JPH10253307A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定パターンで着磁された磁気部材と、これ
に対向させて配置した磁気検出素子を備え、磁気検出素
子に対して相対的に移動可能な磁気部材の位置を磁気検
出素子によって磁気的に検出する位置検出装置におい
て、簡単で安価な構成により磁気部材と磁気検出素子の
間隔を高精度に一定に保ち、安定した検出出力が得られ
るようにする。 【解決手段】 磁気部材１０２は弾性的に構成され、Ｍ
Ｒセンサ１０３が磁気部材１０２の上端側を押し込む位
置に配置されることにより、弾性変形させられた磁気部
材１０２が自らの弾性力によりＭＲセンサ１０３に押し
付けられる。ＭＲセンサのＭＲ素子Ａ，Ｂの素子面１１
０上に形成された保護膜１１１，１１２が間隔保持部材
となり、その厚みにより、磁気部材１０２の着磁面１０
２ａと素子面１１０の間隔ｘが一定に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の位置を検
出する位置検出装置に関し、特に磁気センサを用いて移
動体の位置を磁気的に検出する位置検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体の位置を検出する装置は各
種提案されていて、例えばＭＲ（磁気抵抗効果）素子を
用いた位置検出装置が知られている。

【０００３】図９にＭＲ素子を用いた位置検出装置の従
来例を示す。図９において、正面にＭＲ素子が設けられ
たＭＲセンサ３は図示しない固定部材に固定されてお
り、これに対して矢印４の方向に相対的に移動可能な移
動体１に、所定ピッチ（間隔）Ｐ、例えば１００μｍで
交互に逆極性に着磁された磁極を有する磁気部材２が固
着されている。磁気部材２はＭＲセンサ３正面のＭＲ素
子に対し、所定間隔ｄ、例えば５０μｍの間隔を保って
移動するよう構成されている。移動体１の移動に伴って
磁気部材２が移動すると、ＭＲセンサ３のＭＲ素子に印
加される磁界の強度が変化し、磁気抵抗効果によりＭＲ
素子の抵抗値が変化するため、その変化を信号として取
り出して移動体１の位置を検出する事が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＲ素
子の感度は、ＭＲ素子と磁気部材のなす間隔によって変
化するため、上記従来例においては、ＭＲ素子からの出
力を安定させるために、ＭＲセンサ３のＭＲ素子と磁気
部材２のなす間隔ｄを高精度に一定に保つ必要があり、
そのための機構の各部品に高い機械精度及び取り付け精
度が要求され、コスト増を招くといった問題点があっ
た。この問題は、ＭＲ素子以外の磁気検出素子を用いた
位置検出装置においても共通する。

【０００５】そこで本発明の課題は、この種の位置検出
装置において、簡単で安価な構成により磁気部材と磁気
検出素子の間隔を高精度に一定に保つことができ、安定
した検出出力が得られるようにすること、及び高く且つ
安定した検出出力が得られるようにするための磁気検出
素子と磁気部材の間隔の設定を明らかにすることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、所定パターンで着磁された磁気部
材と、この磁気部材に対向させて配置した磁気検出素子
と、前記磁気部材と磁気検出素子の間に配置される間隔
保持部材とを備え、前記磁気検出素子に対して相対的に
移動可能な前記磁気部材の位置を前記磁気検出素子によ
って磁気的に検出する位置検出装置において、前記磁気
部材は、弾性的に構成され、自らの弾性力により前記間
隔保持部材を介して前記磁気検出素子に押し付けられる
ようにした。

【０００７】具体的には、磁気部材は、例えば樹脂等の
弾性的な材料からなるベース材に磁性材料をコーティン
グする等して弾性的に構成される。また、例えば、磁気
部材の一端側を固定して他端側を自由とし、磁気検出素
子を設けたセンサを磁気部材の前記他端側を押し込む位
置に配置することにより、磁気部材が自らの弾性力によ
り間隔保持部材を介して磁気検出素子に押し付けられる
ようにする。

【０００８】また、間隔保持部材は、例えば、磁気部材
と磁気検出素子の対向し合う面のそれぞれの少なくとも
一方の面上に形成される非磁性材料からなる膜とする。

【０００９】また、本発明によれば、上記磁気部材と磁
気検出素子からなる位置検出装置において、磁気検出素
子は、線状の強磁性体からなる磁気検出子から構成され
る例えばＭＲ素子とし、磁気部材と磁気検出素子の間隔
ｘは、磁気検出子の線幅ｗに対して、ｘ≦ｗであるよう
にした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００１１】［第１の実施形態］本発明の第１の実施形
態を図１〜図７により説明する。なお、第１の実施形態
の位置検出装置は、カメラのレンズ位置の制御のために
カメラのレンズ位置（鏡筒の位置）を検出する装置とす
る。

【００１２】まず、図１，図２は、第１の実施形態の位
置検出装置の構成を示す外観斜視図及び断面図である。

【００１３】両図において、１０１は、内部にレンズを
取り付けたカメラの鏡筒であり、その中心の光軸１０７
の方向にのみ移動可能である。鏡筒１０１の外周には、
光軸１０７と平行な方向に沿って直線状の溝１０４が刻
設されている。溝１０４は、互いに直角をなす２つの平
面のエッジ面１０５，１０６で形成されている。

【００１４】一方、１０２は、弾性的に構成された細長
い平板状の磁気部材であり、光軸１０７に平行にされる
長手方向に沿って所定の着磁ピッチ（間隔）ＰでＮ極と
Ｓ極が交互に着磁されている。磁気部材１０２は、例え
ばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等の弾性
的な材料からなるベース材の片面にバリウムフェライト
系等の磁性材料をコーティングして構成され、そのコー
ティングされた磁性材料に上記パターンの着磁がなされ
る。

【００１５】また、磁気部材１０２は、その上記着磁が
なされた着磁面１０２ａの裏側の面を溝１０４のエッジ
面１０６に沿わせ、且つ磁気部材１０２の光軸１０７に
垂直にされる短手方向の一端（図２中下端）の面をエッ
ジ面１０５に沿わせる様にして溝１０４に固着されてい
る。

【００１６】磁気部材１０２をエッジ面１０６に沿わせ
る事により、磁気部材１０２の短手方向の取付方向を、
正確かつ容易にエッジ面１０６の接線方向である取り付
け方向１０８と合わせる事ができる。なお、エッジ面１
０６の取り付け方向１０８の幅は、磁気部材１０２の短
手方向の幅より狭く形成されているため、磁気部材１０
２の短手方向の一方の端部（図２中上端部）側は、固定
されず、自由になっている。

【００１７】また、磁気部材１０２をエッジ面１０５に
沿わせる事により磁気部材１０２の短手方向の位置を容
易に正確に決める事ができるとともに、磁気部材１０２
の長手方向を容易に正確に光軸１０７と平行に決める事
ができる。

【００１８】次に、１０３は、図示しない鏡筒保持部材
上に固定されたＭＲセンサである。ＭＲセンサ１０３
は、図２で示すように、磁気部材１０２の鏡筒１０１に
対して固定されていない図２中上端側を、エッジ面１０
６で決まる磁気部材１０２の取付方向１０８に沿った位
置よりも押し込む位置で、磁気部材１０２の着磁面１０
２ａに対向するよう配置される。磁気部材１０２は、図
２中上端側がＭＲセンサ１０３に押し込まれる事により
着磁面の裏側に反るように弾性変形し、元の平板の形状
に復帰しようとする自らの弾性力によりＭＲセンサ１０
３に押し付けられる。

【００１９】次に、図３は、磁気部材１０２とＭＲセン
サ１０３の接触部の断面図を示す。ＭＲセンサ１０３
は、ガラス基板１０９、このガラス基板１０９上に形成
された後述のそれぞれ複数の磁気検出子からなる磁気検
出素子である２つのＭＲ素子Ａ，Ｂ、及び、このＭＲ素
子Ａ，Ｂの表面（以下、素子面という）１１０を覆うよ
うに形成された保護膜１１１，１１２から構成されてい
る。

【００２０】保護膜１１１は、ＭＲ素子Ａ，Ｂを保護す
るためのものであり、電気的に絶縁性でかつ非磁性の材
質、例えばポリイミドや二酸化珪素の塗布、もしくは蒸
着、スパッタリング等によって形成されている。保護膜
１１２は、同様にＭＲ素子Ａ，Ｂを保護するものである
が、磁気部材１０２と直接に接触するため、低摩擦で耐
磨耗性のある非磁性材料が望ましく、例えばふっ素樹
脂、テフロン（商標名）等を塗布する事により形成され
ている。

【００２１】前述したように、ＭＲセンサ１０３と磁気
部材１０２は、磁気部材１０２が弾性変形して自らの弾
性力によりＭＲセンサ１０３に押し付けられるように配
置されるため、ＭＲセンサ１０３の素子面１１０と磁気
部材１０２の着磁面１０２ａとのなす間隔は、保護膜１
１１，１１２の厚さの合計ｘとなる。すなわち、保護膜
１１１，１１２は、素子面１１０と着磁面１０２ａの間
隔を一定に保持するための間隔保持部材として機能す
る。

【００２２】次に、図４は、ＭＲセンサ１０３の２つの
ＭＲ素子Ａ，Ｂの形成パターンを示す。

【００２３】ＭＲ素子Ａ，Ｂは、それぞれ４本の磁気検
出子Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４から成る。これらの磁気検
出子は、ガラス基板上に強磁性薄膜、例えば、磁場中で
真空蒸着またはスパッタリング等により厚さ５００〜１
０００オングストロームのニッケル−鉄合金膜等を成膜
したものをエッチング等で直線状に加工して形成され、
その線幅は例えば２０μｍである。また磁気検出子Ｍ１
〜Ｍ４は、磁気部材１０２の磁界によって抵抗値に変化
が生じるように、磁気部材１０２の磁界の向きと直交す
る方向に沿って延びるように配置されており、その長さ
は例えば２mmである。磁気検出子Ｍ１，Ｍ２間及びＭ
３，Ｍ４間を接続する接続線Ｍ５は、磁気検出子と同じ
強磁性薄膜で形成されている。また、抵抗値を下げるた
め、接続線Ｍ５の線幅は太く、例えば１００μｍであ
る。Ｍ６，Ｍ８は、ＭＲ素子Ａ，Ｂに電圧を印加するた
めの外部接続端子、Ｍ７はＭＲ素子Ａ，Ｂの出力信号を
取り出すための外部接続端子である。外部接続端子Ｍ
６，Ｍ７，Ｍ８は、磁気検出子Ｍ１〜Ｍ４と同じ強磁性
薄膜で形成されている。

【００２４】磁気部材１０２の隣接するＮ，Ｓ磁極の境
界付近における誤差を相殺するため、磁気検出子Ｍ１と
Ｍ２、磁気検出子Ｍ３とＭ４は実質的に磁気部材１０２
の着磁ピッチＰだけ位相をずらした状態（着磁ピッチＰ
のｍ倍の間隔だけ離れた状態、ただしｍ＝１，２，３…
であって、ここではｍ＝１すなわち着磁ピッチＰの間隔
だけ離れた状態）で形成されている。

【００２５】更に、磁気検出子Ｍ１とＭ２で構成される
磁気検出子群と磁気検出子Ｍ３とＭ４で構成される磁気
検出子群とは実質的に着磁ピッチＰ／２だけ位相をずら
した状態（着磁ピッチＰの（ｎ＋１／２）倍の間隔だけ
離れた状態、ただしｎ＝０、１、２、３…であって、こ
こでは着磁ピッチＰの１／２倍の間隔だけ離れた状態）
で形成されている。磁気検出子群間をこのような間隔と
する事で、各磁気検出子群は互いに着磁ピッチＰの周期
の１／２だけ位相のずれた磁界強度を検出する事とな
り、それによって磁気部材１０２が着磁ピッチＰ移動す
る毎に着磁ピッチＰに対応した周期ｐの正弦波状の出力
を得る事ができる。

【００２６】ＭＲ素子Ａ，Ｂは２相の位置検出信号を出
力するように、実質的に着磁ピッチＰ／４だけ位相をず
らした状態（着磁ピッチＰの（ｋ＋１／４）倍の間隔だ
け離れた状態、ただしｋ＝０、１、２…であって、ここ
では着磁ピッチＰの（３＋１／４）倍の間隔だけ離れた
状態）で形成されている。

【００２７】次に、図５（ａ）は、ＭＲ素子Ａ，Ｂから
の出力信号ＡＯ，ＢＯを示す。出力信号ＡＯ，ＢＯは、
外部接続端子Ｍ６に電圧Ｖｃを印加し、また外部接続端
子Ｍ８をグランドに接地した場合、中心電圧がＶｃ／２
で周期ｐの正弦波状の出力信号となる。図５（ｂ）に示
すように、これらの出力信号がＶｃ／２と交わる位置に
おいて、マルチバイブレータ回路などでパルスを発生さ
せ、そのパルスをカウントする事により磁気部材１０２
の移動量が求まる。また、出力信号ＡＯ，ＢＯの位相関
係から磁気部材１０２の移動方向が識別できるため、こ
れら移動量と移動方向から磁気部材１０２の位置を検出
し、図１の鏡筒１０１の位置（レンズ位置）を検出する
事が可能となる。

【００２８】次に、ＭＲセンサ１０３からの出力特性
と、ＭＲセンサ１０３の素子面１１０と磁気部材１０２
の着磁面１０２ａとのなす間隔ｘとの関係を説明する。

【００２９】ＭＲセンサ１０３からの出力特性は上記間
隔ｘに依存して変化する。図６（Ａ），（Ｂ）に、ＭＲ
センサ１０３からの出力特性、すなわち、ＭＲセンサ１
０３の出力信号の振幅が間隔ｘに依存して変化する様子
を調べた実験結果を示す。図６のグラフにおける縦軸は
ＭＲセンサからの出力信号の振幅電圧、横軸は間隔ｘ
（μｍ）である。なお、図６（Ａ）は、磁気部材の着磁
ピッチ８０μｍに対応するように構成したＭＲセンサの
実験結果であり、ａは、前述したセンサのＭＲ素子を構
成する磁気検出子Ｍ１〜Ｍ４の線幅ｗが４０μｍの場合
の特性、ｂは、磁気検出子の線幅ｗが３０μｍの場合の
特性である。また、図６（Ｂ）は、着磁ピッチ４０μｍ
に対応するように構成したＭＲセンサの実験結果であ
り、ｃは磁気検出子の線幅ｗが２０μｍの場合の特性、
ｄは、磁気検出子の線幅ｗが１５μｍの場合の特性、ｅ
は磁気検出子の線幅ｗが１０μｍの場合の特性である。

【００３０】一般に、ＭＲセンサの出力は、間隔ｘを徐
々に広げる事により、一旦増大した後、減少する。

【００３１】ＭＲセンサからの出力が減少するとＳ／Ｎ
が悪化し位置検出精度が悪化するため、ＭＲセンサから
の出力はできるだけ大きい方が望ましい。また、ＭＲセ
ンサと磁気部材を接触させて使用する場合を考えると、
例えば、ＭＲセンサと磁気部材の間にゴミが侵入するこ
と等により、ＭＲセンサと磁気部材のなす間隔が一時的
に増大してしまう可能性が考えられる。ＭＲセンサと磁
気部材のなす間隔が増大してもＭＲセンサからの出力を
減少させないためには、ＭＲセンサと磁気部材のなす間
隔を、ＭＲセンサからの出力特性の曲線がピークを示す
間隔より小さく設定しておく事が望ましい。

【００３２】また、更に望ましくは、間隔ｘの変動によ
って起きる出力変動による位置信号誤差を防止するため
に、間隔ｘは、ＭＲセンサからの出力特性の曲線の傾き
が小さい、すなわち出力特性のピークを示す間隔と略等
しい方が良い。

【００３３】ここで、図６（Ａ），（Ｂ）に示したＭＲ
センサの出力が最大となる間隔ｘの一覧を図７の表に示
す。この表より、ＭＲセンサの出力が最大となる間隔ｘ
は、磁気検出子の線幅ｗにほぼ等しい事がわかる。

【００３４】以上の事からわかるように、磁気部材とＭ
Ｒ素子のなす間隔ｘを、磁気検出子の線幅ｗに対して、
ｘ≦ｗとしておけば、ＭＲセンサから大きな出力が得ら
れると共に、ＭＲセンサからの出力変動を小さく抑える
事ができる。

【００３５】このことを踏まえて、保護膜１１１，１１
２の厚さは、例えば着磁ピッチＰが８０μｍで磁気検出
子の線幅ｗが２０μｍの場合において、保護膜１１１が
５μｍ厚、保護膜１１２が１５μｍ厚とする。この場
合、前述のように、磁気部材１０２が自らの弾性力によ
ってＭＲセンサ１０３に押し付けられ、常に保護膜１１
２に密着しているため、ＭＲセンサ１０３の素子面１１
０と磁気部材１０２の着磁面１０２ａとの間隔ｘは常に
２０μｍに保たれ、高くかつ安定した出力を得る事がで
きる。

【００３６】［第２の実施形態］次に、図８は、本発明
の第２の実施形態による位置検出装置の構成を示してい
る。

【００３７】図８において、１１３は、矢印１１４の方
向にのみ移動可能な移動部材であり、この移動部材１１
３に刻設された溝１０４に、磁気部材１０２の長手方向
の一端が固着されている。磁気部材１０２は、第１の実
施形態と同様に弾性的に構成されるが、形状が異なり、
長手方向に反りを持つ形状となっている。磁気部材１０
２の反りは、例えば、磁気部材１０２を高温の円筒に押
し当てる事により形成できる。

【００３８】ＭＲセンサ１０３は、磁気部材１０２の反
りを妨げるように磁気部材１０２を押し込む位置で、磁
気部材１０２の着磁面１０２ａに対向するよう図示しな
い固定部材に固定されている。

【００３９】磁気部材１０２は、ＭＲセンサ１０３に押
し込まれる事により弾性変形し、元の形状に復帰しよう
とする自らの弾性力によりＭＲセンサ１０３に押し付け
られる。ＭＲセンサ１０３は第１の実施形態と同様に素
子面上に保護膜が形成されたものとする。

【００４０】このような実施形態によれば、磁気部材１
０２が自らの弾性力によりＭＲセンサ１０３に押し付け
られることにより、磁気部材１０２の着磁面１０２ａと
ＭＲセンサ１０３の素子面との間隔ｘが常に上記保護膜
の厚さにより一定に保たれ、第１の実施形態と同様に安
定したセンサ出力を得ることができる。

【００４１】なお、上記第１と第２の実施形態では、磁
気検出素子としてＭＲ素子を採用したが、他の電磁効果
による磁気ヘッドやホール素子等を用いてもよい。

【００４２】また、上記実施形態では、磁気部材とＭＲ
素子との間の間隔保持部材として、ＭＲ素子の素子面上
に保護膜を形成したが、その代わりに薄いフィルムシー
トを素子面に張り付けても良い。また、磁気部材１０２
の着磁面１０２ａ上に保護膜ないしフィルムシート等の
間隔保持部材を設けてもよい。

【００４３】また、上記実施形態では、磁気部材の着磁
パターンは、所定の着磁ピッチＰで交互に逆極性に着磁
された周期的なパターンとしたが、着磁パターンはこれ
に限らず、例えば一部に着磁ピッチの異なる部分がある
ものとしてもよいことは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、所定パターンで着磁された磁気部材と、この
磁気部材に対向させて配置した磁気検出素子と、前記磁
気部材と磁気検出素子の間に配置される間隔保持部材と
を備え、前記磁気検出素子に対して相対的に移動可能な
前記磁気部材の位置を前記磁気検出素子によって磁気的
に検出する位置検出装置において、前記磁気部材は、弾
性的に構成され、自らの弾性力により前記間隔保持部材
を介して前記磁気検出素子に押し付けられるようにした
ので、磁気部材と磁気検出素子の間隔が間隔部材の厚み
により常に高精度に一定に保たれ、安定した検出出力が
得られる。しかも、従来磁気部材と磁気検出素子の間隔
を保持するために必要であった機構、及び間隔を一定に
保つための機械精度が不要となり、装置の構成を簡単、
安価にすることができる。

【００４５】また、特に前記間隔保持部材は、前記磁気
部材と磁気検出素子の対向し合う面のそれぞれの少なく
とも一方の面上に形成される非磁性材料からなる膜であ
るものとすることにより、この膜を保護膜として磁気検
出素子もしくは磁気部材を保護することができ、装置の
耐久性を向上できるとともに、間隔保持部材を固定する
部品が不要となり、コストを削減できる。

【００４６】また、本発明によれば、上記磁気部材と磁
気検出素子からなる位置検出装置において、磁気検出素
子は、線状の強磁性体からなる磁気検出子から構成さ
れ、磁気部材と磁気検出素子の間隔ｘは、磁気検出子の
線幅ｗに対して、ｘ≦ｗであるものとすることにより、
磁気検出素子より高く且つ安定した出力を得ることがで
き、そのためＳ／Ｎ比がよく、位置検出を安定して正確
に行うことができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の位置検出装置の構成
を示す外観斜視図である。

【図２】同位置検出装置の構成を示す断面図である。

【図３】同位置検出装置におけるＭＲセンサと磁気部材
との接触部を示す断面図である。

【図４】同位置検出装置のＭＲセンサに設けられるＭＲ
素子の形成パターンを示す透視図である。

【図５】同位置検出装置におけるＭＲセンサからの出力
信号とその処理により得られるパルス信号を示す信号波
形図である。

【図６】同位置検出装置におけるＭＲセンサのＭＲ素子
と磁気部材の間隔ｘによる出力特性を示すグラフ図であ
る。

【図７】同ＭＲセンサにおいてＭＲ素子の磁気検出子の
線幅ｗのそれぞれにおいて最大出力を示す間隔ｘの一覧
を示す表図である。

【図８】本発明の第２の実施形態の位置検出装置の概略
構成図である。

【図９】従来の位置検出装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０１ 鏡筒 １０２ 磁気部材 １０３ ＭＲセンサ １０４ 溝 １０５，１０６ エッジ面 １０７ 光軸 １０９ ガラス基板 １１１，１１２ 保護膜 Ａ，Ｂ ＭＲ素子 Ｍ１〜Ｍ４ 磁気検出子 Ｍ５ 接続線 Ｍ６〜Ｍ８ 外部接続端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定パターンで着磁された磁気部材と、
   この磁気部材に対向させて配置した磁気検出素子と、前
   記磁気部材と磁気検出素子の間に配置される間隔保持部
   材とを備え、前記磁気検出素子に対して相対的に移動可
   能な前記磁気部材の位置を前記磁気検出素子によって磁
   気的に検出する位置検出装置において、 前記磁気部材は、弾性的に構成され、自らの弾性力によ
   り前記間隔保持部材を介して前記磁気検出素子に押し付
   けられるようにしたことを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記間隔保持部材は、前記磁気部材と磁
   気検出素子の対向し合う面のそれぞれの少なくとも一方
   の面上に形成される非磁性材料からなる膜であることを
   特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 所定パターンで着磁された磁気部材と、
   この磁気部材に対向させて配置した磁気検出素子とを備
   え、前記磁気検出素子に対して相対的に移動可能な前記
   磁気部材の位置を前記磁気検出素子によって磁気的に検
   出する位置検出装置において、 前記磁気検出素子は、線状の強磁性体からなる磁気検出
   子から構成され、 前記磁気部材と磁気検出素子の間隔ｘは、前記磁気検出
   子の線幅ｗに対して、ｘ≦ｗであることを特徴とする位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 前記磁気検出素子は磁気抵抗効果素子で
   あることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１
   項に記載の位置検出装置。