(57)【要約】【課題】構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができると共に広範囲な距離を高精度に検出すること。【解決手段】感磁方向が、配置された基板に対して垂直な２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂを１組とし、このホールセンサ３２ａ，３２ｂの中心を結ぶ直線及び基板に平行に可動可能に支持し、基板に対して垂直にＮ極とＳ極が着磁された磁石を配置する。２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力をＶａ及びＶｂとした場合に、磁石の移動範囲を３分割し、（Ｖａ−Ｖｂ）もしくは（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）と、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）と、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）とを使い分けて位置検出を行う（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）信号処理回路を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置され、感磁方向が前記基板に対して垂直である２個の磁気センサを１組としてなる磁束検出手段と、
前記磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向に、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、
前記磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段とを備え、
該信号処理手段が、
前記磁石の移動範囲を３分割し、該３分割した移動範囲のうち中央部分については、前記磁気センサの出力をそれぞれＶａ及びＶｂとした場合に、（Ｖａ−Ｖｂ）又は（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、前記３分割した移動範囲のうち、Ｖａを出力する磁気センサ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、前記３分割した移動範囲のうち、Ｖｂを出力する磁気センサ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行う（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記３分割は、前記磁石の移動範囲を約４等分したうちの中央２ヶ所と、一端の１ヶ所と、他の一端の１ヶ所となるように３分割することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、前記磁石の移動範囲の中点とが同じであ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】
前記関係式のうちｎ又はｍの一方がゼロであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記磁気センサを１つのパッケージに一体に封入していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記磁気センサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記磁気センサは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むホールセンサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記磁気センサは、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むホールセンサであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及びその位置検出装置を用いた電子機器に関し、より詳細には、磁石とホールセンサを用いた位置検出装置及びその位置検出装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々なセンサがあらゆるところで用いられるようになっている。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に用いられる手ブレ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検出装置では、瞬時に高精度な位置検出を行う機能を有するセンサが必要となると同時に、近年機器全体の小型化の要求が強いことから、センサ自体の小型化が要求されている。さらには、長寿命化、埃や油（グリース）などの影響を受けにくい特性をもつセンサなど様々な要求がある。
【０００３】
このような要求をみたすために、センサとして磁気センサを用いた位置検出方法などが知られている。磁気センサとして、例えば、特許文献１に記載されている方法を変更・修正して行うことができる。すなわち、特許文献１の図３で示されているように、可動部に磁石を内包させ、その移動を複数個の磁気センサを用いて検出する方法である。
【０００４】
ここで、複数個の磁気センサを用いて、位置検出を行う原理及びその構成について説明する。
【０００５】
図８は、磁気センサとして複数のホールセンサを用いた位置検出方法を説明するための図である。規定の間隔を隔てて配置された２個のホールセンサ１１，１２に対向して配置された永久磁石２３の側面方向（矢印方向）への移動による磁束密度の変化に応じて、２個のホールセンサ１１，１２のホール出力電圧がそれぞれ変化する。それらホール出力電圧の差分値を、差動信号処理回路により処理することにより、永久磁石２３の位置検出を行うことができる。この位置検出の際、永久磁石２３の移動方向は、２個のホールセンサ１１，１２を結ぶ直線に平行な状態となっている。
【０００６】
また、キャリブレーションの手間を省くため、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石２３の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように、その永久磁石２３のサイズや、ホールセンサ１１，１２の間隔や、ホールセンサ１１，１２と永久磁石２３との間隔を設計するのが一般的である。
【０００７】
この構成は、磁石とホールセンサの相対的移動範囲が数ｍｍ以内であれば、良好な特性を有しており、一眼レフデジタルカメラの手ブレ補正装置などでキーパーツとして使用されている。しかし、移動範囲が数ｍｍを超える領域では、機構全体が大きくなるという問題があり、実用化されていない。
【０００８】
また、広い温度範囲で高精度に位置検出を行う場合において、例えば、特許文献２で示された出力信号処理方法を用いて、ホールセンサや磁石の周囲温度変化による特性の変化を抑えて位置検出を行う場合もある。
【０００９】
さらに、狭い範囲での位置検出においては、部品点数を削減するために、例えば、特許文献４の図６で示されるような配置で、磁石と１個のホールセンサとを用いて１軸方向の位置検出を行うことも可能である。
【００１０】
また、狭い範囲で高い精度が求められる位置検出では、例えば、特許文献３のように磁石を２個使って特殊な配置で位置検出を行う場合もある。
【００１１】
一方、広範囲な位置検出を行う際には、エンコーダを用いる手法が一般的である。ただし、エンコーダを用いる場合は、センサからの信号を処理するカウンタなどを含む複雑な処理回路が必要になるという問題がある。また、移動装置とエンコーダとが脱調すると、所望の特性が得られないため、あまり高速な移動対象には不向きである。
【００１２】
また、広範囲で高精度を要求される位置検出では、特許文献５の図２で示されるような配置で、磁気センサからの出力に応じて、演算方法を切り替えることで位置検出を行う場合もある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−２８７８９１号公報
【特許文献２】特開２００４−３４８１７３号公報
【特許文献３】特開２００４−２４５７６５号公報
【特許文献４】特開２００２−２２９０９０号公報
【特許文献５】特開２００６−２９２３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年、非接触式で長寿命であり、埃やチリなどの影響を受けない磁気センサを用いて、広範囲で位置検出を実現したいという要求が増えている。さらに、デジタルカメラなどの携帯機器では小型化要求も強い。
【００１５】
後述する比較例（特許文献１に記載の方法）に記載の方法を用いて広範囲で位置検出を行う場合、上述したホール出力電圧の差分値が永久磁石の側面方向への移動距離に対して線形に変化するように設計すると、磁石のサイズや、２個のホールセンサの間隔、及びホールセンサと磁石との間隔が大きくなり、位置検出装置の小型化が困難であるという問題があった。
【００１６】
また、上述した特許文献３や特許文献４に記載されているような方法は、原理的に広い範囲においてホールセンサの出力が線形になるように磁石を配置するのが難しく、カメラのズームやオートフォーカスのためのレンズ位置検出装置で要求されるような、５ｍｍ以上の広範囲な位置検出は不可能であるという問題があった。
【００１７】
また、上述した特許文献５に記載されている方法は、磁石の移動距離方向のサイズが、位置検出範囲よりも長くなり、小型化には不向きであるという問題があった。さらには、磁石はＮ極とＳ極が２極ずつ具備され、磁気センサの感磁面に対して垂直に着磁されたものを使用するが、不着磁部のサイズによって、線形性が変化するため、不着時部のサイズを規定した特殊な磁石を用意する必要があるという問題もあった。
【００１８】
このような理由により、現在までのところ、小型で位置検出範囲の０．１％程度という高精度で、磁石を用いた位置検出装置は、磁石の移動距離が数ｍｍ以内のものしか実用化されていなかった。
【００１９】
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、ホールセンサを磁気センサとして用い構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができると共に広範囲な距離を高精度に検出することが可能な位置検出装置及びその位置検出装置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】
【００２０】
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、請求項１に記載の発明は、基板上に配置され、感磁方向が前記基板に対して垂直である２個の磁気センサを１組としてなる磁束検出手段と、前記磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向に、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に支持され、前記基板に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された磁石からなる磁束発生手段と、前記磁気センサからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理手段とを備え、該信号処理手段が、前記磁石の移動範囲を３分割し、該３分割した移動範囲のうち中央部分については、前記磁気センサの出力をそれぞれＶａ及びＶｂとした場合に、（Ｖａ−Ｖｂ）又は（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、前記３分割した移動範囲のうち、Ｖａを出力する磁気センサ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、前記３分割した移動範囲のうち、Ｖｂを出力する磁気センサ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行う（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）ことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記３分割は、前記磁石の移動範囲を約４等分したうちの中央２ヶ所と、一端の１ヶ所と、他の一端の１ヶ所となるように３分割することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気センサの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、前記磁石の移動範囲の中点とが同じであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記関係式のうちｎ又はｍの一方がゼロであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサを１つのパッケージに一体に封入していることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していないことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むホールセンサであることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８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である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ホールセンサを磁気センサとして用い構成部品を汎用品や入手が容易な部品などにより構成した場合においても、簡易な構成で小型化を実現することができると共に広範囲な距離を高精度に検出することが可能な位置検出装置とその位置検出装置を用いた電子機器を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
＜本発明の位置検出装置の構成＞  
図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る位置検出装置の概略構成図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は上面図である。図中符号３０は位置検出装置、３１はＮ極Ｓ極をそれぞれ１極ずつ着磁した直方体磁石（磁束発生手段）、３２ａ，３２ｂは２個を１組としたホールセンサ（磁気センサ／磁束検出手段）、３３はホールセンサ３２ａ（第１のホールセンサ）とホールセンサ３２ｂ（第２のホールセンサ）を実装した基板を示している。本発明に係る位置検出装置は、様々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。
【００３１】
ホールセンサ３２ａ，３２ｂは、基板３３上に配置され、感磁方向が基板３３に対して垂直である２個を１組としたものである。直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂを実装した基板３３に対して垂直に着磁された構成となっており、基板３３と対向する１平面１００内で、ｘ方向に沿って移動可能に配置されている。
【００３２】
つまり、直方体磁石３１は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して平行方向に、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能に支持され、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁されている。
【００３３】
ここで、２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部中心間を結ぶ直線に対して平行方向に、かつ基板３３に平行な平面内を移動可能という意味は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石３１の移動方向を示す直線を、基板３３に平行な任意の同一平面上に投影した場合にそれぞれの延長線が平行であることを意味するものである。また、２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部の中心間を結ぶ直線の中点と、直方体磁石３１の移動範囲の中点とが同じである。
【００３４】
直方体磁石３１は、フェライトやネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石などが適用可能であり、薄型の磁石の場合は、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。磁石の着磁方向は、基板３３に対して垂直方向にＮ極とＳ極が着磁された方向にするとよい。
【００３５】
１組のホールセンサとして構成された、第１のホールセンサ３２ａの感磁部中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部中心を結ぶ直線もｘ方向である。また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂは、直方体磁石３１の面と対向した位置に配置されている。
【００３６】
図中符号Ａ１は、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さ、Ａ２は直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さ、Ａ３は直方体磁石３１の厚み（着磁）方向Ｚの長さを示している。また、Ｂ１は、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂの基板３３に対向する平面１００から、ホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部の中心までの距離を示している。Ｂ２は、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と、第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心とを結ぶ距離を示している。
【００３７】
ホールセンサ３２ａ，３２ｂは、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどのIII−Ｖ族化合物半導体を含むものである。また、Ｓｉ、ＧｅなどのIV族半導体を含むものでもよい。
【００３８】
図２は、図１に示した位置検出装置の位置検出回路の構成図で、図中符号１９は駆動回路、２０は信号処理部、２１ａ，２１ｂは差動増幅器、２２は計算処理部を示している。
【００３９】
駆動回路１９は、１組のホールセンサ３２ａ，３２ｂと、これらのホールセンサ３２ａ，３２ｂに電圧を供給する電源部Ｖｃとから構成されている。第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極入力端子３２ａ（Ｃ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから構成され、また、第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから構成されており、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）とから第１のホールセンサ３２ａの出力電圧Ｖａが出力され、また、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とから第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧Ｖｂが出力される。
【００４０】
信号処理部２０は、ホールセンサ３２ａ，３２ｂからの出力に基づいて位置検出を行うものである。一般に直方体磁石３１とホールセンサ３２ａ，３２ｂの位置関係など、位置検出装置３０の構成を最適化しても、直方体磁石３１の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲というのは、概ね移動する直方体磁石３１の長辺の長さの７〜８割程度である。本発明においては、直方体磁石３１の移動範囲を３分割する。
【００４１】
この磁石３１の移動範囲の３分割は、直方体磁石３１の移動範囲を約４等分したうちの中央２ヶ所と、一端の１ヶ所と、別一端の１ヶ所となるように３分割するものである。
【００４２】
直方体磁石３１の移動範囲の中心において、対象に分割することで、移動範囲の端点付近での精度が両端点で同じとなる。言い換えれば、直方体磁石３１の移動範囲の中心で対象でないと、両端点付近での精度が変わる。すなわち、どちらかの端点付近の精度が悪化することになる。さらに、直方体磁石３１の移動範囲を約４等分して、その中央２ヶ所部分と、その他端点という風に分割することで、両端点付近の精度と、中央部分の精度が、近付くことが多い。
【００４３】
本発明における信号処理部２０は、この３分割した移動範囲のうち中央部分については、ホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力をそれぞれＶａ及びＶｂとした場合に、（Ｖａ−Ｖｂ）又は（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、３分割した移動範囲のうち、Ｖａを出力する第１のホールセンサ３２ａ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行い、３分割した移動範囲のうち、Ｖｂを出力する第２のホールセンサ３２ｂ側については、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の関係式を用いて位置検出を行うものである。
【００４４】
ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数である。また、このｎ又はｍの一方がゼロである。つまり、ｎ及びｍの値には、磁石サイズや磁石とホールセンサとの距離等の構成により最適値が存在するが、一方をゼロとすることで、精度が良くなる場合が多い。
【００４５】
また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂは、２個を１つのパッケージに一体に封入している。２個のホールセンサの特性（感度やオフセット）が、あまりにかけはなれていると位置検出精度が悪化する。２個のホールセンサの特性を揃えるために、例えば、製造段階でウェハのとなりあった場所にある２個のホールセンサを１つのパッケージに納めることで、上述した問題が解決でき、高精度な位置検出装置を構成することができる。
【００４６】
また、ホールセンサ３２ａ，３２ｂは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有していない。ホールセンサ３２ａ，３２ｂが内部に磁性体チップを有しており、センサ部分の検出磁場を増幅する構成が知られているが、本発明の構成では磁性体チップの磁気飽和が問題になり、広い範囲で正確に位置検出を行うのが困難である。磁気増幅していないホールセンサを用いることで、広い範囲を正確に位置検出できる。
【００４７】
このような構成を採ることにより、磁石の移動に伴い直線的に磁束密度が変化する範囲が、移動磁石の長辺の長さを１０としたとき、２０程度まで広がる。つまり、磁石のサイズを小さくしても、５ｍｍをこえる範囲で高精度に位置検出を行うことができる。ホールセンサが、増幅器を有したホールＩＣの場合、出力信号線の数をホールセンサに比べて低減できるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響を低減できる。
【００４８】
また、このような位置検出装置を用いた電子機器を提供することができる。本発明の位置検出装置は、デジタルカメラやカムコーダ、カメラ付き携帯電話などに代表される、カメラ部を有した電子機器に好適であり、オートフォーカスや光学ズーム、光学手ブレ補正など、内部で高精度にレンズやＣＣＤなどの位置検出を行う際、好適に使用可能である。
【００４９】
以下に図２に示した位置検出回路の動作について説明する。  
位置検出装置３０は、２個のホールセンサ３２ａ、３２ｂの駆動回路１９と、このホールセンサ３２ａ、３２ｂからの出力に基づいて位置検出を行う信号処理回路２０とを備えている。
【００５０】
第１のホールセンサ３２ａは、正極入力端子３２ａ（Ａ）と、正極出力端子３２ａ（Ｂ）と、負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、負極出力端子３２ａ（Ｄ）とからなる。また、第２のホールセンサ３２ｂは、正極入力端子３２ｂ（Ｅ）と、正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と、負極入力端子３２ｂ（Ｇ）と、負極出力端子３２ｂ（Ｈ）とからなる。
【００５１】
第１のホールセンサ３２ａの正極入力端子３２ａ（Ａ）と、第２のホールセンサ３２ｂの正極入力端子３２ｂ（Ｅ）とを接続し、第１のホールセンサ３２ａの負極入力端子３２ａ（Ｃ）と、第２のホールセンサ３２ｂの負極入力端子３２ｂ（Ｇ）とを接続して駆動回路１９の入力端子とする。
【００５２】
第１のホールセンサ３２ａの正極出力端子３２ａ（Ｂ）と負極出力端子３２ａ（Ｄ）は、信号処理回路２０の第１の差動増幅器２１ａに接続され、第２のホールセンサ３２ｂの正極出力端子３２ｂ（Ｆ）と負極出力端子３２ｂ（Ｈ）は、信号処理回路２０の第２の差動増幅器２１ｂに接続される。第１の差動増幅器２１ａの出力端子と第２の差動増幅器２１ｂの出力端子は、ＡＤコンバータに入力され、適宜出力を計算する計算処理部２２に伝達される。
【００５３】
このような駆動回路１９と信号処理回路によって、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂを用いた（Ｖａ−Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の値（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）である出力値Ｖｏが、直方体磁石３１の位置に対応したものになる。
【００５４】
本発明の構成では、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂの入力端子を並列に接続しているが、これは特に並列接続に限定されるものではない。また、差動増幅器２１ａと２１ｂについても、より高精度な計装アンプを用いてもよいことは言うまでもない。また、２１ａと２１ｂの信号をＡＤ変換して、（Ｖａ−Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の値（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）を計算処理部２２で計算して求めたが、別途差動増幅器を設けて、アナログ信号のままで、（Ｖａ−Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の値（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）を求めることもできる。
【００５５】
＜本発明の位置検出方法＞
次に、位置検出方法について説明する。  
従来の位置検出方法は、２個のホールセンサ３２ａ、３２ｂの差出力もしくは差／和出力のみを用いて、直方体磁石３１の位置を検出していた。
【００５６】
本発明の位置検出方法は、従来の方法とは異なり、直方体磁石３１の位置に応じて、第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂより演算した、（Ｖａ−Ｖｂ）もしくは、（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）と、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）と、（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）と（ただし、ｎ及びｍの絶対値は同値ではない実数）を使いわけて、直方体磁石３１の位置を検出する。
【００５７】
具体的には、直方体磁石３１の移動範囲を約４等分し、真ん中の２ヶ所部分を第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂより演算した（Ｖａ−Ｖｂ）もしくは（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）を用いて位置検出し、約４等分した移動範囲の真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第１のホールセンサ３２ａに近い部分を第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂより演算した（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）を用いて位置検出し、約４等分した移動範囲の真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第２のホールセンサ３２ｂに近い部分を第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂより演算した（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）を用いて位置検出を行うと、良好な特性が得られることが多い。
【００５８】
＜位置検出装置の実施例＞
次に、位置検出装置３０の具体的な実施例について説明する。  
広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出する場合について示す。図１における各構成部品のパラメータの最適値の設計例を説明する。
【００５９】
後述する図７（ａ），（ｂ）に示すように、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１＝３．５ｍｍ、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２＝２．３ｍｍ、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３＝２．７ｍｍとする。
【００６０】
また、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ、３２ｂに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ、３２ｂの感磁部の中心までの距離Ｂ１＝３．２ｍｍ、第１のホールセンサ３２ａの感磁部の中心と第２のホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離Ｂ２＝０．８ｍｍとする。
【００６１】
上記設計の際、ホールセンサ３２ａ、３２ｂを１つのパッケージ内に搭載する方が、ホールセンサ３２ａ、３２ｂの配置誤差が小さくなり、位置検出装置の高精度化に貢献できる。また、例えばＳｉ基板上にホールセンサ３２ａ、３２ｂを設ける事も可能である。
【００６２】
従って、第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとを、１つのパッケージ内に封入することが望ましい。
【００６３】
図３（ａ）乃至（ｃ）及び図４（ａ）乃至（ｃ）は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧もしくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す図である。
【００６４】
図３（ａ）は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａの出力電圧Ｖａの変化ａを示す図である。図３（ｂ）は、磁石の移動距離に対する第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧Ｖｂの変化ｂを示す図である。図３（ｃ）は、磁石の移動距離に対する第１のホールセンサ３２ａと第２のホールセンサ３２ｂとの出力電圧の差（Ｖａ−Ｖｂ）の変化ｄ及び出力電圧の和（Ｖａ＋Ｖｂ）の変化ｃを示す図である。
【００６５】
図４（ａ）は、磁石の移動距離を４等分し、真ん中の２ヶ所部分（−１．７５ｍｍ〜＋１．７５ｍｍ）において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）の変化ｅ及び理想直線ｆを示す図である。図４（ｂ）は、４等分した移動距離の真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第１のホールセンサ３２ａに近い部分（−３．５ｍｍ〜−１．７５ｍｍ）において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）の変化ｇ及び理想直線ｈを示す図である。図４（ｃ）は、４等分した移動距離の真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第２のホールセンサ３２ｂに近い部分（１．７５ｍｍ〜３．５ｍｍ）において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）の変化ｉ及び理想直線ｊを示す図である。ここで、演算中の係数ｎ及びｍの値はそれぞれｎ＝０、ｍ＝１で計算してある。
【００６６】
磁気シミュレーションの前提として、２個のホールセンサ３２ａ、３２ｂの感度を２．２ｍＶ／ｍＴ（一般的なホールセンサの感度）、直方体磁石３１の残留磁束密度Ｂｒを１４００ｍＴ（一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。
【００６７】
図４（ａ）に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離を４等分し、真ん中の２ヶ所部分において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。
【００６８】
図４（ｂ）に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離を４等分し、真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第１のホールセンサ３２ａに近い部分において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。
【００６９】
図４（ｃ）に示した磁気シミュレーション結果より、直方体磁石３１の移動距離を４等分し、真ん中の２ヶ所部分以外のうち、第２のホールセンサ３２ｂに近い部分において第１のホールセンサ３２ａのホール出力電圧Ｖａと第２のホールセンサ３２ｂのホール出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）が、高い線形性を持ち、理想直線とよく一致することが分かる。
【００７０】
ここで、図４（ａ）に記載した理想直線ｆは、直方体磁石３１の移動距離が−１．７５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ、Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）と、この直方体磁石３１の移動距離が＋１．７５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）とを結んだ直線である。
【００７１】
図４（ｂ）に記載した理想直線ｈは、この直方体磁石３１の移動距離が、−３．５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）と、この直方体磁石３１の移動距離が、−１．７５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）とを結んだ直線（ただしｎ＝０、ｍ＝１とする）である。
【００７２】
図４（ｃ）に記載した理想直線ｊは、この直方体磁石３１の移動距離が、＋１．７５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）と、この直方体磁石３１の移動距離が、＋３．５ｍｍにおける２個のホールセンサ３２ａ，３２ｂの出力電圧Ｖａ，Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）とを結んだ直線（ただしｎ＝０、ｍ＝１とする）である。
【００７３】
一般的には、この理想直線上の値を用いて位置検出を行うため、第１のホールセンサ３２ａの出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）が理想直線ｆからのズレが大きい場合もしくは、第１のホールセンサ３２ａの出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｎＶａ＋ｍＶｂ）が理想直線ｈからのズレが大きい場合もしくは、第１のホールセンサ３２ａの出力電圧Ｖａと、第２のホールセンサ３２ｂの出力電圧Ｖｂの値を用いて演算した値（Ｖａ−Ｖｂ）／（ｍＶａ＋ｎＶｂ）が理想直線ｊからのズレが大きい場合、位置検出誤差が大きくなる。
【００７４】
図５（ａ）乃至（ｃ）は、理想直線と図３（ａ）乃至（ｃ）及び図４（ａ）乃至（ｃ）に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す図である。
【００７５】
図５（ａ）は、図４（ａ）に示したシミュレーション結果ｅと理想直線ｆとのズレから換算した位置検出における誤差ｐを示した図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示したシミュレーション結果ｇと理想直線ｈとのズレから換算した位置検出における誤差ｑを示した図である。図５（ｃ）は、図４（ｃ）に示したシミュレーション結果ｉと理想直線ｊとのズレから換算した位置検出における誤差ｒを示した図である。
【００７６】
図５（ａ）及至（ｃ）に示す結果より、位置検出誤差は最大でも３．５ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０５％と高精度な位置検出を達成していることがわかる。
【００７７】
当然、図４（ａ）で示したシミュレーション結果から最小２乗法で求めた直線を理想直線ｆとしてもかまわない。さらに図４（ｂ）で示したシミュレーション結果から最小２乗法で求めた直線を理想直線ｈとしてもかまわない。さらに図４（ｃ）で示したシミュレーション結果から最小２乗法で求めた直線を理想直線ｊとしてもかまわない。最小２乗法で求めた直線を理想直線とすると、さらに位置検出誤差は小さくなり、分解能は高くなる。
【００７８】
なお、上述のように演算中の係数ｎ及びｍの値をｎ＝０、ｍ＝１として演算を行ったが、この数値が異なっても、位置検出装置３０において、直方体磁石３１の長辺方向Ｘの長さＡ１、直方体磁石３１の短辺方向Ｙの長さＡ２、直方体磁石３１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）Ａ３、直方体磁石３１のホールセンサ３２ａ，３２ｂに対向する平面１００からホールセンサ３２ａ，３２ｂの感磁部の中心までの距離Ｂ１、ホールセンサ３２ａの感磁部の中心とホールセンサ３２ｂの感磁部の中心との距離Ｂ２を最適化することで、以下に示す比較例よりも良い結果が得られる。
【００７９】
例えば、位置検出範囲７ｍｍにおいて、Ａ１＝３．６ｍｍ、Ａ２＝４．８ｍｍ、Ａ３＝４．０ｍｍ、Ｂ１＝２．９ｍｍ、Ｂ２＝０．９ｍｍの構成において、演算中の係数ｎ及びｍの値がｎ＝０、ｍ＝１の場合には、位置検出誤差は８．９ｕｍ程度であり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．１２７％であるが、ｎ＝−０．１、ｍ＝２とすることで、位置検出誤差は６．１ｕｍ程度となり、分解能は全ストローク７ｍｍに対して０．０８７％まで改善され、位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度での位置検出が可能となる。
【００８０】
また、上述したように、直方体磁石３１の移動距離を４等分し、演算方法を変更させたが、完全に４等分でなくとも良い。上述した４等分の真ん中の２ヶ所部分の端点の絶対値（分割位置）である１．７５ｍｍを１．６５ｍｍ及至１．８５ｍｍまで０．５ｍｍステップで変化させた場合の位置検出誤差を表１に示す。
【００８１】
【表１】
2010097278.tif 000003
【００８２】
表１より、直方体磁石３１の移動距離を完全に４等分しない場合においても、ストロークに対して０．１％以内の分解能を達成できることがわかる。
【００８３】
このように、本発明の位置検出装置３０を用いることにより、以下の比較例で説明する位置検出装置と比較して、小型な位置検出装置を実現できる。
【００８４】
＜比較例＞
比較例として、従来の方法を用いて、上述した実施例と同様に、広い温度範囲において、７ｍｍ（±３．５ｍｍ）の位置検出範囲を、位置検出する場合について説明する。
【００８５】
図６（ａ），（ｂ）は、比較例として従来の磁石とホールセンサを用いた位置検出装置の概略構成図で、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は上面図である。図中符号４１はホールセンサに対向する平面２００に垂直に単極着磁された直方体磁石、４２ａ，４２ｂはホールセンサ、４３はホールセンサ４２ａ，４２ｂを実装している基板を示している。
【００８６】
また、図中符号Ｃ１は直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さ、Ｃ２は直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さ、Ｃ３は直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さ（磁石の着磁方向の長さ）を示している。また、Ｄ１は、直方体磁石４１のホールセンサ４２ａ，４２ｂに対向する平面２００からホールセンサ４２ａ，４２ｂの感磁部の中心までの距離、Ｄ２はホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離を示している。
【００８７】
この比較例では、直方体磁石４１は、図中に示すｘ軸方向にのみ移動する。また、直方体磁石４１の移動方向に対して水平な平面状にホールセンサ４２ａ、４２ｂを配置する。
【００８８】
図７（ａ）乃至（ｄ）は、図１に示した本発明の位置検出装置の構成と、従来の位置検出装置の構成を比較用の等倍図として示す図で、（ａ）は本発明による構成の断面図、（ｂ）は本発明による構成の上面図、（ｃ）は従来の構成の断面図、（ｄ）は従来の構成の上面図である。ここで、図７（ａ），（ｂ）におけるホールセンサ３２ａ，３２ｂは１つのパッケージに一体に封入されたセンサを示している。
【００８９】
位置検出範囲の０．１％以内の位置検出精度で位置検出を行うには、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、直方体磁石４１の長辺方向Ｘの長さＣ１＝１５．４ｍｍ、直方体磁石４１の短辺方向Ｙの長さＣ２＝１５．３ｍｍ、直方体磁石４１の厚み方向Ｚの長さＣ３＝４．３ｍｍ、直方体磁石４１のホールセンサに対向する面からホールセンサの感磁部までの距離Ｄ１＝６．３ｍｍ、ホールセンサ４２ａの感磁部の中心とホールセンサ４２ｂの感磁部の中心との距離Ｄ２＝１１．６ｍｍとなる。
【００９０】
これにより、本発明に係る図７（ａ），（ｂ）に示す位置検出装置３０の構成は、比較用の図７（ｃ），（ｄ）に示す位置検出装置４０の従来例の構成に比べて、位置検出装置全体の大きさと厚さを著しく小さくすることができるという効果を得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る位置検出装置の概略構成図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図２】図１に示した位置検出装置の位置検出回路の構成図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧もしくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す図（その１）である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は、直方体磁石の移動距離に対するホールセンサの出力電圧もしくは演算後の値を磁気シミュレーションから求めた結果を示す図（その２）である。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は、理想直線と図３（ａ）乃至（ｃ）及び図４（ａ）乃至（ｃ）に示した磁気シミュレーション結果のズレとから換算した磁石の移動距離に対する位置検出誤差を示す図である。
【図６】比較例として従来の磁石とホールセンサを用いた位置検出装置の概略構成図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図７】図１の位置検出装置の構成と、従来の位置検出装置の構成を比較用の等倍図として示す図で、（ａ）は本発明による構成の断面図、（ｂ）は本発明による構成の上面図、（ｃ）は従来の構成の断面図、（ｄ）は従来の構成の上面図である。
【図８】従来のホールセンサを用いた従来の位置検出方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９２】
１１  第１のホールセンサ
１２  第２のホールセンサ
１９  駆動回路
２０  信号処理回路
２１ａ，２１ｂ  差動増幅器
２２  演算処理計算部
２３  永久磁石
３０  位置検出装置
３１，４１  直方体磁石
３２ａ，４２ａ  第１のホールセンサ
３２ｂ，４２ｂ  第２のホールセンサ
３２ａ（Ａ），３２ｂ（Ｅ）  正極入力端子
３２ａ（Ｂ），３２ｂ（Ｆ）  正極出力端子
３２ａ（Ｃ），３２ｂ（Ｇ）  負極入力端子
３２ａ（Ｄ），３２ｂ（Ｈ）  負極出力端子
３３，４３  基板
１００  平面
２００  平面
【図１】
2010097278.tif 000004
【図２】
2010097278.tif 000005
【図３】
2010097278.tif 000006
【図４】
2010097278.tif 000007
【図５】
2010097278.tif 000008
【図６】
2010097278.tif 000009
【図７】
2010097278.tif 000010
【図８】
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