(57)【要約】  磁界検出器（１２）の平面内の磁界の成分（１８）を検出する磁界検出器（１２）と、傾斜移動に応じて、磁界検出器（１２）の平面内の磁界の成分（１８）の少なくとも一部を変更する可動物体（１３）とを有するセンサ装置（１０）を備えるデバイス（１）が、磁界検出器（１２）に飽和した磁界依存素子（３１）を設けることにより、面内漂遊磁界による影響を受けにくくされる。可動物体（１３）が、磁界を発生させる可動磁界発生器を備えてもよく、または可動物体（１３）と磁界発生器（１１）とが、異なる物体であってもよい。磁界は、磁界依存素子（３１）が飽和されるようになっている。磁界発生器（１１）が、磁界検出器（１２）より小さいとともに、可動物体（１３）が、磁界検出器（１２）より大きく、位置合わせ問題を軽減する。可動物体（１３）は、磁界検出器（１２）に近接した枢動点を有する。
2008514914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ装置を有するデバイスであって、
当該磁界検出器の平面内の磁界の成分を検出する磁界検出器と、
移動に応じて、前記磁界検出器の前記平面内の前記磁界の前記成分の少なくとも一部を変更する可動物体と、を備え、
前記磁界検出器が、少なくとも１つの飽和した磁界依存素子を備える、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記可動物体が、前記磁界を発生させる可動磁界発生器を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記磁界を発生させる磁界発生器をさらに備え、前記可動物体が、可動磁界導体を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記磁界発生器が、永久磁石を備える、ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記磁界が、前記磁界検出器の前記平面内の放射状磁界を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの磁界依存素子が飽和するように、前記磁界がなっている、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの磁界依存素子が、前記磁界の方向を検出するように作動する、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁界依存素子が、バーバーポール片を有する抵抗器を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記磁界発生器が、前記磁界検出器の前記平面と平行な平面内に第１の寸法を有し、前記第１の寸法が、前記磁界検出器の前記平面内の前記磁界検出器の第２の寸法より小さい、ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記可動物体が、前記磁界検出器の前記平面と平行な平面内に第１の寸法を有し、前記第１の寸法が、前記磁界検出器の前記平面内の前記磁界検出器の第２の寸法より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記可動物体が、前記磁界検出器に最も近接した傾斜面を有し、その傾斜角が、前記可動物体の前記移動に依存している、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記可動物体が、前記可動物体の中心と前記磁界検出器に最も近接して位置する可動物体の一端との間に位置する枢動点を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記磁界検出器が、前記磁界発生器と前記可動物体との間に位置する、ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記磁界検出器が、前記成分の第１の部分を検出する第１のホイートストン・ブリッジと、前記成分の第２の部分を検出する第２のホイートストン・ブリッジとを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記磁界検出器が、Ｘ軸およびＹ軸に対して実質的に０〜実質的に４５度の角度に設定された磁界依存素子を有するホイートストン・ブリッジを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記磁界依存素子が、Ｘ軸およびＹ軸に対して実質的に２０度〜実質的に３０度の角度に設定されている、ことを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記磁界検出器が、蛇行システムを備える、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記蛇行システムが、８つの蛇行を備え、前記蛇行の各々が、円の線分をカバーする、ことを特徴とする請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記可動物体が、可撓性磁性材料を備える、ことを特徴とする請求項１、２、５、７、８、１４、１５、１６、１７または１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記可撓性磁性材料が、可撓性材料内に懸濁した磁性粉または磁性粒子を備える、ことを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
当該磁界検出器の平面内の磁界の成分を検出する磁界検出器を備えるとともに、移動に応じて、前記磁界検出器の前記平面内の前記磁界の前記成分の少なくとも一部を変更する可動物体を備え、前記磁界検出器が、少なくとも１つの飽和した磁界依存素子を備える、ことを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置を備えるデバイスに関し、またセンサ装置および検知方法に関する。
【０００２】
このようなデバイスの例は、携帯型ｐｃおよび、携帯電話、個人用携帯情報機器、デジタルカメラおよび衛星利用測位システムデバイスなどの小型の手持ち式電子デバイスである。
【背景技術】
【０００３】
このようなデバイスは、独国特許出願公開第４３１７５１２号から既知である。本書類の図６は、可動磁石と磁界検出器とを有するセンサ装置を開示している。図７は、磁界検出器の真下に配置された固定磁石と、磁界検出器の上方に配置された強磁性体を備える表示器とを有するセンサ装置を開示している。磁界検出器は、面内磁界成分のみに敏感である。図６および７のセンサ装置は、面内漂遊磁界に非常に敏感であり、これは不利であると考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、とりわけセンサ装置が面内漂遊磁界による影響を受けにくいデバイスを提供することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、とりわけ面内漂遊磁界による影響を受けにくいセンサ装置と、面内漂遊磁界による影響を受けにくい検知方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるデバイスは、センサ装置を備える。センサ装置は、磁界検出器の平面内の磁界の成分を検出する磁界検出器と、移動に応じて、磁界検出器の平面内の磁界の成分の少なくとも一部を変更する可動物体とを備える。磁界検出器は、少なくとも１つの飽和した磁界依存素子を備える。
【０００７】
磁界検出器は、少なくとも１つの磁界依存素子を備え、磁界依存素子は飽和されている。素子が飽和されているため、素子は面内漂遊磁界による影響を受けにくい。その結果センサ装置は、面内漂遊磁界による影響を受けにくい。このような磁界依存素子は、異方性磁気抵抗材料（例えばＮｉＦｅ合金）または磁気抵抗材料（例えば巨大またはトンネル磁気抵抗）を備え得るが、さらなる材料を除外しない。
【０００８】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界を発生させる可動磁界発生器である可動物体を有する。この場合、可動物体および発生器は、同一の物体である。
【０００９】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界を発生させる磁界発生器をさらに備え、可動物体が、可動磁界導体を備える。この場合、磁界発生器と可動物体とが異なる物体である。
【００１０】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界発生器が、永久磁石であるまたは備えることを特徴とする。このような永久磁石は電源を必要とせず、それは有利である。特に携帯および小型手持ち式電子デバイスの場合、低消費電力は最重要である。
【００１１】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界が、磁界検出器の平面内の放射状（ｒａｄｉａｌ）磁界を備えることを特徴とする。磁界が、磁界検出器の平面内に放射状磁界を備えるとともに、磁界検出器が、磁界検出器の平面内の放射状磁界成分を検出することが好適である。
【００１２】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界が、少なくとも１つの磁界依存素子が、飽和されるようになっていることを特徴とする。少なくとも１つの磁界依存素子は、磁界自体により磁気的に飽和される。
【００１３】
本発明によるデバイスの一実施形態は、少なくとも１つの磁界依存素子が、磁界の方向を検出することを特徴とする。この場合、磁界の成分は、方向を備える。
【００１４】
本発明によるデバイスの一実施形態は、少なくとも１つの磁界依存素子が、バーバーポール片を有する抵抗器を備えることを特徴とする。このような抵抗器は、例えば異方性磁気抵抗片を備え、その上に１つまたは複数のバーバーポール片（金属片）が載置されている。これらのバーバーポール片は、高導電性であるとともに、異方性磁気抵抗片内の電流の方向を変える。異方性磁気抵抗片は、抵抗値を有し、抵抗値は、材料内の磁化の方向と電流の方向との間の角度に依存する。バーバーポール片の主な機能は、素子の応答曲線を線形化することである。
【００１５】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界発生器が、磁界検出器の平面と平行な平面内に寸法を有し、その寸法が、磁界検出器の平面内の磁界検出器の寸法より小さいことを特徴とする。磁界発生器はここで磁界検出器より小さく作製することが可能であり、これは大きな利点である。
【００１６】
本発明によるデバイスの一実施形態は、可動物体が、磁界検出器の平面と平行な平面内に寸法を有し、その寸法が、磁界検出器の平面内の磁界検出器の寸法より大きいことを特徴とする。これは、既知のセンサ装置にある表示器の位置合わせ問題を軽減する。
【００１７】
本発明によるデバイスの一実施形態は、可動物体が、磁界検出器に最も近接した傾斜面を有し、その傾斜角が、可動物体の移動に依存していることを特徴とする。既知のデバイス内のシフトの代わりに、可動物体の傾斜が、有利であることが分かった。
【００１８】
本発明によるデバイスの一実施形態は、可動物体が、可動物体の中心と磁界検出器に最も近接して位置する可動物体の一端との間に位置する枢動点有することを特徴とする。これは、例えば磁界発生器に対する可動物体の下面の配向を変更することを意図して行われる。このような枢動点は、例えば磁界検出器に最も近接して位置する可動物体の一端に対応していることが好適であろう。枢動点が、中心と可動物体の一端との間の位置と一致する場合、可動物体と磁界検出器との間の角度および横方向の距離は、可動物体が移動される場合、変更される。枢動点を、磁界検出器に最も近接して位置する可動物体の一端にシフトすることにより、この変更横方向距離は、減少もしくは回避される。
【００１９】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界検出器が、磁界発生器と可動物体との間に位置する、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界検出器が、磁界発生器と可動物体との間に位置することを特徴とする。この構成は、非常に効率的であるということが分かったとともに、可動物体を、最も単純且つ剛健にすることができる。
【００２１】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界検出器が、成分の第１の大きさを検出する第１のホイートストン・ブリッジと、成分の第２の大きさを検出する第２のホイートストン・ブリッジとを備えることを特徴とする。これらのホイートストン・ブリッジは、各々１つまたは複数の磁界依存素子を備えることが好適である。最大感度を得るために、各ホイートストン・ブリッジのすべての素子が、磁界依存素子であることが好適である。
【００２２】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界検出器が、ホイートストン・ブリッジを備えることを特徴とする。このホイートストン・ブリッジは、Ｘ軸およびＹ軸に対して実質的に０〜実質的に４５度の角度に設定された磁界依存素子を備える。これは、Ｘ移動とＹ移動との間の独立性を改善するために行われる。
【００２３】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界依存素子が、Ｘ軸およびＹ軸に対して実質的に２０〜実質的に３０度の角度に設定されていることを特徴とする。これは、Ｘ移動とＹ移動との間の最適独立性を得るために行われる。
【００２４】
本発明によるデバイスの一実施形態は、磁界検出器が、蛇行システムを備えることを特徴とする。これは、開示検出器の抵抗値を増加して、消費電力を低減するために行われる。
【００２５】
本発明によるデバイスの一実施形態は、蛇行システムが、８つの蛇行を備え、各蛇行が、円の線分をカバーすることを特徴とする。このような８つの蛇行を有する蛇行システムは、Ｘ移動とＹ移動との間の最適独立性を提供する。そして各蛇行は円の約４５度をカバーするため、線分の平均は２２．５度に対応し、これはまた２０〜３０度である。
【００２６】
本発明によるセンサ装置および本発明による方法の実施形態は、本発明によるデバイスの実施形態に対応する。
【００２７】
本発明は、とりわけ磁界検出器が、面内磁界成分のみに敏感であり、それが面内漂遊磁界に対する極度な感度につながるという洞察に基づいている。本発明は、とりわけそのような面内漂遊磁界に対する低下感度を得るためには、磁界検出器は、少なくとも１つの飽和した磁界依存素子を備えなければならない、という基本的観念に基づいている。
【００２８】
本発明は、とりわけセンサ装置が、面内漂遊磁界による影響を受けにくいデバイスを提供することによりこの問題を解決するとともに、とりわけ任意の面内漂遊磁界が、センサ装置を妨害する程度がより小さいという点で有利である。
【００２９】
上記したような本発明のデバイスは、データ処理システムに対する周辺、例えばポインティング・デバイスであり得るか、またはデータ処理システム、例えばそれ自体がポインティング・デバイスを収容している携帯電話、ＰＤＡ等であり得る。
【００３０】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に説明する実施形態の参照により明らかになるとともに解明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、一例としておよび添付の図面を参照してさらに説明される。
【００３２】
携帯型ＰＣもしくは携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラまたはＧＰＳデバイスなどの小型の手持ち式電子デバイスにおいて、アナログポインティング・デバイス機能が必要とされることが多い。圧電または光学式ポインティング・デバイスなどの、アナログポインティング・デバイスに対する様々な設計が、既に市場に存在している。圧電式ポインティング・デバイスは、センサのドリフトを補償するために複雑なマイクロコントローラを必要とする。光学式ポインティング・デバイスは、利用可能であるが、比較的高い消費電力を有する。本発明において、構造が単純で、比較的単純な電子機器を必要し、低消費電力を有し、さらに半導体チップパッケージと完全に一体になり得る、磁気式ポインティング・デバイスが提案されている。
【００３３】
図１に示された本発明によるデバイス１は、本発明によるセンサ装置１０を備える。センサ装置１０は、例えば磁界発生させる磁石などの、磁界を発生させる磁界発生器１１を備える。センサ装置１０は、磁界の成分１８（図３に示されたような）を検出する磁界検出器１２と、移動に応じて成分１８の少なくとも一部を変化させる、ジョイスティックなどの可動磁界導体などの可動物体１３とをさらに備える。この変化は、例えば中心１９（図２に示されたような）のシフトを備える。成分１８は、例えば方向を備える。
【００３４】
永久磁石などの磁界発生器１１およびフェライトスティックなどの可動物体１３は、例えばチップ＋パッケージ内に一体化されている。パッケージは、可動物体１３が、軟質グルー１４、Ｏリングまたは任意の他の機械的ばねでパッケージ内の止まり穴内に載置され得るように変更される。このようにしてパッケージ内のチップは、通常のパッケージであれば、水分、汚れ、スクラッチに対して保護状態に保たれる。加えて、通常のリフローソルダリングプロセスがなお可能である。本実施形態において、磁界検出器１２を有するチップは、１つのパッケージ４１内で、信号処理チップ（例えばマイクロコントローラを有する）に近接配置されている。チップ間の短い距離は、ノイズの影響を低減する。マイクロコントローラを用いるもう一つの利点は、マイクロコントローラが、Ｉ／Ｏ信号のタイプ、フィルタリング、閾値、増幅定数、またはパッケージリードのいくつかの機能に対してプログラムされ得るということである。磁界検出器１２は、基板１６に載置されており、基板１６は、ワイヤボンドを介してリードフレーム１５に結合されている。
【００３５】
可動物体１３を有する図２に示されたセンサ装置１０は、可動物体１３の中心と磁界検出器１２に最も近接して位置する可動物体の一端との間に位置する枢動点を備える。この枢動点は、磁界検出器１２に最も近接して位置する可動物体１３のこの端に実質的に一致することが好適である。可動物体１３を枢動することにより、成分１８（図３に示されたような）の中心１９がシフトされ、それが磁界検出器１２により検出される。このような磁界検出器１２は、例えば図３に示された２つのホイートストン・ブリッジを備える。
【００３６】
図３のホイートストン・ブリッジ２１および２２は、Ｘ方向およびＹ方向の成分１８を検出する。Ｘ方向およびＹ方向は、例えば実質的に互いに垂直である。ホイートストン・ブリッジ２１および２２のうちの第１のものは、成分１８の第１の部分を検出するとともに、ホイートストン・ブリッジ２１および２２のうちの第２のものは、成分１８の第２の部分を検出する。ブリッジ２１および２２の各々は、磁界依存抵抗器などの１つまたは複数の磁界依存素子を備え、磁界依存抵抗器は、図４により詳細に示されている。それらの抵抗値は、消費電力を制限するために、キロオーム範囲内であることを目指している。このような抵抗値は、磁界が、いわゆる異方性磁気抵抗材料（例えばＮｉＦｅ合金）の利用により抵抗器に印加された場合には、変更される。通例磁界の影響下でこのような抵抗器の抵抗値変化は、実際の環境では約２０％である。巨大磁気抵抗およびトンネル磁気抵抗材料などの他の磁気抵抗材料が存在し、巨大磁気抵抗およびトンネル磁気抵抗材料は抵抗値に、より大きい変化を生じる。基本的に磁界検出器１２は、これらの材料で作製することもできる。しかし異方性磁気抵抗材料を用いる大きな利点は、材料自体（他の材料の場合の複雑な多層スタックに比べてＮｉＦｅ合金の単一層）の単純性、および応答特性（例えば抵抗値対磁界）が変更できる容易性にある。他の材料の場合、応答特性は、スタック内で磁化を設定および固定することにより操作されなければならないのに対して、異方性磁気抵抗材料の場合、単に電流を必要な方向に磁界依存素子内に通電することにより応答特性が設定され得る。これは適正な配置を用いることにより行われ得る。
【００３７】
Ｘ−Ｙ磁界において、Ｘ方向およびＹ方向の移動に対する検出器非依存信号が、生成されなければならない。各方向（Ｘ、Ｙ）に対して、異方性磁気抵抗材料で作製された４つの抵抗器で構成されるホイートストン・ブリッジ構成が用いられる。これらの２つのホイートストン・ブリッジ２１および２２は、放射状静磁界内に配置されている。磁界は、センサの全体配置に比べてサイズが小さい永久磁石またはフェライトなどの磁化材料片により発生する。他の可能性は、電流を流すコイルまたは単一導体により磁界を発生させることである。提案された構成において、異方性磁気抵抗材料は、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板上に堆積およびパターン化されている。永久磁石は、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板の下方に配置されている。ＸおよびＹ方向に対する２つのホイートストン・ブリッジ２１および２２は、視認可能であり、各ブリッジは、Ｒｘ１〜Ｒｘ４およびＲｙ１〜Ｒｙ４と番号付けされた４つの抵抗器で構成されている。両方のブリッジは、互いに対して実質的に９０度で配置されている。ブリッジＹは、Ｙ方向に沿って位置し、Ｘ方向の磁界の変化（例えば磁界検出器の上方に位置する可動磁界導体により生じる）に敏感である一方で、ブリッジＸは、Ｙ方向の磁界の変化に敏感である。
【００３８】
ホイートストン・ブリッジ２１、２２の４つの抵抗器の中心に、永久磁石が配置されている。永久磁石の大きさは、磁界検出器１２の全体寸法と比べて小さい。これらの状況下で、永久磁石は、磁界検出器１２の平面内で放射状に配向された磁界を発生させる。このパターンの中心は、４つの抵抗器の中心と一致する。抵抗器も放射状構成で配置されている場合、面内磁界線は、抵抗器の長さ方向と平行になる。説明した構成は、実際に静止状態の磁界検出器１２の磁界構成であり、すなわち磁界線は、例えば可動磁界導体の存在に妨害されない。磁界の強度は、抵抗器を完全に飽和するのに十分に大きいことが好ましく、それは抵抗器片内の磁化方向が、放射状磁力線に平行であるということを意味する。このような強い磁界は、磁界検出器１２が、センサ装置１０の周囲にある漂遊磁界の影響（例えばセンサ装置の付近を流れる電流による）に、より敏感になるという利点を有する。
【００３９】
図４に示された磁界依存素子３１は、異方性磁気抵抗片またはＡＭＲ片の形状の抵抗器を備え、その上にバーバーポール片３２が載置されている。図４には、磁界依存素子３１の応答特性が、示されている（３つの電流角度−４５、０および＋４５度の場合の磁化の角度に対する％単位のＡＭＲ比）。異方性磁気抵抗材料抵抗器において、抵抗値は、磁気層内の磁化と、この磁気層内を流れる電流との間の角度によって決定される。抵抗は、式Ｒ＝Ｒ０＋ΔＲｃｏｓ２ψによって表わすことが可能であり、ここでＲ０は抵抗器のベース抵抗値であり、ΔＲは可能な最大抵抗変化であり、さらにψは面内磁化Ｍと面内電流Ｉとの間の角度である。抵抗器は、平面に垂直な磁界に敏感ではない。電流の方向は、回路の電気的配置により設定される。これらの磁界検出器１２の場合、バーバーポール構成が、電流の方向を設定するために用いられることが多い。このようなバーバーポール構成は、ＡＭＲ片の上部に堆積された厚肉金属片３２で構成されている。バーバーポール片３２が、高導電性であるため、電流は、主にバーバーポール片３２間を垂直に流れることになる。そのため電流の方向は、ＡＭＲ片の長さ方向に対してバーバーポール片３２の直角を選択することにより設定することができるとともに、この構成のリソグラフィカル設計によって完全に決定される。
【００４０】
外部磁界がなければ、ＡＭＲ片内の磁化方向は、ＡＭＲ片の形状（形状異方性）およびＮｉＦｅ合金自体の結晶異方性軸により決定される。結晶異方性軸の方向は、磁界内でＮｉＦｅ合金を堆積することにより設定され得る。通常結晶異方性の方向は、ＡＭＲ片の長さ方向に平行に選択される。しかしこれは、ＡＭＲ片が例えば２つ（以上）の方向を有する場合、可能ではないことがある。２つの片方向の場合、結晶異方性軸は、ＡＭＲ片に対して実質的に４５度の角度で設定されて、ある対称の形状を生成し得るが、より多い方向である場合には、これは困難である。
【００４１】
ＡＭＲ片の幅が長さに比べて低減されている場合には、形状異方性が、優位になり始めるとともに、外部磁界がない場合、磁化がＡＭＲ片の長さ方向に平行に付勢されることになる。またバーバーポール片３２がない場合にも、磁気層を通る電流は、磁化に平行であるとともに、ＡＭＲ片は、Ｒ０＋ΔＲ（ψ＝０）に等しい高い抵抗値を有する。磁化方向の僅かな変化は、ｃｏｓ２ψ関数の形状により抵抗にあまり影響しない。実際にゼロ磁場周囲の感度はゼロである。これは、電流の方向を変化させるバーバーポール片３２の利用により改善され得る。通常、バーバーポール片３２は、ＡＭＲ片の長さ方向に対して（＋または−）４５度の角度に設定される。そのため磁界検出器１２を流れる電流と磁化との間の角度も、（＋または−）４５度になる。ＡＭＲ片の軸に対する磁化の方向が、磁界の変化により変更される場合には、電流と磁化との間の角度が、変化し、従ってＡＭＲ片の抵抗値が変化する。図４においてＡＭＲ片の応答特性が、３つの異なる電流方向に関して、ＡＭＲ片の長さ軸に対する磁化の角度の関数として示されている。（＋または−）４５度の電流方向の場合、応答特性は、０度の周囲で線形挙動を示す。バーバーポール片３２の方向は、応答特性の形状を決定する。−４５度に設定されたバーバーポール片３２は、鏡面対称の応答特性を示すことになる。完全なホイートストン・ブリッジを構成する場合、様々な抵抗器上のバーバーポール片３２の方向は、ホイートストン・ブリッジが、最大感度を示すようでなければならない。図５は、そのような構成を示す。
【００４２】
図５〜７を参照すると、可動物体１３が、その静止位置にある場合、抵抗器内の磁化は、永久磁石の面内放射状磁力線によるパターンを示す。そのため磁化は、永久磁石の中心を指しているか、またはポインティング・デバイスセンサの外側を指している。すべてのＡＭＲ片の場合、電流と磁化との間の角度は、（＋または−）４５度であるとともに、すべての応答特性は、それらの中心点にある。永久磁石の中心の上方に配置された磁気的に導電性スティックにより、放射状磁界は影響され得る。提案されたセンサ装置１０において、磁界検出器１２が、永久磁石と可動磁界導体またはポインティング・デバイスとの間に配置されている。永久磁石と磁界検出器１２との間の距離、および磁界検出器１２とポインティング・デバイスとの間の距離は最適化され得る。スティックの実際の機能は、放射状磁界の中心１９の位置を変更する一方で、磁界の強度を維持することである。図２は、磁気的導電性スティックの機能を示す。これは例えばスティックの角度位置を変更することにより実行され得る。スティックの設計は、下部がその横方向の位置ではなく、磁界検出器表面に対する角度のみを変更するようになっている。
【００４３】
スティックの角度位置の変化の最終結果は、図２の小さい円により示されるような、放射状磁界の中心１９の位置の変化である。この変化は、ＡＭＲ片内のすべての磁気モーメントの方向を変更することにより、抵抗値およびしたがってホイートストン・ブリッジの出力信号を変化させる。これは図６に示されている。図６はまた、ホイートストン・ブリッジの出力信号の計算結果を、放射状磁界の中心の位置の関数（ｍＶ／Ｖ単位の出力比対ｍｍ単位の位置）として示している。この計算において、様々な磁化が、磁界検出器１２の位置において放射状磁界の方向にあると仮定している。大きい磁界が用いられる場合には、この仮定は正しい。一例として、Ｘ方向の位置変化に敏感であるホイートストン・ブリッジＹが、考えられる。出力がＹ方向のスティックの移動から完全に独立していることが望ましいが、このような移動によりなお若干影響を受けると思われる。しかしこれは、図７に示されているように、ＡＭＲ片の異なる構成を選択することにより改善され得る。この場合、ＡＲＭ片は、ＸおよびＹ軸に対して実質的に０〜実質的に４５度、好適にはＸおよびＹ軸に対して実質的に２０度〜実質的に３０度、のどこかの角度に設定される。対応する出力特性も、図７（ｍＶ／Ｖ単位の出力比対ｍｍ単位の位置）に示されている。元の出力特性に対する改善が、得られたことが明らかである。ホイートストン・ブリッジの必要な抵抗に応じて、ブリッジ素子３１の全体抵抗は、いくつかのライン素子を直列に配置することにより増加され得る。その場合、線分のすべては、線分の軸が、永久磁石の中心を通過する、すなわち線分のすべてが、放射状パターンを示すように位置決めされる。
【００４４】
図８は、全体抵抗を増加するための異方性磁気抵抗片を有するとともに改善した特性を有するセンサ装置を示す。この磁界検出器は、蛇行システムを備える。これは磁界検出器の抵抗値を増加するとともに、消費電力を低減する。蛇行システムは、８つの蛇行を備え、各蛇行が、円の線分をカバーすることが好適である。このような８つの蛇行を有する蛇行システムは、Ｘ移動とＹ移動との間に最適な独立性を提供する。そして各蛇行は、円の約４５度をカバーするため、線分の平均は、約２２．５度に対応し、これはまた２０〜３０度の間である。
【００４５】
センサ装置１０は、より効率的な構成を有する。この構成は、より小さい磁界発生器１１、磁界検出器１２による磁界のより効率的な利用、可動物体１３の移動がより良好に検出可能である、妨害磁界に対する感度の低下、低コスト、より多くの線形性等、をもたらすおよび／またはから生じる。
【００４６】
代替的には、可動物体１３は、本発明の範囲から逸脱することなく、磁界発生器を備え得る。
【００４７】
図９は、本発明によるデバイスの一実施形態を示し、可動物体１３が、可撓性磁性材料の形状の磁界発生器１１を備える。可撓性磁性材料は、エラストマゴムなどの弾性材料の基質に懸濁した永久磁性粉または磁性粒子（ＮｄＦｅＢ、Ｂａフェライト、ＳｍＣｏなど）を含む。このようなエラストマゴムの例は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリウレタン類（ＰＵ）、室温加硫（ＲＴＶ）エラストマ、ブチル（ｂｕｔｈｙｌ）ゴム等である。材料は、永久磁石のような残留磁気モーメントを有し、さらに弾性的に変形され得る。可撓性永久磁性材料は、小さいヒステリシスで弾性的に行動するため好ましいとともに、その残留磁気モーメントは、ＡＭＲセンサを飽和するのに十分である。
【００４８】
可撓性永久磁性材料で作製された可撓性磁石ジョイスティック（すなわち可動物体１３）が、センサ基板の上面上に一端に固着されている（図９参照）。ジョイスティックの形状は例えば円筒状または角錐台（直角柱など）であり得る。
【００４９】
可撓性磁石ジョイスティクは、スティック１１、１３の長さに沿って磁化されている。ボタン状キャップ４０は、装飾および保護のために、ジョイスティックの上部上に載置され得る。外部力がない場合、スティックは、真っ直ぐ直立している。この場合の放射状磁界の中心は、センサ構造の中心と一致するため、出力には信号が生じない（図１０の左）。ジョイスティックが、ユーザの指によって押された場合、ジョイスティックは、ある方向に若干屈曲（例えば２、３度）する（図１０の右）。これは放射状磁界の中心を、反対方向に且つ図２および図３と同様に変位させることになり、この変位が、ＸおよびＹブリッジ出力の信号変化を生じさせることになる。
【００５０】
可撓性ジョイスティックの動作は、以下の有限素子シミュレーションの例に図示されている。２ｍｍ×２ｍｍの直角柱形状および８ｍｍの長さを有する可撓性ジョイスティックは、Ｘ方向に５度屈曲される。スティックの下部の５０μｍ下方でＸ方向と平行な線に沿って磁界検出器１２により検出されるような磁界の面内成分（Ｈｘ）が算出される。この場合、放射状磁界の中心は、スティックの下面の中心からＸ方向に３１μｍ変位される。この変位は、ブリッジＹの出力信号に約１．５ｍＶの変化を生じ、変化はＹ方向に沿ってある。
【００５１】
図１１には、実験結果が与えられており、ここでブリッジＹの出力信号の変化が、ジョイスティックの屈曲角度（Ｘ方向の）に対してプロットされている。感度は、３Ｖのブリッジ入力電圧に対して０．４２ｍＶ／度である。
【００５２】
ジョイスティックの寸法が、拡大する場合には、放射状磁界の中心の変位も、比例して屈曲角と同量拡大される。そのためジョイスティックのサイズを最大化することは、有利であり得る。ジョイスティックのサイズは、センサおよびパッケージ全体の寸法および構造により限定される。
【００５３】
シミュレーションは、同一直径および同一屈曲角度では、スティックが短いほど、より大きい変位が得られ得るということを示す。これは、同一屈曲角度では、より短いスティックの曲率が、より長いスティックのものより大きいからである。
【００５４】
可撓性ジョイスティックは、Ｘ−Ｙ平面に直角なｚ軸に沿った垂直方向の動作にも用いられ得る。ジョイスティックの材料の体積弾性率は、垂直に押された場合、スティックの体積が、不変のままであるほど大きい。これは、押された場合、スティックは、長さが減少するとともに横方向に拡張されるということを意味する。２Ｄシミュレーションモデル（図１２Ａ）において、直径が２．５ｍｍおよび長さが４．５ｍｍあるジョイスティックは、垂直ｚ方向（長さ）に５および１０％圧縮される。面内磁界成分（Ｈｘ）が、これらの場合に対して算出され（図１２Ｂ）、これが、５％および１０％押された場合、それぞれ磁界で約６％および１３％の変化が、センサの箇所で得られ得るということを明らかにする。この変化は、ホイートストン・ブリッジの共通モードを用いて、Ｘ−Ｙ面内のセンサの出力信号の検出可能な信号変化を生じる。
【００５５】
例えば１つまたは複数の相対的サイズおよび／または１つまたは複数の磁界検出器および／または１つまたは複数の構成は、飽和した磁界依存素子に限定されずに、１つまたは複数の分割出願の対象になり得る。
【００５６】
上記した実施形態は、本発明を限定するのではなく図示するものであるとともに、当業者が、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多数の代替実施形態を設計可能であろうということに留意すべきである。特許請求の範囲において、括弧間に配置されたいかなる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその活用型の使用は、特許請求の範囲に述べた以外の要素またはステップの存在を排除しない。要素の前の冠詞「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。本発明は、いくつかの個々の要素を備えるハードウェアにより、および適当にプログラムされたコンピュータにより実施され得る。いくつかの手段を列挙している装置クレームにおいて、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアの同一の品目により実現され得る。ある手段が相互に異なる従属クレームで列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に用いることができないということを示してはいない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、断面に示された本発明によるセンサ装置を備える本発明内のデバイスの図である。
【図２】図２は、本発明によるセンサ装置の性能を図示する図である。
【図３】図３は、各々磁界依存素子を備える、Ｘ方向およびＹ方向の放射状磁界成分を検出する２つのホイートストン・ブリッジを示す。
【図４】図４は、上にバーバーポール片が載置された異方性磁気抵抗片を備える磁界依存素子と、応答特性とを示す。
【図５】図５は、上にバーバーポール片が載置された異方性磁気抵抗片を備えるホイートストン・ブリッジを示す。
【図６】図６は、上にバーバーポール片が載置された異方性磁気抵抗片を備えるホイートストン・ブリッジの第１の構成と、放射状磁界成分の中心の位置の関数としての出力電圧とを示す。
【図７】図７は、Ｘ移動とＹ移動との間の改善独立性を示す、上にバーバーポール片が載置された異方性磁気抵抗片を備えるホイートストン・ブリッジの第２の構成と、放射状磁界成分の中心の位置の関数としての出力電圧とを示す。
【図８】図８は、全体抵抗を増加するための平行異方性磁気抵抗片を有するとともに、改善特性を有するセンサ装置を示す。
【図９】図９は、可動物体が、可撓性磁性材料を備える、本発明によるデバイスの一実施形態を示す。
【図１０】図１０は、可撓性材料を備える可動物体が、屈曲されている場合、放射状磁界の中心が、変位していることを図示する。
【図１１】図１１は、Ｘ方向の屈曲角度の関数として、ブリッジＹ（Ｙ方向に沿って位置する）内の出力信号の実験データを示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、垂直方向に押された可撓性ジョイスティックのシミュレーションを示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、スティックが、それぞれ垂直方向に約５％および１０％圧縮された場合、センサ位置において約６％および１３％の磁界の面内成分（Ｈｘ）の変化が、観測されるということを図示する。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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