JP2010009170A - Plane pointing device - Google Patents

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幸光 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify a mechanism for plane position detection to thin a plane pointing device. <P>SOLUTION: In this plane pointing device, a flat magnet 1 of a flat circular ring shape is flat-movably disposed inside a movable range M formed on a substrate, and first and second GMR sensors 2, 3 are disposed inside the same plane as the flat magnet 1 on the outer circumference of the movable range M. A direction of a magnetic field acting on the first and second GMR sensors 2, 3 changes according to a movement position of the flat magnet 1, and the movement position is detected from a direction of magnetization of a free layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次元平面上を移動する磁石の二次元座標位置を検出する平面ポインティングデバイスに関する。   The present invention relates to a planar pointing device that detects a two-dimensional coordinate position of a magnet that moves on a two-dimensional plane.

従来、二次元平面上での二次元座標を検出する平面ポインティングデバイスとして可変抵抗素子を用いる接触式ポインティングデバイスと、磁気センサを用いる非接触式ポインティングデバイスとが知られている。接触式ポインティングデバイスは、可動接点との接触位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗体を互いに直交するX軸方向及びY軸方向に沿ってそれぞれ配置し、可動部の二次元平面上での移動に合わせて可動接点をX及びY軸方向の可変抵抗上をスライドさせ、可変抵抗の抵抗値を読み取って二次元座標を検出していた。しかしながら、接触式ポインティングデバイスは、可変抵抗体と可動接点とを接触させて摺動させるため、構造が複雑となって小型化が難しかった。   Conventionally, a contact-type pointing device using a variable resistance element as a planar pointing device for detecting a two-dimensional coordinate on a two-dimensional plane, and a non-contact type pointing device using a magnetic sensor are known. In the contact type pointing device, variable resistors whose resistance values change according to the contact position with the movable contact are arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other, and the movable part on the two-dimensional plane is arranged. In accordance with the movement, the movable contact is slid on the variable resistor in the X and Y axis directions, and the resistance value of the variable resistor is read to detect a two-dimensional coordinate. However, since the contact type pointing device is slid by contacting the variable resistor and the movable contact, the structure is complicated and it is difficult to reduce the size.

一方、非接触式ポインティングデバイスは、磁石を二次元平面上で移動可能に保持し、磁石の二次元座標位置に応じた磁界変化を磁気センサにて非接触で検出して二次元座標を求めている(例えば、特許文献1参照)。このため、接触式ポインティングデバイスのような摺動機構を備える不要がなくなるといった利点がある。   On the other hand, a non-contact type pointing device holds a magnet so as to be movable on a two-dimensional plane, detects a magnetic field change according to the two-dimensional coordinate position of the magnet in a non-contact manner, and obtains a two-dimensional coordinate. (For example, refer to Patent Document 1). For this reason, there is an advantage that it becomes unnecessary to provide a sliding mechanism such as a contact type pointing device.

図5及び図6を参照して特許文献1に記載された非接触式の平面ポインティングデバイスについて説明する。実装基板11の主面11a上に固定部12aと保持部12bとからなる樹脂部12を配置している。略円筒状をなす保持部12bの中央凹部で円盤状をなす平板磁石13を保持している。実装基板11の下面11bに本体20aと突電極20bとを備えた磁気センサ20を設けている。本体20aは初期位置にある平板磁石13と対向する位置に配置されている。図6に示すように、本体20aはセンサ基板の主面に第1〜第4のGMR素子R1〜R4を備えており、第1のGMR素子R1はセンサ基板の主面におけるY軸正方向端部に配置され、第2のGMR素子R2はY軸負方向端部に配置され、第3のGMR素子R3はセンサ基板の主面におけるX軸負方向端部に配置され、第4のGMR素子R4はX軸正方向端部に配置されている。   A non-contact type planar pointing device described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. A resin portion 12 including a fixing portion 12a and a holding portion 12b is disposed on the main surface 11a of the mounting substrate 11. A flat magnet 13 having a disc shape is held by a central recess of the holding portion 12b having a substantially cylindrical shape. A magnetic sensor 20 having a main body 20a and a salient electrode 20b is provided on the lower surface 11b of the mounting substrate 11. The main body 20a is disposed at a position facing the flat magnet 13 at the initial position. As shown in FIG. 6, the main body 20a includes first to fourth GMR elements R1 to R4 on the main surface of the sensor substrate, and the first GMR element R1 is an end in the Y-axis positive direction on the main surface of the sensor substrate. The second GMR element R2 is disposed at the Y-axis negative direction end, the third GMR element R3 is disposed at the X-axis negative direction end on the main surface of the sensor substrate, and the fourth GMR element R4 is disposed at the end in the positive direction of the X axis.

かかる平面ポインティングデバイスでは、図6(a)〜(e)に示すように平板磁石13のXY平面(主面11a)上のX,Y座標位置に応じて、第1〜第4のGMR素子R1〜R4の自由層の磁化方向が変化する。GMR素子は自由層の磁化方向に応じて抵抗値(出力)が変化する。そこで、第1〜第4のGMR素子R1〜R4の出力信号を磁気センサ20に設けた磁石位置決定部(不図示)に取り込んでX,Y座標位置に変換していた。
特開2006−276983号公報
In such a planar pointing device, as shown in FIGS. 6A to 6E, the first to fourth GMR elements R1 according to the X and Y coordinate positions on the XY plane (main surface 11a) of the flat magnet 13 are used. The magnetization direction of the free layer of ~ R4 changes. The resistance value (output) of the GMR element changes according to the magnetization direction of the free layer. Therefore, the output signals of the first to fourth GMR elements R1 to R4 are taken into a magnet position determining unit (not shown) provided in the magnetic sensor 20 and converted into X and Y coordinate positions.
JP 2006-276983 A

ところで、最近は携帯電話機等のように機器本体の薄型化が求められており、平面ポインティングデバイスのように携帯電話機の機器本体等に搭載されるデバイスにも更なる薄型化の要求がある。しかしながら、上述した特許文献1記載の平面ポインティングデバイスでは、実装基板11を挟んで上下に平板磁石13と磁気センサ20とを対向配置する構造のため、更なる薄型化を図るには限界があった。   Recently, there has been a demand for thinning of a device body such as a mobile phone, and there is a demand for further thinning of a device mounted on the device body of a mobile phone such as a flat pointing device. However, the above-described planar pointing device described in Patent Document 1 has a limit in achieving further thinning because of the structure in which the flat magnet 13 and the magnetic sensor 20 are opposed to each other with the mounting substrate 11 interposed therebetween. .

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、平面位置検出のための機構を簡素化できると共に、容易に薄型化を実現できる平面ポインティングデバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a planar pointing device that can simplify a mechanism for detecting a planar position and can easily realize a reduction in thickness.

本発明の平面ポインティングデバイスは、互いに直交するX軸及びY軸で規定されるXY平面内を平面移動可能に配置された磁石の移動範囲内での位置を検出する平面ポインティングデバイスであって、前記磁石から発生する磁力線が当該磁石から前記移動範囲の外周に向けて又はその逆向きに放射されるように前記磁石を着磁し、前記磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にGMRセンサを配置し、前記各GMRセンサの出力信号から前記磁石の位置を検出することを特徴とする。   The planar pointing device of the present invention is a planar pointing device for detecting a position within a moving range of a magnet arranged so as to be capable of plane movement in an XY plane defined by an X axis and a Y axis orthogonal to each other. The magnet is magnetized so that the magnetic field lines generated from the magnet are emitted from the magnet toward the outer periphery of the moving range or in the opposite direction, and the magnetic field of the magnet acts in the same plane as the magnet. GMR sensors are arranged at a plurality of locations on the outer periphery of the moving range, and the position of the magnet is detected from the output signal of each GMR sensor.

この構成によれば、磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にGMRセンサを配置したので、磁石とGMRセンサとを基板を挟んで上下に配置する構成に比べて、大幅に薄型化が可能になる。   According to this configuration, since the GMR sensors are arranged at a plurality of locations on the outer periphery of the moving range in which the magnetic field of the magnet acts within the same plane as the magnet, the magnet and the GMR sensor are arranged above and below the substrate. Compared with, it is possible to significantly reduce the thickness.

上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石として平板状をなす磁石を用いることが好ましい。平板状をなす磁石として、平板円盤状又は平板円環状をなすものを用いることができる。   In the planar pointing device, it is preferable to use a plate-shaped magnet as the magnet. As the magnet having a flat plate shape, a magnet having a flat disk shape or a flat plate ring shape can be used.

また本発明は、上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する2つの線分上に前記GMRセンサをそれぞれ設置したことを特徴とする。   According to the present invention, in the planar pointing device, the GMR sensors are respectively installed on two line segments that pass through a central portion of the moving range of the magnet and are orthogonal to each other.

この構成により、磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する2つの線分上に前記GMRセンサをそれぞれ設置したことにより、磁石があらゆる方向へ移動する場合にGMRセンサに作用する磁場の向きの変化が平均して大きくなり、磁場の向きの変化に基づいた位置検出精度を向上することができる。   With this configuration, the GMR sensor is installed on two line segments that are orthogonal to each other through the center of the moving range of the magnet, so that the direction of the magnetic field acting on the GMR sensor when the magnet moves in all directions The change becomes larger on average, and the position detection accuracy based on the change in the direction of the magnetic field can be improved.

また本発明は、上記平面ポインティングデバイスにおいて、前記磁石側から見て前記GMRセンサの背後に、前記磁石から前記移動範囲の外周に向けて放射される磁場をGMRセンサ側に引き込む補助磁石を近接して配置したことを特徴とする。   Further, according to the present invention, in the planar pointing device, an auxiliary magnet that draws a magnetic field radiated from the magnet toward the outer periphery of the moving range to the GMR sensor side is provided behind the GMR sensor as viewed from the magnet side. It is characterized by having arranged.

この構成により、磁石から放射される磁場をGMRセンサ側に引き込む補助磁石を設けたので、磁石とGMRセンサとの距離が離れていても磁石からGMRセンサに十分な大きさの磁場を作用させることができ、検出精度の低下を防止できる。   With this configuration, since the auxiliary magnet for drawing the magnetic field radiated from the magnet to the GMR sensor side is provided, a sufficiently large magnetic field can be applied to the GMR sensor from the magnet even if the distance between the magnet and the GMR sensor is long. It is possible to prevent a decrease in detection accuracy.

本発明によれば、平面ポインティングデバイスの平面位置検出のための機構を簡素化できると共に、薄型化を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to simplify the mechanism for detecting the planar position of the planar pointing device, and to realize a reduction in thickness.

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施の形態に係る平面ポインティングデバイスの模式的な平面図であり、図2は図1に示すA-A線矢視断面図である。平板円環状をなす平板磁石1がXY平面上の磁石移動範囲となる可動範囲M内を外力に応じて任意方向へスライド可能に配置されている。可動範囲MにおけるX軸方向端部に第1のGMRセンサ2を設け、可動範囲MにおけるY軸方向端部に第2のGMRセンサ3を設けている。本実施の形態では可動範囲Mを正方形とし、第1のGMRセンサ2はY軸方向の一辺の中間位置に固定し、第2のGMRセンサ3はX軸方向の一辺の中間位置に固定している。このため、第1のGMRセンサ2から可動範囲Mの中心点Pを通る線分と第2のGMRセンサ3から可動範囲Mの中心点Pを通る線分とが直交する位置関係となっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a planar pointing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. A flat plate magnet 1 having a circular plate shape is arranged so as to be slidable in an arbitrary direction in accordance with an external force within a movable range M which is a magnet moving range on the XY plane. The first GMR sensor 2 is provided at the end of the movable range M in the X-axis direction, and the second GMR sensor 3 is provided at the end of the movable range M in the Y-axis direction. In the present embodiment, the movable range M is a square, the first GMR sensor 2 is fixed at an intermediate position on one side in the Y-axis direction, and the second GMR sensor 3 is fixed at an intermediate position on one side in the X-axis direction. Yes. Therefore, the line segment passing from the first GMR sensor 2 through the center point P of the movable range M and the line segment passing from the second GMR sensor 3 through the center point P of the movable range M are orthogonal to each other. .

図2に示すように、平板磁石1と第1及び第2のGMRセンサ2、3は、基板4の上面4aとなる同一平面に配置されている。なお、図2では視点の関係で第2のGMRセンサ3は見えない位置となっている。基板4の上面4aには可動範囲Mの外周部を規定する側壁部5が形成されていて、上面4aと側壁部5とで形成される凹部内に平板磁石1が配置されている。平板磁石1は、図示していない保持部に固定されていて、当該保持部と平板磁石1とが一体となって可動範囲M内を任意方向に移動できるように構成している。   As shown in FIG. 2, the flat magnet 1 and the first and second GMR sensors 2 and 3 are arranged on the same plane as the upper surface 4 a of the substrate 4. In FIG. 2, the second GMR sensor 3 cannot be seen due to the viewpoint. On the upper surface 4 a of the substrate 4, a side wall portion 5 that defines the outer peripheral portion of the movable range M is formed, and the flat magnet 1 is disposed in a recess formed by the upper surface 4 a and the side wall portion 5. The flat plate magnet 1 is fixed to a holding portion (not shown), and the holding portion and the flat plate magnet 1 are integrated so as to move in the movable range M in an arbitrary direction.

なお、平板磁石1を固定する保持部の構成は、例えば図5に示す樹脂部12と同様のものであっても良い。または、平板磁石1又はその保持部を上面4a上でスライドさせる構造であっても良い。スライド構造の場合、平板磁石1の外径寸法は可動範囲Mの一辺片よりも十分に小さい寸法とし、平板磁石1の可動範囲M内での移動距離に応じて設定する。   In addition, the structure of the holding | maintenance part which fixes the flat magnet 1 may be the same as that of the resin part 12 shown, for example in FIG. Or the structure which slides the flat magnet 1 or its holding | maintenance part on the upper surface 4a may be sufficient. In the case of a slide structure, the outer diameter of the flat magnet 1 is sufficiently smaller than one side piece of the movable range M, and is set according to the moving distance of the flat magnet 1 within the movable range M.

平板磁石1は全体として平板円環状をなしており、磁石外周部1aがN極に着磁され、磁石内周部1bがS極に着磁されている。したがって、図3に示すように平板磁石1の外周部1a(N極)から平板平面に沿って可動範囲Mの外周部(図3中の左方向)へ放射された磁力線が弧を描いて平板磁石1の内周部1b(S極)へ入力する。平板磁石1は全体として平板円環状をなしているので、外周部1a(N極)から平板平面に沿って放射状に均一な磁力線が放射されることになる。第1及び第2のGMRセンサ2,3は平板磁石1と同一平面に配置しているので、平板磁石1の外周部1a(N極)から外方へ放射された磁力線が第1及び第2のGMRセンサ2,3を貫くこととなる。第1及び第2のGMRセンサ2,3にそれぞれ入射する主な磁力線は、平板磁石1の中心から見て第1及び第2のGMRセンサ2,3に向かって放射される磁力線である。   The flat magnet 1 has a flat annular shape as a whole, the magnet outer peripheral portion 1a is magnetized to the N pole, and the magnet inner peripheral portion 1b is magnetized to the S pole. Therefore, as shown in FIG. 3, the lines of magnetic force radiated from the outer peripheral portion 1a (N pole) of the flat magnet 1 to the outer peripheral portion (left direction in FIG. 3) of the movable range M along the flat plate plane form an arc. It inputs into the inner peripheral part 1b (S pole) of the magnet 1. Since the flat magnet 1 has a flat annular shape as a whole, uniform magnetic field lines are radiated radially from the outer peripheral portion 1a (N pole) along the flat plate plane. Since the first and second GMR sensors 2 and 3 are arranged in the same plane as the flat magnet 1, the lines of magnetic force radiated outward from the outer peripheral portion 1 a (N pole) of the flat magnet 1 are the first and second. The GMR sensors 2 and 3 are penetrated. The main lines of magnetic force incident on the first and second GMR sensors 2 and 3 are lines of magnetic force radiated toward the first and second GMR sensors 2 and 3 when viewed from the center of the flat magnet 1.

ここで、本実施の形態に係る平面ポインティングデバイスが有する第1及び第2のGMRセンサ2,3の概略について説明する。GMRセンサ2,3は、巨大磁気抵抗効果を利用したGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)を備えている。このGMR素子は、基本的な構成として、交換バイアス層(反強磁石層)、固定層(ピン止め磁性層)、非磁性層及び自由層(フリー磁性層)を基板上に積層して形成される。固定層(ピン止め磁性層)においては、交換バイアス層(反強磁石層)との交換結合により磁化の向きが固定される一方、自由層(フリー磁性層)においては、外部磁場の状態に応じて磁化の向きが変化するものとなっている。   Here, an outline of the first and second GMR sensors 2 and 3 included in the planar pointing device according to the present embodiment will be described. Each of the GMR sensors 2 and 3 includes a GMR element (giant magnetoresistive element) using a giant magnetoresistive effect. This GMR element is basically formed by laminating an exchange bias layer (antiferromagnetic layer), a fixed layer (pinned magnetic layer), a nonmagnetic layer and a free layer (free magnetic layer) on a substrate. The In the fixed layer (pinned magnetic layer), the direction of magnetization is fixed by exchange coupling with the exchange bias layer (antiferromagnetic layer), while in the free layer (free magnetic layer), depending on the state of the external magnetic field Thus, the direction of magnetization changes.

本実施の形態に係る平面ポインティングデバイスにおいては、平板磁石1から当該平板磁石1が配置される基板4と同一基板面方向に向けて放射状に発生する磁場をこのようなGMR素子に作用させる。そして、この磁場を形成している磁力線の向きを変化させて自由層(フリー磁性層)の磁化の向きを変化させることで、GMR素子の電気抵抗値を変化させる。GMR素子の電気抵抗値の変化に応じた電気信号をGMRセンサ2,3から出力する。この電気信号は、当該平面ポインティングデバイスが搭載される装置の制御部に入力され、制御部において、電気信号に基づいて平板磁石1の可動範囲M内でのXY座標位置が算出される。たとえば、制御部に可動範囲M内のXY座標位置と、各XY座標に対応したGMRセンサ2,3から出力信号パターンとを対応させたルックアップテーブルを用意しておく。ルックアップテーブルを用いることで、GMRセンサ2,3から出力信号パターンを入力として対応したXY座標位置を瞬時に取り出すことができる。   In the flat pointing device according to the present embodiment, a magnetic field generated radially from the flat magnet 1 toward the same substrate surface as the substrate 4 on which the flat magnet 1 is disposed is applied to such a GMR element. Then, the electric resistance value of the GMR element is changed by changing the direction of the magnetic field lines forming the magnetic field to change the direction of magnetization of the free layer (free magnetic layer). Electric signals corresponding to changes in the electric resistance value of the GMR element are output from the GMR sensors 2 and 3. This electrical signal is input to the control unit of the apparatus on which the planar pointing device is mounted, and the control unit calculates the XY coordinate position within the movable range M of the flat magnet 1 based on the electrical signal. For example, a lookup table is prepared in which the XY coordinate position within the movable range M and the output signal pattern from the GMR sensors 2 and 3 corresponding to each XY coordinate are associated with the control unit. By using the look-up table, the corresponding XY coordinate position can be instantaneously extracted from the GMR sensors 2 and 3 with the output signal pattern as an input.

なお、第1及び第2のGMRセンサ2,3が備えるGMR素子が巨大磁気抵抗効果(GMR)を発揮するためには、例えば、交換バイアス層がα−Fe層、固定層がNiFe層、非磁性層がCu層、自由層がNiFe層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、どのように形成されていてもよい。また、GMR素子は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上述したような積層構造のものに限定されるものではない。 In order for the GMR elements included in the first and second GMR sensors 2 and 3 to exhibit the giant magnetoresistance effect (GMR), for example, the exchange bias layer is an α-Fe 2 O 3 layer, and the fixed layer is NiFe. The layer and the nonmagnetic layer are preferably formed of a Cu layer, and the free layer is formed of a NiFe layer. However, the present invention is not limited to these, and any method can be used as long as it exhibits a magnetoresistive effect. It may be. Further, the GMR element is not limited to the laminated structure as described above as long as it exhibits a magnetoresistive effect.

図4(a)〜(f)は可動範囲M内における平板磁石1の各移動位置と当該平板磁石1から第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場(磁力線)との関係を示す図である。図4(a)は平板磁石1の中心位置が可動範囲Mの中心位置Pと一致する場所P1(x0、y0)に配置された状態を示している。図4(d)は図4(a)の移動位置において第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場(磁力線)の向きを示している。同図に示すように、第1のGMRセンサ2に作用する磁場(磁力線)の向きは、主にX軸に対して平行な磁力線となる。一方、第2のGMRセンサ3に作用する磁場は、主にY軸に対して平行な磁力線となる。したがって、第1のGMRセンサ2では自由層の磁化の向きがX軸に対して平行な向きとなる。また第2のGMRセンサ3では自由層の磁化の向きがY軸に対して平行な向きとなる。   4A to 4F show the relationship between each moving position of the plate magnet 1 within the movable range M and the magnetic field (lines of magnetic force) acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 from the plate magnet 1. FIG. FIG. 4A shows a state in which the center position of the flat magnet 1 is disposed at a place P1 (x0, y0) where the center position P of the movable range M coincides with the center position P. FIG. 4 (d) shows the direction of the magnetic field (lines of magnetic force) acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 at the movement position of FIG. 4 (a). As shown in the figure, the direction of the magnetic field (lines of magnetic force) acting on the first GMR sensor 2 is mainly magnetic lines of force parallel to the X axis. On the other hand, the magnetic field acting on the second GMR sensor 3 is a magnetic force line that is mainly parallel to the Y axis. Accordingly, in the first GMR sensor 2, the magnetization direction of the free layer is parallel to the X axis. In the second GMR sensor 3, the magnetization direction of the free layer is parallel to the Y axis.

図4(b)は平板磁石1が可動範囲Mの中心位置Pから図中右方向へ所定距離離された場所P2(x1、y0)に移動した状態を示している。図4(e)は図4(b)の磁石位置において第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場(磁力線)の向きを示している。同図に示すように、第1のGMRセンサ2に作用する磁場は、主にX軸に対して平行な磁力線となる。一方、第2のGMRセンサ3に作用する磁場は、主にY軸から時計回りに角度θ1だけ回転した向きの磁力線となる。したがって、第1のGMRセンサ2では自由層の磁化の向きがX軸に対して平行な向きとなる。また第2のGMRセンサ3では自由層の磁化の向きがY軸から時計回りに角度θ1だけ回転した向きとなる。   FIG. 4B shows a state in which the flat magnet 1 has moved from the center position P of the movable range M to a place P2 (x1, y0) that is a predetermined distance away in the right direction in the figure. FIG. 4 (e) shows the direction of the magnetic field (lines of magnetic force) acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 at the magnet position in FIG. 4 (b). As shown in the figure, the magnetic field acting on the first GMR sensor 2 is a magnetic force line parallel to the X axis. On the other hand, the magnetic field acting on the second GMR sensor 3 is a magnetic field line oriented in a direction rotated mainly by the angle θ1 clockwise from the Y axis. Accordingly, in the first GMR sensor 2, the magnetization direction of the free layer is parallel to the X axis. In the second GMR sensor 3, the magnetization direction of the free layer is rotated clockwise from the Y axis by an angle θ1.

図4(c)は平板磁石1が可動範囲Mの中心位置Pから図中右方向へ所定距離離れ、かつY軸方向へ所定距離離された場所P3(x1、y1)に移動した状態を示している。図4(f)は図4(c)の磁石位置において第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場(磁力線)の向きを示している。同図に示すように、第1のGMRセンサ2に作用する磁場は、主にX軸から反時計回りに角度θ2だけ回転した向きの磁力線となる。一方、第2のGMRセンサ3に作用する磁場は、主にY軸から時計回りに角度θ3だけ回転した向きの磁力線となる。したがって、第1のGMRセンサ2では自由層の磁化の向きがX軸から反時計回りに角度θ2だけ回転した向きとなる。また、第2のGMRセンサ3では自由層の磁化の向きがY軸から時計回りにθ3だけ回転した向きとなる。   FIG. 4 (c) shows a state in which the flat magnet 1 has moved from the center position P of the movable range M to the place P3 (x1, y1) that is a predetermined distance away from the center position P in the right direction and a predetermined distance in the Y axis direction. ing. FIG. 4 (f) shows the direction of the magnetic field (lines of magnetic force) acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 at the magnet position in FIG. 4 (c). As shown in the figure, the magnetic field acting on the first GMR sensor 2 is a magnetic field line oriented in a direction rotated mainly by an angle θ2 counterclockwise from the X axis. On the other hand, the magnetic field acting on the second GMR sensor 3 is a magnetic field line oriented in the direction rotated mainly by the angle θ3 clockwise from the Y axis. Therefore, in the first GMR sensor 2, the magnetization direction of the free layer is the direction rotated counterclockwise from the X axis by the angle θ2. In the second GMR sensor 3, the magnetization direction of the free layer is the direction rotated clockwise by θ3 from the Y axis.

以上のように、平板円環状をなす平板磁石1を可動範囲Mで任意方向へ移動することにより、第1及び第2のGMRセンサ2,3の自由層の磁化の向きが平板磁石1の移動位置に応じた方向に変化する。平板磁石1の移動位置に対応して第1及び第2のGMRセンサ2,3の自由層の磁化の向きが変化すると、各GMRセンサ2,3におけるGMR素子の電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に応じた電気信号をGMRセンサ2,3から制御部に取り込んで、平板磁石1の可動範囲M内でのXY座標位置を算出する。   As described above, the direction of magnetization of the free layers of the first and second GMR sensors 2 and 3 is moved by moving the plate magnet 1 having a circular plate shape in an arbitrary direction within the movable range M. It changes in the direction according to the position. When the magnetization directions of the free layers of the first and second GMR sensors 2 and 3 change corresponding to the movement position of the flat magnet 1, the electrical resistance value of the GMR element in each GMR sensor 2 and 3 changes. An electric signal corresponding to the change in the electric resistance value is taken into the control unit from the GMR sensors 2 and 3, and the XY coordinate position within the movable range M of the flat magnet 1 is calculated.

このように、本実施の形態によれば、可動範囲Mに配置される平板円環状をなす平板磁石1と同一平面内に可動範囲Mの外周部に沿って第1及び第2のGMRセンサ2,3を配置したので、平板磁石1の移動位置を非接触式で検出可能であると共に、基板4の下面側にGMRセンサを配置する場合に比べて、大幅に薄型化することができる。   Thus, according to the present embodiment, the first and second GMR sensors 2 are arranged along the outer periphery of the movable range M in the same plane as the flat plate-shaped magnet 1 arranged in the movable range M. , 3 can be detected in a non-contact manner, and the thickness of the flat magnet 1 can be significantly reduced as compared with the case where the GMR sensor is disposed on the lower surface side of the substrate 4.

また、本実施の形態の平面ポインティングデバイスのように、第1のGMRセンサ2と第2のGMRセンサ3とを可動範囲Mの中心点Pを通過する互いに直交する線上に配置することで、平板磁石1が中心点Pからあらゆる方向へ移動可能であったとしても、第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場の向きを平均して大きく変化させることができ、検出精度の向上を図ることができる。   In addition, like the planar pointing device of the present embodiment, the first GMR sensor 2 and the second GMR sensor 3 are arranged on lines orthogonal to each other that pass through the center point P of the movable range M. Even if the magnet 1 can move in any direction from the center point P, the direction of the magnetic field acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 can be greatly changed on average, and the detection accuracy can be improved. Can be achieved.

但し、本発明は第1及び第2のGMRセンサ2、3は必ずしも可動範囲Mの中心点Pを通過する互いに直交する線上に配置する必要はない。第1及び第2のGMRセンサ2、3を可動範囲Mの外周部の互いに離間した場所に設置すれば、直交配置する場合に比べて自由層の磁化の向きの変化量は移動方向によっては小さくなるが、自由層の磁化の向きは変化するので磁石の移動位置を検出することは可能である。   However, in the present invention, the first and second GMR sensors 2 and 3 do not necessarily need to be arranged on mutually orthogonal lines passing through the center point P of the movable range M. If the first and second GMR sensors 2 and 3 are installed at positions spaced apart from each other on the outer periphery of the movable range M, the amount of change in the magnetization direction of the free layer is smaller depending on the moving direction than when they are arranged orthogonally. However, since the direction of magnetization of the free layer changes, it is possible to detect the moving position of the magnet.

また、平板円環状の平板磁石1は、可動範囲Mの外周部に向けて放射状に均一な磁場を発生させるのに好適であるが、可動範囲M内の移動位置に応じて第1及び第2のGMRセンサ2、3に作用する磁場の向きが変化するのであれば、必ずしも円環状である必要はない。例えば、円盤形状で当ても良いし、その他の平板形状であっても良い。   In addition, the flat plate magnet 1 having an annular shape is suitable for generating a radially uniform magnetic field toward the outer peripheral portion of the movable range M. If the direction of the magnetic field acting on the GMR sensors 2 and 3 changes, it does not necessarily have to be an annular shape. For example, it may be a disk shape or other flat plate shape.

また、平板磁石1から第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場が弱い場合、GMRセンサの自由層の磁化の向きが十分に変化しない可能性がある。そこで、図1に2点鎖線で示すように、第1及び第2のGMRセンサ2,3の背後に近接して補助磁石6,7を設置する。平板磁石1から放射された磁場を第1及び第2のGMRセンサ2,3側に引き込むように補助磁石6,7を作用させることで、平板磁石1だけの磁場では十分な精度を実現できない場合であっても、補助磁石6,7を組み合わせることで平板磁石1から第1及び第2のGMRセンサ2,3に作用する磁場を強くすることができ、検出精度を向上させることができる。   Moreover, when the magnetic field which acts on the 1st and 2nd GMR sensors 2 and 3 from the flat magnet 1 is weak, there exists a possibility that the direction of magnetization of the free layer of a GMR sensor may not fully change. Therefore, as indicated by a two-dot chain line in FIG. 1, auxiliary magnets 6 and 7 are installed in proximity to the back of the first and second GMR sensors 2 and 3. When the auxiliary magnets 6 and 7 are operated so as to draw the magnetic field radiated from the flat magnet 1 toward the first and second GMR sensors 2 and 3, and sufficient accuracy cannot be realized with the magnetic field of the flat magnet 1 alone. Even so, by combining the auxiliary magnets 6 and 7, the magnetic field acting on the first and second GMR sensors 2 and 3 from the flat magnet 1 can be increased, and the detection accuracy can be improved.

また、上記実施の形態では、平板磁石1の外周部をN極に着磁し、内周部をS極に着磁しているが、その逆に外周部をS極に着磁し、内周部をN極に着磁しても良い。また、第1及び第2のGMRセンサ2,3の他に、追加のGMRセンサを可動範囲Mの外周に設けても良い。   In the above embodiment, the outer peripheral portion of the flat magnet 1 is magnetized to the N pole and the inner peripheral portion is magnetized to the S pole. Conversely, the outer peripheral portion is magnetized to the S pole, The circumference may be magnetized to the N pole. In addition to the first and second GMR sensors 2 and 3, an additional GMR sensor may be provided on the outer periphery of the movable range M.

本発明は、携帯電話機等において二次元平面のポインティング位置を検出する平面ポインティングデバイスに適用可能である。   The present invention can be applied to a planar pointing device that detects a pointing position on a two-dimensional plane in a mobile phone or the like.

本発明の一実施の形態に係る平面ポインティングデバイスの模式的な平面図1 is a schematic plan view of a planar pointing device according to an embodiment of the present invention. 図1に示すA-A線矢視断面図AA sectional view taken along line AA shown in FIG. 上記一実施の形態において磁石から発生する磁場とGMRセンサとの関係を示す模式図The schematic diagram which shows the relationship between the magnetic field which generate | occur | produces from a magnet in the said one Embodiment, and a GMR sensor. 磁石の各移動位置と当該磁石から第1及び第2のGMRセンサに作用する磁場(磁力線)との関係を示す図The figure which shows the relationship between each moving position of a magnet, and the magnetic field (line of magnetic force) which acts on the 1st and 2nd GMR sensor from the said magnet. 従来の非接触式ポインティングデバイスの断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the conventional non-contact type pointing device 磁石及び磁気センサの位置関係とGMR素子の自由層の磁化方向との対応関係を示す図The figure which shows the correspondence of the positional relationship of a magnet and a magnetic sensor, and the magnetization direction of the free layer of a GMR element

符号の説明Explanation of symbols

1…平板磁石、1a…外周部(N極)、1b…内周部(S極)、2…第1のGMRセンサ、3…第2のGMRセンサ、4…基板、4a…基板上面
5…側壁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flat magnet, 1a ... Outer peripheral part (N pole), 1b ... Inner peripheral part (S pole), 2 ... First GMR sensor, 3 ... Second GMR sensor, 4 ... Substrate, 4a ... Upper surface of substrate 5 ... Side wall

Claims (5)

互いに直交するX軸及びY軸で規定されるXY平面内を平面移動可能に配置された磁石の移動範囲内での位置を検出する平面ポインティングデバイスであって、
前記磁石から発生する磁力線が当該磁石から前記移動範囲の外周に向けて又はその逆向きに放射されるように前記磁石を着磁し、
前記磁石と同一平面内であって当該磁石の磁場が作用する移動範囲外周の複数個所にGMRセンサを配置し、前記各GMRセンサの出力信号から前記磁石の位置を検出することを特徴とする平面ポインティングデバイス。
A plane pointing device for detecting a position within a moving range of a magnet arranged so as to be movable in an XY plane defined by an X axis and a Y axis orthogonal to each other,
Magnetizing the magnet so that the magnetic field lines generated from the magnet are radiated from the magnet toward the outer periphery of the moving range or in the opposite direction,
A plane in which GMR sensors are arranged at a plurality of locations on the outer periphery of a moving range in which the magnetic field of the magnet acts, and the position of the magnet is detected from the output signal of each GMR sensor. pointing device.
前記磁石は平板状をなすことを特徴とする請求項1記載の平面ポインティングデバイス。   The flat pointing device according to claim 1, wherein the magnet has a flat plate shape. 前記磁石は平板状で円盤状又は円環状をなすことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の平面ポインティングデバイス。   3. The flat pointing device according to claim 1, wherein the magnet is flat and has a disk shape or an annular shape. 前記磁石の移動範囲の中心部を通り互いに直交する2つの線分上に前記GMRセンサをそれぞれ設置したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の平面ポインティングデバイス。   4. The planar pointing device according to claim 1, wherein the GMR sensors are respectively installed on two line segments that pass through a central portion of the moving range of the magnet and are orthogonal to each other. 5. 前記磁石側から見て前記GMRセンサの背後に、前記磁石から前記移動範囲の外周に向けて放射される磁場をGMRセンサ側に引き込む補助磁石を近接して配置したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の平面ポインティングデバイス。



The auxiliary magnet that draws the magnetic field radiated from the magnet toward the outer periphery of the moving range to the GMR sensor side is disposed behind the GMR sensor as viewed from the magnet side. A planar pointing device according to claim 4.



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