JP2009528523A - 自由落下を識別するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自由落下の結果として装置が損傷するのを阻止する方法および装置を開示する。ここではまず装置の自由落下が識別され、続いて装置を損傷から保護する手段が実行される。本発明によれば自由落下が、周囲圧の検出によって識別される。この装置はハードディスクを有し、この装置では自由落下が識別されると、ハードディスクの書込み／読出しヘッドが停止され、および／またはロックされる。

Description

本発明は、独立請求項の上位概念に記載の装置の損傷を阻止するための方法および装置に関する。

従来技術
娯楽産業においては、ハードディスクの組み込まれた携帯型電子機器がますます提供されるようになっている。この種の機器は使用時に衝撃または落下にさらされることがあり、この衝撃または落下はハードディスクの動作中に、これと結び付いた書込み／読出しヘッドの運動によってメモリディスクへの損傷を引き起こし、ひいてはデータ損失を引き起こすことがある。

この種の損傷を回避するために、通常は３軸加速度センサが使用される。この３軸加速度センサは自由落下を識別することができ、これにより書込み／読出しヘッドを適時にパーク位置へ運動することができる。ここで自由落下は、３つの軸すべてでほぼゼロの加速度が測定されると識別される。しかし自由落下の証明で問題なのは、ハードディスクが機器の重心を中心に回転し、センサが重心の外に配置されている場合である。この種の運動の場合、加速度センサは遠心力加速度を測定することができるが、自由落下を識別することはできない。この運動を識別するためには、面倒な信号処理が必要である。しかし加速度センサの信号に依存する自由落下の識別を阻止する別の運動も考えられる。例えば回転速度がω、ハードディスクないしハードディスクが取り付けられた機器の重心からセンサまでの間隔をｒとすると、遠心力加速度ａ＝ｒ＊ω^２は重力加速度ｇ＝９．８１ｍ／ｓ^２に達し、したがって通常状態をシミュレートする。この種の信号は例えば、機器の重心から２．８ｃｍの間隔でセンサを設けることによって形成することができる。この場合、機器は自由落下中に毎秒３回転する。ここでこのパラメータは、典型的にはＭＰ３プレーヤまたはハンディフォンの落下に対する値である。

さらにいくつかの機器の重心は使用時に変化する。例えば折り畳み機構またはスライド機構が装備されたある種の携帯機器では、センサを重心に対して一義的に取り付け固定することができない。同じことが、重心が機器の外にある機器に対しても当てはまり、これは例えば折り畳まれたラップトップの場合である。

したがって本発明の課題は、機器、有利にはハードディスクの自由落下を、機器の回転運動に関係なくセンサによって検出することである。

発明の利点
本発明は、自由落下の結果として装置が損傷するのを阻止する方法および装置を開示する。ここではまず装置の自由落下が識別され、続いて装置を損傷から保護する手段が実行される。本発明によれば自由落下が、周囲圧の検出によって識別される。

周囲圧を表わす圧力パラメータを使用することにより、装置の回転運動に関係なく自由落下を検出することができる。さらに評価コストも、ただ１つの測定量を処理することにより、公知の３軸加速度測定器からの測定信号を処理する場合と比較して低減する。

自由落下を識別すべき装置は、例えばラップトップ、ＭＰ３プレーヤ、ＰＤＡ、ビデオカメラ、ハンディフォン等の電子機器である。これらすべての機器はハードディスクメモリを含むことができ、ハードディスクは落下後の衝突の結果、書込み／読出しヘッドによるメモリディスクの損傷のためデータ損失が生じ得る。したがって、機器の自由落下が識別されると、ハードディスクの書込み／読出しヘッドがロックされ、例えば書込み／読出しヘッドがメモリディスクの縁部領域または外部に停止される。これにより衝突によるデータ損失を阻止することができる。

有利には自由落下は、圧力パラメータの時間的変化によって検出される。この時間的変化は、装置ないしはハードディスクに及ぼされる加速度に対する尺度として使用することができる。

電子機器のその他の運動、例えばＭＰ３プレーヤ、ハンディフォン等の使用時に規則的に発生する運動を自由落下と間違えないようにするため、圧力パラメータおよび／または圧力パラメータの時間的変化を所定の閾値と比較することができる。閾値を上回ると、自由落下を推定することができる。

本発明の別の実施形態では、圧力センサが装置内に、マイクロメカニカルダイヤフラムセンサによって実現される。ここではとりわけ、ダイヤフラムセンサのセンサ素子が半導体基板に取り付けられ、このセンサ素子は容量性素子または圧電素子を圧力検出のために有する。この種の小型化によって圧力センサを装置内に、非常にスペースを節約して格納することができる。

自由落下を識別するために評価回路が設けられている。この評価回路は圧力センサの測定信号を検出し、相応に処理する。ここでは評価回路を圧力センサに直接集積することができる。マイクロメカニカル圧力センサを使用する場合、さらに評価回路も同様に半導体プロセスによってセンサ素子に直接取り付けるか、またはセンサ素子の横で半導体基板に取り付けることができる。しかし択一的に評価回路を別個の半導体チップに取付け、圧力センサに設けることもできる。

装置に存在するバッテリーを節約するために、圧力センサをクロックでのみ制御し、離散的圧力信号を形成することもできる。

さらなる利点は、以下の実施例の説明ないし従属請求項から明らかになる。
図１は本発明の装置の概略図である。
図２は、自由落下を圧力パラメータの検出に依存して識別するフローチャートである。
図３は、評価回路の実施例を示す。

実施例
垂直に運動する際には大気圧が変化するから、周囲圧の相応の検出によって落下運動を推定することができる。圧力センサにより検出される空気圧ｐの時間的変化Δｐから、高度の変化Δｈ＝Δｐ（ｇ＊ρ）が求められる。ここでρは空気の密度である（海面でρ≒１．２７ｋｇ／ｍ^３）。物体が重力場ｇを落下する時間ｔも同時に検出されると、空気圧の変化から物体の自由落下を推定することができる。

図１には、自由落下を識別する装置がブロック１００として示されている。ここでこの装置は例えばラップトップ、ＭＰ３プレーヤ、ＰＤＡ、ハンディフォンまたはその他の電子機器とすることができ、これらの機器は落下後の衝撃により損傷を受けることがある。とりわけ前記器機内にあるハードディスクは、落下の際に損傷の危機にさらされる。なぜなら書込み／読出しヘッドが衝突によってメモリディスクに接触し、場合により修復不能に損傷することがあるからである。この種の損傷は、ハードディスクのデータ損失または機器の障害を引き起こすことがある。したがって損傷を阻止するために、圧力センサ１２０の測定信号が制御ユニット１１０により読み込まれ、自由落下、ひいては危険な衝突を識別する。制御ユニット１１０が自由落下を識別すると、この制御ユニットはハードディスク１４０の書込み／読出しヘッドをロックする措置を開始する。これは例えば制御ユニットが書込み／読出しヘッドをディスクメモリの縁部に走行させ、そこにロックすることにより行われる。

択一的に、圧力センサの信号を別個の評価回路１３０で、自由落下の識別のために読み込むこともできる。この種の評価回路１３０によって、制御ユニット１１０には、自由落下が検知された場合だけ通報されるようにすることができる。これにより制御ユニット内の計算コストが低減される。

小さな落下高さを検知するためには、圧力の非常に精確な検出が必要である。例えばＤＥ１００３２５７９Ａ１、ＤＥ１０２００４０３６０３５Ａ１、またはＤＥ１９７０１０５５Ａ１に記載されているような半導体材料からなる特殊なマイクロメカニカルダイヤフラムセンサにより、この種の精緻な検出を行うことができる。ここではマイクロメカニカル圧力センサに対するセンサ素子として、圧力を容量的に検出するものも圧電的に検出するものも使用することができる。ここでは出力として、検出された圧力に比例する電気信号が用いられる。

図２ａと２ｂには、圧力信号の検出と、装置１００の自由落下の識別を行うアルゴリズムが示されている。相応のプログラムは、例えば制御ユニット１１０で実行することができる。スタート後に、図２ａに示されるような第１のプログラム部がステップ２００で、圧力センサ１２０の圧力信号を検出する。この圧力信号は装置１００の周囲圧、すなわち大気圧を表わす。ステップ２１０で、圧力信号が２回微分される。すなわち二重時間微分によって圧力の変化速度ｄ^２ｐ／ｄｔ^２に変換される。このパラメータは、圧力信号が相応に精確に検出される場合には、装置１００の垂直加速度に対する尺度として使用することができる。このために図２ｂに示すような第２のプログラム部で、圧力の変化速度ｄ^２ｐ／ｄｔ^２が検出され、ステップ２６０で下方閾値ＳＷｕおよび上方閾値ＳＷｏと比較される。ｄ^２ｐ／ｄｔ^２が、２つの閾値ＳＷｕとＳＷｏにより設定されたバンド幅の外にあると、自由落下は識別されず、プログラムは終了する。閾値ＳＷｕとＳＷｏを適切に選択することによって、装置の使用時に典型的に発生し得る通常の垂直運動を自由落下から区別することができる。しかしｄ^２ｐ／ｄｔ^２が２つの閾値ＳＷｕとＳＷｏの間にあると、これは自由落下を指示する。後続のステップ２７０では、この状態が所定の持続時間ｔｍｉｎだけ持続するか否かが検査され、ステップ２８０で自由落下が存在するという情報が出力される。しかし値ｄ^２ｐ／ｄｔ^２が領域ＳＷｕ＜ｄ^２ｐ／ｄｔ^２＜ＳＷｏを、時間ｔ＜ｔｍｉｎ内に去ると、プログラムは終了する。この時間ｔｍｉｎは、一方では条件ＳＷｕ＜ｄ２ｐ／ｄｔ２＜ＳＷｏが偶然存在することを明確に排除することができ、しかし他方では進んだ落下高さが小さくても、装置を損傷から保護するための相応の手段を実行できるように選択される。

プログラムは制御ユニットにより、規則的時間間隔で、例えば毎秒複数回呼び出され、自由落下を検査する。

すでに述べたように、自由落下の識別は別個の評価回路で実行することができる。この種の評価回路を、例として図３の実施例に基づいて説明する。圧力センサ３００から発して、検出された圧力信号ｐは中間メモリ３１０（例えばサンプル＆ホールド素子）に供給される。このようにして得られた信号は、有利には低ノイズの前置増幅器３２０により電気的に増幅される。この前置増幅器ではさらに付加的に、感度調整ならびに信号平滑化を行うことができ、それからブロック３３０で、処理された圧力信号の時間微分が行われる。図２ａですでに説明したように、有利には圧力信号の時間微分は２回行われ、圧力変化の変化がシミュレートされる（加速度に相当する）。圧力変化が増大すると、装置の加速する運動を前提とすることができ、これは自由落下に対して典型的である。しかし加速する運動が、装置の通常の使用によって引き起こされたことを排除することはできない。これは例えばジョギングでハンディフォンが上下運動する場合である。そのためにブロック３４０でコンパレータが使用される。加速する運動がコンパレータの下方閾値と上方閾値との間で検出されると、ブロック３５０でこの加速する運動が少なくとも時間ｔｍｉｎの間、持続するか否かが検査される。それから初めてブロック３６０で、自由落下であることを決定することができる。

圧力センサは、装置、例えばハンディフォンのケーシングまたは構成部材に組み込むことができる。最も簡単な場合、圧力センサは電流供給部を必要とするだけであり、信号評価のためのデジタル出力端を有している。バッテリー動作の機器で電流を節約するために、センサ素子の給電はクロック制御して行うことができる。信号は評価のために、すでに説明したようにホールド素子（サンプル＆ホールド素子）に記憶される。しかし択一的に、信号をＡＤ変換器によって純粋にデジタルで評価することもできる。

図１は本発明の装置の概略図である。 図２は、自由落下を圧力パラメータの検出に依存して識別するフローチャートである。 図３は、評価回路の実施例を示す。

Claims (11)

1. 電子装置（１００）の損傷を阻止する方法であって、
   ・前記装置（１００）の自由落下が識別され、
   ・自由落下が識別された場合には、装置の損傷を保護する手段が実行される形式の方法において、
   自由落下は、周囲圧を表わす圧力パラメータ（１２０）に依存して識別される、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記装置はハードディスクを有し、前記手段は書込み／読出しヘッドをロックすることである、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、
   前記装置の自由落下は、圧力パラメータの時間的変化に依存して検出される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１から３までのいずれか一項記載の方法において、
   圧力パラメータおよび／または圧力パラメータの時間的変化が所定の閾値と比較され、該閾値を上回る場合に前記装置の自由落下が識別される、ことを特徴とする方法。
5. 電子装置の自由落下を識別するための手段（１１０，１３０）を有する電子装置であって、
   前記装置（１００）は、自由落下が識別されると、当該装置の損傷を阻止する手段を実行する形式の装置において、
   前記装置は、周囲圧を表わす圧力パラメータを検出するための圧力センサ（１２０）を有し、
   自由落下が、検出された圧力パラメータに依存して識別される、ことを特徴とする装置。
6. 請求項５記載の装置において、
   前記装置はハードディスク（１４０）を有し、
   自由落下が識別されると、ハードディスクの書込み／読出しヘッドが停止され、および／またはロックされる、ことを特徴とする装置。
7. 請求項５または６記載の装置において、
   前記手段は、自由落下を圧力パラメータの時間的変化に依存して検出する、ことを特徴とする装置。
8. 請求項５から７までのいずれか一項記載の装置において、
   前記手段は、圧力パラメータおよび／または圧力パラメータの時間的変化を所定の閾値と比較し、該閾値を上回る場合に自由落下を識別する、ことを特徴とする方法。
9. 請求項５から８までのいずれか一項記載の装置において、
   前記圧力センサは、半導体サブストレートからなるマイクロメカニカルダイヤフラムセンサを有し、
   前記圧力センサは、容量性センサ素子または圧電センサ素子を有する、ことを特徴とする装置。
10. 請求項５から９までのいずれか一項記載の装置において、
    前記装置の自由落下を識別するために、前記圧力センサに組み込まれた評価回路（１３０）が設けられており、
    前記評価回路は、圧力センサのセンサ素子に集積されている、ことを特徴とする装置。
11. 請求項５から１０までのいずれか一項記載の装置において、
    前記圧力センサは、圧力パラメータを検出するためにクロック制御され、および／またはデジタル圧力パラメータを形成する、ことを特徴とする装置。

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