JP2002007059A - 座標入力装置 - Google Patents

座標入力装置

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JP2002007059A
JP2002007059A JP2000193364A JP2000193364A JP2002007059A JP 2002007059 A JP2002007059 A JP 2002007059A JP 2000193364 A JP2000193364 A JP 2000193364A JP 2000193364 A JP2000193364 A JP 2000193364A JP 2002007059 A JP2002007059 A JP 2002007059A
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Michiko Endou
みち子 遠藤
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Nagano Fujitsu Component Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構造を有することにより装置の小型化
を図ることができる座標入力装置を提供する。 【解決手段】 座標入力装置１０ａは、収容部２０と、
マグネット１２ａを備えた操作部２２と、磁電変換素子
１６ａ〜１６ｄと、マグネット１４ａとで構成される。
マグネット１２ａおよびマグネット１４ａは、同極であ
るＳ極を対向させて、突起部２７を介して離間して配置
される。座標入力操作時、操作部２２の箇所Ｐ１を、マ
グネット１２ａ、１４ａ間に生じる反発力に打ち勝つ力
で押下すると、スライダ部２８がホルダ２１と摺動して
傾動する。座標入力操作終了時、押下力を解除すると、
マグネット１２ａ、１４ａ間に生じる反発力によって操
作部２２はＥ２方向に傾動し、入力操作前の初期位置に
復帰する。磁電変換素子１６ａ〜１６ｄの出力変動を、
ＸＹ座標の差動出力として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力装置に関
し、一層詳細には、格別な操作用スペースを要すること
なく入力操作を行うことができる座標入力装置であっ
て、簡易な構造を有する座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータ等におけるデータ入
力手段として、キーボードのほかに操作性に優れるポイ
ンティングデバイスが用いられることが多い。
【０００３】例えば、デスクトップタイプのコンピュー
タでは、マウスやデジタイザ等のポインティングデバイ
スを好適に用いることができる。
【０００４】しかしながら、近年増大しているノートブ
ックタイプ等の携帯型コンピュータについては、屋外や
車中等テーブルのないところで使用される機会が多く、
この場合、マウスやデジタイザ等のポインティングデバ
イスを操作するスペースを確保することが困難である。
【０００５】このため、操作部を傾斜させて傾斜角度差
を検出するタイプのポインティングデバイスが提案され
ている。
【０００６】上記の一例としてのポインティングデバイ
スについて図１〜図４を参照して説明する。
【０００７】この従来例では、ポインティングデバイス
１は、およそ操作部２と、加圧部３と、座標検出部４と
から構成されている。
【０００８】操作部２は、キートップ２ａと、キートッ
プ２ａに一端部を固定された円柱部２ｂ−１が垂下して
他端部が半球部２ｂ−２とされたスティック２ｂと、半
球部２ｂ−２に接合されて全体として球を形成する半球
状のホルダ２ｃとから構成される。半球部２ｂ−２の下
端部には円周状の突起部２ｂ−３が水平方向に延出され
ている。操作部２は、上面中央部が開口されたアッパー
カバー５ａと平面状のハウジング５ｂとから構成される
容器内に半球部２ｂ−２が収容され、半球部２ｂ−２の
下部がハウジング５ｂの中央に上方に向けて突設された
突起部５ｂ−１に形成された凹部５ｂ−２に支持される
とともに、半球部２ｂ−２の上部は、下方に向けて突設
されたアッパーカバー５ａの開口端５ａ−１によって係
合されている。
【０００９】加圧部３は、アッパーカバー５ａの側壁５
ａ−２に沿って上下に摺動可能な円筒状のスライダ３ａ
と、スライダ３ａ内に形成された凹部３ａ−１の底面と
アッパーカバー５ａとの間に両端部を係止されてスライ
ダ３ａを常時下方に付勢するコイルスプリング３ｂとか
ら構成されている。スライダ３ａには半球部２ｂ−２に
向けて円周状の突起部３ａ−２が延設され、この突起部
３ａ−２が突起部２ｂ−３の上面に係合する。
【００１０】座標検出部４は、ホルダ２ｃの内部に設け
られたマグネット４ａと、ハウジング５ｂの下面に接合
されたプリント基板６に搭載されて、ホルダ２ｃの下面
に埋設された磁電変換素子４ｂとから構成される。な
お、磁電変換素子４ｂは、図３に示すように、マグネッ
ト４ａの中心軸線から等間隔に４個配設されている。
【００１１】上記のように構成されるポインティングデ
バイス１は、キートップ２ａを押圧して手動操作するこ
とにより、コイルスプリング３ｂの力に抗してスライダ
３ａを上方に摺動させて、図２に示すように、スティッ
ク２ｂが任意の方向に傾動される。このとき、ホルダ２
ｃに内蔵されたマグネット４ａもプリント基板６に取付
けられた磁電変換素子４ｂに対して傾斜姿勢をとること
になる。
【００１２】そして、キートップ２ａから手指を離す
と、収縮したコイルスプリング３ｂの復元力によってキ
ートップ２ａは操作前の初期位置に戻り、マグネット４
ａと磁電変換素子４ｂとの位置関係も操作前の初期状態
に戻る。
【００１３】上記ポインティングデバイス１の座標検出
原理を説明する。
【００１４】スティック２ｂがプリント基板６に対して
直立している状態（図１）の場合は、図４に実線で示す
ように、マグネット４ａは４個の磁電変換素子４ｂ（図
３中４ｂ−１〜４ｂ−４）に対して等間隔で離間してい
る。したがって、磁電変換素子４ｂ−１〜４ｂ−４に印
加される磁界はほぼ等しく、例えば、磁電変換素子４ｂ
−１〜４ｂ−４の磁界を検出する方向である感磁界方向
をプリント基板６に対して垂直方向とすると、磁電変換
素子４ｂ−１〜４ｂ−４を貫く磁束密度の感磁界方向成
分Ｂ１〜Ｂ４がほぼ等しくなり、磁電変換素子４ｂ−１
〜４ｂ−４の出力電圧もほぼ等しくなる。
【００１５】一方、スティック２ｂがプリント基板６に
対して傾斜している状態（図２）の場合は、図４に破線
で示すように、マグネット４ａが４個の磁電変換素子４
ｂに対して離間する間隔が変化する。図４の場合、マグ
ネット４ａが磁電変換素子４ｂ−１に近接し、一方、磁
電変換素子４ｂ−３からさらに離間すると、感磁界方向
成分Ｂ１が感磁界方向成分Ｂ３よりも大きくなり、磁電
変換素子４ｂ−１、４ｂ−３の出力電圧もこれに応じて
変化するため、その出力差を演算することにより、傾斜
角度θを求めることができ、さらには、ディスプレイ
（座標空間）上のカーソル移動のためのＸ軸の座標値に
変換できる。同様に、磁電変換素子４ｂ−２、４ｂ−４
の出力差を演算することにより、Ｙ軸の座標値に変換で
きる。すなわち、スティック２ｂが任意の方向に傾斜す
ると、その傾斜方向および傾斜角度に基づいてＸＹ座標
値が得られる。このＸＹ座標値をコンピュータに入力
し、カーソル移動方向、移動距離、移動速度等を決定し
てディスプレイ上に表示する。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のポインティングデバイスは、変位させたキート
ップ２ａを操作終了後に初期位置に戻す機構として、収
縮したコイルスプリング３ｂの復元力を利用しているた
め、コイルスプリング３ｂをキートップ２ａに係合して
配置する分、ポインティングデバイスの装置寸法が大き
くなり、ポインティングデバイス、特に、キートップ２
ａを含む操作部の小型化に限界がある。
【００１６】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、格別な操作用スペースを要することなく入力操作
を行うことができる座標入力装置であって、簡易な構造
を有することにより装置の小型化を図ることができる座
標入力装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る座標入力装
置は、座標空間上の所定の座標点を指示するための座標
入力装置であって、筐体と、第1の磁石と、第２の磁石
と、複数の磁電変換素子とを備え、該第１の磁石は、該
第２の磁石と同一極性の磁極の側を該第２の磁石に向
け、該第２の磁石と離間して該筐体に固定され、該第２
の磁石は、該第1の磁石との間に生じる反発力と該第２
の磁石に付与する押圧力との均衡条件に応じて傾動可能
に該筐体に保持され、該複数の磁電変換素子は、該第２
の磁石と対向離間して該筐体に固定され、該第２の磁石
との距離の変化に応じた異なる電圧値を示す信号を出力
するように構成され、該電圧値を示す信号は、該座標空
間上にＸＹ座標点を指示することを特徴とする（請求項
１に係る発明）。
【００１８】ここで、第１の磁石と第２の磁石との離間
距離および複数の磁電変換素子と第２の磁石との離間距
離は、それぞれ、本発明の作用効果を発現しうる範囲内
として実験等によって求めた所望の値に適宜設定するこ
とができる。このことは、以下の発明においても同様で
ある。１対の磁電変換素子は、各磁電変換素子と第２の
磁石との距離の変化に応じた異なる電圧値を示すが、こ
の両者の電圧値の差をＸまたはＹ座標の差動出力を示す
信号として検出する。
【００１９】これにより、従来例におけるコイルスプリ
ングのような付勢機構が不要であるため、簡易な構造を
有する小型化されたＸＹ２軸座標表示装置を得ることが
できる。
【００２０】この場合、前記第２の磁石は、前記第1の
磁石との間に生じる反発力と該第２の磁石に付与する押
圧力との均衡条件に応じて、さらに、昇降可能に前記筐
体に保持され、前記複数の磁電変換素子は、さらに、該
第１の磁石との距離の変化応じた電圧差分値を示す信号
を出力するように構成され、該電圧差分値を示す信号
は、前記座標空間上にＺ座標点を指示すると（請求項２
に係る発明）、磁電変換素子を格別に設けることなく、
簡易な演算処理により迅速かつ正確に、さらに、Ｚ座標
入力を行うことができる。
【００２１】また、この場合、前記筐体は、手指により
操作される操作部を有し、前記第２の磁石は、該操作部
に保持されて、該操作部を直立させた状態において少な
くとも一方の磁極中心から発生する磁界方向がほぼ垂直
に維持され、前記複数の磁電変換素子は該第２の磁石の
下方にほぼ水平に該筐体に配置された基板上に、該磁界
方向と該基板との交点を中心とした円周上のほぼ対称位
置に4個設けられ、前記異なる電圧値は、該操作部を傾
動することにより生じる4個の該磁電変換素子の出力電
圧値であり、前記電圧差分値は、該操作部を押下するこ
とにより生じる該4個の磁電変換素子の出力電圧差分値
であると（請求項３に係る発明）、好適である。
【００２２】また、この場合、前記第２の磁石は、該第
1の磁石との間に生じる反発力と該第２の磁石に付与す
る押圧力との均衡条件に応じて、さらに、昇降可能に該
筐体に保持され、前記複数の磁電変換素子のうちの１ま
たは２以上の磁電変換素子の示す電圧値は、前記座標空
間上にＺ座標点を指示するためのものであるように構成
すると（請求項４に係る発明）、検出した出力電圧変化
を迅速に演算処理してＺ座標入力を行うことができる。
【００２３】また、この場合、前記筐体は、手指により
操作される操作部を有し、前記第1の磁石は、該操作部
に保持されて、該操作部を直立させた状態において少な
くとも一方の磁極中心から発生する磁界方向がほぼ垂直
に維持され、前記複数の磁電変換素子は該磁石の下方に
ほぼ水平に配置された基板上に該磁界方向と基板との交
点を中心とした円周上のほぼ対称位置に4個設けられる
とともに、該磁界方向と該基板との該交点若しくは該交
点の近傍にさらに1個設けられ、該４個の磁電変換素子
の異なる電圧値は、前記座標空間上にＸＹ座標点を指示
するためのものであり、該さらに1個設けられた磁電変
換素子の電圧差分値は、前記座標空間上にＺ座標点を指
示するためのものであるように構成すると（請求項５に
係る発明）、好適である。
【００２４】また、この場合、検出する出力電圧に閾値
を設け、前記電圧差分値に基づいて得られる前記Ｚ座標
点の指示は、ＯＮ／ＯＦＦの２値検知とすると（請求項
６に係る発明）、操作部を所定の力で押下してＺ方向が
ＯＮ状態にある間は座標空間上のカーソルまたはポイン
タがＺ方向にのみ進み続けるような座標入力を必要に応
じて行うことができる。
【００２５】また、本発明に係る座標入力装置におい
て、前記第1の磁石および前記第２の磁石は、いずれも
円筒形状に形成され、同一極性の磁極の側を対向して配
置され、前記複数の磁電変換素子は、該第1の磁石およ
び該第２の磁石の軸線方向の投影面において該第1の磁
石および該第２の磁石の内側に配置されていると（請求
項７に係る発明）、第２の磁石と複数の磁電変換素子と
が上下に位置して干渉することがないため、装置の高さ
を低くすることができる。
【００２６】また、本発明に係る座標入力装置におい
て、前記第1の磁石は円柱状であり、前記第２の磁石は
円筒状であり、該第１の磁石は、該第２の磁石の軸線方
向の投影面において該第２の磁石の内側に配置されてい
ると（請求項８に係る発明）、第2の磁石の変位を高感
度かつ高精度に検出することができる。この場合、第１
の磁石を円筒状とするとともに第２の磁石を円柱状と
し、第２の磁石を第１の磁石の軸線方向の投影面におい
て第１の磁石の内側に配置する構成としても、同様の効
果を得ることができる。なお、第１および第２の磁石の
双方を円筒状に構成することを排除するものではない
が、この場合、内側に配置される磁石の形状の複雑化や
磁気特性の違いに留意する必要がある。
【００２７】また、本発明に係る座標入力装置におい
て、前記複数の磁電変換素子は、ホール素子であると
（請求項９に係る発明）、ホール素子が小型かつ安価で
あるので、入力装置の小型化、低コスト化を図ることが
でき、量産性に優れた座標入力装置を実現することがで
きる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明に係る座標入力装置の好適
な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）につい
て、図を参照して、以下に説明する。なお、以下の各図
の座標入力装置は正面断面を示したものであるが、説明
の便宜上、マグネット（磁石）および磁電変換素子等の
主要部についてのみハッチングを施して表示する。
【００２９】まず、本発明の原理について、図５、図６
を参照して説明する。
【００３０】本発明の座標入力装置１０は、相対する面
が同極、例えば、Ｓ極を示すように対向して配置したマ
グネット（第２の磁石）１２およびマグネット（第１の
磁石）１４と磁電変換素子１６とを有する。マグネット
１２は、変位自在に配置し、座標入力操作用とされる。
マグネット１４および磁電変換素子１６は、例えば、基
板１８に固定する。
【００３１】マグネット１２を昇降させる場合につい
て、図５を参照して説明する。
【００３２】マグネット１２を押下すると、マグネット
１２に与えた、図５中、矢印Ａ方向の押下力と、２個の
マグネット１２、１４間に生じる反発力によってマグネ
ット１２に与えられる、矢印Ｂ方向の押上力（押圧力）
との均衡条件に応じて、マグネット１２は矢印Ｃ１−Ｃ
２方向に昇降可能とされる。
【００３３】すなわち、入力操作時、２個のマグネット
１２、１４間に生じる反発力に打ち勝ってマグネット１
２を押下すると、押下力に応じてマグネット１２は下降
し、押下力と押上力が均衡する所望の位置に変位する。
そして、入力操作終了時、押下力を解除すると、２個の
マグネット１２、１４間に生じる反発力によってマグネ
ット１２は入力操作前の初期位置に復帰する。
【００３４】このとき、２個のマグネット１２、１４間
の距離が小さくなるほど、すなわち、マグネット１２の
押下量が大きくなるほど、２個のマグネット１２、１４
間に生じる反発力が増加するため、マグネット１２を磁
電変換素子１６に近接する位置まで深く押下しても、マ
グネット１２は円滑にかつ確実に初期位置に復帰する。
【００３５】磁電変換素子１６は、入力操作の初期状態
を含め、常に、マグネット１２、１４の双方から磁界が
印加され、それらの磁界に応じた出力を得る。そして、
この場合、マグネット１４が基板１８に固定されている
ため、マグネット１２の変位に応じて磁電変換素子１６
に印加される磁界が変動することにより、磁電変換素子
１６の出力が変化し、座標空間上に一軸座標点（Ｚ座標
点）を指示することができる。
【００３６】なお、マグネット１２は、２個のマグネッ
ト１２、１４間の距離Ｌ以上には上昇しないように、す
なわち、マグネット１４と離間しないように、図示しな
い適宜の手段によって上端部が拘束されており、この距
離Ｌの範囲内では、２個のマグネット１２、１４間に生
じる反発力がマグネット１２に有効に作用するように設
定されている。
【００３７】マグネット１２を傾動させる場合につい
て、図６を参照して説明する。
【００３８】マグネット１２は、図５の場合とは異な
り、中心点Ｏが変位しないように図示しない適宜の手段
によって支持される。また、複数の磁電変換素子１６、
１６は、中心点Ｏの直下の点Ｏ１を中心とした円周上の
基板１８上の対称位置に配置される。
【００３９】入力操作時、２個のマグネット１２、１４
間に生じる反発力に打ち勝ってマグネット１２を、例え
ば、図６中矢印Ｄ１方向に傾動するように押下すると、
押下力に応じてマグネット１２は所望の位置に変位し、
入力操作終了時、押下力を解除すると、２個のマグネッ
ト１２、１４間に生じる反発力によってＤ２方向に傾動
し、入力操作前の初期位置に復帰する。この場合、図６
中水平方向となるマグネット１２の平面上の３６０度の
どの向きにおいてもマグネット１２は傾動可能である。
【００４０】このとき、図５のマグネット１２を昇降さ
せた場合と同様の作用を得ることができる。
【００４１】そして、マグネット１２の変位に応じて磁
電変換素子１６、１６に印加される磁界がそれぞれ変動
することにより、磁電変換素子１６、１６の出力がそれ
ぞれ変化し、座標空間上に２軸座標点（ＸＹ座標点）を
指示することができる。
【００４２】従来例においては、コイルスプリング（図
１、図２参照）のばね力を利用し、収縮するコイルスプ
リングが、入力操作時にマグネット１２に付与する押下
力に対して押上力を作用させながら両者の力の均衡条件
に応じてマグネット１２を変位させるとともに入力終了
後はマグネット１２を初期位置に復帰させる機構として
いたが、以上説明した本発明の座標入力装置１０の原理
によれば、コイルスプリングを設けることなく、マグネ
ット１４をさらに設け、２個のマグネット１２、１４の
間に生じる反発力を利用するため、座標入力装置の構造
が簡易となり、装置が小型化される。
【００４３】つぎに、本実施の形態の第１の例に係る座
標入力装置について、図７、図８を参照して説明する。
【００４４】図７に示すように、座標入力装置１０ａ
は、略、収容部２０と、マグネット１２ａを備えた操作
部２２と、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄと、マグネット
１４ａとで構成される。
【００４５】収容部２０は、基板１８と、図７中上下方
向に延出し、湾曲した面を有するホルダ２１とで構成さ
れる。基板１８はほぼ水平に配置されて収容部２０の底
面を構成し、ホルダ２１は基板１８と一体的に設けられ
て収容部２０の側面を構成する。
【００４６】基板１８の上面には点Ｏ１を中心として所
定距離離間した円周上に９０°間隔で磁電変換素子１６
ａ〜１６ｄが配置されている。一方、基板１８には、磁
電変換素子１６ａ〜１６ｄが配置された箇所の内側、中
央部分に、上端部が閉塞された円筒状のケース２４が固
着され、ケース２４内に円柱状のマグネット１４ａがＳ
極を上に向けて収容されている。
【００４７】操作部２２は、うつ伏せにした椀状に形成
されている。操作部２２の内側中央部には円柱状の垂下
部２６が設けられ、垂下部２６の下端部に突起部２７が
形成されている。垂下部２６の内部には円柱状のマグネ
ット１２ａがＳ極を下に向けて収容されている。したが
って、略同一寸法に形成したマグネット１２ａおよびマ
グネット１４ａは、同極であるＳ極を対向させて、突起
部２７を介して離間して配置されている。また、操作部
２２の図７中上下方向に湾曲したスライダ部２８は、同
一の極性を有する磁極を対向させたマグネット１２ａお
よびマグネット１４ａ間に生じる反発力によってホルダ
２１に押し付けられて係合するとともに、矢印Ｅ１−Ｅ
２方向に摺動可能とされている。
【００４８】ホルダ２１と、操作部２２と、この場合実
質的に筐体の一部をなす基板１８とで入力部の筐体部分
が構成される。なお、座標入力装置１０ａは、この入力
部の筐体部分に延設して、さらに、入力操作によって磁
電変換素子に発生した信号を処理し、図示しないパソコ
ンに送信するための電子部品等を含む装置本体部を収容
する筐体本体部が設けられる（図示せず。）。
【００４９】ここで、マグネット１２ａ、１４ａは、例
えば、いずれも、直径５ｍｍφ、厚さ１．５ｍｍの寸法
に形成されたフェライト磁石であり、マグネット１２
ａ、１４ａのＳ極同士の間隔は１ｍｍ程度に設定され
る。また、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄは、例えば、出
力感度１５０ｍｖ／０．１Ｔ／５Ｖ程度のＧａＡｓホー
ル素子であり、これらの磁電変換素子１６ａ〜１６ｄは
検出磁界方向が基板１８に垂直な方向に位置して配置さ
れ、対向する磁電変換素子１６ａ、１６ｃおよび磁電変
換素子１６ｂ、１６ｄの間隔はそれぞれ９ｍｍ程度に設
定される。
【００５０】上記のように構成される座標入力装置１０
ａの作用を説明する。
【００５１】座標入力操作時、手指で操作部２２の、例
えば、箇所Ｐ１を、マグネット１２ａおよびマグネット
１４ａ間に生じる反発力に打ち勝つ力で押下すると、操
作部２２は、突起部２７がケース２４に当接する点Ｏ１
を支点として、スライダ部２８がホルダ２１と摺動して
矢印Ｅ１方向に傾動する。
【００５２】座標入力操作終了時、手指を離して押下力
を解除すると、２個のマグネット１２ａ、１４ａ間に生
じる反発力によって操作部２２はＥ２方向に傾動し、入
力操作前の初期位置に復帰する。
【００５３】操作部２２に取り付けられたマグネット１
２ａの変位に応じて磁電変換素子１６ａ〜１６ｄに印加
される磁界が変動することにより、磁電変換素子１６ａ
〜１６ｄの出力が変化し、座標空間上に２軸座標点（Ｘ
Ｙ座標点）を指示することができる。すなわち、例え
ば、点Ｏ１を中心とした円周上の対称位置に配置される
磁電変換素子１６ａおよび磁電変換素子１６ｃがＸ座標
検出用とされ、一方、同じく点Ｏ１を中心とした円周上
の対称位置に配置される磁電変換素子１６ｂおよび磁電
変換素子１６ｄがＹ座標検出用とされ、これらの磁電変
換素子１６ａ〜１６ｄの出力変動を、ＸＹ座標の差動出
力として検出し、これらの検出値は基板１８を介して図
示しないパソコン等に座標入力データとして送られる。
【００５４】このときの、座標入力装置１０ａの操作部
２２、言いかえれば、マグネット１２ａの傾き（図７中
θ 単位：°）と、例えば、Ｘ座標点についてのもので
ある磁電変換素子１６ａ、１６ｃの異なる電圧値を示す
信号である差動出力（単位：ｍＶ）との関係を、図８に
示す。差動出力（単位：ｍＶ）は、マグネット１２ａの
傾きθに比例した値として得られる。
【００５５】座標入力装置１０ａによれば、構造が簡易
で小型化された装置により、ＸＹ座標値用の座標入力デ
ータを得ることができる。また、磁電変換素子１６ａ〜
１６ｄとしてホール素子を用いているため、入力装置が
小型化、低コスト化される。つぎに、本実施の形態の第
２の例に係る座標入力装置について、図９、図１０を参
照して説明する。
【００５６】図９に示すように、座標入力装置１０ｂ
は、略、前記した第１の例の座標入力装置１０ａと同様
の構造を有する。座標入力装置１０ｂが座標入力装置１
０ａと異なるのは、第１の例の突起部２７が座標入力装
置１０ｂには設けられていない点である。この場合にお
いても、マグネット１２ａ、１４ａ間の距離がマグネッ
ト１２ａ、１４ａ間に作用する反発力の充分に作用する
範囲内とされているため、操作部２２に手指を触れてい
ない状態において、反発力によって操作部２２のスライ
ダ部２８が収容部２０のホルダ２１に当接した状態で保
持される。このため、操作部２２は、Ｅ１−Ｅ２方向に
傾動可能であるとともに、傾動しながら、あるいは、傾
動することなく図９中Ｆ１−Ｆ２方向に昇降可能とされ
ている。
【００５７】ここで、マグネット１２ａ、１４ａは、例
えば、いずれも、直径５ｍｍφ、厚さ１．５ｍｍの寸法
に形成されたＳｍＣｏ磁石であり、マグネット１２ａ、
１４ａのＳ極同士の間隔は１．５ｍｍ程度に設定され
る。また、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄは、例えば、出
力感度１５０ｍｖ／０．１Ｔ／５Ｖ程度のＧａＡｓホー
ル素子であり、これらの磁電変換素子１６ａ〜１６ｄは
検出磁界方向が基板１８に垂直な方向に位置して配置さ
れ、対向する磁電変換素子１６ａ、１６ｃおよび磁電変
換素子１６ｂ、１６ｄの間隔は９ｍｍ程度に設定され
る。
【００５８】座標入力装置１０ｂの操作部２２、言いか
えれば、図７中垂直方向を基準（０°）としたときのマ
グネット１２ａの傾き（図７中θ 単位：°）と差動出
力（単位：ｍＶ）との関係を図１０に、また、マグネッ
ト１２ａの降下量（押しこみ量 図９中ＤＰ 単位：ｍ
ｍ）と出力（単位：ｍＶ）との関係を図１１にそれぞれ
示す。ここで、図１１における出力とは、磁電変換素子
１６ａ〜１６ｄとマグネット１２ａとの距離の変化が互
いに一致するときのその距離の変化に対応するそれぞれ
の電圧差分値の平均値である。図１０において、差動出
力（単位：ｍＶ）、すなわち、ＸＹ座標の指示量に対応
する値は、マグネット１２ａの傾きθに比例した値とし
て得られる。一方、図１１において、磁電変換素子１６
ａ〜１６ｄの出力の平均値としての出力、すなわち、Ｚ
座標の指示量に対応する値を示す信号は、マグネット１
２ａの降下量ＤＰに比例した値として得られる。
【００５９】以上説明した座標入力装置１０ｂによれ
ば、構造が簡易で小型化された装置により、ＸＹ座標値
用の座標入力データとともにＺ座標値用の座標入力デー
タを得ることができる。このとき、磁電変換素子を格別
に設けることなく、簡易な演算処理により迅速かつ正確
に、Ｚ座標入力を行うことができる。
【００６０】なお、座標入力装置１０ｂに代え、座標入
力装置１０ａの突起部２７を手指による押圧力に応じて
弾性変形可能な材料を用いて形成すると、座標入力装置
１０ｂの上記した作用を得ることができる。
【００６１】また、座標入力装置１０ｂにおいて、４方
の対称位置に配置された磁電変換素子１６ａ〜１６ｄの
対称中心の位置、すなわち、図６、図７の場合の点Ｏ１
に相当する位置に、磁電変換素子を更に配置すると、磁
電変換素子１６ａ〜１６ｄの出力の平均値を用いること
なく、操作部２２の押下量ＤＰに応じて変化する更に設
けた磁電変換素子について検出した出力電圧変化を迅速
に演算処理してＺ座標を指示することができる。
【００６２】また、座標入力装置１０ｂにおいて、Ｚ座
標値に対応する出力は所定の出力値を閾値としてＯＮ／
ＯＦＦの２値検知とすると、操作部を所定の力で押下し
てＺ方向がＯＮ状態にある間は座標空間上のカーソルま
たはポインタがＺ方向にのみ進み続けるような座標入力
を必要に応じて行うことができる。また、この場合、座
標入力装置１０ｂに代え、座標入力装置１０ａの突起部
２７を手指による押圧力に応じて弾性変形可能な材料を
用いて形成し、その弾性力を適当な値に調整すると、良
好なクリック感を得ながら２値検知することができる。
【００６３】つぎに、本実施の形態の第３の例に係る座
標入力装置について、図１２、図１３を参照して説明す
る。
【００６４】図１２に示すように、座標入力装置１０ｃ
は、装置の基本構成は座標入力装置１０ａ、１０ｂと略
同様であり、収容部２０と、マグネット１２ｂを備えた
操作部２２と、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄと、マグネ
ット１４ｂとで構成される。収容部２０は基板１８と図
１２中上下方向に延出し、湾曲した面を有するホルダ２
１とで構成される。
【００６５】基板１８の上面、中央部には、上部に突起
部３０を有するケース３２が基板１８に固着され、ケー
ス３２の内部には、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄ（１６
ｂ、１６ｄは図示せず。）が一体化して収められたパッ
ケージ３４が収容されている。一方、基板１８には、ケ
ース３２が配置された箇所の外周に、円筒状のマグネッ
ト１４ｂがＳ極を上に向けて固着されている。なお、パ
ッケージ３４は、マグネット１４ｂの内側であれば、図
１２に示された位置に限らず、図１２中上下方向の適宜
な位置に配置することができる。
【００６６】操作部２２は、上方が閉塞されるとともに
肉厚な側壁３８を有する短尺な円筒状に形成されてい
る。操作部２２の内側中央部には凹部３６が形成され、
この凹部３６に上記ケース３２の突起部３０の先端部が
係合することにより、操作部２２がケース３２に支持さ
れている。側壁３８には円筒状のマグネット１２ｂがＳ
極を下に向けて収容されている。したがって、マグネッ
ト１２ｂおよびマグネット１４ｂは、同極であるＳ極を
対向させて、突起部３０を有するケース３２を介して離
間して配置されている。また、操作部２２の側壁３８
は、マグネット１２ｂおよびマグネット１４ｂ間に生じ
る反発力によってホルダ２１に押し付けられて係合する
とともに、矢印Ｅ１−Ｅ２方向に摺動可能とされてい
る。
【００６７】ここで、マグネット１２ｂ、１４ｂは、例
えば、いずれも、外径１２ｍｍφ、８ｍｍφ、厚さ１．
５ｍｍの寸法に形成されたＳｍＣｏプラスッチク磁石で
あり、マグネット１２ｂ、１４ｂのＳ極同士の間隔は１
ｍｍ程度に設定される。また、磁電変換素子１６ａ〜１
６ｄは、例えば、出力感度１５０ｍｖ／０．１Ｔ／５Ｖ
程度のＧａＡｓホール素子チップであり、これらの磁電
変換素子１６ａ〜１６ｄは検出磁界方向が基板１８に垂
直な方向に位置して配置され、対向する磁電変換素子１
６ａ、１６ｃおよび磁電変換素子１６ｂ、１６ｄの間隔
は３ｍｍ程度に設定される。
【００６８】上記のように構成される座標入力装置１０
ｃの操作部２２、言いかえれば、マグネット１２ｂの傾
き（図７中θ 単位：°）と差動出力（単位：ｍＶ）と
の関係を、図１３に示す。差動出力（単位：ｍＶ）は、
マグネット１２ｂの傾きθに比例した値として得られ
る。
【００６９】座標入力装置１０ｃによれば、構造が簡易
で小型化された装置により、ＸＹ座標値用の座標入力デ
ータを得ることができる。特に、磁電変換素子１６ａ〜
１６ｄが小型化して基板１８に搭載されているため、座
標入力装置１０ｃ全体がより小型化されている。
【００７０】つぎに、本実施の形態の第４の例に係る座
標入力装置について、図１４、図１５を参照して説明す
る。
【００７１】図１４に示すように、座標入力装置１０ｄ
は、装置の基本構成は座標入力装置１０ａ、１０ｂと略
同様であり、収容部２０と、マグネット１２ｂを備えた
操作部２２と、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄと、マグネ
ット１４ａとで構成される。収容部２０は基板１８と図
１２中上下方向に湾曲した面を有するホルダ２１とで構
成される。
【００７２】基板１８の中央部には、円柱状のマグネッ
ト１４ａがＮ極を上方に突出して固着されている。ま
た、基板１８のマグネット１４ａの外周の対向する４箇
所の位置に磁電変換素子１６ａ〜１６ｄ（１６ｂ、１６
ｄは図示せず。）が固着されている。
【００７３】操作部２２は、うつ伏せにした椀状に形成
されている。操作部２２の内側外周に円周状の凹部４０
が形成され、その凹部４０には円筒状のマグネット１２
ｂが軸線Ｘ１をマグネット１４ｂの軸線Ｘ２と一致させ
て、Ｓ極を下に向けて収容されている。
【００７４】このとき、マグネット１２ｂの重心Ｗ１と
マグネット１４ｂの重心Ｗ２間の距離をマグネット間距
離ＬＰと定義すると、マグネット間距離ＬＰが比較的小
さい領域においてマグネット１２ｂおよびマグネット１
４ｂ間に反発力が発生する。すなわち、例えば、マグネ
ット１２ｂとして外径１２ｍｍφ、内径７ｍｍφ、厚さ
２．５ｍｍの寸法に形成されたＳｍＣｏプラスチック磁
石を用い、一方、マグネット１４ａとして直径５ｍｍ
φ、厚さ２．５ｍｍの寸法に形成されたＳｍＣｏプラス
チック磁石を用いた場合、反発力によってマグネット１
２ｂに作用する上向きの力Ｆ（単位：ｇ）は、マグネッ
ト間距離ＬＰ（単位：ｍｍ）の変化に伴って、図１５に
示すように、マグネット間距離ＬＰが比較的小さい領
域、すなわち、０〜５ｍｍ程度の間において、マグネッ
ト間距離ＬＰが約２ｍｍのときにピーク値を持つ曲線状
に変化する。
【００７５】したがって、マグネット間距離ＬＰの最大
値を、例えば、マグネット１２ｂおよびマグネット１４
ａ間に反発力が発生する位置、すなわち、図１５におい
て力Ｆが正の値となる０〜５ｍｍの範囲で設定し、その
設定値より上の位置にはマグネット１２ｂが上昇しない
ように操作部２２を収容部２０で拘束すると、操作部２
２の湾曲したスライダ部２８は、マグネット１２ｂおよ
びマグネット１４ａ間に生じる反発力によってホルダ２
１に押し付けられて係合するとともに、矢印Ｅ１−Ｅ２
方向に摺動可能とされる。また、操作部２２に適宜の押
下力を加えることにより、操作部２２はマグネット間距
離ＬＰが０〜５ｍｍの範囲内で力Ｆの急激な変化を受け
ながら昇降可能とされる。
【００７６】ここで、磁電変換素子１６ａ〜１６ｄは、
例えば、出力感度１５０ｍｖ／０．１Ｔ／５Ｖ程度のＧ
ａＡｓホール素子チップであり、これらの磁電変換素子
１６ａ〜１６ｄは検出磁界方向が基板１８に垂直な方向
に位置して配置され、対向する磁電変換素子１６ａ、１
６ｃおよび磁電変換素子１６ｂ、１６ｄの間隔は３ｍｍ
程度に設定される。
【００７７】上記のように構成される座標入力装置１０
ｄの操作部２２、言いかえれば、マグネット１２ｂの傾
きと差動出力の関係および押下量と出力との関係は、座
標入力装置１０ｂについて示した図１０、図１１と同様
であるため、図示を省略する。
【００７８】座標入力装置１０ｄによれば、構造が簡易
で小型化された装置により、ＸＹ座標値用の座標入力デ
ータを得ることができる。
【００７９】また、図１５に示したマグネット１２ｂに
作用する上向きの力Ｆの傾向から見て明らかなように、
力Ｆはマグネット間距離ＬＰが約２ｍｍのときにピーク
値を持つため、マグネット間距離ＬＰが２ｍｍ以上の上
方から操作部２２、すなわち、マグネネット１２ｂを押
下すると、マグネット間距離ＬＰが約２ｍｍになるまで
は操作部２２を押下するにしたがって押下に要する力が
大きくなり、その後さらに操作部２２を押下してマグネ
ット間距離ＬＰが約２ｍｍよりも小さくなると操作部２
２を押下するにしたがって押下に要する力は小さくな
る。したがって、座標入力装置１０ｄによれば、操作部
２２を押下するにあたり、マグネット間距離ＬＰが約２
ｍｍ程度の位置で押下する力が減じるように感じ、クリ
ック感に近い感触を得ることができる。また、このこと
を利用して、Ｚ方向に関し、マグネット間距離ＬＰが約
２ｍｍ程度の位置における出力を閾値としてＯＮ／ＯＦ
Ｆの二値検出とすれば、操作者はＯＮ／ＯＦＦ検出を感
覚的にとらえることができる。
【００８０】図１６に、本実施の形態の第４の例の座標
入力装置１０ｄの第１の変形例に係る座標入力装置１０
ｅを示す。
【００８１】座標入力装置１０ｅは、基板１８の下面に
磁電変換素子１６ａ〜１６ｄが設けられている。このた
め、収容部２０および操作部２２で構成される筐体の高
さＨ１を小さくすることができる。
【００８２】図１７に、本実施の形態の第４の例の座標
入力装置１０ｄの第２の変形例に係る座標入力装置１０
ｆを示す。
【００８３】座標入力装置１０ｆは、基板１８の上面に
設けられる磁電変換素子１６ａ〜１６ｄが、マグネット
１２ｂの図１７中上下方向投影面の外側に、ホルダ２１
に近接して配置されている。これにより、マグネット１
２ｂと磁電変換素子１６ａ〜１６ｄとの干渉を避けるこ
とができ、座標入力装置１０ｆ全体の高さＨ２を座標入
力装置１０ｅよりも更に小さくすることができる。
【００８４】図１８に、本実施の形態の第４の例の座標
入力装置１０ｄの第３の変形例に係る座標入力装置１０
ｇを示す。
【００８５】座標入力装置１０ｇは、座標入力装置１０
ｄと異なり、基板１８に固定されたマグネット１４ｂが
円筒状に形成され、操作部２２に設けられたマグネット
１２ａが円柱状に形成されるとともに、基板１８の上面
に設けられた磁電変換素子１６ａ〜１６ｄが、マグネッ
ト１４ｂの内側に配置されている。これにより、座標入
力装置１０ｇは、座標入力装置１０ｄと同様の効果を得
ることができる。
【００８６】
【発明の効果】請求項１係る座標入力装置によれば、筐
体と、第1の磁石と、第２の磁石と、複数の磁電変換素
子とを備え、第１の磁石は同一極性の磁極の側を第２の
磁石に向け第２の磁石と離間して筐体に固定され、第２
の磁石は、第1の磁石との間に生じる反発力と第２の磁
石に付与する押圧力との均衡条件に応じて傾動可能に筐
体に保持され、複数の磁電変換素子は、第２の磁石と対
向離間して筐体に固定されているため、従来例における
コイルスプリングのような付勢機構が不要であり、簡易
な構造を有する小型化されたＸＹ２軸座標表示装置を得
ることができる。また、請求項２に係る座標入力装置に
よれば、第２の磁石は、さらに、昇降可能に筐体に保持
され複数の磁電変換素子は、さらに、第１の磁石との距
離の変化に応じた電圧差分値を出力するように構成され
るため、磁電変換素子を格別に設けることなく、簡易な
演算処理により迅速かつ正確に、さらに、Ｚ座標入力を
行うことができる。
【００８７】また、請求項５に係る座標入力装置によれ
ば、複数の磁電変換素子のうちの１または２以上の磁電
変換素子の示す電圧値は、座標空間上にＺ座標点を指示
するためのものであるため、検出した出力電圧変化を迅
速に演算処理してＺ座標入力を行うことができる。
【００８８】また、請求項６に係る座標入力装置によれ
ば、検出する出力電圧に閾値を設け、電圧差分値に基づ
いて得られるＺ座標点の指示は、ＯＮ／ＯＦＦの２値検
知とするため、操作部を所定の力で押下してＺ方向がＯ
Ｎ状態にある間は座標空間上のカーソルまたはポインタ
がＺ方向にのみ進み続けるような座標入力を必要に応じ
て行うことができる。
【００８９】また、請求項７に係る座標入力装置によれ
ば、第1の磁石および第２の磁石は、いずれも円筒形状
に形成され、同一極性の磁極の側を対向して配置され、
複数の磁電変換素子は、第1の磁石および第２の磁石の
軸線方向の投影面において両磁石の内側に配置されてい
るため、第２の磁石と複数の磁電変換素子とが上下に位
置して干渉することがなく、装置の高さを低くすること
ができる。
【００９０】また、請求項８に係る座標入力装置によれ
ば、第1の磁石は円柱状であり、第２の磁石は円筒状で
あり、第１の磁石は、第２の磁石の軸線方向の投影面に
おいて第２の磁石の内側に配置されているため、第2の
磁石の変位を高感度かつ高精度に検出することができ
る。
【００９１】また、請求項９に係る座標入力装置によれ
ば、複数の磁電変換素子は、ホール素子であるため、入
力装置の小型化、低コスト化を図ることができ、量産性
に優れた座標入力装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のポインティングデバイスの操作部が直立
した状態を説明するためのポインティングデバイスの正
面断面図である。
【図２】図１のポインティングデバイスの操作部が傾動
した状態を説明するためのポインティングデバイスの正
面断面図である。
【図３】図１のポインティングデバイスのマグネットと
磁電変換素子との配置関係を示す図である。
【図４】図３のマグネットと磁電変換素子を側面からみ
た図である。
【図５】本発明の座標入力装置の原理を説明するための
ものであり、マグネットを昇降する状態を示す図であ
る。
【図６】本発明の座標入力装置の原理を説明するための
ものであり、マグネットを傾動する状態を示す図であ
る。
【図７】本実施の形態の第１の例に係る座標入力装置の
正面断面図である。
【図８】本実施の形態の第１の例に係る座標入力装置の
差動出力特性を示すグラフ図である。
【図９】本実施の形態の第２の例に係る座標入力装置の
正面断面図である。
【図１０】本実施の形態の第２の例に係る座標入力装置
のＸ（Ｙ）方向差動出力特性を示すグラフ図である。
【図１１】本実施の形態の第２の例に係る座標入力装置
のＺ方向出力特性を示すグラフ図である。
【図１２】本実施の形態の第３の例に係る座標入力装置
の正面断面図である。
【図１３】本実施の形態の第３の例に係る座標入力装置
のＸ（Ｙ）方向差動出力特性を示すグラフ図である。
【図１４】本実施の形態の第４の例に係る座標入力装置
の正面断面図である。
【図１５】本実施の形態の第４の例に係る座標入力装置
のマグネットに作用する力とマグネット間距離との関係
を示すグラフ図である。
【図１６】本実施の形態の第４の例に係る座標入力装置
の第１の変形例の正面断面図である。
【図１７】本実施の形態の第４の例に係る座標入力装置
の第２の変形例の正面断面図である。
【図１８】本実施の形態の第４の例に係る座標入力装置
の第３の変形例の正面断面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ〜１０ｇ 座標入力装置 １２、１２ａ、１２ｂ、１４、１４ａ、１４ｂ マグネ
ット １６、１６ａ〜１６ｄ 磁電変換素子 １８ 基板 ２０ 収容部 ２１ ホルダ ２２ 操作部 ２６ 垂下部 ２７、３０ 突起部 ２８ スライダ部 ３２ ケース ３４ パッケージ ３６、４０ 凹部 ３８ 側壁

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 座標空間上の所定の座標点を指示するた
    めの座標入力装置であって、 筐体と、第１の磁石と、第２の磁石と、複数の磁電変換
    素子とを備え、 該第１の磁石は、該第２の磁石と同一極性の磁極の側を
    該第２の磁石に向け、該第２の磁石と離間して該筐体に
    固定され、 該第２の磁石は、該第１の磁石との間に生じる反発力と
    該第２の磁石に付与する押圧力との均衡条件に応じて傾
    動可能に該筐体に保持され、 該複数の磁電変換素子は、該第２の磁石と対向離間して
    該筐体に固定され、該第２の磁石との距離の変化に応じ
    た異なる電圧値を示す信号を出力するように構成され、 該電圧値を示す信号は、該座標空間上にＸＹ座標点を指
    示することを特徴とする座標入力装置。
  2. 【請求項２】 前記第２の磁石は、前記第１の磁石との
    間に生じる反発力と該第２の磁石に付与する押圧力との
    均衡条件に応じて、さらに、昇降可能に前記筐体に保持
    され、 前記複数の磁電変換素子は、さらに、該第２の磁石との
    距離の変化に応じた電圧差分値を示す信号を出力するよ
    うに構成され、 該電圧差分値を示す信号は、前記座標空間上にＺ座標点
    を指示することを特徴とする請求項１記載の座標入力装
    置。
  3. 【請求項３】 前記筐体は、手指により操作される操作
    部を有し、 前記第２の磁石は、該操作部に保持されて、該操作部を
    直立させた状態において少なくとも一方の磁極中心から
    発生する磁界方向がほぼ垂直に維持され、 前記複数の磁電変換素子は、該第２の磁石の下方にほぼ
    水平に該筐体に配置された基板上に、該磁界方向と該基
    板との交点を中心とした円周上のほぼ対称位置に４個設
    けられ、 前記異なる電圧値は、該操作部を傾動することにより生
    じる４個の該磁電変換素子の出力電圧値であり、 前記電圧差分値は、該操作部を押下することにより生じ
    る該４個の磁電変換素子の出力電圧差分値であることを
    特徴とする請求項２記載の座標入力装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の磁石は、該第１の磁石との間
    に生じる反発力と該第２の磁石に付与する押圧力との均
    衡条件に応じて、さらに、昇降可能に該筐体に保持さ
    れ、 前記複数の磁電変換素子のうちの一部の磁電変換素子の
    示す電圧値は、前記座標空間上にＺ座標点を指示するた
    めのものであることを特徴とする請求項１記載の座標入
    力装置。
  5. 【請求項５】 前記筐体は、手指により操作される操作
    部を有し、 前記第1の磁石は、該操作部に保持されて、該操作部を
    直立させた状態において少なくとも一方の磁極中心から
    発生する磁界方向がほぼ垂直に維持され、 前記複数の磁電変換素子は該磁石の下方にほぼ水平に配
    置された基板上に該磁界方向と基板との交点を中心とし
    た円周上のほぼ対称位置に4個設けられるとともに、該
    磁界方向と該基板との該交点若しくは該交点の近傍にさ
    らに1個設けられ、 該４個の磁電変換素子の異なる電圧値は、前記座標空間
    上にＸＹ座標点を指示するためのものであり、 該さらに1個設けられた磁電変換素子の電圧差分値は、
    前記座標空間上にＺ座標点を指示するためのものである
    ことを特徴とする請求項４記載の座標入力装置。
  6. 【請求項６】 検出する出力電圧に閾値を設け、前記電
    圧差分値に基づいて得られる前記Ｚ座標点の指示は、Ｏ
    Ｎ／ＯＦＦの２値検知とすることを特徴とする請求項２
    〜５のいずれか１項に記載の座標入力装置。
  7. 【請求項７】 前記第1の磁石および前記第２の磁石
    は、いずれも円筒形状に形成され、同一極性の磁極の側
    を対向して配置され、 前記複数の磁電変換素子は、該第1の磁石および該第２
    の磁石の軸線方向の投影面において該第1の磁石および
    該第２の磁石の内側に配置されていることを特徴とする
    請求項１〜６のいずれか1項に記載の座標入力装置。
  8. 【請求項８】 前記第1の磁石は円柱状であり、 前記第２の磁石は円筒状であり、 該第１の磁石は、該第２の磁石の軸線方向の投影面にお
    いて該第２の磁石の内側に配置されていることを特徴と
    する請求項１〜６のいずれか1項に記載の座標入力装
    置。
  9. 【請求項９】 前記複数の磁電変換素子は、ホール素子
    であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか1項に
    記載の座標入力装置。
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