(57)【要約】【課題】ホール素子の個数を減らして素子間の間隔を空けて配置できるようにすること。【解決手段】平面に対して平行に移動可能に支持されたリング状磁石３４と、このリング状磁石３４が発生する平面と垂直な方向の磁束密度を検知するためにリング状磁石３４の近傍に配置された３個のホール素子３１（Ａ）乃至３３（Ｃ）とを備えた検出部と、この検出部からの信号を処理する信号処理部とを備えており、リング状磁石３４の移動によって生じる平面と垂直な方向の磁束密度の変化を３個のホール素子３１乃至３３で検出する。検出部は、３個のホール素子３１乃至３３からなっているが、そのうちのホール素子３１（Ａ）はＸ軸上に配置され、残りのホール素子３２（Ｂ）とホール素子３３（Ｃ）は、ホール素子３１を頂点とする正三角形の他の頂点にそれぞれ配置されている。【選択図】図５
2011095084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に対して平行に移動可能に支持されたリング状磁石と、該リング状磁石が発生する前記平面と垂直な方向の磁束密度を検知するために前記リング状磁石の近傍に配置された複数のホール素子とを備えた検出部と、該検出部からの信号を処理する信号処理部とを備え、前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と垂直な方向の磁束密度の変化を前記複数のホール素子で検出するようにした磁気式位置検出装置において、
前記検出部の複数のホール素子が、前記リング状磁石の中心を原点としたときに、該原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置されていることを特徴とする磁気式位置検出装置。
【請求項２】
前記正三角形の頂点に配置された３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃが、［Ａ；（ａ，０）］と［Ｂ；（−ａ／２，（√３／２）ａ）］と［Ｃ；（−ａ／２，−（√３／２）ａ）］の座標を有する（但し、ａはＸ軸上の前記原点からホール素子までの距離）ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式位置検出装置。
【請求項３】
前記信号処理部が、前記３個の全て同じ駆動電流または駆動電圧で駆動されるホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））とする（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）ことを特徴とする請求項２に記載の磁気式位置検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部が、前記３個のホール素子のうち、２つのホール素子Ｂとホール素子Ｃの入力端子を直列接続とし、ホール素子Ａの入力端子がこれに並列接続されてホール素子の駆動電源に接続されており、ホール素子Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））とする（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）ことを特徴とする請求項２に記載の磁気式位置検出装置。
【請求項５】
前記増幅率ｋが、ｋ２＝２ｋ１であることを特徴とする請求項４に記載の磁気式位置検出装置。
【請求項６】
平面に対して平行に移動可能に支持されたリング状磁石と、該リング状磁石が発生する前記平面と垂直な方向の磁束密度を検知するために前記リング状磁石の近傍に配置された複数のホール素子とを備えた検出部と、該検出部からの信号を処理する信号処理部とを備え、前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と垂直な方向の磁束密度の変化を前記複数のホール素子で検出するようにし、前記検出部の複数のホール素子を、前記リング状磁石の中心を原点としたときに、該原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置した磁気式位置検出装置における信号処理方法において、
前記３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とするステップと、
次に、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とするステップと、
Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））として（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）算出するステップと
を有することを特徴とする磁気式位置検出装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気式位置検出装置及びその信号処理方法に関し、より詳細には、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、携帯電話などの入力手段として使用される磁気検知式ポインティングデバイス、デジタルカメラの手ブレ補正など、精密機器の精密位置検出機構としての磁気式位置検出装置及びその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気検知式位置検出装置は、磁石と、この磁石に対向して基板上に実装された、Ｘ軸・Ｙ軸それぞれに２個ずつのホール素子などの磁気センサと、この磁気センサの信号処理回路からなっている。
【０００３】
磁石は、軸に対して対称な形状であれば、円盤状あるいはドーナツ状であっても、長方形であってもよい。Ｘ軸・Ｙ軸の感度、すなわち、移動距離あたりの出力電圧変化量をそろえるためには、回転対称な形状である円盤状やドーナツ状あるいは正四角柱状が好ましい。磁石は、例えば、特許文献１のような方法で保持される。
【０００４】
この特許文献１のものは、開口部の略中心に配置されるように弾性シートの筐体と対向する面に密着して固定され、ＸＹ平面内の任意方向へ移動可能なスライドキーを備え、このスライドキーに磁石が内蔵され、磁気センサは、スライドキーの移動に伴う磁束密度の変化に応じて、このスライドキーのＸＹ平面内の移動方向及び移動量を検出するものである。
【０００５】
各軸２個の磁気センサを用いる目的としては、各軸上の２個のホール素子を、原点を挟んで対称な位置に配置した場合、それぞれの出力電圧の差が、概ね磁石の移動量に対して、線形な変化をするためである。Ｘ軸・Ｙ軸ともに磁石の移動量に対して同じ差出力電圧を生じさせるためには、結局、４個のホール素子は、重心を原点とする正方形の頂点に配置されることになる。
【０００６】
図１は、従来の磁気検知式位置検出装置を説明するための構成図で、検出部は、４個のホール素子１１（Ａ）乃至１４（Ｄ）からなり、ホール素子１１とホール素子１２はＸ軸に沿って対称に配置され、ホール素子１３とホール素子１４はＹ軸に沿って対称に配置されている。ホール素子１１乃至１４の上方にはリング状磁石１５が配設され、このリング状磁石の移動による磁界の変化によりホール素子１１乃至１４の出力電圧が変化する。図３において後述するように、加減算増幅回路は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１乃至１４の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点０について対称、すなわち、磁石が原点０上の位置にあるとき、出力がゼロになるようにしてあり、磁石が原点０を離れて移動するとこれに対応して加減算増幅回路に出力が発生する。なお、図中符号ａは磁極中心からホール素子までの距離、√２ａは、ホール素子間の距離を示している。
【０００７】
ホール素子は、磁石と対向した平面上に置かれるが、磁石の縁付近に置くことが好ましい。これは、磁石の磁極面付近の磁束密度の分布が、図２のようになっているためである。
【０００８】
図２は、コイン状磁石の磁極中心から径方向の距離と磁束密度の関係の説明図である。磁石の縁付近では、（１）移動距離に対して磁束密度の変化量が大きく、（２）移動距離に対して磁束密度が比較的単調に増加又は減少している。特に、（２）の要件は、移動距離に対する出力電圧の線形性、ひいては操作感に大きく影響する。
【０００９】
図３は、従来の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の一例を示した回路図で、この信号処理部２２は、初段の増幅器に差動増幅回路と加算回路を組み合わせた加減算増幅回路が使われている。この信号処理部２２は、検出部２１のホール素子Ｘ１の４番端子の電位Ｖ１（４）と、ホール素子Ｘ２の２番端子の電位Ｖ２（２）の和を、演算増幅器２３の負入力端子側に構成された反転加算回路でとり、ホール素子Ｘ１の２番端子の電位Ｖ１（２）とホール素子Ｘ２の４番端子の電位Ｖ２（４）の和を、演算増幅器２３の正入力端子側に構成された非反転加算回路でとったものと組み合わせ、結果、双方の差出力電圧をｎ倍に増幅して端子Ｘに出力する構成となっている。なお、信号処理部２２中の抵抗Ｒ，ｎＲは、ホール素子の出力抵抗に対して十分に大きいものとする。すなわち
ＶＸ＝ｎ［｛（Ｖ１（２）＋Ｖ２（４）｝−｛（Ｖ１（４）＋Ｖ２（２）｝］
の電圧を出力する回路である。この式は
ＶＸ＝ｎ［｛（Ｖ１（２）−Ｖ１（４）｝−｛（Ｖ２（２）−Ｖ２（４）｝］
と変形できる。ホール素子Ｘ１の出力電圧とは、２番端子と４番端子の電位の差であるから、結局のところこの信号処理部２２は、ホール素子Ｘ１の出力電圧からホール素子Ｘ２の出力電圧を減じて、ｎ倍に増幅する作用をなしていることになる。なお、図３に示した回路はＸ軸分の回路であり、Ｙ軸分も同じ回路である。
【００１０】
このようにして得られた差出力電圧は、上述したように、磁石の移動距離に対して概ね線形な変化を示す。すなわち、Ｘ軸上の位置ＸとＸ軸差出力電圧ＶＸ＝ｋ１｛Ｂ（Ｘ１）−Ｂ（Ｘ２）｝、Ｙ軸上の位置ＹとＹ軸差出力電圧ＶＹ＝ｋ２｛Ｂ（Ｙ１）−Ｂ（Ｙ２）｝は、それぞれ比例関係にあり、逆にＶＸ，ＶＹからＸ，Ｙを得ることができる。なお、ｋ１，ｋ２は増幅率を示している。
【００１１】
ホール素子の駆動方法は、定電圧でも定電流でも構わないが、軸上の２個のホール素子に同じ磁束密度が印加された時、すなわち、磁石が原点を通り、双方のホール素子から同じ距離にある状態で、差出力電圧を０とするため、２個のホール素子には同じ入力電圧又は入力電流が印加されることが好ましい。具体的には、図４（ａ）乃至（ｃ）のような回路で駆動される。
【００１２】
図４（ａ）乃至（ｃ）は、従来のホール素子の駆動回路の例を示した回路図である。図４（ａ）に示す回路は、ホール素子Ｘ２の１番端子は駆動電源に接続され、ホール素子Ｘ２の３番端子はホール素子Ｙ１の１番端子に接続され、ホール素子Ｙ１の３番端子はホール素子Ｙ２の１番端子に接続され、ホール素子Ｙ２の３番端子はホール素子Ｘ１の１番端子に接続され、ホール素子Ｘ１の３番端子は接地されている。つまり、ホール素子Ｘ２とホール素子Ｙ１とホール素子Ｙ２とホール素子Ｘ１とは直列に接続されている。なお、各々の２番端子と４番端子は出力端子である。
【００１３】
このような接続関係にある場合には、消費電流を小さくすることができるが、反面各素子への入力電圧が小さくなるため、各素子の出力電圧も小さくなる。また、定電圧で駆動する場合、４個の各ホール素子の入力端子に印加される電圧が、各素子の入力抵抗値で分圧されたものとなるため、素子の入力抵抗のばらつきが、各素子の出力電圧の大きさに影響することになる。
【００１４】
逆に、図４（ｃ）に示す回路では、ホール素子Ｘ１，Ｘ２及びホール素子Ｙ１，Ｙ２の各々の１番端子が駆動電源に接続され、各々の３番端子が接地されている。つまり、ホール素子Ｘ２とホール素子Ｙ２とホール素子Ｙ１とホール素子Ｘ１とが並列接続されている。このような接続関係の場合には、消費電流は大きくなるが、各素子に均等で、しかも大きな入力電圧が印加できるため、信号処理が容易になる。
【００１５】
図４（ｂ）に示した回路は、ホール素子Ｘ２とホール素子Ｙ１とが並列接続されているとともに、ホール素子Ｙ２とホール素子Ｘ１とが並列接続され、これらの並列接続回路同士が直列に接続されている。このような接続関係の場合には、双方のバランスが取れた駆動方法であり、比較的よく利用されている。なお、図４（ａ）乃至（ｃ）には、ホール素子の入力制限抵抗や出力端子以降の回路は省略されている。
【００１６】
上述した信号処理部の他に、最初に各ホール素子の信号を増幅した後にＡ／Ｄ変換し、それ以降の処理を全てディジタル的に行うことができることは言うまでもないが、信号処理回路の規模が大きくなることが考えられ、コストや実装面積の観点からは好ましくない。
【００１７】
また、特許文献２は、ポインティングデバイスを用いた入力装置及びその制御方法に関するもので、上述した図３の信号処理部が開示されている。また、特許文献３は、パーソナルコンピュータなど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するもので、Ｘ軸及びＹ軸に沿って配設されたホール素子と、このホール素子の上方に移動自在に配設されたマグネットとを備え、このマグネットの移動によって生ずるホール素子の出力電圧の変化を検出して入力点の座標値を出力するポインティングデバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−０６２４４７号公報
【特許文献２】特開２００４−０７８６７３号公報
【特許文献３】特開平１０−０２０９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した従来の磁気式位置検出装置においては、検出部におけるホール素子は、Ｘ軸及びＹ軸に沿ってそれぞれ対称に配置された４個のホール素子を用いていた。しかしながら、さらなる小型化を図るためには、ホール素子の個数を減らし、素子間の間隔をなるべく空けて配置できるようにして製造コストを低減するということが求められていた。
【００２０】
したがって、本発明の解決しようとする問題点は、簡単な処理回路のまま、上述した磁気式位置検出装置に使用されるホール素子の個数を減らし、製造コストを低減するということにある。また、高密度化が進む携帯電話などにおいて、ホール素子の近傍に、他の電子部品や機構部品などを配置しやすくするため、素子間の間隔をなるべく空けて配置できるようにすることにある。
【００２１】
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、従来の磁気式位置検出装置に使用されるホール素子の個数を減らし、素子間の間隔を空けて配置できるようにした磁気式位置検出装置及びその信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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たリング状磁石と、該リング状磁石が発生する前記平面と垂直な方向の磁束密度を検知するために前記リング状磁石の近傍に配置された複数のホール素子とを備えた検出部と、該検出部からの信号を処理する信号処理部とを備え、前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と垂直な方向の磁束密度の変化を前記複数のホール素子で検出するようにした磁気式位置検出装置において、前記検出部の複数のホール素子が、前記リング状磁石の中心を原点としたときに、該原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置されていることを特徴とする。（図５に対応）
【００２３】
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、前記正三角形の頂点に配置された３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃが、［Ａ；（ａ，０）］と［Ｂ；（−ａ／２，（√３／２）ａ）］と［Ｃ；（−ａ／２，−（√３／２）ａ）］の座標を有する（但し、ａはＸ軸上の前記原点からホール素子までの距離）ことを特徴とする。（図５に対応）
【００２４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記信号処理部が、前記３個の全て同じ駆動電流または駆動電圧で駆動されるホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））とする（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）ことを特徴とする。（図６，図７の実施例１に対応）
【００２５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記信号処理部が、前記３個のホール素子のうち、２つのホール素子Ｂとホール素子Ｃの入力端子を直列接続とし、ホール素子Ａの入力端子がこれに並列接続されてホール素子の駆動電源に接続されており、ホール素子Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））とする（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）ことを特徴とする。（図８，図９の実施例２に対応）
【００２６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記増幅率ｋが、ｋ２＝２ｋ１であることを特徴とする。（図８，図９の実施例２に対応）
【００２７】
また、請求項６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たリング状磁石と、該リング状磁石が発生する前記平面と垂直な方向の磁束密度を検知するために前記リング状磁石の近傍に配置された複数のホール素子とを備えた検出部と、該検出部からの信号を処理する信号処理部とを備え、前記リング状磁石の移動によって生じる前記平面と垂直な方向の磁束密度の変化を前記複数のホール素子で検出するようにし、前記検出部の複数のホール素子を、前記リング状磁石の中心を原点としたときに、該原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置した磁気式位置検出装置における信号処理方法において、前記３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とするステップと、次に、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とするステップと、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））として（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）算出するステップとを有することを特徴とする。（図５，図６，図８に対応）
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、良好な線形性を持つ磁気式の磁気式位置検出装置を構成するために、従来は４個のホール素子が必要であったところを３個のホール素子で実現することができる。それに伴い、ホール素子同士の間隔が広くなることにより、他の部品の実装配置を容易にすることができる。また、ホール素子の入力端子の接続方法を工夫することにより、３個のうち２個の入力電圧を半減して加算する、あるいは増幅器の抵抗器の抵抗値３個のホール素子のうち２個の出力電圧の増幅率を半減させることで、２個の出力電圧の平均値を簡単に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の磁気検知式位置検出装置を説明するための構成図である。
【図２】コイン状磁石の磁極中心から径方向の距離と磁束密度の関係の説明図である。
【図３】従来の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の一例を示した回路図である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は、従来のホール素子の駆動回路の例を示した回路図である。
【図５】本発明の磁気検知式位置検出装置の一実施形態を説明するための構成図である。
【図６】本発明の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の実施例１を示した回路図である。
【図７】図６に示した信号処理部の具体的な回路構成を示した図である。
【図８】本発明の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の実施例２を示した回路図である。
【図９】図８に示した信号処理部の具体的な回路構成を示した図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の磁気式位置検出装置において、Ｘ軸上において磁石を移動させた場合に、各ホール素子に印加される磁束密度と、本発明の信号処理部により合成される磁束密度を示した図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の磁気式位置検出装置において、Ｙ軸上において磁石を移動させた場合に、各ホール素子に印加される磁束密度と、本発明の信号処理部により合成される磁束密度を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。  
図５は、本発明の磁気検知式位置検出装置の一実施形態を説明するための構成図である。本発明の磁気検知式位置検出装置は、平面に対して平行に移動可能に支持されたリング状磁石３４と、このリング状磁石３４が発生する平面と垂直な方向の磁束密度を検知するためにリング状磁石３４の近傍に配置された３個のホール素子３１（Ａ）乃至３３（Ｃ）とを備えた検出部と、この検出部からの信号を処理する信号処理部（後述する）とを備えており、リング状磁石３４の移動によって生じる平面と垂直な方向の磁束密度の変化を３個のホール素子３１乃至３３で検出するようにしたものである。
【００３１】
検出部は、３個のホール素子３１乃至３３からなっているが、そのうちのホール素子３１（Ａ）はＸ軸上に配置され、残りのホール素子３２（Ｂ）とホール素子３３（Ｃ）は、ホール素子３１を頂点とする正三角形の他の頂点にそれぞれ配置されている。つまり、検出部の３個のホール素子が、リング状磁石３４の中心を原点としたときに、この原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置されている。
【００３２】
ホール素子３１乃至３３の上方には、リング状磁石３４が配設され、このリング状磁石３４の移動による磁界の変化によりホール素子３１乃至３３の出力電圧が変化する。図６及び図７において後述するように、信号処理部はＸ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子３１乃至３３の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点０について対称、すなわち、磁石が原点０上の位置にあるとき、出力がゼロになるようにしてあり、磁石が原点０を離れて移動するとこれに対応して信号処理部に出力が発生する。なお、図中符号ａはＸ軸上の原点（磁極中心）からホール素子までの距離、√３ａは、ホール素子間の距離を示している。
【００３３】
正三角形の頂点に配置された３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃは、［Ａ；（ａ，０）］と［Ｂ；（−ａ／２，（√３／２）ａ）］と［Ｃ；（−ａ／２，−（√３／２）ａ）］の座標を有する。
【実施例１】
【００３４】
図６は、本発明の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の実施例１を示した回路図である。本発明の信号処理部４０は、ホール素子Ａの出力電圧をＶＨ（Ａ）とし、ホール素子Ｂの出力電圧をＶＨ（Ｂ）とし、ホール素子Ｃの出力電圧をＶＨ（Ｃ）としたとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）を加算器４１で加算してホール素子Ｂとホール素子Ｃの加算出力ＶＳ（ＢＣ）を得て、さらに１／２増幅器４２を介してＶＳ（ＢＣ）／２を得る。さらに、この加算出力ＶＳ（ＢＣ）／２とＶＨ（Ａ）を減算器４３で減算して、増幅率ｋ１の増幅器４４で増幅してＸ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２）を得る。
【００３５】
一方、ホール素子Ｂの出力電圧ＶＨ（Ｂ）とホール素子Ｃの出力電圧ＶＨ（Ｃ）を減算器４５で減算して減算出力ＶＤ（ＢＣ）を得て、この減算出力ＶＤ（ＢＣ）を増幅率ｋ２の増幅器４６で増幅してＹ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））を得る。
【００３６】
図７は、図６に示した信号処理部の具体的な回路構成を示した図である。この信号処理部５２は、加減算回路５３，５４から構成されている。なお、信号処理部５２は、図６における信号処理部４０に相当している。
【００３７】
検出部５１において、３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃが直列に接続されており、全てが同じ入力電流で駆動されている。これらのホール素子を、並列接続として、すべてが同じ入力電圧で駆動されるようにしてもよい。
【００３８】
加減算回路５３の演算増幅器５６の負入力端子には、ホール素子の出力抵抗値よりも十分に大きな（以下、加減算回路の入力抵抗の抵抗値についても同様）抵抗値Ｒの入力抵抗を介してホール素子Ａの４番端子と、抵抗値２Ｒの入力抵抗５５ａを介してホール素子Ｂの２番端子とホール素子Ｃの２番端子が接続されて反転加算回路を構成している。ここで、入力抵抗５５ａの抵抗値をホール素子Ａに接続された入力抵抗の２倍とすることで、ホール素子Ｂ，Ｃの信号の増幅率をホール素子Ａの増幅率の１／２として加算する構成としている。つまり、ホール素子Ｂの２番端子の電位ＶＢ（２）とホール素子Ｃの２番端子の電位ＶＣ（２）の和ＶＳ（Ｂ２Ｃ２）を生成して１／２倍し、さらにホール素子Ａの４番端子の電位ＶＡ（４）を加えたものをｋ１倍する構成である。
【００３９】
一方、加減算回路５３の演算増幅器５６の正入力端子には、抵抗値Ｒの入力抵抗を介してホール素子Ａの２番端子と、抵抗値２Ｒの入力抵抗５５ｂを介してホール素子Ｂの４番端子とホール素子Ｃの４番端子が接続されて非反転加算回路を構成している。ここで、入力抵抗５５ｂの抵抗値をホール素子Ａに接続された入力抵抗の２倍とすることで、ホール素子Ｂ，Ｃの信号の増幅率をホール素子Ａの増幅率の１／２として加算する構成としている。つまり、ホール素子Ｂの４番端子の電位ＶＢ（４）とホール素子Ｃの４番端子の電位ＶＣ（４）の和ＶＳ（Ｂ４Ｃ４）を生成して１／２倍し、さらにホール素子Ａの２番端子の電位ＶＡ（２）を加えたものをｋ１倍する構成である。
【００４０】
この反転・非反転の加算回路を差動的に接続することで、反転加算回路と非反転加算回路単体の出力を減算することができる。すなわち、加減算回路５３の出力電圧ＶＤＸは、
ＶＤＸ＝ｋ１［１／２｛ＶＳ（Ｂ４Ｃ４）＋ＶＡ（２）｝］
−ｋ１［１／２（ＶＳ（Ｂ２Ｃ２）＋ＶＡ（４））
＝ｋ１［ＶＡ（２）＋ＶＢ（４）／２＋ＶＣ（４）／２｝
−｛ＶＡ（４）＋ＶＢ（２）＋ＶＣ（２）｝
＝ｋ１［ＶＡ（２４）＋ＶＢ（４２）／２＋ＶＣ（４２）／２］
となる。
【００４１】
上述したように、ホール素子の出力電圧とは、２番端子と４番端子の電位の差であるから、４番端子と２番端子の電位の差とは、ホール素子の出力電圧を（−１）倍したものと等価である。したがって、
ＶＤＸ＝ｋ１［ＶＡ（２４）−｛ＶＢ（２４）＋ＶＣ（２４）｝／２］
＝ｋ１［（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２）
を得る。
【００４２】
一方、加減算回路５４の演算増幅器５７の負入力端子には、入力抵抗を介してホール素子Ｂの４番端子とホール素子Ｃの２番端子が接続されて反転加算回路を構成しており、ホール素子Ｂの４番端子の電位ＶＢ（４）とホール素子Ｃの２番端子の電位ＶＣ（２）の和ＶＳ（Ｂ４Ｃ２）を生成し、加減算回路５４の演算増幅器５７の正入力端子には、入力抵抗を介してホール素子Ｂの２番端子とホール素子Ｃの４番端子が接続されて加算回路を構成しており、ホール素子Ｂの２番端子の電位ＶＢ（２）とホール素子Ｃの４番端子の電位ＶＣ（４）の和ＶＳ（Ｂ２Ｃ４）を生成したものと組み合わされてｋ２倍増幅され、結果Ｙ軸の差分出力
ＶＤＹ＝ｋ２［ＶＳ（Ｂ２Ｃ４）−ＶＳ（Ｂ４Ｃ２）］
＝ｋ２［ＶＢ（２４）−ＶＣ（２４）］
＝ｋ２［ＶＨ（Ｂ）−ＶＨ（Ｃ）］
を得る。
【００４３】
つまり、信号処理部５２において、加減算回路５３でＸ軸信号の生成回路がホール素子Ａと、ホール素子Ｂとホール素子Ｃの出力電圧の和を減算する回路において、ホール素子Ｂとホール素子Ｃの出力電圧の和ＶＳ（ＢＣ）の増幅率がホール素子Ａの増幅率の１／２となるように構成することで、１／２倍してホール素子Ａの出力電圧と加算してｋ１倍増幅される増幅回路であり、Ｙ軸の出力電圧は、ホール素子Ｂとホール素子Ｃの出力電圧の差ＶＤ（ＢＣ）をｋ２倍増幅されたものとなる。加減算回路５３は、図６の加算器４１と増幅器４２と減算器４３と増幅器４４とを一体化したものであり、加減算回路５４は、図６の減算器４５と増幅器４６とを構成している。
【実施例２】
【００４４】
図８は、本発明の磁気検知式位置検出装置の信号処理部の実施例２を示した回路図である。本発明の信号処理部６０は、ホール素子Ａの出力電圧をＶＨ（Ａ）とし、ホール素子Ｂの出力電圧をＶＨ（Ｂ）とし、ホール素子Ｃの出力電圧をＶＨ（Ｃ）としたとき、ＶＨ（Ｂ）の１／２の入力とＶＨ（Ｃ）の１／２の入力を加算器６１で加算してホール素子Ｂとホール素子Ｃの加算出力ＶＳ（ＢＣ）／２を得る。また、この加算出力ＶＳ（ＢＣ）／２とＶＨ（Ａ）を減算器６２で減算して、増幅率ｋ１の増幅器６３で増幅してＸ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２）を得る。
【００４５】
一方、ホール素子Ｂの出力電圧ＶＨ（Ｂ）の１／２の入力とホール素子Ｃの出力電圧ＶＨ（Ｃ）の１／２の入力を減算器６４で減算して減算出力ＶＤ（ＢＣ）／２を得る。この減算出力ＶＤ（ＢＣ）／２を増幅率ｋ２の増幅器６５で増幅してＹ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２‘（ＶＤ（ＢＣ）／２）＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））を得る。
【００４６】
つまり、信号処理部６０は、前記３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））を出力する。但し、ｋ１，ｋ２は増幅率を示している。なお、増幅率ｋが、ｋ２＝２ｋ１であることが望ましい。
【００４７】
図９は、図８に示した信号処理部の具体的な回路構成を示した図である。この信号処理部７２は、加減算回路７３，７４から構成されている。なお、信号処理部７２は、図８における信号処理部６０に相当している。検出部７１において、３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃのうち、２つのホール素子Ｂとホール素子Ｃの入力端子を直列接続とし、ホール素子Ａの入力端子がこれに並列接続されてホール素子の駆動電源に接続されている。したがって、ホール素子Ｂ，Ｃには、ホール素子Ａの１／２の入力電圧が印加されることになり、同じ磁界が印加された場合のホール出力電圧は、ホール素子Ａの１／２となるため、自動的に１／２ＶＨ（Ｂ）と１／２ＶＨ（Ｃ）を生成することができる。また、この接続方法は、図４における従来のホール素子の駆動方式の（ｂ）に相当するものであり、図７に示すような３個直列接続（図４における（ａ）に相当）または３個並列接続（図４における（ｃ）に相当）と比較して、消費電流と信号処理の容易性とのバランスが取れたものである。
【００４８】
信号処理部７２において、加減算回路７３の演算増幅器７５の負入力端子には、ホール素子の出力抵抗よりも十分に大きな入力抵抗Ｒを介してホール素子Ａの４番端子とホール素子Ｂの２番端子とホール素子Ｃの２番端子が接続されて反転加算回路を構成しており、ホール素子Ａの４番端子の電位ＶＡ（４）とホール素子Ｂの２番端子の電位ＶＢ（２）とホール素子Ｃの２番端子の電位ＶＣ（２）の和ＶＳ（Ａ４Ｂ２Ｃ２）を生成する。
【００４９】
一方、加減算回路７３の演算増幅器７５の正入力端子には、入力抵抗を介してホール素子Ａの２番端子とホール素子Ｂの４番端子とホール素子Ｃの４番端子が接続されて非反転加算回路を構成しており、ホール素子Ａの２番端子の電位ＶＡ（２）とホール素子Ｂの４番端子の電位ＶＢ（４）とホール素子Ｃの４番端子の電位ＶＣ（４）の和ＶＳ（Ａ２Ｂ４Ｃ４）を生成したものと組み合わされてｋ１倍増幅され、結果Ｘ軸の差分出力ＶＤＸ＝ｋ１{ＶＳ（Ａ２Ｂ４Ｃ４）−ＶＳ（Ａ４Ｂ２Ｃ２）}を得る。
【００５０】
ここで、上式の｛  ｝内に着目すると
｛  ｝内＝ＶＳ（Ａ２Ｂ４Ｃ４）−ＶＳ（Ａ４Ｂ２Ｃ２）
＝｛ＶＡ（２）＋ＶＢ（４）＋ＶＣ（４）｝
−｛ＶＡ（４）＋ＶＢ（２）＋ＶＣ（２）｝
＝ＶＡ（２４）＋ＶＢ（４２）＋ＶＣ（４２）
上述したように、ホール素子の出力電圧とは、２番端子と４番端子の電位の差であるから、４番端子と２番端子の電位の差とは、ホール素子の出力電圧を（−１）倍したものと等価である。したがって、
ＶＤ＝ｋ１［ＶＡ（２４）−｛ＶＢ（２４）＋ＶＣ（２４）｝］
となる。ここで、ホール素子Ｂの出力電圧ＶＢ（２４）とホール素子Ｃの出力電圧ＶＣ（２４）は、検知部５１の構成によりホール素子Ｂ，Ｃに印加される電圧がホール素子Ａの１／２であるため、ホール素子Ａ，Ｂ，Ｃに同じ磁界が印加された場合でも、ホール素子Ａの出力電圧の１／２となる。つまり、ＶＢ（２４）とＶＣ（２４）は、ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）の、それぞれ半分の電圧となっている。
【００５１】
一方、加減算回路７４の演算増幅器７６の負入力端子には、入力抵抗を介してホール素子Ｂの４番端子とホール素子Ｃの２番端子が接続されて反転加算回路を構成しており、ホール素子Ｂの４番端子の電位ＶＢ（４）とホール素子Ｃの２番端子の電位ＶＣ（２）の和ＶＳ（Ｂ４Ｃ２）を生成し、加減算回路７４の演算増幅器７６の正入力端子には、入力抵抗を介してホール素子Ｂの２番端子とホール素子Ｃの４番端子が接続されて加算回路を構成しており、ホール素子Ｂの２番端子の電位ＶＢ（２）とホール素子Ｃの４番端子の電位ＶＣ（４）の和ＶＳ（Ｂ２Ｃ４）を生成したものと組み合わされてｋ２倍増幅され、結果Ｙ軸の差分出力
ＶＤＹ＝ｋ２｛ＶＳ（Ｂ２Ｃ４）−ＶＳ（Ｂ４Ｃ２）｝
＝ｋ２｛ＶＢ（２４）−ＶＣ（２４）｝
を得る。
【００５２】
つまり、信号処理部７２において、ホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）とし、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）とし、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））を出力する。加減算回路７３は、図８の加算器６１と減算器６２と増幅器６３とを一体化したものであり、加減算回路７４は、図６の減算器６４と増幅器６５とを構成している。
【００５３】
理論的には、ホール素子に印加される磁束密度とホール素子の出力電圧、及びホール素子から磁石の中心までの距離に一意に決まる関数関係があれば、平面内の任意の位置に配置された３個のホール素子出力電圧で磁石の中心の座標を特定することは可能である。しかしながら、その関数関係が複雑であれば、処理回路の規模は増大し、また調整が複雑化するため、実際に磁石やホール素子を筐体に組み込んでの調整もより時間とコストを要するようになる。ホール素子は、磁束密度と出力電圧に線形な関数関係がある磁電変換素子なので、このホール素子に印加される磁束密度とホール素子から磁石の中心までの距離になるべく単純な関数関係、できれば線形な関係があることが好ましい。
【００５４】
また、Ｘ軸やＹ軸の出力電圧レベルを合わせるためには、磁石やホール素子の配置が、軸又は原点に対して対称であることが好ましい。
【００５５】
さらに、磁石がＸ軸上を移動中には、Ｙ軸の信号は原点位置での出力信号のまま変化せず、また、磁石がＹ軸上を移動中には、Ｘ軸の信号は原点位置での出力信号のまま変化しないことが好ましい。
【００５６】
本発明者は、鋭意検討の結果、図５に示すように、磁石がリング状であり、中立状態の時の磁石の中心を重心とする正三角形の頂点にホール素子を配置し、Ｘ軸上に置かれた１個のホール素子の出力電圧と残り２個のホール素子の出力電圧の平均値との差、及びＸ軸上に置かれていない２個のホール素子の出力電圧の差を使って、磁気式位置検出装置を実現したものである。
【００５７】
また、２個の出力電圧の平均値は、計算によることなく、図７に示すように、２個のホール素子への入力電圧を残りの１個の半分として、出力電圧を加算する単純な構成で、または、図９に示すように、１軸分の加算回路に接続されているホール素子のうち、２個分のゲインを、増幅器の入力抵抗値を他の１個の半分にするという単純な構成で、回路規模を増大させることはおろか、むしろ単純化して実現できる。
【００５８】
以下に具体的な実施例について説明する。  
磁石に、外径１４ｍｍ，内径６ｍｍ，厚さ０．６ｍｍのリング状のＮｄ系の希土類磁石を使い、ホール素子は、磁石がセンタにある状態での磁石の中心を原点とする座標で、Ａ（６．８，０），Ｂ（−３．４，５．８９），Ｃ（−３．４，−５．８９）の正三角形の頂点の３点に配置した。また、磁石の表面と、ホール素子の感磁部とのギャップは１．５ｍｍとした。
【００５９】
図１０（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の磁気式位置検出装置において、Ｘ軸上において磁石を移動させた場合に、各ホール素子に印加される磁束密度と、本発明の信号処理部により合成される磁束密度を示した図で、図１０（ａ）は、Ｘ軸上の移動距離と各ホール素子の磁束密度の関係を示す図で、図１０（ｂ）は、Ｘ軸上の移動距離と合成磁束密度の関係を示す図で、図１０（ｃ）は、各ホール素子をＸ軸上において移動した状態を示す図である。なお、図中Ｍは移動前の状態、Ｎは移動後の状態を示している。
【００６０】
磁石をＸ軸上において−１．３〜＋１．３ｍｍの範囲で移動させた時の、磁石の中心の位置と各ホール素子に印加される磁束密度との関係を図１０（ａ）に示している。
【００６１】
また、同じく磁石をＸ軸上において−１．３〜＋１．３ｍｍの範囲で移動させた時の、磁石の中心の位置と、本発明の信号処理部でＢＸ＝Ｂ（Ａ）−｛Ｂ（Ｂ）＋Ｂ（Ｃ）｝／２，ＢＹ＝Ｂ（Ｂ）−Ｂ（Ｃ）と合成した磁束密度との関係を図１０（ｂ）に示している。
【００６２】
図１１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の磁気式位置検出装置において、Ｙ軸上において磁石を移動させた場合に、各ホール素子に印加される磁束密度と、本発明の信号処理部により合成される磁束密度を示した図で、図１１（ａ）は、Ｙ軸上の移動距離と各ホール素子の磁束密度の関係を示す図で、図１１（ｂ）は、Ｙ軸上の移動距離と合成磁束密度の関係を示す図で、図１１（ｃ）は、各ホール素子をＹ軸上において移動した状態を示す図である。なお、図中Ｍは移動前の状態、Ｎは移動後の状態を示している。
【００６３】
磁石をＹ軸上において−１．３〜＋１．３ｍｍの範囲で移動させた時の、磁石の中心の位置と各ホール素子に印加される磁束密度との関係を図１１（ａ）に示している。また、同じく磁石をＹ軸上において−１．３〜＋１．３ｍｍの範囲で移動させた時の、磁石の中心の位置と、本発明の信号処理部でＸｓｙｎ＝Ｂ（Ａ）−（Ｂ（Ｂ）＋Ｂ（Ｃ））／２，Ｙｓｙｎ＝Ｂ（Ｂ）−Ｂ（Ｃ）と合成した磁束密度との関係を図１１（ｂ）に示している。
【００６４】
磁石の位置と、Ｘｓｙｎ，Ｙｓｙｎは、それぞれ良好な比例関係に近い関係になっていることがわかる。すなわち、ホール素子の数を３個に減らしながらも、磁気式位置検出装置としての機能を満たしていることがわかる。
【００６５】
また、本実施例において実装されているホール素子同士の間隔は、１２．１ｍｍであり、従来技術のホール素子４個を正方形の頂点に配置した場合の９．９ｍｍよりも広く、他の部品の実装性も向上していることがわかる。
【００６６】
なお、以上の実施例ではリング状磁石を用いた場合ついて説明したが、磁石としてはコイン状，円盤状又はドーナツ状磁石を用いることも可能である。
【００６７】
次に、磁気式位置検出装置における信号処理方法について以下に説明する。  
この場合における磁気式位置検出装置は、上述したように、リング状磁石と、このリング状磁石の近傍に配置された複数のホール素子とを備えた検出部と、この検出部からの信号を処理する信号処理部とを備えており、リング状磁石の移動によって生じる平面と垂直な方向の磁束密度の変化を前記のホール素子で検出するようにしたものである。
【００６８】
まず、検出部の複数のホール素子を、リング状磁石の中心を原点としたときに、この原点を中心とする正三角形の頂点に各々配置する。次に、３個のホール素子Ａ，Ｂ，Ｃの各々の出力電圧をＶＨ（Ａ），ＶＨ（Ｂ），ＶＨ（Ｃ）とするとき、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の差をＶＤ（ＢＣ）として算出する。次に、ＶＨ（Ｂ）とＶＨ（Ｃ）の和をＶＳ（ＢＣ）として算出する。次に、Ｘ軸の出力電圧ＶＸ＝ｋ１（ＶＨ（Ａ）−ＶＳ（ＢＣ）／２），Ｙ軸の出力電圧ＶＹ＝ｋ２（ＶＤ（ＢＣ））として（但し、ｋ１，ｋ２は増幅率）算出する。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、パーソナルコンピュータやゲーム機、携帯電話等の入力手段として使用される磁気検知式ポインティングデバイス、カメラの手ブレ検出などの精密位置検出装置などに適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１１乃至１４  ホール素子
１５  リング状磁石
２１  検出部
２２  信号処理部
２３  演算増幅器
３１乃至３４  ホール素子
３４  リング状磁石
４０  信号処理部
４１  加算器
４２  １／２増幅器
４３，４５  減算器
４４，４６  増幅器
５１  検出部
５２  信号処理部
５３，５４  加減算回路
５５ａ，５５ｂ  入力抵抗
５６，５７  演算増幅器
６０  信号処理部
６１  加算器
６２，６４  減算器
６３，６５  増幅器
７１  検出部
７２  信号処理部
７３，７４  加減算回路
７５，７６  演算増幅器
【図１】
2011095084.tif 000003
【図２】
2011095084.tif 000004
【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】
2011095084.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011095084.tif 000012
【図１１】
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