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JP6018417B2 - Position detection device - Google Patents

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JP6018417B2
JP6018417B2 JP2012121984A JP2012121984A JP6018417B2 JP 6018417 B2 JP6018417 B2 JP 6018417B2 JP 2012121984 A JP2012121984 A JP 2012121984A JP 2012121984 A JP2012121984 A JP 2012121984A JP 6018417 B2 JP6018417 B2 JP 6018417B2
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Description

本発明は、ホールセンサを用いた位置検出装置に関し、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位によって、検出軸に沿った方向(検出軸方向)の位置検出精度が劣化する現象に耐性のある位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device using a Hall sensor, and is resistant to a phenomenon in which position detection accuracy in a direction along the detection axis (detection axis direction) deteriorates due to displacement in a direction other than the detection axis direction (other axis direction). The present invention relates to a position detection device having a gap.

近年、メカトロニクス機械や自動車などに用いられる移動距離などを検出する位置検出装置への期待が高まっている。特に、この種の産業機器の高性能化に伴い、小型で高精度、高信頼性の位置検出装置が要求されている。また、位置検出装置の一種に磁気エンコーダがある。   In recent years, there is an increasing expectation for a position detection device that detects a moving distance used in mechatronic machines and automobiles. In particular, along with the improvement in performance of this type of industrial equipment, there is a demand for a position detection device that is small, highly accurate, and highly reliable. One type of position detection device is a magnetic encoder.

また、従来と同等の高精度の位置検出機能を維持しつつ、従来よりも磁束検出手段と磁石の間の距離を縮めることが可能で、小型化、薄型化に適した位置検出装置として、複数個のホールセンサを用いるもの(例えば、特許文献1参照。)が知られている。例えば、磁束の変化に対応して位置の変化を検出する磁石と複数の磁束検出手段よりなる位置検出装置において、磁石は磁束検出手段の少なくとも二つを結ぶ線を磁石の磁壁面上に含み、磁石の移動方向は磁壁面上にあるようにするものが提案されている。   In addition, while maintaining a highly accurate position detection function equivalent to the conventional one, it is possible to reduce the distance between the magnetic flux detection means and the magnet as compared with the conventional one. A device using a single hall sensor (for example, see Patent Document 1) is known. For example, in a position detection device including a magnet that detects a change in position corresponding to a change in magnetic flux and a plurality of magnetic flux detection means, the magnet includes a line connecting at least two of the magnetic flux detection means on the magnetic wall surface of the magnet, It has been proposed that the moving direction of the magnet be on the magnetic wall surface.

そして、図9は、従来技術に係る位置検出装置をカメラモジュールに適用した概略斜視図である。図9に示すカメラモジュール40は、レンズ21と、このレンズ21を支持するレンズ枠22と、このレンズ枠22の側面22x,22yに、それぞれ1個ずつ固定された直方体の永久磁石(以下、単に磁石という)31x,31yと、これら磁石31x,31yの着磁方向の中央部付近に、ギャップGだけ離れて対面するように配置されたホールセンサ3x,3yと、これらホールセンサ3x,3yを固定する基板11と、により構成されている。なお、ホールセンサ3x,3yに電圧を印加するためのプリント配線等の図示説明は省略する。また、ギャップGに関しては、後ほど図2を用いて正確に定義するほか、図7において、ギャップGを「センサ位置(磁石-センサ距離:Gap)」mmとも表示している。   FIG. 9 is a schematic perspective view in which the position detection device according to the prior art is applied to a camera module. A camera module 40 shown in FIG. 9 includes a lens 21, a lens frame 22 that supports the lens 21, and rectangular parallelepiped permanent magnets (hereinafter simply referred to as “cuboid permanent magnets”) fixed to the side surfaces 22 x and 22 y of the lens frame 22. 31x, 31y), Hall sensors 3x, 3y arranged near the center in the magnetization direction of these magnets 31x, 31y so as to face each other with a gap G therebetween, and these Hall sensors 3x, 3y are fixed. And a substrate 11 to be configured. In addition, illustration description of the printed wiring etc. for applying a voltage to Hall sensor 3x, 3y is abbreviate | omitted. Further, the gap G will be accurately defined later with reference to FIG. 2, and in FIG. 7, the gap G is also indicated as “sensor position (magnet-sensor distance: Gap)” mm.

レンズ枠22は、手振れ補正機能を生かすように、基板11に対し、X軸方向とY軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、レンズ枠22のZ軸方向の動きについては説明を省略する。また、位置検出装置30xは、基板11に対してレンズ枠22がX軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置30xは、基板11上に固定されたホールセンサ3xと、レンズ枠22の側面22xに固定された磁石31xより構成されており、ホールセンサ3xと、磁石31xとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。   The lens frame 22 is supported by support means (not shown) so as to be swingable within a certain range along the X axis direction and the Y axis direction with respect to the substrate 11 so as to make use of the camera shake correction function. Yes. A description of the movement of the lens frame 22 in the Z-axis direction is omitted. Further, the position detection device 30 x detects the distance that the lens frame 22 has moved in the X-axis direction with respect to the substrate 11. The position detection device 30x is composed of a hall sensor 3x fixed on the substrate 11 and a magnet 31x fixed to the side surface 22x of the lens frame 22, and the relative movement distance between the hall sensor 3x and the magnet 31x. The corresponding voltage is detected.

同様に、位置検出装置30yは、基板11に対してレンズ枠22がY軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置30Yは、基板11上に固定されたホールセンサ3yと、レンズ枠22の側面22yに固定された磁石31yより構成されており、ホールセンサ3yと、磁石31yとの相対移動距離に応じた電圧を検出する。   Similarly, the position detection device 30y detects the distance that the lens frame 22 has moved in the Y-axis direction with respect to the substrate 11. The position detection device 30Y is composed of a hall sensor 3y fixed on the substrate 11 and a magnet 31y fixed to the side surface 22y of the lens frame 22, and the relative movement distance between the hall sensor 3y and the magnet 31y is set. The corresponding voltage is detected.

また、図9に示したカメラモジュール40は、小型カメラにおける光学式手振れ補正システムで使われる磁石31x,31yの移動による磁束変化から、レンズ21の位置を検出する。このカメラモジュール40において、磁石31x,31yが、X軸方向およびY軸方向に移動する場合、他軸方向の変位により位置検出の精度が劣化する場合があった。この他軸方向の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減するために、位置検出用の磁石の幅W´´を、その磁石の検出軸方向に対して、移動平面内の垂直な方向、すなわち、他軸方向に大きくする対策が一般的であった。すなわち、磁石31xを、検出軸方向に垂直な他軸方向Y軸方向に、幅広くするとともに、磁石31yを、検出軸方向に垂直な他軸方向X軸方向に、幅広くする対策である。   Further, the camera module 40 shown in FIG. 9 detects the position of the lens 21 from the magnetic flux change caused by the movement of the magnets 31x and 31y used in the optical camera shake correction system in the small camera. In the camera module 40, when the magnets 31x and 31y move in the X-axis direction and the Y-axis direction, the position detection accuracy may deteriorate due to the displacement in the other axis direction. In order to reduce the deterioration of the detection accuracy in the detection axis direction due to the displacement in the other axis direction, the width W ″ of the position detection magnet is set to the direction perpendicular to the detection axis direction of the magnet in the moving plane. In other words, a measure to increase in the direction of the other axis was common. That is, the magnet 31x is widened in the other axis direction Y-axis direction perpendicular to the detection axis direction, and the magnet 31y is widened in the other axis direction X-axis direction perpendicular to the detection axis direction.

特開2008−76193号公報JP 2008-76193 A

しかしながら、上述した磁石の寸法を他軸方向に大きくする対策は、製品の小型軽量化およびコストダウンの要求に相反するため、特に携帯電話等に組み込まれる小型軽量のカメラモジュールに組み込まれる光学式手振れ補正システムには、適用することが困難であるという問題があった。本発明は、斯かる問題を解決するためになされたものであり、位置検出用の磁石を大型化せずに、他軸方向の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減することを可能とする位置検出装置を提供することを目的とする。   However, the above-described measures for increasing the size of the magnet in the other axis direction conflicts with the demands for reducing the size and weight of the product and reducing the cost. Therefore, the optical camera shake incorporated in a small and light camera module incorporated in a mobile phone or the like. The correction system has a problem that it is difficult to apply. The present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to reduce deterioration in detection accuracy in the detection axis direction due to displacement in the other axis direction without increasing the size of the position detection magnet. An object of the present invention is to provide a position detecting device.

請求項1記載の発明は、位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、前記永久磁石の外面のうち前記磁気検出素子に対向する基準面における前記検出軸方向に直交する方向の中央部に、磁束密度低減部を設け、前記永久磁石は、前記検出軸方向にN極とS極が分布し且つN極が形成された領域とS極が形成された領域とが隣接するように着磁された二本の永久磁石であり、それら二本の永久磁石を同じ極が並ぶように離間して配置した構成を備え、前記磁束密度低減部は、前記二本の永久磁石同士を離間して配置した構成であることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet attached to an object whose position is to be detected and arranged so as to be movable in the detection axis direction, and a magnetic detection element for detecting a magnetic flux density generated by the permanent magnet. And a position detecting device for detecting the position of the object based on a detection value of the magnetic detection element, wherein the outer surface of the permanent magnet has a direction perpendicular to the detection axis direction on a reference surface facing the magnetic detection element. A magnetic flux density reduction part is provided at the center, and the permanent magnet is arranged such that the N pole and the S pole are distributed in the detection axis direction, and the area where the N pole is formed and the area where the S pole is formed are adjacent to each other. The two permanent magnets are arranged so as to be spaced apart so that the same poles are aligned, and the magnetic flux density reducing unit includes the two permanent magnets. this is the was placed apart from the configuration The features.

この構成によれば、磁石の外面のうち、磁気検出素子に対面する基準面における検出軸方向に直交する方向の中央部は、磁束密度が高密度で平坦性を欠いていたところを、その中央部の磁束密度低減部を設けることにより、磁気検出素子付近の磁束密度分布が他軸方向に平坦化される作用がある。このように、磁束密度分布が平坦化された磁石の面に平行な面に沿って縦横に移動する磁気検出素子の検出出力と、移動距離との関係は、他軸方向の変位による検出出力の変動を起こすことなく、より広い移動範囲にわたって比例関係(線形)を維持しやすい。したがって、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減することが可能である。   According to this configuration, the central portion of the outer surface of the magnet in the direction orthogonal to the detection axis direction on the reference surface facing the magnetic detection element is the center where the magnetic flux density is high and lacks flatness. By providing the magnetic flux density reduction part of the part, there is an effect that the magnetic flux density distribution near the magnetic detection element is flattened in the direction of the other axis. As described above, the relationship between the detection output of the magnetic detection element that moves vertically and horizontally along a plane parallel to the surface of the magnet whose magnetic flux density distribution is flattened, and the movement distance is the detection output by the displacement in the other axis direction. It is easy to maintain a proportional relationship (linear) over a wider movement range without causing fluctuations. Therefore, it is possible to reduce deterioration in detection accuracy in the detection axis direction due to displacement in a direction other than the detection axis direction (other axis direction).

また、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向(他軸方向)に対して、より広範囲に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を、より確実に低減することが可能である。 Further, the magnetic flux density distribution can be flattened in a wider range with respect to directions other than the detection axis direction (other axis directions). Therefore, it is possible to more reliably reduce the deterioration in detection accuracy in the detection axis direction due to displacement in a direction other than the detection axis direction (other axis direction).

請求項は、請求項1に記載の発明において、前記磁気検出素子はホールセンサであることを特徴とする。この構成によれば、安価で高性能な位置検出装置を提供できる。
請求項は、請求項1又は2に記載の発明において、前記基準面から前記磁気検出素子の感磁面までの距離Gと、前記磁束密度低減部を挟んだ両側の永久磁石部位の中心間距離Dと、前記永久磁石の前記基準面における着磁方向に直交する方向の幅Wと、前記磁束密度低減部の幅Spとの関係が、下記(1)〜(4)式を満足することを特徴とする。
A second aspect of the present invention is the invention according to the first aspect , wherein the magnetic detection element is a Hall sensor. According to this configuration, an inexpensive and high-performance position detection device can be provided.
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect, the distance G from the reference plane to the magnetosensitive surface of the magnetic detection element and the center of the permanent magnet parts on both sides sandwiching the magnetic flux density reducing portion The relationship between the distance D, the width W in the direction perpendicular to the magnetization direction on the reference surface of the permanent magnet, and the width Sp of the magnetic flux density reducing portion satisfies the following expressions (1) to (4). It is characterized by.

0.6mm<G<2.1mm …(1)
0.1mm<Sp …(2)
W≦1.5mmである場合、D=(Sp+W)<0.5×G+2 …(3)
1.5mm<Wである場合、1.6mm<D<3G≦2.8mm …(4)
0.6 mm <G <2.1 mm (1)
0.1 mm <Sp (2)
When W ≦ 1.5 mm, D = (Sp + W) <0.5 × G + 2 (3)
When 1.5 mm <W, 1.6 mm <D <3G ≦ 2.8 mm (4)

この構成によれば、大量生産に支障なく、製造容易である。また、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向(他軸方向)に対して、より確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位による検出軸方向の検出精度の劣化をより確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。   According to this structure, it is easy to manufacture without hindering mass production. In addition, the magnetic flux density distribution can be flattened more reliably in directions other than the detection axis direction (the other axis direction). Therefore, it is possible to provide a position detection device that can more reliably reduce deterioration in detection accuracy in the detection axis direction due to displacement in a direction other than the detection axis direction (other axis direction) at low cost.

本発明によれば、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the position detection apparatus which can reduce more reliably the detection accuracy deterioration of the detection-axis direction by the displacement of directions other than a detection-axis direction (other-axis direction) more inexpensively.

本発明の第1実施形態に係る位置検出装置をカメラモジュールに適用した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which applied the position detection apparatus concerning a 1st embodiment of the present invention to a camera module. 本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、(a)従来未対策例と、(b)従来対策例、(c)本発明と、を示している。It is comparison explanatory drawing of the position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a prior art example, (a) The conventional non-measure example, (b) The conventional measure example, (c) This invention is shown. . 本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、(a)従来対策例と、(b)本発明と、を示している。It is explanatory drawing contrasting with the position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a prior art example, (a) The example of a countermeasure conventionally and (b) This invention are shown. 本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と、従来例と、の性能対比グラフであり、(a)従来対策例と、(b)本発明と、を示している。It is a performance contrast graph of the position detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, and a prior art example, (a) The conventional countermeasure example and (b) This invention are shown. 図5は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置の各種シミュレーショングラフであり、(a)W=0.5mm,G=1.3mm,Sp=1.7mmの場合と、(b)W=1.5mm,G=1.3mm,Sp=0.85mmの場合と、(c)設計指標(WとGに適応するSP)と、を示している。FIG. 5 is various simulation graphs of the position detection apparatus according to another embodiment of the present invention. (A) When W = 0.5 mm, G = 1.3 mm, Sp = 1.7 mm, and (b) A case where W = 1.5 mm, G = 1.3 mm, and Sp = 0.85 mm, and (c) a design index (SP adapted to W and G) are shown. 位置検出装置に用いる磁石の幅に対する磁束の関係を示すデータであり、(a)磁石幅W´´別の磁束密度分布のグラフと、(b)磁石幅W´´別の他軸方向の変位による磁束密度の変化率のグラフと、(c)本実施形態の性能を説明する表と、を示している。It is the data which shows the relationship of the magnetic flux with respect to the width | variety of the magnet used for a position detection apparatus, (a) Graph of magnetic flux density distribution according to magnet width W '', (b) Displacement of the other axial direction according to magnet width W '' 3 shows a graph of the rate of change in magnetic flux density due to the above and (c) a table explaining the performance of the present embodiment. 本発明の実施形態に係る位置検出装置の設計指標を示すグラフである。It is a graph which shows the design parameter | index of the position detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る位置検出装置用として、直方体に限定しない磁石の形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shape of the magnet which is not limited to a rectangular parallelepiped for the position detection apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 従来技術に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図である。It is the schematic perspective view which applied the position detection apparatus concerning a prior art to the camera module.

(第1実施形態)
本発明に係る第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る位置検出装置を、カメラモジュールに適用した概略斜視図であり、図9に示した従来例に、本発明を適用したものであるため、同一機能部には同一符号を付している。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view in which the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to a camera module. Since the present invention is applied to the conventional example shown in FIG. Parts are denoted by the same reference numerals.

図1に示すカメラモジュール20は、レンズ21と、このレンズ21を支持するレンズ枠22と、このレンズ枠22の側面22x,22yに沿い、それぞれ2個の間隔Spだけ離間して平行に固定された直方体の磁石1,2と、これら磁石1,2の着磁方向の中央部付近にギャップGだけ離れて対面するように配置されたホールセンサ3と、これらホールセンサ3を固定する基板11と、により構成されている。   The camera module 20 shown in FIG. 1 is fixed in parallel along a lens 21, a lens frame 22 that supports the lens 21, and side surfaces 22x and 22y of the lens frame 22 with a distance of two spaces Sp. A rectangular parallelepiped magnet 1, 2, a Hall sensor 3 disposed near the center of the magnets 1 and 2 in the magnetizing direction so as to face each other with a gap G, and a substrate 11 for fixing these Hall sensors 3. , Is configured.

また、磁石1と、磁石2と、ホールセンサ3と、との位置関係については、後ほど詳しく説明する。なお、図1では磁石2がどこにも支持されずに浮遊しているような誤解を与える虞もあるが、磁石2の固定手段を、単に図から省略しているためである。すなわち、位置検出装置10,10yの要部が、レンズ枠22に連動して動く構成である。レンズ枠22の側面22x,22yには、それぞれ直近の磁石1と、その磁石1から間隔Spだけ離間して平行に固定された磁石2とが、固定されている。   The positional relationship among the magnet 1, the magnet 2, and the hall sensor 3 will be described in detail later. In FIG. 1, there is a possibility of misunderstanding that the magnet 2 floats without being supported anywhere, but the fixing means for the magnet 2 is simply omitted from the drawing. That is, the main part of the position detection device 10, 10 y moves in conjunction with the lens frame 22. On the side surfaces 22x and 22y of the lens frame 22, the nearest magnet 1 and the magnet 2 fixed in parallel with a distance Sp from the magnet 1 are fixed.

また、X軸方向の位置検出装置10は、側面22xに沿って配置され、Y軸方向の位置検出装置10yは、側面22yに沿って配置されている。これら、位置検出装置10と位置検出装置10yとは、位置検出の方向を、X軸とY軸と入れ替えた関係である。したがって、以降は、位置検出装置10のみについて説明し、位置検出装置10yに関する説明を省略する。一方、レンズ枠22の角部を削って設けた空間に、位置検出装置10,10yを、対角線の位置関係に配置した場合も、本実施形態と同一の作用効果が得られる。
なお、本実施形態では、位置検出装置10と位置検出装置10yの磁石1,2の着磁方向と位置検出の方向(検出軸方向)はほぼ同じであるため、ホールセンサ3は位置検出装置10と位置検出装置10yの検出軸方向に直交する方向の中央部付近にギャップGだけ離れて対面するように配置されていることとなる。
Further, the position detection device 10 in the X axis direction is disposed along the side surface 22x, and the position detection device 10y in the Y axis direction is disposed along the side surface 22y. The position detection device 10 and the position detection device 10y have a relationship in which the position detection direction is replaced with the X axis and the Y axis. Therefore, hereinafter, only the position detection device 10 will be described, and description regarding the position detection device 10y will be omitted. On the other hand, even when the position detection devices 10 and 10y are arranged in a diagonal positional relationship in a space provided by cutting off the corners of the lens frame 22, the same operational effects as in this embodiment can be obtained.
In the present embodiment, the magnetizing directions of the magnets 1 and 2 of the position detecting device 10 and the position detecting device 10y are substantially the same as the direction of detecting the position (detection axis direction). And in the vicinity of the central portion in the direction orthogonal to the detection axis direction of the position detection device 10y, the gap G is disposed so as to face each other.

レンズ枠22は、手振れ補正機能を生かすように、基板11に対し、X軸方向とY軸方向に沿ってある程度の範囲内を揺動自在であるように、不図示の支持手段により支持されている。なお、カメラモジュール20は、手振れ補正機能のほか、オートフォーカス機能のため、図1に示したカメラモジュール20の全体がZ軸方向にも動作するが、その説明は省略する。そして、ギャップGは常時一定であり、位置検出装置10は、基板11に対してレンズ枠22がX軸方向に動いた距離を検出する。この位置検出装置10は、基板11上に固定されたホールセンサ3と、レンズ枠22の側面22xに固定された磁石1,2より構成されており、ホールセンサ3と、磁石1,2との相対移動距離に応じた電圧を検出する。   The lens frame 22 is supported by support means (not shown) so as to be swingable within a certain range along the X axis direction and the Y axis direction with respect to the substrate 11 so as to make use of the camera shake correction function. Yes. Since the camera module 20 has an autofocus function in addition to the camera shake correction function, the entire camera module 20 shown in FIG. 1 also operates in the Z-axis direction, but the description thereof is omitted. The gap G is always constant, and the position detection device 10 detects the distance that the lens frame 22 moves in the X-axis direction with respect to the substrate 11. The position detection device 10 includes a Hall sensor 3 fixed on the substrate 11 and magnets 1 and 2 fixed to the side surface 22x of the lens frame 22. A voltage corresponding to the relative movement distance is detected.

この構成により、磁束密度が高密度な磁石1,2の幅方向、すなわち検出軸方向以外の方向(他軸方向)のY軸方向における中央に、空隙Rを設けて磁束密度を低減し、ホールセンサ3付近の検出軸方向以外の方向(他軸方向)の磁束密度分布を平坦化する作用がある。磁束密度分布を平坦化した磁石1,2の基準面Aに平行な面に沿って縦横に移動するホールセンサ3の検出出力は、より広い移動範囲にわたって線形になる。したがって、検出軸X方向以外の他軸方向Y方向の変位による検出軸X方向の位置検出精度の劣化を防止することが可能である。   With this configuration, a gap R is provided in the width direction of the magnets 1 and 2 having a high magnetic flux density, that is, the center in the Y-axis direction other than the detection axis direction (the other axis direction) to reduce the magnetic flux density. There is an effect of flattening the magnetic flux density distribution in the direction other than the detection axis direction (the other axis direction) near the sensor 3. The detection output of the Hall sensor 3 that moves vertically and horizontally along a plane parallel to the reference plane A of the magnets 1 and 2 having a flat magnetic flux density distribution becomes linear over a wider movement range. Therefore, it is possible to prevent deterioration in position detection accuracy in the detection axis X direction due to displacement in the Y direction other than the detection axis X direction.

なお、図1に示した位置検出装置10,10Yは、それぞれ直交するX軸と、Y軸と、Z軸と、により規定される三次元空間において、X軸とY軸との2軸を含むXY平面、すなわち基準面Aに対し、検出軸方向と、他軸方向との関係が、X軸とY軸とのみによる場合に、検出軸方向以外の方向(他軸方向)の変位による検出軸方向の検出精度の劣化を低減させる効果を発揮するものである。   1 includes two axes, an X axis and a Y axis, in a three-dimensional space defined by an orthogonal X axis, a Y axis, and a Z axis, respectively. When the relationship between the detection axis direction and the other axis direction is only the X axis and the Y axis with respect to the XY plane, that is, the reference plane A, the detection axis is caused by displacement in a direction other than the detection axis direction (other axis direction). The effect of reducing the deterioration of direction detection accuracy is exhibited.

図2は、本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、(a)従来未対策例と、(b)従来対策例と、(c)本発明とを、それぞれ図2の上半分に斜視図、図2の下半分に側面図を示している。図2において、ホールセンサ3が、磁石1,2,4,5が相対的に変位することによって位置を検出する方向、すなわち、検出軸方向をX軸、検出軸方向以外の方向(他軸方向)をY軸と定めている。また、図2では、磁石1,2,4,5およびホールセンサ3を拡大して明示している。そして、磁石1,2,4,5のY軸方向の幅W,W´,W´´と、磁石が各装置で1個か2個か、2個ならそれらの間隔Spと、磁石1,2,4,5と、ホールセンサ3と、の間隔Gを明確にしている。なお、磁石1,2,4,5は、X軸方向の長さは、図2の(a),(b),(c)で、全て同一である。   FIG. 2 is an explanatory diagram for comparing the position detection device according to the first embodiment of the present invention and the conventional example, in which (a) an example of conventional countermeasures, (b) an example of conventional countermeasures, and (c) the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the upper half of FIG. 2, and a side view of the lower half of FIG. In FIG. 2, the direction in which the Hall sensor 3 detects a position by relatively displacing the magnets 1, 2, 4, and 5, that is, the detection axis direction is the X axis, and the direction other than the detection axis direction (the other axis direction). ) Is defined as the Y axis. In FIG. 2, the magnets 1, 2, 4, 5 and the hall sensor 3 are shown in an enlarged manner. The widths W, W ′, W ″ in the Y-axis direction of the magnets 1, 2, 4, 5, one or two or two magnets in each device, and the interval Sp between them, The distance G between 2, 4, 5 and the hall sensor 3 is clarified. The magnets 1, 2, 4, and 5 have the same length in the X-axis direction as (a), (b), and (c) in FIG.

図2(a)に示す位置検出装置39において、角棒状の磁石4は長手方向に着磁され、図の手前側がN極、図の奥側がS極である。図2(a)下部の側面図で明示するように、磁石4の上面から間隔Gを空けてホールセンサ3が配置されている。なお、図2に示す位置検出装置39,30x,10は、図1と図9に示した位置検出装置10,30xにおける、磁石1,2,31xと、ホールセンサ3との上下関係を逆にした配置であるが、相対位置を検出する機能に変わりはない。   In the position detection device 39 shown in FIG. 2A, the square bar-like magnet 4 is magnetized in the longitudinal direction, and the front side of the figure is the N pole and the back side of the figure is the S pole. As clearly shown in the side view of the lower part of FIG. 2A, the Hall sensor 3 is arranged with a gap G from the upper surface of the magnet 4. Note that the position detection devices 39, 30x, 10 shown in FIG. 2 are reversed in the vertical relationship between the magnets 1, 2, 31x and the hall sensor 3 in the position detection devices 10, 30x shown in FIGS. However, the function for detecting the relative position remains the same.

すなわち、位置検出装置39は、磁石4の上面に間隔Gを空けて配置されているホールセンサ3がX軸方向に移動する距離を測定する。なお、位置検出装置39は、ホールセンサ3に対して磁石4が相対的に移動する距離を検出する。また、どちらか一方が固定され、他方のみが移動するような説明であっても、固定側と移動側との説明が実際とは逆のこともあるが、その点については、本発明と無関係であり問題にしない。   That is, the position detection device 39 measures the distance that the Hall sensor 3 arranged with a gap G on the upper surface of the magnet 4 moves in the X-axis direction. The position detection device 39 detects the distance that the magnet 4 moves relative to the hall sensor 3. In addition, even if either one is fixed and only the other moves, the description on the fixed side and the moving side may be opposite to the actual one, but this point is not related to the present invention. It is not a problem.

図2(a)に示す位置検出装置39の磁石4の上面において、ホールセンサ3は、X軸方向に移動するばかりでなく、Y軸方向にも移動するので、Y軸方向に移動したことにより、すなわち、他軸方向に変位することで、X軸方向に対する位置検出精度が悪化する。そこで、図2(b)に示す位置検出装置30xが、従来の対策として用いられていた。図2(a)に示す位置検出装置39の磁石4の幅W´に対し、図2(b)に示す位置検出装置30xの磁石5の幅W´´は、約3倍に拡幅されている。このことにより、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を低減させる効果低減できることは、後ほど図6に示すデータに基づいて説明する。   On the upper surface of the magnet 4 of the position detection device 39 shown in FIG. 2A, the Hall sensor 3 not only moves in the X-axis direction but also moves in the Y-axis direction. That is, the displacement in the other axis direction deteriorates the position detection accuracy in the X axis direction. Therefore, the position detection device 30x shown in FIG. 2B has been used as a conventional countermeasure. The width W ″ of the magnet 5 of the position detection device 30x shown in FIG. 2B is expanded about three times the width W ′ of the magnet 4 of the position detection device 39 shown in FIG. . The fact that it is possible to reduce the effect of reducing the deterioration of the position detection accuracy in the detection axis direction due to the displacement in the other axis direction other than the detection axis will be described later based on the data shown in FIG.

図2(c)に示す位置検出装置10の磁石1,2は、角棒状で同一の2本が、幅W方向に間隔Spで離間され、X軸とY軸とを含む基準面Aに沿って、それぞれの各一面を、面一に揃えて配置されている。また、位置検出装置10は、角棒状の磁石1,2の着磁方向の中央部付近、かつ、幅W方向に間隔Spを有する空隙Rの中央寄りで、基準面AからギャップGの距離だけ離れて対面するように配置されたホールセンサ3を備えて構成される。なお、角棒状とは直方体の一形状である。   The magnets 1 and 2 of the position detection device 10 shown in FIG. 2 (c) are in the shape of a square bar, and the same two magnets are spaced apart by a distance Sp in the width W direction, along the reference plane A including the X axis and the Y axis. Thus, each one surface is arranged to be flush with each other. Further, the position detection device 10 is located near the center of the magnetizing direction of the square bar-like magnets 1 and 2 and near the center of the gap R having the interval Sp in the width W direction, and is the distance from the reference plane A to the gap G. The hall sensor 3 is arranged so as to face away from each other. The square bar shape is a shape of a rectangular parallelepiped.

また、磁石1と磁石2とホールセンサ3との位置関係は、下式(1)〜(4)で示した設計指標により最良の形態を開示する。なお、ホールセンサ3の感磁面は、実際の製品において、モールドパッケージの外面から規定された深さの中心部に配置されている。ただし、図2をはじめとする各図面において、ホールセンサ3の感磁面は、ホールセンサ3が磁石と対面する表面に位置するものとみなすことにより、図解説明を簡略にしている。   Moreover, the positional relationship among the magnet 1, the magnet 2, and the hall sensor 3 is disclosed in the best form by the design index shown by the following formulas (1) to (4). In addition, in the actual product, the magnetic sensitive surface of the Hall sensor 3 is disposed at the center of the depth defined from the outer surface of the mold package. However, in each drawing including FIG. 2, the magnetic sensor-sensitive surface of the Hall sensor 3 is regarded as being located on the surface where the Hall sensor 3 faces the magnet, thereby simplifying the illustration.

磁石1と磁石2とホールセンサ3との位置関係は、基準面Aからホールセンサ3の感磁面までの距離(ギャップともいう)をG、空隙R(磁束密度低減部)を挟んだ両側の磁石1と磁石2の中心同士を結んだ線分を前記基準面Aに投影した線分を中心間距離D、磁石1と磁石2の前記基準面Aにおける着磁方向に直交する方向の幅をW、磁石1と磁石2との基準面Aにおける間隔(磁束密度低減部である空隙Rの幅)をSp、とした時に、下式(1)〜(4)を満足することが好ましい。   The positional relationship between the magnet 1, the magnet 2 and the hall sensor 3 is such that the distance (also referred to as a gap) from the reference plane A to the magnetosensitive surface of the hall sensor 3 is G, and the gap R (magnetic flux density reduction part) is sandwiched between both sides. A line segment obtained by projecting a line segment connecting the centers of the magnet 1 and the magnet 2 onto the reference plane A is a distance D between the centers, and a width in a direction perpendicular to the magnetization direction of the magnet 1 and the magnet 2 on the reference plane A. It is preferable that the following formulas (1) to (4) are satisfied, where W is Sp and the distance between the magnet 1 and the magnet 2 on the reference plane A (the width of the gap R that is a magnetic flux density reduction portion) is Sp.

0.6mm<G<2.1mm …(1)
0.1mm<Sp …(2)
W≦1.5mmである場合、D=(Sp+W)<0.5×G+2 …(3)
1.5mm<Wである場合、1.6mm<D<3G≦2.8mm …(4)
0.6 mm <G <2.1 mm (1)
0.1 mm <Sp (2)
When W ≦ 1.5 mm, D = (Sp + W) <0.5 × G + 2 (3)
When 1.5 mm <W, 1.6 mm <D <3G ≦ 2.8 mm (4)

なお、上式(1)〜(4)により数値限定する根拠は、後ほど図3〜図7に沿って説明するように、シミュレーション検証を伴う試行錯誤の実験結果等に基づいて、最良の設計指標を見出した結果である。例えば、上式(1)は、ホールセンサ3の感度良好な実用領域を見出した結果である。一方、上式(2)は、実験結果というよりは、隙間管理など大量生産する際の生産技術上の制約条件を示している。   The basis for numerical limitation by the above formulas (1) to (4) is that the best design index is based on experimental results of trial and error with simulation verification, as will be described later with reference to FIGS. It is the result of having found. For example, the above equation (1) is a result of finding a practical area where the sensitivity of the Hall sensor 3 is good. On the other hand, the above equation (2) indicates the constraint condition in production technology when mass production such as gap management is performed rather than the experimental result.

図3は、本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と従来例との対比説明図であり、(a)従来対策例と、(b)本発明と、を示している。図3において、横軸は磁石1,2,5の幅方向である非測定軸方向(他軸方向又はY軸方向ともいう)に沿った位置を示している。図3(a)に示す、直方体の磁石5における前後方向の中心部が、磁極NSの境界部であり模式的に境界線を示している。同様に、図3(b)に示す、角棒状の磁石1,2における長手方向の中心部が、磁極NSの境界部であり模式的に境界線を示している。また、磁石の幅W´´の中間点、あるいは、磁石1,2の幅Wと磁石1,2の間隔Spの合計値(2×W+Sp)の中間点を基準点0として、そこから他軸方向に変位した位置を図3に示すグラフの横軸に示している。   FIG. 3 is an explanatory diagram for comparing the position detection device according to the first embodiment of the present invention and the conventional example, and shows (a) a conventional countermeasure example and (b) the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the position along the non-measurement axis direction (also referred to as other axis direction or Y-axis direction) that is the width direction of the magnets 1, 2, and 5. A central portion in the front-rear direction of the rectangular magnet 5 shown in FIG. 3A is a boundary portion of the magnetic pole NS and schematically shows a boundary line. Similarly, the central portion in the longitudinal direction of the square bar-shaped magnets 1 and 2 shown in FIG. 3B is a boundary portion of the magnetic pole NS and schematically shows the boundary line. The intermediate point of the width W ″ of the magnet or the intermediate point of the total value (2 × W + Sp) of the width W of the magnets 1 and 2 and the interval Sp of the magnets 1 and 2 is set as the reference point 0, and the other axis The position displaced in the direction is shown on the horizontal axis of the graph shown in FIG.

また、図3(a),(b)の縦軸は、磁束密度を示している。ただし、図3に示すグラフは、磁束密度の特性が、他軸方向に対して、山形か平坦かをシミュレーション検証するものである。したがって、図3に示すグラフの曲線形状が、検証結果であり、それぞれの数値は、磁束密度をT(テスラ)の単位で表記したものである。図3(a)のグラフでは、磁束密度が山形に変化しているので、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化が大きいことが示されている。すなわち、磁石の幅W´´=3mmの条件では、他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を避けられないことが示されている。なお、図3(a)のグラフは、後ほど説明する図6(a)に記載された曲線のうち、W´´=3mmの条件で示す1本である。   Moreover, the vertical axis | shaft of Fig.3 (a), (b) has shown the magnetic flux density. However, the graph shown in FIG. 3 is used to verify whether the magnetic flux density characteristics are mountain-shaped or flat with respect to the other axis direction. Therefore, the curve shape of the graph shown in FIG. 3 is the verification result, and each numerical value represents the magnetic flux density in units of T (Tesla). In the graph of FIG. 3A, since the magnetic flux density changes in a mountain shape, it is shown that the position detection accuracy in the detection axis direction is greatly deteriorated due to the displacement in the other axis direction other than the detection axis. That is, under the condition of the magnet width W ″ = 3 mm, it is shown that the position detection accuracy in the detection axis direction is inevitably deteriorated due to the displacement in the other axis direction. In addition, the graph of Fig.3 (a) is one shown on the conditions of W '' = 3mm among the curves described in Fig.6 (a) demonstrated later.

一方、図3(b)は、最良の実施形態として開示する位置検出装置10、およびそのシミュレーション結果のグラフである。位置検出装置10は、磁石幅W=1.0mmの角棒状の磁石1,2を2本備え、これら磁石1,2の間隔Sp=1.1mmとする条件である。グラフで示すように、磁束密度の特性曲線が台形で、その上部は、他軸方向の変位±1mmの範囲において、ほぼ平坦な特性である。したがって、図3(b)に開示する位置検出装置10は、他軸方向の変位±1mmの範囲において、検出軸以外の他軸方向の変位による検出軸方向の位置検出精度の劣化を低減できる根拠が証明された。   On the other hand, FIG. 3B is a graph of the position detection device 10 disclosed as the best embodiment and a simulation result thereof. The position detection device 10 is provided with two rectangular bar-shaped magnets 1 and 2 having a magnet width W = 1.0 mm, and the distance Sp between these magnets 1 and 2 is set to 1.1 mm. As shown in the graph, the characteristic curve of the magnetic flux density is trapezoidal, and the upper part is substantially flat in the range of displacement ± 1 mm in the other axis direction. Therefore, the position detection device 10 disclosed in FIG. 3B can reduce deterioration in position detection accuracy in the detection axis direction due to the displacement in the other axis direction other than the detection axis in the range of displacement ± 1 mm in the other axis direction. Proved.

図4は、本発明の第1実施形態に係る位置検出装置と、従来例と、の性能対比グラフであり、(a)従来対策例と、(b)本発明とを示している。図4における横軸は、位置検出装置30x,10の検出軸方向であるX軸の移動距離(ストロークともいう)である。また、図4における縦軸は、位置検出装置30x,10の検出出力に対する増幅前の電圧Vである。なお、図4に示すグラフは、ストローク対検出出力の特性が線形であるか否かをシミュレーション検証することが目的であり、縦軸の単位は問題でないため、数値は実測値でなく変化の目安である。また、実際の検出電圧は増幅回路の設定により、いかようにも変えることができるので、縦軸の数値大小については特に意味を持たない。また、図1〜図4において、磁石の着磁方向は、検出軸方向に平行にN極及びS極が着磁された、いわゆる、2極磁石を基に説明してきたが、磁石の厚さ方向(図1のZ軸方向)にN極とS極が着磁され検出軸方向の中心部を境に着磁方向が反転する、いわゆる、4極着磁磁石を用いても本発明の効果は変わらない。   FIG. 4 is a performance comparison graph between the position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention and the conventional example, and shows (a) a conventional countermeasure example and (b) the present invention. The horizontal axis in FIG. 4 is the movement distance (also referred to as a stroke) of the X axis that is the detection axis direction of the position detection devices 30x and 10. The vertical axis in FIG. 4 represents the voltage V before amplification with respect to the detection outputs of the position detection devices 30x and 10. The purpose of the graph shown in FIG. 4 is to verify whether the characteristics of the stroke vs. detection output are linear, and the unit of the vertical axis is not a problem. It is. In addition, since the actual detection voltage can be changed in any way by the setting of the amplifier circuit, the numerical value on the vertical axis has no particular meaning. 1 to 4, the magnetization direction of the magnet has been described based on a so-called two-pole magnet in which the N pole and the S pole are magnetized in parallel with the detection axis direction. The effect of the present invention can be achieved by using a so-called four-pole magnetized magnet in which the N and S poles are magnetized in the direction (Z-axis direction in FIG. 1) and the magnetization direction is reversed at the center of the detection axis direction. Will not change.

図4(a)に示すように、位置検出装置30xにおいて、X軸のストロークが0〜0.5mmの領域における、他軸方向の変位0mm、すなわち、他軸方向の変位がない場合の検出出力電圧と、他軸方向の変位が0.5mmの場合の検出出力電圧とを比較すると、異なっている。すなわち、この位置検出装置30xは、他軸方向の変位により、位置検出の精度が劣化する。   As shown in FIG. 4A, in the position detection device 30x, in the region where the stroke of the X axis is 0 to 0.5 mm, the detection output when the displacement in the other axis direction is 0 mm, that is, there is no displacement in the other axis direction. When the voltage is compared with the detected output voltage when the displacement in the other axis direction is 0.5 mm, they are different. That is, the position detection accuracy of the position detection device 30x deteriorates due to the displacement in the other axis direction.

図4(b)に示すように、位置検出装置10において、他軸方向の変位0mm、すなわち、他軸方向の変位のない場合と、他軸方向の変位0.5mmの場合と、他軸方向の変位1.0mmの場合と、を比較する。その結果、X軸のストローク約3mmに亘って、他軸方向の変位の値に関わらず、検出出力電圧はストロークに対して同様の変化をしており、各ストロークにおける検出出力電圧がほぼ等しい結果が得られている。すなわち、この位置検出装置10は、ストローク約3mmに亘って、検出出力電圧は、±1mmの他軸方向の変位が生じても、位置検出精度に劣化がないことを証明できた。   As shown in FIG. 4B, in the position detection device 10, the displacement in the other axis direction is 0 mm, that is, the case in which there is no displacement in the other axis direction, the case in which the displacement in the other axis direction is 0.5 mm, and the other axis direction. Compared with the case of 1.0 mm displacement. As a result, the detected output voltage changes in a similar manner with respect to the stroke regardless of the displacement value in the other axis direction over the stroke of about 3 mm on the X axis, and the detected output voltage in each stroke is almost equal. Is obtained. In other words, the position detection device 10 proved that the position detection accuracy did not deteriorate even when the detected output voltage was displaced by ± 1 mm in the other axis direction over a stroke of about 3 mm.

(他の実施形態)
図5は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置の各種シミュレーショングラフであり、(a)W=0.5mm,G=1.3mm,Sp=1.7mmの場合と、(b)W=1.5mm,G=1.3mm,Sp=0.85mmの場合と、(c)設計指標(WとGに適応するSP)と、を示している。上述したように、図3(b)により位置検出装置10の最良と考えられる条件を示した。しかし、磁石1と、磁石2と、ホールセンサ3との位置関係を、別の条件に変えたW値とG値に対応する最適なSP値を設計指標として模索する。図5において横軸は他軸方向の位置mm、縦軸は磁束密度Tを示している。図5(a)には、磁石幅W=0.5mm、磁石1,2間の離間距離Sp=1.7mmの条件による磁束密度の特性が、やや平坦であることを示している。
(Other embodiments)
FIG. 5 is various simulation graphs of the position detection apparatus according to another embodiment of the present invention. (A) When W = 0.5 mm, G = 1.3 mm, Sp = 1.7 mm, and (b) A case where W = 1.5 mm, G = 1.3 mm, and Sp = 0.85 mm, and (c) a design index (SP adapted to W and G) are shown. As described above, FIG. 3B shows the conditions considered to be the best of the position detection device 10. However, an optimum SP value corresponding to the W value and the G value obtained by changing the positional relationship among the magnet 1, the magnet 2, and the hall sensor 3 to different conditions is searched for as a design index. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the position mm in the other axis direction, and the vertical axis indicates the magnetic flux density T. FIG. 5A shows that the magnetic flux density characteristics under the conditions of magnet width W = 0.5 mm and separation distance Sp = 1.7 mm between magnets 1 and 2 are slightly flat.

また、図5(b)には、磁石幅W=1.5mm、磁石1,2間の離間距離Sp=0.85mmの条件による磁束密度の特性が、他軸方向の変位約3mmに亘って、磁束密度が高原状態でほぼ平坦な特性であり、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化を低減できる根拠が証明された。さらに、図5(c)に示す表は、図2(c)に示した位置検出装置10において、磁石幅Wと、基準面Aからホールセンサ3の感磁面までのギャップGと、磁石1,2間の離間距離Spと、の関係を最適化したものである。すなわち、そのW値およびG値に対する最適なSp値を、試行錯誤で究明した設計指標である。   FIG. 5B shows the magnetic flux density characteristics under the condition of the magnet width W = 1.5 mm and the separation distance Sp = 0.85 mm between the magnets 1 and 2 over a displacement of about 3 mm in the other axis direction. Thus, the magnetic flux density is almost flat in the plateau state, and the grounds for reducing the deterioration of the position detection accuracy due to the displacement in the other axis direction have been proved. Further, the table shown in FIG. 5C shows the magnet width W, the gap G from the reference plane A to the magnetically sensitive surface of the Hall sensor 3, and the magnet 1 in the position detection device 10 shown in FIG. , 2 is optimized with respect to the separation distance Sp. That is, it is a design index in which the optimum Sp value for the W value and G value is determined by trial and error.

図6は、従来の位置検出装置に用いる磁石の幅に対する磁束密度の関係を示すデータであり、(a)磁石幅W´´別の磁束密度分布のグラフと、(b)磁石幅W´´別の磁束密度の変化率のグラフと、(c)本実施形態の性能を説明する表と、を示している。なお、従来の位置検出装置30xは、図2(b)と、図3(a)とに示した形状であり、本実施形態の位置検出装置10は、図2(c)と、図3(b)とに示した形状である。   FIG. 6 is data showing the relationship of the magnetic flux density with respect to the width of the magnet used in the conventional position detecting device. (A) Graph of magnetic flux density distribution according to magnet width W ″, and (b) Magnet width W ″. The graph of the rate of change of another magnetic flux density and the table explaining the performance of (c) this embodiment are shown. The conventional position detection device 30x has the shape shown in FIG. 2B and FIG. 3A, and the position detection device 10 according to the present embodiment has the shape shown in FIG. It is the shape shown in b).

図6(a)の横軸は、磁石5の幅方向である検出軸方向以外の方向、すなわち、他軸方向であるY方向に沿った位置、すなわち他軸方向位置を示している。なお、直方体の磁石5の幅W´´の中間点からの他軸方向のY方向の変位を図6(a)の横軸に示している。また、図6(a)の縦軸は、磁束密度Tを示している。図6(a)において、曲率の異なる7本の概ね山形の曲線は、磁石の幅W´及びW´´を1,3,5,6,7,10mm、その他に変えてシミュレーションした結果を示している。なお、図6(a)に記載された7本の曲線のうち、W´´=3mmの条件で示す1本を、図3(a)のグラフに抽出して説明したとおりである。   The horizontal axis of FIG. 6A indicates a position other than the detection axis direction that is the width direction of the magnet 5, that is, a position along the Y direction that is the other axis direction, that is, a position in the other axis direction. The horizontal axis in FIG. 6A shows the displacement in the Y direction in the other axis direction from the middle point of the width W ″ of the rectangular magnet 5. The vertical axis in FIG. 6A indicates the magnetic flux density T. In FIG. 6 (a), seven generally chevron curves with different curvatures show the simulation results when the widths W ′ and W ″ of the magnet are changed to 1, 3, 5, 6, 7, 10 mm and others. ing. Of the seven curves shown in FIG. 6A, one shown under the condition of W ″ = 3 mm is as described in the graph of FIG.

図6(a)において、磁石幅W´=1mmの場合、磁束密度は低い山形に変化するが、磁石幅W´´=10mmの場合、磁束密度は高い値を保って、ほぼ平坦な特性である。このように、他軸方向の変位に対して、磁束密度が、ほぼ平坦な特性であれば、位置検出装置の他軸方向の変位による位置検出精度の劣化がなくなるので、磁石幅W´は、狭い1mmよりも広い10mmの方が、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくしやすいことが検証された。すなわち、他軸方向に対して、磁石幅W´を広げる程、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくす対策として有効であることが示されている。   In FIG. 6A, when the magnet width W ′ = 1 mm, the magnetic flux density changes to a low mountain shape, but when the magnet width W ″ = 10 mm, the magnetic flux density keeps a high value and has a substantially flat characteristic. is there. As described above, if the magnetic flux density is substantially flat with respect to the displacement in the other axis direction, the position detection accuracy is not deteriorated due to the displacement in the other axis direction of the position detection device. It was verified that 10 mm, which is wider than 1 mm, which is narrower, can easily eliminate the deterioration of position detection accuracy due to displacement in the other axis direction. That is, it is shown that as the magnet width W ′ is increased with respect to the other axis direction, it is effective as a countermeasure for eliminating the deterioration of position detection accuracy due to the displacement in the other axis direction.

また、図6(b)の横軸も、磁石の幅方向である非測定軸方向に沿った距離を示している。そして、図6(b)の縦軸には、測定原点である磁石中心部の磁束密度と、測定点での磁束密度との差を示している。図6(b)において、曲率の異なる7本の概ね谷形の曲線は、磁石の幅W´及びW´´を1,3,5,6,7,10mm、その他に変えてシミュレーションした結果を示している。図6(b)において、磁石幅W´=1mmの場合、磁束密度の差は深い谷形に変化するが、磁石幅W´´=10mmの場合、磁束密度の変化率は僅かであり、ほぼ平坦な特性である。このように、他軸方向に対して、磁束密度の変化率が平坦な特性であることは、上述したとおり、他軸方向の変位による位置検出精度の劣化をなくす対策として有効であることが示されている。   In addition, the horizontal axis in FIG. 6B also shows the distance along the non-measurement axis direction which is the width direction of the magnet. And the vertical axis | shaft of FIG.6 (b) has shown the difference of the magnetic flux density of the magnet center part which is a measurement origin, and the magnetic flux density in a measurement point. In FIG. 6 (b), seven generally valley-shaped curves with different curvatures are the results of simulations with the magnet widths W ′ and W ″ changed to 1, 3, 5, 6, 7, 10 mm, and others. Show. In FIG. 6B, when the magnet width W ′ = 1 mm, the difference in the magnetic flux density changes to a deep valley shape, but when the magnet width W ″ = 10 mm, the rate of change of the magnetic flux density is slight, almost It is a flat characteristic. As described above, the flat rate of change in the magnetic flux density with respect to the other axis direction as described above is effective as a measure for eliminating the deterioration in position detection accuracy due to the displacement in the other axis direction. Has been.

図6(c)に示す表は、図6(b)に示すグラフにおいて、1mmだけ他軸方向に変位した時、磁石の幅W´またはW´´の中間点、すなわち、他軸方向の変位が0mmの時の磁束密度を基準とした場合の磁束密度の変化率をW´´別に読み取っている。これによれば、従来の位置検出装置30xにおいて、磁石幅W´´=9mmという大型の磁石5を用いて得られる高い他軸方向の変位による位置検出精度を、本実施形態において、小型の磁石1,2により、W=1mm,Sp=1.3mmという条件の位置検出装置10により、実現できたことを示している。なお、磁石幅W´´=9mmの条件における磁束密度差のデータは、図6(b)にプロットしていない。   The table shown in FIG. 6C is the intermediate point of the width W ′ or W ″ of the magnet when displaced in the other axis direction by 1 mm in the graph shown in FIG. 6B, that is, the displacement in the other axis direction. The rate of change of the magnetic flux density when the magnetic flux density is 0 mm is taken as a reference for each W ″. According to this, in the conventional position detection device 30x, the position detection accuracy based on the displacement in the other axial direction obtained by using the large magnet 5 having the magnet width W ″ = 9 mm is used in the present embodiment. 1 and 2 show that the position detection apparatus 10 under the conditions of W = 1 mm and Sp = 1.3 mm can be realized. Note that the magnetic flux density difference data under the condition of the magnet width W ″ = 9 mm is not plotted in FIG.

図7は、本発明の実施形態に係る位置検出装置の設計指標を示すグラフである。図7の横軸は、基準面Aからホールセンサ3の感磁面までの距離(ギャップ)Gmmを示している。すなわち、図2(c)に沿って説明したギャップGを、図7の横軸では、基準面から感磁面までの距離Gmmと表示している。図7の縦軸は、直方体で一対の磁石の中心間距離D=(磁石幅W+磁石間距離Sp)mmを表示している。   FIG. 7 is a graph showing a design index of the position detection apparatus according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the distance (gap) Gmm from the reference plane A to the magnetic sensitive surface of the Hall sensor 3. That is, the gap G described with reference to FIG. 2C is indicated as the distance Gmm from the reference surface to the magnetosensitive surface on the horizontal axis of FIG. The vertical axis of FIG. 7 represents a center distance D = (magnet width W + magnet distance Sp) mm of a pair of magnets in a rectangular parallelepiped.

本願発明者は、実験により、磁石幅W=0.5mmと、W=1.0mmと、W=1.5mmと、の場合、それぞれの磁石幅W値に対応付けた特定の条件において、位置検出装置10が高性能を得られることを確認した。そして、位置検出装置10が高性能を得られる特定の条件を、設計指標として図7に示すグラフにプロットするとともに、図2(c)に示した最良の形態として上式(1)〜(4)により数値限定したとおりである。   The inventor of the present application has determined by experiment that, in the case of magnet width W = 0.5 mm, W = 1.0 mm, and W = 1.5 mm, the specific position associated with each magnet width W value It was confirmed that the detection device 10 can obtain high performance. Then, specific conditions under which the position detection device 10 can obtain high performance are plotted as a design index in the graph shown in FIG. 7, and the above equations (1) to (4) are used as the best mode shown in FIG. ) Is as limited in numerical values.

この構成によれば、大量生産に都合良く、磁束密度分布を、検出軸方向以外の方向(他軸方向)により確実に平坦化できる。したがって、検出軸方向以外の他軸方向の変位による位置検出精度の劣化を、より確実に低減できる位置検出装置を安価に提供することが可能である。   According to this configuration, it is convenient for mass production, and the magnetic flux density distribution can be surely flattened in a direction other than the detection axis direction (the other axis direction). Therefore, it is possible to provide a position detection apparatus that can more reliably reduce the deterioration of position detection accuracy due to displacement in the other axial direction other than the detection axis direction at a low cost.

図8は、本発明の他の実施形態に係る位置検出装置用として、直方体に限定しない磁石の形状を示す断面図である。ただし、基本構成として、図8(a)には、上述した角棒状で1対構成の磁石1,2およびホールセンサ3を示している。そして、図8(b)〜(d),(i),(k)に示すように、直方体に代えた棒状の磁石による1対構成も考えられる。これら棒状で1対構成された磁石の間には、間隔Spに相当する空隙Rを有する。また、図8(e)〜(h),(j),(l)に示すように、一体形成による磁石において、その磁石の外面のうちホールセンサ3に対面する基準面Aのほぼ中央に凹部Qを設けてもよい。なお、図8(e)〜(h),(j),(l)に示す一体形成による磁石のように、凹部Qのない側の平面は、磁力の低下も少ない。したがって、手振れ補正機能を構成する不図示のアクチュエータ用の駆動コイルが対面して駆動力を発生させた場合の効率も良好である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing the shape of a magnet not limited to a rectangular parallelepiped for a position detection device according to another embodiment of the present invention. However, as a basic configuration, FIG. 8A shows the pair of magnets 1 and 2 and the Hall sensor 3 that are in the shape of the square bar described above. And as shown to FIG.8 (b)-(d), (i), (k), the 1-pair structure by the rod-shaped magnet replaced with the rectangular parallelepiped is also considered. A gap R corresponding to the interval Sp is provided between these rod-shaped magnets. Also, as shown in FIGS. 8E to 8H, (j), (l), in the integrally formed magnet, a concave portion is formed at substantially the center of the reference surface A facing the Hall sensor 3 on the outer surface of the magnet. Q may be provided. In addition, like the magnet by the integral formation shown to FIG.8 (e)-(h), (j), (l), the plane without the recessed part Q has little fall of magnetic force. Therefore, the efficiency in the case where a driving coil for an actuator (not shown) constituting the camera shake correction function faces to generate a driving force is also good.

この構成によれば、磁束密度が高密度な磁石の中央に、凹部または空隙を設けて磁束密度を低減し、磁気検出素子付近の検出軸方向以外の方向(他軸方向)の磁束密度分布を平坦化する作用がある。他軸方向の磁束密度分布を平坦化した磁石の面に平行な面に沿って縦横に相対移動する磁気検出素子の検出出力は、検出軸方向以外の他軸方向の変位による前記検出軸方向の位置検出精度の劣化を防止することが可能である。   According to this configuration, a concave portion or a gap is provided in the center of a magnet having a high magnetic flux density to reduce the magnetic flux density, and a magnetic flux density distribution in a direction other than the detection axis direction (the other axis direction) near the magnetic detection element is obtained. It has the effect of flattening. The detection output of the magnetic detection element that moves in the vertical and horizontal directions along a plane parallel to the surface of the magnet whose flat magnetic flux density distribution in the other axis direction is detected in the detection axis direction due to displacement in the other axis direction other than the detection axis direction. It is possible to prevent deterioration in position detection accuracy.

1,2,4,5 磁石
3,3x,3y ホールセンサ
10,30x,10y,39 位置検出装置
A 基準面
D 中心間距離
G ギャップ
Q 凹部(磁束密度低減部)
R 空隙(磁束密度低減部)
Sp 間隔
W 磁石幅
1, 2, 4, 5 Magnets 3, 3x, 3y Hall sensors 10, 30x, 10y, 39 Position detector A Reference plane D Center-to-center distance G Gap Q Recessed part (magnetic flux density reducing part)
R Air gap (magnetic flux density reduction part)
Sp interval W Magnet width

Claims (3)

位置を検出する対象となる物体に取り付けられ検出軸方向に移動可能に配置された永久磁石と、
前記永久磁石が発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、を備え、
前記磁気検出素子の検出値に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
前記永久磁石の外面のうち前記磁気検出素子に対向する基準面における前記検出軸方向に直交する方向の中央部に、磁束密度低減部を設け
前記永久磁石は、前記検出軸方向にN極とS極が分布し且つN極が形成された領域とS極が形成された領域とが隣接するように着磁された二本の永久磁石であり、それら二本の永久磁石を同じ極が並ぶように離間して配置した構成を備え、
前記磁束密度低減部は、前記二本の永久磁石同士を離間して配置した構成であることを特徴とする位置検出装置。
A permanent magnet attached to the object whose position is to be detected and arranged so as to be movable in the detection axis direction;
A magnetic detection element for detecting a magnetic flux density generated by the permanent magnet,
In the position detection device that detects the position of the object based on the detection value of the magnetic detection element,
A magnetic flux density reduction unit is provided at the center of the outer surface of the permanent magnet in the direction orthogonal to the detection axis direction on the reference surface facing the magnetic detection element ,
The permanent magnets are two permanent magnets that are magnetized so that N poles and S poles are distributed in the detection axis direction, and a region where the N poles are formed and a region where the S poles are formed are adjacent to each other. Yes, with a configuration in which these two permanent magnets are spaced apart so that the same poles are aligned,
The magnetic flux density reducing unit has a configuration in which the two permanent magnets are arranged apart from each other .
前記磁気検出素子は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。
The position detection device according to claim 1, wherein the magnetic detection element is a Hall sensor.
前記基準面から前記磁気検出素子の感磁面までの距離Gと、前記磁束密度低減部を挟んだ両側の永久磁石部位の中心間距離Dと、前記永久磁石の前記基準面における着磁方向に直交する方向の幅Wと、前記磁束密度低減部の幅Spとの関係が、下記(1)〜(4)式を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の位置検出装置。
0.6mm<G<2.1mm …(1)
0.1mm<Sp …(2)
W≦1.5mmである場合、D=(Sp+W)<0.5×G+2 …(3)
1.5mm<Wである場合、1.6mm<D<3G≦2.8mm …(4)
The distance G from the reference surface to the magnetic sensing surface of the magnetic detection element, the distance D between the centers of the permanent magnet portions on both sides of the magnetic flux density reduction portion, and the magnetization direction of the permanent magnet on the reference surface 3. The position detection according to claim 1, wherein the relationship between the width W in the orthogonal direction and the width Sp of the magnetic flux density reduction unit satisfies the following expressions (1) to (4): apparatus.
0.6 mm <G <2.1 mm (1)
0.1 mm <Sp (2)
When W ≦ 1.5 mm, D = (Sp + W) <0.5 × G + 2 (3)
When 1.5 mm <W, 1.6 mm <D <3G ≦ 2.8 mm (4)
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