JP2009150786A - Magnetic type coordinate position detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサを用いて移動する検出体の位置を検出する磁気式座標位置検出装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic coordinate position detection apparatus that detects the position of a moving detection body using a magnetic sensor.
移動する検出体の位置を検出し情報として利用する装置としてポインティングデバイスやリニアエンコーダーへの応用がある。近年この装置が携帯電話やモバイル電子機器に用いられるようになり小型化が求められている。このような位置検出装置として、特許文献1〜3の技術が存在する。特許文献1及び3の技術は、ポインティングデバイスへの応用であり、特許文献2の技術は、手ぶれ補正用エンコーダへの応用である。
There are applications to pointing devices and linear encoders as devices that detect the position of a moving detection body and use it as information. In recent years, this apparatus has been used in mobile phones and mobile electronic devices, and miniaturization has been demanded. As such a position detection device, there are technologies disclosed in
前記特許文献1、2における位置検出装置の基本的構造を図8に示す。この図8(a)、図8(b)に示すように、1つずつパッケージされた4個の磁気センサ33、34、35、36を実装基板32上の基板中心を原点としてX軸とY軸上の対称な位置にそれぞれ配置する。この状態で、Z軸方向に着磁された磁石31が磁気センサの上部のX−Y座標を移動することで、移動による磁石31の磁束密度の変化を前記4つの磁気センサが検出する。例えば磁気センサ33と34の距離をx1〜x5(x1>x2>x3>x4>x5であり、かつ、x1とx5の距離の差は約1mm)の5段階に設定し、距離x1より大きい直径を有する磁石31がX軸方向で移動したときの磁気センサ33と34の信号を差動アンプを通して確認すると、図8(c)のような出力が異なるグラフとなる。この図8(c)は、磁気センサ間の距離に応じて出力が変化することを表している。すなわち、検出に用いられる磁気センサは1つずつパッケージされた磁気センサをそれぞれ実装基板上に配置しているので、磁気センサを実装する際の位置精度が悪いとX軸方向とY軸方向との感度差が生じる。
FIG. 8 shows the basic structure of the position detection device in
前記特許文献3における位置検出装置の基本的構造を図9に示す。図9(a)、図9(b)に示すように、1つずつパッケージされた4個の磁気センサ39、40、41、42を実装基板38上の基板中心を原点としてX軸とY軸上の対称な位置にそれぞれ配置する。この特許文献3の場合は、図8の構成と異なり、磁石37が磁気センサ39〜42と同じ高さでX−Y座標を移動する。この状態で、Z軸方向に着磁された磁石37が磁気センサの上部のX−Y座標を移動することで、移動による磁石37の磁束密度の変化を前記4つの磁気センサが検出する。例えば磁気センサ39と40の距離をx’1〜x’5(x’1>x’2>x’3>x’4>x’5であり、かつ、x’1とx’5の距離の差は約1mm)の5段階に設定し、磁石37がX軸方向で移動したとき磁気センサ39と40の信号を差動アンプを通して確認すると図9(c)のような出力が異なるグラフとなる。すなわち、検出に用いられる磁気センサは1つずつパッケージされた磁気センサをそれぞれ実装基板上に配置しているので、磁気センサを実装する装置の位置精度が悪いとX軸方向とY軸方向との出力のピークトゥピークが異なり検出限界範囲に差が生じる。
以上のように、特許文献1乃至3における位置検出装置においては、4つの磁気センサをそれぞれ実装する必要があり、実装の位置決めの精度が悪いと、X軸方向とY軸方向との感度差が生じたり、検出限界範囲に差が生じたりするという問題があった。また、別々の磁気センサを用いているので、個々の特性のばらつきが生じやすく出力信号として所望する値が得られない可能性がある。さらに、4個の磁気センサは配線が独立しており実装基板上で接続する必要があるため、ノイズ等の影響を受けやすいという問題があった。
As described above, in the position detection devices in
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、特性を損なうことなく、4個の磁気センサを1個の磁気センサにまとめ小型化することで、個々の特性ばらつき、固定する実装基板上での配置精度、配線接続による問題等を解消し、また低磁界に感度のある磁気センサ組成を用いることで安価な検出磁石が利用できる磁気式座標位置検出を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and by reducing the size of the four magnetic sensors into a single magnetic sensor without deteriorating the characteristics, individual characteristic variations can be fixed on the mounting substrate. The purpose is to provide magnetic coordinate position detection that can use inexpensive detection magnets by using a magnetic sensor composition that is sensitive to low magnetic fields. is there.
本発明の請求項1は、検出対象に取付けられ平面上で一定の半径内で移動する移動磁石と、前記移動磁石の位置変化による磁気ベクトルの変化を検出する磁気センサとを備えた磁気式座標位置検出装置であって、前記磁気センサは、基板(センサ内基板)上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを備えてパッケージされたことを特徴とする磁気式座標位置検出装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetic coordinate system comprising: a moving magnet attached to a detection target and moving within a fixed radius on a plane; and a magnetic sensor for detecting a change in magnetic vector due to a change in position of the moving magnet. A magnetic coordinate position, wherein the magnetic sensor is packaged with a plurality of anisotropic magnetoresistive elements formed on a substrate (substrate in the sensor) and a bias magnet. It is a detection device.
本発明の請求項2は、請求項1に加えて、前記移動磁石と前記バイアス磁石は、移動磁石の移動する前記平面に対して垂直な方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極に着磁されてなることを特徴とする磁気式座標位置検出装置である。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, the moving magnet and the bias magnet are magnetized in a direction perpendicular to the plane on which the moving magnet moves, and surfaces facing each other have the same polarity. It is a magnetic coordinate position detecting device characterized in that it is magnetized.
本発明の請求項3は、請求項1又は2に加えて、前記磁気センサは、前記バイアス磁石の磁極面に平行な基板上に、前記バイアス磁石の磁極面の磁気的中心を原点としてX軸及びY軸上の原点から同一距離の位置に4つの領域を形成し、この各々の領域に対して、軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した異方性磁気抵抗素子をそれぞれ形成して、合計4つの異方性磁気抵抗素子から構成されることを特徴とする磁気式座標位置検出装置である。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the magnetic sensor has an X-axis on a substrate parallel to the magnetic pole surface of the bias magnet, with the magnetic center of the magnetic pole surface of the bias magnet as the origin. And four regions formed at the same distance from the origin on the Y-axis, and an anisotropic magnetoresistive element extended in a direction forming an angle of 45 ° (or 135 °) with the axis with respect to each region. And a total of four anisotropic magnetoresistive elements, and a magnetic coordinate position detecting device.
本発明の請求項4は、請求項1又は2に加えて、前記磁気センサは、前記バイアス磁石の磁極面に平行な基板上に、前記バイアス磁石の磁極面の磁気的中心を原点としてX軸及びY軸上の原点から同一距離の位置に4つの領域を形成し、この各々の領域に対して、互いの延伸する方向が成す角度が垂直でかつ軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの異方性磁気抵抗素子を隣接させて形成して、合計8つの異方性磁気抵抗素子から構成されることを特徴とする磁気式座標位置検出装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the magnetic sensor has an X axis on the substrate parallel to the magnetic pole surface of the bias magnet, with the magnetic center of the magnetic pole surface of the bias magnet as the origin. And four regions are formed at the same distance from the origin on the Y-axis, and the angle formed by the extending direction of each region is perpendicular to each other and the angle of 45 ° (or 135 °) with the axis. A magnetic coordinate position detection device comprising a total of eight anisotropic magnetoresistive elements formed by adjoining two anisotropic magnetoresistive elements extending in the direction of
請求項1記載の発明によれば、磁気センサは、基板(センサ内基板)上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを一緒にパッケージングして形成しているので、従来技術のホール素子や半導体磁気抵抗素子より低磁界に対しての感度を高くすることができるため、移動磁石が小型であっても、また安価なフェライト磁石であっても装置を構成することが可能となる。また、例えば、複数の異方性磁気抵抗素子を1個の磁気センサにまとめて小型化することで、個々の特性ばらつき、固定する実装基板上での配置精度、配線接続による問題を解消し、低磁界に感度のある磁気センサ組成を用いることで安価な検出磁石が利用できる磁気式座標位置検出を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetic sensor is formed by packaging together a plurality of anisotropic magnetoresistive elements formed on a substrate (substrate in the sensor) and a bias magnet. Since the sensitivity to a low magnetic field can be made higher than that of a conventional Hall element or semiconductor magnetoresistive element, the apparatus can be configured even if the moving magnet is small or an inexpensive ferrite magnet. It becomes possible. In addition, for example, by combining a plurality of anisotropic magnetoresistive elements into one magnetic sensor and reducing the size, individual characteristic variations, placement accuracy on a mounting substrate to be fixed, and problems due to wiring connection are solved. By using a magnetic sensor composition sensitive to a low magnetic field, it is possible to provide magnetic coordinate position detection in which an inexpensive detection magnet can be used.
請求項2記載の発明によれば、移動磁石と前記バイアス磁石は、移動磁石の移動する前記平面に対して垂直な方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極に着磁されるように構成したので、2つの磁石のそれぞれの磁気ベクトルの合成磁気ベクトルが発生し、この合成磁気ベクトルは移動磁石とバイアス磁石の位置関係が変化すると同期した変化をし、この場合の移動磁石の大きさが可動エリア(検出限界範囲)のファクターとなるため、移動磁石の大きさを変更するだけで、検出エリア(検出限界範囲)の設定変更が簡単に行える。 According to a second aspect of the present invention, the moving magnet and the bias magnet are magnetized in a direction perpendicular to the plane on which the moving magnet moves, and the opposing surfaces are magnetized to the same polarity. As a result, a combined magnetic vector of the magnetic vectors of the two magnets is generated, and this combined magnetic vector changes in synchronization with the change in the positional relationship between the moving magnet and the bias magnet. Therefore, the setting of the detection area (detection limit range) can be easily changed by simply changing the size of the moving magnet.
請求項3記載の発明によれば、磁気センサ内の基板上の4つの領域に、軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した異方性磁気抵抗素子をそれぞれ形成して、合計4つの異方性磁気抵抗素子から構成されるようにしたので、4つの異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを一緒にパッケージングして磁気センサを形成することができるため、従来の問題点であった実装の位置決めの精度を気にする必要がなくなる。また、4つの異方性磁気抵抗素子を使用しているため、Vcc−Gnd間の入力抵抗が大きくなって流れる電流値が低くなり、結果、消費電力の低減に繋がる。 According to the third aspect of the present invention, the anisotropic magnetoresistive elements extending in the direction forming an angle of 45 ° (or 135 °) with the axis are formed in the four regions on the substrate in the magnetic sensor. Since a total of four anisotropic magnetoresistive elements are formed, the four anisotropic magnetoresistive elements and the bias magnet can be packaged together to form a magnetic sensor. There is no need to worry about the positioning accuracy of the mounting, which was a problem. In addition, since four anisotropic magnetoresistive elements are used, the input resistance between Vcc and Gnd increases and the value of the flowing current decreases, resulting in a reduction in power consumption.
請求項4記載の発明によれば、磁気センサ内の4つの領域のそれぞれに対して、互いの延伸する方向が成す角度が垂直でかつ軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの異方性磁気抵抗素子を隣接させて形成して、合計8つの異方性磁気抵抗素子から構成するようにしたので、8つの異方性磁気抵抗素子を用いてホイートストンブリッジを構成することができ、これにより、電気的ノイズに強くなり、高い出力を得る事ができる。 According to the fourth aspect of the present invention, with respect to each of the four regions in the magnetic sensor, an angle formed between the extending directions of each of the four regions is vertical and an angle of 45 ° (or 135 °) with the axis. Two stretched anisotropic magnetoresistive elements are formed adjacent to each other so that they are composed of a total of eight anisotropic magnetoresistive elements, so a Wheatstone bridge is constructed using eight anisotropic magnetoresistive elements. This makes it more resistant to electrical noise and obtains a higher output.
本発明による磁気式座標位置検出装置は、検出対象に取付けられ平面上で一定の半径内で移動する移動磁石と、前記移動磁石の位置変化による磁気ベクトルの変化を検出する磁気センサとを備えた磁気式座標位置検出装置であって、前記磁気センサは、基板(センサ内基板)上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを備えてパッケージされ、前記移動磁石と前記バイアス磁石は、移動磁石の移動する前記平面に対して垂直な方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極に着磁されてなり、前記磁気センサは、前記バイアス磁石の磁極面に平行な基板上に、前記バイアス磁石の磁極面の磁気的中心を原点としてX軸及びY軸上の原点から同一距離の位置に4つの領域を形成し、この各々の領域に対して、互いの延伸する方向が成す角度が垂直でかつ軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの異方性磁気抵抗素子を隣接させて形成して、合計8つの異方性磁気抵抗素子から構成されることを特徴とする。 A magnetic coordinate position detection apparatus according to the present invention includes a moving magnet that is attached to a detection target and moves within a certain radius on a plane, and a magnetic sensor that detects a change in magnetic vector due to a change in position of the moving magnet. A magnetic coordinate position detection device, wherein the magnetic sensor is packaged with a plurality of anisotropic magnetoresistive elements formed on a substrate (substrate in the sensor) and a bias magnet, the moving magnet and the bias The magnet is magnetized in a direction perpendicular to the plane on which the moving magnet moves, and surfaces facing each other are magnetized to the same polarity, and the magnetic sensor is parallel to the magnetic pole surface of the bias magnet. Four regions are formed on the substrate at the same distance from the origin on the X-axis and the Y-axis with the magnetic center of the magnetic pole surface of the bias magnet as the origin, and the regions are extended with respect to each other. Direction Are formed by adjoining two anisotropic magnetoresistive elements extending in a direction perpendicular to the axis and forming an angle of 45 ° (or 135 °) with the axis. It is characterized by being configured.
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の磁気式座標位置検出装置10の斜視図である。検出部である磁気センサ11が実装基板13上に固定されており、磁気センサ11の上部の平面座標で磁石12が移動する構成となっている。初期状態では、移動磁石12が磁気センサ11の真上に位置する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1A is a perspective view of a magnetic coordinate
図1(b)は、前記磁気式座標位置検出装置10の側面図である。磁気センサ11は、Si基板若しくはガラス基板等からなるセンサ内基板14に形成された異方性磁気抵抗素子(17〜20、又は、21a〜24a、21b〜24b)がリードフレーム16に取付けられ、リードフレーム16の裏面にバイアス磁石15を備えてパッケージされている。移動磁石12とバイアス磁石15はZ軸方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極となるように設置される。なお、移動磁石12とバイアス磁石15の極が対向しているのであれば、バイアス磁石15、成膜されたセンサ内基板14、移動磁石12のZ軸方向での位置置換に制限はない。
FIG. 1B is a side view of the magnetic coordinate
前記磁気センサ11におけるセンサ内基板14上に形成された異方性磁気抵抗素子(17〜20、又は、21a〜24a、21b〜24b)は、図8及び図9で説明した従来技術に使用されているセンサ面に対して垂直方向の磁界を検出するホール素子や、ローレンツ力による荷電粒子の変化を利用した半導体磁気抵抗素子(SMR)とは異なり、Ni、Fe、Coなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成され、薄膜形成面に水平の磁界が印加されると抵抗値が下がる。本発明は、この効果を利用した異方性磁気抵抗素子(Anisotropic−Magneto−Resistance)である。異方性磁気抵抗素子(17〜20、又は、21a〜24a、21b〜24b)は、低磁界に対しての感度が従来技術のホール素子や半導体磁気抵抗素子より高い。よって移動磁石が小型であっても、また安価なフェライト磁石であっても装置を構成することが可能となる。
The anisotropic magnetoresistive elements (17-20, or 21a-24a, 21b-24b) formed on the sensor
また、従来技術磁気センサにおいて使用されているスピンバルブ式の巨大磁気抵抗効果素子(GMR)の場合(例えば、特開2006−276983号公報)には、製造工程が複雑でありかつ製造コストが高いという問題があったが、本発明のように異方性磁気抵抗素子を用いて磁気センサを構成することで、製造工程も簡単で製造コストも安く済むというメリットがあるため、異方性磁気抵抗素子を採用している。 In the case of a spin valve type giant magnetoresistive element (GMR) used in a conventional magnetic sensor (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-276983), the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high. However, since the magnetic sensor is configured using the anisotropic magnetoresistive element as in the present invention, there is an advantage that the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is low. The element is adopted.
図2(a)に示すのは、磁気センサ11におけるバイアス磁石15と異方性磁気抵抗素子17〜20との位置関係を示した図である。センサ内基板14はバイアス磁石15に平行で、バイアス磁石15の中心に基板14の中心が一致するように配置される。基板14の中心からXY軸方向で同一距離の4つの領域に、軸線に対して45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した異方性磁気抵抗素子17、18、19、20がそれぞれ形成される。
FIG. 2A shows a positional relationship between the
前記異方性磁気抵抗素子17〜20を結線する場合の回路構成を図2(b)に示す。この図2(b)に示すように、それぞれの異方性磁気抵抗素子17〜20は、ブリッジ回路として接続される。これらはセンサ内基板14上若しくはリードフレーム16上で結線されパッケージの端子として4本になり、磁気センサ11を固定する実装基板13と接続する結線の数を抑える事が可能となる。また、異方性磁気抵抗素子を使用しているためVcc−Gnd間の入力抵抗が大きくなって流れる電流値が低くなり、結果、消費電力の低減に繋がる。
FIG. 2B shows a circuit configuration when the anisotropic
図3に示すのは本発明の実施例2であり、これは、図1に示した磁気センサ11におけるセンサ内基板14に配置される異方性磁気抵抗素子の構成を実施例1とは変更したものである。
図3(a)は磁気センサ11におけるバイアス磁石15と異方性磁気抵抗素子との位置関係を示した図である。センサ内基板14はバイアス磁石15に平行で、バイアス磁石15の中心にセンサ内基板14の中心が一致するように配置される。センサ内基板14の中心からXY軸方向で同一距離の4つの領域のそれぞれには、互いの延伸する方向が垂直でかつ軸線に対して45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの隣接する異方性磁気抵抗素子が形成され、合計8つの異方性磁気抵抗素子21a、21b、22a、22b、23a、23b、24a、24bが形成されている。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, which is different from the first embodiment in the configuration of the anisotropic magnetoresistive element arranged on the sensor
FIG. 3A is a diagram showing the positional relationship between the
前記8つの異方性磁気抵抗素子(21a〜24a、21b〜24b)を結線する場合の回路構成を図3(b)に示す。それぞれの異方性磁気抵抗素子は、センサ内基板14上若しくはリードフレーム16上で結線され、パッケージの端子としては6本になる。図3(b)に示すように、異方性磁気抵抗素子(21a〜24a、21b〜24b)はホイートストンブリッジとして構成され、電気的ノイズに強くなり、高い出力を得る事ができる。
FIG. 3B shows a circuit configuration when the eight anisotropic magnetoresistive elements (21a-24a, 21b-24b) are connected. Each anisotropic magnetoresistive element is connected on the sensor
以上の説明から分かるように、本発明の実施例1と実施例2で示したセンサ内基板14上の中心からXY軸方向に同一距離の4つの領域に形成された異方性磁気抵抗素子が、図8及び図9で説明した従来技術における4つの磁気センサ(33〜36、若しくは39〜42)に該当する。異方性磁気抵抗素子は、例えば、センサ内基板14上にフォトリソ工程で成膜され、その精度はnmオーダーとなるため、従来技術において問題であった設置の際の位置決めミスが無くなり、実装基板への設置精度の向上が図られることが分かる。また、4つの領域に形成された異方性磁気抵抗素子は同時成膜される為、個々の素子の特性ばらつきは極めて小さくなることも分かる。
As can be seen from the above description, anisotropic magnetoresistive elements formed in four regions having the same distance in the XY axis direction from the center on the sensor
次に検出原理を説明する。
図4(a)(b)に示すのは、移動磁石12における磁気ベクトルの発生を表した模式図であり、図5(a)(b)に示すのは、バイアス磁石15における磁気ベクトルの発生を表した模式図である。この図4及び図5から分かるように、極磁面より放射状に磁気ベクトルが発生する。この移動磁石12とバイアス磁石15が互いに同極同士で対向すると、バイアス磁石15の近傍(バイアス磁石の磁界>移動磁石の磁界)の極磁面に平行でバイアス磁石15の大きさとほぼ同じ大きさの平面座標(異方性磁気抵抗素子が形成されSi基板若しくはガラス基板に相当)では、移動磁石12とバイアス磁石15のそれぞれの磁気ベクトルの合成磁気ベクトルが発生する。平面座標での合成磁気ベクトルは、移動磁石12とバイアス磁石15の位置関係が変化すると、同期した変化を伴う。
このように、移動磁石12のみならずバイアス磁石15も使用(極の向きに係わらず)することによって、移動磁石12の移動に伴う合成磁気ベクトルの変化を生じさせることができ、これは移動磁石12のみの場合と比較して大きな磁気ベクトルの変化となるため、磁気センサとしての感度が高まる。
さらに、移動磁石12のみを使用した場合、若しくは、バイアス磁石15と移動磁石12を異極同士を対向させて使用する場合においては、移動磁石12の半径の半分の距離を越えて移動したところから出力が横倍となってしまってそれ以上の移動の位置検出が出来ないが、バイアス磁石15と移動磁石12を同極同士を対向させて使用することによって移動磁石12の半径分の移動までリニアに検出可能となるため、検出エリアが広がる。以下において詳細に説明する。
Next, the detection principle will be described.
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing the generation of magnetic vectors in the moving
Thus, by using not only the moving
Further, when only the moving
図6に示すのは、平面座標で移動磁石12が+X軸方向に移動した時の合成磁気ベクトルの変化を表した模式図である。図6(a)は、移動磁石12とバイアス磁石15の中心が重なっている場合であり、この場合の合成磁気ベクトルは、中心から放射状に発生している。図6(b)は、移動磁石12が平面座標で+X軸方向に半径の半分程度の距離だけ移動した場合であり、図6(c)は、移動磁石12が平面座標で+X軸方向に略半径の距離移動した場合である。図6(a)の状態から(b)、(c)の状態に移動磁石12が移動していくと、平面座標すなわち異方性磁気抵抗素子が形成されたセンサ内基板14の中心からXY軸方向に同一距離の4つの領域での合成磁気ベクトルは、Y軸領域においては合成磁気ベクトルの向き(α)が変化し、X軸領域では合成磁気ベクトルはほとんど変化しない。すなわち、移動磁石12のX軸方向への移動については、異方性磁気抵抗素子が形成された前記4つの領域のうちY軸領域において検出可能であり、移動磁石12のY軸方向への移動については、前記4つの領域のうちX軸領域において検出可能であるといえる。換言すれば、移動磁石12がその大きさの半径内のどの位置に移動しても前記4つの領域での合成磁気ベクトルの変化を検出することによって、座標位置検出が可能となるということである。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a change in the resultant magnetic vector when the moving
実際に実施例に従い装置を構築した。構築した装置は、図3(a)に示す8つの異方性磁気抵抗素子を形成した2mm×2mmのSi基板と、バイアス磁石15としてフェライト焼結材Φ1.5mm×0.35mmと、移動磁石12としてフェライト焼結材のΦ6mm×1mm、Φ4mm×1mm及びΦ3mm×1mmを用いた。
図7(a)に示すのは、移動磁石12をX軸方向に移動した時のOutAとOutA’信号の差動アンプからの出力例である。図7(b)に示すのは、移動磁石12をY軸方向に移動した時のOutBとOutB’信号の差動アンプからの出力例である。
X軸、Y軸での移動距離に伴うそれぞれの出力は同じになる事が確認できる。移動磁石12のほぼ直径に比例して出力カーブが変わる。換言すれば、移動磁石12の大きさが可動エリア(検出限界範囲)のファクターとなる。よって単に移動磁石12の大きさ変えることで検出エリア(検出限界範囲)の変更設定が容易に行う事が可能である。
An apparatus was actually constructed according to the example. The constructed apparatus includes a 2 mm × 2 mm Si substrate on which eight anisotropic magnetoresistive elements shown in FIG. 3A are formed, a ferrite sintered material Φ1.5 mm × 0.35 mm as a
FIG. 7A shows an output example of the OutA and OutA ′ signals from the differential amplifier when the moving
It can be confirmed that the outputs corresponding to the movement distances on the X axis and the Y axis are the same. The output curve changes in proportion to the diameter of the moving
前記図7(a)(b)に示した出力カーブは正弦波形状に近似している為、OutA,A’の差動出力Aと、OutB,B’の差動出力Bを、arcsin(A/Aの最大出力)、arccos(B/Bの最大出力)で変換すれば、正確に座標位置が検出できる。
また、移動磁石を人間が操作する場合、移動磁石の移動した方向θは、arctan(A/B)の信号で得ることができ、移動磁石の移動スピードは、k×(A2+B2)0.5の信号にて得ることができる。このような処理を用いることによって、人間の感覚に近い操作性を得ることが可能となる。
Since the output curves shown in FIGS. 7A and 7B approximate a sine wave shape, the differential output A of OutA and A ′ and the differential output B of OutB and B ′ are expressed by arcsin (A / A maximum output) and arccos (B / B maximum output), the coordinate position can be detected accurately.
When a moving magnet is operated by a human, the moving direction θ of the moving magnet can be obtained by an arctan (A / B) signal, and the moving speed of the moving magnet is k × (A 2 + B 2 ) 0. .5 signal. By using such a process, it is possible to obtain operability close to that of a human.
前記実施例1、2においては、異方性磁気抵抗素子を4つ又は8つ用いて磁気センサを構成する例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、検出対象の移動方向が一方向(例えばX軸方向のみ)の場合には、異方性磁気抵抗素子を2つとして、固定抵抗と組み合わせてブリッジ回路を構成することで、位置検出が可能となる。 In the first and second embodiments, the example in which the magnetic sensor is configured using four or eight anisotropic magnetoresistive elements has been described, but the present invention is not limited to this. For example, when the direction of movement of the detection target is one direction (for example, only in the X-axis direction), position detection is possible by configuring a bridge circuit with two anisotropic magnetoresistive elements in combination with a fixed resistor. It becomes.
10…磁気式座標位置検出装置、11…磁気センサ、12…移動磁石、13…実装基板、14…センサ内基板、15…バイアス磁石、16…リードフレーム、17〜20…異方性磁気抵抗素子、21a〜24a及び21b〜24b…異方性磁気抵抗素子、31…磁石、32…実装基板、33〜36…磁気センサ、37…磁石、38…実装基板、39〜42…磁気センサ。
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