JP4408862B2 - ポインティングデバイス - Google Patents

Description

本発明は、パーソナルコンピュータや携帯電話等の入力手段として使用されるポインティングデバイスに関し、より詳細には、マグネットの移動による周囲の磁束密度変化を検出することにより、座標検知又はベクトル情報を入力するようにした磁気検出方式のポインティングデバイスに関する。

図１は、従来の磁気検出式ポインティングデバイスの磁気検出回路を示すブロック図で、検出部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子、半導体磁気抵抗効果素子、磁性薄膜磁気抵抗効果素子、ＧＭＲ素子）１１からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対称に配置された４個のホール素子１１の中央付近にマグネットが配置されている。このマグネットの移動による磁束密度の変化により、ホール素子１１の出力電圧が変化する。

差動アンプ２は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁束密度が原点Ｏについて対称、すなわちマグネットの着磁方向が鉛直方向にあるとき、出力が０になるようにしてあり、マグネットが移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換し、これを出力制御部４が出力するように構成されている。

携帯電話などで用いられる小型のポインティングデバイスの具体例としては、キーマットに磁石を配置する方法を採用したものがある。この方法のものは、現在提案されているものの中では、小型化が可能なものである（例えば、特許文献１参照）。

接触式ポインティングデバイスとしては、基板上に櫛の歯状の２組の電極を形成しておき、その上部から導電性ゴムを押しつけることにより、通電状態を変化させ、デジタル値として座標値を出力するものが一般的である。

特開２００２−１５０９０４号公報

しかしながら、携帯電話などの小型の携帯電子機器においては、電子機器の全体のサイズを小さくし、かつ機能を向上させるという相矛盾するニーズを満足させるために、さらなる部品の小型化や低背化が要求されている。また、磁気検出式のポインティングデバイスのさらなる操作感の向上も期待されている。

また、上述した公報の例では、マグネットを鉛直方向に着磁しているため、外部に漏れる磁束密度が大きくなり、近くに磁気カードを近づけた場合、この磁気カードなどの情報を消失させるという問題が危惧されている。

また、接触式ポインティングデバイスにおいては、導電性ゴムを押しつけて入力しているため、繰り返し入力等により導電性ゴムの劣化が避けられず、寿命が短くなるという問題が生じている。

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、小型化と低背化が可能で操作感の良好な、かつ外部への漏れ磁束密度の小さい、さらには製品寿命の長いポインティングデバイスを提供することにある。

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、平面に対して平行に移動可能に支持され、着磁方向が径方向であるリング状磁石と、前記リング状磁石が発生する前記平面と平行な方向の磁束密度を検知するように、前記リング状磁石の外周部又は内周部における前記平面上に配置された複数の磁気センサとを備え、前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と平行な方向の磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記リング状磁石は、内外単極着磁されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記リング状磁石は、内周部もしくは外周部の少なくとも一方が多極着磁されており、前記磁気センサは前記多極着磁されたリング状磁石の磁極中心に対向されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、実装基板上に樹脂層が設けられ、該樹脂層に前記リング状磁石が固着されるとともに、前記実装基板上に前記磁気センサを配置したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記樹脂層と前記実装基板との対向面が接着されていないことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、前記樹脂層は弾性シートであることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項４，５又は６に記載の発明において、前記樹脂層がシリコーン樹脂であることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って対称に配設され、前記リング状磁石は、前記磁気センサの中央付近に配置されていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項４乃至７のいずれかに記載の発明において、前記実装基板の前記樹脂層側で、かつ前記リング状磁石の略中央部分にスイッチを配設したことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記スイッチに対向する前記樹脂層の部分に、該スイッチを押すための突起を設けたことを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項４乃至７，９，１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、前記実装基板の前記樹脂層側に配置され、かつ前記実装基板の表面に平行な方向の磁束密度を検出するように設置されていることを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記ホール効果を利用した磁気センサが、出力端子を１本のみ有する磁気センサであることを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、磁気抵抗効果を利用した磁気センサであることを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項４乃至７，９，１０のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは半導体磁気抵抗効果素子であり、前記実装基板の前記樹脂層側に配置され、かつ前記実装基板の表面に平行な方向の磁束密度を検出することを特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は１５に記載の発明において、前記磁気抵抗効果を利用した磁気センサは４つの半導体磁気抵抗効果素子であり、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って２つずつ対称に配設され、該Ｘ軸上の２つの磁気センサは第１の結合点で電気的に結合され、該Ｙ軸上の２つの磁気センサも第２の結合点で電気的に結合されており、前記第１及び第２の結合点における電気信号を用いて、前記リング状磁石の移動によって生じる周囲の磁束密度の変化を検知することを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記リング状磁石から発生される磁力を利用して、前記リング状磁石を原点に復帰させる原点復帰手段を有することを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載のポインティングデバイスが組み込まれたことを特徴とする電子装置である。

磁気センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気抵抗効果ＩＣ（ＭＲＩＣ）、リードスイッチなど様々な磁気センサの適用が可能であり、アナログ出力型のポインティングデバイスには、アナログ出力型の磁気センサが望ましく、デジタル出力型のポインティングデバイスには、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。

ホール素子を利用する場合、実装基板の樹脂層側に配置し、かつ実装基板表面に平行な方向の磁束密度を検出するようにすることが、ポインティングデバイスの小型化と低背化を進める上で一層好ましい。

ホール効果を利用した磁気センサが、ホールＩＣであり、出力端子を１本のみを有する磁気センサであれば、出力信号線の数をホール素子に比べて低減することができるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響の低減を図ることができる。

磁気抵抗効果を利用した磁気センサを用いる場合は、半導体磁気抵抗効果素子を用い、実装基板の樹脂層側に配置し、かつ実装基板表面に平行な方向の磁束密度を検出するようにすることが、ポインティングデバイスの小型化と低背化を進める上で一層好ましい。

また、４つの半導体磁気抵抗効果素子を、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って２つずつ対称に配設し、Ｘ軸上の２つの半導体磁気抵抗効果素子を第１の結合点で電気的に結合し、Ｙ軸上の２つの半導体磁気抵抗効果素子も第２の結合点で電気的に結合し、第１及び第２の結合点における電気信号を用いて、リング状磁石の移動によって生じる周囲の磁束密度の変化を検知するようにしてもよい。このような構成をとることにより、ホール素子を用いる場合と比べ、出力信号線の数を低減することができるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響の低減を図ることができる。

また、実装基板の樹脂層側にスイッチを配設してもよい。また、スイッチに対向する樹脂層の部分に、スイッチを押すための突起を設けてもよい。スイッチとしては、特に種類の限定はないが、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチ、押しボタンスイッチ、タクト（tact）スイッチ、タッチ（touch）スイッチ、ストローク（stroke）スイッチなど、対象物との物理的接触を利用して対象物を確認するスイッチが適しており、タクティールスイッチ（ドームスイッチともいう）が小型化や低背化を進めるうえで好ましい。

また、リング状磁石についても特に種類の限定はないが、通常、量産されているフェライト系、サマリウム−コバルト系、ネオジ系など様々なリング状磁石が適用可能である。ポインティングデバイスの小型化を進める上では、マグネットの小型化が必須であるので、小さくても強磁場を発生するサマリウム−コバルト系やネオジ系などのリング状磁石が好ましい。また、磁石の低背化を進める上では、バルク磁石より成形性のよいボンド磁石のほうが好ましい。形状については、同様の着磁をすればリング状に限らず、円柱状や角柱状などでも当然よい。ただし、リング状磁石を用いることで、実装基板にスイッチを配設しても、ポインティングデバイス全体の高さを抑制することが可能になるのでより好ましい。

樹脂層は、弾力性を有する樹脂が好ましく、弾力性を有する樹脂についても、特に種類の限定はないが、現在様々な用途に使われているシリコーン樹脂が安価で入手しやすいので好ましい。

また、リング状磁石は、実装基板の表面に対して略平行移動することにより周囲の磁束密度変化を生じるようにすると、ポインティングデバイスのより一層の低背化が可能になるので好ましい。

また、樹脂層と実装基板との対向面が接着されていないことが好ましい。
また、磁気センサは、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って対称に配設され、リング状磁石は、磁気センサの中央付近に配置されていることが好ましい。

また、リング状磁石の原点復帰手段を有してもよい。樹脂層にリング状磁石を固着させることでその一手段となりうるが、リング状磁石とは別に他の磁石を設けることにより、お互いの磁石の吸引力または反発力を利用して原点に復帰させる構成をとることも可能である。

本発明によれば、小型化や低背化が可能で、かつ外部への漏れ磁束密度を低減することも可能になり操作感も向上する、さらに、製品寿命も向上するので、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。また、このようなポインティングデバイスを電子機器に組み込むことにより、電子機器の小型化を進めることが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の磁気検出式ポインティングデバイスの磁気検出回路を示すブロック図は、図１に示した従来の回路ブロック図と同様である。つまり、検出部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対称に配設された４個のホール素子の中央付近にリング状磁石が配置されている。このリング状磁石の移動による磁束密度の変化によりホール素子１１の出力電圧が変化する。

差動アンプ２はＸ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動的に増幅する。内外単極着磁のリング状磁石を用い、そのリング状磁石が原点位置にあるとき、Ｘ軸及びＹ軸の出力が０になるようにしてあり、リング状磁石が移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換し、これを出力制御部４が出力するように構成されている。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明のポインティングデバイスの一実施形態を示す図であり、図２Ａは上面図、図２Ｂは図２Ａのａ−ａ’線断面図である。図中符号１１は磁気センサ、１２はリング状磁石、１３はシリコーン樹脂、１４は実装基板、１５はスイッチカバーである。磁気センサ１１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に、実装基板１４に配置されている。この磁気センサ１１は、実装基板１４の表面と平行な方向の磁束密度を検知する。

図２Ａに示す構成では、磁気センサ１１をリング磁石１２の外周部に配置しているが、内周部に配置することも可能である。磁気センサ１１をリング状磁石１２の内周部に配置することにより、ポインティングデバイスの更なる小型化が可能になる。リング状磁石１２は、径方向にＮＳの単極着磁がされている。ＮＳのどちらが外周に着磁されているかについては特に制限されない。また、シリコーン樹脂１３と実装基板１４との対向面は接着されていない。

シリコーン樹脂１３は、外力を加えることにより容易に変形し、その外力を除くと直ちに、外力を加えていない初期状態に復帰する。つまり、スイッチカバー１５を操作して、ある方向に移動させた場合、リング状磁石１２も同様に移動することになる。しかし、外力を取り除くと直ちに初期状態に復帰する。シリコーン樹脂１３を用いることにより、移動機構と原点復帰手段の小型化が可能になる。

また、リング状磁石１２の移動は、実装基板１４の表面に対して略平行移動するような構成にすれば、低背化が可能になる。

リング状磁石１２のシリコーン樹脂１３上への固定方法は、接着剤等を用いる簡易な方法で行うことができる。その場合、リング状磁石１２のシリコーン樹脂１３との接触面の全面に接着剤を塗布するのではなく、外周付近の部分は塗布しないで接着することにより、シリコーン樹脂１３の伸縮性を有効に利用することができ、リング状磁石１２の移動距離を大きくとることができるので好適である。また、リング状磁石１２の位置決めの問題があるので、シリコーン樹脂１３上のリング状磁石１２の設置場所には、凹部を設けておくことが好ましい。

また、シリコーン樹脂１３を成形する際、リング状磁石１２を後で接着しなくてすむように、インサート成形することも可能である。

リング状磁石１２とシリコーン樹脂１３をラバー磁石に置き換えることにより、更なる低背化も可能になる。シリコーン樹脂１３の一部に磁性材料を混入し、磁石を形成してもよい。

また、接触式ポインティングデバイスと比較して、磁気検出式ポインティングデバイスは、接触による部品の摩耗がなくなるので、製品寿命が向上する。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図であり、図３Ａは上面図、図３Ｂは図３Ａのｂ−ｂ’線断面図である。図２Ｂに示した実施形態のシリコーン樹脂１３に相当するシリコーン樹脂２３に凹部を設け、この凹部内にスイッチ２８を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機能を付与させたものである。つまり、実装基板２４のシリコーン樹脂２３側にスイッチ２８を配設したものである。シリコーン樹脂２３には、スイッチ２８を押すための突起２６が設けられている。また、リング状磁石２２は、ネオジのボンド磁石を用いることにより、低背化が可能になっている。

本来、ポインティングデバイスは入力点の座標値を出力するためのデバイスであるが、スイッチ機能を付与することにより座標値のみならず、決定機能をつけたポインティングデバイスになる。スイッチカバー２５をリング状磁石２２の方向に押さえ込むことによりスイッチ機能を満足する構成になっている。スイッチを設けることにより、パーソナルコンピュータのマウスと同様、座標値と決定の２信号をもつことになる。

このスイッチ２８としては、押しボタンスイッチなど、どのようなスイッチでもかまわないが、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチ、タクト（tact）スイッチ、タッチ（touch）スイッチ、ストローク（stroke）スイッチ等、対象物との物理的接触を利用して対象物を確認するスイッチが適している。

また、図３Ｂに示した実施形態のシリコーン樹脂２３のリング状磁石２２を設けた部分及びその近傍を、リング状磁石２２を設けていないシリコーン樹脂２３部分より、シリコーン樹脂２３の厚みを薄くして空間部２７を設けている。リング状磁石２２の下のシリコーン樹脂が薄いほど、リング状磁石２２の移動範囲を大きくとることができるので、シリコーン樹脂２３の動作を前提とする部分については薄くすることが好ましい。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施形態を示す図である。図３Ａに示した実施形態において、リング状磁石の着磁を内外単極着磁ではなく、それぞれ内外周を４極（図４Ａ）又は８極（図４Ｂ）に着磁したものである。多極着磁のリング状磁石３２を用いることによって、磁束の収束効果が強まり指向性があがるので、ポインティングデバイスの出力感度が増加することが期待できる。リング状磁石３２の磁極の数は、磁気センサ３１の数の正整数倍にすることにより、磁気センサ３１とリング状磁石３２の磁極中心を対向させることが可能になり、高い信号出力が期待できるようになる。また、信号処理部分を共通化することができる。つまり、リング状磁石３２が、Ｍ極（Ｍ＝Ｋ×Ｉ、Ｋ：使用する磁気センサの数、Ｉ：１以上の整数）に着磁されることが好ましい。

また、リング状磁石３２を円柱状磁石に形状変更しても磁石外周部を同様に着磁することが可能である。多極着磁した磁石を用いて本発明を実施する際は、リング形状以外の形状をした磁石を用いることができる。

図５は、本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施形態を示す図である。図２Ａに示した実施形態において、リング状磁石の原点復帰手段を強化したものである。前述したように、シリコーン樹脂自体にリング状磁石４２を原点へ復帰させる能力を有しているが、リング状磁石４２の内部にさらに別の磁石４９を設け、お互いの磁石の反発力を利用して原点に復帰するようにしてある。この実施形態の例では、他の磁石４９は内外単極着磁で、外周にＳ極が配置される。このような構成をとれば、シリコーン樹脂の経年劣化による原点復帰特性の悪化を防ぐことができる。符号４１は磁気センサである。

上述したすべての実施形態については、磁気センサにホール素子を用いることを想定していた。ホール素子は出力端子が２本あるので、出力配線の引きまわし距離が長くなる。したがって、配線のためのスペースが拡大し、さらに距離が長いので外部ノイズの影響を受けやすくなる。しかし、出力端子が１本であるホールＩＣや半導体磁気抵抗効果素子を磁気センサとして用いる場合は、出力信号線の数を低減することができるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響の低減を図ることが可能になる。

また、上述したすべての実施形態は、実装基板の表面に平行な磁束密度を検知する磁気センサを想定していたが、実装基板表面とのなす角度（０度以上かつ９０度以下）が約６０度以下の磁束密度を検知する磁気センサであれば、ポインティングデバイスのＳ／Ｎは低下するが同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施形態については、リング状磁石を外周方向に着磁したものを用いているので、スイッチカバー上面への漏れ磁束密度が劇的に減少することが期待できる。したがって、近くに磁気カードを近づけた場合、この磁気カードなどの情報を消失させるという問題が危惧されることもなくなる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、更に種々変形して実施することが可能である。

次に、本発明の具体的な実施例について以下に説明する。

上述した本発明の実施形態の構成でポインティングデバイスを構築したときの、出力特性の一例について以下に説明する。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明のポインティングデバイスの実施例１を示す図で、図６Ａが上面図、図６Ｂが図６Ａのａ−ａ’線断面図である。リング状磁石５２はφ１３（外径）×φ８．８（内径）で、厚さが０．５（単位はすべてｍｍ）である。リング状磁石５２は内外単極着磁されており、外側がＮ極、内側がＳ極である。リング状磁石５２にはネオジのボンド磁石を用い、その保磁力は４６０ｋＡ／ｍである。また、図中のｚ方向に移動可能に保持されている。リング状磁石５２の可動範囲は、ｚ方向に±１．２ｍｍである。磁気センサ５１はホール素子であり、ｚ方向の磁束密度を検出するタイプのものである。

リング状磁石５２が原点にあるとき、図中ｚ方向における、リング状磁石５２の外径端部から磁気センサ５１のセンサ位置までの距離をｇａｐＺとした。また、図中ｘ方向における、リング状磁石５２の中心から磁気センサ５１のセンサ位置までの距離をｇａｐＸとした。このとき、リング状磁石５２をｚ方向に±１．２ｍｍ動かし、右の磁気センサ５１ａの磁束密度と左の磁気センサ５１ｂの磁束密度の差を算出した結果を図７に示す。ただし、このときのｇａｐＺは２ｍｍとし、ｇａｐＸは０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍの４通りを行った。

ｇａｐＸを０．５ｍｍ以内にすると、リング状磁石５２をｚ方向に±１．２ｍｍ動かしたとき、±２０ｍＴ以上の磁束密度変化が生じていることがわかる。この磁束密度変化の値は、ホール素子５１で検出するのに充分な値である。また、ｇａｐＸを０に近づけるほど、磁束密度の変化は大きくなり、ポインティングデバイスとして有効に機能することもわかる。

同様に、ｇａｐＺを１．６ｍｍとしたときの磁束密度差を算出した結果を図８に示す。ｇａｐＺを２ｍｍから１．６ｍｍに変更することによって、ほぼ磁束密度差の値は倍増することがわかる。以上の結果より、ｇａｐＺとｇａｐＸの値を小さくすればするほど、ポインティングデバイスの特性としては良好なものになることがわかる。

また、本実施例１のポインティングデバイスの特に優れている点は、リング状磁石５２が可動範囲の限界に近づいたとき（この例ではｚの＋１．０ｍｍ以上と−１．０ｍｍ以下の範囲）、ポインティングデバイスの出力が大きくなる点である。つまりｚが１．０ｍｍ以上の範囲と−１．０ｍｍ以下の範囲では、図７及び図８に示すグラフの傾きが大きくなっている。

例えば、ディスプレイ上のカーソルを左端から右端に移動させる際、操作者はできるだけカーソルを早く動かしたいと思うのが常である。そのようなときに、操作者はポインティングデバイスのリング状磁石５２を右端の可動範囲限界まで動かすことになる。本発明のポインティングデバイスでは、リング状磁石５２の可動範囲限界に近づくほど、カーソルが早く動くことになるので（図７及び図８に示すグラフの傾きが大きいところを利用することになるので）、より人間の感覚に近い特性を有しているといえる。

なお、従来のポインティングデバイスでは、磁石の可動範囲限界に近づくとカーソルの移動速度が落ちるという問題があり（後述の比較例で説明）、操作感を損ねていた。本発明のポインティングデバイスは、上述した問題を解消し、著しく操作感が向上する。

本実施例１では、磁気センサ５１をリング状磁石の外周部に配置したが、内周部に配置しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、内周部に配置することにより、より一層の小型化が可能になる。

上述した本発明の実施形態の構成でポインティングデバイスを構築したときの、出力特性の他の一例について以下に説明する。

本実施例２の概略は上述した実施例１と同様に図６Ａ及び図６Ｂに示す構成である。リング状磁石５２はφ１１．７８（外径）×φ５（内径）で、厚さが０．４８５（単位はすべてｍｍ）である。リング状磁石５２は内外単極着磁されており、外側がＮ極、内側がＳ極である。リング状磁石５２にはネオジのボンド磁石を用い、その保磁力は３９８ｋＡ／ｍである。また、図中のｚ方向に移動可能に保持されている。リング状磁石５２の可動範囲は、ｚ方向に±１．２ｍｍである。磁気センサ５１はホール素子であり、ｚ方向の磁束密度を検出するタイプのものである。

実施例１と同様に、リング状磁石５２が原点にあるとき、図中ｚ方向における、リング状磁石５２の外径端部から磁気センサ５１のセンサ位置までの距離をｇａｐＺとした。また、図中ｘ方向における、リング状磁石５２の中心から磁気センサ５１のセンサ位置までの距離をｇａｐＸとした。このとき、リング状磁石５２をｚ方向に±１．２ｍｍ動かし、右の磁気センサ５１ａの磁束密度と左の磁気センサ５１ｂの磁束密度の差を算出した結果を図９に示す。ただし、このときのｇａｐＸは０．７８０５ｍｍとし、ｇａｐＺは３ｍｍ、２．５ｍｍ、２ｍｍの３通りを行った。

ｇａｐＺを２ｍｍにしても、リング状磁石５２をｚ方向に±１．２ｍｍ動かしたとき、±１０ｍＴ程度の磁束密度変化しか生じていないことがわかる。この磁束密度変化の値は、ホール素子５１で検出するにはやや物足りない値である。

上述した構成のポインティングデバイスを改善するため、磁気センサ５１を、ｚ方向とｘ方向の真中、つまりｚ軸方向およびｘ軸方向に４５度をなす方向の磁束密度を検出するタイプのものに変更した。ただし、その方向は、リング状磁石５２からの磁束密度が大きい方向であり、この実施例２では、磁気センサ５１ａは右下方向の磁束密度を検出するものであり、磁気センサ５１ｂは左下方向の磁束密度を検出するものである。上述した構成でリング状磁石５２をｚ方向に±１．２ｍｍ動かし、右の磁気センサ５１ａの磁束密度と左の磁気センサ５１ｂの磁束密度の差を算出した結果を図１０に示す。

ｚ方向の磁束密度を検知する磁気センサから、ｚ方向に４５度の角度をなす方向の磁束密度を検知する磁気センサに変更することにより、ほぼ磁束密度差の値は２倍に増加することがわかる。以上の結果より、磁気センサの検知方向はｚ方向に限定されるものではなく、リング状磁石５２と磁気センサ５１の配置関係により適宜変更することが望ましい。ただし、磁気センサの磁束密度の検知方向の目安としては、ｚ方向からおよそ６０度以下にすると良好な結果が得られることがわかっている。

また、本実施例２のポインティングデバイスの優れている点は、リング状磁石５２が可動範囲の限界に近づいたとき（この例ではｚの＋１．０ｍｍ以上と−１．０ｍｍ以下の範囲）、ポインティングデバイスの出力が大きくなる点である。つまりｚが１．０ｍｍ以上の範囲と−１．０ｍｍ以下の範囲では、図１０に示すグラフの傾きが大きくなっている。

本実施例２では、磁気センサ５１をリング状磁石５２の外周部に配置したが、内周部に配置しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、内周部に配置することにより、より一層の小型化が可能になる。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明のポインティングデバイスの実施例３を示す図で、図１１Ａが上面図、図１１Ｂが図１１Ａのａ−ａ’線断面図である。実施例１で用いた内外単極着磁のリング状磁石５２を多極着磁のリング状磁石６２に変更した実施例を示している。リング状磁石６２はφ１２（外径）×φ８（内径）で、厚さが１（単位はすべてｍｍ）である。リング状磁石６２は、図１１Ａに示すように多極着磁されている。リング状磁石６２にはネオジのボンド磁石を用いた。また、図中のｚ方向とｙ方向に移動可能に保持されている。リング状磁石６２の可動範囲は、ｚ方向とy方向にそれぞれ±１ｍｍである。磁気センサ６１はホール素子であり、図１１Ａの左右に配置されたものは、ｚ方向の磁束密度を検出するタイプのものであり、上下に配置されたものはｙ方向の磁束密度を検出するタイプのものである。

リング状磁石６２が原点にあるとき、図中ｚ方向における、リング状磁石６２の外径端部から磁気センサ６１のセンサ位置までの距離ｇａｐＺを１．６ｍｍとした。また、図中ｘ方向における、リング状磁石６２の中心から磁気センサ６１のセンサ位置までの距離ｇａｐＸを０ｍｍとした。このとき、リング状磁石６２をｚ方向とｙ方向に±１ｍｍ動かし、右の磁気センサ６１ａの磁束密度と左の磁気センサ６１ｂの磁束密度の差を測定した結果を図１２に示す。

実施例１と同様、ポインティングデバイスの良好な出力特性が確認できる。また、ポインティングデバイスの特性は、ｙ方向の位置にほぼ依存しないこともわかる。リング状磁石６２の可動範囲限界に近いところでは、グラフの傾きが大きくなり、ポインティングデバイスの操作感も向上できていることがわかる。

本実施例３では、リング状磁石６２を用いたが、磁石の外周部に同様の着磁をした円柱状の磁石を用いても類似の効果が確認できることはいうまでもない。また、本実施例３では、リング状磁石６２の着磁を内外周とも４極着磁にしているが、この着磁方法に限ったものでなく、４極以外の多極着磁でも同様の効果が得られることも言うまでもない。

［比較例］
従来の磁気検出式ポインティングデバイスの構成の出力特性を以下に示す。
図１３は、従来のポインティングデバイスの構成を示す概略図である。磁石７２は３．９ｍｍ角で、厚さが０．８ｍｍである。磁石７２は、図１３に示すようにｚ方向に着磁されている。磁石７２にはネオジの焼結磁石を用いた。また、図中のｘ方向とｙ方向に移動可能に保持されている。磁石７２の可動範囲は、両方向とも±１ｍｍである。磁気センサ７１は旭化成電子製のホール素子ＨＱ８００２（商品名）であり、１つのパッケージ内に４つのホール素子を有するものである。また、そのホール素子はｚ方向の磁束密度を検出するタイプのものである。また、対角に位置するホール素子の間隔は３．２ｍｍである。このとき、磁石７２をｘ方向とｙ方向に±１ｍｍ動かし、ＨＱ８００２内の右の磁気センサ部の磁束密度と左の磁気センサ部の磁束密度の差を測定した結果を図１４に示す。

磁石７２が可動範囲の限界に近づいたとき（この例ではｘが＋１．０ｍｍと−１．０ｍｍに近づいたとき）、ポインティングデバイスの出力が小さくなることがわかる。つまりｘが１．０ｍｍと−１．０ｍｍに近づくと、図１４に示すグラフの傾きが小さくなっている。

例えば、ディスプレイ上のカーソルを左端から右端に移動させる際、操作者はできるだけカーソルを早く動かしたいと思うのが常である。そのようなときに、操作者はポインティングデバイスの磁石７２を右端の可動範囲限界まで動かすことになる。本比較例のポインティングデバイスでは、磁石７２の可動範囲限界に近づくほど、カーソルがゆっくり動くことになるので（図１４に示すグラフの傾きが小さいところを利用することになるので）、人間の感覚とは違う特性を有しているといえる。この点では人間の期待する操作感を損なっており、改善の必要があることは否定できない。

また、ｙ方向位置により出力特性が異なり、この点でも人間の期待する操作感を損なっているといえる。

磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、操作感が良好で小型化と低背化が可能であり、かつ外部への漏れ磁束密度を小さくすることができ、さらには製品寿命を長くすることができるので、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能なポインティングデバイスを提供することができる。

本発明のポインティングデバイスに係る従来例及び本発明におけるポインティングデバイスの一例を示す回路ブロック図である。 本発明におけるポインティングデバイスの一実施形態を示す図で、上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの一実施形態を示す図で、図２Ａのａ−ａ’線断面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、図３Ａのｂ−ｂ’線断面図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施形態を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施形態を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施形態を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの実施例１，２を示す概略図で、上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの実施例１，２を示す概略図で、図６Ａのａ−ａ’線断面図である。 実施例１の構成を有するポインティングデバイスの出力特性例を示す図である。 実施例１の構成を有するポインティングデバイスの他の出力特性例を示す図である。 実施例２の構成を有するポインティングデバイスの他の出力特性例を示す図である。 実施例２の構成を有するポインティングデバイスの他の出力特性例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの実施例３を示す概略図で、上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの実施例３を示す概略図で、図１１Ａのａ−ａ’線断面図である。 実施例３の構成を有するポインティングデバイスの出力特性例を示す図である。 従来のポインティングデバイスの構成を示す概略図である。 図１３に示す従来のポインティングデバイスの出力特性を示す図である。

１ 検出部
２ 差動アンプ
３ 検出制御部
４ 出力制御部
１１，２１，３１，４１，５１、５１ａ，５１ｂ，６１，６１ａ，６１ｂ 磁気センサ
１２，２２，３２，４２、５２，６２ リング状磁石
１３，２３ シリコーン樹脂
１４，２４ 実装基板
１５，２５ スイッチカバー
２６ 突起
２７ 空間部
２８ スイッチ
４９ 別の磁石
７１ 磁気センサ
７２ 磁石

Claims (18)

1. 平面に対して平行に移動可能に支持され、着磁方向が径方向であるリング状磁石と、前記リング状磁石が発生する前記平面と平行な方向の磁束密度を検知するように、前記リング状磁石の外周部又は内周部における前記平面上に配置された複数の磁気センサとを備え、
   前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と平行な方向の磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することを特徴とするポインティングデバイス。
2. 前記リング状磁石は、内外単極着磁されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記リング状磁石は、内周部もしくは外周部の少なくとも一方が多極着磁されており、前記磁気センサは前記多極着磁されたリング状磁石の磁極中心に対向されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
4. 実装基板上に樹脂層が設けられ、該樹脂層に前記リング状磁石が固着されるとともに、前記実装基板上に前記磁気センサを配置したことを特徴とする請求項１，２又は３に記載のポインティングデバイス。
5. 前記樹脂層と前記実装基板との対向面が接着されていないことを特徴とする請求項４に記載のポインティングデバイス。
6. 前記樹脂層は弾性シートであることを特徴とする請求項４又は５に記載のポインティングデバイス。
7. 前記樹脂層がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項４，５又は６に記載のポインティングデバイス。
8. 前記磁気センサは、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って対称に配設され、前記リング状磁石は、前記磁気センサの中央付近に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のポインティングデバイス。
9. 前記実装基板の前記樹脂層側で、かつ前記リング状磁石の略中央部分にスイッチを配設したことを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載のポインティングデバイス。
10. 前記スイッチに対向する前記樹脂層の部分に、該スイッチを押すための突起を設けたことを特徴とする請求項９に記載のポインティングデバイス。
11. 前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のポインティングデバイス。
12. 前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、前記実装基板の前記樹脂層側に配置され、かつ前記実装基板の表面に平行な方向の磁束密度を検出するように設置されていることを特徴とする請求項４乃至７，９，１０のいずれかに記載のポインティングデバイス。
13. 前記ホール効果を利用した磁気センサが、出力端子を１本のみ有する磁気センサであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のポインティングデバイス。
14. 前記磁気センサが、磁気抵抗効果を利用した磁気センサであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のポインティングデバイス。
15. 前記磁気センサは半導体磁気抵抗効果素子であり、前記実装基板の前記樹脂層側に配置され、かつ前記実装基板の表面に平行な方向の磁束密度を検出することを特徴とする請求項４乃至７，９，１０のいずれかに記載のポインティングデバイス。
16. 前記磁気抵抗効果を利用した磁気センサは４つの半導体磁気抵抗効果素子であり、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って２つずつ対称に配設され、該Ｘ軸上の２つの磁気センサは第１の結合点で電気的に結合され、該Ｙ軸上の２つの磁気センサも第２の結合点で電気的に結合されており、前記第１及び第２の結合点における電気信号を用いて、前記リング状磁石の移動によって生じる周囲の磁束密度の変化を検知することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のポインティングデバイス。
17. 前記リング状磁石から発生される磁力を利用して、前記リング状磁石を原点に復帰させる原点復帰手段を有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のポインティングデバイス。
18. 請求項１乃至１７のいずれかに記載のポインティングデバイスが組み込まれたことを特徴とする電子装置。

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