比較判定手段によって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサからの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算手段と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力する比較判定手段と、
該比較判定手段によって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサからの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算手段と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項2】
前記複数の磁気センサは、中心位置にある第２のホール素子と、前記第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、
前記比較判定手段は、前記第２のホール素子の出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力する請求項１に記載の位置検出装置。
前記比較判定手段は、前記第２のホール素子の出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項3】
前記複数の磁気センサが３個のホール素子であって、該３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子と、該第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、
前記比較判定手段は、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、
前記除算手段は、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算す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。
前記比較判定手段は、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、
前記除算手段は、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算す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4】
前記第１のホール素子の出力電圧をＶａ１、Ｖａ２とし、前記第２のホール素子の出力電圧をＶｂ１、Ｖｂ２とし、前記第３のホール素子の出力電圧をＶｃ１、Ｖｃ２とした場合に、
前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅器と、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅器とを備え、
前記比較判定手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、
前記除算手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅器と、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅器とを備え、
前記比較判定手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、
前記除算手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項5】
前記磁石が、１対のＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べた磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれかに記載の位置検出装置を用いたことを特徴とする電子機器。
【請求項7】
実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、該磁気センサ上に空間を介して設けられた磁石とを備えた位置検出装置における位置検出方法において、
前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、該判定結果に基づいて他の磁気センサからの出力信号を選択的に出力する比較判定ステップと、
該比較判定ステップによって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算ステップと
を有することを特徴とする位置検出方法。
前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、該判定結果に基づいて他の磁気センサからの出力信号を選択的に出力する比較判定ステップと、
該比較判定ステップによって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算ステップと
を有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項8】
前記複数の磁気センサが３個のホール素子であって、該３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子と、該第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、
前記比較判定ステップは、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、
前記除算ステップは、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算することを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
前記比較判定ステップは、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、
前記除算ステップは、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算することを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
【請求項9】
前記第１のホール素子の出力電圧をＶａ１、Ｖａ２とし、前記第２のホール素子の出力電圧をＶｂ１、Ｖｂ２とし、前記第３のホール素子の出力電圧をＶｃ１、Ｖｃ２とした場合に、
前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅ステップと、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅ステップとを有し、
前記比較判定ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、
前記除算ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする請求項８に記載の位置検出方法。
前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅ステップと、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅ステップとを有し、
前記比較判定ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、
前記除算ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする請求項８に記載の位置検出方法。
【請求項10】
前記磁石が、１対のＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べた磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、位置検出装置及び位置検出方法並びにそれを用いた電子機器に関し、より詳細には、磁気センサの温度特性をキャンセルすることができ、より小さい機構体積で高いリニアリティを確保できるようにした位置検出装置及び位置検出方法並びにそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、位置検出装置を用いた電子機器として、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話カメラなどが挙げられる。それらにおける手振れ補正装置や、ズームやオートフォーカスのためのレンズ位置制御装置などは、駆動部とフィードバック用の位置検出部から構成されている。これらは、その普及にともない、小型軽量でかつ組み立て性がよく安価な構成が望まれている。なかでも、ボイスコイルモータ駆動用磁石と磁気センサを用いて、１つの磁石で駆動と位置検出を兼ねる構成は、「機構体積」が抑えられるため、小型化の要求が特に強いカメラの手振れ補正用レンズの位置制御などに広く用いられている。
【0003】
図１は、従来の手振れ補正用レンズユニットの取り付けられたアクチュエータモジュールを説明するための構成図で、この種のアクチュエータモジュールには、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モジュール１０は、実装基板１１上に移動可能に配置された手振れ補正用レンズ１６を保持したレンズバレル１５と、このレンズバレル１５に取り付けられたＸ軸駆動兼位置検出用磁石１２Ｘと、実装基板１１上に設けられ、Ｘ軸駆動兼位置検出用磁石１２Ｘのほぼ真下に配置されたＸ軸駆動用コイル１４Ｘ及びＸ軸用磁気センサ１３Ｘとを備えているとともに、レンズバレル１５に取り付けられたＹ軸駆動兼位置検出用磁石１２Ｙと、実装基板１１上に設けられ、Ｙ軸駆動兼位置検出用磁石１２Ｙの真下に配置されたＹ軸駆動用コイル１４Ｙ及びＹ軸用磁気センサ１３Ｙとを備えている。
【0004】
このような構成により、レンズバレル１５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１３Ｘ，１３Ｙ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１４Ｘ，１４Ｙに流す駆動電流を制御している。
【0005】
図２は、磁石を用いた場合の「機構体積」を説明するための図で、「機構体積」とは、図２に示すように、磁石が占める体積及び磁石と磁気センサとの間の空間が占める体積のことをいう。つまり、多極磁石３の幅をＡ、奥行きをＢ、厚さをＬ、磁気センサのセンサ面までのギャップをＧとした場合に、「機構体積」はＡ×Ｂ×（Ｌ＋Ｇ）で表される。
【0006】
図３（ａ），（ｂ）は、１個の磁気センサを用いた従来の位置検出方式（方式１）を説明するための図で、「１センサ検出方式（方式１）」を示しており、図３（ａ）は、図２に示された磁石を用いた場合の磁気センサとの配置関係を示した図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）における磁石移動量に対する１個の磁気センサの出力電圧の関係を示す図である。図中符号２１は実装基板、２２は磁気センサ、２３はアクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石を示している。
【0007】
図３（ａ）において、実装基板２１上に１個の磁気センサ２２を設け、その上に空間を介して磁石２３が配置されている。この磁石２３は、実装基板２１の平面上に沿って図３（ａ）中の矢印方向に移動するものである。
【0008】
一般的に磁石と磁気センサは、図３（ａ）のように配置され、磁石は、図２のように１つの磁石に、Ｎ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁したものを磁極面がセンサ面に平行となるよう配置されることで、磁石の移動に伴い図３（ｂ）に示すような出力変化が生じる。この磁極面が磁石移動方向と直交するよう、磁石を図２のＹ軸まわりに９０°回転させて配置しても同様の出力変化が生じる。また、磁石には１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べたものを用いてもよいし、１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石を用いて磁極面が磁石移動方向と直交するよう配置しても、同様の出力変化が生じる。磁石が矢印方向に、もしくは磁気センサが矢印方向と逆方向に移動した場合、その移動量に応じて図３（ｂ）に示すようなセンサ出力電圧の変化（信号Ｂ）が生じる。この信号Ｂは、ゼロクロスポイント近傍では高いリニアリティを持ち、これに基づいて磁石と磁気センサの相対的な位置関係を特定することができる。
【0009】
図２１（ａ）及び図４（ａ）乃至（ｃ）は、「方式１」において、図２のような１つの磁石にＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石を用いて、所定の磁石移動距離０．５ｍｍとした場合に、後述するリニアリティに対する条件「条件１」を達成することができる最小機構体積での実施例を示す図であり、図２１（ａ）は、そのときの磁石と磁気センサの配置関係を示しており、図４（ａ）乃至（ｃ）は、磁石移動距離に対する磁気センサの電圧変化及び位置検出誤差の変化を示している。Ａを９．１０ｍｍ、Ｂを１．００ｍｍ、Ｌを１．３０ｍｍ、Ｇを３．２０ｍｍとし、「機構体積」は４０．９５ｍｍ3である。磁石の残留磁束密度を１３８０ｍＴ、センサ感度を２．２ｍＶ/ｍＴ、出力ノイズの標準偏差σ＝０．０９ｍＶとしている。図４（ａ）は所定の磁石移動距離０．５ｍｍにおける磁気センサの電圧変化、図４（ｂ）は、磁石移動距離に対する位置検出誤差の変化を示しており、実線はセンサの出力ノイズを考慮しない場合、破線はセンサの出力ノイズを考慮した場合を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の縦軸スケールを±５μｍから±０．５μｍに変更したものである。ここで、位置検出誤差とは、図４（ａ）における磁石移動距離±０．２５ｍｍ地点での２出力を結ぶ理想直線とセンサ出力電圧との乖離量から求まる非線形性誤差である。なお、図４（ｂ）の破線は、センサ出力電圧に±３σ＝±０．２７ｍＶを加えた上で、乖離量を求め、そこから算出された位置検出誤差を示している。
【0010】
上述した「１センサ検出方式（方式１）」を用いたものとして、例えば、特許文献１のものがある。この特許文献１に記載のものは、補正レンズを光軸に対して垂直面内で互いに直交する２方向に移動制御することにより像ぶれを補正する像ぶれ補正装置に関するもので、固定枠に２方向移動自在に支持されて補正レンズを有する移動枠と、この移動枠に取付けられて少なくとも２つのコイルパターンを有する積層基板と、固定枠にコイルパターンに対向する部位に設けられたマグネットと、移動枠に設けられて補正レンズの位置を検出する位置検出センサと、積層基板上のコイルパターンと位置検出センサへの配線を、積層基板から固定枠側に引き出すフレキシブルプリント板とを具備したものである。
【0011】
しかしながら、このような従来の「１センサ検出方式（方式１）」による構成では、温度変化によりセンサ出力電圧が変化すると、位置検出誤差が大きくなるという問題を抱えている。仮に室温で得られる信号Ｂに基づいて理想直線を求める場合、磁気センサ及び磁石の温度特性により、例えば、低温では信号Ａのように出力が大きくなったり、高温では信号Ｃのように信号が小さくなったりすることで、理想直線からの乖離量が大きくなり、位置検出誤差が大きくなる。さらに、図２２は、条件１を満たす最小機構体積と磁石移動距離の関係を各方式について示したものだが、これによると高いリニアリティを長距離にわたって確保する場合は機構体積が大きくなるといった問題を抱えていることがわかる。
【0012】
図５（ａ），（ｂ）は、２個の磁気センサを用いた従来の位置検出方式（方式２）を説明するための図で、上述した「１センサ検出方式（方式１）」の問題点を解決するために２個の磁気センサを用いた「差分・和分割り算方式（方式２）」を示しており、図５（ａ）は、磁石と磁気センサとの配置関係を説明するための構成図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）における磁石移動量に対する２個の磁気センサの出力電圧の関係を示す図である。図中符号３１は実装基板、３２ａ，３２ｂは磁気センサ、３３はアクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石を示している。
【0013】
実装基板３１上に２個の磁気センサ３２ａ，３２ｂを設け、その上に空間を介して磁石３３が配置されている。このような構成により、磁石３３が図５（ａ）に示すような矢印方向に、あるいは、２個の磁気センサ３２ａ、３２ｂが図５（ａ）に示した矢印方向と逆方向に移動した場合、図５（ｂ）に示すような出力電圧の変化が生じる。２つのセンサ出力電圧（信号Ｄ、Ｅ）の差を、２つのセンサ出力電圧の和で除算した結果は、図８に示すようにゼロクロスポイント近傍では高いリニアリティ領域を持っており、この高いリニアリティ領域を利用することで位置検出が可能である。つまり、この除算結果に基づいて、磁石と２つの磁気センサの相対的な位置関係を特定することができる。
【0014】
以下では、磁気センサにホール素子を用いた場合について説明する。 図６は、ホール素子の複数の端子を示す図であり、ここではホール素子の各端子を、Ｔ１がＶｃの駆動電圧の入力端子、Ｔ３はＧＮＤ端子、Ｔ２はＶｏｕｔ（＋）の正極端子、Ｔ４はＶｏｕｔ（−）の負極端子とする。図５（ａ）に示した磁気センサ３２ａにホール素子を用いる場合、端子Ｔ１とＴ３間に駆動電圧を印加すると、端子Ｔ２と端子Ｔ４間において、端子Ｔ２側を＋として見たときに、Ｎ極を印加すると、正の差動出力が得られるとする。したがって、磁石が移動すると、図５（ｂ）に示すように、出力信号Ｄが得られる。
【0015】
同様に、図５（ａ）に示した磁気センサ３２ｂにもホール素子を用いる場合、端子Ｔ１とＴ３間に、端子Ｔ１側を＋として駆動電圧を印加すると、端子Ｔ２と端子Ｔ４間において、端子Ｔ２側を＋としてみたとき、Ｎ極印加時に正の差動電圧が得られる。磁石が移動すると、図５（ｂ）に示すように、出力信号Ｅ’が得られる。ここで、磁気センサ３２ｂに用いられるホール素子において、端子Ｔ２と端子Ｔ４で、端子Ｔ４を＋として出力電圧を取り出すと、Ｎ極の印加に対して負の差動電圧が得られるようになり、出力信号Ｅのような特性が得られる。出力信号Ｅは出力信号Ｅ’の正負を反転した出力信号に等しい。なお、端子Ｔ３側を＋、端子Ｔ１側を−として駆動電圧を印加し、端子Ｔ２と端子Ｔ４において、端子２側を＋としてみたときも同様に出力信号Ｅの特性が得られる。
【0016】
図７は、図５（ｂ）に示した高いリニアリティ領域における２つの磁気センサの差分及び和分の出力電圧と磁石移動量との関係を示す図で、図８は、図５（ｂ）に示した高いリニアリティ領域における２つのホール素子の差分÷和分と磁石移動量との関係を示す図である。
【0017】
得られた信号Ｄ、Ｅの差分Ｆ＝（Ｄ−Ｅ）及び信号Ｄ、Ｅの和分Ｇ＝（Ｄ＋Ｅ）は、図７に示したようになり、差分を和分で割ることにより、図８の正規化した値Ｈ＝（Ｄ−Ｅ）／（Ｄ＋Ｅ）を算出し、この高いリニアリティを持つ値Ｅに基づいて磁石と２つの磁気センサの相対位置関係を求めることができる。磁気センサにホール素子以外を用いる場合でも、磁気センサ３２ａをＮ極（Ｓ極）が印加されることで、正（負）出力を得られるようにし、磁気センサ３２ｂをＮ極（Ｓ極）が印加されることで、負（正）出力を得られるようにして、上述の演算を行えばよい。
【0018】
このような「差分・和分割り算方式（方式２）」によれば、除算過程において、磁気センサが持つ出力電圧の温度係数及び磁石が作る磁束密度の温度係数が打ち消されるため、除算結果は温度に依存しない量であり、温度変化によって位置検出誤差が大きくなることはなく、また、図２２に示すように、方式１より比較的小さな機構体積で高いリニアリティを長距離にわたって確保できる。
【0019】
図２１（ｂ）及び図９（ａ）乃至（ｄ）は、「方式２」において、図２のような１つの磁石にＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石を用いて、所定の磁石移動距離０．５ｍｍとした場合に、後述する「条件１」を達成することができる最小機構体積での実施例を示す図であり、図２１（ｂ）は、そのときの磁石と磁気センサの配置関係を示しており、図９（ａ）乃至（ｄ）は磁石移動距離に対する磁気センサの電圧変化と差分と和分の割り算による演算結果の変化及び位置検出誤差の変化を示している。Ａを２．８０ｍｍ、Ｂを０．４０ｍｍ、Ｌを０．４０ｍｍ、Ｇを０．８０ｍｍとし、「機構体積」は１．３４ｍｍ3である。ピッチ（ホール素子間距離）を１．８０ｍｍとし、磁石の残留磁束密度を１３８０ｍＴとし、センサ感度を２．２ｍＶ/ｍＴとし、出力ノイズの標準偏差σ＝０．０９ｍＶとしている。図９（ａ）は、磁石移動距離に対する磁気センサの電圧変化を８ｍｍにわたって示した図であり、図９（ｂ）は所定の磁石移動距離０．５ｍｍにおける２出力の差÷和の変化を示している。図９（ｃ）は、実線が出力ノイズを考慮しない場合、破線は出力ノイズ±３σ＝０．２７ｍＶを考慮した場合の磁石移動距離に対する位置検出誤差を示す図で、図９（ｄ）は、図９（ｃ）の縦軸スケールを±５μｍから±０．５μｍに変更したものである。
【0020】
上述した「差分・和分割り算方式（方式２）」を用いたものとして、例えば、特許文献２のものがある。この特許文献２に記載のものは、撮影光軸に対して直交する平面内で撮像素子を移動させることによりブレを補正する撮像装置に関するもので、第１の方向に沿って配置された２つのホール素子によって各々検出された電圧値に基づいて、その差分をその和分で除することによって、基台部、第１の磁石ユニット、第１のコイル及び第１のヨークによって形成される第１の磁界の変化量であって、基準位置に対する第１の方向における可動部の移動量を判定するものである。
【0021】
このように、上述した特許文献２には、ホール素子を２個用い、前述のとおり２素子から逆極性の電圧を得て、２出力の差÷和の演算結果を参照することで、分母分子でホール素子が持つ出力電圧の温度係数、及び、磁石が作る磁束密度の温度係数が打ち消され、かつ、比較的長い距離で高いリニアリティを確保できる構成が開示されている。
【0022】
図１０は、本発明に係る位置検出装置の前提となる位置検出方式（方式２）を用いた位置検出装置を説明するためのブロック構成図で、図５（ａ）に示した２個の磁気センサにホール素子を用いた「差分・和分割り算方式（方式２）」を用いた場合を示している。図中符号４１ａ，４１ｂはホール素子、４２ａ，４２ｂは差動増幅器、４３は減算器、４４は加算器、４５は除算器を示している。
【0023】
第１のホール素子４１ａの入力端子Ｔ１、Ｔ３間に入力電圧を印加すると、出力端子Ｔ２，Ｔ４から、Ｖａ１とＶａ２の出力電圧を得る。これらの電圧が差動増幅器４２ａに入力されると、その出力電圧ＶｈａはＶａ１−Ｖａ２となる。Ｎ極が印加されるとＶｈａは正の値をとるとする。同様に、第２のホール素子４１ｂの入力端子Ｔ１、Ｔ３間に入力電圧を印加すると、出力端子Ｔ２，Ｔ４から、Ｖｂ１とＶｂ２の出力電圧を得る。Ｖｂ２−Ｖｂ１となるよう、これらの電圧を差動増幅器４２ｂに入力すると、その出力電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ２−Ｖｂ１は、Ｎ極が印加されると負の値をとるとする。すなわち、第１及び第２のホール素子４１ａ，４１ｂに同極性の磁場が印加されるとき、ＶｈａとＶｈｂは逆極性となるように出力電圧方向を設定する。
【0024】
差動増幅器４２ａ，４２ｂの出力電圧ＶｈａとＶｈｂとが減算器４３に入力されると、Ｖｈａ−Ｖｈｂが出力される。また、差動増幅器４２ａ，４２ｂの出力電圧ＶｈａとＶｈｂとが加算器４４に入力されると、Ｖｈａ＋Ｖｈｂが出力される。これらの出力電圧を除算器４５に入力されると、（Ｖｈａ−Ｖｈｂ）／（Ｖｈａ＋Ｖｈｂ）が出力される。
【0025】
つまり、上述した「差分・和分割り算方式（方式２）」を用いた位置検出装置のブロック構成図を用いることにより、図５（ｂ）に示すような出力電圧の変化が生じ、前記図５（ｂ）における信号Ｄ及び信号Ｅの差分を和分で割った演算が行われ、その結果は、図８に示すようにゼロクロスポイント近傍では高いリニアリティ領域を持っており、この高いリニアリティ領域を利用することで位置検出が可能となる。しかしながら、この「差分・和分割り算方式（方式２）」では、高いリニアリティを長い距離にわたって確保するには、後述する図２２に示すとおり、やはり「機構体積」が大きくなるという問題がある。
【0026】
図１１（ａ），（ｂ）は、２個の磁気センサを用いた従来の他の位置検出方式（方式３）を説明するための図で、「２出力割り算方式（方式３）」を示しており、図１１（ａ）は、磁石と磁気センサとの配置関係を説明するための構成図で、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における磁石移動量に対する２個の磁気センサの出力電圧の関係を示す図である。図中符号５１は実装基板、５２ａ，５２ｂ磁気センサ、５３はアクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石を示している。
【0027】
実装基板５１上に２個の磁気センサ５２ａ，５２ｂを設け、その上に空間を介して磁石５３が配置されている。このような構成により、磁石５３が図１１（ａ）に示すような矢印方向に、あるいは、２個の磁気センサ５２ａ、５２ｂが図１１（ａ）に示した矢印方向と逆方向に移動した場合、図１１（ｂ）に示すような出力電圧の変化が生じる。２つのセンサ出力電圧（信号Ｉ、Ｊ）を除算した結果は、図１３に示すように磁石中心近傍の狭い領域では高いリニアリティ領域を持っており、この高いリニアリティ領域を利用することで位置検出が可能である。図１２は、図１１（ｂ）に示した高いリニアリティ領域における２つの磁気センサの出力電圧の拡大図で、図１３は、図１１（ｂ）に示した高いリニアリティ領域における２つの磁気センサの出力電圧の割り算による出力電圧と磁石移動量との関係を示す図である。
【0028】
上述した「２出力割り算方式（方式３）」を用いたものとして、例えば、特許文献３のものがある。この特許文献３に記載のものは、カメラのオートフォーカスやズーム位置の原点検出を行うために位置検出装置及び位置検出方法に関するもので、互いに離間して配置された複数の磁気検出素子と、この磁気検出素子に対して相対移動する磁束発生体と、磁気検出素子からの出力電圧の比の変化を用いて原点位置を決定する決定手段とを備えたものである。つまり、磁気センサを２個配置し、２出力の除算結果を参照することによって温度特性の問題を解決することができるというものである。これは、除算結果が、磁気センサの磁気感度の温度係数が分母分子で打ち消されて温度に依存しない量であるためである。また、磁気センサを２つ配置し、２つのセンサ出力電圧（信号Ｉ、Ｊ）の除算結果のみに基づいて、相対位置を特定することもできる。
【0029】
図１４は、本発明に係る位置検出装置の前提となる他の位置検出方式（方式３）を用いた位置検出装置を説明するためのブロック構成図で、図中符号５４ａ，５４ｂはホール素子、５５ａ，５５ｂは差動増幅器、６１はＭＵＸ（マルチプレクサ；選択回路）、６２はクロック信号発生回路、６３はプレアンプ、６４はサンプル・ホールド回路（Ｓ/Ｈ）、６５はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、６６はＰＩレギュレータ、６７はオペアンプ、６８はフィードバック用サンプル・ホールド回路（ＦＢＳ/Ｈ）、６９は基準電圧（Ｖｒｅｆ）発生回路を示している。
【0030】
マルチプレクサ（ＭＵＸ；選択回路）６１は、ホール素子５４ａの信号成分か、ホール素子５４ｂの信号成分を選択する機能を有する選択回路である。プレアンプ（演算増幅器）６３は、ホール素子５４ａ，５４ｂの出力電圧を増幅する演算増幅器である。サンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ）６４は、ＭＵＸ６１からの信号に基づいてクロック信号発生回路（Ｃｌｏｃｋ）６２から発生されるクロック信号によりプレアンプ６３からの信号をサンプリングする回路である。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５はサンプル・ホールド回路６４に接続され、位置検出信号−Ｖｒｅｆ・Ｂｈｂ／Ｂｈａを出力する。また、フィードバック用サンプル・ホールド回路（ＦＢ Ｓ／Ｈ）６８は、プレアンプ６３からの信号をＰＩ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ；比例・積分）レギュレータ６６に入力する回路である。
【0031】
このＰＩレギュレータ６６は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）発生回路６９と抵抗ＲとコンデンサＣとオペアンプ６７からなり、フィードバック用サンプル・ホールド回路６８は、オペアンプ６７の反転入力端子に抵抗Ｒを介して接続されている。また、オペアンプ６７の非反転入力端子は接地されている。また、オペアンプ６７の反転入力端子と出力端子間には、直列接続された抵抗ＲとコンデンサＣが接続されている。
【0032】
このＰＩレギュレータ６６は、フィードバック用サンプル・ホールド回路６８によってサンプリングされた信号を基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルになるようにＰＩ制御するレギュレータである。さらに、ＰＩレギュレータ６６は、ホール素子５４ａ，５４ｂのそれぞれに駆動電流を供給するものである。
【0033】
次に、この位置検出装置の信号処理回路の動作について説明する。 ホール素子５４ａ（あるいは５４ｂ）から出力されたホール素子電圧Ｖｈａは、クロック信号発生回路６２によって発生されるクロック信号によりホール素子５４ａ（あるいは５４ｂ）を選択したときに、ＭＵＸ６１を介してプレアンプ６３に接続され、所定の増幅率Ａによって増幅される。今仮に、プレアンプ６３によって増幅された信号を、フィードバック用サンプル・ホールド回路６８を介してＰＩレギュレータ６６に取り込む信号をホール素子５４ａのホール電圧Ｖｈａとし、サンプル・ホールド回路６４及びローパスフィルタ６５を介して出力される信号をホール素子５４ｂのホール電圧Ｖｈｂとする。
【0034】
ホール素子５４ａのホール電圧Ｖｈａは、プレアンプ６３で増幅され、Ａ・Ｋ・Ｂｈａ（Ａはプレアンプの増幅率、Ｋは定数、Ｂｈａ１はホール素子５４ａが受ける磁束密度）になったとすると、ＰＩレギュレータ６６はフィードバック制御によってＡ・Ｋ・Ｂｈａ＋Ｖｒｅｆ＝ＡＧＮＤ（＝０）・・・（１）
になるように、ＰＩ出力のバイアス点を自動的に変化させる。
【0035】
このとき、このＰＩ出力と同じバイアス点にてホール素子５４ｂを駆動することを考える。同じバイアス点で駆動されており、サンプル・ホールド回路６４に取り込まれる増幅後のホール素子５４ｂのホール電圧ＶｈｂはＡ・Ｋ・Ｂｈｂとなる。
【0036】
よって、Ｋ＝−Ｖｒｅｆ／Ａ・Ｂｈａであるから、ホール素子５４ｂのホール電圧Ｖｈｂは−Ｖｒｅｆ・Ｂｈｂ／Ｂｈａ・・・（２）
となる。
【0037】
ホール電圧は、磁束密度と比例するので、上記（２）式は、ホール素子５４ａとホール素子５４ｂの出力電圧を割り算していることと等価であることがわかる。つまり、この場合におけるＶｈｂの出力変化量は、２つの磁気センサの一方の出力を反転させて除算した結果、−Ｖｈｂ／Ｖｈａの出力変化量に等価である。
【0038】
ホール素子５４ａ，５４ｂともにＮ極を印加することで正出力が得られるようになっている場合、磁石移動量に応じて図１１及び図１２の信号Ｉ、Ｊ’が得られる。信号Ｊ’の正負を反転させた信号が信号Ｊである。よって（信号Ｊ）／（信号Ｉ）＝−（信号Ｊ’）／（信号Ｉ）＝−Ｖｈｂ／Ｖｈａとなる。
【0039】
この（信号Ｊ）／（信号Ｉ）という量は、図１３のように、ある程度のリニアリティをもって変化する量であるため、それを参照することで精度のよい位置検出が可能であり、また、磁気センサ及び磁石の温度特性の影響を受けない量であるため、位置検出精度は温度変化により悪化することはない。しかしながら、この「２出力割り算方式（方式３）」では、方式１や方式２で得られる程度の高いリニアリティは確保することができないという問題がある。方式３では後述する「条件１」を満たすことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0040】
【特許文献1】特開２００２−２２９０９０号公報
【特許文献2】特開２０１０−１５１０７号公報
【特許文献3】国際公開ＷＯ２００７／１２６０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0041】
このように、上述した各位置検出方式では、高いリニアリティを長い距離にわたって確保するには、「機構体積」を大きくしなくてはならず、位置検出装置の小型化を阻害するという問題が依然として残っている。そのため、高いリニアリティを長い距離にわたって、従来方式よりも小さな機構体積で確保できるようにすることが望まれている。
【0042】
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、磁気センサの温度特性をキャンセルすることができ、より小さい機構体積で高いリニアリティを確保できるようにした位置検出装置及び位置検出方法並びにそれを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0043】
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、実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、該磁気センサに空間を介して設けられた磁石とを備えた位置検出装置において、前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力する比較判定手段と、該比較判定手段によって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサからの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算手段とを備えたことを特徴とする。
【0044】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出装置において、前記複数の磁気センサは、中心位置にある第２のホール素子と、前記第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、前記比較判定手段は、前記第２のホール素子の出力信号の正負を判定して、他の磁気センサからの出力信号を出力することを特徴とする。また、本発明の他の態様は、上述の位置検出装置において、前記複数の磁気センサが３個のホール素子であって、該３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子と、該第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、前記比較判定手段は、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、前記除算手段は、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算することを特徴とする。
【0045】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出装置において、前記第１のホール素子の出力電圧をＶａ１、Ｖａ２とし、前記第２のホール素子の出力電圧をＶｂ１、Ｖｂ２とし、前記第３のホール素子の出力電圧をＶｃ１、Ｖｃ２とした場合に、前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅器と、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅器とを備え、前記比較判定手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、前記除算手段は、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする。
【0046】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出装置において、前記磁石が、１対のＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べた磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石であることを特徴とする。
【0047】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出装置を用いたことを特徴とする電子機器である。
【0048】
また、本発明の他の態様は、実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、該磁気センサ上に空間を介して設けられた磁石とを備えた位置検出装置における位置検出方法において、前記磁石又は前記磁気センサを前記実装基板上に沿って移動させたときの前記複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、該判定結果に基づいて他の磁気センサからの出力信号を選択的に出力する比較判定ステップと、該比較判定ステップによって判定された前記１つの磁気センサからの出力信号の正負に応じて、前記１つの磁気センサの出力信号を前記他の磁気センサからの出力信号で除算する除算ステップとを有することを特徴とする。
【0049】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出方法において、前記複数の磁気センサが３個のホール素子であって、該３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子と、該第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、前記比較判定ステップは、前記第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力し、前記除算ステップは、前記第２の差分信号を前記第１の差分信号で除算、又は前記第２の差分信号を前記第３の差分信号で除算することを特徴とする。
【0050】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出方法において、前記第１のホール素子の出力電圧をＶａ１、Ｖａ２とし、前記第２のホール素子の出力電圧をＶｂ１、Ｖｂ２とし、前記第３のホール素子の出力電圧をＶｃ１、Ｖｃ２とした場合に、前記第１のホール素子の前記出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅ステップと、前記第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅器と、前記第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅ステップとを有し、前記比較判定ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、該第２の差分信号が正（０を含む）ならば、前記第１の差分信号Ｖｈａを出力し、該第２の差分信号が負ならば、前記第３の差分信号Ｖｈｃを出力し、前記除算ステップは、前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）、又は前記第２の差分電圧Ｖｈｂを前記第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）することを特徴とする。
【0051】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出方法において、前記磁石が、１対のＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べた磁石又は１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0052】
本発明によれば、除算結果を出力信号とした場合、その信号は磁気センサ及び磁石が持つ温度係数に依らず、磁石と各磁気センサとの位置関係のみで決まる量であり、温度変化によって位置検出誤差が大きくなることはない。また、従来の３つの方式に比べ、本発明は、比較的小さな機構体積で同移動距離、同精度を達成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】従来の手ぶれ補正用レンズユニットの取り付けられたアクチュエータモジュールの構成図である。
【図2】磁石を用いた場合に「機構体積」を説明するための図である。
【図3】（ａ），（ｂ）は、１個の磁気センサを用いた従来の位置検出方式（方式１）を説明するための図である。
【図5】（ａ），（ｂ）は、２個の磁気センサを用いた従来の位置検出方式（方式２）を説明するための図である。
【図6】ホール素子の複数の端子を示す図である。
【図10】本発明に係る位置検出装置の前提となる位置検出方式（方式２）を用いた位置検出装置を説明するためのブロック構成図である。
【図11】（ａ），（ｂ）は、２個の磁気センサを用いた従来の他の位置検出方式（方式３）を説明するための図である。
【図14】本発明に係る位置検出装置の前提となる他の位置検出方式（方式３）を用いた位置検出装置を説明するためのブロック構成図である。
【図15】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る３個の磁気センサを用いた位置検出方式（方式４）を説明するための図である。
【図19】本発明に係る位置検出装置の一実施例を説明するためのブロック構成図である。
【図21】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の位置検出方式と従来の位置検出方式との比較図である。
【図22】「条件１」を満たす各方式での最小機構体積と磁石移動距離の関係を示す図である。
【図23】（ａ），（ｂ）は、「精度１」「精度２」と「％Ｆ.Ｓ.」を説明するための図である。
【図24】本発明に係る位置検出方法の一実施例を説明するためのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0054】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 図１５（ａ），（ｂ）は、本発明に係る３個の磁気センサを用いた位置検出方式（方式４）を説明するための図で、「領域２分割２出力割り算方式（方式４）」を示す図である。図１５（ａ）は、磁石と３個の磁気センサとの配置関係を説明するための構成図で、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）における磁石移動量に対する３個のホール素子の出力電圧の関係を示す図である。図中符号７１は実装基板、７２ａ，７２ｂ，７２ｃは３個の磁気センサ、７３はアクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石を示している。この多極磁石は、図２のように１つの磁石に、Ｎ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁したものを磁極面がセンサ面に平行となるよう配置されることで、磁石の移動に伴い図１５（ｂ）に示すような出力変化が生じる。この磁極面が磁石移動方向と直交するよう、磁石を図２のＹ軸まわりに９０°回転させて配置しても同様の出力変化が生じる。また、磁石には１対のＮ極Ｓ極を持つ２つの磁石を異極が隣り合うように並べたものを用いてもよいし、１対のＮ極Ｓ極を持つ１つの磁石を用いて磁極面が磁石移動方向と直交するよう配置しても、同様の出力変化が生じる。
【0055】
磁気センサ７２ｂは、２対のＮ極Ｓ極の境界直下に配置され、磁気センサ７２ｂを中心に、等間隔に、磁石移動方向に沿って磁気センサ７２ａ，７２ｃが配置されている。磁気センサ７２ａ，７２ｂは、Ｎ極（Ｓ極）が印加されたときに正（負）の電圧を出力し、磁気センサ７２ｃは、負（正）の電圧を出力するよう接続されている。
【0056】
実装基板７１上に３個の磁気センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを設け、その上に空間を介して磁石７３が配置されている。磁石７３もしくは３個の磁気センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃを実装基板７１に対して平行な面内において、３個の磁気センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃが並んでいる方向に動かすと、３個の磁気センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃから図１５（ｂ）の出力信号Ｋ，Ｌ，Ｍが得られる。図１６は、図１５（ｂ）の高いリニアリティ領域における３個の磁気センサの出力電圧の拡大図で、図１７は、図１５（ｂ）に示した高いリニアリティ領域における３個の磁気センサのうち各々２個の磁気センサの出力電圧の割り算結果と磁石移動量との関係を示す図で、「領域２分割２出力割り算方式（方式４）」を示す図である。
【0057】
この３つの信号は、以下のように場合に分けて演算される。（１）磁気センサ７２ｂの出力信号Ｌが負のとき、磁気センサ７２ｂの出力信号Ｌを磁気センサ７２ｃの出力信号Ｍで除算する。（２）磁気センサ７２ｂの出力信号Ｌが正のとき、磁気センサ７２ｂの出力信号Ｌを磁気センサ７２ａの出力信号Ｋで除算する。（３）磁気センサ７２ｂの電圧が０のとき、信号Ｌを信号Ｍ，Ｋいずれで除算してもよい。このように演算すると、図１７に示すように、この演算結果は、不連続点のない高いリニアリティを持つ演算結果が得られる。
【0058】
なお、磁気センサ７２ｂにＮ極（Ｓ極）が印加されたときに負（正）の電圧を出力するとしてもよい。この場合、磁気センサ７２ｂの電圧が正のときは信号Ｌを信号Ｍで除算し、負のときは信号Ｌを信号Ｋで除算すれば、右肩上がりの図１７とは逆に右肩さがりの演算結果が得られる。また、磁気センサ７２ａ，７２ｃは、互いに同極性の磁束密度が印加されるときに、逆極性の電圧を出力するよう設定さえすれば、同じ演算により同様の右肩下がり、もしくは右肩上がりの結果が得られる。
【実施例】
【0059】
図２１（ｃ）及び図１８（ａ）乃至（ｄ）は、「方式４」において、図２のような１つの磁石にＮ極Ｓ極を異極が隣り合うように２対着磁した磁石を用いて、所定の磁石移動距離０．５ｍｍとした場合に、後述する「条件１」を達成することができる最小機構体積での実施例を示す図であり、図２１（ｃ）は、そのときの磁石と磁気センサの配置関係を示しており、図１８（ａ）乃至（ｄ）は磁石移動距離に対するホール素子の電圧変化と割り算による演算結果の変化及び位置検出誤差の変化を示している。Ａを０．５０ｍｍ、Ｂを０．５０ｍｍ、Ｌを０．５５ｍｍ、Ｇを０．７５ｍｍとし、「機構体積」は０．３３ｍｍ3である。ピッチ（ホール素子間距離／直線上に並ぶ３つのホール素子のうち、端の第１ホール素子ともう一方の端の第３ホール素子との距離）を０．７０ｍｍとし、磁石の残留磁束密度を１３８０ｍＴとし、センサ感度を２．２ｍＶ/ｍＴとし、出力ノイズの標準偏差σ＝０．０９ｍＶとしている。図１８（ａ）は、磁石移動距離に対する磁気センサの電圧変化を８ｍｍにわたって示した図であり、図１８（ｂ）は所定の磁石移動距離０．５ｍｍに対する除算結果の変化を示している。図１８（ｃ）は、実線が出力ノイズを考慮しない場合、破線は出力ノイズ±３σ＝０．２７ｍＶを考慮した場合の磁石移動距離に対する位置検出誤差を示す図で、図１８（ｄ）は、図１８（ｃ）の縦軸スケールを±５μｍから±０．５μｍに変更したものである。
【0060】
なお、図２１（ｄ）は、所定の磁石移動距離０．５ｍｍに対し、条件１を満たす場合の各方式で機構体積などの比較表を示す図であり、方式４はいずれの方式より、機構体積が小さく済むことがわかる。さらに、図２２が示すとおり、所定の磁石移動距離０．１〜５．０ｍｍにおいても、従来の２つの方式、つまり、方式１及び方式２に比べ、本発明における方式４は常に比較的小さな機構体積で同移動距離、同精度を達成することが出来る。なお、方式３は条件１を満たすことができないため図２２には記載していない。
【0061】
さらに、このようにして、除算結果を出力信号とした場合、その信号はホール素子が持つ温度係数に依らず、磁石と各ホール素子との位置関係のみで決まる量であり、温度によって変化する量でないため、位置検出誤差が大きくなることはない。
【0062】
図１９は、本発明に係る位置検出装置の一実施例を説明するためのブロック構成図で、図中符号８１ａ，８１ｂ，８１ｃはホール素子、８２ａ，８２ｂ，８２ｃは差動増幅器、８３は比較判定回路、８４は除算器を示している。
【0063】
本発明の位置検出装置は、実装基板上に設けられた複数のホール素子と、このホール素子上に空間を介して設けられた多極磁石とを備えたものである。
【0064】
比較判定回路８３は、多極磁石又はホール素子を前記実装基板上に沿って移動させたときの複数のホール素子のうちの１つのホール素子からの出力信号の正負を判定して、他のホール素子からの出力信号を出力するものである。
【0065】
除算器８４は、比較判定回路８３によって判定された正負の出力信号に応じて、１つのホール素子の出力信号を他のホール素子からの出力信号で除算するものである。
【0066】
つまり、複数のホール素子が３個のホール素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃであって、この３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子８１ｂと、この第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子８１ａ，８１ｃとを備え、比較判定回路８３は、第２のホール素子８１ｂからの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、この第２の差分信号が正ならば、第１のホール素子８１ａからの出力信号の第１の差分信号を出力し、第２の差分信号が負ならば、第３のホール素子８１ｃからの出力信号の第３の差分信号を出力するものである。なお、第２の差分信号が０ならば、第１の差分信号、もしくは、第２の差分信号、いずれを比較判定回路８３から出力しても同じ結果が得られるが、以下では第２の差分信号が０の場合ならば、第１の差分信号を出力するとする。除算器８４が、第２の差分信号を第１の差分信号で除算する、もしくは、第２の差分信号を第３の差分信号で除算するものである。なお、図１９では、ホール素子８１ａ、８１ｂ、８１ｃのそれぞれの入力端子Ｔ２，Ｔ４はＶＤＤとＧＮＤに対して並列に接続されているが、これは直列に接続されても良い。
【0067】
さらに具体的に説明すると以下のようになる。 ホール素子を使う場合、ホール素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃにはそれぞれＴ１にＶＤＤ、Ｔ３にＧＮＤが接続されている。第１のホール素子８１ａの入力端子Ｔ１、Ｔ３間に入力電圧を印加すると、出力端子Ｔ２，Ｔ４には、Ｖａ１とＶａ２の出力電圧を得る。これらの電圧が差動増幅器８２ａに入力されると、その出力電圧ＶｈａはＶａ１−Ｖａ２となる。つまり、ホール素子８１ａでは、Ｔ２の出力Ｖａ１とＴ４の出力Ｖａ２の差動増幅を行い、Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２が出力されるように接続される。この場合、Ｎ極（Ｓ極）が印加されると、Ｖｈａは正（負）となるとする。
【0068】
同様に、第２のホール素子８１ｂの入力端子Ｔ１、Ｔ３間に入力電圧を印加すると、出力端子Ｔ２，Ｔ４には、Ｖｂ１とＶｂ２の出力電圧を得る。これらの電圧が差動増幅器８２ｂに入力されると、その出力電圧ＶｈｂはＶｂ１−Ｖｂ２となる。つまり、ホール素子８１ｂでは、Ｔ２の出力Ｖｂ１とＴ４の出力Ｖｂ２の差動増幅を行い、Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２が出力されるように接続される。この場合、Ｎ極（Ｓ極）が印加されると、Ｖｈｂは正（負）となるとする。
【0069】
同様に、第３のホール素子８１ｃの入力端子Ｔ１、Ｔ３間に入力電圧を印加すると、出力端子Ｔ２，Ｔ４には、Ｖｃ１とＶｃ２の出力電圧を得る。これらの電圧が差動増幅器８２ｃに入力されると、その出力電圧ＶｈｃはＶｃ２−Ｖｃ１となる。つまり、ホール素子８１ｃでは、Ｔ２の出力Ｖｃ１とＴ４の出力Ｖｃ２の差動増幅を行い、Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１が出力されるように接続される。この場合、Ｎ極（Ｓ極）が印加されると、Ｖｈｃは負（正）となるとする。
【0070】
このように、第１，第２，第３のホール素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃに同極性の磁場が印加されるとき、ＶｈａとＶｈｂが同極性、かつ、ＶｈａとＶｈｃが逆極性となるように駆動電圧方向及び出力電圧方向を設定すればよい。
【0071】
比較判定回路８３は、例えば、コンパレータとセレクタから構成され、第２のホール素子からの差動増幅器の出力電圧Ｖｈｂが、Ｖｈｂ≧０ならＶｈａを出力し、Ｖｈｂ＜０ならＶｈｃを出力するものである。この出力電圧Ｖ１（Ｖｈａ又はＶｈｃ）は除算器８４によって、Ｖｈｂ／Ｖ１が演算される。つまり、高リニアリティ領域における第２のホール素子８１ｂの出力電圧がＶｈｂ≧０の領域とＶｈｂ＜０の領域に分割されて、それぞれ除算器８４によって演算することにより、図１７に示すような出力特性が得られる。
【0072】
このように、除算結果を出力信号とした場合、その信号は磁気センサ及び磁石が持つ温度係数に依らず、磁石と各磁気センサとの位置関係のみで決まる量であり、温度変化による位置検出精度の悪化に影響を与えない。また、機構体積も従来に比べて小さくすることができる。
【0073】
図２０は、図１４に示した「方式３」で用いられるブロック構成を本発明に適用させた信号処理部の具体的な回路構成図で、除算過程をＰＩレギュレータを用いて実現する回路構成図である。マルチプレクサ（ＭＵＸ；選択回路）９１とプレアンプ（演算増幅器）９３とクロック信号発生回路（Ｃｌｏｃｋ）９２とサンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ）９４とローパスフィルタ（ＬＰＦ）９５とＰＩ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ；比例・積分）レギュレータ９６とから構成されており、ＰＩレギュレータ９６は、フィードバック用サンプル・ホールド回路（ＦＢ Ｓ／Ｈ）９８と、基準電圧（Ｖｒｅｆ）発生回路９９と抵抗器とコンデンサとオペアンプ９７とから構成されている。
【0074】
以下、磁気センサにホール素子を用いた場合の本発明の位置検出方式（方式４）をＰＩレギュレータを用いて実現する位置検出装置の機能について説明する。図２０のようなＰＩレギュレータ９６を用いた制御回路でも実行的に２出力を除算することができる。
【0075】
ＭＵＸ９１は、ホール素子８１ａ又はホール素子８１ｃの信号成分か、ホール素子８１ｂの信号成分を選択する機能を有する選択回路である。プレアンプ９３は、ホール素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃの出力電圧を増幅する演算増幅器である。サンプル・ホールド回路９４は、ＭＵＸ９１からの信号に基づいてクロック信号発生回路９２から発生されるクロック信号によりプレアンプ９３からの信号をサンプリングする回路である。ローパスフィルタ９５はサンプル・ホールド回路９４に接続され、位置検出信号−Ｖｒｅｆ・Ｂｈｂ／Ｂ１を出力する。また、フィードバック用サンプル・ホールド回路９８は、プレアンプ９３からの信号をＰＩレギュレータ９６に入力する回路である。
【0076】
このＰＩレギュレータ９６は、基準電圧発生回路９９と抵抗ＲとコンデンサＣとオペアンプ９７からなり、フィードバック用サンプル・ホールド回路９８は、オペアンプ９７の反転入力端子に抵抗Ｒを介して接続されている。また、オペアンプ９７の非反転入力端子は接地されている。また、オペアンプ９７の反転入力端子と出力端子間には、直列接続された抵抗ＲとコンデンサＣが接続されている。
【0077】
このＰＩレギュレータ９６は、フィードバック用サンプル・ホールド回路９８によってサンプリングされた信号を基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルになるようにＰＩ制御するレギュレータである。このＰＩレギュレータ９６は、抵抗ＲとコンデンサＣとによって、決定される時定数によってＰＩ制御を行い、離散的にサンプリングされる信号を発振することなく制御することを可能にしている。クロック信号発生回路９２は、サンプル・ホールド回路９４及びフィードバック用サンプル・ホールド回路９８に取り込む信号を決定するクロック信号を生成する回路である。さらに、ＰＩレギュレータ９６は、ホール素子８１ａ，８１ｂ，８１ｃのそれぞれに駆動電流を供給するものである。
【0078】
上述した図２０のＭＵＸ９１に、図１９のＶ１とＶｈｂを接続すれば、最終出力として、−Ｖｒｅｆ・Ｂｈｂ／Ｂ１が得られる。Ｂ１はホール素子ａ、ｃいずれかに印加される磁束密度である。−Ｖｒｅｆ・Ｂｈｂ／Ｂ１の変化量は、Ｖｈｂ／Ｖ１の変化量と等価である。
【0079】
また、分母が一定となるように、複数の磁気センサの各入力値を制御した上で、分子を位置出力として検出することでも実現できる。また、分母が一定となるように、磁気センサの各出力値に補正ゲインを掛けた上で、分子を位置出力として検出することでも実現できる。そのほか、実行的に２出力の除算結果（比）を用いる方法であれば、方法は問わない。
【0080】
また、磁石は、永久磁石に限らず、同様の磁束密度変化を磁気センサに与えられるものであれば、例えばコイルなどの電磁石であっても良い。また、当然、磁石が移動しても、素子が移動してもよい。また、磁気センサにはホール素子のほか、磁気抵抗素子、ピックアップコイル、磁気インピーダンス素子など、磁束密度に比例して出力電圧が得られるものであれば、あらゆる磁気センサが利用可能である。
【0081】
以下では、「条件１」の定義について述べる。上述した方式１乃至４において、「所定の磁石移動距離０．１ｍｍ〜５ｍｍに対し、位置検出誤差の最大値（以下、「精度１」と定義）が０．１％Ｆ．Ｓ．以下かつ±３σの出力ノイズを考慮した場合の位置検出誤差の最大値（以下、「精度２」と定義）が１％Ｆ．Ｓ．以下である場合」を条件１と定義する。条件１を満たす最小機構体積と磁石移動距離の関係は、各方式について図２２に示している。
【0082】
図２３（ａ），（ｂ）は、「精度１」「精度２」と「％Ｆ.Ｓ.」を説明するための図で、図２３（ａ）は出力ノイズを考慮しない場合、図２３（ｂ）は出力ノイズを考慮する場合を示している。「Ｆ.Ｓ」はフルスケール（Ｆｕｌｌ Ｓｃａｌｅ）を意味している。
【0083】
「精度１」「精度２」と「％Ｆ．Ｓ．」の定義は、図２３に示す通りである。検知すべき全領域（Ｆｕｌｌ Ｓｃａｌｅ＝Ｆ．Ｓ．）において得られる信号の端点と端点を結ぶ直線を理想直線と定義し、実信号と理想直線との乖離量を位置検出誤差と定義した場合、その系が持つ位置検出誤差の最大値をその系の「精度１」と定義する。また、信号に±３σのノイズを含む場合、図２３のように得られる信号に±３σノイズ（ここでは±０．２７ｍＶ）を加えた信号をもとに、精度を算出したものを「精度２」と定義する。なお、信号の演算を含む方式（方式２及び方式４）における「精度２」は、信号に±３σノイズを加えたうえで演算し、その結果をもとに算出されるものとする。「精度１」「精度２」はいずれも位置検出装置にとって、重要な性能指標のひとつである。なお、「％Ｆ．Ｓ．」とは、位置検出誤差量をＦ．Ｓ．に対する百分率で表したものである。例えば、全磁石移動距離が０．５ｍｍの場合、Ｆ．Ｓ．＝０．５ｍｍであり、０．１［％Ｆ．Ｓ．］＝０．５［μｍ］である。なお、上述した方式３では、方式１や方式２で得られる程度の高いリニアリティを確保することができず、条件１を達成できる構成が存在しないため、図２２に記載していない。
【0084】
図２２より、従来の２つの位置検出方式（方式１及び方式２）に比べ、本発明の位置検出方式（方式４）は、比較的小さな機構体積で同移動距離、同精度を達成することが出来るということがわかる。
【0085】
図２４は、本発明に係る位置検出方法の一実施例を説明するためのフローチャートを示す図である。本発明の位置検出方法は、実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、この磁気センサ上に空間を介して設けられた磁石とを備えた位置検出装置における位置検出方法である。
【0086】
磁石又は磁気センサを実装基板上に沿って移動させたときの複数の磁気センサのうちの１つの磁気センサからの出力信号の正負を判定して、判定結果に基づいて他の磁気センサからの出力信号を選択的に出力する比較判定ステップと、この比較判定ステップによって判定された正負の出力信号に応じて、１つの磁気センサの出力信号を他の磁気センサからの出力信号で除算する除算ステップとを有している。
【0087】
また、複数の磁気センサが３個のホール素子であって、この３個のホール素子のうち中心位置にある第２のホール素子と、この第２のホール素子に対して等間隔に配置された第１及び第３のホール素子とを備え、比較判定ステップは、第２のホール素子からの出力信号の第２の差分信号の正負を判定して、この第２の差分信号が正（０を含む）ならば、第１のホール素子からの出力信号の第１の差分信号を出力し、この第２の差分信号が負ならば、第３のホール素子からの出力信号の第３の差分信号を出力する。また、除算ステップは、第２の差分信号を第１の差分信号で除算する、もしくは、第２の差分信号を第３の差分信号で除算する。
【0088】
さらに具体的に説明すると、第１のホール素子の出力電圧をＶａ１、Ｖａ２とし、第２のホール素子の出力電圧をＶｂ１、Ｖｂ２とし、第３のホール素子の出力電圧をＶｃ１、Ｖｃ２とした場合に、第１のホール素子の出力電圧Ｖａ１とＶａ２から第１の差分電圧Ｖｈａ＝Ｖａ１−Ｖａ２を得る第１の差動増幅ステップと、第２のホール素子の前記出力電圧Ｖｂ１とＶｂ２から第２の差分電圧Ｖｈｂ＝Ｖｂ１−Ｖｂ２を得る第２の差動増幅ステップと、第３のホール素子の前記出力電圧Ｖｃ１とＶｃ２から第３の差分電圧Ｖｈｃ＝Ｖｃ２−Ｖｃ１を得る第３の差動増幅ステップとを有し、比較判定ステップは、第２の差分電圧Ｖｈｂの正負を判定して、第２の差分信号が正（０を含む）ならば、第１の差分信号Ｖｈａを出力し、第２の差分信号が負ならば、第３の差分信号Ｖｈｃを出力する。除算ステップは、第２の差分電圧Ｖｈｂを第１の差分電圧Ｖｈａで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈａ）する、もしくは、第２の差分電圧Ｖｈｂを第３の差分電圧Ｖｈｃで除算（Ｖｈｂ／Ｖｈｃ）する。
【0089】
このように、除算結果を出力信号とした場合、その信号は磁気センサ及び磁石が持つ温度係数に依らず、磁石と各磁気センサとの位置関係のみで決まる量であり、温度変化による位置検出精度の悪化に影響を与えない。また、機構体積も従来に比べて小さくすることができる。
【符号の説明】
【0090】
３ 多極磁石１０ アクチュエータモジュール
１１ 実装基板
１２Ｘ Ｘ軸駆動兼位置検出用磁石
１２Ｙ Ｙ軸駆動兼位置検出用磁石
１３Ｘ Ｘ軸用ホール素子
１３Ｙ Ｙ軸用ホール素子
１４Ｘ Ｘ軸駆動用コイル
１４Ｙ Ｙ軸駆動用コイル
１６ 手振れ補正レンズ
１５ レンズバレル
２１，３１，５１ 実装基板
２２，３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂ 磁気センサ
２３，３３，５３ アクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石
４１ａ，４１ｂ，５４ａ，５４ｂ ホール素子
４２ａ，４２ｂ，５５ａ，５５ｂ 差動増幅器
４３ 減算器
４４ 加算器
４５ 除算器
６１，９１ ＭＵＸ（マルチプレクサ；選択回路）
６２，９２ クロック信号発生回路
６３，９３ プレアンプ
６４，９４ サンプル・ホールド回路（Ｓ/Ｈ）
６５，９５ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６６，９６ ＰＩレギュレータ
６７，９７ オペアンプ
６８，９８ フィードバック用サンプル・ホールド回路（ＦＢＳ/Ｈ）
６９，９９ 基準電圧（Ｖｒｅｆ）発生回路
７１ 実装基板
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ 磁気センサ
７３ アクチュエータ駆動兼位置検出用の４極の多極磁石
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ ホール素子
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ 差動増幅器
８３ 比較判定回路
８４ 除算器