JP4612281B2 - Position detection device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の移動又は傾斜を検出する位置検出装置に関し、さらにはこの位置検出装置を用いて、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位置検出装置に関する。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、座標検知を行う磁気検出方式の位置検出装置に関する。
【0002】
物体の移動又は傾斜あるいは移動角度を磁石や磁性体と磁気センサで検出する装置が知られている。また、パーソナルコンピュータ(アミューズメント用やシミュレーション用のコンピュータを含み)のポインティングデバイス(ジョイスティックやトラックボールなど)における座標検出の方式としては、光学式、感圧式、可変抵抗式、磁気検出式などが実用化されているが、近年、小型化が容易でしかも無接点で長寿命という特徴を有する磁気検出式が有力になってきている。
【0003】
【従来の技術】
図8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31は、X軸及びY軸の沿って2個ずつ対称に配設された4個のホール素子41からなり、このホール素子41の上方に配設されたマグネットの移動によるX軸方向とY軸方向の各ホール素子41の出力信号をそれぞれ差動アンプ32が差動的に増幅し、その出力信号(アナログ値)をA/D変換器33がデジタル値に変換し、その出力信号(電圧)を検出制御部34がX座標値及びY座標値に変換し、これを出力制御部35を介して出力するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
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9に示すように、コイルスプリング44の一端にマグネット42を支持し、コイルスプリング44を設置する基板に配設された磁気センサ41により、マグネット42の移動を磁気センサ41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。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−20999号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した位置検出装置や磁気検出式ポインティングデバイスは、以下に示すように3つの問題点がある。まず第1の問題点として、磁石の強さや磁気センサの感度のバラツキ、磁気センサの温度特性によるドリフトが、磁石の移動量や傾斜に対する出力信号に影響を及ぼすという問題がある。次に、第2の問題点として、同じ軸上の2つの磁気センサの間の距離が変わったり、磁気センサと磁石の間の距離がずれたりすると、同様に出力信号に影響を及ぼすという問題がある。さらに、第3の問題点として、磁石が磁気センサの間にある場合には、比較的、移動量と出力される信号とが単調増加するけれども、磁気センサの範囲を超えて大きく移動する場合には、差信号が徐々に暫減するため、磁気センサ間の距離を大きくできないという問題がある。
【0007】
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、磁石や磁気センサの特性のバラツキや組立精度に対して影響を抑える位置検出装置を提供することにある。
【0008】
また、磁石の移動量に対して信号の単調増加の範囲が大きくなるような、小型化が可能な位置検出装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、X軸及びY軸に沿って2個ずつ配設された4つの磁気センサと、前記4つの磁気センサの中心付近に移動自在又は傾斜自在に配設される磁石とを備え、該磁石の移動量に対して出力信号の単調増加の範囲が大きくなるようにした位置検出装置であって、前記X軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該X軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値と、前記Y軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該Y軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値とをそれぞれ位置信号として出力し、前記磁石の移動距離に対して前記出力値が所定範囲以上で増加することを特徴とする。
【0010】
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、X軸及びY軸に沿って2個ずつ配設された4つの磁気センサと、前記4つの磁気センサの中心付近に移動自在又は傾斜自在に配設される磁石とを備え、X軸上の2つの磁気センサの差信号を前記4つの磁気センサの和信号で除算した値と、Y軸上の2つの磁気センサの差信号を前記4つの磁気センサの和信号で除算した値とをそれぞれ位置信号として出力することを特徴とする。
【0013】
なお、磁気センサとしては、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)、リードスイッチなど様々な磁気センサの適用が可能であり、アナログ出力型のポインティングデバイスには、アナログ出力型の磁気センサが望ましく、デジタル出力型のポインティングデバイスには、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図1は、本発明に係るポインティングデバイスの一実施例を説明するための構成図で、図中符号1は磁気センサ、2はマグネット、3は弾性部材としてのシリコーン樹脂、4は実装基板、5は押圧部材、6はスイッチ、7は空間部、7aは切り欠き部である。磁気センサ1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2は、鉛直方向にNSの着磁がされている。
【0015】
シリコーン樹脂3を実装基板4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3は、切り欠き部7aの端部を支点として揺動し、これにともないマグネット2も同様に揺動する。
【0016】
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4上に設けられた複数の磁気センサ1と、実装基板4上に設けられて、任意の方向に揺動可能とする空間部7を有する弾性部材3と、この弾性部材3に設けられたマグネット2とを備え、弾性部材3の弾性変形によるマグネット2の摺動によって生じる磁気密度変化を複数の磁気センサ1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。
【0017】
また、マグネット2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4に対して垂直方向に変位可能であり、実装基板4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。
【0018】
また、弾性部材3は屈曲部を有し、この屈曲部に切り欠き部7aを形成して、マグネット2の揺動自在を効果的なものにしている。
また、空間部7内で、実装基板4上にスイッチ6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。
【0019】
また、スイッチとしては、特に種類の限定はないが、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、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。
【0020】
また、マグネット2についても、特に種類の限定はないが、通常量産されているフェライト系、サマリウム−コバルト系、ネオジ系など様々なマグネットが適用可能である。ポインティングデバイスの小型化を進める上では、マグネットの小型化が必須であるので、小さくても強磁場を発生するサマリウム−コバルト系やネオジ系などのマグネットが好ましい。
【0021】
また、弾性部材についても、特に種類の限定はないが、現在様々な用途に使われているシリコーン樹脂が好ましい。
【0022】
また、押圧部材5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が好ましい。例えば、ポリカーボネートを切削加工したり、変性ポリフェリレンエーテル、ポリスチレンなどの樹脂、プレス加工などで成型したマグネシュウム合金、アルミニュウム合金などの金属などで作製される。
【0023】
このような構成により、押圧部材5を右側から左方向に向かって押すと、弾性部材3と実装基板4との結合端部を支点として、左方向に揺動変位し、逆に、押圧部材5を左側から右方向に向かって押すと、弾性部材3と実装基板4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3に設けられたマグネット2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5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。
【0024】
[実施例1]
図2は、本発明に係る位置検出装置の実施例1を説明するための回路ブロックで、図中符号11は検出部、12(12x,12y)は差動アンプ、13はA/D変換器、14は検出制御部、15は座標変換部、16は座標切換部、17は出力方法記憶部、18は出力制御部、21(21a,21b,21c,21d)はホール素子、51は距離算出部、52は角度算出部、53は距離出力制限部を示している。
【0025】
検出部11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)21からなり、このホール素子21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21a,21b,21c,21d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21の出力電圧が変化する。差動アンプ12は、X軸方向とY軸方向の各ホール素子21の出力信号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、出力信号が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12x,12yに出力信号Xo,Yoがそれぞれ発生する。
【0026】
ここで、検出部11のX軸方向に配設されたホール素子21aからの信号をX1、ホール素子21bからの信号をX2とし、また、検出部11のY軸方向に配設されたホール素子21cからの信号をY1、ホール素子21dからの信号をY2とし、差動アンプ12xの出力をXo、差動アンプ12yの出力をYoとすると、
Xo=(X1−X2)/(X1+X2)
Yo=(Y1−Y2)/(Y1+Y2)
となるような出力を生成する。
【0027】
つまり、X軸方向に配設されたホール素子21a,21bの差信号(X1−X2)を、このホール素子21a,21bの和信号(X1+X2)で除算した信号(Xo=(X1−X2)/(X1+X2))を生成するとともに、Y軸方向に配設されたホール素子21c,21dの差信号(Y1−Y2)を、このホール素子21c,21dの和信号(Y1+Y2)で除算した信号(Yo=(Y1−Y2)/(Y1+Y2))を生成する。
【0028】
従来は、差動アンプ12xの出力Xoは、X1−X2であり、また、差動アンプ12yの出力YoはY1−Y2であった。磁石の移動距離が増加した場合の出力信号を図5及び図6に示す。図5は、従来の、2つの磁気センサの出力差と磁石の移動距離の関係を示す図であり、図6は、出力差/出力和と磁石の移動距離の関係を示す図である。ここで、磁石のサイズを3mm×3mm×0.8mm(縦×横×高さ)、軸上の2つのセンサのピッチを3.25mmとしている。図中に示すGapは、磁石表面とセンサ面までのZ軸方向の距離を示している。
【0029】
従来は、図5に示すように、2mmから暫減しているのに対し、本発明においては、図6に示すように(図中右側下段に示す3つの曲線)、2mm以上の範囲で差出力電圧は増加していることが分かる。
【0030】
A/D変換器13は、差動アンプ12の出力信号(アナログ値)をデジタル値に変換する。検出制御部14は、A/D変換器13からの出力信号(電圧)をX座標値及びY座標値に変換する。座標変換部15は、検出制御部14から出力されるXY座標の座標値(X,Y)を極座標の座標値(R,θ)に変換する。
【0031】
座標切換部16は、座標変換部15から出力される極座標の座標値と、検出制御部14から出力されるXY座標の座標値の双方の信号を受け、出力方法記憶部17の指示に従っていずれか一方を出力制御部18に出力する。出力方法記憶部17は、外部から指定された出力方法(XY座標/極座標)を記憶してこれを座標切換部16に指示する。出力制御部18は、外部に対する座標値出力を制御する。
【0032】
座標変換部15は、距離算出部51と角度算出部52と距離出力制限部53とからなり、距離算出部51で距離Rを、例えば、R=√(X+Y)の形で、また、角度算出部52を、例えば、θ=tan−1(Y/X)の形で、それぞれ算出する。距離出力制限部53は、距離算出部51が算出したRを予め定めた限界値Rmaxと比較し、R>Rmaxの場合には、RをRmaxに変換して出力する。これを図3により説明する。
【0033】
図3は、出力制限機能の説明図である。つまり、入力座標値(R,θ)におけるRがRmaxより大きい場合、出力座標値を常に(Rmax,θ)とする。
【0034】
なお、このRを制限する機能は、円形領域に表示を行うようなアプリケーションの場合に表示不能となることを防止するためのものであるが、機構的にRがRmaxを超えることがないようになっているなど、この機能を必要としない場合には、この距離出力制限部53を設けなくてよい。
【0035】
図4は、本発明に係る位置検出装置の他の実施例を説明するための回路ブロックで、図2と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。この実施例において、検出制御部14と座標変換部15と出力制御部18とが直列に接続されており、図2における座標切換部16と出力方法記憶部17がなく、したがって、極座標の座標値のみを出力するように構成されている。
【0036】
[実施例2]
次に、本発明に係る位置検出装置の実施例2について説明する。この実施例2の回路ブロックは、上述した実施例1と同様である。実施例1との相違は、差動アンプ12xの出力Xoと差動アンプ12yの出力Yoの算出方法が異なる点である。
【0037】
検出部11のX軸方向に配設されたホール素子21aからの信号をX1、ホール素子21bからに信号をX2とし、また、検出部11のY軸方向に配設されたホール素子21cからの信号をY1、ホール素子21dからの信号をY2とし、差動アンプ12xの出力をXo、差動アンプ12yの出力をYoとすると、
Xo=(X1−X2)/(X1+X2+Y1+Y2)
Yo=(Y1−Y2)/(X1+X2+Y1+Y2)
となるような出力を生成する。
【0038】
つまり、X軸方向に配設されたホール素子21a,21bの差信号(X1−X2)を、このホール素子21a〜21dの和信号(X1+X2+Y1+Y2)で除算した信号(Xo=(X1−X2)/(X1+X2+Y1+Y2))を生成するとともに、Y軸方向に配設されたホール素子21c,21dの差信号(Y1−Y2)を、このホール素子21a〜21dの和信号(X1+X2+Y1+Y2)で除算した信号(Yo=(Y1−Y2)/(X1+X2+Y1+Y2))を生成する。この実施例2によれば、図6に示すように(図中右側上段に示す3つの曲線)、実施例1と比べて、さらに単調増加する範囲が広くなっていることが分かる。
【0039】
[実施例3]
図7は、本発明に係る位置検出装置のさらに他の実施例を説明するための図で、図中符号22は位置や移動量、傾斜度合いを検出する対象の被検出物体、23は磁石を示している。被検出物体22には磁石23が固定されていて、上述した図1に示した磁気センサ1上で磁石23を移動又は傾斜させることにより、被検出物体22の位置や移動量、傾斜度合いを検出できるように構成されている。なお、回路ブロックは、上述した実施例1,2と同じものである。
【0040】
本実施例3においては、このような構成により、温度変化や磁石のばらつきがあっても、被検出物体22の移動量を0.1mmレベルで検出することが可能となった。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、X軸及びY軸に沿って2個ずつ配設された4つの磁気センサと、前記4つの磁気センサの中心付近に移動自在又は傾斜自在に配設される磁石とを備え、該磁石の移動量に対して出力信号の単調増加の範囲が大きくなるようにした位置検出装置であって、前記X軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該X軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値と、前記Y軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該Y軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値とをそれぞれ位置信号として出力し、前記磁石の移動距離に対して前記出力値が所定範囲以上で増加するので、磁石や磁気センサの特性のバラツキやその温度特性によるドイフトに対して、全く影響を受けない出力を得ることができる。また、磁石と磁気センサの距離の影響が小さくなり、磁石の移動量に対して信号の単調増加の範囲が大きくなるので、設計、調整、組立てが容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポインティングデバイスの一実施例を説明するための構成図である。
【図2】本発明に係る位置検出装置の実施例1を説明するための回路ブロックである。
【図3】出力制限機能の説明図である。
【図4】本発明に係る位置検出装置の他の実施例を説明するための回路ブロックである。
【図5】従来の、2つの磁気センサの出力差と磁石の移動距離の関係を示す図である。
【図6】出力差/出力和と磁石の移動距離の関係で、2つの和と4つの和で割った場合を示す図である。
【図7】本発明に係る位置検出装置のさらに他の実施例を説明するための図である。
【図8】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ある。
【図9】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例を示す図である。
【符号の説明】
1 磁気センサ
2 マグネット
3 弾性部材としてのシリコーン樹脂
4 実装基板
5 押圧部材
6 スイッチ
7 空間部
7a 切り欠き部
11 検出部
12(12x,12y) 差動アンプ
13 A/D変換器
14 検出制御部
15 座標変換部
16 座標切換部
17 出力方法記憶部
18 出力制御部
21(21a,21b,21c,21d) ホール素子
22 被検出物体
23 磁石
31 検出部
32 差動アンプ
33 A/D変換器
34 検出制御部
35 出力制御部
41 ホール素子
51 距離算出部
52 角度算出部
53 距離出力制限部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device that detects the movement or inclination of an object, and more particularly to a position detection device that uses the position detection device and is used as input means for a personal computer, a mobile phone, or the like. More specifically, the present invention relates to a magnetic detection type position detection device that performs coordinate detection by detecting a change in the surrounding magnetic field due to movement of a magnet.
[0002]
Devices that detect the movement, tilt, or movement angle of an object with a magnet, a magnetic material, and a magnetic sensor are known. In addition, optical, pressure-sensitive, variable resistance, and magnetic detection methods have been put to practical use as pointing detection methods (joysticks, trackballs, etc.) for personal computers (including amusement and simulation computers). However, in recent years, magnetic detection methods that are easy to miniaturize, have no contact, and have a long life have become prominent.
[0003]
[Prior art]
FIG. 8 is a block diagram showing a magnetic detection circuit of a conventional magnetic detection type pointing device. The detection unit 31 includes four Hall elements 41 arranged symmetrically along the X axis and the Y axis. Thus, the differential amplifier 32 differentially amplifies the output signals of the Hall elements 41 in the X-axis direction and the Y-axis direction due to the movement of the magnet disposed above the Hall element 41, and the output signal ( Analog value) is converted into a digital value by the A / D converter 33, and the output signal (voltage) is converted into an X coordinate value and a Y coordinate value by the detection control unit 34, and this is output via the output control unit 35. (For example, refer patent document 1).
[0004]
As a specific example of the above-described support mechanism that enables the magnet to move, as shown in FIG. 9, a magnet 42 is supported on one end of a coil spring 44 and a magnetic sensor 41 disposed on a substrate on which the coil spring 44 is installed. Therefore, a configuration is proposed in which the movement of the magnet 42 is detected by the magnetic sensor 41.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-20999 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the position detection device and the magnetic detection type pointing device described above have three problems as described below. First, there is a problem that the magnet strength, the variation in the sensitivity of the magnetic sensor, and the drift due to the temperature characteristics of the magnetic sensor affect the output signal with respect to the moving amount and inclination of the magnet. Next, as a second problem, if the distance between two magnetic sensors on the same axis changes or the distance between the magnetic sensor and the magnet shifts, the output signal is similarly affected. is there. Furthermore, as a third problem, when the magnet is located between the magnetic sensors, the movement amount and the output signal increase relatively monotonously, but when the magnet moves greatly beyond the range of the magnetic sensor. Has a problem that the distance between the magnetic sensors cannot be increased because the difference signal gradually decreases for a while.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a position detection device that suppresses the influence on variation in characteristics of magnets and magnetic sensors and assembly accuracy.
[0008]
It is another object of the present invention to provide a position detecting device that can be miniaturized so that the range of monotonous increase in signal with respect to the amount of movement of the magnet becomes large.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the invention according to claim 1 includes four magnetic sensors arranged two each along the X axis and the Y axis, and the four magnetic sensors. A position detecting device including a magnet disposed in the vicinity of the center so as to be movable or tiltable , wherein the range of a monotonically increasing output signal with respect to the amount of movement of the magnet is increased on the X axis. wherein said output value obtained by dividing the difference signal of the two magnetic sensors in the sum signal of the two magnetic sensors on the X axis, a difference signal of the two magnetic sensors on the Y axis on the Y axis The output value divided by the sum signal of the two magnetic sensors is output as a position signal, and the output value increases over a predetermined range with respect to the moving distance of the magnet .
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the magnetic sensor according to the first aspect of the present invention, wherein four magnetic sensors are disposed along the X-axis and the Y-axis, and two magnetic sensors are disposed near the center of the four magnetic sensors. A magnet that is arranged so as to be movable or tiltable. A value obtained by dividing a difference signal of two magnetic sensors on the X axis by a sum signal of the four magnetic sensors, and two magnetic sensors on the Y axis. A value obtained by dividing the difference signal by the sum signal of the four magnetic sensors is output as a position signal .
[0013]
As the magnetic sensor, various magnetic sensors such as a Hall element, Hall IC, magnetoresistive effect element (MR element), magnetoresistive effect IC (MRIC), and reed switch can be applied, and an analog output type pointing device. For this, an analog output type magnetic sensor is desirable, and a digital output type magnetic sensor is desirable for a digital output type pointing device.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of a pointing device according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a magnetic sensor, 2 denotes a magnet, 3 denotes silicone resin as an elastic member, 4 denotes a mounting substrate, 5 Is a pressing member, 6 is a switch, 7 is a space, and 7a is a notch. As described above, two magnetic sensors 1 are arranged on the mounting substrate 4 symmetrically along the X axis and the Y axis. The magnet 2 is NS magnetized in the vertical direction.
[0015]
When the silicone resin 3 is moved so as to be shifted in a plane parallel to the mounting substrate 4, the silicone resin 3 swings with the end of the notch 7a as a fulcrum, and the magnet 2 similarly swings accordingly. Move.
[0016]
As described above, the pointing device of the present invention includes a plurality of magnetic sensors 1 provided on the mounting substrate 4 and an elastic portion 7 provided on the mounting substrate 4 and capable of swinging in any direction. A magnetic density change caused by sliding of the magnet 2 due to elastic deformation of the elastic member 3 is detected by a plurality of magnetic sensors 1 and includes coordinate information or vector information. Is configured to input.
[0017]
Further, the magnet 2 is swingable in the horizontal direction as described above, and can be displaced in the vertical direction with respect to the mounting substrate 4, and is free to move in the horizontal and vertical directions with respect to the mounting substrate 4. Have a degree.
[0018]
Further, the elastic member 3 has a bent portion, and a notch portion 7a is formed in the bent portion to make the magnet 2 swingable effectively.
Further, a switch 6 is disposed on the mounting substrate 4 in the space portion 7, and the pointing device has a switch function.
[0019]
There is no particular limitation on the type of switch, but any switch such as a push button switch may be used. However, it is easy to confirm that the switch has been pressed (it has a feeling of clicking), and it automatically returns after the switch is pressed. A switch for confirming an object using physical contact with the object such as a tactile switch, a tact switch, a touch switch, or a stroke switch is suitable.
[0020]
Also, the magnet 2 is not particularly limited in kind, but various magnets such as ferrite, samarium-cobalt, and neody that are usually mass-produced are applicable. In order to reduce the size of the pointing device, it is essential to reduce the size of the magnet. Therefore, a samarium-cobalt type or neody type magnet that generates a strong magnetic field even if it is small is preferable.
[0021]
Further, the elastic member is not particularly limited in kind, but a silicone resin currently used for various applications is preferable.
[0022]
Further, the pressing member 5 is preferably formed of a material having a rigid property so that the magnet 2 is not shaken or dented when pressed with a fingertip. In particular, a non-magnetic material is preferable in order to reduce the strength of the magnetic field leaking to the outside. For example, it is produced by cutting polycarbonate, resin such as modified polyferylene ether or polystyrene, metal such as magnesium alloy or aluminum alloy formed by press working or the like.
[0023]
With this configuration, when the pressing member 5 is pressed from the right side to the left direction, the pressing member 5 is oscillated and displaced leftward with the coupling end portion of the elastic member 3 and the mounting substrate 4 as a fulcrum. Is pushed in the right direction from the left side, it is oscillated and displaced in the right direction with the coupling end of the elastic member 3 and the mounting substrate 4 as a fulcrum. In this manner, the magnet 2 provided on the elastic member 3 can swing left and right. This operation can be performed by the belly portion of the index finger or the belly portion of the thumb. In this case, it is desirable that the surface of the pressing member 5 be any one of a rough surface, a concave surface, a convex surface, a convex quadrangular pyramid, and a concave quadrangular pyramid in consideration of adhesion with a finger. The shape of the pressing member 5 can be any one of a circle, a square, a rectangle, an octagon, an ellipse, and a gear.
[0024]
[Example 1]
FIG. 2 is a circuit block for explaining the first embodiment of the position detection apparatus according to the present invention, in which reference numeral 11 denotes a detection unit, 12 (12x, 12y) are differential amplifiers, and 13 is an A / D converter. , 14 is a detection control unit, 15 is a coordinate conversion unit, 16 is a coordinate switching unit, 17 is an output method storage unit, 18 is an output control unit, 21 (21a, 21b, 21c, 21d) is a Hall element, and 51 is a distance calculation. , 52 is an angle calculation unit, and 53 is a distance output limiting unit.
[0025]
The detection unit 11 includes four magnetic sensors (for example, a Hall element, a semiconductor magnetoresistive element, a magnetosensitive magnetoresistive element, and a GMR element) 21, and the Hall element 21 is 2 along the X axis and the Y axis. They are arranged symmetrically one by one. Magnets are arranged in the vicinity of the center of the four Hall elements 21a, 21b, 21c, and 21d arranged symmetrically on the X axis and the Y axis. The output voltage of the Hall element 21 changes due to the change of the magnetic field due to the movement of the magnet. The differential amplifier 12 differentially amplifies the output signals of the Hall elements 21 in the X-axis direction and the Y-axis direction. When the magnetic field in the Z-axis direction is symmetric with respect to the origin O, that is, when the magnetization direction of the magnet is in the vertical direction, the output signal is set to 0, and when the magnet moves, the differential amplifier 12x, Output signals Xo and Yo are generated at 12y, respectively.
[0026]
Here, the signal from the Hall element 21a arranged in the X-axis direction of the detection unit 11 is X1, the signal from the Hall element 21b is X2, and the Hall element arranged in the Y-axis direction of the detection unit 11 If the signal from 21c is Y1, the signal from the Hall element 21d is Y2, the output of the differential amplifier 12x is Xo, and the output of the differential amplifier 12y is Yo,
Xo = (X1-X2) / (X1 + X2)
Yo = (Y1-Y2) / (Y1 + Y2)
Produces output such that
[0027]
That is, a signal (Xo = (X1−X2) /) obtained by dividing the difference signal (X1−X2) between the Hall elements 21a and 21b arranged in the X axis direction by the sum signal (X1 + X2) of the Hall elements 21a and 21b. (X1 + X2)) and a signal (Yo) obtained by dividing the difference signal (Y1-Y2) of the Hall elements 21c and 21d arranged in the Y-axis direction by the sum signal (Y1 + Y2) of the Hall elements 21c and 21d = (Y1-Y2) / (Y1 + Y2)).
[0028]
Conventionally, the output Xo of the differential amplifier 12x is X1-X2, and the output Yo of the differential amplifier 12y is Y1-Y2. Output signals when the moving distance of the magnet is increased are shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the output difference between two conventional magnetic sensors and the moving distance of the magnet, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the output difference / output sum and the moving distance of the magnet. Here, the size of the magnet is 3 mm × 3 mm × 0.8 mm (length × width × height), and the pitch of the two sensors on the axis is 3.25 mm. Gap shown in the figure indicates the distance in the Z-axis direction from the magnet surface to the sensor surface.
[0029]
Conventionally, as shown in FIG. 5, the distance is gradually reduced from 2 mm, but in the present invention, as shown in FIG. 6 (three curves shown on the lower right side in the figure), the difference is within a range of 2 mm or more. It can be seen that the output voltage has increased.
[0030]
The A / D converter 13 converts the output signal (analog value) of the differential amplifier 12 into a digital value. The detection control unit 14 converts the output signal (voltage) from the A / D converter 13 into an X coordinate value and a Y coordinate value. The coordinate conversion unit 15 converts the XY coordinate values (X, Y) output from the detection control unit 14 into polar coordinate values (R, θ).
[0031]
The coordinate switching unit 16 receives both the polar coordinate value output from the coordinate conversion unit 15 and the XY coordinate value output from the detection control unit 14, and either of them is in accordance with an instruction from the output method storage unit 17. One of them is output to the output control unit 18. The output method storage unit 17 stores an output method (XY coordinates / polar coordinates) designated from the outside, and instructs the coordinate switching unit 16 of this. The output control unit 18 controls coordinate value output to the outside.
[0032]
The coordinate conversion unit 15 includes a distance calculation unit 51, an angle calculation unit 52, and a distance output restriction unit 53. The distance calculation unit 51 sets the distance R in the form of R = √ (X 2 + Y 2 ), for example. The angle calculation unit 52 calculates the angle in the form of θ = tan −1 (Y / X), for example. The distance output restriction unit 53 compares R calculated by the distance calculation unit 51 with a predetermined limit value Rmax. When R> Rmax, R is converted into Rmax and output. This will be described with reference to FIG.
[0033]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the output restriction function. That is, when R in the input coordinate value (R, θ) is larger than Rmax, the output coordinate value is always (Rmax, θ).
[0034]
The function for limiting R is to prevent the display from being disabled in the case of an application that displays in a circular area. However, R does not exceed Rmax mechanically. In the case where this function is not required, for example, the distance output restriction unit 53 may not be provided.
[0035]
FIG. 4 is a circuit block for explaining another embodiment of the position detecting apparatus according to the present invention. Components having the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the detection control unit 14, the coordinate conversion unit 15, and the output control unit 18 are connected in series, and there is no coordinate switching unit 16 and output method storage unit 17 in FIG. It is configured to output only.
[0036]
[Example 2]
Next, a second embodiment of the position detection apparatus according to the present invention will be described. The circuit block of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above. The difference from the first embodiment is that the calculation method of the output Xo of the differential amplifier 12x and the output Yo of the differential amplifier 12y is different.
[0037]
The signal from the Hall element 21a arranged in the X-axis direction of the detection unit 11 is X1, the signal from the Hall element 21b is X2, and the signal from the Hall element 21c arranged in the Y-axis direction of the detection unit 11 is If the signal is Y1, the signal from the Hall element 21d is Y2, the output of the differential amplifier 12x is Xo, and the output of the differential amplifier 12y is Yo,
Xo = (X1-X2) / (X1 + X2 + Y1 + Y2)
Yo = (Y1-Y2) / (X1 + X2 + Y1 + Y2)
Produces output such that
[0038]
That is, a signal (Xo = (X1−X2) /) obtained by dividing the difference signal (X1−X2) between the Hall elements 21a and 21b arranged in the X-axis direction by the sum signal (X1 + X2 + Y1 + Y2) of the Hall elements 21a to 21d. (X1 + X2 + Y1 + Y2)) and a signal (Yo) obtained by dividing the difference signal (Y1-Y2) of the Hall elements 21c and 21d arranged in the Y-axis direction by the sum signal (X1 + X2 + Y1 + Y2) of the Hall elements 21a to 21d = (Y1-Y2) / (X1 + X2 + Y1 + Y2)). According to the second embodiment, as shown in FIG. 6 (three curves shown on the upper right side in the figure), it can be seen that the monotonically increasing range is wider than that of the first embodiment.
[0039]
[Example 3]
FIG. 7 is a diagram for explaining still another embodiment of the position detection apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 22 denotes a detected object to be detected for position, amount of movement, and inclination, and 23 denotes a magnet. Show. A magnet 23 is fixed to the object 22 to be detected, and the position, amount of movement, and degree of inclination of the object 22 to be detected are detected by moving or tilting the magnet 23 on the magnetic sensor 1 shown in FIG. It is configured to be able to. The circuit block is the same as in the first and second embodiments.
[0040]
In the third embodiment, such a configuration makes it possible to detect the amount of movement of the detected object 22 at the 0.1 mm level even when there is a temperature change or magnet variation.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, four magnetic sensors arranged two by two along the X-axis and the Y-axis, and movable or tilted are arranged near the centers of the four magnetic sensors. that a magnet, a position detecting device range of monotonous increase was larger in the output signal with respect to the moving amount of the magnet, the difference signal the X of the two magnetic sensors on the X axis the output value divided by the sum signal of the two magnetic sensors on the axis, the Y-axis on the two output values divided by the sum signal of the two magnetic sensors on the Y-axis the difference signal of the magnetic sensor Are output as position signals, and the output value increases beyond a predetermined range with respect to the moving distance of the magnet. You can get output that doesn't receive In addition, the influence of the distance between the magnet and the magnetic sensor is reduced, and the range of the monotonous increase of the signal with respect to the amount of movement of the magnet is increased, so that the design, adjustment, and assembly are facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of a pointing device according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit block for explaining Example 1 of the position detecting apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an output restriction function.
FIG. 4 is a circuit block for explaining another embodiment of the position detecting apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an output difference between two conventional magnetic sensors and a moving distance of a magnet.
FIG. 6 is a diagram showing a case of dividing by two sums and four sums in relation to an output difference / output sum and a moving distance of a magnet.
FIG. 7 is a diagram for explaining still another embodiment of the position detection apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a magnetic detection circuit of a conventional magnetic detection type pointing device.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a magnet support mechanism used in a conventional pointing device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor 2 Magnet 3 Silicone resin 4 as an elastic member 4 Mounting board 5 Pressing member 6 Switch 7 Space part 7a Notch part 11 Detection part 12 (12x, 12y) Differential amplifier 13 A / D converter 14 Detection control part 15 Coordinate conversion unit 16 Coordinate switching unit 17 Output method storage unit 18 Output control unit 21 (21a, 21b, 21c, 21d) Hall element 22 Object to be detected 23 Magnet 31 Detection unit 32 Differential amplifier 33 A / D converter 34 Detection control Unit 35 Output Control Unit 41 Hall Element 51 Distance Calculation Unit 52 Angle Calculation Unit 53 Distance Output Limiting Unit

Claims (2)

X軸及びY軸に沿って2個ずつ配設された4つの磁気センサと、前記4つの磁気センサの中心付近に移動自在又は傾斜自在に配設される磁石とを備え、該磁石の移動量に対して出力信号の単調増加の範囲が大きくなるようにした位置検出装置であって、
前記X軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該X軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値と、前記Y軸上の前記2つの磁気センサの差信号を該Y軸上の前記2つの磁気センサの和信号で除算した出力値とをそれぞれ位置信号として出力し、前記磁石の移動距離に対して前記出力値が所定範囲以上で増加することを特徴とする位置検出装置。
Four magnetic sensors arranged two each along the X-axis and the Y-axis, and a magnet arranged so as to be movable or tiltable near the center of the four magnetic sensors, and the amount of movement of the magnets A position detection device in which the range of the monotonic increase of the output signal is increased,
The output value divided by the sum signal of the two magnetic sensors on the X-axis the difference signal of the two magnetic sensors on the X axis, a difference signal of the two magnetic sensors on the Y axis the Y wherein on the shaft two the output value divided by the sum signal of the magnetic sensor output as each position signal, the position detection in which the output value to the movement distance of the magnet is characterized in that to increase above the predetermined range apparatus.
X軸及びY軸に沿って2個ずつ配設された4つの磁気センサと、前記4つの磁気センサの中心付近に移動自在又は傾斜自在に配設される磁石とを備え、X軸上の2つの磁気センサの差信号を前記4つの磁気センサの和信号で除算した値と、Y軸上の2つの磁気センサの差信号を前記4つの磁気センサの和信号で除算した値とをそれぞれ位置信号として出力することを特徴とする位置検出装置。  Two magnetic sensors arranged along the X-axis and the Y-axis, each including two magnetic sensors, and magnets arranged so as to be movable or tiltable near the centers of the four magnetic sensors. The position signal is obtained by dividing the difference signal of the two magnetic sensors by the sum signal of the four magnetic sensors and the value obtained by dividing the difference signal of the two magnetic sensors on the Y axis by the sum signal of the four magnetic sensors. A position detection device that outputs as
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