KR20080003777A

KR20080003777A - 위치검출기 및 위치결정장치

Info

Publication number: KR20080003777A
Application number: KR1020077019181A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 호시노
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2008-01-08
Also published as: WO2006109384A1; CN101156047A; US8013596B2; EP1884747A1; US20110288815A1; WO2006109384A8; JP2006292396A; EP1884747A4; JP4400500B2; US20090039875A1; CN101156047B

Abstract

넓은 범위에서 선형성을 가진 출력이 얻어지는 위치검출기(3)는, 소정의 가동방향(x)으로 이동가능한 가동부재(10)에 부설한 자계발생부재(11)와, 자계발생부재(11)의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 자계검출수단(12)을 구비하되, 자계발생부재(11)가 N극에 착자한 N극부(13)와, N극부(13)와 가동방향으로 늘어선 S극에 착자한 S극부(14) 및, N극부(13)와 S극부(14) 사이의 착자하고 있지 않은 불착자부(15)로 이루어진다.

Description

위치검출기 및 위치결정장치 {POSITION DETECTOR AND POSITIONING DEVICE}

본 발명은 위치검출기 및 위치결정장치에 관한 것이다.

특허문헌1∼3에는, 가동부재의 위치를 가동부재에 부설한 자계발생부재에 의한 자계의 변화로서 자계검출수단에 의해 검출하는 위치검출기가 기재되어 있다.

특허문헌1: 일본 특개평01-150812호 공보

특허문헌2: 일본 특개2004-348173호 공보

특허문헌3: 일본 특개2001-91298호 공보

도 11에 특허문헌1에 기재되어 있는 위치검출기(31)를 나타낸다. 위치검출기(31)는 자계발생부재(32)가 발생하는 자계의 변화를 자계검출수단(33)으로 검출함으로써, 자계발생부재(32)의 위치를 산출한다. 자계발생부재(32)는 절반이 N극에 착자된 N극부(34)이고, 나머지 절반이 S극에 착자된 S극부(35)이다.

자계발생부재(32)의 형상이 가동방향으로 길이 6.5㎜, 폭 2.5㎜, 두께 1㎜인 경우, 도 12에 나타낸 바와 같은 자속밀도의 분포가 얻어진다. 이 위치검출기(31)는 자속밀도의 변화가 직선적인 좁은 범위에서밖에 정확한 위치를 검출할 수 없다 고 하는 문제가 있다.

또, 특허문헌1에서는, 자계검출수단(33)을 2개의 홀소자(자계검출소자; 36a, 36b)로 구성하고, 2개의 홀소자(36a, 36b)의 출력의 차에 의해 입력전류를 변화시킴으로써, 온도변화 등에 의한 자계의 변화를 보상하고 있지만, 특허문헌2에서는 2개의 홀소자(자계검출소자; 36a, 36b)의 출력의 합을 차분으로 나눔으로써, 자계발생부재(32)와 자계검출수단(33)의 부착오차나 온도변화 등에 의한 자계의 변화를 보상하고 있다.

도 13에 2개의 홀소자(36a, 36b)의 자계 검출중심이 1.6㎜ 떨어져 있는 경우의 출력의 합을 차분으로 나눈 출력의 변화를 나타낸다. 당연하지만, 이 연산에 의해 출력이 직선적인 선형범위가 넓어지는 일은 없어, 여전히 좁은 범위에서밖에 위치를 검출할 수 없다는 문제가 남는다.

또, 특허문헌3에는, 쐐기모양의 자석을 이용하여 자계발생부재의 위치에 따라 직선적으로 변화하는 자속을 발생시키는 위치검출기가 기재되어 있다. 그렇지만, 이러한 위치검출기는 자계발생부재와 자계검출수단의 가동방향과 직교하는 방향으로 상대위치가 어긋나면 자계가 변화해 버리므로 오차나 개체차(個體差)가 크다고 하는 문제가 있다.

상기 문제점을 감안해서, 본 발명은 넓은 범위에서 선형성을 가진 출력이 얻어지는 위치검출기를 제공하는 것, 및 그러한 위치검출기에 의해 넓은 범위에서 정확한 위치결정이 가능한 위치결정장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 위치검출기의 제1태양(態樣)은, 소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설한 자계발생부재와, 이 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 자계검출수단을 구비하되, 상기 자계발생부재가 N극에 착자한 N극부와, 이 N극부와 상기 가동방향으로 늘어선 S극에 착자한 S극부 및, 상기 N극부와 상기 S극부 사이의 착자하고 있지 않은 불착자부로 이루어진 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 불착자부를 가짐으로써 자계발생부재가 만드는 자계가 선형적으로 변화하는 범위가 넓어지므로, 자계검출수단에 의한 자계발생부재의 위치를 검출하는 범위가 넓다.

또, 본 발명의 제1태양의 위치검출기에 있어서, 상기 불착자부의 상기 가동방향의 길이는 상기 자계발생부재의 전장(全長)의 1/10 이상 1/3 이하여도 좋다.

이 구성에 의하면, 불착자부의 길이를 1/10 이상 1/3 이하로 하면 위치검출출력의 기울기 변화가 5배 이하로 되므로, 검출신호로 피드백 제어하는 경우에도 계(系: 시스템)가 안정하다.

또, 본 발명의 제1태양의 위치검출기에 있어서, 상기 자계검출수단은 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고, 상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비해도 좋다.

이 구성에 의하면, 자계발생부재와 자계검출수단의 부착오차나 온도변화 등에 의한 자계의 변화에 따라 출력이 변화하는 일이 없어 안정한 위치검출이 가능하다.

또, 본 발명의 제1태양의 위치검출기에 있어서, 상기 자계검출수단은 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고, 상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면, A＞0인 경우, (A - B) / (A + B) + 2, B＜0인 경우, (A - B) / (A + B) - 2, A≤0이고 B≥0인 경우, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비해도 좋다.

이 구성에 의하면, 2개의 자계검출소자의 검출신호(A, B)의 어느 하나가 선형으로 되지 못하게 되는 A＞0인 경우나 B＜0인 경우에, 양 출력의 차분을 양자의 합으로 나누는 연산을 수행함으로써 선형성이 높은 출력을 얻을 수 있기 때문에, 자계발생부재의 위치를 검출할 수 있는 범위가 넓다.

또, 본 발명에 따른 위치검출기의 제2태양은, 소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설한 자계발생부재와, 이 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 자계검출수단을 구비하되, 상기 자계검출수단은 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고, 상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면, A＞0인 경우, (A - B) / (A + B) + 2, B＜0인 경우, (A - B) / (A + B) - 2, A≤0이고 B≥0인 경우, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비한 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 2개의 자계검출소자의 검출신호의 어느 하나가 비선형으로 되어도, 양 출력의 차분을 양자의 합으로 나누는 연산을 수행함으로써 선형성이 높은 출력이 얻어져 넓은 범위에서 자계발생부재의 위치를 검출할 수 있다.

또, 본 발명의 제1 및 제2태양의 위치검출기에 있어서, 상기 자계검출소자는 홀소자여도 좋다.

이 구성에 의하면, 일반적인 홀소자를 이용하여 저가로 고정밀도의 위치검출기를 실현할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 위치검출기의 제3태양은, 소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설되고, 상기 가동방향으로 일정의 폭으로 N극과 S극이 반복되도록 착자된 자계발생부재와, 이 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추되, 상기 2개의 자계검출소자가 상기 N극 및 상기 S극의 폭을 각각 1/2δ로 하면, 정수(n)에 대해 상기 가동방향으로 (n/2 + 1/4)δ로 표시되는 간격으로 늘어서서 배치되고, 상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 각각 A 및 B로 하면, A 및 B가 모두 0 이상 또는 0 이하인 경우는 (A + B) / (A - B), A 또는 B의 어느 쪽인가 한쪽만이 0 미만인 경우는 (A - B) / (A + B)의 연산을 하는 연산수단을 갖춘 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 2개의 자계검출소자가 자계발생부재의 위치에 대해 서로 90° 위상이 어긋난 신호를 출력한다. 이 2개의 신호(A, B)의 합을 차로 나누는 연산, 또는 차를 합으로 나누는 연산을 수행함으로써, 주기 δ로 최소값 -1, 최대값 +1의 거의 삼각파에 가까운 선형성이 높은 출력이 얻어져 자계발생부재의 정확한 위치를 산출할 수 있다.

또, 본 발명의 제3태양의 위치검출기에 있어서, 상기 자계검출소자는 자기저항효과소자여도 좋다.

이 구성에 의하면, 자계검출소자를 작게 할 수 있으므로, 주기(δ)를 작게 해서 정밀한 위치검출기를 실현할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 위치결정장치는, 본 발명의 제1∼제3의 어느 하나의 태양의 위치검출기를 갖추고, 상기 가동부재가 상기 가동방향으로 신장·수축하는 전기기계 변환소자에 의해 상기 가동방향으로 전진·후퇴되는 구동축에 마찰계합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써 상기 가동부재를 상기 구동축 상에서 원활하게 이동시키는 압전 액튜에이터로 한다.

이 구성에 의하면, 정확한 위치를 검출할 수 있는 위치검출기와 소형의 압전 액튜에이터를 조합시킴으로써, 소형으로 정밀한 위치결정을 행할 수 있는 위치결정장치를 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 위치결정장치에 있어서, 상기 가동부재는 광학소자를 보호·유지해도 좋다.

이 구성에 의하면, 소형의 카메라 유닛 등의 광학기기를 실현할 수 있다.

본 발명은 동일한 구성요소에는 동일부호를 붙이고 있는 하기 첨부도면을 참조해서 더 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태의 위치결정장치의 구성을 나타낸 개략도,

도 2는 도 1의 위치검출기의 상세한 구성을 나타낸 개략도,

도 3은 도 2의 자계발생부재가 발생하는 자계의 분포를 나타낸 그래프,

도 4는 도 2의 위치검출기의 검출신호와 출력을 나타낸 그래프,

도 5는 도 2의 위치검출기의 출력의 변화를 나타낸 그래프,

도 6은 도 2의 불착자부의 길이를 변경한 경우의 위치검출기의 출력을 나타낸 그래프,

도 7은 도 6의 출력의 기울기의 변화를 나타낸 그래프,

도 8은 도 1의 위치결정장치의 실제적 형상을 나타낸 평면도,

도 9는 본 발명의 제2실시형태의 엔코더의 구성을 나타낸 개략도,

도 10은 도 9의 엔코더의 출력파형을 나타낸 그래프,

도 11은 종래의 위치검출기의 구성을 나타낸 개략도,

도 12는 도 11의 자계발생부재가 발생하는 자계의 분포를 나타낸 그래프,

도 13은 도 10의 위치검출기의 출력 변화를 나타낸 그래프이다.

< 부호의 설명 >

1 --- 위치결정장치, 2 --- 압전 액튜에이터,

3 --- 위치검출기, 8 --- 전기기계 변환소자,

9 --- 구동부재, 10 --- 가동부재,

11 --- 자계발생부재, 12 --- 자계검출수단,

13 --- N극부, 14 --- S극부,

15 --- 불착자부, 16a, 16b --- 홀소자(자계검출소자),

18 --- 연산장치(연산수단), 19 --- 렌즈(광학소자),

21 --- 엔코더(위치검출기), 22 --- N극부,

23 --- S극부, 24 --- 자계발생부재,

25a, 25b --- 자기저항효과소자(자계검출소자),

27 --- 연산장치(연산수단), A --- 검출신호,

B --- 검출신호.

지금부터, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태인 위치결정장치(1)의 구성을 나타낸 개략도이다. 위치결정장치(1)는, 압전 액튜에이터(2)와 위치검출기(3)로 이루어지고, 압전 액튜에이터(2)의 구동회로(4)와, 위치검출기(3)의 검출신호를 처리하는 검출회로(5) 및, 위치지령에 의해 지시된 위치에 대응하는 검출회로(5)의 출력이 얻어지도록 구동회로(4)를 제어하는 제어회로(6)를 갖추고 있다.

압전 액튜에이터(2)는, 베이스부재(7)에 고정되어 구동회로(4)의 구동전압에 따라 화살표로 나타낸 x방향으로 신장·수축하는 전기기계 변환소자(8)와, 전기기계 변환소자(8)에 고정되어 전기기계 변환소자(8)의 신장·수축에 따라 x방향으로 전진·후퇴하는 구동부재(9) 및, 구동부재(9)에 마찰계합하여 구동부재(9) 상을 원활하게 이동가능한 가동부재(10)로 이루어진다.

위치검출기(3)는, 가동부재(10)에 부설된 자계발생부재(11)와, 자계발생부 재(11)에 대향하도록 베이스부재(7)에 고정된 자계검출수단(12)으로 이루어진다.

더욱이, 도 2에 위치검출기(3)와 검출회로(5)의 구성을 상세히 나타낸다. 자계발생부재(11)는, 자계검출수단(12)에 대향하는 면이 N극에 착자된 N극부(13)와, 자계검출수단(12)에 대향하는 면이 S극에 착자된 S극부(14) 및, N극부(13)와 S극부(14) 사이에 설치되어 N극에도 S극에도 착자되어 있지 않은 불착자부(不着磁部; 15)로 이루어져 있다. N극부(13), 불착자부(15) 및 S극부(14)는 가동부재(10)의 가동방향인 x방향으로 늘어서 있다.

자계발생부재(11)는, x방향의 전장(全長)이 예컨대 6.5㎜, 폭이 예컨대 3.5㎜, 두께가 예컨대 1㎜이고, 불착자부(15)의 x방향의 길이는 예컨대 1.2㎜이다. 또, 자계검출수단(12)은 x방향으로 늘어선 2개의 홀소자(자계검출소자; 16a, 16b)로 구성되고, 자속밀도를 검출하는 부분의 중심간의 거리가 예컨대 1.6㎜ 떨어져 있다. 자계발생부재(11)와 홀소자(16a, 16b) 사이는 예컨대 0.65㎜ 떨어져 있다.

검출회로(5)는 홀소자(16a, 16b) 각각의 검출신호를 증폭하는 앰프(증폭기; 17a, 17b)와, 앰프(17a)의 출력(증폭한 홀소자(16a)의 검출신호; A)과 앰프(17b)의 출력(증폭한 홀소자(16b)의 검출신호; B)으로부터,

A＞0인 경우, (A - B) / (A + B) + 2,

B＜0인 경우, (A - B) / (A + B) - 2,

A≤0이고 B≥0인 경우, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산장치(연산수단; 18)로 이루어져 있다.

계속해서, 위치결정장치(1)의 특징과 그 동작에 대해 설명한다.

도 3은 자계발생부재(11)로부터 0.65㎜ 떨어진 지점에서의 x방향의 위치에 대한 자속밀도를 나타낸다. 위치는 자계발생부재(11)의 중앙을 0으로 나타내고 있다. 자계발생부재(11)는 ±0.6㎜의 부분에 착자가 되어 있지 않은 불착자부(15)가 존재하고 있기 때문에, 대략 ±1㎜의 사이에서 자속밀도가 직선적으로 변화하는 선형범위를 가지고 있다.

도 4는 홀소자(16a, 16b)의 각각의 검출신호(A, B)와, (B + A) / (B - A)의 연산을 한 출력값 및, (B - A) / (B + A)의 연산을 한 출력값을 나타낸다. 검출신호(A)와 검출신호(B)는 1.6㎜ 위치가 어긋난 출력으로, 원점(위치 0㎜) 전후의 선형범위에 있어서 B＞A로 되어 있다. 도 3에 나타낸 자계발생부재(11)의 자계변화가 전체적으로 증감하거나, 홀소자(16a, 16b)의 자계발생부재(11)로부터의 거리가 어긋나 있는 경우에는, 검출신호 A 및 B의 선형범위의 기울기가 설계값과 달라 검출신호(A) 또는 검출신호(B)의 한쪽만으로는 자계발생부재(11)의 정확한 위치를 산출할 수 없다. 그러나, 검출신호 B와 A의 합을 검출신호 B와 A의 차로 나누는 (B + A) / (B - A)의 연산을 수행함으로써, 각 홀소자(16a, 16b)의 검출신호파형의 증감을 상쇄하여 자계발생부재(11)의 위치에 따라 일의적(一義的)으로 결정되는 값을 출력할 수 있다.

(B + A) / (B - A)의 연산출력은 대략 ±1㎜의 범위에서 선형성을 가지고 있지만, (B - A) / (B + A)의 연산출력은 대략 ±0.5㎜의 외측에서 선형으로 되어 있다. (B + A) / (B - A)의 연산출력과 (B - A) / (B + A)의 연산출력은 A=0의 위치와 B=0의 위치에서 교차하고 있다. 이것은, 양 연산출력이 각각 B / B = 1(A = 0 일 때), A / -A = -A / A = -1(B = 0일 때)로 되기 때문에, 검출신호(A, B)의 파형에 관계없이 A=0에서 1, B=0에서 -1로 일정하다. 따라서, A＞0일 때 및 B＜0일 때는, (B - A) / (B + A)의 연산출력으로부터 자계발생부재(11)의 정확한 위치를 산출할 수 있다. (B - A) / (B + A)의 선형범위의 연산출력은 단조감소인데 반해, (B + A) / (B - A)의 선형범위의 연산출력은 단조증가하고 있다. 이 때문에, (B + A) / (B - A)를 반전함으로써 단조감소하는 출력을 얻음으로써 자계발생부재(11)의 위치의 산출을 용이하게 한다.

도 5는 연산장치(18)에 의해, A＞0인 경우는 (A - B) / (A + B) + 2, B＜0인 경우는 (A - B) / (A + B) - 2, A≤0이고 B≥0인 경우는 (B + A) / (B - A)의 연산을 수행한 결과 얻어지는 출력을 나타낸다. 즉, A＞0의 범위 및 B＜0의 범위에서는, (B + A) / (B - A)를 (B + A) / (B - A)와의 교점에서 반전한 값을 산출하는 연산을 수행하고 있다. 도시한 바와 같이, 3개의 연산출력은 스무드하게 접속되어 전체로서 선형성이 높은 출력변화를 나타내고, 자계발생부재(11)의 정확한 위치를 넓은 범위에서 산출할 수 있음을 나타낸다.

계속해서, 도 6에 A≤0이고 B≥0인 범위에서의 연산창치(18)의 자계발생부재(11)의 위치에 대한 출력의 변화를, 불착자부(15)의 길이가 0.6㎜, 1.2㎜ 및 2.0㎜인 때에 대해 나타낸다. 도시한 바와 같이, 불착자부(15)가 짧을 때 선형성을 개선할 수 없을 뿐만 아니라 불착자부(15)의 길이가 너무 길어도 선형성이 저하함을 알 수 있다.

도 7은 도 6의 출력의 기울기 변화를 나타내는 바, 이 기울기의 변화가 적을 수록 선형성이 높아 바람직하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 검출회로(5)의 출력을 제어회로(6)에 의해 피드백해서 가동부재(10)의 위치결정을 수행하는 경우, 이득(gain) 여유를 갖게 할 필요가 있기 때문에 위치검출기(3)의 감도(도 7의 기울기)의 변화는 5배 정도가 한도이다. 따라서, 불착자부(15)의 길이는 0.6㎜가 거의 하한이고, 2.0㎜가 거의 상한이다. 자계발생부재(11)의 길이와 비교해서 말하면, 불착자부(15)의 길이는 자계발생부재(11)의 전장(全長)의 1/10 이상 1/3 이하인 것이 필요하다.

도 8은 위치결정장치(1)의 실제적 형상을 나타낸다. 이 위치결정장치(1)는 가동부재(10)가 광학소자인 렌즈(19)를 보호·유지하는 둥근 틀로 되어 있고, 베이스부재(7)에 고정한 구동부재(9)와 평행한 매달기 축(20)에 따라 이동가능하다. 자계발생부재(11)는 가동부재(10)의 매달기 축(20)에 계합(係合)하는 부분에 부착되어 있다. 베이스부재(7)에는 고정부재(7')를 매개로 해서 전기기계 변환소자(8)와 자계발생부재(11)에 대향하도록 자계검출수단(12)이 고정되어 있다.

이와 같이 구성된 위치결정장치(1)는 소형이고 경량이지만, 가동부재(10)에 보호·유지된 렌즈(19)의 매달기 축(20) 방향의 위치를 위치검출기(3)로 정확히 검출하고, 압전 액튜에이터(2)에 의해 렌즈(19)를 구해진 위치에 위치결정할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시형태의 엔코더(21)의 개략도이다. 엔코더(21)는 N극에 착자된 폭 1/2δ의 N극부(22)와, S극에 착자된 폭 1/2δ의 S극부(23)가 교대로 반복해서 배치된 자계발생부재(24)와, 2개의 자기저항효과소자(자기검출소자; 25a, 25b)를 가진다. 자기저항효과소자(25a, 25b)는 (1 + 1/4)δ 떨어져서 설치되어 있다. 앰프(26a, 26b)로 증폭한 자기저항효과소자(25a, 25b)의 검출신호(A, B)는 연산장치(연산수단; 27)로 연산처리되어 출력된다.

도 10에 N극부(22) 및 S극부(23)의 폭(1/2δ)이 0.32㎜인 경우의 자기저항효과소자(25a, 25b)의 검출신호(A, B)와 연산장치(27)의 출력을 나타내어, 엔코더(21)의 특징을 설명한다. 검출신호(A)와 검출신호(B)는 자계발생부재(24)의 위치에 대해 서로 위상이 90°(1/4δ) 어긋난 정현파 모양의 주기적인 파형으로 된다.

검출신호(A, B)가 모두 0 이상 또는 0 이하, 즉 2개의 자기저항효과소자(25a, 25b)가 검출하는 자계의 극성이 같은 경우, 연산장치(27)는 (A - B) / (A + B)의 연산결과를 출력하고, 검출신호(A, B)의 어느 쪽인가 하나가 0 미만, 즉 2개의 자기저항효과소자(25a, 25b)가 검출하는 자계의 극성이 다른 경우, 연산장치(27)는 (A + B) / (A - B)의 연산결과를 출력한다.

(A - B)와 (A + B)는 각각 위상 180°(즉 1/2δ)마다 0으로 되는 위치가 있고, 검출신호(A)와 검출신호(B)는 위상이 90°(즉 1/4δ) 어긋나 있으므로, (A - B)와 (A + B)가 위상 90°(즉 1/4δ)마다 교대로 0으로 된다. 종래의 연산방법과 같이, 양 검출신호(A, B)의 합(A + B)을 차(A - B)로 나누면, 1/2δ마다 분모(A - B)가 0으로 되어 출력이 발산해 버리지만, 본 실시형태와 같이 검출신호(A)와 검출신호(B)가 같아지는 위치에서는 양 검출신호(A, B)의 차(A - B)를 합(A + B)으로 나누면, 선형성이 있는 출력이 얻어진다. 그리고, 검출신호(A) 또는 검출신호(B) 가 0일 때, (A - B) / (A + B)와 (A + B) / (A - B)는 모두 1 또는 -1로 같은 값으로 되므로, 이때 (A - B) / (A + B)의 연산과 (A + B) / (A - B)의 연산을 전환함으로써, 연속적인 출력이 얻어진다. 그 결과, 연산장치(27)의 출력은 도시한 바와 같이 주기 1/2δ의 삼각파에 가까운 파형을 그린다.

또, 연산장치(27)는 검출신호(A, B)의 합을 차로, 혹은 검출신호(A, B)의 차를 합으로 나누므로, 엔코더(21)의 출력은 무차원화된 변량(變量)인 바, 온도변화에 따른 자계발생부재(24)가 발생하는 자계강도의 증감이 있어도 변동이 없다. 이 때문에, 선형 근사시켜 자계발생부재(24)의 위치를 N극부(22) 및 S극부(23)의 폭(1/4δ)보다 작은 단위로 산출할 수 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조해서 예시의 방법으로 충분히 설명했지만, 당업자라면 여러 가지의 변경이나 개량이 가능할 것이다. 따라서, 그러한 변경이나 개량은 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈(逸脫)하지 않는 한, 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 자계발생부재를 설치하므로 넓은 선형범위를 얻을 수 있다. 또, 2개의 자계검출소자의 출력의 합을 차로 나누는 연산과, 양자의 차를 합으로 나누는 연산을 병용하여, 더 넓은 선형범위를 얻을 수 있으므로, 자계발생부재의 위치를 광범위하면서 정밀하게 검출할 수 있다.

Claims

소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설한 자계발생부재와, 이 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 자계검출수단을 구비하되,

상기 자계발생부재가 N극에 착자한 N극부와, 이 N극부와 상기 가동방향으로 늘어선 S극에 착자한 S극부 및, 상기 N극부와 상기 S극부 사이의 착자하고 있지 않은 불착자부로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 1에 있어서, 상기 불착자부의 상기 가동방향의 길이가 상기 자계발생부재의 전장(全長)의 1/10 이상 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 자계검출수단은 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고,

상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 자계검출수단은 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고,

상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면,

A＞0인 경우, (A - B) / (A + B) + 2,

B＜0인 경우, (A - B) / (A + B) - 2,

A≤0이고 B≥0인 경우, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출기.
소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설한 자계발생부재와, 이 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 자계검출수단을 구비하되,

상기 자계검출수단은, 상기 가동방향으로 늘어서서 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추고,

상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 선형범위에 있어서 작은 쪽을 A, 큰 쪽을 B로 하면,

A＞0인 경우, (A - B) / (A + B) + 2,

B＜0인 경우, (A - B) / (A + B) - 2,

A≤0이고 B≥0인 경우, (B + A) / (B - A)의 연산을 수행하는 연산수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 1∼5의 어느 한 항에 있어서, 상기 자계검출소자는 홀소자인 것을 특징으로 하는 위치검출기.
소정의 가동방향으로 이동가능한 가동부재에 부설되고, 상기 가동방향으로 일정의 폭으로 N극과 S극이 반복되도록 착자된 자계발생부재와,

상기 자계발생부재의 이동에 의한 자계변화를 검출하는 2개의 자계검출소자를 갖추되,

상기 2개의 자계검출소자가 상기 N극 및 상기 S극의 폭을 각각 1/2δ로 하면, 정수(n)에 대해 상기 가동방향으로 (n/2 + 1/4)δ로 표시되는 간격으로 늘어서서 배치되고,

상기 2개의 자계검출소자의 검출신호를 각각 A 및 B로 하면,

A 및 B가 모두 0 이상 또는 0 이하인 경우는 (A + B) / (A - B),

A 또는 B의 어느 쪽인가 한쪽만이 0 미만인 경우는 (A - B) / (A + B)의 연산을 하는 연산수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 7에 있어서, 상기 자계검출소자는 자기저항효과소자인 것을 특징으로 하는 위치검출기.
청구항 1∼8의 어느 하나의 위치검출기를 갖추고,

상기 가동부재가 상기 가동방향으로 신장·수축하는 전기기계 변환소자에 의해 상기 가동방향으로 전진·후퇴되는 구동축에 마찰계합하고 있고,

상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써 상기 가동부재를 상기 구동축 상에서 원활하게 이동시키는 압전 액튜에이터인 것을 특징으로 하는 위치결정장치.
청구항 9에 있어서, 상기 가동부재는 광학소자를 보호·유지하는 것을 특징으로 하는 위치결정장치.