(57)【要約】      （修正有）【課題】平面位置検出のための機構を簡素化し、平面ポインティングデバイスの薄型化を実現する。【解決手段】平面ポインティングデバイスは、基板上に形成された可動範囲Ｍ内に平板円環状をなす平板磁石１を平面移動可能に配置し、可動範囲Ｍの外周に平板磁石１と同一平面内に第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３を配置している。平板磁石１の移動位置に応じて、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場の向きが変化し、自由層の磁化の向きから移動位置を検出する。【選択図】図１
2010009170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面内を平面移動可能に配置された磁石の移動範囲内での位置を検出する平面ポインティングデバイスであって、
前記磁石から発生する磁力線が当該磁石から前記移動範囲の外周に向けて又はその逆向きに放射されるように前記磁石を着磁し、
前記磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にＧＭＲセンサを配置し、前記各ＧＭＲセンサの出力信号から前記磁石の位置を検出することを特徴とする平面ポインティングデバイス。
【請求項２】
前記磁石は平板状をなすことを特徴とする請求項１記載の平面ポインティングデバイス。
【請求項３】
前記磁石は平板状で円盤状又は円環状をなすことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の平面ポインティングデバイス。
【請求項４】
前記磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する２つの線分上に前記ＧＭＲセンサをそれぞれ設置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の平面ポインティングデバイス。
【請求項５】
前記磁石側から見て前記ＧＭＲセンサの背後に、前記磁石から前記移動範囲の外周に向けて放射される磁場をＧＭＲセンサ側に引き込む補助磁石を近接して配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の平面ポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元平面上を移動する磁石の二次元座標位置を検出する平面ポインティングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次元平面上での二次元座標を検出する平面ポインティングデバイスとして可変抵抗素子を用いる接触式ポインティングデバイスと、磁気センサを用いる非接触式ポインティングデバイスとが知られている。接触式ポインティングデバイスは、可動接点との接触位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗体を互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿ってそれぞれ配置し、可動部の二次元平面上での移動に合わせて可動接点をＸ及びＹ軸方向の可変抵抗上をスライドさせ、可変抵抗の抵抗値を読み取って二次元座標を検出していた。しかしながら、接触式ポインティングデバイスは、可変抵抗体と可動接点とを接触させて摺動させるため、構造が複雑となって小型化が難しかった。
【０００３】
一方、非接触式ポインティングデバイスは、磁石を二次元平面上で移動可能に保持し、磁石の二次元座標位置に応じた磁界変化を磁気センサにて非接触で検出して二次元座標を求めている（例えば、特許文献１参照）。このため、接触式ポインティングデバイスのような摺動機構を備える不要がなくなるといった利点がある。
【０００４】
図５及び図６を参照して特許文献１に記載された非接触式の平面ポインティングデバイスについて説明する。実装基板１１の主面１１ａ上に固定部１２ａと保持部１２ｂとからなる樹脂部１２を配置している。略円筒状をなす保持部１２ｂの中央凹部で円盤状をなす平板磁石１３を保持している。実装基板１１の下面１１ｂに本体２０ａと突電極２０ｂとを備えた磁気センサ２０を設けている。本体２０ａは初期位置にある平板磁石１３と対向する位置に配置されている。図６に示すように、本体２０ａはセンサ基板の主面に第１〜第４のＧＭＲ素子Ｒ１〜Ｒ４を備えており、第１のＧＭＲ素子Ｒ１はセンサ基板の主面におけるＹ軸正方向端部に配置され、第２のＧＭＲ素子Ｒ２はＹ軸負方向端部に配置され、第３のＧＭＲ素子Ｒ３はセンサ基板の主面におけるＸ軸負方向端部に配置され、第４のＧＭＲ素子Ｒ４はＸ軸正方向端部に配置されている。
【０００５】
かかる平面ポインティングデバイスでは、図６（ａ）〜（ｅ）に示すように平板磁石１３のＸＹ平面（主面１１ａ）上のＸ，Ｙ座標位置に応じて、第１〜第４のＧＭＲ素子Ｒ１〜Ｒ４の自由層の磁化方向が変化する。ＧＭＲ素子は自由層の磁化方向に応じて抵抗値（出力）が変化する。そこで、第１〜第４のＧＭＲ素子Ｒ１〜Ｒ４の出力信号を磁気センサ２０に設けた磁石位置決定部（不図示）に取り込んでＸ，Ｙ座標位置に変換していた。
【特許文献１】特開２００６−２７６９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近は携帯電話機等のように機器本体の薄型化が求められており、平面ポインティングデバイスのように携帯電話機の機器本体等に搭載されるデバイスにも更なる薄型化の要求がある。しかしながら、上述した特許文献１記載の平面ポインティングデバイスでは、実装基板１１を挟んで上下に平板磁石１３と磁気センサ２０とを対向配置する構造のため、更なる薄型化を図るには限界があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、平面位置検出のための機構を簡素化できると共に、容易に薄型化を実現できる平面ポインティングデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の平面ポインティングデバイスは、互いに直交するＸ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面内を平面移動可能に配置された磁石の移動範囲内での位置を検出する平面ポインティングデバイスであって、前記磁石から発生する磁力線が当該磁石から前記移動範囲の外周に向けて又はその逆向きに放射されるように前記磁石を着磁し、前記磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にＧＭＲセンサを配置し、前記各ＧＭＲセンサの出力信号から前記磁石の位置を検出することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にＧＭＲセンサを配置したので、磁石とＧＭＲセンサとを基板を挟んで上下に配置する構成に比べて、大幅に薄型化が可能になる。
【００１０】
上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石として平板状をなす磁石を用いることが好ましい。平板状をなす磁石として、平板円盤状又は平板円環状をなすものを用いることができる。
【００１１】
また本発明は、上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する２つの線分上に前記ＧＭＲセンサをそれぞれ設置したことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する２つの線分上に前記ＧＭＲセンサをそれぞれ設置したことにより、磁石があらゆる方向へ移動する場合にＧＭＲセンサに作用する磁場の向きの変化が平均して大きくなり、磁場の向きの変化に基づいた位置検出精度を向上することができる。
【００１３】
また本発明は、上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石側から見て前記ＧＭＲセンサの背後に、前記磁石から前記移動範囲の外周に向けて放射される磁場をＧＭＲセンサ側に引き込む補助磁石を近接して配置したことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、磁石から放射される磁場をＧＭＲセンサ側に引き込む補助磁石を設けたので、磁石とＧＭＲセンサとの距離が離れていても磁石からＧＭＲセンサに十分な大きさの磁場を作用させることができ、検出精度の低下を防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平面ポインティングデバイスの平面位置検出のための機構を簡素化できると共に、薄型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る平面ポインティングデバイスの模式的な平面図であり、図２は図１に示すＡ-Ａ線矢視断面図である。平板円環状をなす平板磁石１がＸＹ平面上の磁石移動範囲となる可動範囲Ｍ内を外力に応じて任意方向へスライド可能に配置されている。可動範囲ＭにおけるＸ軸方向端部に第１のＧＭＲセンサ２を設け、可動範囲ＭにおけるＹ軸方向端部に第２のＧＭＲセンサ３を設けている。本実施の形態では可動範囲Ｍを正方形とし、第１のＧＭＲセンサ２はＹ軸方向の一辺の中間位置に固定し、第２のＧＭＲセンサ３はＸ軸方向の一辺の中間位置に固定している。このため、第１のＧＭＲセンサ２から可動範囲Ｍの中心点Ｐを通る線分と第２のＧＭＲセンサ３から可動範囲Ｍの中心点Ｐを通る線分とが直交する位置関係となっている。
【００１７】
図２に示すように、平板磁石１と第１及び第２のＧＭＲセンサ２、３は、基板４の上面４ａとなる同一平面に配置されている。なお、図２では視点の関係で第２のＧＭＲセンサ３は見えない位置となっている。基板４の上面４ａには可動範囲Ｍの外周部を規定する側壁部５が形成されていて、上面４ａと側壁部５とで形成される凹部内に平板磁石１が配置されている。平板磁石１は、図示していない保持部に固定されていて、当該保持部と平板磁石１とが一体となって可動範囲Ｍ内を任意方向に移動できるように構成している。
【００１８】
なお、平板磁石１を固定する保持部の構成は、例えば図５に示す樹脂部１２と同様のものであっても良い。または、平板磁石１又はその保持部を上面４ａ上でスライドさせる構造であっても良い。スライド構造の場合、平板磁石１の外径寸法は可動範囲Ｍの一辺片よりも十分に小さい寸法とし、平板磁石１の可動範囲Ｍ内での移動距離に応じて設定する。
【００１９】
平板磁石１は全体として平板円環状をなしており、磁石外周部１ａがＮ極に着磁され、磁石内周部１ｂがＳ極に着磁されている。したがって、図３に示すように平板磁石１の外周部１ａ（Ｎ極）から平板平面に沿って可動範囲Ｍの外周部（図３中の左方向）へ放射された磁力線が弧を描いて平板磁石１の内周部１ｂ（Ｓ極）へ入力する。平板磁石１は全体として平板円環状をなしているので、外周部１ａ（Ｎ極）から平板平面に沿って放射状に均一な磁力線が放射されることになる。第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３は平板磁石１と同一平面に配置しているので、平板磁石１の外周部１ａ（Ｎ極）から外方へ放射された磁力線が第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３を貫くこととなる。第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３にそれぞれ入射する主な磁力線は、平板磁石１の中心から見て第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に向かって放射される磁力線である。
【００２０】
ここで、本実施の形態に係る平面ポインティングデバイスが有する第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３の概略について説明する。ＧＭＲセンサ２，３は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）を備えている。このＧＭＲ素子は、基本的な構成として、交換バイアス層（反強磁石層）、固定層（ピン止め磁性層）、非磁性層及び自由層（フリー磁性層）を基板上に積層して形成される。固定層（ピン止め磁性層）においては、交換バイアス層（反強磁石層）との交換結合により磁化の向きが固定される一方、自由層（フリー磁性層）においては、外部磁場の状態に応じて磁化の向きが変化するものとなっている。
【００２１】
本実施の形態に係る平面ポインティングデバイスにおいては、平板磁石１から当該平板磁石１が配置される基板４と同一基板面方向に向けて放射状に発生する磁場をこのようなＧＭＲ素子に作用させる。そして、この磁場を形成している磁力線の向きを変化させて自由層（フリー磁性層）の磁化の向きを変化させることで、ＧＭＲ素子の電気抵抗値を変化させる。ＧＭＲ素子の電気抵抗値の変化に応じた電気信号をＧＭＲセンサ２，３から出力する。この電気信号は、当該平面ポインティングデバイスが搭載される装置の制御部に入力され、制御部において、電気信号に基づいて平板磁石１の可動範囲Ｍ内でのＸＹ座標位置が算出される。たとえば、制御部に可動範囲Ｍ内のＸＹ座標位置と、各ＸＹ座標に対応したＧＭＲセンサ２，３から出力信号パターンとを対応させたルックアップテーブルを用意しておく。ルックアップテーブルを用いることで、ＧＭＲセンサ２，３から出力信号パターンを入力として対応したＸＹ座標位置を瞬時に取り出すことができる。
【００２２】
なお、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３が備えるＧＭＲ素子が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Ｆｅ２Ｏ３層、固定層がＮｉＦｅ層、非磁性層がＣｕ層、自由層がＮｉＦｅ層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、どのように形成されていてもよい。また、ＧＭＲ素子は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上述したような積層構造のものに限定されるものではない。
【００２３】
図４（ａ）〜（ｆ）は可動範囲Ｍ内における平板磁石１の各移動位置と当該平板磁石１から第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場（磁力線）との関係を示す図である。図４（ａ）は平板磁石１の中心位置が可動範囲Ｍの中心位置Ｐと一致する場所Ｐ１（ｘ０、ｙ０）に配置された状態を示している。図４（ｄ）は図４（ａ）の移動位置において第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場（磁力線）の向きを示している。同図に示すように、第１のＧＭＲセンサ２に作用する磁場（磁力線）の向きは、主にＸ軸に対して平行な磁力線となる。一方、第２のＧＭＲセンサ３に作用する磁場は、主にＹ軸に対して平行な磁力線となる。したがって、第１のＧＭＲセンサ２では自由層の磁化の向きがＸ軸に対して平行な向きとなる。また第２のＧＭＲセンサ３では自由層の磁化の向きがＹ軸に対して平行な向きとなる。
【００２４】
図４（ｂ）は平板磁石１が可動範囲Ｍの中心位置Ｐから図中右方向へ所定距離離された場所Ｐ２（ｘ１、ｙ０）に移動した状態を示している。図４（ｅ）は図４（ｂ）の磁石位置において第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場（磁力線）の向きを示している。同図に示すように、第１のＧＭＲセンサ２に作用する磁場は、主にＸ軸に対して平行な磁力線となる。一方、第２のＧＭＲセンサ３に作用する磁場は、主にＹ軸から時計回りに角度θ１だけ回転した向きの磁力線となる。したがって、第１のＧＭＲセンサ２では自由層の磁化の向きがＸ軸に対して平行な向きとなる。また第２のＧＭＲセンサ３では自由層の磁化の向きがＹ軸から時計回りに角度θ１だけ回転した向きとなる。
【００２５】
図４（ｃ）は平板磁石１が可動範囲Ｍの中心位置Ｐから図中右方向へ所定距離離れ、かつＹ軸方向へ所定距離離された場所Ｐ３（ｘ１、ｙ１）に移動した状態を示している。図４（ｆ）は図４（ｃ）の磁石位置において第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場（磁力線）の向きを示している。同図に示すように、第１のＧＭＲセンサ２に作用する磁場は、主にＸ軸から反時計回りに角度θ２だけ回転した向きの磁力線となる。一方、第２のＧＭＲセンサ３に作用する磁場は、主にＹ軸から時計回りに角度θ３だけ回転した向きの磁力線となる。したがって、第１のＧＭＲセンサ２では自由層の磁化の向きがＸ軸から反時計回りに角度θ２だけ回転した向きとなる。また、第２のＧＭＲセンサ３では自由層の磁化の向きがＹ軸から時計回りにθ３だけ回転した向きとなる。
【００２６】
以上のように、平板円環状をなす平板磁石１を可動範囲Ｍで任意方向へ移動することにより、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３の自由層の磁化の向きが平板磁石１の移動位置に応じた方向に変化する。平板磁石１の移動位置に対応して第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３の自由層の磁化の向きが変化すると、各ＧＭＲセンサ２，３におけるＧＭＲ素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に応じた電気信号をＧＭＲセンサ２，３から制御部に取り込んで、平板磁石１の可動範囲Ｍ内でのＸＹ座標位置を算出する。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、可動範囲Ｍに配置される平板円環状をなす平板磁石１と同一平面内に可動範囲Ｍの外周部に沿って第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３を配置したので、平板磁石１の移動位置を非接触式で検出可能であると共に、基板４の下面側にＧＭＲセンサを配置する場合に比べて、大幅に薄型化することができる。
【００２８】
また、本実施の形態の平面ポインティングデバイスのように、第１のＧＭＲセンサ２と第２のＧＭＲセンサ３とを可動範囲Ｍの中心点Ｐを通過する互いに直交する線上に配置することで、平板磁石１が中心点Ｐからあらゆる方向へ移動可能であったとしても、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場の向きを平均して大きく変化させることができ、検出精度の向上を図ることができる。
【００２９】
但し、本発明は第１及び第２のＧＭＲセンサ２、３は必ずしも可動範囲Ｍの中心点Ｐを通過する互いに直交する線上に配置する必要はない。第１及び第２のＧＭＲセンサ２、３を可動範囲Ｍの外周部の互いに離間した場所に設置すれば、直交配置する場合に比べて自由層の磁化の向きの変化量は移動方向によっては小さくなるが、自由層の磁化の向きは変化するので磁石の移動位置を検出することは可能である。
【００３０】
また、平板円環状の平板磁石１は、可動範囲Ｍの外周部に向けて放射状に均一な磁場を発生させるのに好適であるが、可動範囲Ｍ内の移動位置に応じて第１及び第２のＧＭＲセンサ２、３に作用する磁場の向きが変化するのであれば、必ずしも円環状である必要はない。例えば、円盤形状で当ても良いし、その他の平板形状であっても良い。
【００３１】
また、平板磁石１から第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場が弱い場合、ＧＭＲセンサの自由層の磁化の向きが十分に変化しない可能性がある。そこで、図１に２点鎖線で示すように、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３の背後に近接して補助磁石６，７を設置する。平板磁石１から放射された磁場を第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３側に引き込むように補助磁石６，７を作用させることで、平板磁石１だけの磁場では十分な精度を実現できない場合であっても、補助磁石６，７を組み合わせることで平板磁石１から第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３に作用する磁場を強くすることができ、検出精度を向上させることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、平板磁石１の外周部をＮ極に着磁し、内周部をＳ極に着磁しているが、その逆に外周部をＳ極に着磁し、内周部をＮ極に着磁しても良い。また、第１及び第２のＧＭＲセンサ２，３の他に、追加のＧＭＲセンサを可動範囲Ｍの外周に設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、携帯電話機等において二次元平面のポインティング位置を検出する平面ポインティングデバイスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る平面ポインティングデバイスの模式的な平面図
【図２】図１に示すＡ-Ａ線矢視断面図
【図３】上記一実施の形態において磁石から発生する磁場とＧＭＲセンサとの関係を示す模式図
【図４】磁石の各移動位置と当該磁石から第１及び第２のＧＭＲセンサに作用する磁場（磁力線）との関係を示す図
【図５】従来の非接触式ポインティングデバイスの断面構造を示す図
【図６】磁石及び磁気センサの位置関係とＧＭＲ素子の自由層の磁化方向との対応関係を示す図
【符号の説明】
【００３５】
１…平板磁石、１ａ…外周部（Ｎ極）、１ｂ…内周部（Ｓ極）、２…第１のＧＭＲセンサ、３…第２のＧＭＲセンサ、４…基板、４ａ…基板上面
５…側壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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