KR20050100622A

KR20050100622A - 포인팅 디바이스

Info

Publication number: KR20050100622A
Application number: KR1020057013281A
Authority: KR
Inventors: 도시노리 다까쯔까
Original assignee: 아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-10-19
Also published as: EP1586983A1; EP1586983B1; JP4408862B2; KR20070094022A; US20060050053A1; US20120007803A1; CN1739089A; US8054291B2; JPWO2004066138A1; WO2004066138A1; KR100774067B1; KR100847652B1; EP1586983A4; CN100462903C

Abstract

본 발명은 소형화와 저등화가 가능하고, 또한 외부로의 누설 자속 밀도가 작고, 또는 제품 수명이 긴 조작성이 양호한 포인팅 디바이스를 제공한다. 자기 센서(21)는 X축 및 Y축에 따라서 2개씩 대칭으로 실장 기판(24)에 배치되어 있다. 실장 기판(24) 상에 실리콘 수지(23)를 배치하고, 자기 센서(21)의 대략 중앙 부분에 내외 단극 착자의 링형 자석(22)을 배치한다. 실장 기판(24)과 실리콘 수지(23)는 접착되어 있지 않다. 실리콘 수지(23)는 외력을 가함으로써 쉽게 변형되고, 그 외력을 제거하면 바로 외력을 가하지 않은 초기 상태로 복귀된다. 링형 자석(22)의 이동은 실장 기판(24)의 표면에 대해 대략 평행 이동하는 구성으로 한다. 링형 자석(22)의 이동에 의해 생기는 주위의 자속 밀도의 변화를 자기 센서(21)로 검출하고, 입력점의 좌표치를 출력하도록 한다.

Description

포인팅 디바이스{POINTING DEVICE}

본 발명은 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화 등의 입력 수단으로서 사용되는 포인팅 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그넷의 이동에 의한 주위의 자속 밀도 변화를 검출함으로써 좌표 검지 또는 벡터 정보를 입력하기 위한 자기 검출 방식의 포인팅 디바이스에 관한 것이다.

도1은 종래의 자기 검출식 포인팅 디바이스의 자기 검출 회로를 나타내는 블록도로, 검출부(1)는 4개의 자기 센서(예를 들어, 홀 소자, 반도체 자기 저항 효과 소자, 자성 박막 자기 저항 효과 소자, GMR 소자)(11)로 이루어지고, 이 홀 소자(11)는 X축 및 Y축을 따라서 2개씩 대칭으로 배치되어 있다. X축 및 Y축 상에 대칭으로 배치된 4개의 홀 소자(11)의 중앙 부근에 마그넷이 배치되어 있다. 이 마그넷의 이동에 의한 자속 밀도의 변화에 의해 홀 소자(11)의 출력 전압이 변화한다.

차동 증폭기(2)는 X축 방향과 Y축 방향의 각 홀 소자(11)의 출력을 각각 차동적으로 증폭한다. Z축 방향의 자속 밀도가 원점(O)에 대해 대칭, 즉 마그넷의 착자 방향이 수직 방향에 있을 때, 출력이 0이 되도록 되어 있고, 마그넷이 이동하면, 이에 따라서 차동 증폭기(2)에 출력이 발생하여 그 출력(아날로그치)을 검출 제어부(3)가 X 좌표치 및 Y 좌표치로 변환하여, 이를 출력 제어부(4)가 출력하도록 구성되어 있다.

휴대 전화 등에 이용되는 소형의 포인팅 디바이스의 구체예로서는, 키매트에 자석을 배치하는 방법을 채용한 것이 있다. 이 방법의 것은, 현재 제안되어 있는 것 중에서는 소형화가 가능한 것이다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2002-150904호 공보 참조).

접촉식 포인팅 디바이스로서는, 기판 상에 빗살 형상의 2세트의 전극을 형성해 놓고, 그 상부로부터 도전성 고무를 압박함으로써 통전 상태를 변화시켜 디지털치로서 좌표치를 출력하는 것이 일반적이다.

그러나, 휴대 전화 등의 소형의 휴대 전자 기기에 있어서는, 전자 기기의 전체 사이즈를 작게 하고, 또한 기능을 향상시키는 서로 모순되는 필요성을 충족시키기 위해 한층 부품의 소형화나 저등화가 요구되고 있다. 또한, 자기 검출식 포인팅 디바이스의 한층 조작감의 향상도 기대되고 있다.

또한, 상술한 공보의 예에서는 마그넷을 수직 방향으로 착자하고 있으므로, 외부로 누설되는 자속 밀도가 커져 근처에 자기 카드를 근접시킨 경우, 이 자기 카드 등의 정보를 소실하게 되는 문제가 위구되고 있다.

또한, 접촉식 포인팅 디바이스에 있어서는, 도전성 고무를 압박하여 입력하고 있으므로, 반복 입력 등에 의해 도전성 고무의 열화를 피할 수 없어 수명이 짧아지는 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 소형화와 저등화가 가능하며 조작감이 양호하고, 또한 외부로의 누설 자속 밀도가 작고, 또는 제품 수명이 긴 포인팅 디바이스를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 포인팅 디바이스에 관한 종래예 및 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 일예를 나타내는 회로 블록도이다.

도2a 및 도2b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 일실시 형태를 나타내는 도면이다.

도3a 및 도3b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도4a 및 도4b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 또 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도5는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 또 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다.

도6a 및 도6b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 제1, 제2 실시예를 나타내는 개략도이다.

도7은 제1 실시예의 구성을 갖는 포인팅 디바이스의 출력 특성예를 나타내는 도면이다.

도8은 제1 실시예의 구성을 갖는 포인팅 디바이스의 다른 출력 특성예를 나타내는 도면이다.

도9는 제2 실시예의 구성을 갖는 포인팅 디바이스의 다른 출력 특성예를 나타내는 도면이다.

도10은 제2 실시예의 구성을 갖는 포인팅 디바이스의 다른 출력 특성예를 나타내는 도면이다.

도11a 및 도11b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 제3 실시예를 나타내는 개략도이다.

도12는 제3 실시예의 구성을 갖는 포인팅 디바이스의 출력 특성예를 나타내는 도면이다.

도13은 종래의 포인팅 디바이스의 구성을 도시하는 개략도이다.

도14는 도13에 도시하는 종래의 포인팅 디바이스의 출력 특성을 나타내는 도면이다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위해, 평면에 대해 평행하게 이동 가능하게 지지된 링형 자석과, 상기 링형 자석이 발생하는 상기 평면과 평행한 방향의 자속 밀도를 검지하는 복수의 자기 센서를 구비하고, 상기 링형 자석의 이동에 의해 발생하는 상기 평면과 평행한 방향의 자속 밀도의 변화를 상기 자기 센서로 검출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 링형 자석은 내외 단극 착자되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 링형 자석은 내주부 혹은 외주부 중 적어도 한쪽이 다극 착자되어 있고, 상기 자기 센서는 상기 다극 착자된 링형 자석의 자극 중심에 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 실장 기판 상에 수지층이 설치되고, 상기 수지층에 상기 링형 자석이 고정 부착되는 동시에, 상기 실장 기판 상에 상기 자기 센서를 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 수지층과 상기 실장 기판과의 대향면이 접착되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 수지층은 탄성 시트인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 수지층이 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 자기 센서는 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축에 따라서 대칭으로 배치되고, 상기 링형 자석은 상기 자기 센서의 중앙 부근에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 실장 기판의 상기 수지층측이고, 또한 상기 링형 자석의 대략 중앙 부분에 스위치를 배치한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 스위치에 대향하는 상기 수지층의 부분에 상기 스위치를 압박하기 위한 돌기를 마련한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 자기 센서는 홀 효과를 이용한 자기 센서로, 자속 밀도에 비례한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 홀 효과를 이용한 자기 센서가 상기 실장 기판의 상기 수지층측에 배치되고, 또한 상기 실장 기판의 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 홀 효과를 이용한 자기 센서가 출력 단자를 1개만 갖는 자기 센서인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 자기 센서가 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서는 반도체 자기 저항 효과 소자로, 상기 실장 기판의 상기 수지층측에 배치되고, 또한 상기 실장 기판의 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서는 4개의 반도체 자기 저항 효과 소자로, 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축을 따라서 2개씩 대칭으로 배치되어, 상기 X축 상의 2개의 자기 센서는 제1 결합점에서 전기적으로 결합되고, 상기 Y축 상의 2개의 자기 센서도 제2 결합점에서 전기적으로 결합되어 있고, 상기 제1 및 제2 결합점에서의 전기 신호를 이용하여 상기 링형 자석의 이동에 의해 생기는 주위의 자속 밀도의 변화를 검지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 링형 자석으로부터 발생되는 자력을 이용하여 상기 링형 자석을 원점으로 복귀시키는 원점 복귀 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상술한 포인팅 디바이스가 조립된 것을 특징으로 하는 전자 장치이다.

자기 센서로서는, 홀 소자, 홀 IC, 자기 저항 효과 소자(MR 소자), 자기 저항 효과 IC(MRIC), 리드 스위치 등 다양한 자기 센서의 적용이 가능하고, 아날로그 출력형의 포인팅 디바이스에는 아날로그 출력형의 자기 센서가 바람직하고, 디지털 출력형의 포인팅 디바이스에는 디지털 출력형의 자기 센서가 바람직하다.

홀 소자를 이용하는 경우, 실장 기판의 수지층측에 배치하고, 또한 실장 기판 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하도록 하는 것이 포인팅 디바이스의 소형화와 저등화를 진행시키는 데 있어서 한층 바람직하다.

홀 효과를 이용한 자기 센서가 홀 IC이고, 출력 단자를 1개만을 갖는 자기 센서이면, 출력 신호선의 수를 홀 소자에 비해 저감시킬 수 있으므로, 실장 기판의 공간 절약화와 외부 노이즈의 영향의 저감을 도모할 수 있다.

자기 저항 효과를 이용한 자기 센서를 이용하는 경우에는 반도체 자기 저항 효과 소자를 이용하여 실장 기판의 수지층측에 배치하고, 또한 실장 기판 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하도록 하는 것이 포인팅 디바이스의 소형화와 저등화를 진행시키는 데 있어서 한층 바람직하다.

또한, 4개의 반도체 자기 저항 효과 소자를 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축을 따라서 2개씩 대칭으로 배치하여, X축 상의 2개의 반도체 자기 저항 효과 소자를 제1 결합점에서 전기적으로 결합하고, Y축 상의 2개의 반도체 자기 저항 효과 소자도 제2 결합점에서 전기적으로 결합하고, 제1 및 제2 결합점에 있어서의 전기 신호를 이용하여 링형 자석의 이동에 의해 발생하는 주위의 자속 밀도의 변화를 검지하도록 해도 좋다. 이와 같은 구성을 취함으로써, 홀 소자를 이용하는 경우에 비해 출력 신호선의 수를 저감시킬 수 있으므로, 실장 기판의 공간 절약화와 외부 노이즈의 영향의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 실장 기판의 수지층측에 스위치를 배치해도 좋다. 또한, 스위치에 대향하는 수지층 부분에 스위치를 누르기 위한 돌기를 마련해도 좋다. 스위치로서는, 특별히 종류의 한정은 없지만, 누른 것을 확인하기 쉽고(클릭감이 있음), 스위치를 압입한 후에 자동 복귀하는 택틸(tactile) 스위치, 누름 버튼 스위치, 택트(tact) 스위치, 터치(touch) 스위치, 스트로크(stroke) 스위치 등 대상물과의 물리적 접촉을 이용하여 대상물을 확인하는 스위치가 적합하고, 택틸 스위치(돔 스위치라고도 함)가 소형화나 저등화를 진행시키는 데 있어서 바람직하다.

또한, 링형 자석에 대해서도 특별히 종류의 한정은 없지만, 통상 양산되어 있는 페라이트계, 사마륨-코발트계, 네오디계 등 다양한 링형 자석이 적용 가능하다. 포인팅 디바이스의 소형화를 진행키는 데 있어서는 마그넷의 소형화가 필수이므로, 작더라도 강자장을 발생하는 사마륨-코발트계나 네오디계 등의 링형 자석이 바람직하다. 또한, 자석의 저등화를 진행시키는 데 있어서는, 벌크 자석보다 성형성이 좋은 본드 자석이 바람직하다. 형상에 대해서는, 같은 착자를 하면 링형에 한정되지 않고, 원기둥 형상이나 각기둥 형상 등이라도 당연히 좋다. 단, 링형 자석을 이용함으로써 실장 기판에 스위치를 배치해도, 포인팅 디바이스 전체의 높이를 억제하는 것이 가능해지므로 더욱 바람직하다.

수지층은 탄력성을 갖는 수지가 바람직하고, 탄력성을 갖는 수지에 대해서도 특별히 종류의 한정은 없지만, 현재 다양한 용도로 사용되고 있는 실리콘 수지가 저렴하고 입수하기 쉬우므로 바람직하다.

또한, 링형 자석은 실장 기판의 표면에 대해 대략 평행 이동함으로써 주위의 자속 밀도 변화를 생기게 하면, 포인팅 디바이스의 보다 한층 저등화가 가능해지므로 바람직하다.

또한, 수지층과 실장 기판의 대향면이 접착되어 있지 않은 것이 바람직하다.

또한, 자기 센서는 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축에 따라서 대칭으로 배치되고, 링형 자석은 자기 센서의 중앙 부근에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 링형 자석의 원점 복귀 수단을 포함해도 좋다. 수지층에 링형 자석을 고정 부착시킴으로써 그 하나의 수단이 될 수 있지만, 링형 자석과는 별도로 다른 자석을 설치함으로써 서로의 자석의 흡입력 또는 반발력을 이용하여 원점으로 복귀시키는 구성을 취하는 것도 가능하다.

상술한 구성을 취함으로써 소형화나 저등화가 가능하고, 또한 외부로의 누설 자속 밀도를 저감시키는 것도 가능해져 조작감도 향상되고, 또한 제품 수명도 향상되므로 다양한 어플리케이션에 대해 적합하게 대응하는 것이 가능해진다. 또한, 이와 같은 포인팅 디바이스를 전자 기기에 조립함으로써 전자 기기의 소형화를 진행시키는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

본 발명의 자기 검출식 포인팅 디바이스의 자기 검출 회로를 나타내는 블록도는 도1에 도시한 종래의 회로 블록도와 같다. 즉, 검출부(1)는 4개의 자기 센서(예를 들어, 홀 소자)(11)로 이루어지고, 이 홀 소자(11)는 X축 및 Y축에 따라서 2개씩 대칭으로 배치되어 있다. X축 및 Y축 상에 대칭으로 배치된 4개의 홀 소자의 중앙 부근에 링형 자석이 배치되어 있다. 이 링형 자석의 이동에 의한 자속 밀도의 변화에 의해 홀 소자(11)의 출력 전압이 변화한다.

차동 증폭기(2)는 X축 방향과 Y축 방향의 각 홀 소자(11)의 출력을 각각 차동적으로 증폭한다. 내외 단극 착자의 링형 자석을 이용하여, 그 링형 자석이 원점 위치에 있을 때 X축 및 Y축의 출력이 0이 되도록 되어 있고, 링형 자석이 이동하면, 이에 대응하여 차동 증폭기(2)에 출력이 발생하여 그 출력(아날로그치)을 검출 제어부(3)가 X 좌표치 및 Y 좌표치로 변환하고, 이를 출력 제어부(4)가 출력하도록 구성되어 있다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 포인팅 디바이스의 일실시 형태를 나타내는 도면으로, 도2a는 상면도, 도2b는 도2a의 a-a'선 단면도이다. 도면 중 11은 자기 센서, 12는 링형 자석, 13은 실리콘 수지, 14는 실장 기판, 15는 스위치 커버이다. 자기 센서(11)는 전술한 바와 같이 X축 및 Y축에 따라서 2개씩 대칭으로 실장 기판(14)에 배치되어 있다. 이 자기 센서(11)는 실장 기판(14)의 표면과 평행한 방향의 자속 밀도를 검지한다.

도2a에 도시하는 구성에서는, 자기 센서(11)를 링 자석(12)의 외주부에 배치하고 있지만, 내주부에 배치하는 것도 가능하다. 자기 센서(11)를 링 자석(12)의 내주부에 배치함으로써, 포인팅 디바이스의 한층 소형화가 가능해진다. 링형 자석(12)은 직경 방향으로 NS의 단극 착자가 되어 있다. NS의 어느 쪽이 외주에 착자되어 있는지에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 또한, 실리콘 수지(13)와 실장 기판(14)의 대향면은 접착되어 있지 않다.

실리콘 수지(13)는 외력을 가함으로써 용이하게 변형하고, 그 외력을 제거하면 바로 외력을 가하지 않는 초기 상태로 복귀된다. 즉, 스위치 커버(15)를 조작하여 일정 방향으로 이동시킨 경우, 링형 자석(12)도 마찬가지로 이동하게 된다. 그러나, 외력을 제거하면 바로 초기 상태로 복귀된다. 실리콘 수지(13)를 이용함으로써, 이동 기구와 원점 복귀 수단의 소형화가 가능해진다.

또한, 링형 자석(12)의 이동은 실장 기판(14)의 표면에 대해 대략 평행 이동하는 구성으로 하면, 저등화가 가능해진다.

링형 자석(12)의 실리콘 수지(13) 상에의 고정 방법은 접착제 등을 이용하는 간이한 방법으로 행할 수 있다. 그 경우, 링형 자석(12)의 실리콘 수지(13)와의 접촉면의 전체면에 접착제를 도포하는 것은 아니고, 외주 부근의 부분은 도포하지 않고 접착함으로써 실리콘 수지(13)의 신축성을 유효하게 이용할 수 있어, 링형 자석(12)의 이동 거리를 크게 취할 수 있으므로 적합하다. 또한, 링형 자석(12)의 위치 결정의 문제가 있으므로, 실리콘 수지(13) 상의 링형 자석(12)의 설치 장소에는 오목부를 마련해 두는 것이 바람직하다.

또한, 실리콘 수지(13)를 성형할 때, 링형 자석(12)을 나중에 접착하지 않아도 되도록 인서트 성형하는 것도 가능하다.

링형 자석(12)과 실리콘 수지(13)를 고무 자석으로 치환함으로써, 또 다른 저등화도 가능해진다. 실리콘 수지(13)의 일부에 자성 재료를 혼입하여 자석을 형성해도 좋다.

또한, 접촉식 포인팅 디바이스와 비교하여, 자기 검출식 포인팅 디바이스는 접촉에 의한 부품의 마모가 없어지므로 제품 수명이 향상된다.

도3a 및 도3b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 다른 실시 형태를 나타내는 도면으로, 도3a는 상면도, 도3b는 도3a의 b-b'선 단면도이다. 도2b에 나타낸 실시 형태의 실리콘 수지(13)에 상당하는 실리콘 수지(23)에 오목부를 마련하여, 이 오목부 내에 스위치(28)를 배치하고, 포인팅 디바이스에 스위치 기능을 부여한 것이다. 즉, 실장 기판(24)의 실리콘 수지(23)측에 스위치(28)를 배치한 것이다. 실리콘 수지(23)에는 스위치(28)를 누르기 위한 돌기(26)가 마련되어 있다. 또한, 링형 자석(22)은 네오디의 본드 자석을 이용함으로써 저등화가 가능하게 되어 있다.

본래, 포인팅 디바이스는 입력점의 좌표치를 출력하기 위한 디바이스이지만, 스위치 기능을 부여함으로써 좌표치뿐만 아니라 결정 기능을 부여한 포인팅 디바이스가 된다. 스위치 커버(25)를 링형 자석(22)의 방향으로 압입함으로써 스위치 기능을 만족하는 구성으로 되어 있다. 스위치를 설치함으로써, 퍼스널 컴퓨터의 마우스와 마찬가지로 좌표치와 결정의 2 신호를 갖게 된다.

이 스위치(28)로서는, 누름 버튼 스위치 등 어떠한 스위치라도 상관없지만, 누른 것을 확인하기 쉽고(클릭감이 있음), 스위치를 압입한 후에 자동 복귀되는 택틸(tactile) 스위치, 택트(tact) 스위치, 터치(touch) 스위치, 스트로크(stroke) 스위치 등, 대상물과의 물리적 접촉을 이용하여 대상물을 확인하는 스위치가 적합하다.

또한, 도3b에 나타낸 실시 형태의 실리콘 수지(23)의 링형 자석(22)을 설치한 부분 및 그 근방을 링형 자석(22)을 설치하지 않은 실리콘 수지(23) 부분보다 실리콘 수지(23)의 두께를 얇게 하여 공간부(27)를 마련하고 있다. 링형 자석(22) 하부의 실리콘 수지가 얇을수록 링형 자석(22)의 이동 범위를 크게 취할 수 있으므로, 실리콘 수지(23)의 동작을 전제로 하는 부분에 대해서는 얇게 하는 것이 바람직하다.

도4a 및 도4b는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 또 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다. 도3a에 나타낸 실시 형태에 있어서, 링형 자석의 착자를 내외 단극 착자가 아닌, 각각 내외주를 4극(도4a) 또는 8극(도4b)으로 착자한 것이다. 다극 착자의 링형 자석(32)을 이용함으로써, 자속의 수렴 효과가 강해져 지향성이 상승하므로, 포인팅 디바이스의 출력 감도가 증가하는 것을 기대할 수 있다. 링형 자석(32)의 자극의 수는 자기 센서(31)의 수의 양의 정수배로 함으로써, 자기 센서(31)와 링형 자석(32)의 자극 중심을 대향시키는 것이 가능해져, 높은 신호 출력을 기대할 수 있게 된다. 또한, 신호 처리 부분을 공통화할 수 있다. 즉, 링형 자석(32)이 M극(M ＝ K × I, K : 사용하는 자기 센서의 수, I : 1 이상의 정수)으로 착자되는 것이 바람직하다.

또한, 링형 자석(32)을 원기둥 형상 자석으로 형상 변경해도 자석 외주부를 마찬가지로 착자하는 것이 가능하다. 다극 착자한 자석을 이용하여 본 발명을 실시할 때에는, 링 형상 이외의 형상을 한 자석을 이용할 수 있다.

도5는 본 발명에 있어서의 포인팅 디바이스의 또 다른 실시 형태를 나타내는 도면이다. 도2a에 나타낸 실시 형태에 있어서, 링형 자석의 원점 복귀 수단을 강화한 것이다. 전술한 바와 같이, 실리콘 수지 자체에 링형 자석(42)을 원점으로 복귀시키는 능력을 갖고 있지만, 링형 자석(42)의 내부에 또 다른 자석(49)을 설치하여, 서로의 자석의 반발력을 이용하여 원점으로 복귀하도록 되어 있다. 본 실시 형태의 예에서는, 다른 자석(49)은 내외 단극 착자로, 외주에 S극이 배치된다. 이와 같은 구성을 취하면, 실리콘 수지의 시간의 흐름에 따른 열화에 의한 원점 복귀 특성의 악화를 방지할 수 있다.

상술한 모든 실시 형태에 대해서는, 자기 센서에 홀 소자를 이용하는 것을 상정하고 있었다. 홀 소자는 출력 단자가 2개 있으므로, 출력 배선의 배치 거리가 길어진다. 따라서, 배선을 위한 공간이 확대되고, 또한 거리가 길기 때문에 외부 노이즈의 영향을 받기 쉬워진다. 그러나, 출력 단자가 1개인 홀 IC나 반도체 자기 저항 효과 소자를 자기 센서로서 이용하는 경우에는 출력 신호선의 수를 저감시킬 수 있으므로, 실장 기판의 공간 절약화와, 외부 노이즈의 영향의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 모든 실시 형태는 실장 기판의 표면에 평행한 자속 밀도를 검지하는 자기 센서를 상정하였지만, 실장 기판 표면과의 이루는 각도(0도 이상 또한 90도 이하)가 약 60도 이하인 자속 밀도를 검지하는 자기 센서이면, 포인팅 디바이스의 S/N은 저하되지만 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 대해서는, 링형 자석을 외주 방향으로 착자한 것을 이용하고 있으므로, 스위치 커버 상면으로의 누설 자속 밀도가 극적으로 감소하는 것을 기대할 수 있다. 따라서, 근처에 자기 카드를 근접시킨 경우, 이 자기 카드 등의 정보를 소실하게 되는 문제가 위구되는 것도 없어진다.

본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 일 없이, 또한 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 이하에 설명한다.

(제1 실시예)

상술한 본 발명의 실시 형태의 구성으로 포인팅 디바이스를 구축하였을 때의 출력 특성의 일예에 대해 이하에 설명한다.

도6a 및 도6b는 본 발명의 포인팅 디바이스의 제1 실시예를 나타내는 도면으로, 도6a가 상면도, 도6b가 도6a의 a-a'선 단면도이다. 링형 자석(52)은 φ13(외경) × φ8.8(내경)이고, 두께가 0.5(단위는 모두 ㎜)이다. 링형 자석(52)은 내외 단극 착자되어 있고, 외측이 N극, 내측이 S극이다. 링형 자석(52)에는 네오디의 본드 자석을 이용하고, 그 보자력은 460 kA/m이다. 또한, 도면 중 z 방향으로 이동 가능하게 보유 지지되어 있다. 링형 자석(52)의 가동 범위는 z 방향에 ±1.2 ㎜이다. 자기 센서(51)는 홀 소자이고, z 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것이다.

링형 자석(52)이 원점에 있을 때, 도면 중 z 방향에 있어서의 링형 자석(52)의 외경 단부로부터 자기 센서(51)의 센서 위치까지의 거리를 갭 Z라 하였다. 또한, 도면 중 x 방향에 있어서의 링형 자석(52)의 중심으로부터 자기 센서(51)의 센서 위치까지의 거리를 갭 X라 하였다. 이 때, 링형 자석(52)을 z 방향으로 ±1.2 ㎜ 움직이고, 우측 자기 센서(51a)의 자속 밀도와 좌측 자기 센서(51b)의 자속 밀도의 차를 산출한 결과를 도7에 나타낸다. 단, 이 때의 갭 Z는 2 ㎜로 하고, 갭 X는 0 ㎜, 0.25 ㎜, 0.5 ㎜, 0.75 ㎜의 4가지를 행하였다.

갭 X를 0.5 ㎜ 이내로 하면, 링형 자석(52)을 z 방향으로 ±1.2 ㎜ 움직였을 때, ±20 mT 이상의 자속 밀도 변화가 생기고 있는 것을 알 수 있다. 이 자속 밀도 변화의 값은 홀 소자(51)로 검출하는 데 충분한 값이다. 또한, 갭 X를 0에 가까이 할수록, 자속 밀도의 변화는 커져 포인팅 디바이스로서 유효하게 기능하는 것도 알 수 있다.

마찬가지로, 갭 Z를 1.6 ㎜로 하였을 때의 자속 밀도차를 산출한 결과를 도8에 나타낸다. 갭 Z를 2 ㎜에서 1.6 ㎜로 변경함으로써, 거의 자속 밀도차의 값은 배증하는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 갭 Z와 갭 X의 값을 작게 하면 할수록 포인팅 디바이스의 특성으로서는 양호한 것이 되는 것을 알 수 있다.

또한, 본 제1 실시예의 포인팅 디바이스의 특히 우수한 점은, 링형 자석(52)이 가동 범위의 한계에 근접하였을 때(본 예에서는 z의 ＋1.0 ㎜ 이상과 －1.0 ㎜ 이하의 범위), 포인팅 디바이스의 출력이 커지는 점이다. 즉 z가 1.0 ㎜ 이상인 범위와 －1.0 ㎜ 이하인 범위에서는 도7 및 도8에 나타내는 그래프의 기울기가 커져 있다.

예를 들어, 디스플레이 상의 커서를 좌단부로부터 우단부로 이동시킬 때, 조작자는 가능한 한 커서를 빨리 움직이고 싶다고 생각하는 것이 보통이다. 그와 같은 때에, 조작자는 포인팅 디바이스의 링형 자석(52)을 우단부의 가동 범위 한계까지 움직이게 된다. 본 발명의 포인팅 디바이스에서는, 링형 자석(52)의 가동 범위 한계에 근접할수록 커서가 빨리 움직이게 되므로(도7 및 도8에 나타내는 그래프의 기울기가 큰 점을 이용하게 되므로), 보다 사람의 감각에 가까운 특성을 갖고 있다고 할 수 있다.

또, 종래의 포인팅 디바이스에서는 자석의 가동 범위 한계에 근접하면 커서의 이동 속도가 떨어지게 되는 문제가 있어(후술하는 비교예에서 설명) 조작감을 저하시키고 있었다. 본 발명의 포인팅 디바이스는 상술한 문제를 해소하여 매우 조작감이 향상된다.

본 제1 실시예에서는, 자기 센서(51)를 링형 자석의 외주부에 배치하였지만, 내주부에 배치해도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다. 또한, 내주부에 배치함으로써 보다 한층 소형화가 가능해진다.

(제2 실시예)

상술한 본 발명의 실시 형태의 구성으로 포인팅 디바이스를 구축하였을 때의 출력 특성의 다른 일예에 대해 이하에 설명한다.

본 제2 실시예의 개략은 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 도6a 및 도6b에 도시하는 구성이다. 링형 자석(52)은 φ11.78(외경) × φ5(내경)이고, 두께가 0.485(단위는 모두 ㎜)이다. 링형 자석(52)은 내외 단극 착자되어 있고, 외측이 N극, 내측이 S극이다. 링형 자석(52)에는 네오디의 본드 자석을 이용하고, 그 보자력은 398 kA/m이다. 또한, 도면 중의 z 방향으로 이동 가능하게 보유 지지되어 있다. 링형 자석(52)의 가동 범위는 z 방향에 ±1.2 ㎜이다. 자기 센서(51)는 홀 소자로, z 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것이다.

제1 실시예와 마찬가지로, 링형 자석(52)이 원점에 있을 때, 도면 중 z 방향에 있어서의 링형 자석(52)의 외경 단부로부터 자기 센서(51)의 센서 위치까지의 거리를 갭 Z라 하였다. 또한, 도면 중 x 방향에 있어서의 링형 자석(52)의 중심으로부터 자기 센서(51)의 센서 위치까지의 거리를 갭 X라 하였다. 이 때, 링형 자석(52)을 z 방향으로 ±1.2 ㎜ 움직이고, 우측 자기 센서(51a)의 자속 밀도와 좌측 자기 센서(51b)의 자속 밀도의 차를 산출한 결과를 도9에 나타낸다. 단, 이 때의 갭 X는 0.7805 ㎜로 하고, 갭 Z는 3 ㎜, 2.5 ㎜, 2 ㎜의 3가지를 행하였다.

갭 Z를 2 ㎜로 해도, 링형 자석(52)을 z 방향으로 ±1.2 ㎜ 움직였을 때, ±10 mT 정도의 자속 밀도 변화밖에 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 이 자속 밀도 변화의 값은 홀 소자(51)로 검출하기에는 약간 어딘가 부족한 값이다.

상술한 구성의 포인팅 디바이스를 개선하기 위해, 자기 센서(51)를 z 방향과x 방향의 한가운데, 즉 z축 방향 및 x축 방향에 45도를 이루는 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것으로 변경하였다. 단, 그 방향은 링형 자석(52)으로부터의 자속 밀도가 큰 방향으로, 본 제2 실시예에서는 자기 센서(51a)는 우측 하부 방향의 자속 밀도를 검출하는 것이고, 자기 센서(51b)는 좌측 하부 방향의 자속 밀도를 검출하는 것이다. 상술한 구성에서 링형 자석(52)을 z 방향으로 ±1.2 ㎜ 움직여, 우측 자기 센서(51a)의 자속 밀도와 좌측 자기 센서(51b)의 자속 밀도의 차를 산출한 결과를 도10에 나타낸다.

z 방향의 자속 밀도를 검지하는 자기 센서로부터 z 방향에 45도의 각도를 이루는 방향의 자속 밀도를 검지하는 자기 센서로 변경함으로써, 대략 자속 밀도차의 값은 2배로 증가하는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 자기 센서의 검지 방향은 z 방향에 한정되는 것은 아니며, 링형 자석(52)과 자기 센서(51)의 배치 관계에 의해 적절하게 변경하는 것이 바람직하다. 단, 자기 센서의 자속 밀도의 검지 방향의 목표로서는, z 방향으로부터 대략 60도 이하로 하면 양호한 결과를 얻을 수 있는 것을 알고 있다.

또한, 본 제2 실시예의 포인팅 디바이스의 우수한 점은, 링형 자석(52)이 가동 범위의 한계에 근접하였을 때(본 예에서는 z의 ＋1.0 ㎜ 이상과 －1.0 ㎜ 이하의 범위), 포인팅 디바이스의 출력이 커지는 점이다. 즉, z가 1.0 ㎜ 이상의 범위와 －1.0 ㎜ 이하의 범위에서는 도10에 나타내는 그래프의 기울기가 커져 있다.

본 제2 실시예에서는 자기 센서(51)를 링형 자석(52)의 외주부에 배치하였지만, 내주부에 배치해도 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다. 또한, 내주부에 배치함으로써 보다 한층 소형화가 가능해진다.

(제3 실시예)

도11a 및 도11b는 본 발명의 포인팅 디바이스의 제3 실시예를 나타내는 도면으로, 도11a가 상면도, 도11b가 도11a의 a-a'선 단면도이다. 제1 실시예에서 이용한 내외 단극 착자의 링형 자석(52)을 다극 착자의 링형 자석(62)으로 변경한 실시예를 나타내고 있다. 링형 자석(62)은 φ12(외경) × φ8(내경)이고, 두께가 1(단위는 모두 ㎜)이다. 링형 자석(62)은 도11a에 도시한 바와 같이 다극 착자되어 있다. 링형 자석(62)에는 네오디의 본드 자석을 이용하였다. 또한, 도면 중 z 방향과 y 방향으로 이동 가능하게 보유 지지되어 있다. 링형 자석(62)의 가동 범위는 z 방향과 y 방향으로 각각 ±1 ㎜이다. 자기 센서(61)는 홀 소자로, 도11a의 좌우에 배치된 것은 z 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것이고, 상하로 배치된 것은 y 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것이다.

링형 자석(62)이 원점에 있을 때, 도면 중 z 방향에 있어서의 링형 자석(62)의 외경 단부로부터 자기 센서(61)의 센서 위치까지의 거리(갭 Z)를 1.6 ㎜로 하였다. 또한, 도면 중 x 방향에 있어서의 링형 자석(62)의 중심으로부터 자기 센서(61)의 센서 위치까지의 거리(갭 X)를 0 ㎜로 하였다. 이 때, 링형 자석(62)을 z 방향과 y 방향으로 ±1 ㎜ 움직이고, 우측 자기 센서(61a)의 자속 밀도와 좌측 자기 센서(61b)의 자속 밀도의 차를 측정한 결과를 도12에 나타낸다.

제1 실시예와 마찬가지로, 포인팅 디바이스의 양호한 출력 특성이 확인할 수 있다. 또한, 포인팅 디바이스의 특성은 y 방향의 위치에 거의 의존하지 않는 것도 알 수 있다. 링형 자석(62)의 가동 범위 한계에 가까운 곳에서는 그래프의 기울기가 커지고, 포인팅 디바이스의 조작감도 향상되고 있는 것을 알 수 있다.

본 제3 실시예에서는 링형 자석(62)을 이용하였지만, 자석의 외주부에 같은 착자를 한 원기둥 형상의 자석을 이용해도 유사한 효과를 확인할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 본 제3 실시예에서는 링형 자석(62)의 착자를 내외주 모두 4착자로 하고 있지만, 이 착자 방법에 한정된 것은 아니고, 4극 이외의 다극 착자에서도 같은 효과를 얻을 수 있는 것도 물론이다.

(비교예)

종래의 자기 검출식 포인팅 디바이스의 구성의 출력 특성을 이하에 나타낸다.

도13은 종래의 포인팅 디바이스의 구성을 도시하는 개략도이다. 자석(72)은 3.9 ㎜ 직사각형이고, 두께가 0.8 ㎜이다. 자석(72)은 도13에 도시한 바와 같이 z 방향으로 착자되어 있다. 자석(72)에는 네오디의 소결 자석을 이용하였다. 또한, 도면 중 x 방향과 y 방향으로 이동 가능하게 보유 지지되어 있다. 자석(72)의 가동 범위는 양 방향 모두 ±1 ㎜이다. 자기 센서(71)는 아사히까세이 덴시제의 홀 소자 HQ8002(상품명)로, 하나의 패키지 내에 4개의 홀 소자를 갖는 것이다. 또한, 그 홀 소자는 z 방향의 자속 밀도를 검출하는 타입의 것이다. 또한, 대각에 위치하는 홀 소자의 간격은 3.2 ㎜이다. 이 때, 자석(72)을 x 방향과 y 방향으로 ±1 ㎜ 움직이고, HQ8002 내의 우측 자기 센서부의 자속 밀도와 좌측 자기 센서부의 자속 밀도의 차를 측정한 결과를 도14에 나타낸다.

자석(72)이 가동 범위의 한계에 근접하였을 때(본 예에서는 x가 ＋1.0 ㎜와 －1.0 ㎜에 근접하였을 때), 포인팅 디바이스의 출력이 작아지는 것을 알 수 있다. 즉 x가 1.0 ㎜와 －1.0 ㎜에 근접하면, 도14에 나타내는 그래프의 기울기가 작아지고 있다.

예를 들어, 디스플레이 상의 커서를 좌단부로부터 우단부로 이동시킬 때, 조작자는 가능한 한 커서를 빨리 움직이고 싶다고 생각하는 것이 보통이다. 그와 같을 때에, 조작자는 포인팅 디바이스의 자석(72)을 우단부의 가동 범위 한계까지 움직이는 것이 된다. 본 비교예의 포인팅 디바이스에서는 자석(72)의 가동 범위 한계에 근접할수록 커서가 천천히 움직이게 되므로(도14에 나타내는 그래프의 기울기가 작은 점을 이용하게 되므로), 사람의 감각과는 다른 특성을 갖고 있다고 할 수 있다. 이 점에서는 사람이 기대하는 조작감을 저하시키고 있어, 개선의 필요가 있는 것은 부정할 수 없다.

또한, y 방향 위치에 의해 출력 특성이 다르고, 이 점에서도 사람이 기대하는 조작감을 저하시키고 있다고 할 수 있다.

자기 검출식 포인팅 디바이스에 있어서, 조작감이 양호하며 소형화와 저등화가 가능하고, 또한 외부로의 누설 자속 밀도를 작게 할 수 있고, 또는 제품 수명을 길게 할 수 있으므로, 다양한 어플리케이션에 대해 적합하게 대응하는 것이 가능한 포인팅 디바이스를 제공할 수 있다.

Claims

평면에 대해 평행하게 이동 가능하게 지지된 링형 자석과, 상기 링형 자석이 발생하는 상기 평면과 평행한 방향의 자속 밀도를 검지하는 복수의 자기 센서를 구비하고, 상기 링형 자석의 이동에 의해 생기는 상기 평면과 평행한 방향의 자속 밀도의 변화를 상기 자기 센서로 검출하는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 링형 자석은 내외 단극 착자되어 있는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 링형 자석은 내주부 혹은 외주부 중 적어도 한쪽이 다극 착자되어 있고, 상기 자기 센서는 상기 다극 착자된 링형 자석의 자극 중심에 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실장 기판 상에 수지층이 설치되고, 상기 수지층에 상기 링형 자석이 고정 부착되는 동시에, 상기 실장 기판 상에 상기 자기 센서를 배치한 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제4항에 있어서, 상기 수지층과 상기 실장 기판과의 대향면이 접착되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 수지층은 탄성 시트인 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제4항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지층이 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 센서는 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축에 따라서 대칭으로 배치되고, 상기 링형 자석은 상기 자기 센서의 중앙 부근에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실장 기판의 상기 수지층측이고, 또한 상기 링형 자석의 대략 중앙 부분에 스위치를 배치한 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제9항에 있어서, 상기 스위치에 대향하는 상기 수지층 부분에 상기 스위치를 누르기 위한 돌기를 마련한 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 센서는 홀 효과를 이용한 자기 센서로, 자속 밀도에 비례한 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제11항에 있어서, 상기 홀 효과를 이용한 자기 센서가 상기 실장 기판의 상기 수지층측에 배치되고, 또한 상기 실장 기판의 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 홀 효과를 이용한 자기 센서가 출력 단자를 1개만 갖는 자기 센서인 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 센서가 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서인 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제14항에 있어서, 상기 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서는 반도체 자기 저항 효과 소자로, 상기 실장 기판의 상기 수지층측에 배치되고, 또한 상기 실장 기판의 표면에 평행한 방향의 자속 밀도를 검출하는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 자기 저항 효과를 이용한 자기 센서는 4개의 반도체 자기 저항 효과 소자로, 직교계의 2차원 평면 상의 2축인 X축 및 Y축에 따라서 2개씩 대칭으로 배치되어, 상기 X축 상의 2개의 자기 센서는 제1 결합점에서 전기적으로 결합되고, 상기 Y축 상의 2개의 자기 센서도 제2 결합점에서 전기적으로 결합되어 있고, 상기 제1 및 제2 결합점에 있어서의 전기 신호를 이용하여 상기 링형 자석의 이동에 의해 생기는 주위의 자속 밀도의 변화를 검지하는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링형 자석으로부터 발생되는 자력을 이용하여 상기 링형 자석을 원점으로 복귀시키는 원점 복귀 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 포인팅 디바이스.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 포인팅 디바이스가 조립된 것을 특징으로 하는 전자 장치.