(57)【要約】【課題】  残留磁気や温度等の外部要因からの影響によるスイッチングの誤作動やカーソル移動等の位置ずれを生じさせることなく、精度よくポイント指定することのできるポインティングデバイスを提供することである。【解決手段】  磁界発生部材を有するポイント指示部１２と、このポイント指示部１２を中心にして配置される複数の磁界検出部２１，２２とを備えたポインティングデバイス１１において、前記各磁界検出部２１，２２は、前記ポイント指示部１２から発生する磁界の検出方向が相反する一対の磁気抵抗素子によって構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界発生部材を有するポイント指示部と、このポイント指示部を中心にして配置される複数の磁界検出部とを備えたポインティングデバイスにおいて、
前記各磁界検出部は、前記ポイント指示部から発生する磁界の検出方向が相反する一対の磁気抵抗素子によって形成されていることを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
前記ポイント指示部を中心にして配置される複数の磁界検出部は、前記ポイント指示部を通る少なくとも１本の軸上に一対配置され、一方の磁界検出部と他方の磁界検出部とは、互いに磁界の検出方向が相反する磁気抵抗素子同士が対応するようにブリッジ回路を構成されてなる請求項１記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記ポイント指示部を中心にしたＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ前記磁界検出部を一対配置し、各軸ごとに互いに磁界の検出方向が相反する磁気抵抗素子同士が対応するようにブリッジ回路を構成されてなる請求項１又は２記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記ポイント指示部は、棒状又はリング状の双極性のマグネットを備える請求項１記載のポインティングデバイス。
【請求項５】
前記ポイント指示部は、強磁性体及びこの強磁性体に付加される電磁石を備える請求項１記載のポインティングデバイス。
【請求項６】
前記ポイント指示部は、前記各磁界検出部が配置されている方向に対して接近あるいは離れるように移動可能に配置される請求項１記載のポインティングデバイス。
【請求項７】
前記ブリッジ回路には、前記一対の磁気検出部によって検出された磁界強度を入力信号とし、この入力信号に基づいて前記ポイント指示部の位置情報を示す出力信号に変換する差動アンプを備える請求項２又は３記載の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、携帯電話機などの小型情報機器に搭載されるスイッチング入力機能やカーソル操作機能を備えたポインティングデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報機器類には、各種の機能を指定又は選択するためのキー入力部となるポインティングデバイスが備えられている。特に、小型化及び薄型化が進む携帯電話機などにあっては、テンキーやファンクションキーの配置数が制限されているため、各種の機能が選択可能な多方向スイッチが採用されている。この多方向スイッチは、二方向に傾斜可能なシーソー型のスイッチや、特許文献１に示されるように、十字方向に４個のスイッチング素子を配置した４方向スイッチなどがある。また、前記４方向スイッチの中心にセンタースイッチを設けた構造の多機能スイッチングデバイスなども多く使用されている。
【０００３】
前記４方向スイッチや多機能スイッチングデバイスを構成する素子としては、電気的な導通のオンオフを検出するためのスイッチ素子や、特許文献１に記載されているような電流の変化量を検出する抵抗素子などがある。このような抵抗素子などを用いることで、単純なスイッチング以外に、ポイント指示する方向や圧力によってリニアな動きを実現するカーソル機能を持たせることができる。また、電流量の変化の他に磁気や磁界の変化を検出することによって、スイッチングやカーソル操作を行わせるようにしたポインティングデバイスもある。このような磁気や磁界を検出するための素子には磁気抵抗素子があり、磁界の方向及び磁界の強度を検出することが可能となっている。ただし、このような磁気抵抗素子は、外部から発生する不要な磁界の影響を受けたり、温度等の外部環境からの影響を受けたりすることによって、その検出精度に誤差を生じる場合がある。また、スイッチ部やカーソル部を構成する部材にマグネットなどの強磁性体を使用しているため、残留磁気によるヒステリシス損失の影響を受ける場合もある。
【０００４】
図９は、前記磁気抵抗素子がスイッチングする際のポイント指示位置とそのときの出力電圧値との関係を示したものである。このグラフ中の実線で示す曲線は、ポイント指示位置の変化による理想的な出力電圧値の変化量を示したものであり、破線で示す曲線は、ヒステリシス損失が生じた場合のスイッチング特性を示したものである。このグラフに示されるように、実際の磁気抵抗素子では、スイッチングする度に前記実線で示された理想的なスイッチング曲線から＋方向又は−方向にずれが生じ、磁気抵抗素子で検出される電圧値が０Ｖにおいて最大でΔＶの誤差が生じることとなる。このようなヒステリシス損失を低減させるには、磁気抵抗素子に別途補償回路等を設けるなどして対応する場合が多い。
【特許文献１】特開２００３−２１６３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、ポイント位置の指定や移動等の検出を磁界の変化を利用する磁気抵抗素子を使用した場合には、ヒステリシス損失やその他の外部要因からの影響が避けられない。このようなヒステリシス損失等の影響を極力低減させ、検出精度の安定化を図るためには、複数の磁気抵抗素子をブリッジ構成にしたり、補償回路を付加したりするなどして構成する必要がある。
【０００６】
しかしながら、前記ブリッジ構成あるいは補償回路の付加等の対策を単一の磁界検出部で行ったとしても、磁界検出部を複数使用して構成される場合には、前記磁界検出部の相互間におけるヒステリシス損失やその他の外部要因による影響が新たに発生することもある。このため、各磁界検出部単体での調整の他に、ポインティングデバイス全体としての調整手段を別途設けなければならず、この調整に要するコストや工数が多くなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、残留磁気や温度等の外部要因からの影響によるスイッチングの誤作動やカーソル移動等の位置ずれを生じさせることなく、精度よくポイント指定することのできるポインティングデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のポインティングデバイスは、磁界発生部材を有するポイント指示部と、このポイント指示部を中心にして配置される複数の磁界検出部とを備えたポインティングデバイスにおいて、前記各磁界検出部は、前記ポイント指示部から発生する磁界の検出方向が相反する一対の磁気抵抗素子によって形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記ポイント指示部を中心にして配置される複数の磁界検出部は、前記ポイント指示部を通る少なくとも１本の軸上に一対配置され、一方の磁界検出部と他方の磁界検出部とは、互いに磁界の検出方向が相反する磁気抵抗素子同士が対応するようにブリッジ回路を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るポインティングデバイスによれば、ポイント指示部を中心にして一軸上に対向配置される磁界検出部が、磁界の検出方向が相反する一対の磁気抵抗素子によって形成され、このそれぞれの磁気抵抗素子がブリッジ回路を構成することで、各磁界検出部間で生じる残留磁気成分が相殺され、ヒステリシス損失が生じないように自動調整される。このため、磁気抵抗素子のような磁性材料に特有な損失による影響や温度等の変化による外部環境の変化による影響が低減され、ポイント検出位置のずれが生じない高精度なポインティングデバイスを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るポインティングデバイスの実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は第１実施形態のポインティングデバイスの概念図、図２は前記ポインティングデバイスを構成する磁界検出部の平面図、図３は前記ポインティングデバイスの等価回路図である。
【００１２】
本発明の第１実施形態のポインティングデバイス１１は、図１に示すように、スイッチング部やカーソル移動部等に相当するポイント指示部１２と、このポイント指示部１２の移動を検出する一対の磁界検出部２１，２２と、この磁界検出部２１，２２によって検出された磁界の変化を位置情報となる電気信号に変換する制御部１３とを備えて構成されている。前記ポイント指示部１２は、磁気発生部材である双極性のマグネット又は強磁性体によって構成され、その中心部を基点として前記左右方向の磁界検出部２１，２２に対して接近あるいは離れるように移動可能に配置される。このポイント指示部１２では、図１の仮想線で示したように、磁界がＮ極からＳ極に向かって発生している。
【００１３】
前記磁界検出部２１，２２は、図２に示すように、双方向の磁界を検出するように形成された一対の磁気抵抗素子（ＭＲ）２１ａ，２１ｂ及び磁気抵抗素子（ＭＲ）２２ａ，２２ｂを備え、それぞれ前記ポイント指示部１２を挟んだ一軸上の対向した位置に配置される。ここで、前記ＭＲ２１ａ，ＭＲ２１ｂは、前記ポイント指示部１２が全体的に右方向（＋）よりに移動した際に増加する磁界が検出され、前記ＭＲ２２ａ，ＭＲ２２ｂは、減少する磁界が検出される。また、左方向（−）よりに移動した際に前記ＭＲ２１ａ，ＭＲ２１ｂは、減少する磁界が検出され、前記ＭＲ２２ａ，ＭＲ２２ｂは、増加する磁界が検出される。
【００１４】
前記ＭＲ２１ａ，２１ｂ及びＭＲ２２ａ，２２ｂは、ＮｉＦｅなどの強磁性体金属を主成分とする薄膜で形成され、図２に示したように、格子状に屈曲したエレメント２５と、このエレメント２５に発生する磁界の変化量に応じた電気信号を取り出すための一対の電極２６とで一体形成されている。このため、前記磁界検出部２１，２２には、それぞれ４本の入出力信号線が接続され、前記制御部１３を介してポイント指示部１２の移動量に対応したポイント位置信号が出力される。
【００１５】
前述したように、本発明のポインティングデバイス１１では、磁界検出部２１，２２がポイント指示部１２を挟んで対極した位置に設けられ、双方のＭＲ２１ａ，２１ｂ及びＭＲ２２ａ，２２ｂでブリッジ回路１５を構成している。このため、個々の磁界検出部２１，２２におけるヒステリシス損失の影響は考慮しなくともよいので、補償回路等の付加機能が省略でき、構成が簡略化されるといった利点を有している。
【００１６】
前記制御部１３は、図３に示すような差動アンプ１４を備える。この差動アンプ１４は、前記磁界検出部２１，２２を構成しているＭＲ２１ａ，ＭＲ２１ｂ，ＭＲ２２ａ，ＭＲ２２ｂからなるブリッジ回路１５の差動出力信号を入力する一対の差動入力部と、一本の出力部を備える。この出力部から得られる電気信号は、携帯電話等の液晶表示部に表示されるカーソルを制御する位置情報となる。
【００１７】
前記ブリッジ回路１５は、図３に示したように、ＭＲ２１ａとＭＲ２１ｂ、ＭＲ２２ａとＭＲ２２ｂとがそれぞれ対向するように接続される。そして、このブリッジ回路１５の接点ａ―ｃ間には電源電圧が供給され、接点ｂ，ｄからはそれぞれ差動アンプ１４の差動入力部に接続される。
【００１８】
前記ポインティングデバイス１１は、図１に示したように、ポイント指示部１２が前記磁界検出部２１，２２から等距離のＸ軸上の中心位置にある場合は、前記ブリッジ回路１５を構成するＭＲ２１ａ，ＭＲ２２ｂ、ＭＲ２２ａ，ＭＲ２１ｂで検出される磁界の方向及び強さが均一となる。このため、差動アンプ１４の入力端子（−ＩＮ，＋ＩＮ）には入力される電位差はゼロとなり、前記位置情報となる出力信号は変化しない。
【００１９】
前記ポイント指示部１２がＸ軸上を磁界検出部２１が配置されている方向に向かって移動すると、例えば、磁気が増加するにしたがって電気抵抗が減少するＭＲの場合、図３の回路に示されるように、ＭＲ２１ａとＭＲ２２ａの分圧回路部の出力値は増加方向に変化し、ＭＲ２２ｂとＭＲ２１ｂの分圧回路部の出力値は減少方向に変化する。このため、前記ブリッジ回路１５の平衡状態が崩れ、差動アンプ１４の入力端子（−ＩＮ，＋ＩＮ）に正方向の電位差が生じ、前記ポイント指示部１２の移動位置に応じた信号がＶｏｕｔ端子より出力される。
【００２０】
また、前記ポイント指示部１２が前記磁界検出部２１からＸ軸上の中心位置に向かって移動すると、例えば、磁気が増加するにしたがって電気抵抗が減少するＭＲの場合、図３の回路に示されるように、ＭＲ２１ａとＭＲ２２ａの分圧回路部の出力値は減少方向に変化し、ＭＲ２２ｂとＭＲ２１ｂの分圧回路部の出力値は増加方向に変化する。このため、前記ブリッジ回路１５の各出力電圧が差動アンプ１４の入力端子（−ＩＮ，＋ＩＮ）に生じ、前記ポイント指示部１２の移動位置に応じた信号がＶｏｕｔ端子より出力される。
【００２１】
前記ポイント指示部１２がＸ軸上を磁界検出部２２が配置されている方向に向かって移動する場合や磁界検出部２２から離れる方向に向かって移動する場合も、ＭＲ２２ａ，ＭＲ２２ｂ及びＭＲ２１ａ，ＭＲ２１ｂによって、磁界の強度が検出され、前記ポイント指示部１２の移動位置に応じた信号がＶｏｕｔ端子より出力される。
【００２２】
前述したように、本発明のポインティングデバイス１１では、前記ポイント指示部１２を中心とした両端に設けられる磁界検出部が単に配置されているのではなく、それぞれの磁界検出部２１，２２において、磁界の検出方向が相反するＭＲ２１ａ，２１ｂ及びＭＲ２２ａ，２２ｂで構成されていると共に、前記ＭＲ全体がブリッジ回路１５を構成している。このため、個々の磁界検出部２１，２２で生じるヒステリシス損失等の残留磁気や温度等の外部環境の影響を互いに消し合う方向で自動調整することができ、図４に示されるように、前記ポインティングデバイス１１のスイッチングにおけるポイント指示位置と出力電圧値との関係は、図９に示した理想的な曲線に近いものとなる。また、複数の磁界検出部全体で一つのブリッジ回路という平衡状態を形成しているため、それぞれの磁界検出部の製造上のバラツキを互いに吸収し合うことで、前記ポイント指示部１２が発する磁界の向く方向の特定や磁界の強さを正確に検出すると共に、その検出精度を長期間維持することが可能となる。
【００２３】
図５及び図６は、第２実施形態のポインティングデバイス３１を示したものである。このポインティングデバイス３１は、リング状のポイント指示部３２を中心にしたＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ一対の磁界検出部２１，２２及び磁界検出部２３，２４を配置して形成され、二次元方向における多方向スイッチングやカーソル移動を可能とするように構成されている。
【００２４】
前記ポイント指示部３２は、外周部がＮ極で内周部がＳ極で形成されたリング状のマグネット又は強磁性体によって構成されており、図６に示したように、Ｎ極からＳ極に向かう磁界がポイント指示部３２の外周に沿って渦巻き状に発生するようになっている。このポイント指示部３２は、リングの中心を基点として図面上の左右方向及び上下方向にスライド可能となるように配置される。
【００２５】
前記Ｘ軸方向の磁界検出部２１，２２は、前記第１実施形態のポインティングデバイス１１において説明したものと同じ構成であり、図３に示したようなブリッジ回路１５を形成している。また、Ｙ軸方向の磁界検出部２３，２４は、前記磁界検出部２１，２２と同じ構成であると共に、同様のブリッジ回路を形成し、前記ポイント指示部３２を挟んだＹ軸上に対向するように配置される。したがって、本実施形態のポインティングデバイス３１では、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでそれぞれ独自にブリッジ回路及び作動アンプによって、前記ポイント指示部３２の磁界の方向及び磁界の強さの調整が行われることになる。
【００２６】
上記構成からなるポインティングデバイス３１は、Ｘ軸及びＹ軸方向にそれぞれ一対の磁界検出部２１〜２４を配置しているため、４方向へのスイッチング機能と共に、３６０度の方向に移動可能なカーソル機能を有している。また、前記カーソル機能においては、前記４方向に配置されている磁界検出部２１〜２４に対するポイント指示部３２の接近あるいは離れる位置をリニアに検出することができるので、カーソルの移動を正確且つ迅速に行える。また、Ｘ軸方向の磁界検出部２１，２２に備える磁気抵抗素子及びＹ軸方向の磁界検出部２３，２４に備える磁気抵抗素子のそれぞれがブリッジ回路を形成しているので、前記ポイント指示部３２の移動量とその検出位置とのずれが発生せず、精度よくスイッチングやカーソル移動が行える。
【００２７】
図７及び図８は、上記ポインティングデバイス３１を組み込んだキー入力装置４１の一例を示したものである。このキー入力装置４１は、外部接続用の電極部や配線パターンが形成された回路基板４２と、この回路基板４２の中央に配置されるリング状の磁界発生部材４６を備えたポイント指示部４３と、前記磁界発生部材４６の周囲に一定の距離を隔てて配置されるＸ軸方向の磁界検出部２１，２２及びＹ軸方向の磁界検出部２３，２４と、前記ポイント指示部４３の外周をカバーするケーシング４５とによって形成されている。前記磁界発生部材４６は、リング状の強磁性体４８と、この強磁性体４８に対して磁界を発生させる電磁石４９とを備える。なお、前記磁界発生部材４６は、前記図５に示したポイント指示部３２のようなリング状のマグネットであってもよい。
【００２８】
前記ポイント指示部４３は、前記磁界発生部材４６と、この磁界発生部材４６の中央部に取り付けられるキートップ部４７とによって構成され、前記回路基板４２の中心部に配置されているバネ部材４４に載置されている下端部を基点として移動可能に設置されている。前記キートップ部４７は、ケーシング４５に開設されている孔部の範囲内を前記磁界発生部材４６と共に任意の方向にスライド可能となっている。そして、このキートップ部４７のスライドする方向に配置されている磁界検出部２１〜２４に接近あるいは離れる際にその移動量が検出される。
【００２９】
以上説明したように、本発明のポインティングデバイス１１は、ポイント指示部１２を中心とした一軸上に対向して配置される一対の磁界検出部２１，２２で構成され、それぞれの磁界検出部２１，２２に備える磁界の検出方向が相反する一対の磁気抵抗素子同士のブリッジ回路１５を基本構成としている。このため、第２実施形態のポインティングデバイス３１のように、４方向の位置を検出する場合は、前記基本構成のポインティングデバイス１１を一対追加するだけでよく、さらに、ポイント位置の検出精度を高める場合は、必要に応じて前記基本構成のポインティングデバイスを一対単位で追加することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る第１実施形態のポインティングデバイスの概念図である。
【図２】前記ポインティングデバイスを構成する磁界検出部の構成を示す平面図である。
【図３】前記ポインティングデバイスの等価回路図である。
【図４】前記ポインティングデバイスのスイッチング特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る第２実施形態のポインティングデバイスの回路図である。
【図６】前記ポインティングデバイスの概念図である。
【図７】上記第２実施形態のポインティングデバイスを組み込んで形成されたキー入力装置の一例を示す平面図である。
【図８】前記キー入力装置の断面図である。
【図９】ヒステリシス損失に伴うポイント位置検出誤差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１１  ポインティングデバイス
１２  ポイント指示部
１３  制御部
１４  差動アンプ
１５  ブリッジ回路
２０  基板
２１  磁界検出部
２１ａ，２１ｂ  磁気抵抗素子
２２  磁界検出部
２２ａ，２２ｂ  磁気抵抗素子
２３  磁界検出部
２４  磁界検出部
４１  キー入力装置
４２  回路基板
４３  ポイント指示部
４４  バネ部材
４５  ケーシング
４６  磁界発生部材
４７  キートップ部
４８  強磁性体
４９  電磁石
【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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