(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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た磁気センサと、該磁気センサの中央付近に配置され、前記直交系の２次元平面に対して鉛直方向にＮＳの着磁がされているマグネットと、該マグネットの中心部に配置された球状又は楕円面状の形状を有し、前記マグネットの磁力に起因する吸引力により隣接状態を維持しつつ移動自在な磁性体とを備え、該磁性体の移動によって生じる周囲の磁束密度変化を前記磁気センサによって検出するとともに、前記磁性体が、前記マグネットの前記吸引力により前記中心部に自動復帰することを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
前記マグネットの下部にスイッチを配設してスイッチ機能を付加した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。
【請求項３】
前記スイッチがタクティ−ルスイッチであることを特徴とする請求項２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記マグネットに隣接状態を維持しつつ移動自在に設けられた前記磁性体の周りにカバー体を設け、該カバー体に凸型状の部分を形成するとともに、対向する前記磁気センサのホルダー側に前記凸型状の部分を受け入れるための凹型状の溝を形成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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、マグネット上に配設される磁性体の移動による磁界の変化を磁気センサで検出することにより、座標検知を行う磁気検出方式のポインティングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の磁気検出式ポインティングデバイスを示す回路ブロック図である。検出部１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置された４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１からなり、ホール素子１１の上方に配置されたマグネットの移動による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アンプ２が差動的に増幅し、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。
【０００３】
前述したマグネットを移動可能にする支持機構の具体例としては、図２に示すように、コイルスプリング３４の一端にマグネット３２を支持し、コイルスプリング３４を設置する基板に配設された磁気センサ３１により、マグネット３２の移動を磁気センサ３１で検出するように構成されているものがある。
【０００４】
その他のマグネットの支持機構としては、図３に示すように、マグネット４２を収納したマグネットケース４５の一端にコイルスプリングホルダー４６を介してコイルスプリング４４を取付け、そのコイルスプリング４４をマグネット操作部４７により支持するように構成されているものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの支持機構にも共通することとして、単にマグネットを配設するだけでなく、コイルスプリングやマグネットケースなど様々な部品を必要とすることである。特に、コイルスプリングを用いているために、マグネットの原点決めなど、組立性に問題が生じていた。また、マグネット単体の大きさより、支持機構がかなり大きくなってしまい、ポインティングデバイスの小型化を進める上で問題になっていた。
【０００６】
上述した従来の技術において、上方にマグネットを配置するためには複雑なマグネット支持機構が必要となり、組立性が悪く小型化が難しい等の問題が生じている。
【０００７】
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、組立性が向上し、かつ小型化の可能なポインティングデバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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た磁気センサと、該磁気センサの中央付近に配置され、前記直交系の２次元平面に対して鉛直方向にＮＳの着磁がされているマグネットと、該マグネットの中心部に配置された球状又は楕円面状の形状を有し、前記マグネットの磁力に起因する吸引力により隣接状態を維持しつつ移動自在な磁性体とを備え、該磁性体の移動によって生じる周囲の磁束密度変化を前記磁気センサによって検出するとともに、前記磁性体が、前記マグネットの前記吸引力により前記中心部に自動復帰することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、本発明でいう隣接状態とは、マグネットと磁性体が接触している状態と接触していないが近傍にある状態の２状態を意味する。前者は、特にマグネットの磁気が強い場合であり、マグネットと磁性体は常に接触している。また、マグネットの磁気が弱い場合は重力などの影響を受け、マグネットと磁性体がいつも接触しているとは限らない。つまり、後者は、磁性体の紛失防止の目的で、磁性体カバーを磁性体の近傍に設け、マグネットと磁性体を隣接状態に保つようになされている。
【００１２】
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、前記マグネットの下部にスイッチを配設してスイッチ機能を付加したことを特徴とするものである。
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、前記スイッチがタクティ−ルスイッチであることを特徴とするものである。
【００１３】
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、前記マグネットに隣接状態を維持しつつ移動自在に設けられた前記磁性体の周りにカバー体を設け、該カバー体に凸型状の部分を形成するとともに、対向する前記磁気センサのホルダー側に前記凸型状の部分を受け入れるための凹型状の溝を形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
なお、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、磁気抵抗効果ＩＣなど様々な磁気センサの適用が可能であり、好ましくは、アナログ出力型の磁気センサが望ましい。
【００１５】
また、スイッチとしては、特に種類の限定はないが、押しボタンスイッチ、タクティールスイッチ、タクトスイッチ、ストロークスイッチなど様々なスイッチが適用可能である。
【００１６】
また、マグネットについても、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マグネットが適用可能である。好ましくは、磁性体の原点への復帰が早い方がポインティングデバイスの操作性は良いので、サマリウム−コバルト系やネオジ系などの強磁場を発生するマグネットが望ましい。
【００１７】
また、磁性体についても、マグネット同様に、特に種類の限定はないが、透磁率が高く、安価に入手でき、加工性の良い磁性体が望ましい。鉄や鉄系の合金（例えば、炭素綱やシリコン−鉄系、ニッケル−鉄系、コバルト−鉄系、クロム−鉄系など）など様々な磁性体が適用可能である。
【００１８】
上述した構成を採ることにより、組立性が向上し、また小型化も可能であるので、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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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１は、本発明の実施形態を示す回路ブロック図である。本発明は、特にマグネット支持機構に関するものであり、実施形態は従来例と同様である。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１１の中央付近にマグネットが配置されており、マグネットの磁力により隣接する移動自在な磁性体（例えば、球状磁性体）とを備えている。この球状磁性体の移動による磁界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軸方向の磁界が原点Ｏについて対称、すなわち球状磁性体が原点Ｏ上の位置にあるとき、出力が０になるようにしてあり、球状磁性体が原点Ｏを離れて移動すると、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。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）は、マグネットと磁性体（この実施形態では球状磁性体）の機構の一例を示す図で、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は上面図である。図中符号１１は磁気センサ、１２はマグネット、１３は球状磁性体である。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個ずつ対称に配置されている。マグネット１２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。ＮＳの方向については特に制限されない。球状磁性体１３は、マグネット１２の磁力に起因する吸引力のみでマグネット１２の最も磁束密度の高い部分である中心部付近に隣接している。その吸引力により、球状磁性体１３に外力を加えない状態では常に、球状磁性体１３は座標原点上に位置している。外力を加えると球状磁性体１３は容易に移動するが、その外力を除くと直ちに座標原点上に復帰する。
【００２１】
これは、従来のマグネット機構ではコイルスプリングを用いて行っていた動作である。しかし、コイルスプリングを用いた場合、長時間使用すると復帰点（原点）の経時変化がおき、原点ズレの問題になる。本発明の方式では、マグネットの最も磁束密度の高い部位に復帰することを考えると、経時的な原点ズレの問題は起こり得ない点でも有効である。
【００２２】
また、磁性体形状としては、この実施例では球状磁性体を用いているが、図６（ａ）に示すような、楕円面状磁性体１４や、図６（ｂ）に示すような、円柱の上下に楕円半面を設けた磁性体１５なども可能である。その他にも様々な形状でポインティングデバイスの機能を満足することができる。
【００２３】
図５は、本発明のポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、図４に示した実施形態のマグネット機構の下にスイッチ１８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。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。マグネット１２の上部の球状磁性体１３をマグネット１２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１８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。
【００２４】
このスイッチ１８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。
【００２５】
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。
【００２６】
【実施例１】
本発明の試作例を以下に説明する。
磁気センサとしては、旭化成電子（株）製のホール素子、ＨＷ−１０９Ａ（商品名）を４つ用いた。対角に配設されたホール素子１１の中心間の距離は、約９．５ｍｍである。また、中央のマグネット１２の構成は以下の通りである。マグネット１２は、直径４．００ｍｍ、厚み１．７０ｍｍのサマリウム−コバルト系のものを用いた。マグネット１２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。マグネット１２の上部に隣接する磁性体（この試作例では球状磁性体）は、直径４．７５ｍｍの球であり、材質は鉄である。
【００２７】
つまり、全体の大きさとしては、約１０ｍｍ角で、厚さ約６．５ｍｍの大きさのポインティングデバイスが実現できたことになる。マグネットサイズ、磁気センサ１１の配置距離など変更すれば、約５ｍｍ角で厚さが数ｍｍ程度のポインティングデバイスでも製作可能と思われる。実際に球状磁性体１３を移動させたときの、それぞれのホール素子１１の出力電圧を測定した。原点位置での各ホール素子１１の出力はそれぞれ約７０ｍＶであり、球状磁性体１３をホール素子１１の方向に移動させると最大で２２０ｍＶ程度まで出力電圧が変化する。
【００２８】
つまり、出力電圧の変化量は約１５０ｍＶである。差動アンプなどを用いて磁気センサ１１の出力を信号処理するので、外付けでＩＣなどを用いることを前提に考えれば、ポインティングデバイスとして必要な磁気センサ１１の出力電圧を、このマグネット１２の支持機構で充分に満足していることがわかる。
【００２９】
【実施例２】
図７は、他の実施形態の具体例であって、マグネット１２の下部にスイッチを配設したポインティングデバイスの試作例を示す図である。この実施例ではマグネット１２の下部にタクティールスイッチ１９を配設してある。また、磁性体（この試作例では球状磁性体）１３の周りにカバー２０を設け磁性体の紛失を防いでいる。このカバー２０に凸型状の部分２０ａを設けておき、対向する基板側には凹型状の溝２１ａを設けてある。以上の構成を用いることにより、磁性体１３が原点上にあるときだけタクティールスイッチ１９を押すことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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た磁気センサと、該磁気センサの中央付近に配置され、前記直交系の２次元平面に対して鉛直方向にＮＳの着磁がされているマグネットと、該マグネットの中心部に配置された球状又は楕円面状の形状を有し、前記マグネットの磁力に起因する吸引力により隣接状態を維持しつつ移動自在な磁性体とを備え、該磁性体の移動によって生じる周囲の磁束密度変化を前記磁気センサによって検出するとともに、前記磁性体が、前記マグネットの前記吸引力により前記中心部に自動復帰するようにしたので、磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング、マグネットケースなどの多くの部品点数を減らすことができる上、例えば、マグネットと球状磁性体だけのような簡単な組み合わせでマグネット支持機構を構築できるので、組立性及び寿命が向上し、かつ小型化の可能になった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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】従来のポインティングデバイスで使用されているマグネット支持機構の一例を示す図である。
【図３】従来のポインティングデバイスで使用されているマグネット支持機構の他の一例を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明におけるポインティングデバイスのマグネット支持機構の一例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。
【図５】本発明におけるポインティングデバイスのマグネット支持機構の他の一例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明におけるポインティングデバイスで用いられる磁性体形状の一例を示す図で、（ａ）は楕円面状磁性体の側面図、（ｂ）は円柱＋楕円半面状磁性体の側面図である。
【図７】本発明におけるポインティングデバイスの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  検出部
２  差動アンプ
３  検出制御部
４  出力制御部
１１  磁気センサ
１２  マグネット
１３  球状磁性体
１４  楕円面状磁性体
１５  円柱の上下に楕円半面を設けた磁性体
１８  スイッチ
１９  タクティールスイッチ
２０  磁性体カバー
２１  磁気センサホルダー
２２  ポインティングデバイスホルダー
３１  磁気センサ
３２，４２  マグネット
３４，４４  コイルスプリング
４５  マグネットケース
４６  コイルスプリングホルダー
４７  マグネット操作部
【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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