JP2010170576A - ポインティングデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】組立性が向上し、かつ小型化の可能なポインティングデバイスを提供すること。
【解決手段】シリコーン樹脂６３を実装基板６４に対して平行な面内においてずらすように動かすと、このシリコーン樹脂６３は、切り欠き部６７ａの端部を支点として揺動し、これにともないマグネット６２も同様に揺動する。実装基板６４上に設けられた複数の磁気センサ６１と、実装基板６４上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部６７を有する弾性部材６３と、この弾性部材６３に設けられたマグネット６２とを備え、弾性部材６３の弾性変形によるマグネット６２の揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサ６１で検出し、座標情報又はベクトル情報を入力するように構成されている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、パーソナルコンピュータや携帯電話等の入力手段として使用されるポインティングデバイスに関し、より詳細には、マグネットの移動による周囲の磁界変化を検出することにより、座標検知又はベクトル情報を入力するようにした磁気検出方式のポインティングデバイスに関する。また、このようなポインティングデバイスに好適な磁気センサアレイに関する。さらに、ポインティングデバイス用操作アダプタに関する。
図４は、従来の磁気検出式ポインティングデバイスの磁気検出回路を示すブロック図で、検出部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子，半導体磁気抵抗素子，感磁性体磁気抵抗素子，ＧＭＲ素子）１１からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対称に配設された４個のホール素子の中央付近にマグネットが配置されている。このマグネットの移動による磁界の変化によりホール素子１１の出力電圧が変化する。差動アンプ２はＸ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点Ｏについて対称、すなわちマグネットの着磁方向が鉛直方向にあるとき、出力が０になるようにしてあり、マグネットが移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換し、これを出力制御部４が出力するように構成されている。
好ましくは、これらのホール素子アレイの中心線、すなわち対称軸上にマグネットの着磁軸が重なるように配置し、このホール素子アレイの中心線に対して、磁束密度が対称になるように基準位置を決める。この場合、中心線に対して対称な位置にあるホール素子の差分出力をとるので、ホール素子の性能のバラツキや誤差などがない理想的な場合には、基準位置での差分出力は０となる。
マグネットが移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換し、これを出力制御部４が出力するように構成されている。もちろん、この基準位置の出力が０である必要性は必ずしもなく、この基準位置のホール素子の差分出力を基準として、マグネットの変位に応じたホール素子の差分出力との差異を検出すれば、正確な変位量を得ることができる。
前述したマグネットを移動可能にする支持機構の具体例としては、図５に示すように、コイルスプリング３４の一端にマグネット３２を支持し、コイルスプリング３４を設置する基板に配設された磁気センサ３１により、マグネット３２の移動を磁気センサ３１で検出するように構成されているものが提案されている。
その他のマグネットの支持機構としては、図６に示すように、マグネット４２を収納したマグネットケース４５の一端にコイルスプリングホルダ４６を介してコイルスプリング４４を取付け、そのコイルスプリング４４をマグネット操作部４７により支持するように構成されているものがある。
接触式ポインティングデバイスとしては、基板上に櫛の歯状の２組の電極を形成しておき、その上部から導電性ゴムを押しつけることにより、通電状態を変化させ、デジタル値として座標値を出力するものが一般的である。
しかしながら、いずれの磁気検出式ポインティングデバイスのマグネット支持機構にも共通することとして、単にマグネットを配設するだけでなく、コイルスプリングやマグネットケースなど様々な部品を必要とすることがあげられる。特に、コイルスプリングを用いているために、マグネットの原点決めなど、組立性に問題が生じていた。また、マグネット単体の大きさより、支持機構がかなり大きくなってしまい、ポインティングデバイスの小型化を進める上で問題になっていた。
上述した従来の技術において、上方にマグネットを配置するためには複雑なマグネット支持機構が必要となり、組立性が悪く小型化が難しい等の問題が生じている。また、接触式ポインティングデバイスにおいては、導電性ゴムを押しつけて入力しているため、繰り返し入力等により導電性ゴムの劣化が避けられず、寿命が短いという問題が生じている。
また、特許文献１には、コンピュータのディスプレイ上のポインター又はカーソルをディスプレイ上に任意の位置へ移動させるためのポインティング制御装置が記載されている。このポインティング制御装置は、ドーム形状に沿ってスライダを移動させ、スライダに設けられた磁石からの磁束変化を磁気センサで検出するものである。
特公平７−１１７８７６号公報 特開平４−１７２５２１号公報 特開平８−１８５２５７号公報 特開平９−３４６４４号公報 特開平９−１２８１３９号公報 特開平９−２６５３４７号公報 特開２０００−２９２２７１号公報 特開２０００−１９３５３８号公報
しかしながら、この種のポインティングデバイスは、磁石をドーム形状に沿って傾けるものであるため、肉厚の薄い構造とすることが困難であるという問題点があり、デバイスの肉厚を薄くすることと、良好な操作性を得る点で改良の余地が残されていた。また、このようなポインティングデバイスにおける良好な操作性を得るために操作アダプタの開発が望まれていた。
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、組立性が向上し、かつ小型化の可能な、さらには製品寿命の長いポインティングデバイスを提供することにある。
また、肉厚を薄くして、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイスを提供することにある。
さらに、ポインティングデバイスの位置入力に使用するマグネットの初期位置を自動的にアライメントできるような磁気センサアレイ及びこの磁気センサを用い、肉厚を薄くして、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイスを提供することにある。
さらに、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイス用操作アダプタを提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、実装基板と、該実装基板の一方の表面に設けられた複数の磁気センサと、前記実装基板の他方の表面に面接触して覆うようにして設けられ、揺動可能な屈曲部を備えるとともに、全体の落ち込みを防ぐように、前記実装基板側に１つ以上の凸部を設けた弾性部材と、該弾性部材の上面に、前記実装基板に対して水平方向に揺動可能で、かつ垂直方向に変位可能に設けられた操作機能を有する剛性の押圧部材と、前記弾性部材に設けられたマグネットとを備え、前記実装基板上に前記弾性部材のみにより構成されるとともに、前記実装基板と前記弾性部材との結合端部を支点として前記弾性部材の揺動で変形するようにした閉じた空間部が構成され、前記実装基板の表面から前記押圧部材の上面までの厚さが２ｍｍ以内であり、前記弾性部材が、外力によって弾性変形し、前記実装基板に平行な任意の要求された方向へ前記マグネットを揺動し、前記外力を取り除くと初期状態に前記マグネットを復帰するように構成され、前記弾性部材の弾性変形による前記マグネットの前記水平方向の揺動によって生じる磁気密度変化を前記複数の磁気センサで検出することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの周辺部断面における前記実装基板から前記弾性部材の下面までの前記空間部の厚さをａ１、前記弾性部材の厚さをｂ１、前記押圧部材の厚さをｃ１とし、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの中央部断面における前記実装基板から前記弾性部材の下面までの前記空間部の厚さをａ２、前記弾性部材の厚さをｂ２、前記マグネットの厚さをｄ、前記押圧部材の厚さをｃ２とした場合に、ａ１＋ｂ１＋ｃ１及びａ２＋ｂ２＋ｄ＋ｃ２≦２．０ｍｍの関係を有することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上面から見た前記押圧部材の面積が、前記マグネットの面積より大きいことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材がシリコーン樹脂であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マグネットと前記弾性部材をラバー磁石に置き換えたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気センサは、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って対称に配設され、前記マグネットは、前記磁気センサの中央付近に配置されていることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記実装基板の前記弾性部材側にスイッチを配設したことを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記弾性部材の前記スイッチに対向する部位に、該スイッチを押すための突起を設けたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記スイッチがタクティールスイッチであることを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材と前記マグネットとが、前記マグネットの中心部のみで接着されていることを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材に、前記マグネットを設けた部分及びその周辺が、該マグネットを設けない部分よりも厚みが薄くなるように空間部を設けたことを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記凸部は、前記空間部の外縁部付近に設けたことを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マグネットが、前記実装基板に対して垂直方向に変位可能であることを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記屈曲部が、断面凹状切り欠き形状を有する。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材の屈曲部が、断面直線カット形状又は断面湾曲形状を有することを特徴とする。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの周辺部断面における前記空間部の厚さが、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの中央部断面における前記空間部の厚さよりも大きく構成されていることを特徴とする。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材の縁部又は前記押圧部材に嵌着された第２の弾性部材と、該第２の弾性部材に設けられた操作部材と、前記第２の弾性部材又は前記操作部材に設けられたマグネットとを備えた操作アダプタを嵌合したことを特徴とする。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記操作部材が任意の方向に揺動可能となるように、前記第２の弾性部材に第２の空間部が設けられ、該第２の空間部側に凸状に前記マグネットが配置されていることを特徴とする。
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記弾性部材の縁部又は前記押圧部材に嵌着された係止部材と、該係止部材によって移動が規制される操作部材と、該操作部材に設けられたマグネットとを備えた操作アダプタを嵌合したことを特徴とする。
本発明によれば、磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング等の多くの部品点数を減らすことができるうえ、組立性が向上し、また小型化も可能になり、製品寿命も向上するので、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なポインティングデバイスを提供することができる。
本発明におけるポインティングデバイスの一実施例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施例を示す図である。 本発明のポインティングデバイスに係る従来例及び本発明におけるポインティングデバイスの一例を示す回路ブロック図である。 従来のポインティングデバイスで使用されているマグネット支持機構の一例を示す図である。 従来のポインティングデバイスで使用されているマグネット支持機構の他の例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図で、その断面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図で、その上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図で、その断面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す図で、その上面図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で、左方向の揺動を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で、右方向の揺動を示す図である。 弾性部材の厚みと切り欠き形状の深さとの関係を示す図である。 薄肉部の各種形状を示す図で、断面凹状切り欠き形状を示す図である。 薄肉部の各種形状を示す図で、断面直線カット形状を示す図である。 薄肉部の各種形状を示す図で、断面湾曲形状を示す図である。 薄肉部の各種形状を示す図で、断面２段凹状切り欠き形状を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。 本発明の磁気センサアレイの一実施例を示す構成図で、その断面図である。 本発明の磁気センサアレイの一実施例を示す構成図で、その平面図である。 本発明の磁気センサアレイを用いたポインティングデバイスの一実施例を示す構成図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で左方向の揺動を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で、右方向の揺動を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施例を示す構成図である。 本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施例を示す構成図である。 本発明のホール素子アレイからの出力（実施例）と通常のマグネットを内蔵しないホール素子アレイからの出力（比較例）を示す図である。 ホール素子の感磁面上にあるＸ軸上の位置に対する磁束密度のＺ成分（感磁軸方向成分）を示す図である。 図２３の比較例に関して、ポインティングデバイスのマグネットをＸ軸方向に変位させた場合について、磁束密度のＺ成分の変化を示す図である。 図２３の実施例に関して、図２４と同様にポインティングデバイスのマグネットをＸ軸方向に変位させた場合について、磁束密度のＺ成分の変化を示す図である。 図２５の拡大図である。 本発明に係るポインティングデバイス及び操作アダプタの一実施例を示す構成図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で、右方向の揺動を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイスの操作性を説明するための図で、左方向の揺動を示す図である。 本発明におけるポインティングデバイス用操作アダプタの他の実施例を示す構成図で、ポインティングデバイスにアダプタを装着した状態を示した図である。 本発明におけるポインティングデバイス用操作アダプタのさらに他の実施例を示す構成図で、ポインティングデバイスにアダプタを装着した状態を示した図である。 マグネットの変位量とポインティングデバイスの出力の関係を示した図である。
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本発明の磁気検出式ポインティングデバイスの磁気検出回路を示すブロック図は、図４に示した従来の回路ブロック図と同様である。つまり、検出部１は、４個の磁気センサ（例えば、ホール素子）１１からなり、このホール素子１１は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置されている。Ｘ軸及びＹ軸上に対称に配設された４個のホール素子の中央付近にマグネットが配置されている。このマグネットの移動による磁界の変化によりホール素子１１の出力電圧が変化する。差動アンプ２はＸ軸方向とＹ軸方向の各ホール素子１１の出力をそれぞれ差動的に増幅する。Ｚ軸方向の磁界が原点Ｏについて対称、すなわちマグネットの着磁方向が鉛直方向にあるとき、出力が０になるようにしてあり、マグネットが移動すると、これに応じて差動アンプ２に出力が発生し、その出力（アナログ値）を検出制御部３がＸ座標値及びＹ座標値に変換し、これを出力制御部４が出力するように構成されている。
図１は、本発明のポインティングデバイスの一実施例を示す図である。図中符号１１は磁気センサ、１２はマグネット、１３はシリコーン樹脂、１４は実装基板、１５はマグネットカバーである。磁気センサ１１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に、実装基板１４に配置されている。マグネット１２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。ＮＳの方向については特に制限されない。シリコーン樹脂１３と実装基板１４との対向面は接着されていない。
シリコーン樹脂１３は、外力を加えることにより容易に変形し、その外力を除くと直ちに、外力を加えていない初期状態に復帰する。つまり、マグネットカバー１５を操作して、ある方向に傾けた場合、マグネット１２も同様に傾くことになる。しかし、外力を取り除くと直ちに初期状態に復帰する。これは、従来のマグネット機構でコイルスプリングを用いて行っていた動作に相当する。シリコーン樹脂１３を用いることにより、部品点数が減少し、組立性の向上がはかれるうえ、小型化も可能になる。マグネット１２とシリコーン樹脂１３をラバー磁石に置き換えることも可能である。
また、接触式ポインティングデバイスと比較して、磁気検出式ポインティングデバイスは、接触による部品の摩耗がなくなるので、製品寿命が向上する。
図２は、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、図１に示した実施形態のシリコーン樹脂２３の下にスイッチ２８を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機能を付与させたものである。つまり、実装基板２４のシリコーン樹脂２３側にスイッチ２８を配設したものである。
本来、ポインティングデバイスは入力点の座標値を出力するためのデバイスであるが、スイッチ機能を付与することにより座標値のみならず、決定機能をつけたポインティングデバイスになる。マグネットカバー２５をマグネット２２の方向に押さえ込むことによりスイッチ機能を満足する構成になっている。スイッチを設けることにより、パーソナルコンピュータのマウスと同様、座標値と決定の２信号をもつことになる。
このスイッチ２８としては、押しボタンスイッチなど、どのようなスイッチでもかまわないが、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチ、タクト（tact）スイッチ、タッチ（touch）スイッチ等、対象物との物理的接触を利用して対象物を確認するスイッチが適している。
上述した実施例については、磁気センサ１１を実装基板１４のマグネット１２より遠い側に配置しているが、図３に示すように、マグネット１２に近い側に配置することが可能であれば、磁気センサ１１の出力感度が上がるので、高感度のポインティングデバイスをつくることが可能である。また、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、更に種々変形して実施することが可能である。
次に、本発明の試作例について以下に説明する。
図２で示した構成のポインティングデバイスを試作した。磁気センサ２１としては、旭化成電子（株）製のホール素子、ＨＧ−１０６Ｃ（商品名）を４つ用いた。対角に配設されたホール素子の中心間の距離は、約３．３ｍｍである。また、マグネット２２は、直径４ｍｍ、厚み２ｍｍのサマリウム−コバルト系のものを用いた。マグネット２２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。実装基板２４はガラスエポキシ製の厚み０．７ｍｍのものを用いた。シリコーン樹脂２３は厚み０．７５ｍｍのものである。スイッチ２８は、厚さ０．１５ｍｍのタクティールスイッチを用いた。
全体の大きさとしては、約６ｍｍ角で、厚さ約５ｍｍの大きさのポインティングデバイスが実現できたことになる。実際にマグネット２２を傾けたときの、それぞれのホール素子２１の出力電圧を測定した。原点位置での各ホール素子２１の出力はそれぞれ約６０ｍＶであり、マグネット２２をホール素子２１の方向に傾けると最大で８０ｍＶ程度まで出力電圧が変化する。
出力電圧の変化量は約２０ｍＶである。差動アンプなどを用いて磁気センサ２１の出力を信号処理するので、外付けでＩＣなどを用いることを前提に考えれば、ポインティングデバイスとして必要な磁気センサ２１の出力電圧を、このマグネット２２の支持機構で充分に満足していることがわかる。
また、タクティールスイッチを設けていても、ポインティングデバイスの機能に支障をきたさないことを確認した。
以上説明したように本発明によれば、弾力性を有する樹脂上に磁力を発生するマグネットを配設するとともに、実装基板上に磁気センサを配設し、マグネットの移動によって生じる周囲の磁束密度変化を磁気センサで検出し、入力点の座標値を出力するようにしたので、磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング等の多くの部品点数を減らすことができるうえ、組立性が向上し、また小型化も可能になり、製品寿命も向上するので、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なポインティングデバイスを提供することができる。
次に、図７は、本発明のポインティングデバイスの他の実施例を示す図である。図中符号５１は磁気センサ、５２はマグネット、５３はシリコーン樹脂、５４は実装基板、５５はマグネットカバーである。磁気センサ５１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に、実装基板５４に配置されている。マグネット５２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。ＮＳの方向については特に制限されない。マグネット５２とシリコーン樹脂５３とは、その中心部で接着剤５６により接着されている。マグネット５２とシリコーン樹脂５３の接触面全面を接着するのではなく、マグネット５２の中心部のみを接着することによって、シリコーン樹脂５３の伸縮性を有効に利用することができるようになり、マグネット５２の回転角度（制動範囲）を大きくすることができる。なお、シリコーン樹脂５３と実装基板５４との対向面は接着されていない。
シリコーン樹脂５３は、外力を加えることにより容易に変形し、その外力を除くと直ちに、外力を加えていない初期状態に復帰する。つまり、マグネットカバー５５を操作して、ある方向に傾けた場合、マグネット５２も同様に傾くことになる。しかし、外力を取り除くと直ちに初期状態に復帰する。これは、従来のマグネット機構でコイルスプリングを用いて行っていた動作に相当する。シリコーン樹脂５３を用いることにより、部品点数が減少し、組立性の向上がはかれるうえ、小型化も可能になる。
また、接触式ポインティングデバイスと比較して、磁気検出式ポインティングデバイスは、接触による部品の摩耗がなくなるので、製品寿命が向上する。
図８は、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、図７と同じ機能を有する部分には、同一の符号を付してある。図７に示した実施形態のシリコーン樹脂５３のマグネットを設けた部分及びその近傍を、マグネット５２を設けていないシリコーン樹脂５３部分より、シリコーン樹脂５３の厚みを薄くして空間部５７を設けている。マグネット５２の下のシリコーン樹脂５３が薄いほど、マグネット５２の回転角度（制動範囲）を大きくできるので、シリコーン樹脂５３の動作を前提とする部分については薄くすることが好ましい。
図９Ａ、図９Ｂは、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施形態を示す図で、図９Ａは断面図、図９Ｂは上面図である。なお、図８と同じ機能を有する部分には、同一の符号を付してある。図８に示した実施形態のシリコーン樹脂５３の厚みを薄くした部分に凸部５８を設けたものである。シリコーン樹脂５３を薄くして空間部５７を設けた場合、可動範囲は拡がるものの、ポインティングデバイスの操作時に、シリコーン樹脂５３の厚みを薄くした部分の全体が落ち込んでしまう。このため、シルコーン樹脂５３の実装基板側に１つ以上の凸部５８を設けて落ち込みを防いでいる。その凸部５８はシリコーン樹脂２３の薄い部分の外縁部付近、つまり空間部５７の外縁部付近に設けると、シリコーン樹脂５３の全体の落ち込みを防ぐという著しい効果を奏する。なお、凸部を実装基板５４側に、空間部５７に向けて少なくとも１つ以上設けるようにしても同様の効果を奏する。
上述した実施例については、磁気センサ５１を実装基板５４のマグネット５２より遠い側に配置しているが、マグネット５２に近い側に配置することが可能であれば、磁気センサ５１の出力感度が上がるので、高感度のポインティングデバイスをつくることが可能である。
図１０Ａ，図１０Ｂは、この場合のポインティングデバイスの実施形態を示す図で、図１０Ａは断面図、図１０Ｂは上面図である。なお、図９Ａ及び図９Ｂと同じ機能を有する部分には、同一の符号を付してある。磁気センサ５１を実装基板５４のマグネット５２より近い側に配置し、空間部５７内に凸状に設けられている。なおこの場合には、磁気センサ５１自体により樹脂５３の全体の落ち込みを防ぐことも可能であるが、凸部５８を空間部５７の外縁部近傍に設けると、樹脂５３の全体の落ち込みをさらに防ぐことができる。また、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、更に種々変形して実施することが可能である。
以上説明したように本発明によれば、弾力性を有する樹脂上に磁力を発生するマグネットを配設するとともに、実装基板上に磁気センサを配設し、マグネットの移動によって生じる周囲の磁束密度変化を磁気センサで検出し、入力点の座標値を出力するようにしたので、磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング等の多くの部品点数を減らすことができるうえ、組立性が向上し、また小型化も可能になり、製品寿命も向上するので、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なポインティングデバイスを提供することができる。
また、マグネットを樹脂上に設ける際、マグネットの樹脂との接触面全面を接触するのではなく、マグネットの中心部のみを接着することによって、樹脂の伸縮性を有効に利用できるようになり、マグネットの回転角度（制動範囲）を大きくすることができる。
また、樹脂におけるマグネットを設けた部分が、マグネットを設けない部分より樹脂の厚みが薄くなっているため、マグネットの回転角度（制動範囲）を大きくできる。さらに、その部分に凸部を設けることにより、樹脂の厚みを薄くした部分全体が落ち込むのを防ぐことができる。
上記構成を持たせることにより、本発明のポインティングデバイスは、同じ材料を用いた場合と比較して、マグネットの回転角度（制動範囲）が大きくなり、磁気センサ出力の範囲も大きくなるので、より高精度で信頼性の高いポインティングデバイスを構築できる。
図１１は、本発明のポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図で、図中符号６１は磁気センサ、６２はマグネット、６３は弾性部材としてのシリコーン樹脂、６４は実装基板、６５は押圧部材、６６はスイッチ、６７は空間部、６７ａは切り欠き部である。磁気センサ６１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に、実装基板４上に配置されている。マグネット６２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。
シリコーン樹脂６３を実装基板６４に対して平行な面内においてずらすように動かすと、このシリコーン樹脂６３は、切り欠き部６７ａの端部を支点として揺動し、これにともないマグネット６２も同様に揺動する。
このように、本発明のポインティングデバイスは、実装基板６４上に設けられた複数の磁気センサ６１と、実装基板６４上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部６７を有する弾性部材６３と、この弾性部材６３に設けられたマグネット６２とを備え、弾性部材６３の弾性変形によるマグネット６２の揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサ６１で検出し、座標情報又はベクトル情報を入力するように構成されている。
また、実装基板表面から押圧部材上面までの周辺部断面における空間部６７の厚さが、実装基板表面から押圧部材上面までの中央部断面における空間部６７の厚さよりも大きく構成されている。
また、マグネット６２は、上述したように水平方向に揺動自在であるとともに、実装基板６４に対して垂直方向に変位可能であり、実装基板６４に対して水平方向と垂直方向に動けるような自由度を有している。
また、弾性部材６３は屈曲部を有し、この屈曲部に切り欠き部６７ａを形成して、マグネット６２の揺動自在を効果的なものにしている。この切り欠き部６７ａの形状は、図１４Ａに示すように、断面凹状切り欠き形状が望ましく、この断面凹状切り欠き形状の深さｄは、図１３に示すように、弾性部材６３の厚みｃよりも小さいことが望ましい。さらに、この切り欠き部の形状は、図１４Ｂに示すように、断面直線カット形状、または図１４Ｃに示すように、断面湾曲形状、または図１４Ｄに示すように、２段凹状切り欠き形状とすることができる。
また、空間部６７内で、実装基板６４上にスイッチ６６を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機能を持たせてある。このスイッチ６６としては、上述したように、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチなどが適している。
また、押圧部材６５は、指先で押したときにマグネット２がぶれたり、へこんで内側に位置がずれたりしないように、剛体的な性状を有する材料で形成するのがよい。特に、外部に漏れる磁場の強さを小さくするために非磁性体を用いて、磁石からの距離を離す構造としてもよいし、逆に透磁率の高い軟磁性材料を用いて、磁気シールドを兼ねるようにしてもよい。例えば、ポリカーボネート、アルミニュウム合金などの金属、もしくはパーマロイなどの鉄−ニッケル合金、純鉄などで作成される。
なお、磁気検出回路としては、図４に示した従来の回路が適用可能である。また、上述した特許文献１に記載されているような磁気抵抗素子を用いることも可能である。
このような構成により、図１２Ａに示すように、押圧部材６５を矢印ａ方向、つまり、右から左方向に向かって押すと、弾性部材６３と実装基板６４との結合端部を支点として、左方向に揺動変位し、逆に、図１２Ｂに示すように、押圧部材６５を矢印ｂ方向、つまり、左から右方向に向かって押すと、弾性部材６３と実装基板６４との結合端部を支点として、右方向に揺動変位する。このようにして、弾性部材６３に設けられたマグネット６２は左右に揺動自在となる。この操作は、人差し指の腹の部分、または親指の腹の部分によって可能である。この場合、指との密着性を考慮して、押圧部材６５の表面を、粗面、凹状面、凸状面、凸状四角錐、凹状四角錐のいずれかにすることが望ましい。また、押圧部材６５の形状を、円形、正方形、矩形、八角形、楕円形、歯車形のいずれかにすることも可能である。
図１５は、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。図１１においては、マグネット６２を弾性部材６３に設けた構成について説明したが、マグネット６２は必ずしも弾性部材６３に設ける必要はなく、図１５に示すように、弾性部材６３ａとともに空間部６７を形成する非弾性部材である押圧部材６５ａに設けることも可能である。
次に、本発明の試作例について以下に説明する。
図１１に示した構成のポインティングデバイスを試作した。磁気センサ６１としては、旭化成電子（株）製のホール素子、ＨＧ−１０６Ｃ（商品名）を４つ用いた。対角に配設されたホール素子の中心間の距離は、約３．３ｍｍである。また、マグネット２は、直径２ｍｍ、厚み０．５ｍｍのネオジ系のものを用いた。マグネット６２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。
実装基板６４はガラスエポキシ製の厚み０．６ｍｍのものを用いた。シリコーン樹脂６３は厚み０．２〜０．５ｍｍのものである。設計厚さに応じてゴム硬度を設定する必要があるが、目安としてこのゴム硬度は３０〜８０程度が望ましい。スイッチ６６は、厚さ０．１５ｍｍのタクティールスイッチを用い、実装基板６４の表面から、押圧部６５の上面までの厚さを２ｍｍ以内にして薄型とし、押圧部の直径を６．４ｍｍとした。
実装基板表面から押圧部材上面までの周辺部断面における実装基板６４から弾性部材６３の下面までの空間部６７の厚さをａ１、弾性部材６３の厚さをｂ１、押圧部材６５の厚さをｃ１とし、実装基板表面から押圧部材上面までの中央部断面における実装基板６４から弾性部材６３の下面までの空間部６７の厚さをａ２、弾性部材６３の厚さをｂ２、マグネット６２の厚さをｄ、押圧部材６５の厚さをｃ２とした場合に、ａ１＋ｂ１＋ｃ１及びａ２＋ｂ２＋ｄ＋ｃ２≦２．０ｍｍの関係を有している。
以上説明したように本発明によれば、実装基板上に設けられた複数の磁気センサと、実装基板上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部を構成する弾性部材と、弾性部材とともに空間部を形成するように、弾性部材に設けられた押圧部材と、押圧部材に設けられたマグネットとを備え、弾性部材の弾性変形によるマグネットの揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサで検出し、座標情報を入力するようにしたので、肉厚を薄くして、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイスを実現することができる。
図１６Ａ、図１６Ｂは、本発明の磁気センサアレイの一実施例を示す構成図で、図１６Ａは断面図、図１６Ｂは平面図である。図中符号８１は磁気センサアレイで、この磁気センサアレイ８１は、互いに等間隔に配置された４個の磁気センサ８１ａと、その磁気センサ８１ａの中心位置に配置されたマグネット８１ｂとから構成されている。このマグネット８１ｂの代わりに強磁性体を用いることも可能である。この場合、使用する強磁性体は残留磁化の変動が少ないものが好ましい。また、磁気センサ８１ａの各々は、正方形領域の各コーナ部分に配置されているが、菱形領域のコーナ部分に配置することも可能である。
図１７は、本発明の磁気センサアレイを用いたポインティングデバイスの一実施例を示す構成図で、図中符号８２はマグネット、８３は弾性部材としてのシリコーン樹脂、８４は実装基板、８５は押圧部材、８７は空間部、８７ａは切り欠き部である。磁気センサアレイ９１は、ホール素子のベアチップ９１ａを正方形の対角線上に配置し、中央部に設けられたマグネット９１ｂをセラミック回路基板９０上に樹脂で接着し、ベアチップ９１ａとマグネット９１ｂ上にエポキシ樹脂９１ｃをポティングしてコーティングした。マグネット８２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。
シリコーン樹脂８３を実装基板８４に対して平行な面内に配置して、ずらすように動かすと、このシリコーン樹脂８３は、切り欠き部８７ａの端部を支点として揺動し、これにともないマグネット８２も同様に揺動する。
このように、本発明のポインティングデバイスは、実装基板８４上に設けられた複数の磁気センサアレイ９１と、実装基板８４上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部８７を有する弾性部材８３と、この弾性部材８３に設けられたマグネット８２とを備え、弾性部材８３の弾性変形によるマグネット８２の揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサアレイ９１で検出し、座標情報又はベクトル情報を入力するように構成されている。
また、マグネット８２は、上述したように水平方向に揺動自在であるとともに、実装基板８４に対して垂直方向に変位可能であり、実装基板８４に対して水平方向と垂直方向に動けるような自由度を有している。
また、弾性部材８３は屈曲部を有し、この屈曲部に切り欠き部８７ａを形成して、マグネット８２の揺動自在を効果的なものにしている。この切り欠き部８７ａの形状は、断面凹状切り欠き形状が望ましく、この断面凹状切り欠き形状の深さは、弾性部材８３の厚みよりも小さいことが望ましい。さらに、この切り欠き部の形状は、断面直線カット形状、断面湾曲形状、または２段凹状切り欠き形状とすることができる。
また、押圧部材８５は、指先で押したときにマグネット８２がぶれたり、へこんで内側に位置がずれたりしないように、剛体的な性状を有する材料で形成するのがよい。特に、外部に漏れる磁場の強さを小さくするために非磁性体を用いて、磁石からの距離を離す構造としてもよいし、逆に透磁率の高い軟磁性材料を用いて、磁気シールドを兼ねるようにしてもよい。例えば、ポリカーボネート、アルミニュウム合金などの金属、もしくはパーマロイなどの鉄−ニッケル合金、純鉄などで作成される。
なお、磁気検出回路としては、図４に示した従来の回路が適用可能である。また、上述した特許文献１に記載されているような磁気抵抗素子を用いることも可能である。
このような構成により、まず、実装基板８４上に取り付けられた磁気センサアレイのマグネット９１ｂに対向するようにマグネット８２を配置するようにポインティングデバイスを作製すると、マグネット９１ｂとマグネット８２との磁気力により双方が引き付け合って、初期位置が自動的にアライメントされる。これにより、実装位置合わせが簡単になる。すなわち、ポインティングデバイスのマグネット８２を、磁気センサアレイのマグネット９１ｂに近づければ、両者間に引力が働くようにマグネットの向きを配置しているので、この２つのマグネットの距離が最小になる点で安定になり静止する。したがって、ポインティングデバイスと磁気センサアレイのマグネットの相対的な位置が自動的に定まる。この場合、ポインティングデバイスと磁気センサアレイのマグネットの対向面の形状とサイズを同じにしておくとよい。
このように作製されたポインティングデバイスは、図１８Ａに示すように、押圧部材８５を矢印ａ方向、つまり、右から左方向に向かって押すと、弾性部材８３と実装基板８４との結合端部を支点として、左方向に揺動変位し、逆に、図１８Ｂに示すように、押圧部材８５を矢印ｂ方向、つまり、左から右方向に向かって押すと、弾性部材８３と実装基板８４との結合端部を支点として、右方向に揺動変位する。このようにして、弾性部材８３に設けられたマグネット８２は左右に揺動自在となる。この操作は、人差し指の腹の部分、または親指の腹の部分によって可能である。この場合、指との密着性を考慮して、押圧部材５の表面を、粗面、凹状面、凸状面、凸状四角錐、凹状四角錐のいずれかにすることが望ましい。また、押圧部材８５の形状を、円形、正方形、矩形、八角形、楕円形、歯車形のいずれかにすることも可能である。
図１９は、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。図１７においては、マグネット８２を弾性部材８３に設けた構成について説明したが、マグネット８２は必ずしも弾性部材８３に設ける必要はなく、図１９に示すように、弾性部材８３ａとともに空間部８７を形成する非弾性部材である押圧部材８５ａに設けることも可能である。
また、空間部８７内で、実装基板８４上にスイッチ８６を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機能を持たせてある。このスイッチ８６としては、上述したように、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチなどが適している。
図２０は、本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施例を示す構成図で、図中符号８８はカバー部材で、８９はマグネット８２を内蔵した操作部材である。カバー部材８８の先端には操作部材８９の脱落を防止するために、リング部８８ａが設けられていて、操作部材８９の底部に設けられている板状部８９ａと接触係止できるように構成されている。また、基板８４とカバー部材８８とは固定ピンで締め付けられている。なお、この実施例においては、スイッチ８６は設けられていない。
このような構成により、上述したように、実装基板８４上に取り付けられた磁気センサアレイのマグネット８１ｂに対向するようにマグネット８２を配置するようにポインティングデバイスを作製すると、マグネット８１ｂとマグネット８２との磁気力により双方が引き付け合って、初期位置が自動的にアライメントされる。これにより、実装位置合わせが簡単になる。また、微妙な位置ズレは操作部材の揺動により自動的に補正される。
図２１は、本発明におけるポインティングデバイスのさらに他の実施例を示す構成図で、図中符号１０１ａはスイッチ８６を設ける空間部の形成されたスペーサで、１０１ｂはスペーサ１０１ａ上に設けられた弾性体である。この弾性体にはスイッチ８６を押圧する突起部１０１ｃが設けられている。
また、弾性体１０１ｂ上には、図２０に示したように、操作部材８９とカバー部材８８とが設けられていて、操作部材８９の板状部８９ａはカバー部材のリング部８８ａと接触係止するように構成されている。また、基板８４とスペーサ１０１ａと弾性体１０１ｂとカバー部材８８とは固定ピンで締め付けられている。
次に、本発明の試作例について以下に説明する。
図１７に示した構成のポインティングデバイスを試作した。磁気センサアレイとしては、旭化成電子（株）製のホール素子であるＨＧ−１０６Ｃ（開発品）を４つ用いた。セラミック回路基板上に、ＨＱ−１０６Ｃ（開発品）のホール素子のベアチップ（０．４ｍｍ×０．４ｍｍ）を２．６ｍｍ角の正方形の対角上に配置して、フリップチップボンダーで接続した。４つのホール素子の中央部に、直径２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのネオジ系のマグネットをセラミック回路基板上に樹脂で接着し、そのうえで、ホール素子とマグネット上にエポキシ樹脂をポッティングしてコーティングした。マグネット８２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。
実装基板８４はガラスエポキシ製の厚み０．６ｍｍのものを用いた。シリコーン樹脂８３は厚み０．２〜０．５ｍｍのものである。設計厚さに応じてゴム硬度を設定する必要があるが、目安としてこのゴム硬度は３０〜８０程度が望ましい。スイッチ８６は、厚さ０．１５ｍｍのタクティールスイッチを用い、実装基板８４の表面から、押圧部材８５の上面までの厚さを２ｍｍ以内にして薄型とし、押圧部材の直径を６．４ｍｍとした。
図２２乃至図２６は、本発明のポインティングデバイスの出力特性と磁気サンサアレイ周辺の磁束密度を示す図で、図２２は、本発明のホール素子アレイからの出力◇印（実施例）と通常のマグネットを内蔵しないホール素子アレイからの出力黒□印（比較例）を示す図である。図２３は、ホール素子の感磁面上にあるＸ軸上の位置に対する磁束密度のＺ成分（感磁軸方向成分）を示す図で、図中の黒□印は比較例（通常のポインティングデバイス）のマグネットによる基準位置における磁束密度、◇印は実施例（当該磁気センサアレイを使用したポインティングデバイス）の場合を示している。
図２４は、図２３の比較例に関して、ポインティングデバイスのマグネットをＸ軸方向に変位させた場合について、磁束密度のＺ成分の変化を示す図である。図２５は、図２３の実施例に関して、図２４と同様にポインティングデバイスのマグネットをＸ軸方向に変位させた場合について、磁束密度のＺ成分の変化を示す図である。図２６は図２５の拡大図である。
以上説明したように本発明によれば、実装基板上に複数の磁気センサを所定間隔に配置し、磁気密度変化を検出して座標情報又はベクトル情報を入力するようにしたポインティングデバイス用の磁気センサアレイにおいて、複数の磁気センサに対する所定位置にマグネットを配置したので、ポインティングデバイスの位置入力に使用するマグネットの初期位置を自動的にアライメントできるような磁気センサアレイ及びこの磁気センサを用い、肉厚を薄くして、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイスを提供することができる。
図２７は、本発明に係るポインティングデバイス及び操作アダプタの一実施例を示す構成図で、図中符号１１１は磁気センサ、１１２は第１のマグネット、１１３は第１の弾性部材としてのシリコーン樹脂、１１４は実装基板、１１５は押圧部材、１１６はスイッチ、１１７は第１の空間部、１１７ａは切り欠き部、１１８は第２の弾性部材としてのシリコーン樹脂、１１９は第２のマグネット、１２０は操作部材、１２１は第２の空間部である。
磁気センサ１１１は、前述したようにＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に、実装基板１１４上に配置されている。マグネット１１２は、鉛直方向にＮＳの着磁がされている。
シリコーン樹脂１１３を実装基板１１４に対して平行な面内においてずらすように動かすと、このシリコーン樹脂１１３は、切り欠き部１１７ａの端部を支点として揺動し、これにともないマグネット１１２も同様に揺動する。
操作用アダプタは、ポインティングデバイスの押圧部材１１５に嵌着され、任意の方向に揺動可能とする空間部１２１を構成する弾性部材１１８と、この弾性部材１１８に設けられた操作部材１２０と、弾性部材１１８に嵌合（内蔵）して空間部側に凸状にしたマグネット１１９とから構成されている。
なお、ポインティングデバイスと同じ方向に着磁したマグネット１１９をアダプタに内蔵する時に、ポインティングデバイスのマグネット１１２と引力が働くように配置する必要がある。つまり、マグネットが円柱形である場合、その円柱方向にＳ−Ｎ又はＮ−Ｓに着磁したマグネット１１９をポインティングデバイスのマグネット１１２と引力が働くようにＳ−Ｎ／Ｓ−Ｎ又はＮ−Ｓ／Ｎ−Ｓに配置する必要がある。
このような構成により、押圧部材１１５に嵌着されたシリコーン樹脂１１８も同様に、操作部材１２０を操作して、実装基板１１４に対して平行な面内においてずらすように動かすと、このシリコーン樹脂１１８は揺動し、これにともないマグネット１１２も同様に揺動する。
このように、本発明のポインティングデバイスは、実装基板１１４上に設けられた複数の磁気センサ１１１と、実装基板１１４上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部１１７を有する弾性部材１１３と、この弾性部材１１３に設けられたマグネット１１２と、第１の弾性部材の上面に設けられた押圧部材１１５と、この押圧部材１１５に嵌着され、任意の方向に揺動可能とする第２の空間部１２１を有する第２の弾性部材１１８と、この第２の弾性部材１１８に設けられた操作部材１２０を備え、弾性部材１１３及び１１８の弾性変形によるマグネット１１２及び１１９の揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサ１１１で検出し、座標情報又はベクトル情報を入力するように構成されている。
また、マグネット１１２及び１１９は、上述したように水平方向に揺動自在であるとともに、実装基板１１４に対して垂直方向に変位可能であり、実装基板１１４に対して水平方向と垂直方向に動けるような自由度を有している。
また、弾性部材１１３は屈曲部を有し、この屈曲部に欠き部１１７ａを形成して、マグネット１１２の揺動自在を効果的なものにしている。この切り欠き部の形状は、断面凹状切り欠き形状が望ましく、この断面凹状切り欠き形状の深さは、弾性部材１１３の厚みよりも小さいことが望ましい。さらに、この切り欠き部の形状は、断面直線カット形状、または、断面湾曲形状、２段凹状切り欠き形状とすることができる。
また、空間部１１７内で、実装基板１１４上にスイッチ１１６を配設し、ポインティングデバイスにスイッチ機能を持たせてある。このスイッチ１１６としては、上述したように、押したことが確認しやすく（クリック感のある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（tactile）スイッチなどが適している。
また、押圧部材１１５は、指先で押したときにマグネット１１２がぶれたり、へこんで内側に位置がずれたりしないように、剛体的な性状を有する材料で形成するのがよい。特に、外部に漏れる磁場の強さを小さくするために非磁性体を用いて、磁石からの距離を離す構造としてもよいし、逆に透磁率の高い軟磁性材料を用いて、磁気シールドを兼ねるようにしてもよい。例えば、ポリカーボネート、アルミニュウム合金などの金属、もしくはパーマロイなどの鉄−ニッケル合金、純鉄などで作成される。
なお、磁気検出回路としては、図４に示した従来の回路が適用可能である。また、上述した特許文献１に記載されているような磁気抵抗素子を用いることも可能である。
このような構成により、図２８Ａに示すように、操作部材１２０を矢印ａ方向、つまり、左から右方向に向かって押すと、弾性部材１１３と実装基板１１４との結合端部を支点として、弾性部材１１８とともに左方向に揺動変位し、逆に、図２８Ｂに示すように、操作部材１２０を矢印ｂ方向、つまり、右から左方向に向かって押すと、弾性部材１１３と実装基板１１４との結合端部を支点として、弾性部材１１８とともに左方向に揺動変位する。このようにして、弾性部材１１３及び１１８に設けられたマグネット１１２及び１１９は任意の方向に揺動自在となる。この操作は、人差し指の腹の部分、または親指の腹の部分によって可能である。この場合、指との密着性を考慮して、操作部材１２０の表面を、粗面、凹状面、凸状面、凸状四角錐、凹状四角錐のいずれかにすることが望ましい。また、押圧部材１１５の形状を、円形、正方形、矩形、八角形、楕円形、歯車形のいずれかにすることも可能であり、その形状に合わせて操作部材１２０の形状を決定することができる。
このように、アダプタを取り付けることにより、大きな位置移動による操作感が得られる。また、大きく位置移動するアダプタのマグネット１１９により、磁気センサ部の磁気変化が大きくでき、ポインティングデバイスの感度が上がるという効果を奏する。さらに、マグネット１１２と１１９との間の磁力により、自動的にアダプタとポインティングデバイスの初期位置が正確に定まるという効果も奏する。
なお、弾性部材１１８と操作部材からなるアダプタは、押圧部材１１５と着脱自在であり、操作性を考慮して、大きな揺動を得たい場合に装着するもので、アダプタの装着のない場合においては、押圧部材１１５の左右の揺動によってマグネット１１２を移動させることができることは明かである。
また、弾性部材１１３に設けられたマグネット１１２と弾性部材１１８に設けられたマグネット１１９とは同じ磁力のものでもかまわないが、マグネット１１９の磁力をマグネット１１２の磁力よりも大きくするとさらに効果を発揮する。
なお、上述した実施例においては、弾性部材１１８にマグネットを設けた場合について説明したが、マグネット付でないアダプタであっても効果は少なくなるものの、操作性を高めることができることは明かである。
図２９は、本発明におけるポインティングデバイスの他の実施例を示す構成図である。図２７においては、マグネット１１９を弾性部材１１８に設けた構成について説明したが、マグネット１１９は必ずしも弾性部材１１８に設ける必要はなく、弾性部材１１８ａとともに空間部１２１を形成する非弾性部材である操作部材１２０ａに設けることも可能である。
図３０は、本発明におけるポインティングデバイス用操作アダプタのさらに他の実施例を示す構成図で、押圧部材１１５側に凸状で、かつ周囲が板状部１２３ａを有し、マグネット１１９の設けられた操作部材１２３は、任意の方向に揺動可能であるように押圧部材１１５上に配置されている。
係止部材１２２は、操作部材１２３の揺動を規制するように、押圧部材１１５の縁部に嵌着されていて、操作時に操作部材１２３が脱落しないように、操作部材１２３の板状部１２３ａを挟み込むようにリング状のガイド部材１２２ａが設けられている。なお、図２７と同じ機能を有する部分については同一の符号を付してある。
このような構成により、押圧部材１１５の縁部に嵌着された係止部材１２２内の空間における操作部材１２３の任意の方向への揺動に対し、図２８Ａ，図２８Ｂと同じようなマグネットの変位移動が行われ、弾性部材１１３の弾性変形によるマグネットの揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサで検出し、座標情報又は基準位置からの変位量を演算することでベクトル情報を入力するようになっている。
次に、本発明の試作例について以下に説明する。
図２７に示した構成のポインティングデバイスを試作した。磁気センサ１１１としては、旭化成電子（株）製のホール素子、ＨＱ−１０６Ｃ（開発品）を４つ用いた。対角に配設されたホール素子の中心間の距離は、約３．３ｍｍである。また、マグネット１１２は、直径２ｍｍ、厚み０．５ｍｍのネオジ系のものを用いた。マグネット１１２の着磁は、鉛直上向きにＮ極、下向きにＳ極の２極構成になっている。
実装基板１１４はガラスエポキシ製の厚み０．６ｍｍのものを用いた。シリコーン樹脂１１３は厚み０．２〜０．５ｍｍのものである。設計厚さに応じてゴム硬度を設定する必要があるが、目安としてこのゴム硬度は３０〜８０程度が望ましい。スイッチ１１６は、厚さ０．１５ｍｍのタクティールスイッチを用い、実装基板１１４の表面から、押圧部材１１５の上面までの厚さを２ｍｍ以内にして薄型とし、押圧部材の直径を６．４ｍｍとした。
また、図２７及び図２９におけるアダプタの操作部材１２０，１２０ａの大きさは、特に限定されるものではないが指先のサイズに合わせると操作しやすく、直径が１０〜２０ｍｍが望ましい。また、アダプタの高さは４ｍｍ程度が望ましい。
また、図３０におけるアダプタの操作部材１２３の大きさは、周囲の板状部が１ｍｍ程度で、凸状部の直径が３ｍｍ程度、高さは３ｍｍ程度が望ましい。また、係止部材１２２と操作部材１２３とのギャップは１ｍｍ程度であることが望ましい。また、係止部材１２２の高さは３ｍｍ程度が望ましい。
なお、図２７及び図２９に示した実施例のポインティングデバイスは、物理的運動を大きく操作し、ポインティングデバイスの感度を上げて微妙な動きに対応できるようにしたものであるのに対して、図３０に示した実施例のポインティングデバイスは、主にアダプタの操作部材を軽い操作感で動かしてポインティングデバイスの操作をするようにしたものである。
図３１は、マグネットの変位量とポインティングデバイスの出力の関係を示した図で、図中の○印がアダプタなしのノーマルなポインティングデバイスの場合で、●印が図２７のアダプタ付のポインティングデバイスの場合で、☆印が図３０のアダプタのみを操作した場合を示している。また、図３０のアダプタ付のポインティングデバイスをアダプタとポインティングデバイス本体が同時に動くように操作すれば、図３１中の●印と同じような大きな出力を得ることができる。この出力特性から分かるように、いずれの場合においても、マグネットの変位量に対するポインティングデバイスの出力が略リニアに変化する特性を有しており、実用化が可能である。
以上説明したように本発明によれば、ポインティングデバイスの押圧部材に嵌着され、任意の方向に揺動可能とする空間部を構成する弾性部材と、弾性部材に設けられた操作部材を備え、弾性部材の弾性変形によるポインティングデバイスのマグネットの揺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサで検出し、座標情報又はベクトル情報を入力するようにしたので、磁力の小さいマグネットを用いても大きな出力がとれるような操作性の良好なポインティングデバイス用操作アダプタを実現することができる。
以上説明したように本発明によれば、磁気検出式ポインティングデバイスにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコイルスプリング等の多くの部品点数を減らすことができるうえ、組立性が向上し、また小型化も可能になり、製品寿命も向上するので、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なポインティングデバイスを提供することができる。
１ 検出部
２ 差動アンプ
３ 検出制御部
４ 出力制御部
１１ 磁気センサ（ホール素子）
１１，２１，５１ 磁気センサ
１２，２２，５２ マグネット
１３，２３，５３ シリコーン樹脂
１４，２４，５４ 実装基板
１５，２５，５５ マグネットカバー
２８ スイッチ
３１ 磁気センサ
３２ マグネット
３４ コイルスプリング
４２ マグネット
４４ コイルスプリング
４５ マグネットケース
４６ コイルスプリングホルダ
４７ マグネット操作部
５６ 接着剤
５７ 空間部
５８ 凸部
６１ 磁気センサ
６２，８２ マグネット
６３，６３ａ，８３ 弾性部材
６４，８４ 実装基板
６５，６５ａ，８５ 押圧部材
６６ スイッチ
６７，８７ 空間部
６７ａ，８７ａ 切り欠き部
８１ 磁気センサアレイ
８１ａ，８１ｂ 磁気センサ
８８ カバー部材
８８ａ リング部
８９ 操作部材
８９ａ 板状部
９１ 磁気センサアレイ
９１ａ ベアチップ
９１ｂ マグネット
９０ セラミック回路基板
９１ｃ エポキシ樹脂
１０１ａ スペーサ
１０１ｂ 弾性体
１０１ｃ 突起部
１１１ 磁気センサ
１１２ 第１のマグネット
１１３ 第１の弾性部材
１１４ 実装基板
１１５ 押圧部材
１１６ スイッチ
１１７ 第１の空間部
１１７ａ 切り欠き部
１１８ 第２の弾性部材
１１９ 第２のマグネット
１２０ 操作部材
１２０ａ 操作部材
１２１ 第２の空間部
１２２ 係止部材
１２２ａ ガイド部材
１２３ 操作部材
１２３ａ 板状部

Claims (19)

  1. 実装基板と、
    該実装基板の一方の表面に設けられた複数の磁気センサと、
    前記実装基板の他方の表面に面接触して覆うようにして設けられ、揺動可能な屈曲部を備えるとともに、全体の落ち込みを防ぐように、前記実装基板側に１つ以上の凸部を設けた弾性部材と、
    該弾性部材の上面に、前記実装基板に対して水平方向に揺動可能で、かつ垂直方向に変位可能に設けられた操作機能を有する剛性の押圧部材と、
    前記弾性部材に設けられたマグネットとを備え、
    前記実装基板上に前記弾性部材のみにより構成されるとともに、前記実装基板と前記弾性部材との結合端部を支点として前記弾性部材の揺動で変形するようにした閉じた空間部が構成され、
    前記実装基板の表面から前記押圧部材の上面までの厚さが２ｍｍ以内であり、
    前記弾性部材が、外力によって弾性変形し、前記実装基板に平行な任意の要求された方向へ前記マグネットを揺動し、前記外力を取り除くと初期状態に前記マグネットを復帰するように構成され、
    前記弾性部材の弾性変形による前記マグネットの前記水平方向の揺動によって生じる磁気密度変化を前記複数の磁気センサで検出することを特徴とするポインティングデバイス。
  2. 前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの周辺部断面における前記実装基板から前記弾性部材の下面までの前記空間部の厚さをａ１、前記弾性部材の厚さをｂ１、前記押圧部材の厚さをｃ１とし、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの中央部断面における前記実装基板から前記弾性部材の下面までの前記空間部の厚さをａ２、前記弾性部材の厚さをｂ２、前記マグネットの厚さをｄ、前記押圧部材の厚さをｃ２とした場合に、
    ａ１＋ｂ１＋ｃ１及びａ２＋ｂ２＋ｄ＋ｃ２≦２．０ｍｍ
    の関係を有することを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  3. 上面から見た前記押圧部材の面積が、前記マグネットの面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  4. 前記弾性部材がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  5. 前記マグネットと前記弾性部材をラバー磁石に置き換えたことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  6. 前記磁気センサは、直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って対称に配設され、前記マグネットは、前記磁気センサの中央付近に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  7. 前記実装基板の前記弾性部材側にスイッチを配設したことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  8. 前記弾性部材の前記スイッチに対向する部位に、該スイッチを押すための突起を設けたことを特徴とする請求項７に記載のポインティングデバイス。
  9. 前記スイッチがタクティールスイッチであることを特徴とする請求項７に記載のポインティングデバイス。
  10. 前記弾性部材と前記マグネットとが、前記マグネットの中心部のみで接着されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  11. 前記弾性部材に、前記マグネットを設けた部分及びその周辺が、該マグネットを設けない部分よりも厚みが薄くなるように空間部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  12. 前記凸部は、前記空間部の外縁部付近に設けたことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  13. 前記マグネットが、前記実装基板に対して垂直方向に変位可能であることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  14. 前記屈曲部が、断面凹状切り欠き形状を有することを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  15. 前記弾性部材の屈曲部が、断面直線カット形状又は断面湾曲形状を有することを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  16. 前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの周辺部断面における前記空間部の厚さが、前記実装基板表面から前記押圧部材上面までの中央部断面における前記空間部の厚さよりも大きく構成されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  17. 前記弾性部材の縁部又は前記押圧部材に嵌着された第２の弾性部材と、該第２の弾性部材に設けられた操作部材と、前記第２の弾性部材又は前記操作部材に設けられたマグネットとを備えた操作アダプタを嵌合したことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
  18. 前記操作部材が任意の方向に揺動可能となるように、前記第２の弾性部材に第２の空間部が設けられ、該第２の空間部側に凸状に前記マグネットが配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のポインティングデバイス。
  19. 前記弾性部材の縁部又は前記押圧部材に嵌着された係止部材と、該係止部材によって移動が規制される操作部材と、該操作部材に設けられたマグネットとを備えた操作アダプタを嵌合したことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
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