WO2007069680A1

WO2007069680A1 - 位置検出装置

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Publication number: WO2007069680A1
Application number: PCT/JP2006/324926
Authority: WO
Inventors: Sosuke Nishida; Toshinori Takatsuka
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2008-06-16
Also published as: EP1962062A1; TWI318721B; EP1962062A4; CN101331385A; JPWO2007069680A1; US7843190B2; KR20080072051A; CN101331385B; TW200736813A; US20090045807A1; JP4589410B2; KR100964406B1; EP1962062B1

Abstract

　基板上に配置された２個を１組としたホールセンサを１組以上有する磁束検出手段と、基板に平行な平面内を所定の方向に移動可能なように配置された直方体磁石とを具える。各組内の２個のホールセンサは、各組内の２個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線と直方体磁石の移動方向とのなす角度が直交するように基板上に配置される。直方体磁石は、基板に平行な任意の平面に投影した場合に、その四角形が長辺と短辺を有し、該長辺が、各組内の２個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に所定の傾斜角をもつ。直方体磁石は、ホールセンサの配置された基板に対して垂直にＮ極とＳ極がそれぞれ１極ずつとなるように着磁され、ホールセンサの感磁方向が、基板方向に対して垂直であるようにする。

Description

明細書

位置検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、磁石とホールセンサを用いた位置検出装置に関する。

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つている。

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!、特性をもつセンサなど様々な要求がある

[0003] 上記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。

[0004] 磁気センサとして、例えば、特許文献 1等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。

[0005] 本願発明者等は、従来から特許文献 2等に記載されている位置検出装置を提案してきており、現在、本位置検出機構はデジタルスチルカメラの手ぶれ補正装置のキ一パーツとして広く用いられて、る。

[0006] 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およびその構成について説明する。

[0007] 図 13は、磁気センサとして、ホールセンサ 11, 12を用いた位置検出方法を示す。

[0008] 図 13において、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。

[0009] また、キャリブレーションの手間を省くため、上記の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。

[0010] 本構成は、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をこえる領域では、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。

[0011] さらには、広い温度範囲で高精度に位置検出を行う場合において、特許文献 6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。

[0012] 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、特許文献 5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。

[0013] また、狭い範囲で高い精度が求められる位置検出では、特許文献 4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。

[0014] 広範囲で高い精度が求められる位置検出では、永久磁石の側方移動距離に対して、 2個のホールセンサのホール出力電圧の差における線形性を向上するために、特許文献 3のように特殊な磁石を用いて位置検出を行う場合もある。

[0015] 一方、デジタルスチルカメラやデジタルビデオ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 10mm程度の広範囲な位置検出を行う際、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、センサ力も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。

[0016] 10mm程度の広範囲な位置検出を行う場合でエンコーダを使わな、方法としては、特許文献 7、特許文献 8のように磁気抵抗素子を用いる場合がある。このように直方体磁石 (または磁性体)を移動方向に対して傾斜させ、移動方向に直交する方向に磁気抵抗素子を配置し、移動体の横方向の移動を縦方向の磁場変化で検出する手段はよく知られている。

特許文献 1 特開 2002- - 287891号公報

特許文献 2 WO 02/086694

特許文献 3特開 2005- - 284169号公報

特許文献 4特開 2004- - 245765号公報

特許文献 5特開 2002- - 229090号公報

特許文献 6特開 2004- - 348173号公報

特許文献 7特開昭 59 - - 159578号公報

特許文献 8特開平 06 - - 229708号公報

発明の開示

[0018] 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、と、う要求が増えて!/、る。

[0019] 本願発明者らが提案の特許文献 2の位置検出装置の技術を用いれば、手ぶれ補正の位置検出で要求される 2〜3mmストロークを 0. 1%程度という高い精度が実現されており、広く利用されている力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、 10mm程度の広範囲な位置検出を同様の高い精度で実現できて!、なかった。

[0020] さらに、磁気センサとして、特許文献 3のような方法を用いて広範囲での位置検出を行う場合、磁石が汎用品ではないことから、磁石の製造が難しぐ磁石の形状が一定になりにくいことから磁気特性のばらつきが大きくなることや、入手が困難であるということが問題になる。

[0021] また、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、上記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、およ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。デジタルスチルカメラなどの携帯機器では小型化要求が強!、ため、本構成は実用的ではな!/、。

[0022] また、特許文献 4、特許文献 5に記載されて、るような方法は、原理的に広!、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ぐ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、 10m m程度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。

[0023] 上記の理由により、現在までのところ、位置検出範囲の 0. 1%程度という高精度の、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。

[0024] また、特許文献 7に記載されてヽるように、半導体薄膜を用いた磁気抵抗素子を使用する場合は、半導体薄膜を用いた磁気抵抗素子の出力が磁束密度に対して線形に変化するようにバイアス磁石を用いるのが一般的であるが、部品点数が増えてしまい、機構が大きくなつてしまうという問題があった。

[0025] また、特許文献 8に記載されているような強磁性体薄膜を用いた磁気抵抗素子では磁気飽和を避けなければならないので設計の自由度がないという問題があった。

[0026] また、強磁性体薄膜はヒステリシスをもっため、高い精度で位置検出を行うことができないという問題があった。広範囲を高精度で位置検出する場合、特許文献 8に記載されて!ヽるようにヒステリシスなどの影響を抑えるためのバイアス磁石を用いる方法もあるが、部品点数が増えてしまい、機構が大きくなつてしまうという問題があった。また、位置検出用磁石とバイアス磁石の間に吸引 '反発の力がかかり、位置制御が複雑になってしまうという問題があった。

[0027] また、強磁性体薄膜を用いた磁気抵抗素子はセンサ面に対して水平方向の磁場を検出するため、最も効率よく磁石のエネルギーを利用できる配置には (磁石の着磁面に対向するようには配置)できず、位置検出に十分な磁場を得るためには磁石を大きくしなければならなヽと、う問題があった。

[0028] 上記に記載した様々な理由により、実際に直線変位センサなどに搭載されている磁気抵抗素子を用いた位置検出装置では、デジタルビデオカメラやデジタルビデオカメラ等で用いられる位置検出の要求精度 (位置検出範囲に対して 1. 0%以下)を満たすことはできず、移動範囲の 2. 0%程度の精度しか実現できていない。

[0029] そこで、本発明の目的は、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等により構成した場合においても、簡易な回路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を提供することにある。

[0030] 本願発明者等は、位置検出範囲に対して 0. 1%程度と 2. 0%程度の大きな精度の差に着目し、ホールセンサを用いた場合と磁気抵抗素子を用いた場合の検出系の本質的な違いについて鋭意検討した結果、磁気抵抗素子は面で検出するのに対して、ホールセンサは点で検出する違、であるとの結論を得た。

[0031] 磁気抵抗素子の動作の説明にお、ては、単純化するために可動磁石の磁場を均一磁場として説明するもの等が多くの教科書等でもよく見受けられるが、実際には無限長の磁石を仮想した場合にしか均一磁場は存在せず、必ず面には分布が存在する。半導体磁気抵抗素子の場合、出力は B"2に関わるので必ず平均化誤差が生まれてくる。これは均一磁場を仮想した場合と比べて、出力として数％の差異に達する。強磁性体磁気抵抗素子の場合、出力の非線形性が平均化誤差の原因となるが、感磁部自体が磁気回路となるためにミクロな分布は一層複雑である。

[0032] 即ち、面内磁場分布の影響は磁気抵抗素子を用いた場合の検出系の新たなパラメータとなっており、このために検出精度を低下させて、ることに思!、至った。

[0033] そこで、磁場分布の影響を受けな、点の検出系であるホールセンサを用いて広範囲、高精度の検出系が構成できないかの検討を試みた。

[0034] 上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、基板上に配置され、感磁方向が、基板方向に対して垂直なホールセンサ 2個を 1組としたホールセンサ組を 1 組以上有する磁束検出手段と、前記各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して垂直方向に、かつ前記基板に平行な平面内を、移動可能に配置され、前記基板に対して垂直方向に N極と S極が着磁された直方体磁石とを具え、前記直方体磁石は、前記基板に平行な任意の平面に投影した場合に、その四角形が長辺と短辺を有し、前記直方体磁石の長辺が、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に所定の傾斜角を有することを特徴とする。

[0035] 「各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して垂直方向に、かつ前記基板に平行な平面内を、移動可能」とは、ホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線と磁石の移動方向を示す直線を、前記基板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垂直に交わることである。

[0036] また、「前記直方体磁石の長辺が、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に所定の傾斜角を有する」とは、直方体磁石の長辺を含む直線と 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線を、前記基板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所定の角度を持つて交わることである。

[0037] また、本発明にお、て、ホールセンサ 2個を 1組としたホールセンサ組を 1組以上有する磁束検出手段が、直方体磁石の S極または N極の表面に対向して配置されていることが好ましい。ここで言う、「ホールセンサ 2個を 1組としたホールセンサ組を 1組以上有する磁束検出手段力直方体磁石の S極または N極の表面に対向して配置されている」とは、前記直方体磁石と前記磁束検出手段を構成する複数のホールセンサの感磁部を前記基板に平行な任意の同一平面状に投影した場合に、前記複数のホールセンサのうち少なくとも 1つのホールセンサの感磁部の投影部が前記直方体磁石の投影部に含まれるように配置されてヽることである。

[0038] 発明者らは、磁気抵抗素子を用いて広範囲で位置検出を行う場合、磁気抵抗素子は一般に感磁部（一般的な半導体磁気抵抗素子の感磁部の大きさ： 2400 m X 20 00 μ m程度）が大きぐホールセンサと比較して広い範囲の磁場を検出するので、感磁部面内での磁場分布 (感磁面内で磁場が均一ではない）により精度に影響がでるという観点から、鋭意検討した結果、感磁部が磁気抵抗素子よりも著しく小さぐ限りなく点に近い範囲の磁場の検出が可能である (感磁部面内の磁場分布の影響をほとんど受けな、）ホールセンサ（ホールセンサの感磁部の大きさ： 100 mX 100 m 程度)を用いる事により、従来の磁気抵抗素子を用いた位置検出装置よりも、著しく高精度な位置検出装置を提供することを可能とした。

[0039] 前記直方体磁石の移動方向を含む平面における前記直方体磁石の短辺と長辺との長さの比力短辺の長さ 1に対し、長辺の長さが 3. 5乃至 8. 0であることを特徴とする。

[0040] さらに、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ線分の長さが 1. Omm以下であって、前記直方体磁石の長辺方向が前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対してもつ所定の傾斜角が 67. 0度乃至 89.3度であることを特徴とする。

[0041] さらに、前記直方体磁石が移動可能な移動範囲の 1%以下の精度で前記直方体磁石の位置を検出可能であることを特徴とする。

[0042] さらに、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの出力電圧の差と、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの出力電圧の和との比を用いて前記直方体磁石の位置を算出することを特徴とする。

[0043] さらに、前記ホールセンサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有して、なヽホールセンサであることを特徴とする。

[0044] さらに、前記ホールセンサ力 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。

[0045] 前記ホールセンサは、 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。

[0046] さらに、前記磁束検出手段は、前記基板上に配置された前記各組のホールセンサ力 1つのノッケージに一体に封入されたことを特徴とする。

[0047] 本発明によれば、感磁部内での磁場の不均一による検出精度への影響を抑えることができ、磁石や磁束検出手段等の構成部品を汎用品や入手が容易な部品等により構成した場合においても、簡易な回路構成で小型化を実現することができると共に、従来不可能であった 10mm程度の広範囲な距離を 1%以下の高精度で検出することが可能な位置検出装置を実現できた。

図面の簡単な説明

[0048] [図 1A]図 1Aは、本発明の第 1の実施の形態である、位置検出装置の概略構成を示す断面図である。

[図 1B]図 1Bは、本発明の第 1の実施の形態である、位置検出装置の概略構成を示す上面図である。

[図 2]図 2は、図 1の位置検出装置の検出回路の構成を示す構成図である。

圆 3A]図 3Aは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す直方体磁石の説明図である。

圆 3B]図 3Bは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す四角柱磁石の説明図である。

圆 3C]図 3Cは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す三角柱磁石の説明図である。

[図 3D]図 3Dは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す三角錐磁石の説明図である。

[図 3E]図 3Eは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す四角錐磁石の説明図である。

[図 3F]図 3Fは、本発明に適応可能な磁石形状の例を示す楕円柱磁石の説明図である。

[図 4A]図 4Aは、磁石の移動距離に対する、第 1のホールセンサ 32aの位置での磁束密度変化を示す説明図である。

[図 4B]図 4Bは、磁石の移動距離に対する、第 2のホールセンサ 32bの位置での磁束密度変化を示す説明図である。

[図 4C]図 4Cは、磁石の移動距離に対する、第 2のホールセンサ 32bの位置での磁束密度力第 1のホールセンサ 32aの位置での磁束密度をひいた差磁束密度の変化を示す説明図である。

[図 5A]図 5Aは、図 1の位置検出装置を用いてパラメータの最適値にした場合において、直方体磁石の移動距離に対する、ホールセンサ間の出力電圧の差分値を出力電圧の和で割った値（出力電圧の差と和の比）を磁気シミュレーションカゝら求めた結果を示す説明図である。

[図 5B]図 5Bは、図 1の位置検出装置を用いてパラメータの最適値にした場合において、直方体磁石の移動距離に対する、ホールセンサ間の出力電圧の差分値を出力電圧の和で割った値（出力電圧の差と和の比）を磁気シミュレーションカゝら求めた結果を示す、図 5Aの拡大図である。

[図 6]図 6は、理想直線と、図 5A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、直方体磁石の移動距離に対する、位置検出誤差を示す説明図である。

[図 7A]図 7A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を示す断面図である。

[図 7B]図 7B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を示す上面図である。

[図 8A]図 8Aは、図 1Aの位置検出装置の構成の比較用としての位置検出装置の概略構成を示す断面図である。

[図 8B]図 8Bは、図 1Bの位置検出装置の構成の比較用としての位置検出装置の概略構成を示す上面図である。

[図 9A]図 9Aは、図 7Aの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断面図である。

[図 9B]図 9Bは、図 7Bの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上面図である。

[図 10A]図 10Aは、本発明の第 2の実施の形態である、位置検出装置の概略構成を示す断面図である。

[図 10B]図 10Bは、本発明の第 2の実施の形態である、位置検出装置の概略構成を示す上面図である。

[図 11]図 11は、図 10A、図 10Bの位置検出装置の検出回路の構成を示す構成図である。

[図 12]図 12は、本発明の第 3の実施の形態である、位置検出を行いたい範囲を lm mピッチで変化させたときの、直方体磁石の長辺方向の長さの変化の度合を示す説明図である。

[図 13]図 13は、従来のホールセンサを用いた従来の位置検出方法を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 [第 1の例]

本発明の第 1の実施の形態を、図 1〜図 9に基づいて説明する。

[0050] 本発明に係る位置検出装置は、種々な形状の磁石と、種々なホールセンサとを用いて構成できる。

<構成>

図 1A、図 IBは、位置検出装置 30の概略構成を示す。

[0051] 31は、 N極 S極をそれぞれ 1極ずっ着磁した直方体磁石 (磁束発生手段)である。

[0052] 32a, 32bは、 2個を 1組としたホールセンサ（磁束検出手段）である。

[0053] 33は、ホールセンサ 32a (第 1のホールセンサ），ホールセンサ 32b (第 2のホールセンサ）を実装した基板である。

[0054] 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いる。

[0055] 直方体磁石 31は、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。

[0056] この場合、 1組のホールセンサとして構成された、ホールセンサ 32aの感磁部の中心と、ホールセンサ 32bの感磁部の中心とを結ぶ直線の方向を Y方向とし、この Y方向に直交する方向を X方向とする。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。

[0057] 34aは、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ、 34bは直方体磁石 31の短辺方向 Y の長さ、 34cは直方体磁石の厚み方向 Zの長さ (磁石の着磁方向の長さ）である。

[0058] 35a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力ら、ホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離である。

[0059] 35bは、ホールセンサ 32aの感磁部の中心と、ホールセンサ 32bの感磁部の中心とを結ぶ距離である。

[0060] 図 2は、位置検出装置 30の回路構成例を示す。

[0061] 位置検出装置 30は、 2個のホールセンサ 32a, 32bの駆動'処理回路を備えている

[0062] 第 1のホールセンサ 32aは、正極入力端子 Aと、正極出力端子 Bと、負極入力端子 Cと、負極出力端子 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 E と、正極出力端子 Fと、負極入力端子 Gと、負極出力端子 Hとからなる。

[0063] 第 1のホールセンサ 32aの正極入力端子 Aと、第 2のホールセンサ 32bの正極入力端子 Eとを接続し、第 1のホールセンサ 32aの負極入力端子 Cと、第 2のホールセンサ 32bの負極入力端子 Gとを接続して駆動回路の入力端子とする。

[0064] 第 1のホールセンサ 32aの正極出力端子 Bと負極出力端子 Dは、差動信号処理回路 21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 Fと負極出力端子 Hは、差動信号処理回路 21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の出力端子とは、第 3の差動増幅器 21cの入力端子に接続される。

[0065] このような駆動.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の差分値 (Va—Vb)である出力値 V cが、第 3の差動増幅器 21cの出力端子から出力される。その第 3の差動増幅器 21c の出力端子の出力値は、直方体磁石 31の位置に対応したものになる。

[0066] 本構成では、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力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〜21c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。

<角度 0 >

角度 Θは、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と、 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心間を結ぶ直線 102とがなす角度で、 90度未満の角度と定義する。

[0067] 本例では、直方体磁石 31は、 X軸方向にのみ移動する。ここで、 X軸方向への移動とは、直方体磁石 31の長手方向が Y軸方向に対して角度 Θをもったまま、 X軸方向に平行な方向への移動することを意味する。

[0068] 直方体磁石 31の移動方向に対して垂直な直線上 (Y軸上）に第 1のホールセンサ 3 2aと第 2のホールセンサ 32bとを配置する。また、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と、 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心間を結ぶ直線 10 2とのなす角度 Θ力直角又は水平を除く角度となるように配置する。

[0069] このとき、位置検出を行、た、範囲で必要とされる分解能を得ることができる線形性を、直方体磁石 31の移動距離に対応して、ホールセンサ 32aとホールセンサ 32bとのホール出力電圧の差分値が持つように、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b、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） 34c、直方体磁石 31のホールセンサ 32a, 32bが配置された基板 33に対向する平面 100力らホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離 3 5a、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 35b、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a , 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 Θ、の各値を最適な値に設定する。

[0070] 以上より、位置検出装置 30を構成する部品として汎用品を用いた場合においても、従来の位置検出装置に比べて、簡易な回路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となる。なお、具体的な上記パラメータの最適値については、後述する例の中で説明する。

[0071] また、位置検出装置 30の構成部品として、上記以外の以下の構成としてもよい。

[0072] 図 3A〜図 3Fは、直方体磁石の変形例を示す。

[0073] 磁石として、直方体（立方体) 60、四角柱 61、三角柱 62のような多角柱や、三角錐 63、四角錐 64のような多角錐や、円柱 (楕円柱) 65など様々な形状の磁石が適応可能である。

[0074] ホールセンサとしては、磁気増幅を行うための磁性体チップを用いて、な、ホールセンサ、 GaAs、 InAs、 InSbなどの III V族化合物半導体からなるホールセンサ、又は、 Si、 Geなどの IV族半導体力もなるホールセンサを用いることができる。当然、前記材料を複数個組み合わせたものでも構わな、。

[0075] ホールセンサは、 1つのパッケージに一体に封入して構成することができる。

<実施例 >

位置検出装置 30の実施例について説明する。

[0076] 広い温度範囲において、分解能 30umで 8mm (± 4mm)の範囲を位置検出する場合につ、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。

[0077] 直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 9. 7mm、直方体磁石 31の短辺方向 Y の長さ 34b= l . 4mm,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 ) 34c= l . Ommとする。

[0078] また、直方体磁石 3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 35a= l . 4mm、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 35b = 0. 8mm、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 = 86° とする。

[0079] 上記設計の際、ホールセンサ 32a, 32bをばらばらに実装基板に搭載するよりも、ホールセンサ 32a, 32bを 1つのパッケージ内に搭載する方力ホールセンサ 32a, 32 b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、 S i基板上に各組全てのホールセンサ 32a, 32bを設けることも可能である。

[0080] 従って、ホールセンサ 32aとホールセンサ 32bとを、 1つのパッケージ内に封入することが望ましい。

[0081] 図 4A—図 4Cは、直方体磁石 31の移動距離に対する磁束密度の変化を示す。

[0082] 図 4Aは、磁石の移動距離に対する第 1のホールセンサ 32aの位置での磁束密度変化 70を示す。図 4Bは、磁石の移動距離に対する第 2のホールセンサ 32bの位置での磁束密度変化 71を示す。図 4Cは、磁石の移動距離に対する、第 2のホールセンサ 32bの位置での磁束密度から第 1のホールセンサ 32aの位置での磁束密度を引

V、た差磁束密度の変化 72を示す。

[0083] これにより、磁石の移動に対して第 2のホールセンサ 32bの位置での磁束密度から第 1のホールセンサ 32aの位置での磁束密度を引、た差磁束密度が線形に近!ヽ曲線で変化することが分かる。

[0084] ホールセンサの出力電圧は磁束密度の大きさに比例するので、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との差分値は、磁石の移動距離に対して線形に近い出力特性を持つことになる。 [0085] 図 5A、図 5Bは、上記パラメータの最適値において、直方体磁石 31の移動に対する、ホールセンサ 32aの出力電圧 Vaと、ホールセンサ 32bの出力電圧 Vbとの差分値 (Va— Vb)を、出力電圧の和 (Va+Vb)で割った値（出力電圧の差と和の比）を、磁気シミュレーションから求めた結果を示す。図 5Bは、図 5Aの領域 80を拡大した図である。 81は、理想直線である。

[0086] 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. 4mV ZmT (—般的なホールセンサの感度）、直方体磁石 13の残留磁束密度 Brを 1200 mT (一般的なネオジム焼結磁石の値）として行った。

[0087] 図 5A、図 5Bに示した磁気シミュレーション結果より、本発明の位置検出装置 30を用いることにより、直方体磁石 31の移動に対する、ホールセンサ 32aの出力電圧 Va と、ホールセンサ 32bの出力電圧 Vbとの差分値を、該出力電圧の和で割った値（出力電圧の差と和の比）が高い線形性を持ち、理想の直線とよく一致することが分かる

[0088] ここで、図 5Aに記載した理想直線 81は、直方体磁石 31の移動距離が +4mmにおける 2個のホールセンサ 32a, 321)の出カ電圧の差分値 &—¥1))を、出力電圧の和 (Va+Vb)で割った値（出力電圧の差と和の比）と、該直方体磁石 31の移動距離が—4mmにおける 2個のホールセンサ 32a, 32bの出力電圧の差分値 (Va— Vb) を、出力電圧の和 (Va+Vb)で割った値（出力電圧の差と和の比）とを結んだ直線である。

[0089] 図 5Bより、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との差分値 (Va— Vb)を、出力電圧の和 (Va+Vb)で割った値（出力電圧の差と和の比）は、少しではあるが理想直線からズレているのが分かる。

[0090] 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との差分値 (Va—V b)を、出力電圧の和 (Va+Vb)で割った値（出力電圧の差と和の比）の理想直線 81 力ものズレが大きければ、位置検出誤差が大きくなる。

[0091] 図 6は、直方体磁石 31の移動距離が +4mmにおける 2個のホールセンサ 32a, 32 bの出力電圧の差を和で割った値（出力電圧の差と和の比）と、該直方体磁石 31の移動距離が—4mmにおける 2個のホールセンサ 32a, 32bの出力電圧の差分値を和で割った値（出力電圧の差と和の比）を結んだ直線を理想直線 81として、該理想直線 81と図 5A、図 5Bに示したシミュレーション結果のズレカも換算した位置検出における誤差を示した図である。

[0092] 図 6に示す結果より、位置検出誤差は最大でも 20um程度であり、分解能は全ストローク 8mmに対して 0. 375%と高精度な位置検出を達成していることが分かる。

[0093] 当然、図 5A、図 5Bで示したシミュレーション結果力も最小 2乗法で求めた直線を理想直線 81としても力まわない。最小 2乗法で求めた直線を理想直線 81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。

[0094] 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。

<比較例 >

比較例として、従来の方法を用いて、上記例と同様に、広い温度範囲において、分解能 30umで 8mm (±4mm)の範囲を位置検出する場合について説明する。

[0095] 図 7A、図 7Bは、従来の磁石とホールセンサとを用いた位置検出装置の概略構成を示す。

[0096] 41は、ホールセンサに対向する平面 200に垂直に着磁された直方体磁石である。

42a, 42bは、ホールセンサである。 43は、ホールセンサ 42a, 42bを実装している基板である。 44aは直方体磁石 41の長辺方向 Xの長さ、 44bは直方体磁石 41の短辺方向 Yの長さ、 44c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）である。 45aは、直方体磁石 41のホールセンサ 42a, 42b〖こ対向する平面 200力ホールセンサ 42a, 42bの感磁部の中心までの距離、 45b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す。

[0097] 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上にホールセンサ 42aとホールセンサ 42bを配置する。

[0098] このとき、前述した図 1の例と同等の位置検出を行うには、直方体磁石 41の長辺方向 Xの長さ 44a= 15. 2mm、直方体磁石 41の短辺方向 Yの長さ 44b = 15. Omm、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） 44c=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 45a

=6. Omm、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 45b = l l. 3mmとなる。

[0099] ここで、前述した図 1の例の位置検出装置 30の構成を図 8A、図 8Bに等倍図として示す。本発明の比較用としての従来例の構成を図 9A、図 9Bに等倍図として示す。

[0100] これにより、本発明に係る図 8A、図 8Bの位置検出装置 30の構成は、比較用の図 9

A、図 9B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!/、う効果を得ることがわかる。

[第 2の例]

本発明の第 2の実施の形態を、図 10および図 11に基づいて説明する。なお、前述した第 1の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0101] 前述した図 1の例の位置検出装置 30における 2個を 1組としたホールセンサを複数組さらに組み合わせて構成することができる。

<構成>

本例では、複数組のホールセンサを用いて構成すると共に、さらに磁石サイズを縮小した位置検出装置の具体的な構成例について説明する。

[0102] 以下、前述した第 1の例と同様に、広い温度範囲において、分解能 30umで 8mm (

±4mm)の範囲を位置検出する場合について示す。

[0103] 図 10A、図 10Bは、本発明に係る磁石とホールセンサとを用いた位置検出装置 50 の構成例を示す。

[0104] 51ίま、ホーノレセンサ 52a, 52b, 52c, 52d【こ対向する平面 100【こ垂直【こ着磁された直方体磁石である。ここで、 52aは第 1のホールセンサ、 52bは第 2のホールセンサ、 52cは第 3のホールセンサ、 52dは第 4のホールセンサとする。

[0105] 53は、一方の 1組のホールセンサ 52a, 52bと、他方の 1組のホールセンサ 52c, 5 2dとを実装して、る基板である。

[0106] 54aは直方体磁石 51の長辺方向 Xの長さ、 54bは直方体磁石 51の短辺方向 Yの長さ、 54cは直方体磁石 51の厚み方向 Zの長さ（磁石の着磁方向の長さ）である。 [0107] 55aは、直方体磁石 51のホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52dに対向する平面 100 力もホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52dの感磁部の中心までの距離である。

[0108] 55bは、一方の 1組におけるホールセンサ 52aの感磁部の中心とホールセンサ 52b の感磁部の中心とを結ぶ直線 111の距離、および、他方の 1組におけるホールセンサ 52cの感磁部の中心とホールセンサ 52dの感磁部の中心とを結ぶ直線 112の距離を示す。

[0109] 図 11は、位置検出装置 50の回路構成例を示す。

[0110] 第 1のホールセンサ 52aの正極出力端子 Bと負極出力端子 Dは、差動信号処理回路 21の第 1の差動増幅器 21aに接続され、第 2のホールセンサ 52bの正極出力端子 Fと負極出力端子 Hは、差動信号処理回路 21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と第 2の差動増幅器 21bの出力信号は、第 3の差動増幅器 2 lcに接続される。

[0111] 第 3のホールセンサ 52cの正極出力端子 Bと負極出力端子 Dは、差動信号処理回路 22の第 1の差動増幅器 22aに接続され、第 2のホールセンサ 52dの正極出力端子 Fと負極出力端子 Hは、差動信号処理回路 22の第 2の差動増幅器 22bに接続される。第 1の差動増幅器 22aと第 2の差動増幅器 22bの出力信号は、第 3の差動増幅器 2 2cに接続される。

<動作 >

図 11に示したように、 8mmのうち 4mmを第 1のホールセンサ 52aと第 2のホールセンサ 52bとに接続された差動信号処理回路 21から得られる信号を用いて位置検出を行、、残りの 4mmを第 3のホールセンサ 52cと第 4のホールセンサ 52dに接続された差動信号処理回路 22から得られる信号を用いて位置検出を行う。

[0112] このような駆動'処理回路によって、第 1のホールセンサ 52aと第 2のホールセンサ 5 2bとのホール出力電圧の差分値 (Va—Vb)である出力値 Vclが、第 3の差動増幅器 21cの出力端子から得られる。第 3のホールセンサ 52cと第 4のホールセンサ 52dとのホール出力電圧の差分値 (Va—Vb)である出力値 Vc2が、第 3の差動増幅器 22cの出力端子力も得られる。これら出力端子の出力値は、直方体磁石 51の位置に対応したものになる。 [0113] 本例では、直方体磁石 51は X軸方向にのみ移動する。ここで、 X軸方向にのみの移動とは、前述した第 1の例と同様に、直方体磁石 31が Y軸方向に角度 Θをもったまま、 X軸方向に平行な方向へ移動することを意味する。

[0114] また、直方体磁石 51の移動方向に対して垂直な直線上にホールセンサ 52aとホールセンサ 52bとを配置する。また、ホールセンサ 52aの感磁部の中心とホールセンサ 52bの感磁部の中心を結ぶ直線 111に対して、平行でかつその直線 111からの距離力 mmである直線 112上にホールセンサ 52cとホールセンサ 52dとを配置する。

[0115] このように配置することにより、位置検出範囲 8mmのうち 4mmをホールセンサ 52a とホールセンサ 52bとで検出し、残りの 4mmをホールセンサ 52cとホールセンサ 52d とで検出することが可能になる。

[0116] このように配置したとき、前述した図 1の第 1の例と同等の位置検出を行うには、磁気シミュレーションの結果、直方体磁石 51の長辺方向 Xの長さ 54a = 5. Omm、直方体磁石 51の短辺方向 Yの長さ 54b = l. 4mm、直方体磁石 51の厚み方向 Zの長さ（磁石の着磁方向の長さ） 54c = l. Omm、直方体磁石 51のホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52dに対向する平面 100力らホーノレセンサ 52a, 52b, 52c, 52dの感磁咅の中心までの距離 55a = 0. 5mm、ホールセンサ 52aの感磁部の中心とホールセンサ 52bの感磁部の中心との距離 55b = 0. 8mmとなる。

[0117] 直方体磁石 51の長辺方向 Xの長さが、前述した図 1の第 1の例では 9. 7mmであつたが、本例では 5. Ommとおよそ半減できることがわかる。

[0118] すなわち、磁気センサ（ホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52d)の数は増える力位置検出装置の小型化を進めるうえでは、本例のように、磁気センサ（ホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52d)の数を増やすことの方が有効であることを確認することができる。

[0119] また、本例では、ホールセンサ（ホールセンサ 52a, 52b, 52c, 52d)を 2組すなわち計 4個用いる例について説明した力その数すなわち 2n個（nは組数であって、 1 以上の整数)を増やせば、さらに位置検出装置の小型化を進めることが可能になる。

[第 3の例]

本発明の第 3の実施の形態を、図 12に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 [0120] 本例は、前述した図 1の第 1の例の位置検出装置 30の変形例である。

[0121] 図 1の位置検出装置 30において、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b = l. 4 mm、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） 34c = l. Ommとする。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 35a= l. 4mm、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の感磁部中心との距離 35b = 0. 8mmとする。また、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 =86° と値を固定する。

[0122] 本例では、分解能が位置検出を行いたい全ストロークの 0. 5%程度となるように、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34aを、磁気シミュレーションで検討した。

位置検出を行いたい範囲が 10mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 10. 8mmとなる。

[0123] また、位置検出を行いたい範囲が 9mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a= 10. 1mmとなる。

[0124] また、位置検出を行いたい範囲が 8mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 9. 3mmとなる。

[0125] また、位置検出を行いたい範囲が 7mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 8. 6mmとなる。

[0126] また、位置検出を行いたい範囲が 6mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 7. 9mmとなる。

[0127] また、位置検出を行いたい範囲が 5mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 7. 1mmとなる。

[0128] また、位置検出を行いたい範囲が 4mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 6. 5mmとなる。

[0129] また、位置検出を行いたい範囲が 3mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 5. 8mmとなる。

[0130] また、位置検出を行いたい範囲が 2mmの場合、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a = 5. 2mmとなる。

[0131] 図 12は、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a以外のパラメータを、上記の値で固定した場合における、位置検出を行！ヽた、範囲が 1 Omn！〜 2mmの範囲を 1 mm ピッチで変化させたときの、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34aの変化の度合を示す表である。

[0132] 本例より、位置検出を行いたい範囲を大きくしたい場合は、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さを一段と長く設定することが有効であることがわ力る。

[0133] また、本例よりわ力るように、直方体磁石 31の短辺方向 Yと長辺方向 Xとの比を、 1 :

3. 5程度以上、好ましくは、 3. 5以上 8. 0以下に設定することにより、種々な構成部品を用いた構成に好適に対応可能となる。この場合、直方体磁石 31の短辺方向 Yと長辺方向 Xとの比の値は、図 12の数値力も計算して求めた値である。当然、位置検出を行いたい範囲が 10mmをこえる場合は、直方体磁石 31の短辺方向 Yと長辺方向 Xとの比を、 1 : 8より大きくすること対応可能である。

[第 4の例]

本発明の第 4の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0134] 広い温度範囲において、分解能 40umで 8mm (± 4mm)の範囲を位置検出する場合について示す (位置検出範囲に対して 0. 5%の精度)。図 1A、図 IBにおける各構成部品のパラメータの 1つの設計例を説明する。

[0135] 上記の位置検出を行うためには、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a= 10. 9 mm、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b = l. 7mm、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） 34c = 2. Omm、直方体磁石 3のホールセンサ 3 2a, 32bに対向する平面 100力らホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離 35a= l. Omm、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 35b = 0. 8mm,直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 10 1と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 = 67° となる。

[第 5の例] 本発明の第 5の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0136] 第 4の例と同様に分解能 40umで 8mm (± 4mm)の範囲を位置検出する場合での図 1A、図 IBにおける各構成部品のパラメータの別の設計例を説明する。

上記の位置検出を行うために、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a= 9. 5mm、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b = l. Omm、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） 34c = 2. Omm、直方体磁石 3のホールセンサ 32a, 3 2b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 35a =0. 5mm、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 35b = 0. 8mm、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 =89. 3 ° としてもよ、。

[0137] 第 4と第 5の例から分力るように、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 10 1と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0が変わっても直方体磁石 31の大きさや、配置を変更する事により、 8mm程度の広範囲を高精度 (位置検出範囲に対して 0. 5%の精度)で位置検出可能である。

[第 6の例]

本発明の第 6の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0138] 第 4、第 5の例と同様に分解能 40umで 8mm (±4mm)の範囲を位置検出する場合での図 1A、図 IBにおける各構成部品のノメータの別の設計例を説明する。

[0139] 上記の位置検出を行うために、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a= 11. Om m、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b=4. Omm、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） 34c = 2. 8mm、直方体磁石 3のホールセンサ 32 a, 32bに対向する平面 100力らホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離 35a= 3. Omm、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 35b = 3. 7mm,直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 = 20 . 0° としてもよヽ。

[0140] 第 6の例より分力るように、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2 個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 = 20. 0° としても直方体磁石 31の大きさや、配置を変更することにより広範囲を高精度（位置検出範囲に対して 0. 5%の精度)で位置検出可能である。

[0141] し力しながら、第 6の例では直方体磁石 31の大きさや、直方体磁石 3のホールセンサ 32a, 32bに対向する平面 100力らホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離 35a、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 35bなどが少し大きくなつて、る。

[0142] このことより、小型で広範囲を高精度に位置検出するためには、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0が 67. 0乃至 89. 3であることがより好ましいといえる

[0143] しかしながら、サイズを気にしない用途であれば、直方体磁石 31の短辺を垂直に 2 等分する直線 101と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102 とがなす角度 Θに特に制限がないことも事実である。

[第 7の例]

本発明の第 7の実施の形態について説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0144] 広い温度範囲において、分解能 lOumで 10mm (± 5mm)の範囲を位置検出する場合について示す。（位置検出範囲に対して 0. 1%の精度）図 1A、図 IBにおける各構成部品のパラメータの 1つの設計例を説明する。

[0145] 上記の位置検出を行うためには、直方体磁石 31の長辺方向 Xの長さ 34a= 11. 9 mm、直方体磁石 31の短辺方向 Yの長さ 34b = l. 6mm、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） 34c = 2. 2mm、直方体磁石 3のホールセンサ 3 2a, 32bに対向する平面 100力らホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心までの距離 35a=0. 8mm、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 35b = 0. 8mm,直方体磁石 31の短辺を垂直に 2等分する直線 10 1と 2個のホールセンサ 32a, 32bの感磁部の中心を結ぶ直線 102とがなす角度 0 = 86° となる。

以上のように、本発明の構成を用いれば、 10mm程度の広範囲を、位置検出範囲に対して 0. 1%の精度で位置検出が可能な位置検出装置を実現できる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板上に配置され、感磁方向が、基板方向に対して垂直なホールセンサ 2個を 1組としたホールセンサ組を 1組以上有する磁束検出手段と、

前記各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対して垂直方向に、かつ前記基板に平行な平面内を移動可能に配置され、前記基板に対して垂直方向に N極と S極が着磁された直方体磁石とを具え、

前記直方体磁石は、前記基板に平行な任意の平面に投影した場合に、その四角形が長辺と短辺を有し、

前記直方体磁石の長辺力前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に所定の傾斜角を有することを特徴とする位置検出装置。

[2] 前記直方体磁石の移動方向を含む平面における前記直方体磁石の短辺と長辺との長さの比力短辺の長さ 1に対し、長辺の長さが 3. 5以上 8. 0以下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] 前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ線分の長さが 1. Omm以下であって、前記直方体磁石の長辺方向が前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの感磁部の中心間を結ぶ直線に対してもつ所定の傾斜角が 67. 0度乃至 89.3度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。

[4] 前記直方体磁石が移動可能な移動範囲の 1%以下の精度で前記直方体磁石の位置を検出可能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。

[5] 前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの出力電圧の差と、前記磁束検出手段の各組内の 2個のホールセンサの出力電圧の和との比を用いて前記直方体磁石の位置を算出することを特徴とした請求項 1に記載の位置検出装置。

[6] 前記ホールセンサは、磁気増幅を行うための磁性体チップを有してヽな、ホールセンサ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。

[7] 前記ホールセンサ力 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に記載の位置検出装置。

[8] 前記ホールセンサは、 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に記載の位置検出装置。

[9] 前記磁束検出手段は、前記基板上に配置された前記各組のホールセンサが、 1つのパッケージに一体に封入されたことを特徴とする請求項 1に記載の位置検出装置