WO2007126023A1 - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

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Masaru Suzuki
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    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device and a position detection method, and more particularly to a position detection device and a position detection method for performing autofocus of a camera and origin detection of a zoom position.
  • position detection sensors those using a photo interrupter (photo interrupter) or a photo reflector (reflection photo sensor) are known.
  • a photo interrupter has a structure in which a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and a light receiving element that converts an optical signal into an electrical signal are opposed to each other at a predetermined interval and integrated into one housing. It is a sensor that detects the presence or absence of an object based on a change in the amount of light caused by passing between both elements.
  • the photoreflector has a structure in which a light emitting element that converts an electric signal into an optical signal and a light receiving element that converts an optical signal into an electric signal are provided in the same direction, and is integrated into one nozzle and wing.
  • This sensor has a structure and detects a change in reflected light from an object.
  • the device described in Patent Document 1 uses a photo interrupter as a position detection sensor.
  • a lens barrel having a zoom function or a focus function such as a digital camera is driven in the optical axis direction.
  • a sensor that detects the origin of the zoom lens unit and focus lens unit is installed. This origin position is detected by driving the lens unit with a motor using a shielding member attached to the lens unit and a photo interrupter, and the shielding member moved with the lens unit crosses the photosensor to transmit light. They were shielded and detected by monitoring the output level of the photosensor.
  • the one described in Patent Document 2 uses a photoreflector as a position detection sensor, and the photoreflector is fixed to one member that rotates relatively, for example, a fixed ring.
  • a reflective member (reflective sheet) is bonded and fixed to the other member, for example, a rotating ring.
  • the reflector and the reflecting member are fixed at predetermined positions of both members, and as a result, the origin can be detected at the position where the output of the photo reflector is generated.
  • FIG. 1 and FIG. 2 are configuration diagrams for explaining a conventional position detection device using a magnetic sensor.
  • FIG. 1 is a view showing a position detection sensor having a magnet and Hall element force
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a signal processing circuit of a position detection device incorporating the position detection sensor shown in FIG.
  • the position detection sensor includes a magnet (magnetic force generator) 1 and two Hall elements (for example, one Hall element pair (magnetic sensor pair) spaced apart from each other. )) 2a and 2b.
  • the magnet 1 has a cylindrical shape, and the upper surface side and the lower surface side thereof are magnetized to an N pole and an S pole, respectively.
  • the Hall element pair 2a, 2b is attached to a fixed-side object (fixed member) such as the apparatus body, and the magnet 1 is attached to a moving-side object (moving member) that moves relative to the fixed member.
  • the magnet 1 attached to the moving member is movable in the direction of arrow AR1 (X direction) in the figure with respect to the Hall element pair 2a, 2b attached to the fixed member.
  • BD indicates a magnetic flux detection axis.
  • the signal processing circuit 3 shown in FIG. 2 includes differential amplifying units 11a and l ib, a subtracting unit 13, and a low-pass filter 15.
  • the Hall electromotive force Vha which is the difference between the output potentials Val and Va2 of the Hall element 2a is obtained by the differential amplifier 11a
  • the Hall electromotive force Vhb which is the difference between the output potentials Vb1 and Vb2 of the Hall element 2b is different.
  • the output value from the subtracting unit 13 further passes through the low-pass filter 15 and is output as an output (position output) indicating the position of the magnet 1.
  • the signal processing circuit 3 includes an adding unit 14, a calculation unit 16, and a power supply control unit 17, and each of these processing units 14, 16, and 17 is used for each of the Hall elements 2a and 2b.
  • Each input The voltage Vin is controlled so that the sum (sum) of the output voltages (Hall electromotive force) Vha and Vhb is constant.
  • the signal processing circuit 3 controls the input value Vin of the Hall element pair 2a and 2b so that the added value (Vha + Vhb) of the output values of the Hall element pair 2a and 2b becomes a constant value Vet.
  • the subtracted value ⁇ of the output value of the Hall element pair 2a, 2b is detected and output as a position output.
  • the position detection device incorporating the above-described magnet and the position detection sensor that also has the Hall element force, generally has a backlash of the moving mechanism (backlash in the vertical direction of the magnet), which is an error. There was a problem of becoming a factor. On the other hand, the photo-interrupter did not detect backlash in the vertical direction, but detected the position in the horizontal direction.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to eliminate variations in temperature characteristics by taking a ratio of output voltages of a plurality of Hall elements.
  • An object of the present invention is to provide a position detection device and a position detection method that eliminates errors due to vertical backlash and that can be miniaturized.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-58818
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132751
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-331399
  • the present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 is characterized in that a plurality of magnetic detection elements arranged apart from each other, and the magnetic detection elements are provided.
  • a magnetic flux generator that moves relative to the magnetic detection element, and a determination unit that determines an origin position by using a change in a ratio of output voltages from the magnetic detection element.
  • the determining means includes a control unit that feedback-controls the output voltage of one of the magnetic detection elements to a constant value, and the one of the magnetic detection elements when the control unit is controlled to a constant value by the control unit.
  • a drive unit that drives the other magnetic detection element of the magnetic detection element with the same drive current as that supplied to the magnetic detection element, the output voltage of the one magnetic detection element and the output of the other magnetic detection element It is characterized by obtaining an output with a ratio to voltage.
  • the magnetic flux density detected by the one magnetic detection element and the other magnetic detection element is performed when the absolute value of the degree is a predetermined value that does not include zero.
  • the control unit has a function of adding a reference voltage to an output voltage of the one magnetic detection element, and a function of adjusting an output voltage of the one magnetic detection element to a constant value. It is characterized by being.
  • a feedback sample 'hold circuit for sampling the output signal of the one magnetic detection element is provided in the preceding stage of the control unit, and a sample' hold circuit for sampling the output signal of the other magnetic detection element Is provided in the output stage.
  • the state where the magnetic flux generator is attached / detached is determined by an output of a ratio of output voltages by the magnetic detection element.
  • the magnetic detection element is a Hall element.
  • V ref reference voltage
  • Output voltage (Vhe2 ⁇ Vref ⁇ ), which is the ratio of the magnetic flux density (Bhel) received by the one magnetic sensing element to the magnetic flux density (Bhe2) received by the other magnetic sensing element. Bhe2 / Bhel) is obtained.
  • the magnetic flux density detected by the one magnetic detection element and the other magnetic detection element operates when the absolute value of the magnetic flux density is a predetermined value that does not include zero.
  • the magnetic detection element is a Hall element.
  • the change in the ratio of the plurality of magnetic detection elements arranged apart from each other, the magnetic flux generator that moves relative to the magnetic detection elements, and the output voltage from the magnetic detection elements And a means to determine the origin position by using the ratio of the output voltage of multiple Hall elements to eliminate variations in temperature characteristics and eliminate errors due to vertical fluctuations.
  • a position detection device and a position detection method that can be miniaturized can be realized.
  • the present invention uses a division method (ratio), the output at the origin is 1 (ratio), and the output when the magnet is removed is 0. Obviously, the present invention uses a division method (ratio), the output at the origin is 1 (ratio), and the output when the magnet is removed is 0. Obviously, the present invention uses a division method (ratio), the output at the origin is 1 (ratio), and the output when the magnet is removed is 0. Obviously, the present invention uses a division method (ratio), the output at the origin is 1 (ratio), and the output when the magnet is removed is 0. Become.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a conventional position detecting device using a magnetic sensor, and shows a position detecting sensor that also has a magnet and Hall element force.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a conventional position detection device using a magnetic sensor, and is a diagram showing a signal processing circuit of the position detection device incorporating the position detection sensor shown in FIG.
  • FIG. 3A is a configuration diagram showing an embodiment of a position detection sensor according to the present invention, and is a diagram for explaining a conventional difference (sum) method.
  • FIG. 3B is a block diagram showing an embodiment of the position detection sensor according to the present invention, and is a diagram for explaining the division method of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship of the differential magnetic flux density (mT) by the Hall element with respect to the moving distance (m) of the magnet in the differential (sum) method.
  • FIG. 5A is a diagram for explaining the division method in the present invention, and shows the relationship of the magnetic flux density (mT) to the moving distance (mm 2).
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the division method in the present invention, and shows the relationship of the magnetic flux density ratio with respect to the movement distance m 2).
  • FIG. 6A is a diagram showing the GAP dependence of the signal (difference Z sum) in the difference (sum) method.
  • Fig. 6B is a diagram showing the GAP dependence of the signal (absolute value of the ratio) in the division method.
  • FIG. 7 is a block diagram for explaining an embodiment of the position detection device of the present invention.
  • FIG. 7 shows the signal processing of the position detection device when the position detection sensor based on the division method shown in FIG. 3B is used. It is a figure which shows a circuit.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining an embodiment of the position detection method of the present invention.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are comparison diagrams of the position detection sensor of the conventional difference (sum) method and the division method of the present invention.
  • 3A is a diagram for explaining the difference (sum) method
  • FIG. 3B is a diagram for explaining the division method.
  • reference numeral 21 denotes a magnet
  • 22a and 22b denote Hall elements HE1 and HE2.
  • This position detection sensor includes one magnet 21 and two Hall elements 22a and 22b that are spaced apart from each other.
  • the centers of the Hall elements 22a and 22b are arranged at positions that are separated from the origin (O / z m) by ⁇ 500 / ⁇ ⁇ .
  • the magnet 21 has a disk shape, and its side portions are magnetized to the N pole and the S pole, respectively.
  • the Hall elements 22a and 22b are attached to a fixed-side object (fixed member) such as the apparatus body, and the magnet 21 is attached to a moving-side object (moving member) that moves relative to the fixed member.
  • the magnet 21 attached to the moving member can move in the arrow direction (X direction) in the figure with respect to the Hall elements 22a and 22b attached to the fixed member.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship of the differential magnetic flux density (mT) by the Hall element with respect to the magnet travel distance ( ⁇ m) in the difference (sum) method. Near the origin, the magnetic field is 0 in terms of the sum. When the magnet moves from the origin, the magnitude of the magnetic field seen by the sum is linear to the right become bigger.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the division method in the present invention.
  • FIG. 5A shows the relationship between the moving distance (mm) and the magnetic flux density (mT)
  • FIG. 5B shows the moving distance ( ⁇ m). Show the relationship of the magnetic flux density ratio to each! /
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the GAP dependency of the output signal in the position detection sensor of the conventional difference (sum) method and the division method of the present invention
  • FIG. 6A is a signal in the difference (sum) method
  • Figure 6B shows the GAP dependence of the signal (absolute value of the ratio) in the division method.
  • the distance between the centers of the magnetic sensing parts of Hall elements 22a and 22b is lmm, and the GAP is from 0.7mm to 1.
  • the output signal changes depending on the GAP in the conventional difference (sum) method, whereas in the division method, the output signal is almost dependent on the GAP. You can see that there is no. In other words, the division method has the advantage that the output hardly fluctuates with respect to the vertical play.
  • FIG. 7 is a block diagram for explaining an embodiment of the position detection device of the present invention.
  • FIG. 7 shows a signal processing circuit of the position detection device when the position detection sensor based on the division method shown in FIG. 3B is used.
  • 31 is a multiplexer (MUX; selection circuit)
  • 32 is a preamplifier (operational amplifier)
  • 33 is a clock signal generation circuit (Clock)
  • 34 is a sample 'hold circuit (SZH)
  • 35 is a low-pass filter (LPF).
  • 36 is a sample for feedback 'Ho 41 is a PI (proportion integral) regulator
  • 42 is a reference voltage generation circuit
  • 43 to 45 are resistors
  • 46 is a capacitor
  • 47 is an operational amplifier.
  • the MUX 31 is a selection circuit having a function of selecting the signal component force of the Hall element 22a (HE1) and the signal component of the Hall element 22b (HE2).
  • the preamplifier 32 is an operational amplifier that amplifies the output voltages of the Hall elements 22a and 22b.
  • the sample and hold circuit 34 is a circuit that samples the signal from the preamplifier 32 by the clock signal generated from the clock signal generation circuit 33 based on the signal from the MU X31.
  • the low-pass filter 35 is connected to the sample / hold circuit 34 and outputs a position detection signal — Vref ⁇ ⁇ 2 ⁇ 1.
  • the sample / hold circuit 36 for feedback is a circuit for inputting the signal from the preamplifier 32 to the regulator 41.
  • This regulator 41 is composed of a reference voltage generation circuit 42, resistors 43 to 45, a capacitor 46, and an operational amplifier 47.
  • the feedback sample 'hold circuit 36 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 47 via a resistor 44.
  • the inverting input terminal is connected to a reference voltage generating circuit 42 via a resistor 43.
  • the non-inverting input terminal of the operational amplifier 47 is grounded.
  • a resistor 45 and a capacitor 46 connected in series are connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 47.
  • This regulator 41 is a regulator that controls the signal sampled by the sample / hold circuit 36 for feedback so as to reach the voltage level of the reference voltage Vref.
  • the PI regulator 41 performs PI control with a time constant determined by the resistor 43 and the capacitor 46, and can control a discretely sampled signal without oscillating.
  • the clock signal generation circuit 33 is a circuit that generates a clock signal for determining a signal to be taken into the sample / hold circuit 34 and the sample / hold circuit 36 for feedback. Further, the PI regulator 41 supplies a drive current to each of the Hall elements 22a and 22b.
  • the Hall voltage Vhel (Vhe2) output from the Hall element 22a (or 22b) selects the Hall element 22a (22b) by the clock signal generated by the clock signal generation circuit 33. When selected, it is connected to the preamplifier 32 via the MUX 31 and amplified by a predetermined amplification factor A.
  • the signal amplified by the preamplifier 32 is fed into the PI regulator 41 via the feedback sample 'hold circuit 36' and the hall voltage Vhel of the Hall element 22a is used as the sample 'hold circuit 34 and the low pass.
  • the signal output via the filter 35 is the Hall voltage Vhe2 of the Hall element 22b.
  • the Hall voltage Vhel of the Hall element 22a is amplified by the preamplifier 32 and becomes A'K'Bhel (A is the amplification factor of the preamplifier 32, K is a constant, and Bhel is the magnetic flux density received by the Hall element 22a).
  • PI regulator 41 is controlled by feedback control.
  • the bias point of the PI output is automatically changed so that
  • the Hall voltage Vhe2 of the Hall element 22b output from the low-pass filter 35 is obtained by dividing the magnetic flux density received by the Hall element 22a and the Hall element 22b. It is output and does not require any operation means.
  • the position detection device of the present invention includes the absolute value force zero of the magnetic flux density detected by the Hall element 22a and the Hall element 22b. However, it operates by being a predetermined value.
  • the output voltage Vhe2 of 2b becomes constant with temperature. Also, if the attenuation of the magnetic field is the same for Bhel and Bhe2, the output voltage Vhe2 of the Hall element 22b is not affected.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining an embodiment of the position detection method of the present invention.
  • the amplified output voltage of the Hall element 22a is input to the PI regulator 41 via the feedback sample and hold circuit 36, and the PI regulator 41 uses the reference voltage as the output voltage (Vhel) of the Hall element 22a. (Vref) is added and feedback control is performed so that the output becomes a constant value (step 2).
  • the Hall element 22b is driven with the same drive current as the drive current supplied to the Hall element 22a when feedback control is performed (step 3).
  • the amplified output voltage Vhe2 of the Hall element 22b is divided into the magnetic flux density (Bhe2ZBhel) received by the Hall element 22a and the Hall element 22b via the sample-and-hold circuit 34 and the low-pass filter 35. Output (step 5).
  • the Hall voltage is proportional to the magnetic flux density, it is understood that this is equivalent to dividing the output voltage of the Hall element 22a and the Hall element 22b.
  • the magnetic Desorption determination will be described.
  • the absolute value of the output at the origin is 0, and the output when the magnet 21 is removed is also 0. Therefore, in this case, the attachment / detachment determination of the magnet cannot be performed.
  • the absolute value of the output at the origin is 1 (ratio), that is, a value other than 0, and the output when the magnet 21 is removed is 0. Therefore, in this case, the attachment / detachment determination of the magnet can be performed.
  • the present invention relates to a position detection apparatus and a position detection method for detecting the origin of a camera autofocus and zoom position.
  • the present invention relates to a temperature characteristic. It is possible to realize a position detection device and a position detection method that can eliminate the variation and eliminate the error caused by the backlash in the vertical direction and can be miniaturized. Further, the present invention uses a division method (ratio), the output at the origin is 1 (ratio), and the output when the magnet is removed is 0, so that the attachment / detachment determination of the magnet is possible.

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Abstract

　本発明は、複数のホール素子の出力電圧の比をとることにより、温度特性のバラツキを解消し、縦方向のガタツキによる誤差をなくすようにした位置検出装置及び位置検出方法に関する。ホール素子（２２ａ）のホール電圧Ｖｈｅ１は、Ａ・Ｋ・Ｂｈｅ１（Ａはプレアンプ（３２）の増幅率、Ｋは定数、Ｂｈｅ１はホール素子が受ける磁束密度）になったとすると、ＰＩレギュレータ（４１）はフィードバック制御によってＡ・Ｋ・Ｂｈｅ１＋Ｖｒｅｆ＝ＡＧＮＤ（＝０）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。増幅後のホール素子（２２ｂ）のホール電圧Ｖｈｅ２はＡ・Ｋ・Ｂｈｅ２となる。Ｋ＝－Ｖｒｅｆ／Ａ・Ｂｈｅ１であるから、ホール素子のホール電圧Ｖｈｅ２は、－Ｖｒｅｆ・Ｂｈｅ２／Ｂｈｅ１となる。ホール電圧は、磁束密度と比例するので、ホール素子（２２ａ）とホール素子（２２ｂ）の出力電圧を割り算していることと等価である。

Description

明 細 書
位置検出装置及び位置検出方法
技術分野
[0001] 本発明は、位置検出装置及び位置検出方法に関し、より詳細には、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の位置検出装置及び位置検出方法 に関する。
背景技術
[0002] 従来から、位置検出用センサとしては、フォトインタラプタ（photo interrupter ;透 過型フォトセンサ）又はフォトリフレクタ（photo reflecter ;反射型フォトセンサ）を用 いたものが知られている。
[0003] フォトインタラプタは、電気信号を光信号に変換する発光素子と、光信号を電気信 号に変換する受光素子とを一定の間隔を隔てて対向させ、 1つのハウジングに一体 化した構造を有し、両素子間を通過することによって生じる光量変化により、物体の 有無を検出するセンサである。
[0004] また、フォトリフレクタは、電気信号を光信号に変換する発光素子と、光信号を電気 信号に変換する受光素子とを同一方向に併設し、 1つのノ、ウジングに一体ィ匕した構 造を有し、物体からの反射光の変化を検出するセンサである。
[0005] 例えば、特許文献 1に記載のものは、位置検出用センサとしてフォトインタラプタを 用いたもので、デジタルカメラなどのズーム機能やフォーカス機能を有するレンズ鏡 筒には、光軸方向に駆動するズームレンズユニットやフォーカスレンズユニットの原点 位置を検出するセンサが取付けられている。この原点位置の検出は、レンズユニット に取付けられた遮蔽部材とフォトインタラプタを用いて、レンズユニットをモータにより 駆動し、このレンズユニットと共に移動される遮蔽部材がフォトセンサを横切ることによ り光を遮蔽し、そのフォトセンサの出力レベルの監視を行うことで検出するようにして いた。
[0006] また、例えば、特許文献 2に記載のものは、位置検出用センサとしてフォトリフレクタ を用いたもので、相対回動する一方の部材、例えば、固定環にフォトリフレクタを固定 し、他方の部材、例えば、回転環に反射部材 (反射シート）を接着固定している。フォ トリフレクタと反射部材は、両部材の予め定めた位置に固定され、その結果、フォトリ フレクタの出力が生じる位置で原点検出ができるようにしたものである。
[0007] このように、位置検出用センサとしてフォトインタラプタゃフォトリフレクタを用いたも のは、温度特性的には安定性がある力 サイズが大きくなり、 AF (オートフォーカス） ユニットの小型化を妨げているという問題があった。このような問題を解決するために 、磁石と磁気センサを用いた位置検出センサが開発されている（例えば、特許文献 3 参照)。
[0008] 図 1及び図 2は、従来の磁気センサによる位置検出装置を説明するための構成図 で、図 1は、磁石とホール素子力もなる位置検出センサを示す図で、図 2は、図 1に示 した位置検出センサを組み込んだ位置検出装置の信号処理回路を示す図である。
[0009] 図 1に示すように、位置検出センサは、 1つの磁石 (磁力発生体） 1と、互いに離間し て配置された 2つのホール素子（例えば、 1組のホール素子対 (磁気センサ対) ) 2a, 2bとを備えている。磁石 1は、円柱形状を有しており、その上面側および下面側がそ れぞれ N極および S極に磁化されている。ホール素子対 2a, 2bは、装置本体などの 固定側の物体（固定部材）に取り付けられ、磁石 1は、固定部材に対して移動する移 動側の物体 (移動部材）に取り付けられている。そして、移動部材に取り付けられた磁 石 1は、固定部材に取り付けられたホール素子対 2a, 2bに対して図の矢印 AR1方 向（X方向）に移動可能である。なお、 BDは磁束検出軸を示している。
[0010] 図 2に示された信号処理回路 3は、差動増幅部 11a, l ibと減算部 13とローパスフ ィルタ 15とを備えている。ホール素子 2aの出力電位 Val, Va2の差であるホール起 電力 Vhaが、差動増幅部 11aによって求められるとともに、ホール素子 2bの出力電 位 Vb 1 , Vb2の差であるホール起電力 Vhbが差動増幅部 1 lbによって求められる。 そして、この両者 Vha, Vhbの差 AV (=Vha— Vhb)が減算部 13によって算出され る。この減算部 13からの出力値は、ローパスフィルタ 15をさらに通過して磁石 1の位 置を表す出力 (位置出力）として出力される。
[0011] また、信号処理回路 3は、加算部 14と演算部 16と電源制御部 17とを備え、これら の各処理部 14, 16, 17を用いて、各ホール素子 2a, 2bのそれぞれに対する各入力 電圧 Vinは、各出力電圧 (ホール起電力） Vha, Vhbの加算値 (和）が一定となるよう に制御されている。このように、信号処理回路 3は、ホール素子対 2a, 2bの出力値の 加算値 (Vha+Vhb)が一定値 Vetになるようにホール素子対 2a, 2bの入力値 Vinを 制御した上で、ホール素子対 2a, 2bの出力値の減算値 Δνを、位置出力として検出 して出力するように構成されて 、る。
[0012] し力しながら、上述した磁石とホール素子力もなる位置検出センサを組み込んだ位 置検出装置は、一般的に移動機構のガタツキ (磁石の縦方向のガタツキ）があり、こ れが誤差要因となってしまうという問題があった。一方、フォトインタラプタは縦方向の ガタツキを検出せず、横方向の位置を検出していた。
[0013] 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、複数 のホール素子の出力電圧の比をとることにより、温度特性のバラツキを解消するととも に、縦方向のガタツキによる誤差をなくすようにし、かつ小型化を可能にした位置検 出装置及び位置検出方法を提供することにある。
[0014] 特許文献 1 :特開 2006— 58818号公報
特許文献 2 :特開 2004— 132751号公報
特許文献 3 :特開 2005— 331399号公報
発明の開示
[0015] 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、互いに離間して配置された複数の磁気検出素子と、該磁気検出素子に対して 相対移動する磁束発生体と、前記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ことを特徴とする。
[0016] また、前記決定手段が、前記磁気検出素子の一方の磁気検出素子の出力電圧を 一定値にフィードバック制御する制御部からなり、該制御部により一定値に制御され たときの前記一方の磁気検出素子に供給する駆動電流と同じ駆動電流で前記磁気 検出素子の他方の磁気検出素子を駆動する駆動部とを備え、前記一方の磁気検出 素子の出力電圧と前記他方の磁気検出素子の出力電圧との比の出力を得ることを 特徴とする。
[0017] また、前記一方の磁気検出素子及び前記他方の磁気検出素子が検出する磁束密 度の絶対値が、ゼロを含まな 、所定値であることで動作することを特徴とする。
[0018] また、前記制御部が、前記一方の磁気検出素子の出力電圧に基準電圧を加算す る機能と、前記一方の磁気検出素子の出力電圧を一定値に調整する機能とを有して いることを特徴とする。
[0019] また、前記一方の磁気検出素子の出力信号をサンプリングするフィードバック用サ ンプル'ホールド回路を前記制御部の前段に設けるとともに、前記他方の磁気検出 素子の出力信号をサンプリングするサンプル 'ホールド回路を出力段に設けたことを 特徴とする。
[0020] また、前記磁束発生体の脱着状態を、前記磁気検出素子による出力電圧の比の出 力によって判定することを特徴とする。
[0021] また、前記磁気検出素子が、ホール素子であることを特徴とする。
[0022] また、互いに離間して配置された複数の磁気検出素子と、該磁気検出素子に対し て相対移動する磁束発生体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、前記磁気検出素子のうち一方の磁気検出素子の出力電圧 (Vhel =A'K'Bhe 1 ;Aは増幅器の増幅率、 Kは定数、 Bhelは一方の磁気検出素子が受ける磁束密 度)を得るステップと、前記一方の磁気検出素子の出力電圧 (Vhel)に基準電圧 (V ref)を加算して一定値になるようにフィードバック制御するステップと、前記フィードバ ック制御されたときの前記一方の磁気検出素子に供給する駆動電流と同じ駆動電流 で前記磁気検出素子のうち他方の磁気検出素子を駆動するステップと、前記他方の 磁気検出素子の出力電圧 (Vhe2=A'K'Bhe2 ;Bhe2は他方の磁気検出素子が受 ける磁束密度）を得るステップとを有し、前記フィードバック制御するステップにおいて 、前記一方の磁気検出素子の出力電圧を一定値 (Vhel =A'K'Bhel +Vref=0) に制御することによって、前記他方の磁気検出素子の出力電圧を得るステップにお いて、前記一方の磁気検出素子が受ける磁束密度 (Bhel)と前記他方の磁気検出 素子が受ける磁束密度（Bhe2)との比となる出力電圧 (Vhe2= -Vref -Bhe2/Bh el)を得るようにしたことを特徴とする。
[0023] また、前記一方の磁気検出素子及び前記他方の磁気検出素子が検出する磁束密 度の絶対値が、ゼロを含まな 、所定値であることで動作することを特徴とする。 [0024] また、前記磁気検出素子が、ホール素子であることを特徴とする。
[0025] 本発明によれば、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ので、複数のホール素子の 出力電圧の比をとることにより、温度特性のバラツキを解消するとともに、縦方向のガ タツキによる誤差をなくすようにし、かつ小型化を可能にした位置検出装置及び位置 検出方法を実現することができる。
[0026] また、本発明は、割り算方式 (比）を用いており、原点での出力は 1 (比）となり、磁石 を外したときの出力は 0になるので、磁石の着脱判定が可能となる。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]図 1は、従来の磁気センサによる位置検出装置を説明するための構成図で、磁 石とホール素子力もなる位置検出センサを示す図である。
[図 2]図 2は、従来の磁気センサによる位置検出装置を説明するための構成図で、図 1に示した位置検出センサを組み込んだ位置検出装置の信号処理回路を示す図で ある。
[図 3A]図 3Aは、本発明に係る位置検出センサの一実施例を示す構成図で、従来の 差分 (和)方式を説明するための図である。
[図 3B]図 3Bは、本発明に係る位置検出センサの一実施例を示す構成図で、本発明 の割り算方式を説明するための図である。
[図 4]図 4は、差分 (和）方式における磁石の移動距離（ m)に対するホール素子に よる差分磁束密度 (mT)の関係を示す図である。
[図 5A]図 5Aは、本発明における割り算方式を説明するための図で、移動距離 (mm )に対する磁束密度 (mT)の関係を示して!/、る。
[図 5B]図 5Bは、本発明における割り算方式を説明するための図で、移動距離 m )に対する磁束密度比の関係を示している。
[図 6A]図 6Aは、差分 (和)方式における信号 (差分 Z和)の GAP依存性示す図であ る。
[図 6B]図 6Bは、割り算方式における信号 (比の絶対値)の GAP依存性を示す図であ る。
[図 7]図 7は、本発明の位置検出装置の一実施例を説明するための構成図で、図 3B に示した割り算方式による位置検出センサを用いた場合の位置検出装置の信号処 理回路を示す図である。
[図 8]図 8は、本発明の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最良の形態
[0028] 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
まず、本発明の位置検出装置に用いられる割り算方式の位置検出センサを説明す るために、従来の差分 (和)方式の位置検出センサとの比較を行なって説明する。
[0029] 図 3A及び図 3Bは、従来の差分 (和)方式と本発明の割り算方式の位置検出セン サの比較図である。図 3Aは差分 (和)方式、図 3Bは割り算方式を説明するための図 である。なお、図中符号 21は磁石、 22a, 22bはホール素子 HE1, HE2を示してい る。
[0030] この位置検出センサは、 1つの磁石 21と、互いに離間して配置された 2つのホール 素子 22a, 22bとを備えている。この例では原点（O /z m)から ± 500 /ζ πι離れた位置 にそれぞれのホール素子 22a, 22bの中心が配置されている。磁石 21は、円板形状 を有しており、その側部がそれぞれ N極及び S極に磁ィ匕されている。ホール素子 22a , 22bは、装置本体などの固定側の物体（固定部材）に取り付けられ、磁石 21は、固 定部材に対して移動する移動側の物体 (移動部材）に取り付けられている。そして、 移動部材に取り付けられた磁石 21は、固定部材に取り付けられたホール素子 22a, 22bに対して図中の矢印方向（X方向）に移動可能である。
[0031] 図 3Aに示した差分 (和）方式においては、原点での出力は 0である。これに対して、 図 3Bに示した割り算方式においては、原点での出力の絶対値は 1 (比）、つまり、 0で ない値となる。
[0032] 図 4は、差分 (和）方式における磁石の移動距離 ( μ m)に対するホール素子による 差分磁束密度 (mT)の関係を示す図である。原点近辺では、和分でみると磁場は 0 となる。原点から磁石が移動すると、和分でみる磁場の大きさは、右上がりに直線状 に大きくなる。
[0033] 図 5A及び図 5Bは、本発明における割り算方式を説明するための図で、図 5Aは移 動距離 (mm)に対する磁束密度 (mT)の関係、図 5Bは移動距離 ( μ m)に対する磁 束密度比の関係をそれぞれ示して！/、る。
[0034] 図 5Aにおける移動距離 (mm)と磁束密度 (mT)との関係、つまり、移動距離が大 きくなればそれにつれて磁束密度も大きくなるような関係を見ると、図 5Bに示すように 、マイナス側力 プラス側に移動するにつれて右下がりの特性になり、比の変化が捕 らえられ、 ON— OFFを検出できる。理想的には比の絶対値が 1より大きいか小さい 力を ON - OFFで捕らえて原点を検出する。
[0035] 図 6A及び図 6Bは、従来の差分 (和)方式と本発明の割り算方式の位置検出セン サにおける出力信号の GAP依存性を示す図で、図 6Aは差分 (和）方式における信 号 (差分 Z和）の GAP依存性、図 6Bは割り算方式における信号 (比の絶対値)の G AP依存性を示す図である。
[0036] ホール素子 22a, 22bの感磁部の中心間距離が lmmで、 GAPを 0. 7mmから 1.
5mm変化させた場合の、移動距離 m)と出力信号との関係を示している。図 6A において、原点（0 μ m)力ら ± 100 μ mにおけるホール電圧の差分 Ζ和の出力は、 マイナス側からプラス側に移動するにつれて右下がりの直線特性になる。また、図 6B において、原点（0 m)から ± 100 mにおけるホール電圧の比の出力は、マイナス 側からプラス側に移動するにつれて右上がりの特性になる。
[0037] これらの図 6A及び図 6Bから明らかなように、従来の差分 (和）方式では出力信号 が GAPに依存して変化するのに対して、割り算方式においては GAPに対して殆ど 依存性がないことがわかる。すなわち、割り算方式では縦方向のガタツキに対して出 力が殆ど変動しな 、と 、う利点を有する。
[0038] 図 7は、本発明の位置検出装置の一実施例を説明するための構成図で、図 3Bに 示した割り算方式による位置検出センサを用いた場合の位置検出装置の信号処理 回路を示す図である。図中符号 31はマルチプレクサ（MUX;選択回路）、 32はプレ アンプ (演算増幅器）、 33はクロック信号発生回路 (Clock)、 34はサンプル 'ホール ド回路（SZH)、 35はローパスフィルタ（LPF)、 36はフィードバック用サンプル 'ホー ルド回路（FBS/H)、 41は PI (proportion integral;比例'積分）レギユレータ、 42 は基準電圧発生回路、 43乃至 45は抵抗、 46はコンデンサ、 47はオペアンプを示し ている。
[0039] MUX31は、ホール素子 22a (HE1)の信号成分力、ホール素子 22b (HE2)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 32は、ホール素子 22a , 22b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 34は、 MU X31からの信号に基づいてクロック信号発生回路 33から発生されるクロック信号によ りプレアンプ 32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 35はサン プル'ホールド回路 34に接続され、位置検出信号— Vref ·Β2ΖΒ1を出力する。また 、フィードバック用のサンプル 'ホールド回路 36は、プレアンプ 32からの信号を ΡΙレ ギユレータ 41に入力する回路である。
[0040] この ΡΙレギユレータ 41は、基準電圧発生回路 42と抵抗 43乃至 45とコンデンサ 46 とオペアンプ 47からなり、フィードバック用のサンプル 'ホールド回路 36は、オペアン プ 47の反転入力端子に抵抗 44を介して接続されているとともに、この反転入力端子 には抵抗 43を介して基準電圧発生回路 42と接続されている。また、オペアンプ 47の 非反転入力端子は接地されている。また、オペアンプ 47の反転入力端子と出力端子 間には、直列接続された抵抗 45とコンデンサ 46が接続されている。
[0041] この ΡΙレギユレータ 41は、フィードバック用のサンプル 'ホールド回路 36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 ΡΙ制御するレギユレ ータである。この PIレギユレータ 41は、抵抗 43とコンデンサ 46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 33は、サンプル ·ホールド回路 34及びフィードバック用のサンプル ·ホールド回路 36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レギユレータ 41は、ホール素子 22a, 22b のそれぞれに駆動電流を供給するものである。
[0042] 次に、この信号処理回路の動作について説明する。
[0043] ホール素子 22a (あるいは 22b)から出力されたホール電圧 Vhel (Vhe2)は、クロッ ク信号発生回路 33によって発生されるクロック信号によりホール素子 22a (22b)を選 択したときに、 MUX31を介してプレアンプ 32に接続され、所定の増幅率 Aによって 増幅される。
[0044] 今仮に、プレアンプ 32によって増幅された信号をフィードバック用のサンプル 'ホー ルド回路 36を介して PIレギユレータ 41に取り込む信号をホール素子 22aのホール電 圧 Vhelとし、サンプル 'ホールド回路 34及びローパスフィルタ 35を介して出力される 信号をホール素子 22bのホール電圧 Vhe2とする。ホール素子 22aのホール電圧 Vh elは、プレアンプ 32で増幅され、 A'K'Bhel (Aはプレアンプ 32の増幅率、 Kは定 数、 Bhelはホール素子 22aが受ける磁束密度）になったとすると、 PIレギユレータ 41 はフィードバック制御によって
A-K-Bhel +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。
[0045] このとき、この PI出力と同じバイアス点にてホール素子 22b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、ホール素子 22aと 22bの磁気感度が良好なマツ チングが取れていると仮定した場合、サンプル 'ホールド回路 34に取り込まれる増幅 後のホール素子 22bのホール電圧 Vhe2は A'K'Bhe2となる。
[0046] 上記（1)式より、定数 Kを求めると、 K=—VrefZA'Bhelであるから、ホール素子 22bのホール電圧 Vhe2は
-Vref-Bhe2/Bhel - - · (2)
となる。この動作は、 PIレギユレータ 41のフィードバック制御することだけによつて、 ローパスフィルタ 35から出力されるホール素子 22bのホール電圧 Vhe2は、ホール素 子 22aとホール素子 22bの受ける磁束密度を割り算した形で出力され、何ら演算手 段を必要としな 、ものである。
[0047] すなわち、ホール素子 22aのホール電圧 Vhelを一定電圧に制御し、同じ駆動電 圧にてホール素子 22bを駆動してその出力電圧を取ると、ホール素子 22aとホール 素子 22bの受ける磁束密度を割り算した形になって 、ることがわ力る。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 22aとホール素子 22b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。なお、本発明の位置検出装置は 、ホール素子 22a及びホール素子 22bが検出する磁束密度の絶対値力 ゼロを含ま な 、所定値であることで動作する。
[0048] このように、磁界の温度係数が、 Bhel, Bhe2に対して同じであれば、ホール素子 2
2bの出力電圧 Vhe2は温度に対して一定となる。また、磁界の減衰が Bhel, Bhe2 に対して同じであれば、ホール素子 22bの出力電圧 Vhe2には影響しない。
[0049] 図 8は、本発明の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。
[0050] まず、ホール素子 22aの出力電圧（Vhel =A.K'Bhel ;Aは増幅器の増幅率、 K は定数、 Bhelはホール素子 22aが受ける磁束密度）を、選択回路 31及びプレアン プ 32を介して得る (ステップ 1)。
[0051] 次に、増幅されたホール素子 22aの出力電圧をフィードバック用サンプル.ホールド 回路 36介して PIレギユレータ 41に入力し、この PIレギユレータ 41において、ホール 素子 22aの出力電圧 (Vhel)に基準電圧 (Vref)を加算してその出力が一定値にな るようにフィードバック制御する (ステップ 2)。
[0052] 次に、フィードバック制御されたときのホール素子 22aに供給する駆動電流と同じ駆 動電流でホール素子 22bを駆動する (ステップ 3)。
[0053] 次に、ホール素子 22bの出力電圧（Vhe2=A'K'Bhe2 ;Bhe2はホール素子 22b が受ける磁束密度）を、選択回路 31及びプレアンプ 32を介して得る (ステップ 4)。
[0054] 次に、増幅されたホール素子 22bの出力電圧 Vhe2を、サンプル.ホールド回路 34 及びローパスフィルタ 35を介して、ホール素子 22aとホール素子 22bの受ける磁束 密度を割り算した形 (Bhe2ZBhel)で出力する (ステップ 5)。
[0055] 上述したフィードバック制御するステップ 2において、ホール素子 22aの出力電圧を 一定値 (Vhel =A'K'Bhel +Vref = 0)に制御することによって、ホール素子 22b の出力電圧を出力するステップ 5において、ホール素子 22aが受ける磁束密度 (Bhe
1)とホール素子 22bが受ける磁束密度 (Bhe2)との比となる出力電圧 (Vhe2=— Vr ef'Bhe2ZBhel)を得ることができる。
[0056] このようにして、ホール電圧は、磁束密度と比例するので、ホール素子 22aとホール 素子 22b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。
[0057] 次に、本発明における割り算方式を用いることにより、従来不可能であった磁石の 脱着判定について説明する。上述したように、図 3Aに示した差分 (和）方式において は、原点での出力の絶対値は 0であり、磁石 21を外したときの出力も 0になる。したが つて、この場合には磁石の着脱判定はできない。これに対して、図 3Bに示した割り算 方式においては、原点での出力の絶対値は 1 (比）、つまり、 0でない値となり、磁石 2 1を外したときの出力は 0になる。したがって、この場合には磁石の着脱判定が可能 である。
[0058] 以上は、一方のホール素子 22aの出力電圧から定数 Kを得て、他方のホール素子 22bの出力電圧と定数 Kとの関係力も磁束密度 Bhe2ZBhelの比の出力を得た力 これとは逆に、他方のホール素子 22bの出力電圧から定数 Kを得て、一方のホール 素子 22aの出力電圧と定数 Kとの関係力も磁束密度 BhelZBhe2の比の出力を得 るようにしてもよいことは明らかである。また、上述した実施例においては、ホーノレ素 子が 2個の場合について説明したが、それ以上のホール素子を備えた位置検出にも 適用できることが明らかである。
産業上の利用可能性
[0059] 本発明は、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の位置検 出装置及び位置検出方法に関するもので、複数のホール素子の出力電圧の比をと ることにより、温度特性のバラツキを解消するとともに、縦方向のガタツキによる誤差を なくすようにし、かつ小型化を可能にした位置検出装置及び位置検出方法を実現す ることができる。また、本発明は、割り算方式 (比）を用いており、原点での出力は 1 ( 比）となり、磁石を外したときの出力は 0になるので、磁石の着脱判定が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 互いに離間して配置された複数の磁気検出素子と、該磁気検出素子に対して相対 移動する磁束発生体と、前記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ことを特徴とする位置検出装置。
[2] 前記決定手段が、前記磁気検出素子の一方の磁気検出素子の出力電圧を一定 値にフィードバック制御する制御部からなり、該制御部により一定値に制御されたとき の前記一方の磁気検出素子に供給する駆動電流と同じ駆動電流で前記磁気検出 素子の他方の磁気検出素子を駆動する駆動部とを備え、前記一方の磁気検出素子 の出力電圧と前記他方の磁気検出素子の出力電圧との比の出力を得ることを特徴と する請求項 1に記載の位置検出装置。
[3] 前記一方の磁気検出素子及び前記他方の磁気検出素子が検出する磁束密度の 絶対値が、ゼロを含まな 、所定値であることで動作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。
[4] 前記制御部が、前記一方の磁気検出素子の出力電圧に基準電圧を加算する機能 と、前記一方の磁気検出素子の出力電圧を一定値に調整する機能とを有しているこ とを特徴とする請求項 2又は 3に記載の位置検出装置。
[5] 前記一方の磁気検出素子の出力信号をサンプリングするフィードバック用サンプル •ホールド回路を前記制御部の前段に設けるとともに、前記他方の磁気検出素子の 出力信号をサンプリングするサンプル 'ホールド回路を出力段に設けたことを特徴と する請求項 2, 3又は 4に記載の位置検出装置。
[6] 前記磁束発生体の脱着状態を、前記磁気検出素子による出力電圧の比の出力に よって判定する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。
[7] 前記磁気検出素子が、ホール素子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。
[8] 互いに離間して配置された複数の磁気検出素子と、該磁気検出素子に対して相対 移動する磁束発生体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、 前記磁気検出素子のうち一方の磁気検出素子の出力電圧を得るステップと、 前記一方の磁気検出素子の出力電圧に基準電圧を加算して一定値になるようにフ イードバック制御するステップと、
前記フィードバック制御されたときの前記一方の磁気検出素子に供給する駆動電 流と同じ駆動電流で前記磁気検出素子のうち他方の磁気検出素子を駆動するステツ プと、
前記他方の磁気検出素子の出力電圧を得るステップとを有し、
前記フィードバック制御するステップにおいて、前記一方の磁気検出素子の出力電 圧を一定値に制御することによって、前記他方の磁気検出素子の出力電圧を得るス テツプにおいて、前記一方の磁気検出素子が受ける磁束密度と前記他方の磁気検 出素子が受ける磁束密度との比となる出力電圧を得るようにしたことを特徴とする位 置検出方法。
[9] 前記一方の磁気検出素子及び前記他方の磁気検出素子が検出する磁束密度の 絶対値が、ゼロを含まない所定値であることで動作することを特徴とする請求項 8に 記載の位置検出方法。
[10] 前記磁気検出素子が、ホール素子であることを特徴とする請求項 8又は 9に記載の 位置検出方法。
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