JP2007040741A

JP2007040741A - 落下検出方法及び装置

Info

Publication number: JP2007040741A
Application number: JP2005222836A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kuroiwa; 謙一黒岩
Original assignee: NEC Infrontia Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】機器の重心部分に落下検出機構を取り付ける必要がなく、落下時に機器の回転を伴う場合にも、容易に且つ正確に機器の落下を検出する。
【解決手段】Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて機器の落下を検出する。また、この落下が継続する時間を計測することによって落下時間を検出する。更に、各２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサの加速度をＡx、Ａｙ、Ａz、及びＡx′、Ａｙ′、Ａz′とする場合、合成加速度ＡＡ＝√｛（Ａx＋Ａx′）^２＋（Ａｙ＋Ａｙ′）^２＋（Ａz＋Ａz′）^２｝が０となることを検出することで機器の落下を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度センサを用いて機器の落下や落下時間を検出する落下検出方法及び装置に関するものである。

従来、加速度センサとしては、ピエゾ抵抗型、静電容量型、圧電型等の加速度センサが知られている。特開２０００−１４７０００号公報に記載されたピエゾ抵抗体を用いたセンサ及び加速度センサはその一例である（特許文献１）。

また、１個で、１軸だけでなく、２軸、３軸の加速度センサ機能を持つセンサや、小型で頑丈なセンサも知られている。特開２００４−１８４３７３号公報に記載された加速度センサはその一例である（特許文献２）。

更に、加速度センサを用いて機器の落下を検出する機構も知られている。落下を検出する機構は、通常は加速度センサに重力加速度が加わっているが、自由落下状態ではいずれの方向にも加速度が加わらない状態が一定時間継続したことを検出することにより、落下状態を検出する方法である。

また、３軸の加速度センサの場合には、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向それぞれ３軸のいずれの方向にも加速度が加わらない状態をセンサ内部で検出し、加速度が０になっていることを別の信号で出力する機能を有するものも利用されている。

図７及び図８は従来の落下検出方法を示す図である。図７は１軸の加速度センサを３個用いた場合の構成例、図８はその落下検出処理を示すフローチャートである。

まず、図７において、１０１はＸ軸方向の加速度を検出するX軸加速度センサ、１０２はＹ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサ、１０３はＺ軸方向の加速度を検出するＺ軸加速度センサである。加速度センサ１０１の出力はＡ／Ｄ変換器１０４を介してＸ方向加速度Ａxとして出力され、加速度センサ１０２の出力はＡ／Ｄ変換器１０５を介してＹ方向加速度Ａｙとして出力される。更に、加速度センサ１０３の出力はＡ／Ｄ変換器１０６を介してＹ方向加速度Ａzとして出力される。

ＣＰＵ１０７はそれぞれの加速度センサの出力にＡ／Ｄ変換器を介してデジタルデータとしてアクセスできる。１０８はメモリ、１０９はタイマ、１１０はバスである。

図８はＣＰＵ１０７における落下時間計測演算の例を示す。図８ではタイマ１０９に所定時間をセットし、落下時間＝０とする（Ｓ２０１）。タイマ１０９がタイムアップすると（Ｓ２０２）、ＣＰＵ１０７は各方向の加速度センサの加速度を読み出し、合成加速度Ａを計算する（Ｓ２０３）。

合成加速度Ａは、Ａ＝√｛（Ａx）^２＋（Ａｙ）^２＋（Ａz）^２｝ …（１）
の計算で得られる。

ここで、静止状態では合成加速度Ａは重力加速度を示す。自由落下状態では合成加速度Ａが０になるとして検出できる。Ｓ２０４において合成加速度Ａ＝０かどうかを判断し、Ａ＝０であれば機器の落下を検出する。

落下を検出すると、落下時間＝落下時間＋タイマ値とし（Ｓ２０５）、落下時間をメモリ１０９に格納する（Ｓ２０６）。以下、Ｓ２０１〜Ｓ２０６の処理を繰り返し、タイムアウト毎に落下時間にタイマ値を加算する。そして、Ｓ２０４において合成加速度Ａ≠０となったところまでの時間によって自由落下が継続していた時間を計測することができる。また、自由落下が継続していた時間から落下の高さを計算することもできる。

図９は３軸の加速度センサを用いた場合の例を示す。図９は上述の合成加速度が０である場合には、加速度＝０の信号を出力する機能を持った３軸の加速度センサを用いた例を示す。１１１はその３軸の加速度センサである。また、１０７はＣＰＵ、１０８はメモリ、１０９はタイマ、１１０はバスである。

図１０は落下時間計測処理を示すフローチャートである。まず、タイマ１０９に所定時間をセットし、落下時間＝０とする（Ｓ３０１）。タイマ１０９がタイムアップすると（Ｓ３０２）、ＣＰＵ１０７は３軸の加速度センサ１１１からの加速度信号をチェックし（Ｓ３０３）、加速度信号＝ＯＮ（信号＝０）かどうかを判断する（Ｓ３０４）。

加速度信号＝ＯＮであれば落下を検出し、落下時間＝落下時間＋タイマ値とし（Ｓ３０５）、落下時間をメモリ１０９に格納する（Ｓ３０６）。以下、タイムアウト毎に落下時間にタイマ値を加算し、Ｓ３０４において加速度信号＝ＯＦＦとなったところまでの時間によって自由落下が継続していた時間を計測することができる。また、自由落下が継続していた時間から落下の高さを計算することもできる。
特開２０００−１４７０００号公報特開２００４−１８４３７３号公報

従来の落下を検出する機構では、加速度センサを落下を検出する機器の重心部分に取り付けておかないと、合成加速度ＡＡ＝√｛（Ａx^２）＋（Ａｙ）^２＋（Ａz）^２｝は、落下時の回転の遠心力による合成加速度を検出するため、加速度が加わっていない状態を検出できず、自由落下を検出できない場合がある。

通常、携帯情報機器、パーソナルコンピュータ等の機器には、重心部分に装置の主要な部品が組み込まれていることが多いため、機器への落下検出機構の取り付けは困難な場合が多かった。

本発明の目的は、機器の重心部分に落下検出機構を取り付ける必要がなく、落下時に機器の回転を伴う場合にも容易且つ正確に機器の落下や落下時間を検出することが可能な落下検出方法及び装置を提供することにある。

本発明の落下検出方法は、上記目的を達成するため、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出することを特徴とする。

また、本発明の落下検出方法は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出し、且つ、前記落下が継続する時間を計測することによって前記機器の落下時間を検出することを特徴とする。

また、本発明の落下検出装置は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出する手段を有することを特徴とする。

また、本発明の落下検出装置は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出し、且つ、前記落下が継続する時間を計測することによって前記機器の落下時間を検出する手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、X軸、Y軸、Z軸の各加速度センサを、もう1組のX軸、Y軸、Z軸の加速度センサと、それぞれ落下検出対称機器内の落下検出対象機器重心を中心として重量配分上対称となるように配置することにより、落下検出機構を機器の重心部分に取り付けなくとも、機器の落下を検出できる。また、機器の落下運動に回転を伴う場合にも、機器の落下を検出することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の方向は図６に示す通りとする。Ｚ軸正方向を落下検出対象機器の鉛直下とし、Ｘ軸、Ｙ軸はＺ軸と垂直の平面上で互いに垂直に交わる２方向とする。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る落下検出装置の第１の実施形態を示す平面図である。なお、図１は１軸の加速度センサを用いた場合のセンサの配置図である。

図１において、X軸加速度センサ１はもう１つのX軸加速度センサ１′と１組、Y軸加速度センサ２はもうひとつのY軸加速度センサ２′と１組、Z軸加速度センサ３はもう１つのY軸加速度センサ３′と１組となっており、それぞれ落下検出対象機器１０内の落下検出対象機器重心１１を中心として、重量配分上対称となるように配置されている。落下検出対象機器１０としては、例えば、パーソナルコンピュータ等様々な機器がある。

図２は図１における落下検出装置を示すブロック図である。X軸加速度センサ１とX軸加速度センサ１′、Y軸加速度センサ２とY軸加速度センサ２′Z軸加速度センサ３とＺ軸加速度センサ３′はそれぞれ図１のものと同じである。

また、４はX軸加速度センサ１の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｘ方向加速度Ａxを出力する。５はＹ軸加速度センサ２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｙ方向加速度Ａｙを出力する。６はＺ軸加速度センサ３の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｚ方向加速度Ａzを出力する。

更に、４′はX軸加速度センサ１′の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｘ方向加速度Ａx′を出力する。５′はＹ軸加速度センサ２′の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｙ方向加速度Ａｙ′を出力する。６′はＺ軸加速度センサ３′の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、Ｚ方向加速度Ａz′を出力する。

これら各Ａ／Ｄ変換器の出力はバス１２を介してＣＰＵ７に接続されている。また、８はメモリ、９はタイマである。なお、タイマ９はＣＰＵ７上のプログラムで生成してもよく、本発明の必須の構成要素ではない。

図３は本発明による１軸の加速度センサを使用した場合の落下時間計測方法を説明するフローチャートである。まず、通常の静止状態では、Ｚ軸加速度センサ３及び３′は、鉛直方向の重力加速度を検出している。X軸加速度センサ１、１′及びY軸加速度センサ２、２′は、重力加速度に対して水平方向の加速度センサであるため、検出している加速度は０である。

自由落下が発生した場合、落下運動に回転を伴わない時には、すべての加速度センサの検出値は０となり、合成加速度ＡＡは、
合成加速度ＡＡ＝√｛（Ａx＋Ａx′）^２＋（Ａｙ＋Ａｙ′）^２＋（Ａz＋Ａz′）^２｝ …（２）
は０となるため、自由落下を検出できる。

具体的には、図３に示すようにタイマ９に所定時間をセットし、落下時間＝０とする（Ｓ１０１）。タイマ９がタイムアップすると（Ｓ１０２）、ＣＰＵ１０７は各方向の加速度を読み出し、合成加速度ＡＡを計算する（Ｓ１０３）。合成加速度ＡＡは（２）式の計算で得られる。

次に、Ｓ１０４において合成加速度ＡＡ＝０かどうかを判断し、ＡＡ＝０であれば機器の落下を検出する。落下を検出すると、落下時間＝落下時間＋タイマ値とし（Ｓ１０５）、落下時間をメモリ１０９に格納する（Ｓ１０６）。以下、Ｓ１０６〜Ｓ１０６の処理を繰り返し行い、タイムアウト毎に落下時間にタイマ値を加算し、Ｓ１０４で合成加速度ＡＡ≠０となったところまでの時間によって自由落下が継続していた時間が得られる。

また、自由落下が継続していた時間から容易に機器１０の落下高さを計算できる。この落下時間又は落下高さは落下の日時情報と共に機器１０内のメモリに記憶させ、機器の履歴として残しておく。これらの処理はＣＰＵ７により行う。なお、この履歴情報を参照することで、ユーザの過失による機器の破損であるのか、或いは機器の初期不良等による故障であるのかを区別することができる。

更に、機器の落下運動に回転を伴う場合にも、X軸、Y軸、Z軸の各加速度センサ１〜３はもう1組のX軸、Y軸、Z軸の加速度センサ１′〜３′と、それぞれ落下検出対象機器１０内の落下検出対象機器重心１１を中心として、重量配分上対称となるように配置されているので、重心を中心とした回転による加速度は相殺され、
（Ａx＋Ａx′）＝０、（Ａｙ＋Ａｙ′）＝０、（Ａz＋Ａz′）＝０となり、合成加速度ＡＡは０となるので機器の自由落下を検出できる。

このように本実施形態では、X軸、Y軸、Z軸の各加速度センサを、もう1組のX軸、Y軸、Z軸の加速度センサと、それぞれ落下検出対称機器内の落下検出対象機器重心を中心として重量配分上対称となるように配置することにより、落下検出機構を機器の重心部分に取り付けなくとも、機器の落下を検出できる。また、機器の落下運動に回転を伴う場合にも、機器の落下を検出することができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態を示す平面図である。図４は３軸の加速度センサを用いた場合のセンサ配置図である。

加速度センサ１５及び加速度センサ１５′はX軸、Y軸、Z軸の各加速度を検出する３軸の加速度センサである。３軸加速度センサ１５ともう１つの３軸加速度センサ１５′は１組となっており、落下検出対象機器１０内の落下検出対象機器重心１１を中心として、重量配分上対称となるように配置されている。図４では３軸加速度センサを用いているが、図１のX軸、Y軸、Z軸の各加速度センサを用いた場合と同様である。

図５は図４における落下検出装置を示すブロック図である。図５では図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。３軸加速度センサ１５、１５′は図４のものと同じであり、各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出する。

３軸加速度センサを用いた場合の動作は図３と同様であるので詳しい説明は省略するが、通常の静止状態では、３軸加速度センサ１５、１５′のＺ軸方向の出力値Ａz、Ａz′は、鉛直方向の重力加速度を検出している。X軸方向、Y軸方向は重力加速度に対して水平方向の加速度センサの出力値であるため、検出している加速度は０である。

従って、上述のように自由落下が発生した場合、機器の落下運動に回転を伴わない時には、すべての加速度センサの検出値は０となり、合成加速度AAは０となるため、自由落下を検出することができ、落下の継続時間を計測することによって機器１０の落下時間を検出することができる。

また、落下運動に回転を伴う場合にも、上述のように３軸の各加速度センサ１５はもう１個の加速度センサ１５′と、落下検出対象機器１０内の落下検出対象機器重心１１を中心として重量配分上対称となるように配置されているので、重心を中心とした回転による加速度は相殺され、（Ａx＋Ａx′）＝０、（Ａｙ＋Ａｙ′）＝０、（Ａz＋Ａz′）＝０となり、合成加速度ＡＡも０となるので、機器の落下を検出できる。また、上述のように落下時間から落下高さを計算し、日時情報と共にメモリに記憶させておく。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に落下検出機構を機器の重心部分に取り付けなくとも、機器の落下を検出できる。また、機器の落下運動に回転を伴う場合にも、機器の落下を検出できる。

本発明の第１の実施形態を示す平面図である。本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態の動作を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。本発明に係る加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の方向を説明する図である。従来例の落下検出装置を示すブロック図である。図７の落下時間検出方法を説明するフローチャートである。他の従来例の落下検出装置を示すブロック図である。図９の落下時間検出方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１、１′ X軸加速度センサ
２、２′ Ｙ軸加速度センサ
３、３′ Ｚ軸加速度センサ
４、４′ Ａ／Ｄ変換器
５、５′ Ａ／Ｄ変換器
６、６′ Ａ／Ｄ変換器
７ＣＰＵ
８メモリ
９タイマ
１０落下検出対象機器
１１落下対象機器重心
１２バス
１５、１５′ ３軸加速度センサ

Claims

Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出することを特徴とする落下検出方法。
Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出し、且つ、前記落下が継続する時間を計測することによって前記機器の落下時間を検出することを特徴とする落下検出方法。
前記３個の加速度センサは、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサを含む３軸加速度センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の落下検出方法。
前記各２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサの加速度をＡx、Ａｙ、Ａz、及びＡx′、Ａｙ′、Ａz′とする場合、合成加速度ＡＡ＝√｛（Ａx＋Ａx′）^２＋（Ａｙ＋Ａｙ′）^２＋（Ａz＋Ａz′）^２｝が０となることを検出することによって前記機器の落下を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の落下検出方法。
前記落下時間から落下高さを計算することを特徴とする請求項２に記載の落下検出方法。
前記落下高さを日時情報と共に記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項５に記載の落下検出方法。
Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出する手段を有することを特徴とする落下検出装置。
Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の３個の加速度センサを、それぞれ落下を検出する機器の重量配分上、重心を中心とする対称の位置に２組配置し、前記Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の合成加速度に基づいて前記機器の落下を検出し、且つ、前記落下が継続する時間を計測することによって前記機器の落下時間を検出する手段を有することを特徴とする落下検出装置。
前記３個の加速度センサは、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサを含む３軸加速度センサであることを特徴とする請求項７又は８に記載の落下検出装置。
前記検出手段は、前記各２組のＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサの加速度をＡx、Ａｙ、Ａz、及びＡx′、Ａｙ′、Ａz′とする場合、合成加速度ＡＡ＝√｛（Ａx＋Ａx′）^２＋（Ａｙ＋Ａｙ′）^２＋（Ａz＋Ａz′）^２｝が０となることを検出することによって前記機器の落下を検出することを特徴とする請求項７又は８に記載の落下検出装置。
前記落下時間から落下高さを計算する手段を有することを特徴とする請求項８に記載の落下検出装置。
前記落下高さを日時情報と共に記憶手段に記憶させる手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の落下検出装置。