JP2010191811A - 入力デバイス及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】インターネットや音楽プレーヤ、電子メールなどの様々なアプリケーションに好適であり小型・薄型で長寿命な入力デバイスとそれを用いた電子機器を提供すること。
【解決手段】多極に着磁されたリング状磁石５０と、磁気センサ４１乃至４５と、磁束遮蔽板５２などを用い、回転操作部５４を操作することでジョグダイヤルの機能を、ポインティング操作部４９を操作することでポインティングデバイスの機能を行うことができる入力デバイスを実現する。リング状磁石の回転により生じる、Ｎ極とＳ極の両極を含む磁束密度変化を、複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出するとともに、磁束遮蔽板の移動により生じる、Ｎ極もしくはＳ極いずれか片方の磁束密度変化を、複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電話やパーソナルコンピュータ、その他の携帯端末等の入力手段として使用される入力デバイス及びそれを用いた電子機器に関し、より詳細には、リング状磁石もしくは磁性体の移動による周囲の磁束密度変化を検出することにより、ポインティング操作部の位置信号と、ジョグ操作部の回転方向と回転速度の信号を出力するようにした磁気検出方式の入力デバイス及びそれを用いた電子機器に関する。

図１は、入力デバイスの従来例の１つであり、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ある。検出部１は、４個の磁気センサ（この従来例では、ホール素子（半導体磁気抵抗素子、磁性体磁気抵抗素子、ＧＭＲ素子なども可能である））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磁石５が配置されている。

このような構成により、磁石５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。差動アンプ部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。磁石５の着磁方向はＺ方向（ホール素子感磁面に垂直方向）であり、磁石５が原点位置にあるとき、出力が０になるようにしてある。磁石５が移動すると、これに応じて差動アンプ部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。

ポインティングデバイスは、一般にパーソナルコンピュータのマウス動作を再現でき、平面上の３６０度全方向に操作可能で、画面上に選択するものが多い場合、容易に所望のものを選択できる点が特長となっている。このような磁気検出式のポインティングデバイスの例として、例えば、特許文献１があげられる。

他の入力デバイス例としては、ジョグダイヤルがあげられる。検出方式としては、抵抗摺動式のものや磁気式のものが知られている。例えば、特許文献２では、磁気検出方式のジョグダイヤルが開示されている。磁気センサは、様々なものが利用可能で、２相の矩形出力を利用して回転方向と回転数を算出する方式が一般的であり、ある１軸の移動方向において多数のものから１つを選択する動作を行う際に、操作性が良好な入力デバイスである。

特開平８−１５２９６１号公報 特開２００５−２９３４８８号公報

携帯電話等の小型端末に代表される電子機器では、片手で筐体を持ち、親指のみで入力操作を行うことがある。さらに、携帯電話などの電子機器自体の高機能化により、インターネットや音楽プレーヤ、電子メール入力など、１つの電子機器で様々な機能を有しており、それぞれのアプリケーションに好適な入力デバイスが必要となっている。

例えば、インターネットをする際は、画面上にある多くのリンク先から１つを選択する動作を行うことが多く、ポインティングデバイスのような入力デバイスが好適である。また、音楽プレーヤや電子メールの閲覧など、１方向に多くの選択肢があり、そこから１つを選択する際は、ジョグダイヤルのようなデバイスが直感的に操作しやすい。

加えて、携帯電話などの電子機器自体の小型化が進み、入力デバイスのさらなる小型化・薄型化が求められている。さらに、携帯電話などで電子メールなどの文字入力を行う際は、限られた入力スイッチを用いて多くの情報を打ち込む必要があり、入力デバイスの長寿命化が求められている。

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、インターネットや音楽プレーヤ、電子メールなどの様々なアプリケーションに好適であり小型・薄型で長寿命な入力デバイスとそれを用いた電子機器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、実装基板上に配置された複数の磁気センサと、多極に着磁され回転自在に保持されたリング状磁石と、該リング状磁石を回転操作する回転操作部と、前記実装基板と平行な方向に移動可能なポインティング操作部と、該ポインティング操作部と一体に移動可能な磁束遮蔽板とを備え、前記リング状磁石の回転により生じる、Ｎ極とＳ極の両極を含む磁束密度変化を、前記複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出するとともに、前記磁束遮蔽板の移動により生じる、Ｎ極もしくはＳ極いずれか片方の磁束密度変化を、前記複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出することを特徴とするものである。

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、前記ポインティング操作部は、未操作時に可動範囲の略中央に自動復帰することを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記実装基板上に弾性変形する樹脂層を設け、該樹脂層に前記ポインティング操作部と前記磁束遮蔽板を設けたことを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは５つあり、そのうち４つは、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置され、残りの１つは、前記４つの磁気センサのいずれかに対して、前記リング状磁石のＮ極とＳ極それぞれ１極をあわせた位相を３６０度としたとき、位相が９０度ずれた場所に配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記ポインティング操作部が前記実装基板に垂直な方向に移動可能であることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記実装基板の前記磁束遮蔽板の側にスイッチを配設したことを特徴とするものである。

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ものである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とするものである。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、磁気抵抗効果を利用した磁気センサであることを特徴とするものである。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記リング状磁石に対向する場所に固定磁石を設けることで、前記回転操作部を操作時にクリック感が得られるようにしたことを特徴とするものである。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記リング状磁石と前記固定磁石の吸引または反発磁力により、前記回転操作部の未操作時には、前記リング状磁石の磁極位置が前記固定磁石に対して常に同じであることを特徴とするものである。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記回転操作部は前記実装基板に垂直な方向に移動可能であり、上下左右の４方向キーを有していることを特徴とするものである。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記実装基板の前記磁束遮蔽板側で、前記４方向キーに対向する場所に、スイッチを配設したことを特徴とするものである。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の入力デバイスが組み込まれたことを特徴とする電子機器である。

本発明によれば、ポインティング機能と、ジョグダイヤル機能と、確定機能を有した小型・薄型の入力デバイスを実現でき、インターネットや音楽プレーヤ、電子メールなどの様々なアプリケーションに好適であり、小型・薄型で長寿命な入力デバイスと、その入力デバイスを用いた電子機器を提供することが可能になる。

従来の入力デバイスの概略構成を示す回路ブロック図である。 本発明に係る入力デバイスの一実施例を説明するための回路ブロック図である。 本発明に係る入力デバイスの一実施例を説明するための分解斜視図である。 本発明に係る入力デバイスの一実施例のジョグダイヤル特性をグラフに示す図である。 本発明に係る入力デバイスの一実施例のポインティングデバイス特性をグラフに示す図である。 本発明に係る入力デバイスの一実施例のポインティングデバイス特性を他のグラフに示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図２は、本発明の入力デバイスの回路ブロック図である。検出部３１は、５個の磁気センサ（例えばホール素子３１１〜３１５）からなり、このうち４つのホール素子３１１〜３１４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。この４つのホール素子３１１〜３１４は、入力デバイスのポインティング機能を満たすための信号を出力する。

この４つのホール素子３１１〜３１４は、回転自在に保持された多極に着磁されたリング状磁石３５の、Ｎ極またはＳ極いずれかの中心付近に対向する場所に配置されている（この例ではＮ極に対向する位置）。残りの１個のホール素子３１５は、他の４素子とは異なり、リング状磁石３５のＮ極とＳ極の境界付近に対向する場所に配置されている。

ホール素子３１１〜３１５の出力電圧は数百ｍＶのオーダーなので、差動アンプ部２を用いて各ホール素子３１１〜３１５の出力を差動的に増幅して利用するのが好ましい。

ポインティング出力は、Ｘ軸とＹ軸の各軸に配置された２個のホール素子出力３１１〜３１４の差出力もしくは、各軸２つのホール出力の差を和で割りかえしたものを用いることができる（この例では差出力を用いている）。

ジョグダイヤル出力は、ポインティング機能用のホール素子３１１〜３１４のうちの１つ（例えば、ホール素子３１２の出力）と、Ｎ極とＳ極の磁極境界付近に配置されたホール素子３１５の出力を用いることで達成可能である。すなわち、２つのホール素子の出力を、Ｎ極のある磁束密度以上で出力がＨｉｇｈ、Ｓ極のある磁束密度以上で出力がＬｏｗになるような、一般的な交番磁界検知型のホールＩＣのような出力に変換すること（図２におけるシュミットトリガー回路３６）で、リング状磁石３５の回転方向と回転速度（角度）がわかり、ジョグダイヤル機能を満足することができる。

上述したように、ポインティング操作もしくはジョグダイヤル操作を行うと、差動アンプ部２に出力が発生し、検出制御部３３が、その出力をポインティング操作の場合はＸ座標値及びＹ座標値に変換し、ジョグダイヤル操作の場合はシュミットトリガー回路３６を経由した２相のパルス波形を用いて回転方向と回転速度（角度）の信号に変換する。そして、これを出力制御部３４が出力するように構成されている。

図３は、本発明に係る入力デバイスの一実施例を説明するための分解斜視図である。図中符号４１〜４５は磁気センサ（本実施例ではホール素子）、４６は実装基板、４７はタクティールスイッチ（ダイアフラム、皿バネ）、４８は弾性樹脂、４９はポインティング操作部、５０はＮ極とＳ極をあわせて１６極に多極着磁されたリング状磁石、５１はジョグダイヤル操作時のクリック感を出すための固定磁石、５２は磁束遮蔽板、５３はベース、５４は回転操作部、５５は磁石ホルダ、５６はケースをそれぞれ示している。

本発明の構成の入力デバイスでは、回転操作部を操作することでジョグダイヤルの機能を、ポインティング操作部を操作することでポインティングデバイスの機能を実現できる。

リング状磁石については、フェライトやネオジ鉄ボロン、サマリウム磁石などが適用可能であり、薄型の磁石の場合は、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。着磁極数については、特に制限はないが、Ｎ極とＳ極あわせて１６極や３２極に着磁することでジョグダイヤル機能の操作性が良好になる。加えて、着磁極数は、ポインティング動作時の出力特性を考慮し、４×ｎ（ｎ：正の整数）極にするとよい。

ポインティング動作の際は、磁気センサにかかる磁束密度はＮ極もしくはＳ極のいずれか一方で、複数の磁気センサの出力差を用いることで良好な出力信号を得ることができる。ただし、リング状磁石の極数が４×ｎ（ｎ：正の整数）極でない場合は、Ｎ極とＳ極の両方の磁束密度変化を生じることになり、この場合は、磁気センサ信号の符号等を考慮することで、入力デバイスの機能は満足することができる。

ジョグダイヤル操作の際は、多極に着磁されたリング状磁石が、回転操作部を操作することに伴い回転するので、Ｎ極とＳ極の両方が交互に磁気センサ部に対向し、回転方向と回転角度を検出可能になる。

磁気センサ４１〜４５は、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気抵抗効果ＩＣ（ＭＲＩＣ）など様々な磁気センサの適用が可能であり、アナログ出力タイプの磁気センサが好ましい。

ホール素子を利用する場合、実装基板のリング状磁石側に配置し、かつ実装基板に垂直な方向の磁束密度を検出するようにすることで、入力デバイスの小型化と低背化を促進し、さらには個々の入力デバイスの出力安定性を高める。

ホール効果を利用した磁気センサが、増幅器を内蔵したホールＩＣであり、出力端子を１本のみ有する磁気センサであれば、出力信号線の数をホール素子に比べて低減できるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズ等の影響を低減することができる。

磁気センサがホールＩＣの場合、出力信号線の数をホール素子に比べて低減できるので、実装基板の省スペース化と、外部ノイズの影響を低減できる。

磁気抵抗効果を利用した磁気センサを用いる場合は、半導体磁気抵抗効果を用い、実装基板のリング状磁石側に配置し、かつ実装基板表面に垂直な方向の磁束密度を検出するようにすることが、入力デバイスの小型化と低背化を進めるうえで好ましい。

また、磁性体磁気抵抗効果素子を用いる場合は、リング状磁石の着磁方向を周方向にすることで、良好な特性を得ることができる。

また、入力デバイスの特性を理想的な値に近づけるには、各磁気センサの特性がそろっている必要があり、例えば、センサ作製の際、ウェハ上の隣り合った場所のセンサを用いることが好ましい。

実装基板４６は、市販の通常のもので構わない。磁性体で強度補強されたものを用いると、磁気センサ４１〜４５の出力を増幅することができる。ポリカーボネイドなど板状のものにフレキシブル基板を貼り付けたものでも構わない。

スイッチについて、特に種類の限定はないが、押したことが確認しやすく（クリック感がある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（ドーム）スイッチ、押しボタンスイッチ、タクトスイッチ、ストロークスイッチなど、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。

タクティールスイッチ４７は、導電性の皿バネで形成され、物理的に押し込まれる動作で確定スイッチの機能を実現することができる。本実施例ではタクティールスイッチ４７を使用しているが、押しボタンスイッチなど、どのようなスイッチでも構わない。例えば、タクトスイッチ、タッチスイッチ、ストロークスイッチ等、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。

なお、本実施例では確定機能のスイッチ以外に、十字方向に移動可能なように４方向キーを有しており、全部で５つのタクティールスイッチ４７を用いている。また、本スイッチ機能は、磁気センサ４１〜４５の出力信号から想定することも可能である。タクティールスイッチを利用することで、入力デバイスの小型化や低背化を進めることが可能になる。

また、スイッチに対向する部分に凸部を設けることで、スイッチ動作を円滑に行うことができるようになる。この凸部は、例えば弾性変形する樹脂層などに設けることができる。

弾性樹脂４８は、シリコーン樹脂などの弾性を有する樹脂で形成可能である。この材質については、シリコーン樹脂に限らず、成型性のよいもので弾性を有する樹脂であれば何を使用してもよい。弾性樹脂４８と実装基板４６の対向面は、接着されていないことが好ましい。

ポインティング操作部４９は、ポインティング操作を行うため、実装基板４６を含む平面と平行な平面上を全方向に移動可能である。また、確定操作を行うため、実装基板４６に垂直な方向にも移動可能に支持されており、タクティールスイッチ４７を操作可能になっている。ポインティング操作部４９は、弾性樹脂４８上に一体に成型することができる。指が触れて実際に操作する部分については、操作性を向上させるため、弾性樹脂４７とは別部材を用いることもできる。

ポインティング操作部を中央に復帰させるために、コイルスプリングや板バネのようなものを利用するなど様々な構成をとることが可能である。また、磁性体や別の磁石を設けリング状磁石との磁力を利用して、吸引力や反発力を発生させ復帰させることもできる。

ポインティング操作の際に必要な磁気センサは、４つであり、それぞれ直交系の２次元平面上の２軸であるＸ軸及びＹ軸に沿って２個ずつ対称に配置することが望ましい。

ジョグダイヤル操作の際に必要な磁気センサは、２つであり、１つは上記のポインティング操作で使用する磁気センサのいずれか１つを共用することができる。残りの１つは、リング状磁石のＮ極とＳ極それぞれ１極をあわせた位相を３６０度としたとき、１つ目の磁気センサに対して位相が９０度ずれた場所に配置することが望ましい。

ポインティング操作部を実装基板に垂直な方向に移動可能にすることで、例えば、確定動作など入力デバイスに追加の機能を持たせることが可能になる。

リング状磁石５０は、ジョグダイヤル機能を行うため、回転自在に保持されている磁石である。本実施例のリング状磁石５０は、厚さ方向に着磁されており、Ｎ極Ｓ極それぞれ１６極（あわせて３２極）が存在する。この着磁方向や極数には、特に制限はなく、Ｎ極とＳ極をあわせて４極以上存在すれば本入力デバイスの機能を満足することができる。リング状磁石５０の材質は、フェライト、ネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト磁石など一般的なものが使用可能であり、磁石を小型・薄型化するために、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。

ジョグダイヤル操作時のクリック感を出すための固定磁石５１は、ジョグダイヤル操作を行う際、リング状磁石５０との吸引・反発力を利用して、クリック感を生じさせることで、ジョグダイヤルの操作感を向上させることができる。また、ジョグダイヤル未操作時にリング状磁石５０が、ある位置に決まって止まるようにも使用されている。この固定磁石５１があるため、ポインティング操作時の磁気センサ４１〜４５の出力が安定する。固定磁石５１を本実施例では２個使用しているが、この数については適宜設定可能である。

固定磁石の材質については、フェライトやネオジ鉄ボロン、サマリウム磁石などが適用可能であり、薄型の磁石の場合は、プラスチック磁石やゴム磁石を用いることも可能である。着磁極数については、特に制限はないが、Ｎ極とＳ極あわせて２極や４極に着磁することでジョグダイヤル機能の操作性が良好になる。Ｎ極とＳ極の磁極サイズは、リング状磁石のサイズにあわせるとよい。また、固定磁石を複数用いることも可能である。

固定磁石を用いることで、ポインティング操作時のリング状磁石の磁極と磁気センサの位置関係が一定となり、ポインティング操作時に良好な出力特性を得ることができる。

ジョグ操作及びポインティング操作を行わない時に、リング状磁石のＮ極またはＳ極の磁極中心が、ポインティングデバイス用の磁気センサに対向する場所になるように、固定磁石の配置場所を決めると、良好な入力デバイス特性を得ることができる。

磁束遮蔽板５２は、磁性体材料からなるものであり、磁気シールドの役目を果たす。磁束遮蔽板５２は、ポインティング操作部４９と一体に移動可能で、ポインティング操作部４９が、実装基板４６を含む平面と平行な平面上を移動すると、磁束遮蔽板５２も全く同じ動きをするようになっている。上述したとおり、ポインティング操作部４９を用いてポインティング操作を行うと、磁束遮蔽板５２が移動するので、磁気センサ４１〜４４部の磁束密度が変化し、ポインティング機能を満足する出力を得ることができる。磁束遮蔽板５２の材料は、磁性体材料であれば何でもよく、鉄やＳＰＣＣ、ＳＵＳ、パーマロイなど、比透磁率が１より大きなもので、成型性のよいものが好ましい。また、磁気ヒステリシスの小さい材料が好ましい。

ベース５３は、ジョグダイヤル機能のためのリング状磁石５０を、回転自在に支持する部材であり、材質は特に制限されない。金型を用いた打ち抜きで成型可能であり、その意味からも成型性のよい材質が好ましい。ただし、材質が磁性体部材であると、磁気センサ４１〜４５に対しては、磁気シールドとして機能してしまうので、磁性体部材でないことが好ましい。ジョグダイヤル操作時のクリック感を出すための固定磁石５１は、ベース５３に固着されている。この固着方法については、特に制限されない。

回転操作部５４は、リング状磁石５０を回転させるジョグダイヤル操作の操作部であり、材質は特に制限されない。リング状磁石５０をスムーズに回転させるため、操作する指にフィットしやすい材質が好ましい。また、リングキー５４は、１つの材質でなく、複数の材質を組み合わせたものでもよい。例えば、高強度の材質をベースに、指で操作する部分だけ、柔らかくて指にフィットしやすいものを用いること等ができる。

ポインティングやジョグダイヤル操作以外の、単純な上下左右の４方向キーを用いる操作の方が使いやすいアプリケーションも携帯電話などの電子機器には数多くあるので、４方向キーの機能を付与することで、より一層使いやすい入力デバイスになる。

また、入力デバイスの省サイズ化をはかるため、別途に４方向キーを設けるのではなく、回転操作部の部分を実装基板に垂直な方向に移動可能にすることで共用できる。

４方向キーの部分は、特に種類の限定はないが、押したことが確認しやすく（クリック感がある）、スイッチを押し込んだ後に自動復帰するタクティール（ドーム）スイッチ、押しボタンスイッチ、タクトスイッチ、ストロークスイッチなど、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。入力デバイスの小型化や低背化を進めるうえでは、タクティール（ドーム）スイッチなどが好ましい。

また、スイッチに対向する部分に凸部を設けることで、スイッチ動作を円滑に行うことができるようになる。この凸部は、例えば弾性変形する樹脂層などに設けることができる。

磁石ホルダ５５は、リング状磁石５０とリングキー５４を一体に固着させるものである。磁石ホルダ５５の上面には、つめ部があり、リングキー５４と接着工程なしで固着可能である。また、磁石ホルダ５５は、磁性体材料からなっている。磁性体材料でできているので、リング状磁石５０と磁石ホルダ５５は、接着工程なしで固着可能である。また、磁石ホルダ５５が、リング状磁石５０のヨークの役割も果たし、磁気センサ４１〜４５が検出する磁束密度が大きくなり、入力デバイスの操作性を向上させることにも寄与できる。本実施例では、磁石ホルダ５５を利用しているが、必ずしも必要な部材ではなく、リング状磁石５０を直接回転操作部５４に固着することもできる。

ケース５６は、本発明の入力デバイスが設けられた電子機器の筐体部分を指す。例えば、携帯電話、ＰＤＣ、スマートフォン、ＰＮＤ、携帯音楽プレーヤなどの筐体部分である。その他、様々な電子機器に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の入力デバイスは、携帯電話などに代表される、片手で筐体を持ち親指のみで入力操作を行う電子機器に好適であり、インターネットや音楽プレーヤ、電子メール入力など、様々なアプリケーションを行う際、好適に使用可能である。

電子機器とは、例えば、携帯電話やＰＤＡ、ＰＮＤ、携帯音楽プレーヤ等の小型端末に代表される機器で、片手で筐体を持ち、親指のみで入力操作を行うものにおいて特に、本発明の入力デバイスは好適である。

次に、本発明に係る入力デバイスの一実施例の詳細な説明を行う。
リング状磁石５０は、サイズが外径１６．７×内径１３．７×厚さ０．５ｔ〔ｍｍ〕であり、着磁方向が厚さ方向で、Ｎ極とＳ極がそれぞれ交互に１６極並ぶように着磁したものである。残留磁束密度が６００ｍＴ程度のネオジボンド磁石で形成されている。

ジョグダイヤル操作時のクリック感を出すための固定磁石５１は、残留磁束密度が３００ｍＴ程度のフェライト磁石を用いた。サイズは、リング状磁石５０と同程度のものを約１０分割にしたものを２つ対称配置している。固定磁石５１の着磁方向は厚さ方向であり、リング状磁石５０と同じ方向である。この２つの固定磁石とリング状磁石との、吸引・反発力を利用することで、ジョグダイヤルの操作時にクリック感が発生し、使用者が直感的に操作したことがわかるようになっている。

磁気センサ４１〜４５には、ホール素子を用いた。磁束密度に対して、磁気センサの出力電圧がリニアに変化することが、入力デバイスの特性上好ましく、例えば、旭化成エレクトロニクス製のＨＱ−０１１１（製品名）などを用いることができる。また、磁気センサ２個の配置間隔が小さく実装しにくい場合は、旭化成エレクトロニクス製のＨＱ−０２２１（製品名）やＨＱ−０２２２（製品名）のように、ホール素子２個を１つのパッケージに納めたものを用いるとよい。本実施形態では、磁気センサ４１〜４５にホール素子を用いたが、当然磁気抵抗効果素子など別の磁気センサを用いることも可能であり、本実施形態の構成に限定されるものではない。

磁束遮蔽板５２と磁石ホルダ５５は、磁性体部材であるＳＵＳ４３０で成型加工されたものを用いている。図３で示したような形状をしており、ＳＵＳ４３０の厚さは０．３ｍｍ程度のものを用いた。

磁束遮蔽板５２は、リング形状をしたものに対し、Ｘ軸およびＹ軸上に相当する４箇所に凸部を設けた形状をしている。この凸部が、磁気センサ４１〜４４と対向する場所になるよう、磁束遮蔽板５２は弾性樹脂４８に設けられている。磁性体部材からなる磁束遮蔽板５２は、リング状磁石５０から発生する磁束密度を吸い込み、磁気センサ４１〜４４へ流れる磁束密度の量を調整する役目をはたす。ポインティング操作部４９を用いてポインティング操作する際、磁束遮蔽板５２がポインティング操作部４９と同様の動きをとり、磁気センサ４１〜４４が検知する磁束密度を増減させることで、ポインティング操作を満たす出力電圧を発生することを可能にする。本実施例での磁束遮蔽板５２のサイズは、外径１０ｍｍ×内径７ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのリング形状をしたものに対して、３．２５（周方向）×２．５（径方向）の凸部を４箇所に設けたものである。この磁束遮蔽板５２と、それに付随する凸部のサイズや形状については、磁気シミュレーションなどの手法を用いて適宜最適化することができる。

本実施例の入力デバイス特性を以下に示す。同軸上に配置されたポインティング機能用磁気センサの間隔は１．５ｍｍ、磁気センサとリング状磁石の表面間距離は約１ｍｍとした。

図４は、本発明に係る入力デバイスの一実施例のジョグダイヤル特性をグラフに示す図で、ジョグダイヤル操作をしたときの、磁気センサ４２部分の磁束密度変化を示している。

磁束密度の振幅が±１６ｍＴ程度発生している。磁気センサ４５部分の磁束密度は、図４のものに対して９０度位相がずれたものが発生する。従来の磁気式ジョグダイヤルは、±８ｍＴ程度の磁束密度で動作するものがあるので、今回の磁束密度でジョグダイヤル機能を充分行えることがわかる。

次に、ポインティングデバイスの特性を以下に示す。
図５は、本発明に係る入力デバイスの一実施例のポインティングデバイス特性をグラフに示す図で、磁気センサ４３と４４を含む直線上に磁束遮蔽板が±１ｍｍ移動した際に、その軸上にある磁気センサ４３（Ｈａｌｌ１）と４４（Ｈａｌｌ２）の配置場所における磁束密度を示している。

図６は、本発明に係る入力デバイスの一実施例のポインティングデバイス特性を他のグラフに示す図で、ポインティング操作時は、２つのホール素子の差出力信号を用いるので、実際の出力信号を示している。

移動距離が１ｍｍに近くなると出力が飽和気味になっているが、単調増加の傾向を示しており、ポインティングデバイスの機能として満足できるものになる。また、出力である差磁束密度も±１８ｍＴ程度発生しており、これも充分な値である。磁気センサの出力信号を、後段でソフト処理を行うことで操作性も充分良好なものを実現できる。

以上の実施例では、磁気センサを用いてポインティング操作とジョグダイヤル操作を行う例を説明したが、磁気センサ以外のセンサを用いても同様の効果を奏することができる。例えば、抵抗を用いたボリュームや静電容量センサなども適用の可能性がある。

１，３１ 検出部
２，３２ 差動アンプ部
３，３３ 検出制御部
４，３４ 出力制御部
５ 磁石
１１ 磁気センサ
３５ リング状磁石
３６ シュミットトリガー回路
４１〜４５，３１１〜３１５ 磁気センサ（ホール素子）
４６ 実装基板
４７ タクティールスイッチ（ダイアフラム、皿バネ）
４８ 弾性樹脂
４９ ポインティング操作部
５０ リング状磁石
５１ 固定磁石
５２ 磁束遮蔽板
５３ ベース
５４ 回転操作部
５５ 磁石ホルダ
５６ ケース

Claims (15)

1. 実装基板上に配置された複数の磁気センサと、多極に着磁され回転自在に保持されたリング状磁石と、該リング状磁石を回転操作する回転操作部と、前記実装基板と平行な方向に移動可能なポインティング操作部と、該ポインティング操作部と一体に移動可能な磁束遮蔽板を備え、
   前記リング状磁石の回転により生じる、Ｎ極とＳ極の両極を含む磁束密度変化を、前記複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出するとともに、前記磁束遮蔽板の移動により生じる、Ｎ極もしくはＳ極いずれか片方の磁束密度変化を、前記複数の磁気センサの一部もしくは全部を用いて検出することを特徴とする入力デバイス。
2. 前記ポインティング操作部は、未操作時に可動範囲の略中央に自動復帰することを特徴とする請求項１に記載の入力デバイス。
3. 前記実装基板上に弾性変形する樹脂層を設け、該樹脂層に前記ポインティング操作部と前記磁束遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の入力デバイス。
4. 前記樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の入力デバイス。
5. 前記磁気センサは５つあり、そのうち４つは、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置され、残りの１つは、前記４つの磁気センサのいずれかに対して、前記リング状磁石のＮ極とＳ極それぞれ１極をあわせた位相を３６０度としたとき、位相が９０度ずれた場所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の入力デバイス。
6. 前記ポインティング操作部が、前記実装基板に垂直な方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の入力デバイス。
7. 前記実装基板の前記磁束遮蔽板の側にスイッチを配設したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の入力デバイス。
8. 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に記載の入力デバイス。
9. 前記磁気センサは、ホール効果を利用した磁気センサであり、磁束密度に比例した信号を出力することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の入力デバイス。
10. 前記磁気センサが、磁気抵抗効果を利用した磁気センサであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の入力デバイス。
11. 前記リング状磁石に対向する場所に固定磁石を設けることで、前記回転操作部を操作時にクリック感が得られるようにしたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の入力デバイス。
12. 前記リング状磁石と前記固定磁石の吸引又は反発磁力により、前記回転操作部の未操作時には、前記リング状磁石の磁極位置が前記固定磁石に対して常に一定となることを特徴とする請求項１１に記載の入力デバイス。
13. 前記回転操作部は、前記実装基板に垂直な方向に移動可能であり、上下左右の４方向キーを有していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の入力デバイス。
14. 前記実装基板の前記磁束遮蔽板側で、前記４方向キーに対向する場所にスイッチを配設したことを特徴とする請求項１３に記載の入力デバイス。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の入力デバイスが組み込まれたことを特徴とする電子機器。

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