JP2003196019A - 磁気センサアレイ及びポインティングデバイス - Google Patents

磁気センサアレイ及びポインティングデバイス

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JP2003196019A
JP2003196019A JP2001401561A JP2001401561A JP2003196019A JP 2003196019 A JP2003196019 A JP 2003196019A JP 2001401561 A JP2001401561 A JP 2001401561A JP 2001401561 A JP2001401561 A JP 2001401561A JP 2003196019 A JP2003196019 A JP 2003196019A
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magnetic sensor
pointing device
sensor array
magnetic
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JP2001401561A
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Masataka Yamashita
正隆 山下
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポインティングデバイスの位置入力に使用す
るマグネットの初期位置を自動的にアライメントでき
る。 【解決手段】 磁気センサアレイ1は、磁気センサ1a
がX軸及びY軸に沿って2個ずつ対称に、実装基板4上
に配置されるとともに、磁気センサアレイ1に設けられ
たマグネット1bが、マグネット2に対応する位置に来
るように配置されている。実装基板4上に取り付けられ
た磁気センサアレイのマグネット1bに対向するように
マグネット2を配置するようにポインティングデバイス
を作製すると、マグネット1bとマグネット2との磁気
力により双方が引き付け合って、初期位置が自動的にア
ライメントされる。これにより、実装位置合わせが簡単
になる。また、微妙な位置ズレは自動的に補正される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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
ティングデバイス用の磁気センサアレイ及びその磁気セ
ンサアレイを用いたポインティングデバイスに関し、よ
り詳細には、マグネットの移動による周囲の磁界変化を
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用の磁気センサアレイ及びその磁
気センサアレイを用いたポインティングデバイスに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図12は、従来の磁気検出式ポインティ
ングデバイスの磁気検出回路を示すブロック図で、検出
部11は、4個の磁気センサ(例えば、ホール素子,半
導体磁気抵抗素子,感磁性体磁気抵抗素子,GMR素
子)21からなり、このホール素子21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個のホール素子の中央付近に
マグネットが配置されている。このマグネットの移動に
よる磁界の変化によりホール素子21の出力電圧が変化
する。差動アンプ12はX軸方向とY軸方向の各ホール
素子21の出力をそれぞれ差動的に増幅する。
【0003】好ましくは、これらのホール素子アレイの
中心線、すなわち対称軸上にマグネットの着磁軸が重な
るように配置し、このホール素子アレイの中心線に対し
て、磁束密度が対称になるように基準位置を決める。こ
の場合、中心線に対して対称な位置にあるホール素子の
差分出力をとるので、ホール素子の性能のバラツキや誤
差などがない理想的な場合には、基準位置での差分出力
は0となる。
【0004】マグネットが移動すると、これに応じて差
動アンプ12に出力が発生し、その出力(アナログ値)
を検出制御部13がX座標値及びY座標値に変換し、こ
れを出力制御部14が出力するように構成されている。
もちろん、この基準位置の出力が0である必要性は必ず
しもなく、この基準位置のホール素子の差分出力を基準
として、マグネットの変位に応じたホール素子の差分出
力との差異を検出すれば、正確な変位量を得ることがで
きる。
【0005】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13に示すように、コイルス
プリング33の一端にマグネット32を支持し、コイル
スプリング33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提案されている。
【0006】その他のマグネットの支持機構としては、
図14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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの磁気検出式ポインティングデバイスのマグネ
ット支持機構に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があげられる。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。
【0008】また、上述した従来技術において、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。
【0009】図15は、上述した問題点を解決するため
に提案されたポインティングデバイスの構成図で、図中
符号51は磁気センサ、52はマグネット、53はシリ
コーン樹脂、54は実装基板、55はマグネットカバ
ー、56はスイッチ、57は空間部である。磁気センサ
51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、実装基板54に配置されている。マグネット5
2は、鉛直方向にNSの着磁がされていて、NSの方向
については特に制限されない。
【0010】シリコーン樹脂53は、外力を加えること
により容易に変形し、その外力を取り除くと直ちに、外
力の加えられていない初期状態に復帰する。つまり、マ
グネットカバー55を操作して、ある方向に傾けた場
合、マグネット52も同様に傾くことになる。しかしな
がら、外力を取り除くと直ちに初期状態に復帰する。こ
れは、従来のマグネット機構でコイルスプリングを用い
て行っていた動作に相当する。このように、シリコーン
樹脂53を用いることにより、部品点数が減少し、組立
性の向上が図られるうえ、小型化も可能になる。
【0011】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。マグネットカバ
ー55をマグネット52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5
6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。
【0012】また、特公平7−117876号公報に
は、コンピュータのディスプレイ上のポインター又はカ
ーソルをディスプレイ上に任意の位置へ移動させるため
のポインティング制御装置が記載されている。このポイ
ンティング制御装置は、ドーム形状に沿ってスライダを
移動させ、スライダに設けられた磁石からの磁束変化を
磁気センサで検出するものである。
【0013】しかしながら、この種のポインティングデ
バイスは、磁石をドーム形状に沿って傾けるものである
ため、肉厚の薄い構造とすることが困難であるという問
題点があり、デバイスの肉厚を薄くすることと、良好な
操作性を得る点で改良の余地が残されていた。また、ポ
インティングデバイスの位置入力に使用するマグネット
の初期位置を自動的にアライメントできるような磁気セ
ンサアレイの開発が期待されていた。
【0014】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、ポインティングデ
バイスの位置入力に使用するマグネットの初期位置を自
動的にアライメントできるような磁気センサアレイ及び
この磁気センサを用い、肉厚を薄くして、磁力の小さい
マグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性
の良好なポインティングデバイスを提供することにあ
る。
【0015】
【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、実装基
板上に複数の磁気センサを所定間隔に配置し、磁気密度
変化を検出して座標情報又はベクトル情報を入力するよ
うにしたポインティングデバイス用の磁気センサアレイ
において、前記複数の磁気センサに対する所定位置にマ
グネットを配置したことを特徴とする。
【0016】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、前記マグネットを前記磁気セン
サに対して等間隔位置に配置したことを特徴とする。
【0017】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
又は2に記載の発明において、前記マグネットの代わり
に強磁性体を配置したことを特徴とする。
【0018】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、前記磁気センサを
4個等間隔に配置したことを特徴とする。
【0019】また、請求項5に記載の発明は、請求項4
に記載の発明において、前記マグネットを前記磁気セン
サの中心位置に配置したことを特徴とする。
【0020】また、請求項6に記載の発明は、請求項1
乃至5いずれかに記載の磁気センサアレイを用いたこと
を特徴とするポインティングデバイスである。
【0021】このような構成により、ポインティングデ
バイスの位置入力に使用するマグネットの初期位置を、
磁気センサアレイのマグネット又は強磁性体の位置に自
動的にアライメントできるという効果がある。
【0022】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(MR素子)、磁気抵抗
効果IC(MRIC)、リードスイッチなど様々な磁気
センサの適用が可能であり、アナログ出力型のポインテ
ィングデバイスには、アナログ出力型の磁気センサが望
ましく、デジタル出力型のポインティングデバイスに
は、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。
【0023】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、ストロークスイ
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。
【0024】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。ポインティングデバイスの小型化を進
める上では、マグネットの小型化が必須であるので、小
さくても強磁場を発生するサマリウム−コバルト系やネ
オジ系などのマグネットが好ましい。
【0025】また、弾性部材についても、特に種類の限
定はないが、現在様々な用途に使われているシリコーン
樹脂が好ましい。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。図1(a),(b)は、本発明
の磁気センサアレイの一実施例を示す構成図で、図1
(a)は断面図、図1(b)は平面図である。図中符号
1は磁気センサアレイで、この磁気センサアレイ1は、
互いに等間隔に配置された4個の磁気センサ1aと、そ
の磁気センサ1aの中心位置に配置されたマグネット1
bとから構成されている。このマグネット1bの代わり
に強磁性体を用いることも可能である。この場合、使用
する強磁性体は残留磁化の変動が少ないものが好まし
い。また、磁気センサ1aの各々は、正方形領域の各コ
ーナ部分に配置されているが、菱形領域のコーナ部分に
配置することも可能である。
【0027】図2は、本発明の他の磁気センサアレイを
用いたポインティングデバイスの一実施例を示す構成図
で、図中符号2はマグネット、3は弾性部材としてのシ
リコーン樹脂、4は実装基板、5は押圧部材、7は空間
部、7aは切り欠き部である。磁気センサアレイ41
は、ホール素子のベアチップ41aを正方形の対角線上
に配置し、中央部に設けられたマグネット41bをセラ
ミック回路基板40上に樹脂で接着し、ベアチップ41
aとマグネット41b上にエポキシ樹脂41cをポティ
ングしてコーティングした。マグネット2は、鉛直方向
にNSの着磁がされている。
【0028】シリコーン樹脂3を実装基板4に対して平
行な面内に配置して、ずらすように動かすと、このシリ
コーン樹脂3は、切り欠き部7aの端部を支点として揺
動し、これにともないマグネット2も同様に揺動する。
【0029】このように、本発明のポインティングデバ
イスは、実装基板4上に設けられた複数の磁気センサア
レイ41と、実装基板4上に設けられて、任意の方向に
揺動可能とする空間部7を有する弾性部材3と、この弾
性部材3に設けられたマグネット2とを備え、弾性部材
3の弾性変形によるマグネット2の摺動によって生じる
磁気密度変化を複数の磁気センサアレイ41で検出し、
座標情報又はベクトル情報を入力するように構成されて
いる。
【0030】また、マグネット2は、上述したように水
平方向に揺動自在であるとともに、実装基板4に対して
垂直方向に変位可能であり、実装基板4に対して水平方
向と垂直方向に動けるような自由度を有している。
【0031】また、弾性部材3は屈曲部を有し、この屈
曲部に切り欠き部7aを形成して、マグネット2の揺動
自在を効果的なものにしている。この切り欠き部7aの
形状は、断面凹状切り欠き形状が望ましく、この断面凹
状切り欠き形状の深さは、弾性部材3の厚みよりも小さ
いことが望ましい。さらに、この切り欠き部の形状は、
断面直線カット形状、断面湾曲形状、または2段凹状切
り欠き形状とすることができる。
【0032】また、押圧部材5は、指先で押したときに
マグネット2がぶれたり、へこんで内側に位置がずれた
りしないように、剛体的な性状を有する材料で形成する
のがよい。特に、外部に漏れる磁場の強さを小さくする
ために非磁性体が好ましい。例えば、ポリカーボネート
を切削加工したり、変性ポリフェリレンエーテル、ポリ
スチレンなどの樹脂、プレス加工などで成型したマグネ
シュウム合金、アルミニュウム合金などの金属などで作
製される。
【0033】なお、磁気検出回路としては、図12に示
した従来の回路が適用可能である。また、上述した特公
平7−117876号公報に記載されているような磁気
抵抗素子を用いることも可能である。
【0034】このような構成により、まず、実装基板4
上に取り付けられた磁気センサアレイのマグネット41
bに対向するようにマグネット2を配置するようにポイ
ンティングデバイスを作製すると、マグネット41bと
マグネット2との磁気力により双方が引き付け合って、
初期位置が自動的にアライメントされる。これにより、
実装位置合わせが簡単になる。すなわち、ポインティン
グデバイスのマグネット2を、磁気センサアレイのマグ
ネット41bに近づければ、両者間に引力が働くように
マグネットの向きを配置しているので、この2つのマグ
ネットの距離が最小になる点で安定になり静止する。し
たがって、ポインティングデバイスと磁気センサアレイ
のマグネットの相対的な位置が自動的に定まる。この場
合、ポインティングデバイスと磁気センサアレイのマグ
ネットの対向面の形状とサイズを同じにしておくとよ
い。
【0035】このように作製されたポインティングデバ
イスは、図3(a)に示すように、押圧部材5を矢印a
方向、つまり、右から左方向に向かって押すと、弾性部
材3と実装基板4との結合端部を支点として、左方向に
揺動変位し、逆に、図3(b)に示すように、押圧部材
5を矢印b方向、つまり、左から右方向に向かって押す
と、弾性部材3と実装基板4との結合端部を支点とし
て、右方向に揺動変位する。このようにして、弾性部材
3に設けられたマグネット2は左右に揺動自在となる。
この操作は、人差し指の腹の部分、または親指の腹の部
分によって可能である。この場合、指との密着性を考慮
して、押圧部材5の表面を、粗面、凹状面、凸状面、凸
状四角錐、凹状四角錐のいずれかにすることが望まし
い。また、押圧部材5の形状を、円形、正方形、矩形、
八角形、楕円形、歯車形のいずれかにすることも可能で
ある。
【0036】図4は、本発明におけるポインティングデ
バイスの他の実施例を示す構成図である。図1において
は、マグネット2を弾性部材3に設けた構成について説
明したが、マグネット2は必ずしも弾性部材3に設ける
必要はなく、図4に示すように、弾性部材3aとともに
空間部7を形成する非弾性部材である押圧部材5aに設
けることも可能である。
【0037】また、空間部7内で、実装基板4上にスイ
ッチ6を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機
能を持たせてある。このスイッチ6としては、上述した
ように、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)スイッチなどが適している。
【0038】図5は、本発明におけるポインティングデ
バイスのさらに他の実施例を示す構成図で、図中符号8
はカバー部材で、9はマグネット2を内蔵した操作部材
である。カバー部材8の先端には操作部材9の脱落を防
止するために、リング部8aが設けられていて、操作部
材9の底部に設けられている板状部9aと接触係止でき
るように構成されている。また、基板4とカバー部材8
とは固定ピンで締め付けられている。なお、この実施例
においては、スイッチ6は設けられていない。
【0039】このような構成により、上述したように、
実装基板4上に取り付けられた磁気センサアレイのマグ
ネット1bに対向するようにマグネット2を配置するよ
うにポインティングデバイスを作製すると、マグネット
1bとマグネット2との磁気力により双方が引き付け合
って、初期位置が自動的にアライメントされる。これに
より、実装位置合わせが簡単になる。また、微妙な位置
ズレは操作部材の摺動により自動的に補正される。
【0040】図6は、本発明におけるポインティングデ
バイスのさらに他の実施例を示す構成図で、図中符号1
0aはスイッチ6を設ける空間部の形成されたスペーサ
で、10bはスペーサ10a上に設けられた弾性体であ
る。この弾性体にはスイッチ6を押圧する突起部10c
が設けられている。
【0041】また、弾性体10b上には、図5に示した
ように、操作部材9とカバー部材8とが設けられてい
て、操作部材9の板状部9aはカバー部材のリング部8
aと接触係止するように構成されている。また、基板4
とスペーサ10aと弾性体10bとカバー部材8とは固
定ピンで締め付けられている。
【0042】次に、本発明の試作例について以下に説明
する。図2に示した構成のポインティングデバイスを試
作した。磁気センサアレイとしては、旭化成電子(株)
製のホール素子であるHG−106C(開発品)を4つ
用いた。セラミック回路基板上に、HQ−106C(開
発品)のホール素子のベアチップ(0.4mm×0.4
mm)を2.6mm角の正方形の対角上に配置して、フ
リップチップボンダーで接続した。4つのホール素子の
中央部に、直径2mm、厚さ0.5mmのネオジ系のマ
グネットをセラミック回路基板上に樹脂で接着し、その
うえで、ホール素子とマグネット上にエポキシ樹脂をポ
ッティングしてコーティングした。マグネット2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。
【0043】実装基板4はガラスエポキシ製の厚み0.
6mmのものを用いた。シリコーン樹脂3は厚み0.2
〜0.5mmのものである。設計厚さに応じてゴム硬度
を設定する必要があるが、目安としてこのゴム硬度は3
0〜80程度が望ましい。スイッチ6は、厚さ0.15
mmのタクティールスイッチを用い、実装基板4の表面
から、押圧部材5の上面までの厚さを2mm以内にして
薄型とし、押圧部材の直径を6.4mmとした。
【0044】図7乃至図11は、本発明のポインティン
グデバイスの出力特性と磁気サンサアレイ周辺の磁束密
度を示す図で、図7は、本発明のホール素子アレイから
の出力◇印(実施例)と通常のマグネットを内蔵しない
ホール素子アレイからの出力黒□印(比較例)を示す図
である。図8は、ホール素子の感磁面上にあるX軸上の
位置に対する磁束密度のZ成分(感磁軸方向成分)を示
す図で、図中の黒□印は比較例(通常のポインティング
デバイス)のマグネットによる基準位置における磁束密
度、◇印は実施例(当該磁気センサアレイを使用したポ
インティングデバイス)の場合を示している。
【0045】図9は、図8の比較例に関して、ポインテ
ィングデバイスのマグネットをX軸方向に変位させた場
合について、磁束密度のZ成分の変化を示す図である。
図10は、図8の実施例に関して、図9と同様にポイン
ティングデバイスのマグネットをX軸方向に変位させた
場合について、磁束密度のZ成分の変化を示す図であ
る。図11は図10の拡大図である。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、実
装基板上に複数の磁気センサを所定間隔に配置し、磁気
密度変化を検出して座標情報又はベクトル情報を入力す
るようにしたポインティングデバイス用の磁気センサア
レイにおいて、複数の磁気センサに対する所定位置にマ
グネットを配置したので、ポインティングデバイスの位
置入力に使用するマグネットの初期位置を自動的にアラ
イメントできるような磁気センサアレイ及びこの磁気セ
ンサを用い、肉厚を薄くして、磁力の小さいマグネット
を用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポ
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】本発明の磁気センサアレイの一実施例を示す構
成図で、(a)は断面図、(b)は平面図である。
【図2】本発明におけるポインティングデバイスの一実
施例を示す構成図である。
【図3】本発明におけるポインティングデバイスの操作
性を説明するための図で、(a)は左方向の揺動を示
し、(b)は右方向の揺動を示す図である。
【図4】本発明におけるポインティングデバイスの他の
実施例を示す構成図である。
【図5】本発明におけるポインティングデバイスのさら
に他の実施例を示す構成図である。
【図6】本発明におけるポインティングデバイスのさら
に他の実施例を示す構成図である。
【図7】本発明のホール素子アレイからの出力(実施
例)と通常のマグネットを内蔵しないホール素子アレイ
からの出力(比較例)を示す図である。
【図8】ホール素子の感磁面上にあるX軸上の位置に対
する磁束密度のZ成分(感磁軸方向成分)を示す図であ
る。
【図9】図8の比較例に関して、ポインティングデバイ
スのマグネットをX軸方向に変位させた場合について、
磁束密度のZ成分の変化を示す図である。
【図10】図8の実施例に関して、図9と同様にポイン
ティングデバイスのマグネットをX軸方向に変位させた
場合について、磁束密度のZ成分の変化を示す図であ
る。
【図11】図10の拡大図である。
【図12】従来の磁気検出回路のブロック図である。
【図13】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14】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例を示す図である。
【図15】すでに提案されたポインティングデバイスの
構成図である。
【符号の説明】
1 磁気センサアレイ 1a 磁気センサ 1b,2 マグネット 3,3a 弾性部材であるシリコーン樹脂 4 実装基板 5,5a 押圧部材 6 スイッチ 7 空間部 7a 切り欠き部 8 カバー部材 8a リング部 9 操作部材 9a 板状部 10a スペーサ 10b 弾性体 10c 突起部 11 検出部 12 差動アンプ 13 検出制御部 14 出力制御部 21,31 磁気センサ 32,42 マグネット 33,44 コイルスプリング 40 セラミック回路基板 41 磁気センサアレイ 41a ホール素子のベアチップ 41b マグネット 41c 樹脂 45 マグネットケース 46 コイルスプリングホルダ 47 マグネット操作部 52 マグネット 53 シリコーン樹脂 54 実装基板 55 マグネットケース 56 スイッチ 57 空間部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実装基板上に複数の磁気センサを所定間
    隔に配置し、磁気密度変化を検出して座標情報又はベク
    トル情報を入力するようにしたポインティングデバイス
    用の磁気センサアレイにおいて、前記複数の磁気センサ
    に対する所定位置にマグネットを配置したことを特徴と
    する磁気センサアレイ。
  2. 【請求項2】 前記マグネットを前記磁気センサに対し
    て等間隔位置に配置したことを特徴とする請求項1に記
    載の磁気センサアレイ。
  3. 【請求項3】 前記マグネットの代わりに強磁性体を配
    置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気セ
    ンサアレイ。
  4. 【請求項4】 前記磁気センサを4個等間隔に配置した
    ことを特徴とする請求項1,2又は3に記載の磁気セン
    サアレイ。
  5. 【請求項5】 前記マグネットを前記磁気センサの中心
    位置に配置したことを特徴とする請求項4に記載の磁気
    センサアレイ。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5いずれかに記載の磁気セ
    ンサアレイを用いたことを特徴とするポインティングデ
    バイス。
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