JP2005214900A - 磁気センサと状態検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低消費電流タイプの多機能磁気センサを提供することにあり、さらにその磁気センサと磁石を用いて、従来複数個の磁気センサを用いないと検知できなかった様々な磁石の移動を１つの磁気センサで検知する方法を提供する。
【解決手段】 磁気検出手段と、その検出信号のレベルに応じて２値デジタル信号を出力する信号処理回路を有する磁気センサであり、検出信号が第１の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第１の出力端子と、前記検出信号が前記第１の閾値とは符号が異なる第２の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第２の出力端子を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気センサと状態検知方法に関し、例えばターンオーバータイプの携帯電話に使用される開閉または回転スイッチ等において、開閉や回転状態を検知するために用いられる低消費電流タイプの磁気センサと状態検知方法に関する。

従来、クラムシェルタイプの携帯電話においては、開閉を検知するのに磁気センサと磁石を用いて行うことが多い。

従来のクラムシェルタイプの携帯電話の開閉検知機構を図３に示す。この携帯電話は、ディスプレイ１１４およびサブディスプレイ１１５を有する第１の筐体１１１と、スイッチ部１１６を有する第２の筐体１１２とが、ヒンジ部１１３を介して開閉自在に結合されている。第１の筐体１１１に磁石１１７を配置し、第２の筐体１１２における磁石１１７に対向する位置に磁気センサ１１８を配置することによって、携帯電話の開閉に伴い、磁気センサ１１８部分の磁束密度が変化するので、携帯電話の開閉を検知することが可能となっている。磁気センサ１１８の出力特性を表１（図３の（Ｃ））に示す。

図３に示すように、一方の筐体に磁石を設けておき、他方の筐体に磁気センサを配置することにより、開閉検知を行うことが可能である。使用する磁気センサの特性の一例を図８に示す。この磁気センサは通常のホールＩＣであり、Ｓ極の磁束密度で閾値Ｂｏｐをこえると出力電圧はローレベルになり、閾値Ｂｒｐより小さい値か、もしくはＮ極の磁束密度ではハイレベルとなるものである。

しかしながら、昨今の携帯電話の急速な進化に伴い、単純なクラムシェルタイプの携帯電話以外にターンオーバータイプと呼ばれる携帯電話も発売され始めた（例えばパナソニックモバイルコミュニケーションズ社製のＰ５０５ｉＳなど）。詳細は後述するが、このタイプの携帯電話は、クラムシェルタイプ同様に開閉できるうえ、さらに、ヒンジ部を中心としてディスプレイとサブディスプレイを有する第１の筐体が、スイッチ部を有する第２の筐体と同平面上を回転可能である。よって、ターンオーバースタイルの携帯電話は４つの状態をとりうることになり、従来の１対の磁気センサおよび磁石では、これら４つの状態を検出することができない。

従来のスライド機構を有する機器を図５に示す。これは、例えば、デジタルカメラのレンズカバーの有無を検出する場合などが当てはまる。磁気センサ１２８には、図８で示す特性を有する磁気センサを使用する。第１の筐体１２１と第２の筐体１２２を有する機器であって、第２の筐体１２２がスライド可能に保持されている。この例では、磁石１２７はスライド方向に垂直な方向に着磁されている。閉時に磁石１２７のＳ極が磁気センサ１２８に対向している。よって、閉時に磁気センサ１２８の出力がローレベルとなる。開時は磁石１２７が磁気センサ１２８に磁束を及ぼさないので、磁気センサ１２８の出力はハイレベルとなる。このように開閉の２状態を１対の磁石と磁気センサを用いることで検知可能であった。出力特性を表３（図５の（Ｃ））に示す。

このように、電子部品や携帯電話の高度化が進み、単純に開閉するタイプ以外にも様々な動きをする携帯電話が現在発売され始めている。そして当然ではあるが、上記のような様々な動きを検出する低消費電流タイプの磁気センサも必要となっている。

また、本発明者らは、以前に、磁気検出手段と、該磁気検出手段からの検出信号を入力し、該検出信号のレベルに応じて複数ビットの２値デジタル信号を出力する信号処理回路を有する磁気センサに関する発明を行い、特許文献１で公開した。

特開２００３−２６２６６５号公報

携帯電話などのようにバッテリー駆動の電子機器では、低消費電流タイプのセンサが必要となっているが、特許文献１の発明においては、低消費電流化については検討されていなかった。

また、単純に開閉を検知する以外にも回転やスライドなど様々な移動機構を磁気センサで検出する必要性がでてきた。

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、低消費電流タイプの多機能磁気センサを提供することにあり、さらにその磁気センサと磁石を用いて、従来複数個の磁気センサを用いないと検知できなかった様々な磁石の移動を１つの磁気センサで検知する方法を提供することにある。

請求項１の発明は、磁気検出手段と、該磁気検出手段からの検出信号を入力し、該検出信号のレベルに応じて２値信号を出力する信号処理回路とを有する磁気センサであって、前記信号処理回路は、前記検出信号が第１の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第１の出力端子と、前記検出信号が前記第１の閾値とは極性が異なる第２の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第２の出力端子とを有することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記信号処理回路は間欠駆動動作することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記磁気検出手段がホール効果を利用したセンサであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１または２において、前記磁気検出手段が磁気抵抗効果を利用したセンサであることを特徴とする。

請求項５の発明は、第１の筐体と、該第１の筐体とヒンジ部を介して開閉かつ回転可能に結合され、閉じた状態で第１の表面が対向する状態と第２の表面が対向する状態とを選択的に取り得る第２の筐体とを有する電子機器において、請求項１から４のいずれかに記載の１つの磁気センサを前記第１の筐体に取り付け、着磁方向が前記電子機器の開閉方向に一致して各磁極が前記第１の表面および第２の表面に位置するように、且つ閉じた状態で前記磁気センサに対向するように１つの磁石を前記第２の筐体に取り付けたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の電子機器における状態検知方法であって、前記磁気センサの出力を用いて、前記機器の開状態、および前記機器の閉状態における回転または非回転状態のいずれかを検知することを特徴とする。

請求項７の発明は、本体とスライド機構によって該本体に対してスライドするスライド部分とを具えた機器において、請求項１から４のいずれかに記載の１つの磁気センサおよび１つの磁石のいずれか一方を前記本体に取り付け、他方を前記スライド部分に取り付け、且つ、前記スライド部分が前記本体に対してスライドすることによって、前記磁石の各磁極とその中間の部分とが前記磁気センサに接近するように前記磁気センサおよび前記磁石を配置したことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の機器における状態検知方法であって、前記磁気センサの出力を用いて、前記スライド部分の３つのスライド位置のいずれかを検知することを特徴とする。

なお、磁気検出手段は、たとえば半導体薄膜または滋性薄膜から構成されており、具体的には、ホール素子や磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）などの様々な磁気検出手段が適用可能である。

磁石については、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磁石が適用可能である。携帯機器などで使われる場合は、部品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の磁石を用いるのが好ましい。

信号処理回路は、例えば、磁気検出手段の検出信号を所定の閾値で比較し、前記閾値より大きければローレベル、小さければハイレベルを出力するシュミットトリガ回路で構成することが可能である。また、信号処理回路の出力がチャタリングをおこさないように、前記閾値を第１の閾値と第２の閾値のように別々の値にすることが好ましい。

また、低消費電流化するため、間欠駆動動作するようにしても良い。一例として、スリープ時間を５０ｍｓｅｃとし、アウェイク時間を２４μｓｅｃとすることなどが可能である。スリープ時間とアウェイク時間の比で低消費電流化が図れるので、この比を所望の値に変更することにより、更なる低消費電流化も可能になる。

また、基本的にクラムシェルタイプの携帯電話やノート型パソコンなどは、閉じた状態で放置されることが多い。よって、磁石と磁気センサで開閉検知を行う場合、磁石と磁気センサは近接している状態が大半であり、磁気センサ部の磁束密度は（ある閾値より）大きいことが通常状態となる。この通常状態で低消費電流化を行うことが、機器の省電力化に有効であるので、磁石が近づいた状態のときに出力電圧がローレベルとなるよう磁気センサを構成するのが好ましい。出力電圧が低いと当然流れる電流も少なくなるので、磁気センサの低消費電流化に非常に有効である。

また、本発明の磁気センサを用いることにより、従来複数個の磁気センサを用いないと検出不可能であった磁石の移動を、１つの磁気センサで検出可能になる。よって、各種機器の小型化を進める上で、本発明の磁気センサを用いることが非常に有効な手段となりうる。

以上説明したように、本発明によれば、低消費電流タイプの多機能磁気センサを提供することができ、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。

また、その磁気センサと磁石を用いて、従来複数個の磁気センサを用いないと検知できなかった様々な検知機構を１つの磁気センサと１つの磁石で行うことができるようになり、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の磁気センサの一実施例におけるブロックダイアグラムを示す図である。図２は、本発明の磁気センサの一実施例における出力特性を示した特性図である。
図１において、５０は磁石の強さに応じて検出信号を出力する磁気検出手段であって、磁石のＮ極またはＳ極を接近させることによって極性が互いに異なった検出信号を出力する。磁気検出手段５０からの検出信号を増幅器５１により増幅してレベル判別回路５２に入力する。レベル判別回路５２は、例えば２つのコンパレータを含んでおり、これにより検出信号を検出レベルに応じたデジタル信号に変換し、出力端子１と出力端子２を用いて出力する。

２つのデジタル信号の一方（コンパレータ出力１）は検出信号が第１の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり他の場合にローレベルとなるもので、他方（コンパレータ出力２）は検出信号が第１の閾値とは極性の異なる第２の閾値よりも大きい場合にローレベルとなり他の場合にハイレベルとなるものである。

図２の特性例では、出力端子１（Ｏｕｔｐｕｔ１：点線で示す）は、Ｎ極の磁束密度下で、ある閾値より大きくなればローレベルに変化するが、その閾値以下あるいはＳ極の磁束密度下ではハイレベルのままである。逆に、出力端子２（Ｏｕｔｐｕｔ２：実線で示す）は、Ｓ極の磁束密度下で、ある閾値より大きくなればローレベルに変化するが、その閾値以下あるいはＮ極の磁束密度下ではハイレベルのままである。構成としては、図８に示す特性をＮ極とＳ極の２出力分有していることと同等である。

また、磁気センサの出力がチャタリング（磁束密度が閾値付近で、出力電圧がハイレベルとローレベルの間を行ったり来たりする状態）をおこさないように、ハイレベルからローレベルに変化する閾値（Ｂｏｐ１およびＢｏｐ２）とローレベルからハイレベルに変化する閾値（Ｂｒｐ１およびＢｒｐ２）をそれぞれ別々の値にするのが良い。つまりＢｏｐ１とＢｒｐ１は別の値にし、Ｂｏｐ２とＢｒｐ２は別の値にすることが好ましい。このような回路はシュミットトリガ回路を用いて構成可能である。

なお、携帯電話など小型化の必要がある機器に使用する場合は、当然ながら磁石も小型化する必要がある。よって、小さな磁束密度で出力が変化する磁気センサが求められるので、出力電圧がハイレベルからローレベルに変化する磁束密度（Ｂｏｐ１およびＢｏｐ２）は、例えば３ｍＴ以下（Ｎ極、Ｓ極ともに）であることが好ましい。

またバッテリー駆動の機器に使用する場合は低消費電流化が必須であるので、間欠駆動動作するようにしても良い。一例として、スリープ時間を１００ｍｓｅｃとし、アウェイク時間を２４μｓｅｃとすることが可能である。スリープ時間とアウェイク時間の比に相関する形で低消費電流化が図れるので、この比を所望の値に変更することにより、更なる低消費電流化も可能である。

次に、実施例によって図１に示す本発明の磁気センサと磁石を用いて、従来複数個の磁気センサを用いないと検知できなかった様々な磁石の移動を１つの磁気センサで検知する方法を説明する。

本発明の磁気センサと磁石を用いて、開閉と回転の両方を検知する方法を説明する。
図４は、ターンオーバータイプと呼ばれる携帯電話を示すものであって、クラムシェルタイプ同様に開閉できるうえ、さらに、ヒンジ部１３を中心としてディスプレイ１４とサブディスプレイ１５を有する第１の筐体１１が、スイッチ部１６を有する第２の筐体１２と同平面上を回転可能である。よって、ターンオーバースタイルの携帯電話は図４に示す４つの状態をとりうることになる。このうち（Ａ）と（Ｃ）の状態は従来と同様に検知する必要があり、それに加えて、携帯電話に付属しているカメラ機能を使用する際に都合が良いので（Ｂ）の状態も検知する必要がある。

従来の図８に示す特性を有する磁気センサを用いる場合、（Ａ）と（Ｂ）の両状態を検知するのに、それぞれについて磁石１個と磁気センサ１個を必要とするので、磁石も磁気センサも計２個ずつを用いるのが一般的である。しかし、本発明の磁気センサを用いれば、磁石も磁気センサもそれぞれ１個しか使用しなくても両状態を検知可能になる。

具体的には、携帯電話の開閉方向にＮＳと着磁された磁石１７を第１の筐体１１に配置し、第２の筐体１２の磁石１７に対向する位置に本発明の磁気センサ１８を配置すればよい。上記構成をとることにより、（Ａ）で示す状態では、磁気センサ１８部の磁束密度はＮ極となり出力端子１がローレベルに変化する。また（Ｂ）の状態では、磁気センサ１８部の磁束密度はＳ極となり出力端子２がローレベルに変化する。また、（Ｃ）の状態は出力端子１も２もハイレベルのままである。出力特性を表２（図４の（Ｅ））に示す。

ただし、（Ａ）の状態でも（Ｂ）の状態でも、すなわち、第１の筐体１１が回転しても、閉じた状態でも、磁石１７が磁気センサ１８に対向するように、両者を第１の筐体１１および第２の筐体１２に配置する。第１の筐体１１が回転して、閉じた状態でも、磁石１７が磁気センサ１８に対向するためには、磁石１７と磁気センサ１８がともに、ヒンジ部１３からの距離が同一となるようにすると共に、筐体の中心線上に配置されることが好ましい。

磁石１７の発する磁力が大きければ、磁石１７と磁気センサ１８の配置はヒンジ部１３の同一回転半径上でなくても両状態を検出可能であるかもしれないが、上記配置をとることにより、磁気回路のマージンが広がることは言うまでもない。

本実施例では、第１の筐体１１に磁石１７を配置し、第２の筐体１２に磁気センサ１８を配置したが、磁石１７を第２の筐体１２に配置し、磁気センサ１８を第１の筐体１１に配置しても構わない。また、磁石の着磁方向（ＮＳの向き）も特に限定されるものではない。

従来、複数個の磁石と磁気センサを用いなければ検出不可能であった動きを、本発明の磁気センサを用いることにより、磁石も磁気センサもそれぞれ１個だけ用いて検出可能になるので、機器の小型化を進める上で非常に有効である。

本発明の磁気センサと磁石を用いて、スライド検知を行う方法を説明する。
図６に示す本実施例は、第１の筐体２１と第２の筐体２２を有する機器であって、第２の筐体２２がスライド可能に保持されている。磁石２７はスライド方向に平行な方向に着磁されている。図６の（Ａ）に示す閉時に磁石２７のＮ極が磁気センサ２８部に対向するよう配設されており、磁気センサ２８の出力端子１はローレベルの値を出力する。第２の筐体２２をスライドさせると、磁石２８のＮ極とＳ極の中間地点である部位が磁気センサ２８に対向する状態（図６の（Ｂ）に示す開時１）になり、このとき磁気センサ２８部には磁束密度が発生しないので、磁気センサ２８の出力は端子１、２ともにハイレベルになる。さらに、第２の筐体２２をスライドさせ開の状態（図６の（Ｃ）に示す開時２）にすると、磁石２７のＳ極が磁気センサ２８に対向する位置関係になるので、磁気センサ２８の出力端子２がローレベルに変化する。つまり、本実施例では、スライド位置を開閉の２状態に加え、中間地点も含む３状態を認識可能になる。出力特性を表４（図６の（Ｄ））に示す。

本実施例では、第２の筐体２２に磁石２７を配置し、第１の筐体２１に磁気センサ２８を配置したが、磁石２７を第１の筐体２１に配置し、磁気センサ２８を第２の筐体２２に配置しても構わない。また、磁石の着磁方向（ＮＳの向き）も特に限定されるものではない。

また、本実施例ではスライド方向に着磁した磁石を用いたが、図７に示すように磁石３７をスライド方向と垂直な方向に４極を有する着磁を施しても、同様の３状態検知が可能である。

また、より多極の着磁を行うと、それだけ検知可能な状態数も増えることは言うまでもない。

その他、様々な着磁方法の磁石を用いて同様の検知方法が可能であることも言うまでもない。

また、本実施例では、磁石２７と磁石３７が略直線上を移動する例を示したが、直線上を移動する必要は当然なく、曲線上を移動する場合も当然実施可能である。例えば、磁石が円弧上を移動する場合でも同様に３状態を検知可能である。

従来、複数個の磁石と磁気センサを用いなければ検出不可能であった３状態の検知を、本発明の磁気センサを用いることにより、磁石も磁気センサもそれぞれ１個だけ用いて検出可能になるので、機器の小型化を進める上で非常に有効である。

本発明は、磁気センサに関するもので、特に、携帯機器などに使用されるスライド検知、ターンオーバータイプの携帯電話などに使用される開閉、または回転スイッチ等において、スライド、開閉や回転状態を検知するのに好適である。

本発明の磁気センサの一実施例を示すブロックダイアグラムを示す図である。 本発明の磁気センサの一実施例における出力特性を示した特性図である。 従来のクラムシェルタイプの携帯電話の開閉検知機構を示す概略図である。 本発明におけるターンオーバースタイルの携帯電話の開閉および回転検知機構を示す概略図である。 従来のスライド検知機構を示す概略図である。 本発明におけるスライド検知機構の一例を示す概略図である。 本発明におけるスライド検知機構の他の一例を示す概略図である。 従来の磁気センサの出力特性を示した特性図である。

符号の説明

１１、２１、３１ 第１の筐体
１２、２２、３２ 第２の筐体
１３ ヒンジ部
１４ ディスプレイ
１５ サブディスプレイ
１６ スイッチ部
１７、２７、３７ 磁石
１８、２８、３８ 磁気センサ
５０ 磁気検出手段（ホール素子）
５１ 増幅器
５２ レベル判別回路
５３ レギュレータ
１１１、１２１ 第１の筐体
１１２、１２２ 第２の筐体
１１３ ヒンジ部
１１４ ディスプレイ
１１５ サブディスプレイ
１１６ スイッチ部
１１７、１２７ 磁石
１１８、１２８ 磁気センサ

Claims (8)

1. 磁気検出手段と、該磁気検出手段からの検出信号を入力し、該検出信号のレベルに応じて２値信号を出力する信号処理回路とを有する磁気センサであって、
   前記信号処理回路は、前記検出信号が第１の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第１の出力端子と、前記検出信号が前記第１の閾値とは極性が異なる第２の閾値よりも小さい場合にハイレベルとなり、他の場合にローレベルとなる第２の出力端子とを有することを特徴とする磁気センサ。
2. 前記信号処理回路は間欠駆動動作することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記磁気検出手段がホール効果を利用したセンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
4. 前記磁気検出手段が磁気抵抗効果を利用したセンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
5. 第１の筐体と、該第１の筐体とヒンジ部を介して開閉かつ回転可能に結合され、閉じた状態で第１の表面が対向する状態と第２の表面が対向する状態とを選択的に取り得る第２の筐体とを有する電子機器において、請求項１から４のいずれかに記載の１つの磁気センサを前記第１の筐体に取り付け、着磁方向が前記電子機器の開閉方向に一致して各磁極が前記第１の表面および第２の表面に位置するように、且つ閉じた状態で前記磁気センサに対向するように１つの磁石を前記第２の筐体に取り付けたことを特徴とする電子機器。
6. 請求項５の電子機器における状態検知方法であって、前記磁気センサの出力を用いて、前記電子機器の開状態、および前記電子機器の閉状態における回転または非回転状態のいずれかを検知することを特徴とする電子機器における状態検知方法。
7. 本体とスライド機構によって該本体に対してスライドするスライド部分とを具えた機器において、請求項１から４のいずれかに記載の１つの磁気センサおよび１つの磁石のいずれか一方を前記本体に取り付け、他方を前記スライド部分に取り付け、且つ、前記スライド部分が前記本体に対してスライドすることによって、前記磁石の各磁極とその中間の部分とが前記磁気センサに接近するように前記磁気センサおよび前記磁石を配置したことを特徴とする機器。
8. 請求項７の機器における状態検知方法であって、前記磁気センサの出力を用いて、前記スライド部分の３つのスライド位置のいずれかを検知することを特徴とする機器における状態検知方法。
   

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