JP2009281901A - 落下検知装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動などのノイズによる誤検知を防止し、温度特性や経時変化に関係なく、落下状態を安定して検知することが可能な落下検知装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる落下検知装置は、各軸方向の加速度を検出するセンサ素子と、センサ素子に接続されて各軸方向の加速度成分信号を出力する検出回路と、検出回路から出力される各軸方向の加速度成分信号から加速度の大きさを合成する合成回路と、加速度の大きさが入力されるオペアンプの出力を静止状態において基準電圧に合わせ込むオートゼロ回路と、落下検知信号を出力する判定回路とを備えている。オートゼロ回路は、第１の比較器と第１のアップダウンカウンタとを備える。判定回路は、第２の比較器と第２のアップダウンカウンタとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯型の電子機器等に利用される落下検知装置に関する。

携帯型の電子機器の落下保護などのために、加速度を検出するセンサ素子を利用した落下検知装置が提案されている。例えば、特許文献１である。

特開２００７−４２２４４号公報

特許文献１では、３軸加速度センサが検出する各軸の加速度の絶対値、および各軸の加速度の絶対値の和をそれぞれ閾値と比較し、比較結果の論理和によって落下状態であることを検知する技術について開示されている。

静止状態から自由落下する場合、３軸加速度センサが検出する各軸の加速度は閾値を越えないレベルから超えるレベルへと一方向に変化するだけなので、閾値との単純な比較で検知することができる。しかし、歩行などによる振動の場合、加速度が閾値をまたいで急激に変化することが繰り返し発生する。そのため、特許文献１に開示された技術では、落下の検知を誤る可能性があり問題である。

また、特許文献１では、温度特性や経時変化によって３軸加速度センサが検出する各軸の加速度が受ける影響については触れられていない。一般に、３軸加速度センサが検出する各軸の加速度は、温度特性や経時変化の影響を受ける。そのため、検出される加速度にばらつきが生じて、落下状態の安定した検知が妨げられるおそれがあり問題である。

本発明は上記の課題に鑑み提案されたものである。本発明は、振動などのノイズによる誤検知を防止し、温度特性や経時変化に関係なく、落下状態を安定して検知することが可能な落下検知装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる落下検知装置は、各軸方向の加速度を検出するセンサ素子と、センサ素子に接続されて各軸方向の加速度成分信号を出力する検出回路と、検出回路から出力される各軸方向の加速度成分信号から加速度の大きさを合成する合成回路と、加速度の大きさが入力されるオペアンプの出力と基準電圧とを比較する第１の比較器の比較結果をカウントする第１のアップダウンカウンタにより静止状態におけるオペアンプの出力を基準電圧に合わせ込むオートゼロ回路と、オートゼロ回路の出力と閾値電圧とを比較する第２の比較器の比較結果をカウントする第２のアップダウンカウンタにより落下検知信号を出力する判定回路と、を備えている。

また、本発明にかかる電子機器は、上記の落下検知装置が備える判定回路から出力される落下検知信号によって所定の動作を行う。

これにより、第１の比較器と第１のアップダウンカウンタとを備えるオートゼロ回路で静止状態におけるオペアンプの出力を基準電圧に合わせ込むことで、温度特性や経時変化の影響をなくすことができる。第２の比較器と第２のアップダウンカウンタとを備える判定回路で落下を検知することで、加速度の大きさと閾値電圧との差の積分値で落下の検知をすることができる。したがって、歩行などによる振動で誤検知することはない。

本発明にかかる落下検知装置および電子機器によれば、振動などのノイズによる誤検知を防止し、温度特性や経時変化に関係なく、落下状態を安定して検知することが可能となる。

図１は本発明にかかる落下検知装置の第１実施形態を示す図である。この落下検知装置は、３軸加速度センサ１と、検出回路２と、合成回路３と、オートゼロ回路４と、判定回路５とを備えている。３軸加速度センサ１は、互いに直交するｘｙｚの各軸方向の加速度ａｘ、ａｙ、ａｚを検出する。検出回路２は、３軸加速度センサ１に接続されて、ｘｙｚ各軸方向の加速度成分信号Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを出力する。合成回路３は、検出回路２から出力されるｘｙｚ各軸方向の加速度成分信号Ａｘ、Ａｙ、Ａｚから、加速度の大きさＡ＝（Ａｘ²＋Ａｙ²＋Ａｚ²）^1/2を合成する。

オートゼロ回路４はオペアンプ４１と、比較器４２と、アップダウンカウンタ（以下、Ｕ／Ｄカウンタと表記する。）４３とを備える。オペアンプ４１には加速度の大きさＡが入力される。比較器４２は、オペアンプ４１の出力と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。Ｕ／Ｄカウンタ４３は、比較器４２の比較結果をカウントする。Ｕ／Ｄカウンタ４３の出力に基づき、オペアンプ４１の出力は基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれるように調整される。オートゼロ回路４の出力は判定回路５に入力される。

判定回路５は比較器５１、Ｕ／Ｄカウンタ５２等を備える。比較器５１は、オートゼロ回路４の出力と閾値電圧Ｖｔｈとを比較する。Ｕ／Ｄカウンタ５２は、比較器５１の比較結果をカウントする。Ｕ／Ｄカウンタ５２の出力に基づき、ロジック回路５３から落下検知信号が出力される。

このように構成された第１実施形態の動作について、図２〜４を参照しながら説明する。図２〜４は、図１に示される第１実施形態の動作の概略を示す概念図である。落下検知装置が水平であり、重力加速度による力のみが落下検知装置に作用して、３軸加速度センサ１がｚ軸方向のみ加速度１Ｇを検出している場合が想定されている。すなわち、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、加速度成分信号Ａｘ＝Ａｙ＝０であり、Ａｚのみが加速度１Ｇに対応する電圧を出力している。

このとき合成回路３によって合成される加速度の大きさＡは、図３（Ａ）に示されるように、Ａｚと略同じ信号となる。加速度成分信号Ａｚには振動などのノイズが乗っており、また、経時変化等の影響で電圧が徐々に降下している。したがって、図３（Ａ）に矢印で示されるように、加速度の大きさＡにおいてもノイズが乗り、電圧が降下している。図１に示される第１実施形態の落下検知装置において基準電圧Ｖｒｅｆは可変である。基準電圧Ｖｒｅｆが適当な値に設定されると、比較器４２によるオペアンプ４１の出力と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果すなわち比較器４２の出力は、例えば図３（Ｂ）のようになる。比較器４２の比較結果をカウントするＵ／Ｄカウンタ４３のカウント数は、可変なサンプリング周波数が適当な値に設定されると、例えば図３（Ｃ）に示されるように変化する。図３（Ｃ）はＵ／Ｄカウンタ４３のカウント数を、Ｕ／Ｄカウンタ４３がアップカウントする場合は上昇、ダウンカウントする場合は下降させて模式的に示す。この例では、Ｕ／Ｄカウンタ４３がオーバーフローするカウント数は６に設定されている。したがって、加速度の大きさＡが徐々に降下し、比較器４２の比較結果をカウントするＵ／Ｄカウンタ４３のカウント数が時刻ｔ＝ｔ１において−６となったところで、図３（Ｄ）に示されるようにＵ／Ｄカウンタ４３はオペアンプ４１の調整電圧を上げる。オペアンプ４１の出力は、基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれる。

これにより、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆと閾値電圧Ｖｔｈとが等しい値に設定されれば、オートゼロ回路４の出力は図４（Ａ）に示されるように略時刻ｔ＝ｔ１において閾値電圧Ｖｔｈまで上昇する。したがって、オートゼロ回路４の出力は経時変化等の影響で降下し続けることはなく、閾値電圧Ｖｔｈを中心に動く。比較器５１によるオートゼロ回路４の出力と閾値電圧Ｖｔｈとの比較結果すなわち比較器５１の出力は、図４（Ｂ）のようになる。比較器５１の比較結果をカウントするＵ／Ｄカウンタ５２のカウント数は、可変なサンプリング周波数が適当な値に設定されると、例えば図４（Ｃ）に示されるように変化する。図４（Ｃ）はＵ／Ｄカウンタ５２のカウント数を、Ｕ／Ｄカウンタ５２がアップカウントする場合は上昇、ダウンカウントする場合は下降させて模式的に示す。時刻ｔ＝ｔ２において図２（Ｃ）に示されるように落下により加速度成分信号Ａｚ＝０となると、図４（Ｂ）に示されるように比較器５１の出力はＬレベルが継続する。この例では、Ｕ／Ｄカウンタ５２がオーバーフローするカウント数は１０に設定されている。したがって、Ｕ／Ｄカウンタ５２のカウント数が時刻ｔ＝ｔ３において−１０となったところで、図４（Ｄ）に示されるように判定回路５は落下を検知して落下検知信号が出力される。

このように、オートゼロ回路４において基準電圧Ｖｒｅｆを基準にしてオペアンプ４１の出力に対して経時変化等の影響が監視される。比較器４２とＵ／Ｄカウンタ４３とを用いて、落下状態になく静止状態にあるときのオペアンプ４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれる。これにより、図３（Ａ）で経時変化等の影響で加速度の大きさＡは徐々に降下しているのに対し、図４（Ａ）でオートゼロ回路４の出力は閾値電圧Ｖｔｈを中心に動くこととなる。判定回路５による落下の検知はオートゼロ回路４の出力に基づいて行われるため、経時変化等の影響をなくした落下検知が可能である。また、判定回路５において比較器５１とＵ／Ｄカウンタ５２とを用いて落下を検知する。これにより、加速度の大きさＡと閾値電圧Ｖｔｈとの差の積分値で落下の検知をすることができる。したがって、振動などのノイズによる落下の誤検知を防止することができる。

また、基準電圧Ｖｒｅｆや閾値電圧Ｖｔｈ、Ｕ／Ｄカウンタ４３および５２のサンプリング周波数およびオーバーフローするカウント数は、それぞれ可変である。その設定は、落下状態にあるときに判定回路５が落下を検知して落下検知信号を出力する応答時間よりも、オートゼロ回路４が合わせ込みを行う周期のほうが長くなるように行われる。例えば、図２〜４において、ｔ１−ｔ０＞＞ｔ３−ｔ２となるように設定される。これにより、オートゼロ回路４による合わせ込みが判定回路５による落下検知を妨げないようにされる。したがって、オートゼロ回路４で経時変化等の影響をなくしつつ、判定回路５で振動などのノイズによる誤検知を防止した安定した落下検知が可能となる。

図５は図１に示される第１実施形態の第１具体例を示す図である。図５には、オートゼロ回路４の具体的な構成の一例が示されている。図５において、図１と対応する構成要素については、同じ符号が付されている。オペアンプ４１と抵抗Ｒ１、Ｒ２とは、加速度の大きさＡが入力される反転増幅回路である。比較器４２は非反転入力端子にオペアンプ４１の出力が、反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆが、それぞれ入力される。比較器４２の出力は、Ｕ／Ｄカウンタ４３に入力される。オペアンプ４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆより高いときＵ／Ｄカウンタ４３はアップカウントし、オペアンプ４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆより低いときＵ／Ｄカウンタ４３はダウンカウントする。

Ｕ／Ｄカウンタ４３のカウント数を参照してロジック回路４４はレジスタ４５にビット情報を書き込む。レジスタ４５に書き込まれたビット情報によって、スイッチＳｎの開閉が切り替えられる。スイッチＳｎの開閉の切り替えによって、分圧抵抗Ｒｎで生成される電圧が選択され、オペアンプ４１の非反転入力端子に入力される調整電圧が定まる。このようにして、オペアンプ４１の出力は基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれるように調整される。したがって、オートゼロ回路４を通過した加速度の大きさＡに基づいて判定回路５による落下の検知を行うことで、経時変化等の影響をなくした落下検知が実現される。

図６は図１に示される第１実施形態の第２具体例を示す図である。図６には、オートゼロ回路４の具体的な構成の別な例が示されている。図６においては、図５と対応する構成要素については同じ符号が付されて、その説明が省略される。図６に示されるオートゼロ回路４は、分圧抵抗Ｒｎの代わりに電流源Ｉｎと抵抗Ｒ３とを備えている。レジスタ４５に書き込まれたビット情報によるスイッチＳｎの開閉の切り替えによって、抵抗Ｒ３に流れる電流値が選択され、オペアンプ４１の非反転入力端子に入力される調整電圧が定まる。このようにして、オペアンプ４１の出力は基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれるように調整される。したがって、本具体例においても第１具体例と同様に、オートゼロ回路４を通過した加速度の大きさＡに基づいて判定回路５による落下の検知を行うことで、経時変化等の影響をなくした落下検知が実現される。

ここで、特許請求の範囲との対応は以下の通りである。
３軸加速度センサ１は、センサ素子の一例である。
比較器４２は、第１の比較器の一例である。
Ｕ／Ｄカウンタ４３は、第１のアップダウンカウンタの一例である。
比較器５１は、第２の比較器の一例である。
Ｕ／Ｄカウンタ５２は、第２のアップダウンカウンタの一例である。

以上、詳細に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、基準電圧Ｖｒｅｆや閾値電圧Ｖｔｈ、Ｕ／Ｄカウンタ４３および５２のサンプリング周波数およびオーバーフローするカウント数はそれぞれ可変とされる。それらの値は、落下状態にあるときに判定回路５が落下を検知して落下検知信号を出力する応答時間よりも、オートゼロ回路４が合わせ込みを行う周期のほうが長くなるように設定される。オートゼロ回路４では、分圧抵抗ＲｎとスイッチＳｎとの組み合わせ、もしくは電流源Ｉｎと抵抗Ｒ３とスイッチＳｎとの組み合わせを用いて、オペアンプ４１の非反転入力端子に入力される調整電圧が定められる。比較器４２とＵ／Ｄカウンタ４３とを用いて、落下状態になく静止状態にあるときのオペアンプ４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれる。判定回路５では、比較器５１とＵ／Ｄカウンタ５２とを用いて、オートゼロ回路４の出力に基づいて落下の検知が行われる。したがって、オートゼロ回路４で経時変化等の影響をなくしつつ、判定回路５で振動などのノイズによる誤検知を防止した安定した落下検知が可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、センサ素子は３軸加速度センサ１に限られるものではない。加速度の検出方向は同一平面上にない少なくとも３方向以上であればよい。

オートゼロ回路４では、オペアンプ４１の出力と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較器４２で比較し、Ｕ／Ｄカウンタ４３で比較器４２の比較結果をカウントする。しかし、これに限られない。例えば、積分回路を用いて、比較器４２の比較結果によって積分回路の入力電圧を切り替えることで、オペアンプ４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆに合わせ込まれるように調整されてもよい。

基準電圧Ｖｒｅｆや閾値電圧Ｖｔｈ、Ｕ／Ｄカウンタ４３および５２のサンプリング周波数およびオーバーフローするカウント数は、オートゼロ回路４による合わせ込み周期が判定回路５の応答時間より長くなるように設定される。これ以外にも、オペアンプ４１の調整電圧の調整ステップを落下による加速度の大きさＡの変動よりも十分小さくすることでも、オートゼロ回路４による合わせ込みが判定回路５による落下検知を妨げないようにされ得る。

なお、本発明の落下検知装置を、パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ、ゲーム機器含め、一般的な電子機器に搭載してもよい。
例えば、本発明の落下検知装置の判定回路５から出力される落下検知信号によって、電子機器に落下保護動作をさせる。本発明の落下検知装置は落下状態を安定して検知することが可能であるため、電子機器が受ける落下時の衝撃が軽減される。

本発明にかかる落下検知装置の第１実施形態を示す図である。 図１に示される第１実施形態の動作の概略を示す概念図である。 図１に示される第１実施形態の動作の概略を示す概念図である。 図１に示される第１実施形態の動作の概略を示す概念図である。 図１に示される第１実施形態の第１具体例を示す図である。 図１に示される第１実施形態の第２具体例を示す図である。

符号の説明

１ ３軸加速度センサ
２ 検出回路
３ 合成回路
４ オートゼロ回路
５ 判定回路
４１ オペアンプ
４２ 第１の比較器
４３ 第１のアップダウンカウンタ
４４、５３ ロジック回路
４５ レジスタ
５１ 第２の比較器
５２ 第２のアップダウンカウンタ

Claims (6)

1. 各軸方向の加速度を検出するセンサ素子と、
   前記センサ素子に接続されて、前記各軸方向の加速度成分信号を出力する検出回路と、
   前記検出回路から出力される前記各軸方向の加速度成分信号から加速度の大きさを合成する合成回路と、
   前記加速度の大きさが入力されるオペアンプと、前記オペアンプの出力と基準電圧とを比較する第１の比較器と、前記第１の比較器の比較結果をカウントする第１のアップダウンカウンタとを備え、静止状態における前記オペアンプの出力を前記基準電圧に合わせ込むオートゼロ回路と、
   前記オートゼロ回路の出力と閾値電圧とを比較する第２の比較器と、前記第２の比較器の比較結果をカウントする第２のアップダウンカウンタとを備え、落下検知信号を出力する判定回路と、を備えている落下検知装置。
2. 前記基準電圧、閾値電圧はそれぞれ可変であることを特徴とする請求項１に記載の落下検知装置。
3. 前記第１、第２のアップダウンカウンタのサンプリング周波数はそれぞれ可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の落下検知装置。
4. 前記第１、第２のアップダウンカウンタがオーバーフローするカウント数はそれぞれ可変であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の落下検知装置。
5. 前記オートゼロ回路が合わせ込みを行う周期は、落下状態にあるときに前記判定回路が前記落下検知信号を出力する応答時間より長いことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の落下検知装置。
6. 各軸方向の加速度を検出するセンサ素子と、
   前記センサ素子に接続されて、前記各軸方向の加速度成分信号を出力する検出回路と、
   前記検出回路から出力される前記各軸方向の加速度成分信号から加速度の大きさを合成する合成回路と、
   前記加速度の大きさが入力されるオペアンプと、前記オペアンプの出力と基準電圧とを比較する第１の比較器と、前記第１の比較器の比較結果をカウントする第１のアップダウンカウンタとを備え、静止状態における前記オペアンプの出力を前記基準電圧に合わせ込むオートゼロ回路と、
   前記オートゼロ回路の出力と閾値電圧とを比較する第２の比較器と、前記第２の比較器の比較結果をカウントする第２のアップダウンカウンタとを備え、落下検知信号を出力する判定回路と、
   前記判定回路から出力される前記落下検知信号によって所定の動作を行う回路と、を備えている電子機器。

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