JP5103158B2 - 磁気式座標位置検出装置 - Google Patents
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Description
さらに、移動磁石と前記バイアス磁石は、移動磁石の移動する前記平面に対して垂直な方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極に着磁されるように構成したので、2つの磁石のそれぞれの磁気ベクトルの合成磁気ベクトルが発生し、この合成磁気ベクトルは移動磁石とバイアス磁石の位置関係が変化すると同期した変化をし、この場合の移動磁石の大きさが可動エリア(検出限界範囲)のファクターとなるため、移動磁石の大きさを変更するだけで、検出エリア(検出限界範囲)の設定変更が簡単に行える。
図1(a)は、本発明の磁気式座標位置検出装置10の斜視図である。検出部である磁気センサ11が実装基板13上に固定されており、磁気センサ11の上部の平面座標で磁石12が移動する構成となっている。初期状態では、移動磁石12が磁気センサ11の真上に位置する。
図3(a)は磁気センサ11におけるバイアス磁石15と異方性磁気抵抗素子との位置関係を示した図である。センサ内基板14はバイアス磁石15に平行で、バイアス磁石15の中心にセンサ内基板14の中心が一致するように配置される。センサ内基板14の中心からXY軸方向で同一距離の4つの領域のそれぞれには、互いの延伸する方向が垂直でかつ軸線に対して45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの隣接する異方性磁気抵抗素子が形成され、合計8つの異方性磁気抵抗素子21a、21b、22a、22b、23a、23b、24a、24bが形成されている。
図4(a)(b)に示すのは、移動磁石12における磁気ベクトルの発生を表した模式図であり、図5(a)(b)に示すのは、バイアス磁石15における磁気ベクトルの発生を表した模式図である。この図4及び図5から分かるように、極磁面より放射状に磁気ベクトルが発生する。この移動磁石12とバイアス磁石15が互いに同極同士で対向すると、バイアス磁石15の近傍(バイアス磁石の磁界>移動磁石の磁界)の極磁面に平行でバイアス磁石15の大きさとほぼ同じ大きさの平面座標(異方性磁気抵抗素子が形成されSi基板若しくはガラス基板に相当)では、移動磁石12とバイアス磁石15のそれぞれの磁気ベクトルの合成磁気ベクトルが発生する。平面座標での合成磁気ベクトルは、移動磁石12とバイアス磁石15の位置関係が変化すると、同期した変化を伴う。
このように、移動磁石12のみならずバイアス磁石15も使用(極の向きに係わらず)することによって、移動磁石12の移動に伴う合成磁気ベクトルの変化を生じさせることができ、これは移動磁石12のみの場合と比較して大きな磁気ベクトルの変化となるため、磁気センサとしての感度が高まる。
さらに、移動磁石12のみを使用した場合、若しくは、バイアス磁石15と移動磁石12を異極同士を対向させて使用する場合においては、移動磁石12の半径の半分の距離を越えて移動したところから出力が横倍となってしまってそれ以上の移動の位置検出が出来ないが、バイアス磁石15と移動磁石12を同極同士を対向させて使用することによって移動磁石12の半径分の移動までリニアに検出可能となるため、検出エリアが広がる。以下において詳細に説明する。
図7(a)に示すのは、移動磁石12をX軸方向に移動した時のOutAとOutA’信号の差動アンプからの出力例である。図7(b)に示すのは、移動磁石12をY軸方向に移動した時のOutBとOutB’信号の差動アンプからの出力例である。
X軸、Y軸での移動距離に伴うそれぞれの出力は同じになる事が確認できる。移動磁石12のほぼ直径に比例して出力カーブが変わる。換言すれば、移動磁石12の大きさが可動エリア(検出限界範囲)のファクターとなる。よって単に移動磁石12の大きさ変えることで検出エリア(検出限界範囲)の変更設定が容易に行う事が可能である。
また、移動磁石を人間が操作する場合、移動磁石の移動した方向θは、arctan(A/B)の信号で得ることができ、移動磁石の移動スピードは、k×(A2+B2)0.5の信号にて得ることができる。このような処理を用いることによって、人間の感覚に近い操作性を得ることが可能となる。
Claims (3)
- 検出対象に取付けられ平面上で一定の半径内で移動する移動磁石と、前記移動磁石の位置変化による磁気ベクトルの変化を検出する磁気センサとを備えた磁気式座標位置検出装置であって、前記磁気センサは、基板(センサ内基板)上に形成された複数の異方性磁気抵抗素子とバイアス磁石とを備えてパッケージされており、前記移動磁石と前記バイアス磁石は、移動磁石の移動する前記平面に対して垂直な方向に着磁され、かつ互いに対抗する面が同極に着磁されてなることを特徴とする磁気式座標位置検出装置。
- 前記磁気センサは、前記バイアス磁石の磁極面に平行な基板上に、前記バイアス磁石の磁極面の磁気的中心を原点としてX軸及びY軸上の原点から同一距離の位置に4つの領域を形成し、この各々の領域に対して、軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した異方性磁気抵抗素子をそれぞれ形成して、合計4つの異方性磁気抵抗素子から構成されることを特徴とする請求項1記載の磁気式座標位置検出装置。
- 前記磁気センサは、前記バイアス磁石の磁極面に平行な基板上に、前記バイアス磁石の磁極面の磁気的中心を原点としてX軸及びY軸上の原点から同一距離の位置に4つの領域を形成し、この各々の領域に対して、互いの延伸する方向が成す角度が垂直でかつ軸線と45°(又は135°)の角度をなす方向に延伸した2つの異方性磁気抵抗素子を隣接させて形成して、合計8つの異方性磁気抵抗素子から構成されることを特徴とする請求項1記載の磁気式座標位置検出装置。
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