JP2004020222A

JP2004020222A - Information input system and electronic device using it

Info

Publication number: JP2004020222A
Application number: JP2002171632A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Takashima; 高島　宏一郎; Yasuhiro Kataoka; 片岡　安弘; Takashi Kayama; 香山　俊; Hiroshi Azuma; 東　寛; Yoshikatsu Tabe; 田部　能活; Tsuyoshi Uchida; 内田　強士
Original assignee: Omron Corp; Sony Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp; Sony Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the constitution of a rotor of an information input system which magnetically detects the amount of rotation of the rotor and the direction of its rotation in noncontact manner and reduce the thickness of the information input system. <P>SOLUTION: The information input system is provided with a magnetic rotor 6 capable of rotating normally and reversely and a Hall element 3 arranged inside or outside the rotor 6. The rotor 6 comprises a main part 7 having one main surface part magnetized to an N pole and the other main surface part magnetized to an S pole and an auxiliary part 8 formed on at least one of the main surface parts and provided with a plurality of magnetic pole teeth 9 protruding to the inside or outside of the main part 7 and disposed at a specified pitch P. The Hall element 3 is disposed at a position where an intensity of a magnetic field received from the rotor 6 can be detected every time when the teeth 9 passes a vicinity along with the rotation of the rotor 6. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報入力装置、特に、回転体の操作により入力することができる情報入力装置と、それを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
本願出願人会社等は回転体の操作により入力することができる情報入力装置について、例えば特願２００２−１３００１４等により種々の技術的提案を行ったが、その提案した技術の一つとして回転体の回転量、更には回転方向をマグネットとホール素子を用いて検出する技術がある。図８（Ａ）〜（Ｅ）はその技術の要部を成すホール素子を内蔵するホールＩＣについて説明をするためのもので、（Ａ）はホールＩＣのマグネットに対する位置関係を示す斜視図、（Ｂ）は回路図、（Ｃ）はホールＩＣをよぎるマグネットによる磁界の磁束密度の変化を示す波形図、（Ｄ）はホール素子の出力波形を示す波形図、（Ｅ）はホール素子の出力を増幅する増幅回路の出力波形を示す波形図（上側）と、増幅回路のアナログ出力を波形整形してディジタル波形にするシュミットトリガ回路の出力波形を示す波形図（下側）である。
【０００３】
ＭＡＧは図示しない回転体（操作ダイヤル）の下面にリング状に形成されたドーナツ状マグネットで、Ｓ極とそれに隣接するＮ極とで成す組を一定の角度ピッチで配置してなる。
ｈはホールＩＣで、ドーナツ状マグネットＭＡＧの例えば下側に配置されており、該マグネットＭＡＧの回転により、自身（ホールＩＣｈ自身）をよぎる該マグネットＭＡＧによる磁界の強度（磁束密度）を検出する。
【０００４】
ホールＩＣｈの内部回路は図８（Ｂ）に示すような構成を有しており、ＲＥＧは電源電圧Ｖｃｃを受けて安定した所定の電源電圧を出力するレギュレータ、ＨＤはホール素子で、自身が存在する位置での磁界の磁束密度に対応した出力電圧を発生する。図８（Ｃ）は磁束密度の変化を示し、図８（Ｄ）はその出力電圧の変化を示す。
Ａｍｐはホール素子ＨＤの出力を増幅する増幅回路、ＳＴは増幅回路Ａｍｐの出力を２値化するためのシュミットトリガ回路で、波形整形してＢｏｐレベルとＢｒｐレベルとの間で変化する、ディジタル的なきれいな矩形波を得ることができる。
【０００５】
図８（Ｅ）の上部はシュミットトリガ回路ＳＴの入力波形を、下部は出力波形をそれぞれ示す。Ｑはシュミットトリガ回路ＳＴの出力を増幅するトランジスタである。
このような情報入力装置においては、ドーナツ状マグネットＭＡＧがＳ極とＮ極の組の配置ピッチ回転する毎にホールＩＣｈから１周期の出力パルス［図８（Ｅ）の電圧のディジタル波形参照］が発生するので、その出力パルスをカウントすることにより回転量を算出することができる。
【０００６】
また、ホールＩＣｈをもう１個設け、二つのホールＩＣｈに上記Ｓ極とＮ極の組の配置ピッチの整数倍から稍ずれた角度の間隔を設け、その二つのホールＩＣｈ、ｈの出力パルスの位相関係を検出することにより回転方向を検出することもできる。
【０００７】
このような情報入力装置によれば、回転体の回転量や回転方向を非接触で検出することができるので、回転体側に回転検出用電極を設け、該回転体を保持する固定体（ベース）側にその回転検出用電極と接するブラシを設けてそのブラシと回転検出用電極との接触の有無を電気的に検出して回転検出をする接触型のものと比較して構造が簡単で、故障が少なく、動作の安定性を高くすることができるというような利点があるといえる。
【０００８】
図９（Ａ）、（Ｂ）はマグネットＭＡＧとホールＩＣｈを用いた情報入力装置の構造の概略を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図である。同図において、ａはベース、ｈはホールＩＣ、ｂはキートップ（回転体）、ＭＡＧは該キートップｂの裏面に固定されたドーナツ状（リング状）のマグネットであり、上記ホールＩＣｈは図９（Ａ）に示すように、該マグネットＭＡＧの真下に位置せしめられていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した背景技術には、第１に、マグネットＭＡＧとして、Ｓ極とそれに隣接するＮ極とで成す組を一定の角度ピッチで配置したもの、即ち、所定のピッチで，Ｓ極と、Ｎ極と交互に着磁したものを用いなければならず、このような着磁は面倒であるという問題があった。
第２に、上述した技術を具体化する場合、図９に示すように、ベースａに取り付けられたホールＩＣと、回転体ｂに取り付けられたマグネットＭＡＧとが上下に位置し合う形態になり、情報入力装置を厚くする要因になるという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、回転体の回転量、更には回転方向を磁気的に非接触で検出する情報入力装置の回転体の構成を簡単にし、更には、情報入力装置の厚さをより薄くすることができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の情報入力装置は、正逆回転可能な磁性回転体と、該磁性回転体の内又は外側に配置されたホール素子を備え、該磁性回転体は、一方の主表面部がＮ極に、他方の主表面部がＳ極に着磁された主部と、該主部の少なくともいずれかの主表面部に形成され、該主部からその内側又は外側に突出して一定の配置ピッチで形成された複数の磁極歯を有した磁性のある副部とからなり、上記ホール素子が、上記磁性回転体の回転に伴って磁極歯が近傍を通過する毎にその磁性回転体から受ける磁界のの強度変化を検出するように配置されてなることを特徴とする。
【００１２】
従って、請求項１の情報入力装置によれば、磁性回転体が、内側又は外側に突出し一定の配置ピッチの複数の磁極歯を有した磁性のある副部を有するので、該磁性回転体が回転するとホール素子は近傍を磁極歯が通ることによる磁界強度変化を検出するので、ホール素子の出力から磁性回転体の回転量を検出することが可能となる。
そして、それには、磁性回転体を回転方向に沿って一定ピッチでＮ極とＳ極と交互に着磁することは必要ではなく、単に、磁性回転体の主部を一方の表面部がＳ極に、他方の表面部がＮ極になるように着磁し、少なくとも一方の表面部に未着磁磁性体からなる副部を固定して、それによりその副部を着磁させれば磁性回転体を得ることができる。
従って、情報入力装置の構成を簡単にすることができ、製造が容易で、低価格化することが可能となる。
【００１３】
請求項２の情報入力装置は、請求項１記載の情報入力装置において、上記磁性回転体の主部と副部とが別体の部材により形成されてなることを特徴とする。
従って、請求項２の情報入力装置によれば、磁性回転体の主部と副部とが別体の部材なので、主部は回転量の検出精度に関する仕様の違いに無関係に大量に製造し、副部として検出精度の仕様に応じたピッチの磁極歯を有するものを仕様毎に提供することにより仕様に対応した磁性回転体を提供することが可能になる。従って、検出精度の仕様に対応した多種類の磁性回転体を比較的低価格で提供することができる。
【００１４】
請求項３の情報入力装置は、請求項１又は２記載の情報入力装置において、複数のホール素子を、互いに上記磁極歯の配置ピッチの整数倍からずれるように離間して配置し、該複数のホール素子の出力波形の位相関係から上記磁性回転体の回転方向を検出するようにしてなることを特徴とする。
従って、請求項３の情報入力装置によれば、複数あるホール素子のいずれか一つの出力により磁性回転体の回転量を検出することができると共に、複数のホール素子の出力の位相関係により回転方向を検出することができる。即ち、複数のホール素子を、互いに上記磁極歯の配置ピッチの整数倍からずれるように離間して配置すると、その磁性回転体を回転したとき複数のホール素子の出力には位相のずれが生じる。そして、位相のずれ方（一方のホール素子の出力波形が他方のホール素子の出力波形よりも位相が進むという位相のずれ方と、その逆の位相のずれ方がある。）は磁性回転体の回転方向により異なる。従って、その位相のずれ方を検出することにより磁性回転体の回転方向方向を検出することができるのである。
【００１５】
請求項４の情報入力装置は、請求項１又は２記載の情報入力装置において、ホール素子の数が１個であり、上記磁性回転体の回転により生じる上記ホール素子の出力波形が鋸歯状であり、該出力波形の上昇部分の傾斜と下降部分の傾斜とが異なり、上記ホール素子の出力が基準電圧をよぎる時点からマックス（正のピーク値）又はミニマム（負のピーク値）になる時点に至る時間と、マックス（正のピーク値）又はミニマム（負のピーク値）になる時点から基準電圧をよぎる時点に至る時間との比較をし、その比較結果から上記回転体の回転方向を検出するようにしてなることを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項４の情報入力装置によれば、同じ回転方向におけるホール素子の鋸歯状の出力波形の基準値からピーク値に至る部分と、該ピーク値から基準値に至る部分の傾斜が異なることから、基準値からピーク値に変化するに要する時間とピーク値から基準値に変化するに要する時間の大小関係が異なる。従って、その大小関係から磁性回転体の回転方向を検出することができる。
依って、ホール素子が１個であっても回転量のみならず回転方向をも検出することができ、延いては、情報入力装置の構成部品数を少なくし、構造をより簡単にし、情報入力装置の低価格化を図ることができる。
【００１７】
請求項５の情報入力装置は、請求項１、２、３又は４記載の情報入力装置において、上記磁性回転体の内側又は外側の、上記副部の磁極歯と磁気的に作用し合う位置に、その磁極歯と同じか又は逆の極性のクリック感発生用磁石を配置してなることを特徴とする。
従って、請求項５の情報入力装置によれば、上記副部の磁極歯とクリック感発生用磁石とが磁気的に作用し合えるので、その間の反発力又は吸引力により上記磁極歯の配置ピッチ分移動する毎にクリック感が生じ、その磁極歯の配置ピッチを単位として磁性回転体を回転させることができる。
【００１８】
請求項６の電子機器は、請求項１〜５記載の情報入力装置のいずれか一つが、上記磁性回転体の上記上面全体が少なくとも外部から操作可能なるよう露出せしめられて取り付けられてなることを特徴とする。尚、この露出には磁性回転体が直接露出する場合と、磁性回転体がそれに取り付けたキートップ等、磁性回転体と一体的に設けられた部材を介して間接的に露出する場合が含まれるものとする。
従って、請求項６の電子機器によれば、請求項１〜５記載の情報入力装置のうちの用いる一つの情報入力装置の持つ上記利点を電子機器に活かすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、基本的には、正逆回転可能な磁性回転体と、該磁性回転体の内又は外側に配置されたホール素子とを備え、上記磁性回転体は、一方の主表面部がＮ極に、他方の主表面部がＳ極に着磁された主部と、該主部の少なくともいずれかの主表面部に形成され、該主部の内側又は外側に突出し一定の配置ピッチの複数の磁極歯を有した磁性のある副部とからなり、上記ホール素子が、上記磁性回転体の回転に伴って磁極歯が近傍を通過する毎にその磁性回転体から受ける磁界のの強度変化を検出するように配置されてなるものであり、上記磁性回転体の主部と副部とは同じ部材により一体に形成しても良いが、別体の部材により組み合わせて形成するようにしても良い。
そして、別体の部材により形成すると、主部は回転量の検出精度に関する仕様の違いに無関係に大量に製造し、副部として検出精度の仕様に応じたピッチの磁極歯を有するものを仕様毎に提供することが可能になり、検出精度の仕様に対応した他種類の磁性回転体を比較的低価格に提供することができるという利点がある。
【００２０】
磁性回転体の主部は円盤状であっても良いが、ドーナツ状（リング状）であっても良い。因みに、円盤状の場合には、その内側に磁極歯が突出する副部を設けるという実施の態様はあり得ないということになる。
しかし、ドーナツ状（リング状）の主部を用いる場合には、その内側に磁極歯が突出する副部を設けるという実施の形態と、外側に磁極歯が突出する副部を設けるという実施の形態とがあり得る。その場合、どちらの形態を採っても良い。
【００２１】
上記ホール素子の数を複数にすると、その複数のホール素子の出力信号（パルス）の位相関係から回転方向をも検出することができるようにすることが可能である。その場合、該複数のホール素子の位置を、互いに上記磁極歯の配置ピッチの整数倍からずれるように離間して設定するようにすることが必要である。さもないと、複数のホール素子の出力信号に位相差が生ぜず、位相関係の違いから回転方向を検出するという技術を駆使することができないからである。
尚、ホール素子の数が１個でも、回転方向を検出できるようにすることができ得る。その場合、上記回転体の回転により生じるホール素子の出力波形が鋸歯状であり、該出力波形の上昇部分の傾斜と下降部分の傾斜とが異なるものをホール素子として用いることが必要である。
【００２２】
というのは、そのようなホール素子を用いると、ホール素子の出力が基準電圧をよぎる時点からマックス（正のピーク値）又はミニマム（負のピーク値）になる時点に至る時間と、マックス（正のピーク値）又はミニマム（負のピーク値）になる時点から基準電圧をよぎる時点に至る時間との比較をし、その比較結果から上記回転体の回転方向を検出することが可能となるからである。
尚、本発明の情報入力装置は、携帯電話機等の移動体通信端末装置等の他、例えば携帯情報端末等にも用いることができる等、各種電子機器に適用することができる。この場合、磁性回転体を直接電子機器の筐体外部に露出させるようにしても良いが、デザイン、操作性等から磁性回転体をキートップ等の部材に取り付ける構造にし、その部材を電子機器の筐体外部に露出させるようにした方が好ましいと言える。
【００２３】
尚、磁性回転体の内側又は外側の、上記副部の磁極歯と磁気的に作用し合う位置に、その磁極歯と同じか又は逆の極性のクリック感発生用磁石を配置し、該副部の磁極歯とクリック感発生用磁石との間の反発力又は吸引力により上記磁極歯の配置ピッチ分移動する毎にクリック感が生じるようにするし、その磁極歯の配置ピッチを単位を磁性回転体を回転させることができるようにしても良い。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明情報入力装置の第１の実施例の概略構成を示すものであり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図、（Ｃ）は一部を示す斜視図である。図２（Ａ）〜（Ｄ）は本情報入力装置の動作原理を説明するためのもので、（Ａ）はホールＩＣが検知する磁束密度Φが大きくなるときの状態を、（Ｂ）は　ホールＩＣが検知する磁束密度Φが小さくなるときの状態をそれぞれ示す斜視図であり、（Ｃ）はホールＩＣが検知した磁束密度Φの変化例を示す波形図、（Ｄ）はホールＩＣの出力波形を示し、左のものは波形整形前のもの、右のものは波形整形後のものを示す。
【００２５】
図において、１はベースで、円板状を成し、その上面の周縁より稍内側に円形状の堤状部２が一体に突出形成されている。３は該ベース１の上面の堤状部２より内側の部分に配設されたホールＩＣで、磁界の強度を検出する機能を有すること前述の通りである。４はキートップで、円板状を成し、その周縁に下側に突出するスカート状部５を有し、該スカート状部５に上記堤状部２が例えば内嵌状に遊嵌されており、キートップ４をベース１に対して回転が可能なるようになっている。
【００２６】
６は磁性回転体で、上記キートップ４の裏面に固定されている。該磁性回転体６は、強磁性体からなるドーナツ状の主部７と、その上面に固定された磁性を有する副部８により構成されている。副部８は、ドーナツ状を成し、主部７からその内側に食み出す磁極歯９、９、・・・が一定の角度ピッチＰで設けられた形状を有する。
上記磁性回転体６の主部７は、上側主表面部が例えばＮ極に、下側主表面部がＳ極に着磁されており、図８（Ａ）に示すような従来のマグネットＭＡＧのように回転方向に沿ってＮ極、Ｓ極と交互に逆の極性に着磁することは一切行われていない。
【００２７】
そして、副部８は未着磁の比較的ヒステリシス特性の低い磁性体が例えばねじ止め、接着により主部７の上面に固定され、その固定により主部７の上面部の磁極（本例においてはＮ極）に着磁されるに至ったものであり、この副部８により図１（Ａ）、（Ｃ）に示すような磁力線１０が生じる。そして、上記ホールＩＣ３はその磁力線１０がよぎるようなところに位置するように位置設定されている。
従って、磁性回転体６はその回転により、図２（Ａ）に示すように、或る一つの磁極歯９がホールＩＣ３の上方に位置した状態になったり、図２（Ｂ）に示すように、磁極歯９の無い部分がホールＩＣ３の上方に位置した（ホールＩＣ３の上方に磁極歯９が位置しない）状態になったりする。そして、図２（Ａ）に示す状態のときはホールＩＣ３によって検知される磁束密度Φは大きく、図２（Ｂ）に示す状態のときはホールＩＣ３によって検知される磁束密度Φは小さい。
【００２８】
依って、磁性回転体６が回転したときのホールＩＣ３が検知する磁束密度の変化は図２（Ｃ）に示すようにな波形になり、その波形の１周期が磁性回転体６の磁極歯９の配置ピッチＰと対応する。即ち、磁極歯９の１配置ピッチＰ分磁性回転体６が回転する毎に磁束密度の変化を示す波形が１周期発生する。従って、その磁束密度を図２（Ｄ）に示すように電流或いは電圧に変換し、更に波形整形し、それをカウントすることにより回転量の検出をすることができる。
尚、磁極歯９、９、・・・の配置ピッチＰを小さくする程回転量の検出精度が高くなり、仕様により磁極歯９、９、・・・の配置ピッチＰの異なる磁性回転体６を用意する必要があるが、それは主部を共通に使用し、それに付随する副部として仕様に応じた配置ピッチＰの磁極歯を有するものを組み付けることにより為し得る。
【００２９】
図３（Ａ）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は本発明情報入力装置の第２の実施例の要部を説明するためのもので、（Ａ）はホール素子を内蔵した複数（２個）のホールＩＣの配置位置を説明する平面図、（Ｂ−１）は或る回転方向（正方向）におけるその複数のホール素子の出力波形を、（Ｂ−２）はその回転方向とは逆の回転方向（逆方向）におけるその複数のホール素子の出力波形を示す。
本実施例は、ホール素子３の数を１個増やすことにより回転量のみならず、回転方向をも検出できるようにしたものである。
【００３０】
二つのホールＩＣ３ａ、３ｂは、互いに、上記磁性回転体６の副部８の磁極歯９の配置ピッチＰの整数倍から適宜ずれた角度離間して設けられている。磁極歯９の配置ピッチＰの整数倍ずれたところに配置すると、二つのホールＩＣ３ａ、３ｂの出力の位相に差が生ぜず、回転方向の検出が不可能であるから、そのように配置ピッチＰの整数倍から適宜ずれた角度離間して二つのホールＩＣ３ａ、３ｂを設けるのである。
【００３１】
図３（Ａ）及び（Ｂ−１）、（Ｂ−２）を参照して原理を説明する。図３では図示しないキートップ４（図１参照）を回転させると、二つのホール素子３ａ、３ｂからはそのキートップ４が上記副部８の磁極歯９の配置ピッチＰ分回転する毎に１周期（：λ）分の出力が発生する。
しかし、ホール素子３ａと３ｂの磁性回転体６の副部８の磁極歯９、９、・・・に対する位置関係が上述したように異なるので、図３（Ｂ−１）、（Ｂ−２）に示すように、二つのホール素子３ａ、３ｂの出力の位相は異なり、そして、回転方向の違いにより、その位相の異なり方が相違する。
【００３２】
例えば、一方向にキートップ４を回転させた場合には、例えば図３（Ｂ−１）に示すようにホール素子３ａの出力の方がホール素子３ｂよりも位相が進んでいたとすると、キートップ４を上記方向と逆方向に回転させた場合には、図３（Ｂ−２）に示すようにホール素子３ｂの出力の方がホール素子３ａよりも位相が進み、回転方向の違いにより位相関係が異なるのである。従って、その位相関係を検出することにより、即ち、ホール素子３ａと３ｂの出力のどちらの位相が早いか（或いは遅いか）を検出することにより回転方向を検出することができるのである。
【００３３】
図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明多機能スイッチの第３の実施例の要部を説明するためのもので、（Ａ）はホール素子の出力波形図、（Ｂ）は回転方向検出動作を示すフローチャートである。本実施例は、ホール素子の数を１個に減らしても回転量と回転方向の両方を検出することができるようにしたものであり、本実施例の第２の実施例との違いは、その点にのみ存在し、その外には違いはない。
【００３４】
本実施例は、ホール素子として、出力波形が厳密には正弦波形ではなく、０レベルからピーク（例えば正のピーク）に上昇する部分とピークから０レベルに下降する部分とで傾斜が異なるいびつな波形をしているものを用いる。
そして、ホール素子の出力が０レベルからピークに達するのに要する時間と、そのピークから０レベルに達するのに要する時間とを比較することにより回転方向を検出する。
【００３５】
即ち、従来例の説明のための図８においてはマグネットＭＡＧが回転するときのホール素子ＨＤの出力が（Ｄ）に示すように正弦波であるかのように示したが、正弦波にならないものがあり、図４に示す本実施例においてはそのようなホール素子ＨＤを用いる。そして、その出力は増幅するが、シュミットトリガ回路を用いて２値化することは回転方向の検出のためには行わない。但し、回転量を検出する回路においては２値化することは行っても良い。
【００３６】
本実施例においては、上述したようにホール素子として１個だけ用意し、マグネットによる磁界を受けるところに配置する。そして、そのマグネットが回転すると、そのホール素子の出力はある回転方向の場合には図４（Ａ−１）に示すようになり、それとは逆方向の場合には図４（Ａ−２）に示すようになる。
そして、図４（Ｂ）に示すフローの動作により回転方向を検出する。
【００３７】
（１）「Ｖｏを越えた？」
先ず、ホール素子の出力が基準電圧Ｖｏ（例えば０Ｖ）を越えたか否かを検出する。即ち、ホール素子の出力が上記基準電圧Ｖｏより低い電圧から上昇して所謂ゼロクロスしたか否かを判定する。その判定結果がＮｏ（：Ｎ）の場合には、Ｙｅｓ（：Ｙ）という判定結果が得られるまでその判定を繰り返す。
（２）「時間をｔ１にする。」
上記ステップ（１）の判定結果がＹになったとき、即ち、ゼロクロスしたとき、そのときの時間を以てｔ１とする。
【００３８】
（３）「ＭＡＸになった？」
次に、ＭＡＸ（正のピーク）になったか否かを判定する。判定結果がＮの場合にはＹという判定結果が得られるまでその判定を繰り返す。
（４）「時間をｔ２にする」
上記ステップ（３）の判定結果がＹになったとき、即ちホール素子の出力がＭＡＸ（正のピーク）になった時、そのときの時間を以てｔ２とする。
【００３９】
（５）「Ｖｏよりも下がった？」
次に、ホール素子の出力が基準電圧Ｖｏより下がったか否か、即ちゼロクロスしたか否かを判定する。判定結果がＮの場合にはＹという判定結果が得られるまでその判定を繰り返す。
（６）「時間をｔ３にする」
上記ステップ（５）の判定結果がＹになったとき、即ち、ゼロクロスしたとき、そのときの時間を以てｔ３とする設定を行う。
【００４０】
（７）「ｔ２−ｔ１＞ｔ３−ｔ２？」
次に、ｔ２−ｔ１、即ち、ホール素子の出力が基準電圧Ｖｏ（０Ｖ）からＭＡＸ（正のピーク）に達するまでに要した時間と、ｔ３−ｔ２、即ち、そのＭＡＸから基準電圧Ｖｏに低下するまでに要した時間とを比較する。
（８）「正方向と出力する」
上記ステップ（７）の判定結果がＹの場合、回転方向は正方向［図４（Ａ−１）に示すケース］であると出力する。
【００４１】
（９）「逆方向と出力する」
上記ステップ（７）の判定結果がＮの場合、回転方向は逆方向［図４（Ａ−２）に示すケース］であると出力する。
ステップ（８）或いは（９）が終わると回転方向検出ステップが終了する。
【００４２】
このような第３の実施例によれば、ホール素子の数が１個で済むから、多機能スイッチの製造価格をより低くすることができる。
【００４３】
図５（Ａ）、（Ｂ）は本発明情報入力装置の第４の実施例を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は副部の磁極歯とホールＩＣとクリック感発生用磁石との平面的位置関係を示す断面図である。本実施例はクリック感発生用磁石を設け、クリック感が発生するようにしたものである。
１１はベース１に設けたクリック感発生用磁石で、その上部は副部の磁極歯９の磁極（Ｎ極）と例えば異なる磁極（Ｓ極）に着磁されており、その磁極歯９、９、・・・・と磁気的に作用（この場合、吸引力が作用）し得る位置に位置設定されている。
【００４４】
従って、本実施例によれば、磁性回転体６を回転させた場合、クリック感発生用磁石１１に一つの磁極歯９が近づくと、吸引力が作用し、その磁極歯９がその磁石１１と対応するところに位置したときその吸引力は最大になる。従って、尚も磁性回転体６を回転させようとするとその吸引力に抗した力が必要となり、そのことがクリック感を生ぜしめ、延いては、磁性回転体６を磁極歯９の配置ピッチＰ単位で回転させることを可能にする。
尚、クリック感発生用磁石１１として、磁極歯９と吸引力が作用する磁極（異なる磁極のもの）のものが選ばれているが、必ずしもそのようにすることは不可欠ではなく、反発力が作用する磁極（同じ磁極のもの）ものを用いるようにしても良い。
【００４５】
図６（Ａ）、（Ｂ）は磁性回転体６の各別の変形例を示すもので、平面図である図６（Ａ）に示す変形例６ａは副部８の磁極歯９、９、・・・を外側を向くように形成したものである。その場合、ホールＩＣ３はドーナツ状磁性回転体６ａの外側に設けることになる。また、クリック感発生用磁石１１を設ける場合には当然にこれも外側に設けることになる。
【００４６】
尚、断面図である図６（Ｂ）に示す変形例６ｂは、主部７の両主表面に副部８を設け、側方から視て磁極歯９ｎ・９ｓ間にホールＩＣ３が位置するように治具１２で該ホールＩＣ３を支持し、ホールＩＣ３に磁力線が垂直に生じて、感度が良好になるようにしたものである。
このように、本発明は種々の態様で実施することができる。
【００４７】
図７（Ａ）、（Ｂ）は本発明情報入力装置を備えた電子機器である携帯電話機の一例を示すもので、（Ａ）は携帯電話機の回路構成の概要を示す回路ブロック図、（Ｂ）は正面形状を示す正面図である。図面において、１０１はアンテナ、１０２は送受信回路、１０３は送話部、１０４は受話部、１０５はＣＰＵ、１０６は該ＣＰＵ１０５が実行するプログラム等を記憶するＲＯＭ、１０７はＣＰＵ１０５がプログラムを実行する上で必要な一時的な記憶などをするＲＡＭ、１０８は表示装置駆動回路、１０９は該回路１０８により駆動されて表示をする表示装置で、一般に液晶表示パネルからなる。１１０は操作キー、４は本発明情報入力装置のキートップで、該操作キー１１０と本発明情報入力装置により操作部１１２が構成されている。
【００４８】
尚、図７（Ｂ）に示すように、上記アンテナ１０１は携帯電話機本体１１３の上部右端部から上側に伸縮可能に突出せしめられており、受話部１０４は装置本体１１３の上端部略中央に配置され、表示装置１０９がその受話部１０４の下側に位置せしめられ、その下に操作部１１２が配置され、装置本体１１３の下端部に送話部１０３が配置されている。そして、上記操作部１１２は、上部に上記多機能スイッチ１１１が配置され、その下にテンキー等の多数の操作キー１１０が配置された構成になっている。
【００４９】
このように、本発明情報入力装置は、小型、薄型であることが要求される携帯電話機に最適であるが、本発明情報入力装置の適用範囲はそれに限定されるものではなく、例えば携帯用情報端末等各種電子機器に及ぶ。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の情報入力装置によれば、磁性回転体が、内側又は外側に突出し一定の配置ピッチの複数の磁極歯を有した磁性のある副部を有するので、該磁性回転体が回転するとホール素子は近傍を磁極歯が通ることによる磁界強度変化検出するので、ホール素子の出力から磁性回転体の回転量を検出することが可能である。
そして、それには、磁性回転体を回転方向に沿って一定ピッチでＮ極とＳ極と交互に着磁することは必要ではなく、単に、磁性回転体の主部を一方の表面部がＳ極に、他方の表面部がＮ極になるように着磁し、少なくとも一方の表面部に未着磁磁性体からなる副部を固定して、それによりその副部を着磁させれば磁性回転体を得ることができる。
従って、情報入力装置の構成を簡単にすることができ、製造が容易で、低価格化することが可能となる。
【００５１】
請求項２の情報入力装置によれば、上記磁性回転体の主部と副部とを別体の部材により形成してなるので、主部は回転量の検出精度に関する仕様の違いに無関係に大量に製造し、副部として検出精度の仕様に応じたピッチの磁極歯を有するものを仕様毎に提供することが可能になり、検出精度の仕様に対応した他種類の磁性回転体を比較的低価格に提供することができる。
【００５２】
請求項３の情報入力装置によれば、複数あるホール素子のいずれか一つの出力により回転体の回転量を検出することができると共に、複数のホール素子の出力の位相関係により回転方向を検出することができる。
【００５３】
請求項４の情報入力装置によれば、同じ回転方向におけるホール素子の鋸歯状の出力波形の基準値からピーク値に至る部分と、該ピーク値から基準値に至る部分の傾斜が異なることから、基準値からピーク値に変化するに要する時間とピーク値から基準値に変化するに要する時間の大小関係が異なる。従って、その大小関係から回転体の回転方向を検出することができる。
依って、ホール素子が１個であっても回転量のみならず回転方向をも検出することができ、延いては、情報入力装置の構成部品数を少なくし、構造をより簡単にし、情報入力装置の低価格化を図ることができる。
【００５４】
請求項５の情報入力装置によれば、上記副部の磁極歯とクリック感発生用磁石とが磁気的に作用し合えるので、その間の反発力又は吸引力により上記磁極歯の配置ピッチ分移動する毎にクリック感が生じ、その磁極歯の配置ピッチを単位を磁性回転体を回転させることができる。
【００５５】
請求項６の電子機器によれば、請求項１〜５記載の情報入力装置のうちの用いる一つの情報入力装置の持つ上記利点を電子機器に活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明情報入力装置の第１の実施例の概略構成を示すものであり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図、（Ｃ）は一部を示す斜視図である。
【図２】
（Ａ）〜（Ｄ）は本情報入力装置の動作原理を説明するためのもので、（Ａ）はホールＩＣが検知する磁束密度が大きいときの状態を、（Ｂ）は　ホールＩＣが検知する磁束密度が小さいときの状態をそれぞれ示す斜視図であり、（Ｃ）はホールＩＣが検知した磁束密度の変化例を示す波形図、（Ｄ）はホールＩＣの出力波形を示し、左のものは波形整形前のもの、右のものは波形整形後のものを示す。
【図３】（Ａ）、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は本発明情報入力装置の第２の実施例の要部を説明するためのもので、（Ａ）はホール素子を内蔵した複数（２個）のホールＩＣの配置位置を説明する平面図、（Ｂ−１）は或る回転方向（正方向）におけるその複数のホール素子の出力波形を、（Ｂ−２）はその回転方向とは逆の回転方向（逆方向）におけるその複数のホール素子の出力波形を示す。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は本発明多機能スイッチの第３の実施例の要部を説明するためのもので、（Ａ）はホール素子の出力波形図、（Ｂ）は回転方向検出動作を示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は本発明情報入力装置の第４の実施例を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は副部の磁極歯とホールＩＣとクリック感発生用磁石との平面的位置関係を示す断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は磁性回転体の各別の変形例を示すもので、（Ａ）は一つの変形例を示す平面図、（Ｂ）は別の変形例を示す断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は本発明情報入力装置を備えた電子機器である携帯電話機の一例を示すもので、（Ａ）は携帯電話機の回路構成の概要を示す回路ブロック図、（Ｂ）は正面形状を示す正面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は背景技術の理解のためにホール素子を内蔵するホールＩＣについて説明をするためのもので、（Ａ）はホールＩＣのマグネットに対する位置関係を示す斜視図、（Ｂ）は回路図、（Ｃ）はホールＩＣをよぎるマグネットによる磁界の磁束密度の変化を示す波形図、（Ｄ）はホール素子の出力波形を示す波形図、（Ｅ）はホール素子の出力を増幅する増幅回路の出力波形を示す波形図（上側）と、増幅回路のアナログ出力を波形整形してディジタル波形にするシュミットトリガ回路の出力波形を示す波形図（下側）である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）は背景技術の理解のためにマグネットＭＡＧとホールＩＣｈを用いた情報入力装置の構造についての概略を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【符号の説明】
１・・・ベース、３・・・ホール素子（ホールＩＣ）、４・・・キートップ、
６・・・磁性回転体、７・・・磁性回転体の主部、８・・・副部、
９、９ｎ、９ｓ・・・磁極歯、１０・・・磁力線、
１１・・・クリック感発生用磁石、Ｐ・・・磁極歯の配置ピッチ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an information input device, particularly to an information input device that can be input by operating a rotating body, and an electronic device using the same.
[0002]
[Background Art]
The applicant company of the present application has made various technical proposals, for example, in Japanese Patent Application No. 2002-130014, etc. on an information input device which can be inputted by operating the rotating body. There is a technique for detecting a rotation amount and further a rotation direction using a magnet and a Hall element. FIGS. 8A to 8E are views for explaining a Hall IC incorporating a Hall element, which is a main part of the technology, and FIG. 8A is a perspective view showing a positional relationship of the Hall IC with respect to a magnet. (B) is a circuit diagram, (C) is a waveform diagram showing a change in magnetic flux density of a magnetic field by a magnet crossing a Hall IC, (D) is a waveform diagram showing an output waveform of a Hall element, and (E) is an output of a Hall element. A waveform diagram (upper side) showing an output waveform of an amplifier circuit for amplifying, and a waveform diagram (lower side) showing an output waveform of a Schmitt trigger circuit for shaping an analog output of the amplifier circuit into a digital waveform.
[0003]
MAG is a donut-shaped magnet formed in a ring shape on the lower surface of a rotating body (operation dial) (not shown), and a set formed by an S pole and an N pole adjacent thereto is arranged at a constant angular pitch.
h denotes a Hall IC, which is arranged, for example, below the donut-shaped magnet MAG, and detects the strength (magnetic flux density) of the magnetic field by the magnet MAG crossing itself (the Hall ICh itself) by rotation of the magnet MAG.
[0004]
The internal circuit of the Hall ICh has a configuration as shown in FIG. 8 (B), REG is a regulator for receiving a power supply voltage Vcc and outputting a stable predetermined power supply voltage, HD is a Hall element, and itself is a Hall element. An output voltage corresponding to the magnetic flux density of the magnetic field at the position where the magnetic field is generated. FIG. 8C shows a change in the magnetic flux density, and FIG. 8D shows a change in the output voltage.
Amp is an amplifying circuit for amplifying the output of the Hall element HD, ST is a Schmitt trigger circuit for binarizing the output of the amplifying circuit Amp, and the waveform is shaped and changed between the Bop level and the Brp level. A beautiful square wave can be obtained.
[0005]
The upper part of FIG. 8E shows the input waveform of the Schmitt trigger circuit ST, and the lower part shows the output waveform. Q is a transistor that amplifies the output of the Schmitt trigger circuit ST.
In such an information input device, each time the donut-shaped magnet MAG rotates the arrangement pitch of the set of the S pole and the N pole, one cycle of the output pulse [see the digital waveform of the voltage in FIG. Since this occurs, the amount of rotation can be calculated by counting the output pulses.
[0006]
Further, another Hall ICh is provided, and two Hall IChs are provided with an interval at an angle slightly deviated from an integral multiple of the arrangement pitch of the pair of S poles and N poles, and the output pulses of the two Halls ICh, h are output. The rotation direction can be detected by detecting the phase relationship.
[0007]
According to such an information input device, the rotation amount and the rotation direction of the rotating body can be detected in a non-contact manner. Therefore, a rotation detecting electrode is provided on the rotating body side, and a fixed body (base) holding the rotating body is provided. A brush is provided in contact with the rotation detection electrode on the side, and the structure is simpler than that of a contact type that detects rotation by detecting the presence or absence of contact between the brush and the rotation detection electrode, and has a failure. It can be said that there is an advantage that the operation stability can be increased.
[0008]
9A and 9B schematically show the structure of an information input device using a magnet MAG and a Hall ICh, wherein FIG. 9A is a sectional view and FIG. 9B is an exploded perspective view. In the figure, a is a base, h is a Hall IC, b is a key top (rotating body), MAG is a donut-shaped (ring-shaped) magnet fixed to the back surface of the key top b, and the Hall ICh is a figure. As shown in FIG. 9 (A), it was positioned directly below the magnet MAG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the background art described above, first, as a magnet MAG, a set composed of an S pole and an N pole adjacent thereto is arranged at a fixed angular pitch, that is, at a predetermined pitch, an S pole and It is necessary to use a magnet which is alternately magnetized with the N pole, and there is a problem that such magnetizing is troublesome.
Second, when the above-described technique is embodied, as shown in FIG. 9, a Hall IC attached to a base a and a magnet MAG attached to a rotating body b are vertically positioned, There has been a problem that the thickness of the information input device is increased.
[0010]
The present invention has been made to solve such a problem, and the amount of rotation of the rotating body, and further, the configuration of the rotating body of the information input device that magnetically detects the rotating direction in a non-contact manner, has been simplified. Still another object is to make the thickness of the information input device thinner.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An information input device according to claim 1, comprising a magnetic rotator capable of rotating forward and reverse, and a Hall element disposed inside or outside the magnetic rotator, wherein the magnetic rotator has one main surface portion having an N pole. The other main surface portion is formed on the main portion magnetized to the S pole and at least one main surface portion of the main portion, and protrudes inward or outward from the main portion at a constant arrangement pitch. A magnetic sub-portion having a plurality of magnetic pole teeth formed, wherein the Hall element generates a magnetic field of a magnetic field received from the magnetic rotator each time the magnetic pole teeth pass by the rotation of the magnetic rotator. Is arranged so as to detect a change in intensity.
[0012]
Therefore, according to the information input device of the first aspect, since the magnetic rotating body has the magnetic sub-portion that projects inward or outward and has a plurality of magnetic pole teeth with a fixed arrangement pitch, the magnetic rotating body rotates. Then, since the Hall element detects a change in the magnetic field intensity due to the passage of the magnetic pole teeth in the vicinity, the rotation amount of the magnetic rotating body can be detected from the output of the Hall element.
It is not necessary to alternately magnetize the magnetic rotator with the N-pole and the S-pole alternately at a constant pitch along the rotation direction. Then, the other surface portion is magnetized so as to have an N pole, and a sub-portion made of a non-magnetized magnetic material is fixed on at least one surface portion, whereby the sub-portion is magnetized. You can get the body.
Therefore, the configuration of the information input device can be simplified, the manufacture is easy, and the price can be reduced.
[0013]
An information input device according to a second aspect is characterized in that, in the information input device according to the first aspect, a main part and a sub part of the magnetic rotator are formed by separate members.
Therefore, according to the information input device of claim 2, since the main part and the sub-part of the magnetic rotator are separate members, the main part is manufactured in large quantities irrespective of the difference in the specification regarding the detection accuracy of the rotation amount, By providing a magnetic pole tooth having a pitch according to the specification of the detection accuracy as a sub-portion for each specification, it becomes possible to provide a magnetic rotating body corresponding to the specification. Therefore, it is possible to provide various kinds of magnetic rotating bodies corresponding to the specification of the detection accuracy at a relatively low price.
[0014]
The information input device according to claim 3 is the information input device according to claim 1 or 2, wherein the plurality of Hall elements are arranged so as to be separated from each other so as to deviate from an integral multiple of the arrangement pitch of the magnetic pole teeth. The rotation direction of the magnetic rotator is detected from the phase relationship of the output waveform of the Hall element.
Therefore, according to the information input device of the third aspect, the rotation amount of the magnetic rotator can be detected by the output of any one of the plurality of Hall elements, and the rotation direction is determined by the phase relationship between the outputs of the plurality of Hall elements. Can be detected. That is, if the plurality of Hall elements are arranged so as to be shifted from each other by an integer multiple of the arrangement pitch of the magnetic pole teeth, when the magnetic rotator is rotated, a phase shift occurs in the outputs of the plurality of Hall elements. The phase shift (the phase shift is such that the output waveform of one Hall element leads the phase of the output waveform of the other Hall element, and the phase shift is the opposite phase) is that of the magnetic rotator. Depends on the direction of rotation. Therefore, the direction of rotation of the magnetic rotator can be detected by detecting how the phase shifts.
[0015]
The information input device according to claim 4 is the information input device according to claim 1 or 2, wherein the number of Hall elements is one, and the output waveform of the Hall element generated by rotation of the magnetic rotator has a sawtooth shape. The slope of the rising part and the slope of the falling part of the output waveform are different from the time when the output of the Hall element crosses the reference voltage to the time when the output reaches the maximum (positive peak value) or the minimum (negative peak value). A comparison is made between the time and the time from the point when the maximum (positive peak value) or the minimum (negative peak value) is reached to the point when the reference voltage is crossed, and the rotational direction of the rotating body is detected from the comparison result. It is characterized by becoming.
[0016]
Therefore, according to the information input device of the fourth aspect, the slope of the portion from the reference value to the peak value of the sawtooth output waveform of the Hall element in the same rotation direction is different from the slope of the portion from the peak value to the reference value. Therefore, the magnitude relationship between the time required to change from the reference value to the peak value and the time required to change from the peak value to the reference value differs. Therefore, the rotation direction of the magnetic rotator can be detected from the magnitude relation.
Accordingly, even if only one Hall element is used, not only the rotation amount but also the rotation direction can be detected, so that the number of components of the information input device can be reduced, the structure can be simplified, and the information input can be simplified. The cost of the device can be reduced.
[0017]
The information input device according to claim 5 is the information input device according to claim 1, 2, 3, or 4, at a position inside or outside of the magnetic rotator, which magnetically acts with the magnetic pole teeth of the sub-portion. And a click feeling generating magnet having the same or opposite polarity as that of the magnetic pole teeth.
Therefore, according to the information input device of the fifth aspect, the magnetic pole teeth of the sub-portion and the click feeling generating magnet can magnetically act on each other. A click feeling is generated each time it moves, and the magnetic rotating body can be rotated with the arrangement pitch of the magnetic pole teeth as a unit.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the electronic apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein one of the information input devices according to the first to fifth aspects is mounted such that the entire upper surface of the magnetic rotator is exposed so as to be operable at least from the outside. Features. Note that this exposure includes a case where the magnetic rotating body is directly exposed and a case where the magnetic rotating body is indirectly exposed via a member integrally provided with the magnetic rotating body such as a key top attached thereto. Shall be.
Therefore, according to the electronic device of the sixth aspect, the advantage of one information input device used among the information input devices of the first to fifth aspects can be utilized in the electronic device.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention basically includes a magnetic rotator capable of rotating forward and reverse, and a Hall element disposed inside or outside the magnetic rotator, and the magnetic rotator has one main surface portion of N A main part in which the other main surface part is magnetized to the south pole; and a plurality of main parts formed on at least one main surface part of the main part and projecting inward or outward of the main part and having a fixed arrangement pitch. The magnetic element has magnetic pole teeth, and the Hall element detects a change in the intensity of the magnetic field received from the magnetic rotator every time the magnetic pole teeth pass in the vicinity with the rotation of the magnetic rotator. The main portion and the sub-portion of the magnetic rotator may be integrally formed by the same member, or may be formed by a combination of separate members. .
When formed as a separate member, the main part is manufactured in large quantities irrespective of the difference in the specification of the detection accuracy of the amount of rotation, and the main part having magnetic pole teeth with a pitch according to the specification of the detection accuracy as the sub part is provided for each specification. And it is possible to provide another type of magnetic rotating body corresponding to the specification of the detection accuracy at a relatively low price.
[0020]
The main part of the magnetic rotating body may be disk-shaped or may be donut-shaped (ring-shaped). By the way, in the case of a disk shape, there is no embodiment in which a sub-portion from which the magnetic pole teeth protrude is provided inside.
However, in the case of using a donut-shaped (ring-shaped) main portion, an embodiment in which a sub-portion with magnetic pole teeth protruding is provided inside the main portion, and an embodiment in which a sub-portion with magnetic pole teeth protruding outside is provided. There can be. In that case, either form may be adopted.
[0021]
When the number of the Hall elements is plural, it is possible to detect the rotation direction from the phase relationship between the output signals (pulses) of the plural Hall elements. In this case, it is necessary to set the positions of the plurality of Hall elements so as to be separated from each other so as to deviate from an integral multiple of the arrangement pitch of the magnetic pole teeth. Otherwise, there is no phase difference between the output signals of the plurality of Hall elements, and it is not possible to make full use of the technology of detecting the rotation direction from the difference in the phase relationship.
In addition, even if the number of Hall elements is one, it may be possible to detect the rotation direction. In this case, the output waveform of the Hall element generated by the rotation of the rotating body has a sawtooth shape, and it is necessary to use, as the Hall element, an output waveform in which the slope of the rising portion and the slope of the falling portion are different.
[0022]
This is because, when such a Hall element is used, the time from when the output of the Hall element crosses the reference voltage to when it reaches a maximum (positive peak value) or a minimum (negative peak value) and the maximum (positive peak value) Is compared with the time from when the peak value reaches the minimum value (negative peak value) to when the reference voltage is crossed, and the rotational direction of the rotating body can be detected from the comparison result. is there.
In addition, the information input device of the present invention can be applied to various electronic devices such as a mobile information terminal device such as a mobile phone and a mobile information terminal. In this case, the magnetic rotator may be directly exposed to the outside of the housing of the electronic device. It can be said that it is more preferable to be exposed outside the housing.
[0023]
A click feeling generating magnet having the same or opposite polarity as that of the magnetic pole teeth is disposed at a position on the inner side or outer side of the magnetic rotator that magnetically acts on the magnetic pole teeth of the sub-portion. A click feeling is generated each time the magnetic pole teeth are moved by the arrangement pitch of the magnetic pole teeth due to a repulsive force or an attractive force between the magnetic pole teeth of the magnetic pole teeth and the magnet for generating a click feeling. You may make it possible to rotate a body.
[0024]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.
1A to 1C show a schematic configuration of a first embodiment of the information input device of the present invention, wherein FIG. 1A is a sectional view, FIG. 1B is an exploded perspective view, and FIG. It is a perspective view which shows a part. 2 (A) to 2 (D) are for explaining the operation principle of the present information input device. FIG. 2 (A) shows a state when the magnetic flux density Φ detected by the Hall IC increases, and FIG. It is a perspective view which shows the state when the magnetic flux density (PHI) detected by IC becomes small, (C) is a waveform diagram which shows the example of a change of the magnetic flux density (PHI) detected by Hall IC, (D) is the output waveform of Hall IC. The left one shows the waveform before waveform shaping, and the right one shows the waveform after waveform shaping.
[0025]
In the figure, reference numeral 1 denotes a base, which is formed in a disk shape, and a circular bank-shaped portion 2 is formed so as to be integrally protruded slightly inside the periphery of the upper surface thereof. Reference numeral 3 denotes a Hall IC provided on the upper surface of the base 1 inside the bank-shaped portion 2 and has a function of detecting the intensity of the magnetic field as described above. Reference numeral 4 denotes a key top, which is formed in a disk shape and has a skirt portion 5 protruding downward at a peripheral edge thereof, and the ridge portion 2 is loosely fitted into the skirt portion 5 in, for example, an inner fitting shape. The key top 4 can be rotated with respect to the base 1.
[0026]
Reference numeral 6 denotes a magnetic rotating body, which is fixed to the back surface of the key top 4. The magnetic rotator 6 includes a donut-shaped main portion 7 made of a ferromagnetic material and a sub-portion 8 having magnetism fixed to the upper surface thereof. The sub-portion 8 has a donut shape, and has a shape in which magnetic pole teeth 9, 9,... Protruding inward from the main portion 7 are provided at a constant angular pitch P.
The main portion 7 of the magnetic rotator 6 has an upper main surface portion magnetized to, for example, an N-pole, and a lower main surface portion magnetized to an S-pole, and has a conventional magnet MAG as shown in FIG. As described above, the magnetizing is not performed at all in the direction opposite to the N pole and the S pole alternately along the rotation direction.
[0027]
The non-magnetized magnetic material having a relatively low hysteresis characteristic is fixed to the upper surface of the main portion 7 by, for example, screwing or bonding, and the magnetic pole (in this example, the upper surface portion of the main portion 7) is fixed. (N pole), and the sub-portion 8 generates lines of magnetic force 10 as shown in FIGS. The position of the Hall IC 3 is set so that the magnetic field lines 10 cross.
Accordingly, the rotation of the magnetic rotator 6 causes one magnetic pole tooth 9 to be positioned above the Hall IC 3 as shown in FIG. 2 (A), or as shown in FIG. 2 (B). In some cases, the portion without the magnetic pole teeth 9 is located above the Hall IC 3 (the magnetic pole teeth 9 are not located above the Hall IC 3). In the state shown in FIG. 2A, the magnetic flux density Φ detected by the Hall IC 3 is large, and in the state shown in FIG. 2B, the magnetic flux density Φ detected by the Hall IC 3 is small.
[0028]
Accordingly, a change in the magnetic flux density detected by the Hall IC 3 when the magnetic rotating body 6 rotates has a waveform as shown in FIG. 2C, and one cycle of the waveform corresponds to the magnetic pole teeth 9 of the magnetic rotating body 6. Corresponding to the arrangement pitch P. That is, each time the magnetic rotating body 6 rotates by one arrangement pitch P of the magnetic pole teeth 9, one cycle of a waveform indicating a change in magnetic flux density is generated. Therefore, as shown in FIG. 2D, the magnetic flux density can be converted into a current or a voltage, the waveform can be further shaped, and the number of rotations can be detected to detect the amount of rotation.
Note that the smaller the arrangement pitch P of the magnetic pole teeth 9, 9,..., The higher the detection accuracy of the rotation amount, and the magnetic rotor 6 having the arrangement pitch P of the magnetic pole teeth 9, 9,. Although it is necessary to prepare, it can be achieved by using a main part in common and assembling an auxiliary part having magnetic pole teeth having an arrangement pitch P according to the specification.
[0029]
3 (A), (B-1) and (B-2) are views for explaining the main part of a second embodiment of the information input device of the present invention. FIG. 3B is a plan view illustrating the arrangement positions of (two) Hall ICs, FIG. 3B-1 shows output waveforms of the plurality of Hall elements in a certain rotation direction (positive direction), and FIG. 5 shows output waveforms of the plurality of Hall elements in a rotation direction (reverse direction) opposite to that of FIG.
In this embodiment, not only the amount of rotation but also the direction of rotation can be detected by increasing the number of Hall elements 3 by one.
[0030]
The two Hall ICs 3a and 3b are provided at an angle from each other that is appropriately shifted from an integral multiple of the arrangement pitch P of the magnetic pole teeth 9 of the sub-portion 8 of the magnetic rotator 6. If the magnetic pole teeth 9 are arranged at a position shifted by an integral multiple of the arrangement pitch P, no difference occurs in the phases of the outputs of the two Hall ICs 3a and 3b, and the rotation direction cannot be detected. The two Hall ICs 3a and 3b are provided at an angle deviated from the integral multiple of.
[0031]
The principle will be described with reference to FIGS. 3 (A), (B-1) and (B-2). When the key top 4 (see FIG. 1) not shown in FIG. 3 is rotated, the two Hall elements 3a and 3b rotate one time each time the key top 4 rotates by the arrangement pitch P of the magnetic pole teeth 9 of the sub-portion 8. An output for the period (: λ) is generated.
However, since the positional relationship between the subelements 8 of the magnetic rotator 6 and the magnetic pole teeth 9, 9,... Of the Hall elements 3a and 3b is different as described above, FIG. 3 (B-1) and FIG. As shown in (2), the phases of the outputs of the two Hall elements 3a and 3b are different, and the phase differs depending on the rotation direction.
[0032]
For example, when the key top 4 is rotated in one direction, if the output of the Hall element 3a is advanced in phase with the output of the Hall element 3b as shown in FIG. When the top 4 is rotated in the direction opposite to the above direction, as shown in FIG. 3B-2, the phase of the output of the Hall element 3b is more advanced than that of the Hall element 3a, and the phase is changed due to the difference in the rotation direction. The relationships are different. Therefore, the rotation direction can be detected by detecting the phase relationship, that is, by detecting which phase of the output of the Hall elements 3a and 3b is earlier (or later).
[0033]
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a main part of a third embodiment of the multi-function switch according to the present invention, wherein FIG. It is a flowchart which shows an operation. In the present embodiment, both the rotation amount and the rotation direction can be detected even when the number of Hall elements is reduced to one. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that Only in that respect, there is no other difference.
[0034]
In this embodiment, as the Hall element, the output waveform is not a sine waveform strictly, but has a different slope between a portion rising from 0 level to a peak (for example, a positive peak) and a portion falling from the peak to 0 level. Use the one that has a waveform.
Then, the rotation direction is detected by comparing the time required for the output of the Hall element to reach the peak from the zero level with the time required for the output to reach the zero level from the peak.
[0035]
That is, in FIG. 8 for explaining the conventional example, the output of the Hall element HD when the magnet MAG rotates is shown as a sine wave as shown in FIG. In this embodiment shown in FIG. 4, such a Hall element HD is used. Then, the output is amplified, but binarization using a Schmitt trigger circuit is not performed for detecting the rotation direction. However, binarization may be performed in a circuit for detecting the amount of rotation.
[0036]
In this embodiment, as described above, only one Hall element is prepared and arranged at a place where a magnetic field generated by a magnet is received. When the magnet rotates, the output of the Hall element becomes as shown in FIG. 4 (A-1) in the case of a certain rotation direction, and as shown in FIG. As shown.
Then, the rotation direction is detected by the operation of the flow shown in FIG.
[0037]
(1) "Is Vo beyond?"
First, it is detected whether or not the output of the Hall element has exceeded a reference voltage Vo (for example, 0 V). That is, it is determined whether or not the output of the Hall element has risen from a voltage lower than the reference voltage Vo to cause a so-called zero cross. If the determination result is No (: N), the determination is repeated until a determination result of Yes (: Y) is obtained.
(2) "Set the time to t1."
When the result of the determination in step (1) is Y, that is, when zero-crossing is performed, the time at that time is defined as t1.
[0038]
(3) "Did you become MAX?"
Next, it is determined whether or not MAX (positive peak) has been reached. When the determination result is N, the determination is repeated until a determination result of Y is obtained.
(4) "Set time to t2"
When the determination result of step (3) becomes Y, that is, when the output of the Hall element becomes MAX (positive peak), the time at that time is defined as t2.
[0039]
(5) "Did it fall below Vo?"
Next, it is determined whether or not the output of the Hall element has dropped below the reference voltage Vo, that is, whether or not zero crossing has occurred. When the determination result is N, the determination is repeated until a determination result of Y is obtained.
(6) "Set time to t3"
When the result of the determination in step (5) becomes Y, that is, when zero-crossing occurs, the time at that time is set to t3.
[0040]
(7) "t2-t1>t3-t2?"
Next, t2-t1, that is, the time required for the output of the Hall element to reach the MAX (positive peak) from the reference voltage Vo (0V), and t3-t2, that is, the voltage dropped from the MAX to the reference voltage Vo. Compare to the time it took to do.
(8) “Output in positive direction”
If the determination result in step (7) is Y, the rotation direction is output as the forward direction [case shown in FIG. 4A-1].
[0041]
(9) "Output in reverse direction"
If the result of the determination in step (7) is N, it outputs that the rotation direction is the reverse direction [case shown in FIG. 4 (A-2)].
When step (8) or (9) ends, the rotation direction detecting step ends.
[0042]
According to the third embodiment, since the number of Hall elements is one, the manufacturing cost of the multi-function switch can be further reduced.
[0043]
5 (A) and 5 (B) show a fourth embodiment of the information input device of the present invention. FIG. 5 (A) is a cross-sectional view, and FIG. It is sectional drawing which shows the planar positional relationship with a magnet. In this embodiment, a magnet for generating a click feeling is provided so that a click feeling is generated.
Reference numeral 11 denotes a click feeling generating magnet provided on the base 1. The upper part of the magnet 11 is magnetized to a magnetic pole (S pole) different from the magnetic pole (N pole) of the magnetic pole teeth 9 of the sub-portion, for example. ,... Are set at positions where they can act magnetically (in this case, suction force acts).
[0044]
Therefore, according to the present embodiment, when the magnetic rotating body 6 is rotated, when one magnetic pole tooth 9 approaches the click feeling generating magnet 11, an attractive force acts, and the magnetic pole tooth 9 is connected to the magnet 11. The suction force is maximized when located at the corresponding location. Therefore, even if the magnetic rotating body 6 is to be rotated, a force against the attraction force is required, which causes a click feeling, and furthermore, the magnetic rotating body 6 is disposed at the pitch P of the magnetic pole teeth 9. Allows rotation in units.
As the magnet 11 for generating a click feeling, a magnet having a magnetic pole tooth 9 and a magnetic pole (of a different magnetic pole) on which an attractive force acts is selected, but it is not indispensable to do so, and a repulsive force acts. Magnetic poles (of the same magnetic pole) may be used.
[0045]
FIGS. 6A and 6B show another modified example of the magnetic rotator 6, and a modified example 6a shown in a plan view of FIG. .. Are formed so as to face outward. In this case, the Hall IC 3 is provided outside the donut-shaped magnetic rotator 6a. In addition, when the click feeling generating magnet 11 is provided, it is naturally also provided outside.
[0046]
In a modified example 6b shown in FIG. 6B, which is a cross-sectional view, sub-portions 8 are provided on both main surfaces of the main portion 7 so that the Hall IC 3 is located between the magnetic pole teeth 9n and 9s when viewed from the side. The jig 12 supports the Hall IC 3 so that magnetic lines of force are generated perpendicular to the Hall IC 3 to improve the sensitivity.
As described above, the present invention can be implemented in various modes.
[0047]
FIGS. 7A and 7B show an example of a mobile phone as an electronic apparatus including the information input device of the present invention. FIG. 7A is a circuit block diagram showing an outline of a circuit configuration of the mobile phone. () Is a front view showing a front shape. In the drawing, 101 is an antenna, 102 is a transmission / reception circuit, 103 is a transmission unit, 104 is a reception unit, 105 is a CPU, 106 is a ROM that stores a program executed by the CPU 105, and 107 is a program on which the CPU 105 executes a program. , A RAM for performing necessary temporary storage, etc .; 108, a display device driving circuit; 109, a display device driven by the circuit 108 for display, generally comprising a liquid crystal display panel. Reference numeral 110 denotes an operation key, and 4 denotes a key top of the information input device of the present invention. The operation key 112 and the information input device of the present invention constitute an operation unit 112.
[0048]
As shown in FIG. 7B, the antenna 101 is extended upward and downward from the upper right end of the mobile phone main body 113, and the receiving section 104 is disposed substantially at the center of the upper end of the apparatus main body 113. The display device 109 is positioned below the receiving unit 104, the operation unit 112 is disposed below the receiving unit 104, and the transmitting unit 103 is disposed at the lower end of the apparatus main body 113. The operation section 112 has a configuration in which the multi-function switch 111 is disposed at an upper portion, and a number of operation keys 110 such as a ten-key are disposed below the multi-function switch 111.
[0049]
As described above, the information input device of the present invention is most suitable for a mobile phone that is required to be small and thin, but the application range of the information input device of the present invention is not limited thereto. It covers various electronic devices such as terminals.
[0050]
【The invention's effect】
According to the information input device of claim 1, the magnetic rotator has a magnetic sub-portion that projects inward or outward and has a plurality of magnetic pole teeth with a fixed arrangement pitch. Since the element detects a change in magnetic field intensity due to the passage of the magnetic pole teeth in the vicinity, it is possible to detect the amount of rotation of the magnetic rotating body from the output of the Hall element.
It is not necessary to alternately magnetize the magnetic rotator with the N-pole and the S-pole alternately at a constant pitch along the rotation direction. Then, the other surface portion is magnetized so as to have an N pole, and a sub-portion made of a non-magnetized magnetic material is fixed on at least one surface portion, whereby the sub-portion is magnetized. You can get the body.
Therefore, the configuration of the information input device can be simplified, the manufacture is easy, and the price can be reduced.
[0051]
According to the information input device of the second aspect, the main part and the sub part of the magnetic rotator are formed by separate members, so that the main part has a large amount irrespective of the difference in the specification regarding the detection accuracy of the rotation amount. It is possible to provide for each specification a magnetic pole tooth with a pitch according to the specification of the detection accuracy as a sub part, and to use other types of magnetic rotating bodies corresponding to the specification of the detection accuracy at a relatively low level. Price can be offered.
[0052]
According to the information input device of the third aspect, the rotation amount of the rotating body can be detected by the output of any one of the plurality of Hall elements, and the rotation direction is detected by the phase relationship between the outputs of the plurality of Hall elements. be able to.
[0053]
According to the information input device of the fourth aspect, since the slope of the portion from the reference value to the peak value of the sawtooth output waveform of the Hall element in the same rotation direction is different from the slope of the portion from the peak value to the reference value, The magnitude relationship between the time required to change from the reference value to the peak value and the time required to change from the peak value to the reference value is different. Therefore, the rotation direction of the rotating body can be detected from the magnitude relation.
Accordingly, even if only one Hall element is used, not only the rotation amount but also the rotation direction can be detected, so that the number of components of the information input device can be reduced, the structure can be simplified, and the information input can be simplified. The cost of the device can be reduced.
[0054]
According to the information input device of the fifth aspect, since the magnetic pole teeth of the sub-portion and the magnet for generating a click feeling can magnetically act on each other, the magnetic pole teeth move by the arrangement pitch of the magnetic pole teeth due to a repulsive force or an attractive force therebetween. A click feeling is generated each time, and the magnetic rotating body can be rotated by using the arrangement pitch of the magnetic pole teeth as a unit.
[0055]
According to the electronic device of the sixth aspect, the advantage of one information input device used among the information input devices of the first to fifth aspects can be utilized in the electronic device.
[Brief description of the drawings]
1A to 1C show a schematic configuration of a first embodiment of the information input device of the present invention, wherein FIG. 1A is a sectional view, FIG. 1B is an exploded perspective view, and FIG. Is a perspective view showing a part.
FIG. 2
(A) to (D) are for explaining the operating principle of the present information input device, (A) shows a state when the magnetic flux density detected by the Hall IC is large, and (B) shows a state detected by the Hall IC. It is a perspective view which shows the state when magnetic flux density is small, respectively, (C) is a waveform diagram which shows the example of a change of the magnetic flux density which Hall IC detected, (D) shows the output waveform of Hall IC, and the left thing is The one before waveform shaping and the one on the right show the one after waveform shaping.
FIGS. 3 (A), (B-1) and (B-2) are views for explaining main parts of a second embodiment of the information input device of the present invention, wherein (A) has a built-in Hall element; (B-1) is an output waveform of the plurality of Hall elements in a certain rotational direction (positive direction), and (B-2) is a plan view illustrating the arrangement positions of the plurality (two) Hall ICs. 7 shows output waveforms of a plurality of Hall elements in a rotation direction (reverse direction) opposite to the rotation direction.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining main parts of a third embodiment of the multifunction switch according to the present invention, wherein FIG. 4A is an output waveform diagram of a Hall element, and FIG. It is a flowchart which shows a direction detection operation.
FIGS. 5A and 5B show a fourth embodiment of the information input device of the present invention, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. It is sectional drawing which shows the planar positional relationship with the magnet for generation | occurrence | production.
FIGS. 6A and 6B show another modification of the magnetic rotator. FIG. 6A is a plan view showing one modification, and FIG. 6B is a cross section showing another modification. FIG.
7A and 7B show an example of a mobile phone as an electronic apparatus including the information input device of the present invention, and FIG. 7A is a circuit block diagram showing an outline of a circuit configuration of the mobile phone; (B) is a front view showing a front shape.
8A to 8E are views for explaining a Hall IC incorporating a Hall element for understanding the background art, and FIG. 8A is a perspective view showing a positional relationship of the Hall IC with respect to a magnet. , (B) is a circuit diagram, (C) is a waveform diagram showing a change in magnetic flux density of a magnetic field by a magnet crossing a Hall IC, (D) is a waveform diagram showing an output waveform of a Hall element, and (E) is a waveform diagram of a Hall element. A waveform diagram (upper side) showing an output waveform of an amplifier circuit for amplifying an output, and a waveform diagram (lower side) showing an output waveform of a Schmitt trigger circuit for shaping an analog output of the amplifier circuit into a digital waveform.
9A and 9B schematically show the structure of an information input device using a magnet MAG and a Hall ICh for understanding the background art, where FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. Is an exploded perspective view.
[Explanation of symbols]
1 ... Base, 3 ... Hall element (Hall IC), 4 ... Key top,
6 ... magnetic rotating body, 7 ... main part of magnetic rotating body, 8 ... sub part,
9, 9n, 9s: magnetic pole teeth, 10: magnetic lines of force,
11: Click feeling generating magnet, P: Arrangement pitch of magnetic pole teeth.

Claims

A magnetic rotating body that can rotate forward and reverse in response to a planar input,
A Hall element disposed inside or outside the magnetic rotator,
An information input device comprising:
The magnetic rotator has one main surface fixed to the N pole, the other main surface magnetized to the S pole, and at least one of the main surfaces fixed to the main part. A magnetic sub-portion having a plurality of magnetic pole teeth formed with a fixed arrangement pitch projecting inward or outward from the portion,
The information characterized in that the Hall element is arranged so as to detect a change in the strength of the magnetic force received from the magnetic rotator each time the magnetic pole tooth passes in the vicinity with the rotation of the magnetic rotator. Input device.

2. The information input device according to claim 1, wherein the main part and the sub part of the magnetic rotator are formed by separate members.

The number of the Hall elements is plural,
The positions of the plurality of Hall elements are set to be separated from each other by a distance deviated from an integral multiple of the arrangement pitch of the magnetic pole teeth,
3. The information input device according to claim 1, wherein a rotation direction of the magnetic rotator is detected from a phase relationship between output signals of the plurality of Hall elements.

The number of the Hall elements is one,
The output waveform of the Hall element generated by the rotation of the rotating body has a sawtooth shape, and the slope of the rising portion and the slope of the falling portion of the output waveform are different,
The time from when the output of the Hall element crosses the reference voltage to when it reaches a maximum (positive peak value) or minimum (negative peak value), and a maximum (positive peak value) or minimum (negative peak value) 3. The information input device according to claim 1, wherein a comparison is made with a time from a point when the reference voltage is crossed to a point when the reference voltage is crossed, and the rotation direction of the rotating body is detected from the comparison result. .

A click feeling generating magnet having the same or opposite polarity as that of the magnetic pole teeth is disposed at a position on the inner side or outer side of the magnetic rotating body that magnetically acts on the magnetic pole teeth of the sub-portion. The information input device according to claim 1, 2, 3, or 4.

An information input device according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface of the magnetic rotator is exposed so as to be operable directly or externally via another member. Electronics.