JP2009036782A

JP2009036782A - 携帯型機器の落下衝突を判定する方法

Info

Publication number: JP2009036782A
Application number: JP2008286915A
Authority: JP
Inventors: Masaru Noda; 勝野田; Masakatsu Saito; 正勝斎藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】装置自体の落下を検知し、落下から衝突に至る加速度の履歴を記録する機能し
、落下の事実を事後に証明可能にした携帯型機器の落下衝突を判定する方法を提供するこ
とを目的とする。
【解決手段】携帯型機器に加速度センサ装置を搭載し、落下衝突を判定する方法におい
て、該加速度センサ装置は、加速度を検出して３軸の検出出力を出力する３軸加速度セン
サと、該加速度センサの検出出力に関する３軸ベクトル成分が閾値より小さいときに落下
中を判定して落下フラグを発生する落下判定手段と、不揮発性の半導体メモリとを備え、
該加速度センサ装置は、該落下判定手段が落下中の判定をしてから該３軸加速度センサの
検出出力に関する３軸ベクトルデータを該不揮発性の半導体メモリに記録し、該３軸ベク
トルデータの記録履歴を基に該携帯型機器のへの衝撃の大きさ、衝撃の方向、衝撃の加わ
った時間を解析する。

【選択図】図１

Description

本発明は、自体が落下したときに、それを検出し、加速度の履歴を記録する携帯型機器
について、落下衝突を判定する方法に関する。

携帯型機器ではその性格上、誤って落下させられる危険性が高い。そして、ノート型パ
ソコンのように磁気ディスクを内蔵するものは特に衝撃に対してデリケートであり、落下
したときには修理を必要とする程度の損傷に至るケースが多い。大抵の製品は、購入後一
定期間内の故障についてはメーカー側が無償で修理する旨の無償修理保証規定を設けてい
るのが普通であるが、その場合の免責事項として「過った使用による故障」を明記してい
るものが多い。上記のような落下による損傷は「過った使用による故障」に該当すると見
なすのが妥当であるが、機器の筐体等の外形に目立った損傷が無い場合には故障が落下に
よるものかどうかの判定がしにくい実態がある。また、一般に貨物の搬送途中では落下衝
撃又はそれに近い衝撃を受ける危険性が高く、貨物が損傷することがある。この場合も、
梱包の外形に目立った損傷が無い場合には貨物の損傷が落下によるものかどうかの判定が
しにくく、搬送業者の責任を問いにくい実態がある。

そこで、本願と同一の出願人及び発明者らは落下の事実を事後に証明可能にする方法を
考案し、特許文献１に記載の発明を先に出願した。これによれば、３軸加速度センサと、
該加速度センサで検出した加速度の大きさが重力加速度（１ｇ）より小さな所定の値より
小であるか否かを判定する小加速度判定手段と、該小加速度判定手段が３軸全部について
加速度が小であると判定したときに自由落下中であると判定する落下判定手段と、不揮発
性の半導体メモリとを備えた携帯機器において、該落下判定手段が落下中の判定をしたと
きに該加速度センサで検出された加速度に関するデータを該不揮発性の半導体メモリに短
時間記録する。該半導体メモリに記録された加速度履歴は、最初しばらくは零に近い小さ
な値が記録され、衝突した瞬間には大きな値が記録されることになるから、該不揮発性半
導体メモリの記録内容を事後に解析し、上記のような加速度履歴が確認されれば、この携
帯機器には落下衝突の事実があったと判定できる。

特願２００３−２７６２０４号

上記の技術で用いられる３軸加速度センサは、自由落下の判定のために重力加速度（１
ｇ）より小さな低加速度領域を精度良く検出する高感度性能と、落下衝突時の加速度履歴
の記録のために高加速度領域に対処し得る高ダイナミックレンジ性能とを併せ持つことが
望ましい。しかし、この要求を満たすことは難しく、実際的には、高ダイナミックレンジ
性能を妥協せざるを得ないのが普通である。例えば、ダイナミックレンジが重力加速度の
数倍乃至１０倍程度である場合、加速度履歴にはこのダイナミックレンジで制限された衝
撃値が記録されるので、落下時の衝撃の程度までを判定することが出来ないという問題が
ある。

そこで本発明の目的は、装置の落下を高感度で精度良く検知でき、落下から衝突に至る
加速度の履歴を衝撃値の広い範囲に対応して記録し、落下衝突の事実と衝撃の大きさの程
度を事後に証明可能にした携帯型機器の落下衝突を判定する方法を提供することを目的と
する。

本発明は、携帯型機器に搭載した加速度センサ装置により、該携帯型機器の落下衝突を
判定する方法において、
該加速度センサ装置は、加速度を検出して３軸の検出出力を出力する３軸加速度センサ
と、該加速度センサの検出出力に関する３軸ベクトル成分が閾値より小さいときに落下中
を判定して落下フラグを発生する落下判定手段と、不揮発性の半導体メモリとを備え、
該加速度センサ装置は、該落下判定手段が落下中の判定をしてから該３軸加速度センサ
の検出出力に関する３軸ベクトルデータを該不揮発性の半導体メモリに記録し、
該３軸ベクトルデータの記録履歴を基に該携帯型機器のへの衝撃の大きさ、衝撃の方向
、衝撃の加わった時間を解析することを特徴とする。
上述の本発明の方法においては、加速度を検出して３軸の検出出力を出力する３軸加速
度センサが、高感度検出出力と低感度検出出力を出力する３軸加速度センサであって、
落下判定手段は、該３軸加速度センサの高感度検出出力に関する３軸ベクトル成分が閾
値より小さいときに落下中を判定して落下フラグを発生し、
該３軸加速度センサの低感度検出出力に関する３軸ベクトルデータが該不揮発性の半導
体メモリに記録されることが望ましい。
上述の本発明の方法においては、該３軸加速度センサの高感度検出出力に関する３軸ベ
クトル成分全てが重力加速度（１ｇ）の１／３より小さいときに落下中を判定して落下フ
ラグを発生することが望ましい。
上述の本発明の方法においては、該３軸加速度センサの低感度検出出力に関する３軸ベ
クトルデータが１秒前後出力されることが望ましい。
該加速度センサの高感度検出出力は重力加速度（１ｇ）より小さな加速度に対しても精
度が良いので、該落下判定手段は機器の落下により加速度検出値が小さな値になったとき
にそれに基づいて精度良く落下と判定できる。また、該加速度センサの低感度検出出力は
大きな加速度に対しても飽和しにくいので、落下衝突時の大きな加速度データを該不揮発
性の半導体メモリに記録することが出来る。

該不揮発性半導体メモリの記録内容を事後に解析し、落下中を示す小さな加速度値が短
時間続いた後に衝突を示す大きな加速度が認められる様な加速度履歴が有れば、この装置
には落下衝突の事実があったと判定でき、また、衝突時の衝撃の大きさの程度を推定する
ことが出来る。また、記録された加速度履歴に日時に関するデータが付帯されていると、
落下衝突の日時を明確に特定することができるので、衝撃の加わった時間もわかる。

本発明の落下時加速度履歴記録装置を携帯機器に内蔵することにより、該携帯機器が落
下させられた事後に落下の事実を証明することが出来る。また、落下から衝突に至る加速
度のベクトル成分の連続した履歴ついても知ることができる。

上述の本発明に係るさらに詳しい形態について、以下に説明する。

図１に本発明の第１の実施例を示す。本図において、３軸加速度センサ１は、互いに直
交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の加速度を検出するもので、例えばピエゾ抵抗ブリッジ型検出部と増
幅回路とからなる。本実施形態では特に、低加速度領域の加速度を検出する高感度検出部
１１と高加速度領域の加速度を検出する低感度検出部１３とを備え、それぞれの検出部の
検出電圧をそれぞれに増幅して出力する。本図では、高感度検出部で検出された信号をＸ
Ｈ，ＹＨ，ＺＨで表示し、低感度検出部で検出された信号をＸＬ，ＹＬ，ＺＬで表示して
いる。落下判定部２は例えば図２に示す回路例のように構成されてなり、３軸加速度セン
サ１の高感度検出部から得られる各軸の加速度信号（ＸＨ，ＹＨ，ＺＨ）の大きさ（絶対
値）を重力加速度（１ｇ）の１／３程度に相当する閾値と比較し、３軸共に該閾値よりも
小さいときに落下中であることを示す落下フラグを出力に発生する。マイコン３に落下フ
ラグが入力されると、マイコン３は、該３軸加速度センサ１の低感度検出部から得られる
各軸の加速度信号（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）をフラッシュメモリ４に書き込むように制御する
。該３軸加速度センサ１から得られる各軸の加速度信号がアナログ値の場合には、図示さ
れていないＡ／Ｄ変換器でディジタル値にしたものがフラッシュメモリに書き込まれる。
なお、書き込みの時間の長さは、想定する落下の最大高さを考慮して決めると良いが、落
下の最大高さを１メートル程度と想定する場合は１秒前後の短時間で十分である。

該高感度検出部１１は重力加速度（１ｇ）より小さな加速度を精度良く検出するので、
該落下判定部は機器の落下により加速度検出値が小さな値になったときにそれに基づいて
精度良く落下と判定できる。また、該低感度検出部１３は大きな加速度に対しても飽和す
ることなく信号を出力するので、落下衝突時の大きな加速度データを該不揮発性の半導体
メモリに記録することが出来る。

図２に示す落下判定部の回路例は以下のように動作する。図２において、加速度信号Ｘ
Ｈ，ＹＨ，ＺＨがスイッチ２１で順次選択され、比較器２２ａ，２２ｂで前記閾値と比較
される。ここで、加速度信号の基準電位はＶｒｅｆ＝１．５Ｖであり、閾電位もこれを基
準に設定されている。２個の比較器の出力の論理積を上記スイッチと同期したＴｘ，Ｔｙ
，Ｔｚのタイミングで各々Ｄラッチ回路２３Ｘ，２３Ｙ，２３Ｚでラッチし、３個のラッ
チ結果の論理積を落下フラグとして出力する。本回路例は、各軸順次に閾値との比較を行
うタイプのため比較器の個数が少なく、消費電力も少なくて済む利点があるが、他に３軸
同時に閾値との比較を行うタイプも使用可能である。また、図３に例示するように、加速
度信号ＸＨ，ＹＨ，ＺＨをＡ／Ｄ変換した後にディジタルプロセッサ２５で落下判定の演
算を行うものも使用できる。この場合、落下判定の演算アルゴリズムは、上記の図２に相
当するものの他に、３軸の加速度値のベクトル和の大きさを所定の閾値と比較して落下判
定するものでも良い。

本発明の第２の実施例を図４に示す。本実施例では、１系統の増幅回路を使用し、その
入力を高感度検出部の検出信号と低感度検出部の検出信号に切り替えるように構成してい
る。はじめは、高感度検出部の検出信号を増幅するように接続されている。落下判定部２
が落下と判定して落下フラグを発生すると、低感度検出部の検出信号を増幅するように接
続が切り替えられ、加速度センサ１からは低感度検出部から得られた信号（ＸＬ，ＹＬ，
ＺＬ）が出力される。同時にマイコン３に落下フラグが入力され、マイコン３は、該３軸
加速度センサ１の低感度検出部から得られる各軸の加速度信号（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）をフ
ラッシュメモリ４に書き込むように制御する。これにより、落下判定は加速度センサ１の
高感度検出加速度値に基づいて行われ、フラッシュメモリ４への記録は加速度センサ１の
低感度検出加速度信号によって行われる。

本発明の第３の実施例を図５に示す。本実施例は、加速度検出ブリッジの駆動電圧切り
替え手段１５を備えていることが特長である。ピエゾ抵抗型の加速度センサは検出ブリッ
ジを駆動する直流電圧に比例して検出感度が変化する原理的性質がある。これを利用して
次のように制御する。はじめは、駆動電圧を高い状態で用い、検出ブリッジを高感度状態
に置く。落下判定部２が落下と判定して落下フラグを発生すると、駆動電圧が低く切り替
えられ、加速度センサ１は低感度状態に移る。同時にマイコン３に落下フラグが入力され
、マイコン３は、該３軸加速度センサ１の低感度状態で得られる低感度検出加速度信号（
ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）をフラッシュメモリ４に書き込むように制御する。駆動電圧の設定例
として、高感度状態で３Ｖとし、低感度状態で０．３Ｖにすると高感度状態を基準にして
１０倍のダイナミックレンジで加速度履歴を記録することが出来る。

なお、図示の回路例では、駆動電圧の切り替えをブリッジのハイサイドだけで行ってい
るが、必要に応じてローサイド（グランド側）も切り替えるようにすることも出来る。ま
た、駆動電圧を下げるには、直に低い電圧を印加しなくとも、駆動電圧印加の配線に直列
に抵抗を挿入するだけでも事足りる。この場合は、挿入した抵抗をショートすると実質的
に高い駆動電圧が印加され、ショートを開放すると実質的に低い駆動電圧が印加される。

本発明の第４の実施例を図６に示す。本実施例は、増幅回路１２が利得切り替え機能を
備えていることが特長である。ピエゾ抵抗ブリッジ型の加速度センサ自体の加速度検出特
性は、印加する加速度の大きさを上げていったときに急激に飽和特性を示すことはなく、
緩やかな飽和特性を示すのが一般的である。このことは、増幅回路が一般的に急激な飽和
特性を示すのと対照的である。この性質を利用すると、検出部の感度を一定のままで、増
幅回路の利得を下げることで高加速度領域のダイナミックレンジを広げることが出来る。

本実施例では次のように制御する。はじめは、増幅回路の利得を高い状態で用い、加速
度センサ１トータルでの感度を高感度状態に置く。落下判定部２が落下と判定して落下フ
ラグを発生すると、増幅回路の利得が低く切り替えられ、加速度センサ１トータルでの感
度は低感度状態に移る。同時にマイコン３に落下フラグが入力され、マイコン３は、該３
軸加速度センサ１の低感度状態で得られる各軸の加速度信号（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）をフラ
ッシュメモリ４に書き込むように制御する。増幅利得の高感度対低感度の比率を、一例と
して１０対１にすると、高感度状態を基準にして１０倍のダイナミックレンジで加速度履
歴を記録することが出来る。

本発明の第５の実施例を図７に示す。本実施例が前記第１の実施例と相違する点は、フ
ラッシュメモリ４に書き込む加速度データを該３軸加速度センサ１の低感度検出出力（Ｘ
Ｌ，ＹＬ，ＺＬ）と高感度検出出力（ＸＨ，ＹＨ，ＺＨ）の両方にしたことである。これ
により、該フラッシュメモリの記録内容を事後に解析するとき、落下中を示す小さな加速
度値をより精密に解析することが出来、かつ、衝突を示す大きな加速度も解析できるので
、より正確に落下衝突の事実があったことを判定できる。また、衝突時の３軸の加速度値
をベクトルとして解析することで、加わった衝撃の方向も推定することが出来、機器又は
貨物の損傷の有った部位との関連を調べることで落下と損傷の因果関係をさらにはっきり
させることが可能なる。しかし、衝撃の方向を問わない場合は、フラッシュメモリに記録
する加速度に関するデータは、３軸の個別の加速度値であることは必ずしも必要ではなく
、例えば、３軸加速度値のベクトル和の大きさに関するデータであっても良い。このこと
は、上記のいずれの実施例についても適用可能である。

以上説明した通り、本発明により、落下時加速度履歴記録装置自体の落下を検知したと
き、落下衝突に至るまでの加速度の履歴を落下衝突時の衝撃値の広い範囲に対応して不揮
発性半導体メモリに記録することができ、該不揮発性半導体メモリの記録内容を事後に解
析することで、この落下時加速度履歴記録装置を内蔵した機器又は取り付けた貨物に落下
衝突の事実があった場合落下衝突の事実と衝撃の大きさの程度を証明できる。

本発明の第１の実施例を示す図である。落下判定部の回路例を示す図である。落下判定部の他の例を示す図である。本発明の第２の実施例を示す図である。本発明の第３の実施例を示す図である。本発明の第４の実施例を示す図である。本発明の第５の実施例を示す図である。

符号の説明

１３軸加速度センサ、
２落下判定部、
３マイコン、
４フラッシュメモリ、
１１高感度検出部、
１２，１４増幅回路、
１３低感度検出部、
１５駆動電圧切り替え手段、
２１スイッチ、
２２ａ，２２ｂ比較器、
２３Ｘ，２３Ｙ，２３ＺＤラッチ回路、
２４Ａ／Ｄ変換器、
２５ディジタルプロセッサ。

Claims

携帯型機器に搭載した加速度センサ装置により、該携帯型機器の落下衝突を判定する方
法において、
該加速度センサ装置は、加速度を検出して３軸の検出出力を出力する３軸加速度センサ
と、該加速度センサの検出出力に関する３軸ベクトル成分が閾値より小さいときに落下中
を判定して落下フラグを発生する落下判定手段と、不揮発性の半導体メモリとを備え、
該加速度センサ装置は、該落下判定手段が落下中の判定をしてから該３軸加速度センサ
の検出出力に関する３軸ベクトルデータを該不揮発性の半導体メモリに記録し、
該３軸ベクトルデータの記録履歴を基に該携帯型機器のへの衝撃の大きさ、衝撃の方向
、衝撃の加わった時間を解析して、該携帯型機器の落下衝突を判定する方法。
加速度を検出して３軸の検出出力を出力する３軸加速度センサが、高感度検出出力と低
感度検出出力を出力する３軸加速度センサであって、
落下判定手段は、該３軸加速度センサの高感度検出出力に関する３軸ベクトル成分が閾
値より小さいときに落下中を判定して落下フラグを発生し、
該３軸加速度センサの低感度検出出力に関する３軸ベクトルデータが該不揮発性の半導
体メモリに記録されることを特徴とする請求項１に記載の携帯型機器の落下衝突を判定す
る方法。
該３軸加速度センサの高感度検出出力に関する３軸ベクトル成分全てが重力加速度（１
ｇ）の１／３より小さいときに落下中を判定して落下フラグを発生することを特徴とする
請求項１又は２に記載の携帯型機器の落下衝突を判定する方法。
該３軸加速度センサの低感度検出出力に関する３軸ベクトルデータが１秒前後出力され
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯型機器の落下衝突を判定する方法。