(57)【要約】  一定の長さに、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁されている３つ以上の着磁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが、該着磁部の間にそれぞれ不着磁部１４を挟んで、前記可動方向ｘに並んで配設された磁界発生部材１１と、２つの磁界検出素子１５ａ，１５ｂを有する磁界検出手段１２とを備える位置検出器において、着磁部が４つ以上ある場合、前記可動方向両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃが可動方向ｘに一定の長さＷｇを有し、不着磁部１４は可動方向ｘに一定の長さＷｎを有し、可動方向ｘ両端の着磁部１３ａ，１３ｄの可動方向ｘの長さＷｃは、０．８Ｗｇ以上、Ｗｇ未満とすることで、両端の着磁部１３ａ，１３ｄが発生する磁界変化が、磁界のピーク位置について、可動方向ｘ前後に略対称になるようにすることで、線形性を高められる。
2009060716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の可動方向に移動可能な磁界発生部材と、前記磁界発生部材の相対移動による磁界変化を検出する磁界検出手段とを備え、
前記磁界発生部材は、３つ以上の着磁部が、該着磁部の間にそれぞれ不着磁部を挟んで、前記可動方向に並んで配設され、
前記磁界検出手段は、前記可動方向に並んだ２つの磁界変化を検出する磁界検出素子を有し、
前記着磁部は、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され、該着磁部が４つ以上ある場合は、前記可動方向両端以外の前記着磁部が前記可動方向に一定の長さを有し、
前記不着磁部は、着磁されておらず、前記可動方向に一定の長さを有し、
前記可動方向両端の前記着磁部は、該着磁部が発生する磁界変化が、磁界のピーク位置について、前記可動方向前後に略対称になるように着磁されていることを特徴とする位置検出器。
【請求項２】
所定の可動方向に移動可能な磁界発生部材と、前記磁界発生部材の相対移動による磁界変化を検出する磁界検出手段とを備え、
前記磁界発生部材は、３つ以上の着磁部が、該着磁部の間にそれぞれ不着磁部を挟んで、前記可動方向に並んで配設され、
前記磁界検出手段は、前記可動方向に並んだ２つの磁界変化を検出する磁界検出素子を有し、
前記着磁部は、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され、該着磁部が４つ以上ある場合は、前記可動方向両端以外の前記着磁部が前記可動方向に一定の長さを有し、
前記不着磁部は、着磁されておらず、前記可動方向に一定の長さを有し、
前記可動方向両端の前記着磁部の前記可動方向の長さは、前記可動方向両端以外の前記着磁部の前記可動方向の長さをＷｇとすると、０．８Ｗｇ以上、Ｗｇ未満であることを特徴とする位置検出器。
【請求項３】
前記２つの磁界検出素子の検出信号の内、前記２つの磁界検出素子の中点の磁界に対して、前記可動方向に位相が進んでいる方をＡ、遅れている方をＢとして、
Ａ＞０且つＢ＞０の場合およびＡ＜０且つＢ＜０の場合、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）、
Ａ≧０且つＢ≦０の場合およびＡ≦０且つＢ≧０の場合、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算を行う演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出器。
【請求項４】
前記演算手段は、さらに、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）および（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）に、Ａ＝０またはＢ＝０おいて演算結果が連続となるようなオフセット値を加算することを特徴とする請求項３に記載の位置検出器。
【請求項５】
前記オフセット値は、整数ｎを用いて、２ｎで表されることを特徴とする請求項４に記載の位置検出器。
【請求項６】
前記オフセット値は、前記磁界検出素子の中間位置が所定の前記不着磁部に対向するときにｎ＝０とし、
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算と、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算とを切り替える際に、前記ｎを１増加または１減少することを特徴とする請求項５に記載の位置検出器。
【請求項７】
前記可動方向両端以外の前記着磁部の前記可動方向の長さをＷｇ、前記不着磁部の前記可動方向の長さをＷｎとすると、Ｗｎ／（Ｗｇ＋Ｗｎ）が１／８以上、５／８以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の位置検出器。
【請求項８】
前記２つの磁界検出素子の間隔は、前記可動方向両端以外の前記着磁部を挟む前記不着磁部の間隔を１／２δとすると、整数ｍを用いて、（ｍ／２＋１／４）δで表されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の位置検出器。
【請求項９】
前記磁界検出素子はホール素子であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の位置検出器。
【請求項１０】
前記１から９のいずれかの位置検出器を備え、
前記磁界発生部材は、前記可動方向に伸縮する電気機械変換素子によって前記可動方向に進退させられる駆動軸に摩擦係合する可動部材に付設され、
前記電気機械変換素子の伸長と収縮の速度を異ならせることで前記可動部材を前記駆動軸上で滑り移動させる圧電アクチュエータであることを特徴とする位置決め装置。
【請求項１１】
前記可動部材は、光学素子を保持することを特徴とする請求項１０に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出器および位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図１０に示すように、所定の可動方向（ｘ方向）に移動可能な可動部材に付設され、可動方向に一定の幅１／２δでＮ極３１とＳ極３２とが繰り返されるように着磁された磁界発生部材３３と、磁界発生部材３３の移動による磁界変化を検出する２つの磁界検出素子３４ａ，３４ｂとを有し、２つの磁界検出素子３４ａ，３４ｂは、整数ｎについて可動方向に（ｎ／２＋１／４）δで表される間隔で並んで配置され、２つの磁界検出素子３４ａ，３４ｂの検出信号をそれぞれＡおよびＢとして、ＡおよびＢが共に０以上または０以下の場合は（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）、ＡまたはＢのいずれか一方だけが０未満の場合は（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算をする演算手段３５を有する位置検出器が記載されている。【０００３】
特許文献１の位置検出器では、図１１に示すように、三角波に近似した周期的な演算出力が得られる。しかしながら、図１２に示すように、その演算出力の傾き（絶対値）は、最大値と最小値との差が約６倍あり、線形性が十分であるとはいえない。また、特に、磁界発生部材３３の両端において、演算出力の傾きの低下が大きくなっている。これは、両端のＮ極３１またはＳ極３２の外側には逆極性の磁極がないため、磁界の減衰率が低く、外側に磁界の分布が広がることに起因している。高精度の位置決め装置を構成するために、演算出力の傾きの変化率が５倍以下の位置検出器が求められている。
【特許文献１】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】
【０００４】
前記問題点に鑑みて、本発明は、線形性の高い位置検出器および位置決め精度の高い位置決め装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明による位置検出器の第１の態様は、所定の可動方向に移動可能な磁界発生部材と、前記磁界発生部材の相対移動による磁界変化を検出する磁界検出手段とを備え、前記磁界発生部材は、３つ以上の着磁部が、該着磁部の間にそれぞれ不着磁部を挟んで、前記可動方向に並んで配設され、前記磁界検出手段は、前記可動方向に並んだ２つの磁界変化を検出する磁界検出素子を有し、前記着磁部は、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され、該着磁部が４つ以上ある場合は、前記可動方向両端以外の前記着磁部が前記可動方向に一定の長さを有し、前記不着磁部は、着磁されておらず、前記可動方向に一定の長さを有し、前記可動方向両端の前記着磁部は、該着磁部が発生する磁界変化が、磁界のピーク位置について、前記可動方向前後に略対称になるように着磁されているものとする。【０００６】
また、本発明による位置検出器の第２の態様は、所定の可動方向に移動可能な磁界発生部材と、前記磁界発生部材の相対移動による磁界変化を検出する磁界検出手段とを備え、前記磁界発生部材は、３つ以上の着磁部が、該着磁部の間にそれぞれ不着磁部を挟んで、前記可動方向に並んで配設され、前記磁界検出手段は、前記可動方向に並んだ２つの磁界変化を検出する磁界検出素子を有し、前記着磁部は、Ｎ極とＳ極とに交互に着磁され、該着磁部が４つ以上ある場合は、前記可動方向両端以外の前記着磁部が前記可動方向に一定の長さを有し、前記不着磁部は、着磁されておらず、前記可動方向に一定の長さを有し、前記可動方向両端の前記着磁部の前記可動方向の長さは、前記可動方向両端以外の前記着磁部の前記可動方向の長さをＷｇとすると、０．８Ｗｇ以上、Ｗｇ未満であるものとする。【０００７】
本発明の第１および第２の態様の位置検出器の構成によれば、着磁部の間に設けた不着磁部によって、着磁部の形成する磁界の変化が三角波に近い線形性の高い周期的なものになる。これにより、磁界検出手段によって磁界発生部材の相対位置を正確に検出できる。また、両端の着磁部が形成する磁界の分布が外側に広がらないので、磁界発生部材の両端部における磁界の変化率が低くならず、位置検出精度が低下しない。【０００８】
尚、可動方向両端の着磁部という表現は、磁界発生部材の両端が着磁部でなければならないという意味ではなく、着磁部の中で可動方向両端に位置するものを指すことを意図する。したがって、両端の着磁部よりも可動方向外側に、任意の長さのさらなる不着磁部が設けられてもよい。【０００９】
また、本発明の位置検出器は、前記２つの磁界検出素子の検出信号の内、前記２つの磁界検出素子の中点の磁界に対して、前記可動方向に位相が進んでいる方をＡ、遅れている方をＢとして、Ａ＞０且つＢ＞０の場合およびＡ＜０且つＢ＜０の場合、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）、Ａ≧０且つＢ≦０の場合およびＡ≦０且つＢ≧０の場合、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算を行う演算手段をさらに備えてもよい。【００１０】
この構成によれば、（Ａ−Ｂ）または（Ｂ＋Ａ）を（Ａ＋Ｂ）または（Ｂ−Ａ）で除算するので、演算値が無次元数となる。このため、磁界発生部材と磁界検出手段の取付け誤差や温度変化などによる磁界の変化によって出力が変化することがなく、安定した位置の検出が可能である。さらに、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、Ａ＞０且つＢ＞０またはＡ＜０且つＢ＜０の場合には線形性が高いが、Ａ≧０且つＢ≦０またはＡ≦０且つＢ≧０の場合には線形性が低くなる。一方、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）は、Ａ＞０且つＢ＞０またはＡ＜０且つＢ＜０の場合には線形性が低いがＡ≧０且つＢ≦０またはＡ≦０且つＢ≧０の場合には線形性が高い。よって、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）と（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）とを条件によって使い分けることで、磁界発生部材の位置にかかわらず、線形性の高い出力を得られる。【００１１】
また、本発明の位置検出器において、前記演算手段は、さらに、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）および（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）に、Ａ＝０またはＢ＝０おいて演算結果が連続となるようなオフセット値、好ましくは、整数ｎを用いて２ｎで表されるオフセット値、より好ましくは、前記磁界検出素子の中間位置が所定の前記不着磁部に対向するときにｎ＝０とし、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算と、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算とを切り替える際に、前記ｎを１増加または１減少するオフセット値を加算してもよい。【００１２】
この構成によれば、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）と（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）との演算出力の線形範囲を繋ぎ合わせて、磁界発生部材の全域に対して直線的に変化する出力を得ることができる。【００１３】
また、本発明の位置検出器において、前記可動方向両端以外の前記着磁部の前記可動方向の長さをＷｇ、前記不着磁部の前記可動方向の長さをＷｎとすると、Ｗｎ／（Ｗｇ＋Ｗｎ）が１／８以上、５／８以下であってもよい。【００１４】
この構成によれば、磁界発生部材が生成する磁界の変化が直線的な三角波に近いものとなる。このため、磁界検出手段によって検出した磁界強度と可動部材の相対位置との線形性が高い。【００１５】
また、本発明の位置検出器において、前記２つの磁界検出素子の間隔は、前記可動方向両端以外の前記着磁部を挟む前記不着磁部の間隔１／２δとすると、整数ｍを用いて、（ｍ／２＋１／４）δで表される間隔であってもよい。【００１６】
この構成によれば、この構成によれば、２つの磁界検出素子が磁界発生部材の相対位置に対して互いに９０°位相のずれた信号を出力する。これによって、磁界変化がより線形性の高いものになり、磁界発生部材の正確な位置を算出できる。【００１７】
また、本発明の位置検出器において、前記磁界検出素子はホール素子であってもよい。【００１８】
この構成によれば、一般的なホール素子を利用して安価で高精度の位置検出器が実現できる。【００１９】
また、本発明による位置決め装置は、前記位置検出器のいずれかを備え、前記磁界発生部材は、前記可動方向に伸縮する電気機械変換素子によって前記可動方向に進退させられる駆動軸に摩擦係合する可動部材に付設され、前記電気機械変換素子の伸長と収縮の速度を異ならせることで前記可動部材を前記駆動軸上で滑り移動させる圧電アクチュエータであるものとする。【００２０】
この構成によれば、正確な相対位置を検出できる位置検出器と小型の圧電アクチュエータを組み合わせることで、小型で精密な位置決めを行える位置決め装置が実現できる。【００２１】
また、本発明による位置決め装置において、前記可動部材で光学素子を保持すれば、小型のカメラユニット等の光学機器が実現できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、磁界発生部材に不着磁部を設けるので広い線形範囲が得られる。また、２つの磁界検出素子の出力の和を差で除す演算と、両者の差を和で除す演算とを併用して、さらに広い線形範囲が得られるので、磁界発生部材の位置を広範囲に精密に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の位置決め装置の概略図。
【図２】図１の位置決め装置の位置検出器の構成図。
【図３】図２の磁界発生部材の位置と出力との関係を示すグラフ。
【図４】比較例の位置検出器の構成図。
【図５】図４の磁界発生部材の位置と出力との関係を示すグラフ。
【図６】図２および図４の位置決め装置の演算出力の傾きの変化を示すグラフ。
【図７】図２の位置検出器の不着磁部の長さを変更したときの演算出力の傾きの変化を示すグラフ。
【図８】図１の位置決め装置の具体的適用例を示す図。
【図９】本発明の第２実施形態の位置検出器の概略図。
【図１０】従来の位置検出器の概略図。
【図１１】従来の位置検出器の出力変化を示すグラフ
【図１２】図１２の演算出力の傾きの変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
１  位置決め装置
２  圧電アクチュエータ
３  位置検出器
８  電気機械変換素子
９  駆動部材
１０  可動部材
１１  磁界発生部材
１２  磁界検出手段
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  着磁部
１４  不着磁部
１５ａ，１５ｂ  ホール素子（磁界検出素子）
１７  演算装置（演算手段）
１８  レンズ（光学素子）
２１ａ，２１ｂ  磁気抵抗効果素子（磁界検出素子）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である位置決め装置１の構成を示す概略図である。位置決め装置１は、圧電アクチュエータ２と位置検出器３とからなり、圧電アクチュエータ２の駆動回路４と、位置検出器３の検出信号を処理する検出回路５と、位置指令によって指示された位置に対応する検出回路５の出力が得られるように駆動回路４を制御する制御回路６とを有している。【００２６】
圧電アクチュエータ２は、ベース部材７に固定され、駆動回路４の駆動電圧によって矢印で示したｘ方向に伸縮する電気機械変換素子８と、電気機械変換素子８に固定され、電気機械変換素子８の伸縮によってｘ方向に進退する駆動部材９と、駆動部材９に摩擦係合し、駆動部材９上を滑り移動可能な可動部材１０とからなる。【００２７】
位置検出器３は、可動部材１０に付設された磁界発生部材１１と、磁界発生部材１１に対向するようにベース部材７に固定された磁界検出手段１２とからなる。【００２８】
さらに、図２に位置検出器３と検出回路５の構成を詳しく示す。磁界発生部材１１は、磁界検出手段１２に対向する面が着磁された４つの着磁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを有する。着磁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、Ｎ極とＳ極とに可動部材１０の可動方向であるｘ方向に並んで交互に着磁されている。ここでは、ｘ方向端部の着磁部であって、Ｎ極に着磁されているものを１３ａ、Ｓ極に着磁されているものを１３ｄ、ｘ方向両端以外の着磁部であって、Ｓ極に着磁されているものを１３ｂ、Ｎ極に着磁されているものを１３ｃとする。磁界発生部材１１は、さらに、着磁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの間にそれぞれ設けられ、Ｎ極にもＳ極にも着磁されていない不着磁部１４を有する。着磁部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄおよび不着磁部１４は、可動部材１０の可動方向であるｘ方向に並んでいる。ｘ方向両端の着磁部１３ａ，１３ｄのｘ方向の長さはＷｃ＝０．７ｍｍであり、ｘ方向両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃのｘ方向の長さはＷｇ＝０．８ｍｍである。また、不着磁部１４のｘ方向の長さはＷｎ＝０．８ｍｍで、全て一定である。【００２９】
また。磁界検出手段１２は、ｘ方向に並んだ２つのホール素子（磁界検出素子）１５ａ，１５ｂで構成されている。磁界検出手段１２は、２つのホール素子１５ａ，１５ｂの磁束密度を検出する部分の中心間の距離が０．８ｍｍ離れている。磁界発生部材１１とホール素子１５ａ，１５ｂとの間は０．６５ｍｍ離れている。ここで、隣接する不着磁部１４の間隔（ピッチ）を１／２δとすると、ホール素子１５ａ，１５ｂの間隔は、１／４δで表される。【００３０】
検出回路５は、ホール素子１５ａ，１５ｂそれぞれの検出信号を増幅するアンプ１６ａ，１６ｂと、アンプ１６ａの出力（増幅したホール素子１５ａの検出信号）Ａとアンプ１６ｂの出力（増幅したホール素子１５ｂの検出信号）Ｂとから、Ａ＞０且つＢ＞０の場合およびＡ＜０且つＢ＜０の場合、つまり、ＡとＢの符号が一致する場合は、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算を行い、Ａ≧０且つＢ≦０の場合およびＡ≦０且つＢ≧０の場合、つまり、ＡとＢの符号が一致しない場合は、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算を行い、さらに、上記演算値にオフセット値２ｎ（ｎは整数）を加算する演算装置（演算手段）１７とからなっている。【００３１】
位置検出器３は、さらに、磁界検出手段１２のホール素子１５ａ，１５ｂの中間位置が、磁界発生部材１１の中央の不着磁部１４に正対する位置を原点とし、不図示のセンサによって原点を検出可能である。演算装置１７は、磁界検出手段１２が中央の不着磁部１４に対向するとき、オフセット値を決定するｎの値を０に設定する。そして、演算装置１７は、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算と（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算とを切り換える際、つまり、ＡまたはＢが０になったとき、演算出力が連続となるように、ｎの値を１増加または減少させてオフセット値を変更する。【００３２】
図３に、磁界発生部材１１の位置と、ホール素子１５ａ，１５ｂの出力Ａ，Ｂおよび演算装置１７の演算出力との関係を示す。ここで、出力Ａ，Ｂは、電界強度が０のときに０ｍＶとなっているが、基準電位を高く設定することで、出力Ａ，Ｂが常に正の値となるようにしてもよい。【００３３】
図示するように、磁界発生部材１１は、中央の不着磁部１４を中心に、Ｎ極部１３ａおよびＳ極部１３ｂが逆に配置されている。よって、磁界発生部材１１が原点にあるとき、ホール素子１５ａ，１５ｂの出力Ａ，Ｂは、同じ大きさで正負が異なる値となる。演算装置１７は、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算を行うが、原点では（Ｂ＋Ａ）＝０であるので、演算出力の値は０となる。【００３４】
磁界発生部材１１を原点から正方向（図において左側）に移動してゆくと、ホール素子１５ａ，１５ｂにＮ極部１３ａが近づくので、出力Ａ，Ｂが共に上昇してゆく。出力Ｂが０となったとき、（Ｂ＋Ａ）／（Ｂ−Ａ）の演算値は、Ａ／−Ａ＝−１となる。このとき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算値は、Ａ／Ａ＝１である。演算装置１７は、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）Ｂが０を超えると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算を行う。ここで、Ｂ＝０において演算を切り替えるとき、演算装置１７は、ｎを１減少させることで、演算値にオフセット値２ｎ＝２×（−１）＝−２を加算し演算出力を連続的に減少させる。【００３５】
尚、本発明では、ホール素子１５ａ，１５ｂの出力の内、磁界発生部材１１の可動方向に位相が進んでいる方をＡ、位相が遅れている方をＢとする。【００３６】
演算装置１７は、出力Ａ，Ｂのいずれかが０となる度に、ｎを１増減することで、図示するように、磁界発生部材１１の可動範囲の略全域に亘って、直線的に変化する演算出力を出力する。より詳しくは、演算装置１７は、磁界発生部材１１が正方向に移動して演算式を切り替える場合にはｎを１減少し、磁界発生部材１１が負方向に移動して演算式を切り替える場合にはｎを１増加する。【００３７】
図４に、本実施形態の位置検出器３に対する比較例の位置検出器３’を示す。この位置検出器３’の構成は、両端の着磁部３ａ，３ｄの長さＷｃが、両端以外の着磁部３ｂ，３ｃの長さＷｇと等しい以外は同一であるので、その他の説明は省略する。【００３８】
図５に、位置検出器３’のホール素子１５ａ，１５ｂの出力Ａ，Ｂおよび演算装置１７の演算出力との関係を示し、本発明の実施形態の位置検出器３との差を説明する。本発明の実施形態の位置検出器３では、磁界発生部材１１の端部が磁界検出手段１２に対向するときの出力Ａ，Ｂのピーク値が、比較例の位置検出器３’と比べて僅かに小さくなっている。しかしながら、図５の比較例の出力Ａ，Ｂは、両端のピークの外側の傾斜が緩やかであるのに対し、図３の本発明の実施形態の出力Ａ，Ｂは、両端のピークの前後がピーク位置を中心に略対称になっている。【００３９】
本発明の実施形態の位置検出器３と、比較例の位置検出器３’との演算出力の特性の違いを、分かりやすく示すために、図６に、位置検出器３，３’の演算出力の傾きの変化を、不着磁部１４有しない従来の位置検出器の演算出力の傾きの変化絶対値と共に示す。位置検出器の演算出力は、磁界発生部材の相対位置に対する線形性が高いことが望ましい。図示するように、位置検出器３，３’共に、本発明の不着磁部１４の効果により、演算出力の傾きの変化が従来に比べて非常に小さくなっている。つまり、不着磁部１４を有する位置検出器３，３’は、線形性が高い。【００４０】
また、比較例の位置検出器３’では、出力Ａ，Ｂの外側の傾斜が緩やかになっているために、磁界発生部材１１の可動方向両端における演算出力の傾きが大きく落ち込んでいる。しかしながら、本発明の実施形態の位置検出器３では、出力Ａ，Ｂの両端のピークの前後がピーク位置を中心に略対称になっているので、演算出力の傾きの落ち込みが小さくなっている。【００４１】
詳細に検討すると、図６において、比較例の位置検出器３’の演算出力を示す細い実線（Ｗｃ＝Ｗｇ）の傾き比（傾きの最大値と最小値の比）に比べて、本発明の実施形態の位置検出器３’の演算出力を示す太い実線（Ｗｃ＝０．８Ｗｇ）の傾き比は約１０％改善されている。このように、本発明に従い、両端部の着磁部１３ａ，１３ｄの長さを短くすることにより、位置検出精度をより向上させられることが確認できた。【００４２】
以上のように、本発明の位置検出器３は、不着磁部１４を設け、両端の着磁部１３ａ，１３ｄの長さを短くした効果により、演算出力が広い範囲に亘って直線的に変化するため、演算出力によって、磁界発生部材１１の磁界検出手段１２に対する相対位置を正確に検出することができる。【００４３】
さらに、図７に、本施形態の位置検出器３において、両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃの間隔δを変えずに不着磁部１４の長さＷｎを変更したときの演算装置１７の演算出力の傾きの変化を示す。詳しくは、不着磁部１４の長さＷｎを長くしたときは、その分だけ両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃの長さＷｇを短くして、１３ａ，１３ｄの長さＷｃも両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃに比して両端の着磁部短くし、着磁部１４の長さＷｎを短くしたときは、その分だけ中央の着磁部１３ｂ，１３ｃの長さＷｇおよび両端の着磁部１３ａ，１３ｄの長さＷｃを長くして、演算出力の傾きの変化を調べた。図示するように、不着磁部１４を短くしすぎても演算出力の傾きの変化率が大きくなり、不着磁部１４を長くしすぎても演算出力の傾きの変化率が大きくなる。演算出力の傾きの変化を５倍以内にするには、Ｗｎ／（Ｗｇ＋Ｗｎ）が１／８以上、且つ、５／８以下となるように、不着磁部１４の長さＷｎと中央の着磁部１３ａ，１３ｂの長さＷｇとを決定する必要がある。【００４４】
続いて、図８に、以上の実施形態の位置検出器３を備える位置決め装置１の適用例を示す。この例では、位置決め装置１は、可動部材１０が光学素子であるレンズ１８を保持する玉枠になっており、ベース部材７に固定した駆動部材９と平行な吊り軸１９に沿って移動可能である。磁界発生部材１１は、可動部材１０の吊り軸１９に係合する部分に取り付けられている。ベース部材７には、固定部材７’を介して電気機械変換素子８と、磁界発生部材１１に対向するように磁界検出手段１２とが固定されている。【００４５】
このように構成された位置決め装置１は、小型で軽量であるが、可動部材１０に保持されたレンズ１８の吊り軸１９方向の位置を位置検出器３で正確に検出し、圧電アクチュエータ２によってレンズ１８を求められる位置に位置決めできる。よって、この位置決め装置１は、小型のカメラユニット等に適用できる高性能の光学機器を構成する。【００４６】
さらに、図９に、本発明の第２実施形態の位置検出器３を示す。本実施形態では、着磁部が９つ設けられ、両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃのｘ方向の長さは一定であり、両端の着磁部１３ａの長さは両端以外の着磁部１３ｂ，１３ｃの長さより短くなっている。また本実施形態の磁界検出手段１２は、磁気抵抗効果素子（磁界検出素子）２１ａ，２１ｂからなっている。磁気抵抗効果素子２１ａ，２１ｂは、隣接する不着磁部１４の間隔（ピッチ）を１／２δ、両端以外でＳ極の着磁部１３ｂまたはＮ極の着磁部１３ｃのピッチをδとして、互いに（１＋１／４）δ離して設けられている。これによって、磁気抵抗効果素子２１ａ，２１ｂの出力Ａ，Ｂは、互いに９０°（１／４δ）位相がずれた周期的な波形となる。これにより、出力ＡおよびＢのいずれかが９０°（１／４δ）毎に０になり、演算装置１７は、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算と（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）の演算とを同じ割合で使用する。このため、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算値と、（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）との線形性が高い範囲を繋ぎ合わせた演算出力を得られ、高精度に磁界発生部材１１の位置を検出できる。【００４７】
本発明では、磁界検出手段１２の磁界検出素子１５ａ，１５ｂまたは２１ａ，２１ｂの間隔は、整数ｍを用いて、（ｍ／２＋１／４）δとなるように配設すればよい。この条件を満たせば、出力Ａ，Ｂの位相が互いに９０°（１／４δ）だけ異なり、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算値と、（Ａ＋Ｂ）／（Ａ−Ｂ）との線形性が高い範囲を繋ぎ合わせた演算出力を得られる。
【図１】
2009060716.tif 000003
【図２】
2009060716.tif 000004
【図３】
2009060716.tif 000005
【図４】
2009060716.tif 000006
【図５】
2009060716.tif 000007
【図６】
2009060716.tif 000008
【図７】
2009060716.tif 000009
【図８】
2009060716.tif 000010
【図９】
2009060716.tif 000011
【図１０】
2009060716.tif 000012
【図１１】
2009060716.tif 000013
【図１２】
2009060716.tif 000014
【国際調査報告】
2009060716.tif 000015
2009060716.tif 000016
2009060716.tif 000017
2009060716.tif 000018