(57)【要約】【課題】磁界発生部品Ｙからの外乱による影響を少なくすることができる位置検出システム、及び搭載製品の設計の自由度を向上させ、また、搭載製品の小型化を図ることができる多方向入力装置を提供すること。【解決手段】位置検出システム１は、基板１１上に実装された第１〜第３の磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃと、基板１１に配設され、基板１１に対して移動可能な磁石１３と、第１の磁気検出素子１２Ａ及び第２の磁気検出素子１２Ｂの出力差で第１方向の出力を求め、第２の磁気検出素子１２Ｂ及び第３の磁気検出素子１２Ｃの出力差で第２方向の出力を求める制御手段と、を具備し、第１の磁気検出素子１２Ａ及び第３の磁気検出素子１２Ｃは、磁石１３を中心に対称な位置に配置され、第２の磁気検出素子１２Ｂは、第１の磁気検出素子１２Ａ、第２の磁気検出素子１２Ｂ及び第３の磁気検出素子１２Ｃを結ぶ仮想円弧における中点位置に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装された第１〜第３の磁気検出素子と、前記基板に配設され、前記基板に対して移動可能な磁石と、前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子の出力差で第１方向の出力を求め、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子の出力差で第２方向の出力を求める制御手段と、を具備し、前記第１の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子は、前記磁石を中心に対称な位置に配置され、前記第２の磁気検出素子は、前記第１の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子を結ぶ仮想円弧における中点位置に配置されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
前記スライド用磁石は４極の円形磁石であり、９０°毎に極性が変わるように構成されており、４つの磁極領域のうちの３つの磁極領域に対応する領域に前記第１の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子が配置されていることを特徴とする請求項１記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記第１方向は、前記第１の磁気検出素子と前記第３の磁気検出素子とを結ぶ仮想線に沿う方向であり、前記第２方向は、前記磁石と前記第２の磁気検出素子とを結ぶ仮想線に沿う方向であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置検出システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の位置検出システムを備えたことを特徴とする多方向入力装置。
【請求項５】
請求項４記載の多方向入力装置を有する携帯機器であって、前記第１の磁気検出素子と前記第３の磁気検出素子との間の領域に磁界発生部品が実装されていることを特徴とする携帯機器。
【請求項６】
請求項４記載の多方向入力装置を有する携帯機器であって、磁気検出素子間の領域にスイッチ部が形成されていることを特徴とする携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気検出素子を用いた位置検出システム及びそれを備えた多方向入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、位置検出システムを利用した多方向入力装置として、特許文献１に開示された構成を有するものがある。この多方向入力装置は、図６に示すように、基板１０１上に磁気検出素子１０２ａ〜１０２ｄ（出力電圧Ｖ１〜Ｖ４）が実装されている。ここでは、基板１０１上に４つの磁気検出素子１０２ａ〜１０２ｄが基板１０１の中心に対して対称な位置に配置されている。基板１０１の上方には、基板１０１に対して３６０°方向にスライド可能な操作体が配設されている。この操作体は、磁石１０３と、スライド操作により磁石１０３が移動した際に、磁石１０３を原点位置に戻す環状コイルバネ１０４と、磁石１０３の回転を防止する回転防止機構１０５とを備えており、これらが一体としてスライド可能となっている。
【０００３】
この多方向入力装置の位置検出システムにおいては、図６に示すように、磁石１０３を中心としてその周りに４つの磁気検出素子１０２ａ〜１０２ｄが上下左右対称に、４つの磁気検出素子１０２ａ〜１０２ｄを結ぶ仮想円弧において等間隔に配置されている。このような多方向入力装置は、携帯電話機の操作入力装置として用いられる。携帯電話機は、その内部に磁気検出において外乱になる磁界を発生する部品を搭載しており、携帯電話機の小型化により、それらの磁界発生部品と多方向入力装置との間の距離が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６に示す多方向入力装置において、例えば、磁気検出素子１０２ａ，１０２ｄ間に磁界発生部品Ｙが配設されたとすると、磁界発生部品Ｙからの外乱により磁気検出素子１０２ａ，１０２ｄに影響が及ぶ。すなわち、このような状態で位置検出を行うと、図７に示すように、出力（出力電圧差（Ｖ１−Ｖ２）、出力電圧差（Ｖ３−Ｖ４））に乱れが生じ、正確に位置検出を行うことができない。このため、磁界発生部品を多方向入力装置から離して搭載する必要があり、多方向入力装置を搭載する製品の設計の自由度が低下し、また、製品の小型化を図ることができないという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、磁界発生部品Ｙからの外乱による影響を少なくすることができる位置検出システム、及び搭載製品の設計の自由度を向上させ、また、搭載製品の小型化を図ることができる多方向入力装置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】
【０００７】
本発明の位置検出システムは、基板上に実装された第１〜第３の磁気検出素子と、前記基板に配設され、前記基板に対して移動可能な磁石と、前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子の出力差で第１方向の出力を求め、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子の出力差で第２方向の出力を求める制御手段と、を具備し、前記第１の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子は、前記磁石を中心に対称な位置に配置され、前記第２の磁気検出素子は、前記第１の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子を結ぶ仮想円弧における中点位置に配置されることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、磁場不感領域を形成することができるので、この磁場不感領域に磁界発生部品を配置しても磁界発生部品の外乱による影響を少なくすることができる。
【０００９】
本発明の位置検出システムにおいては、前記スライド用磁石は４極の円形磁石であり、９０°毎に極性が変わるように構成されており、４つの磁極領域のうちの３つの磁極領域に対応する領域に前記第１の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子が配置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の位置検出システムにおいては、前記第１方向は、前記第１の磁気検出素子と前記第３の磁気検出素子とを結ぶ仮想線に沿う方向であり、前記第２方向は、前記磁石と前記第２の磁気検出素子とを結ぶ仮想線に沿う方向であることが好ましい。
【００１１】
本発明の多方向入力装置は、上記位置検出システムを備えたことを特徴とする。この構成によれば、磁場不感領域を形成することができるので、磁場不感領域Ｘに磁界発生部品を配置することが可能となる。このため、本位置検出システムを備えた多方向入力装置は、搭載する製品（携帯機器）の設計の自由度を向上させ、また、搭載する製品（携帯機器）の小型化を図ることができる。
【００１２】
本発明の携帯機器は、上記多方向入力装置を有する携帯機器であって、前記第１の磁気検出素子と前記第３の磁気検出素子との間の領域に磁界発生部品が実装されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の携帯機器は、上記多方向入力装置を有する携帯機器であって、磁気検出素子間の領域にスイッチ部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の位置検出システムは、基板上に実装された第１〜第３の磁気検出素子と、前記基板に配設され、前記基板に対して移動可能な磁石と、前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子の出力差で第１方向の出力を求め、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子の出力差で第２方向の出力を求める制御手段と、を具備し、前記第１の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子は、前記磁石を中心に対称な位置に配置され、前記第２の磁気検出素子は、前記第１の磁気検出素子、前記第２の磁気検出素子及び前記第３の磁気検出素子を結ぶ仮想円弧における中点位置に配置されるので、磁界発生部品Ｙからの外乱による影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る位置検出システムを説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る位置検出システムの回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る位置検出システムにおける位置検出方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る多方向入力装置の位置検出能力を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る位置検出システムを備えた多方向入力装置を有する携帯電話機を示す図である。
【図６】従来の多方向入力装置を示す図である。
【図７】従来の多方向入力装置の外乱による出力の乱れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の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、本発明の実施の形態に係る位置検出システムを説明するための図である。図１に示す位置検出システム１は、基板１１と基板１１よりも上方に配置されたスライド用磁石１３とを備えている。基板１１上には、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃ及び信号処理用素子（信号処理回路）１５が実装されている。また、基板１１上には、他の部品との間の電気的接続をとるための電極パッド１４が形成されている。
【００１７】
基板１１において、スライド用磁石１３は、中央部に配置されており、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃは、スライド用磁石１３の周りに配置されている。ここでは、スライド用磁石１３は４極の円形磁石であり、９０°毎に極性が変わるように構成されている。そして、４つの磁極領域のうちの３つの磁極領域に対応する領域に磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃを配置している。すなわち、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃのうちの磁気検出素子１２Ａ，１２Ｃは、スライド用磁石１３を中心に対称な位置に配置され、磁気検出素子１２Ｂは、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃを結ぶ仮想円弧１６における中点位置に配置される。したがって、一つの磁極領域に対応する領域Ｘには、磁気検出素子が配置されていない。
【００１８】
磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃとしては、磁気抵抗効果素子、例えばスピンバルブ型ＧＭＲ（Giant  Magneto  Resistive）素子、スピンバルブ型ＴＭＲ（Tunnel  Magneto  Resistive）素子などを用いることができる。磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃは、図２に示すように、ブリッジ回路を構成している（ここでは、磁気検出素子１２Ｂを共通とする）。また、個々の磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃは、磁気抵抗効果素子（素子Ａ〜素子Ｃ）と固定抵抗素子（抵抗Ａ〜抵抗Ｃ）とでハーフブリッジを組んで、出力するようになっている（Ｖ１〜Ｖ３）。
【００１９】
スライド用磁石１３は、基板に対して移動可能に構成されている。多方向入力装置に本位置検出システムを使用する場合には、このスライド用磁石１３に一体化された操作体を操作することによりスライド用磁石１３が基板１１に対して移動するようになる。例えば、操作体は、スライド用磁石と、スライド操作によりスライド用磁石が移動した際に、スライド用磁石を原点位置に戻す環状コイルバネと、スライド用磁石の回転を防止する回転防止機構とから主に構成されており、基板１１に対して移動するようになっている。この構成については、本出願人の２００４年４月２３日出願の特開２００５−３１０６７０号公報に開示されている。その内容をすべてここに含めておく。スライド用磁石１３としては、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などを用いることができる。
【００２０】
制御手段である信号処理回路１５は、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃとそれぞれ接続されており、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃの出力が信号処理回路１５に送られるようになっている。信号処理回路１５は、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃの出力から、特定方向の位置検出出力を求める。すなわち、信号処理回路１５は、磁気検出素子１２Ａ及び磁気検出素子１２Ｂの出力差で第１方向の出力を求め、磁気検出素子１２Ｂ及び磁気検出素子１２Ｃの出力差で第２方向の出力を求める。なお、ここでは、図３に示すように、第１方向は、磁気検出素子１２Ａと磁気検出素子１２Ｃとを結ぶ仮想線に沿うＹ軸方向であり、第２方向は、スライド用磁石１３と磁気検出素子１２Ｂとを結ぶ仮想線に沿うＸ軸方向である。
【００２１】
信号処理回路１５で位置検出を行う場合、まず、各磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃにかかる磁場強度をそれぞれ計算する。例えば、磁気検出素子１２Ａについては、スライド用磁石１３が±１．５ｍｍストロークするとして、磁気検出素子１２Ａの素子位置にかかるＸ磁場成分とＹ磁場成分をそれぞれ算出する。磁場成分を算出した後、三平方の定理よりそれぞれの位置での磁場角度を計算する。磁場角度が求められると、磁気検出素子である磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の抵抗値が算出できるので、以下の計算式に基づいて計算する。
Ｒ＝Ｒｃ＋ΔＭＲ／２００×Ｒｃ／（１＋ΔＭＲ／２００）×ｃｏｓθ
このとき、Ｒｃ＝１００００［Ω］、ΔＭＲ＝１０．２５％とする。
なお、ここで算出された抵抗値Ｒは磁気検出素子１２Ａの抵抗値Ｒ１である。また、磁気検出素子１２Ｂの抵抗値をＲ２とし、磁気検出素子１２Ｃの抵抗値をＲ３とする。
【００２２】
次いで、上記抵抗値を用いて出力値を計算する。上述したように、本センサは、１つのＧＭＲ素子と１つの固定抵抗素子とのハーフブリッジであるので、以下の式により出力（Ｖ１）を求める。ここでＶｄｄは３Ｖとする。
Ｖ１＝Ｒ１（Ｒ１＋Ｒｃ）×Ｖｄｄ
なお、ここで算出された出力Ｖ１は磁気検出素子１２Ａの出力である。また、磁気検出素子１２Ｂの出力をＶ２とし、磁気検出素子１２Ｃの出力をＶ３とする。
【００２３】
このようにして、磁気検出素子１２Ａの出力Ｖ１を算出することができる。同様にして、磁気検出素子１２Ｂの出力Ｖ２及び磁気検出素子１２Ｃの出力Ｖ３も算出する。その後、３つの出力の差動出力からＸ軸出力及びＹ軸出力を演算して位置検出結果を出力する。この場合、Ｘ軸出力は、出力Ｖ１と出力Ｖ２の差動出力であり、Ｙ軸出力は、出力Ｖ３と出力Ｖ２の差動出力である。
【００２４】
図１に示すような配置位置で磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃ及び信号処理用素子１５を実装し、スライド用磁石１３を配置してなる位置検出システムを作製し、スライド用磁石１３が±１．５ｍｍストロークするとした場合の位置検出結果を上記のようにして求めた。その結果を図４に示す。図４から分かるように、正確に位置検出を行うことができた。このように、本発明に係る位置検出システムにおいては、図１に示す領域Ｘが磁場不感領域となるので、この磁場不感領域に磁界発生部品を配置しても磁界発生部品の外乱による影響を少なくすることができる。また、４極の円形磁石を用いた場合の従来の位置検出においては、磁気検出素子を４つ設ける必要があるが、本発明に係る位置検出システムにおいては、磁気検出素子が３つで良く、部品点数の削減も図ることができる。
【００２５】
次に、本発明の位置検出システムを備えた多方向入力装置について説明する。このような多方向入力装置は、携帯機器、例えば、携帯電話機に搭載される。図５は、本発明の実施の形態に係る多方向入力装置を備えた携帯電話機を示す図である。図５に示すように、本発明に係る多方向入力装置２２は、携帯電話機２の操作パネル２１に装着されている。この多方向入力装置２２における位置検出システムは、図１及び図３に示す機器長手方向を図５に示す機器長手方向に沿うように携帯電話機２に搭載される。このため、図１に示す磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃの間の領域１７には、素子が存在していない。このため、携帯電話機において、位置検出システムにおける領域１７に対応する領域にスイッチ部２３を設けることができる。これにより、磁気検出素子１２Ａ〜１２Ｃとスイッチ部２３とを設ける位置が重なることがない。この場合において、位置検出の出力は図４に示すようになるので、領域１７を出力範囲外にすることが可能であり、領域１７にスイッチ部２３を設けても位置検出に影響を及ぼすことがない。
【００２６】
また、本位置検出システムにおいては、図１及び図３に示すように、領域Ｘ（磁気検出素子１２Ａと磁気検出素子１２Ｃとの間の領域）に磁場不感領域が形成されるので、その磁場不感領域Ｘに磁界発生部品を配置することが可能となる。すなわち、携帯電話機２における領域２４に磁界発生部品を搭載することが可能となる。このため、本位置検出システムを備えた多方向入力装置は、搭載製品である携帯電話機の設計の自由度を向上させ、また、搭載製品である携帯電話機の小型化を図ることができる。
【００２７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、４極磁石を用いて３つの磁気検出素子を用いた場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、磁石の磁極数よりも少ない数の磁気検出素子を磁場不感領域が形成されるように配置する他の場合にも同様に適用することができる。また、上記実施の形態における材料、各素子の接続関係、寸法、製法などは適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、携帯電話機の多方向入力装置用の位置検出システムに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  位置検出システム
２  携帯電話機
１１  基板
１２Ａ〜１２Ｃ  磁気検出素子
１３  スライド用磁石
１４  電極パッド
１５  信号処理用素子（信号処理回路）
１６  仮想円弧
１７，２４  磁場不感領域
２１  操作パネル
２２  多方向入力装置
２３  スイッチ部
【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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【図７】
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