JP5244734B2 - 姿勢判定機能付き加速度センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、装着された装置の姿勢を判定することができる姿勢判定機能付き加速度センサモジュールに関するものである。

特開平１０−１７３９８４号公報（特許文献１）には、天地検出センサにより、カメラの姿勢の変更を検出し、検出した姿勢の変更に応じて画像を常に正立状態で見ることができるようにした電子スチルカメラが開示されている。また特開２００４−２４０４７８号公報（特許文献２）には、ジャイロチップにより携帯型電子機器の姿勢を判定して、機器の姿勢の変更に応じて画像を常に正立状態で見ることができるようにする発明が開示されている。

特開平１０−１７３９８４号公報 特開２００４−２４０４７８号公報

画像を常に正立状態で表示する従来の画像表示装置で使用されている従来の姿勢検出センサは、構造が複雑で且つ高価なものが多い。

本発明の目的は、装着される装置の姿勢を比較的安価に且つ簡単に検出することができる姿勢判定機能付き加速度センサモジュールを提供することにある。

本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールは、互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度を検出する三軸加速度センサと、Ｘ軸加速度レベル判定部と、Ｙ軸加速度レベル判定部と、姿勢判定部とが１つのユニットとして構成されている。Ｘ軸加速度レベル判定部は、三軸加速度センサから出力されるＸ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定する。Ｙ軸加速度レベル判定部は、三軸加速度センサから出力されるＹ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定する。そして姿勢判定部は、Ｘ軸加速度レベル判定部及びＹ軸加速度レベル判定部の判定結果に基づいて加速度センサが取り付けられた装置のＺ軸を中心とした回転姿勢を判定する。

本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールは、既存の三軸加速度センサと一つのユニットを構成しているので、装置への実装が容易である。また加速度センサの出力を閾値レベルと比較した結果に基づいて、簡単に装置の姿勢を判定することができる。

Ｘ軸加速度レベル判定部及びＹ軸加速度レベル判定部を、それぞれ２ビット値で判定結果を出力し、姿勢判定部を２ビット値で姿勢判定結果を出力するように構成すると、姿勢の判定動作に必要なビット数を少なくして、簡単に判定結果を得ることができる。また姿勢判定部も、前回の姿勢判定結果の２ビット値と、Ｘ軸加速度レベル判定部から出力される２ビット値とＹ軸加速度レベル判定部から出力される２ビット値との組合せに基づいて現在の姿勢を判定するのが好ましい。このようにすると三軸加速センサの信号処理に使用する演算素子を利用して、姿勢判定をすることも十分に可能である。

またＸ軸加速度レベル判定部及びＹ軸加速度レベル判定部で使用する閾値レベルを変更可能に設定する第１及び第２の閾値レベル設定部をさらに備えているのが好ましい。このような第１及び第２の閾値レベル設定部を設ければ、モジュールの用途に適した閾値を設定できるので、モジュールの汎用性が増す利点が得られる。

本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールの実施の形態の構成の一例を示す図である。 本実施の形態の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールを搭載したでデジタルカメラで画像を再生中に、デジタルカメラの姿勢をＺ軸を中心にして回転させたときの、三軸加速度センサの出力とデジタルカメラの姿勢と画像の関係を示す図である。 Ｘ軸加速度レベル判定部及びＹ軸加速度レベル判定部の判定結果と、姿勢判定部の判定結果の関係を示す図である。 図３の「ａ」の画面から「ｂ」または「ｄ」の画面に切り替わる条件を示す図である。 図３の「ｂ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｂと同じ色調で表示する図である。 図３の「ｃ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｃと同じ色調で表示する図である。 図３の「ｄ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｄと同じ色調で表示する図である。

以下図面を参照して本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールの実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュール１の実施の形態の構成の一例を示している。この加速度センサモジュール１は、一つのユニットとして構成されている。そして加速度センサモジュール１は、半導体加速度センサ、静電容量型加速度センサ等のように重力加速度を含めた加速度を常時検出して出力することができる三軸加速度センサ３を備えている。三軸加速度センサ３からは、互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度が検出され、これらの方向の加速度に相当するアナログのＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度信号が出力される。Ａ／Ｄ変換器５は、アナログのＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度信号をＸ，Ｙ及びＺ軸方向のデジタル信号に変換する。そしてフィルタ７は、Ｘ，Ｙ及びＺ軸方向のデジタル信号からノイズ等を除去する。本実施の形態では、フィルタ７から出力されたデジタル信号からなるＸ軸加速度信号がＸ軸加速度レベル判定部９に入力され、デジタル信号からなるＹ軸加速度信号がＹ軸加速度レベル判定部１１に入力される。Ｘ軸加速度レベル判定部９に対して、後述する負の閾値レベルと正の閾値レベルを変更可能に設定する第１の閾値レベル設定部１０が設けられており、Ｙ軸加速度レベル判定部１１に対して、後述する負の閾値レベルと正の閾値レベルを変更可能に設定する第２の閾値レベル設定部１２が設けられている。このような第１及び第２の閾値レベル設定部１０及び１２を設けると、用途に適した閾値レベルを設定できるので、モジュールの汎用性を高めることができる。

Ｘ軸加速度レベル判定部９は、三軸加速度センサ３から出力されたＸ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル（＋ＶＲｘ）以上の値であるか、所定の負の閾値レベル（−ＶＲｘ）以下の値であるか、正の閾値レベル（＋ＶＲｘ）と負の閾値レベル（−ＶＲｘ）との間の値であるかを、デジタル信号処理に基づいて判定する。またＹ軸加速度レベル判定部１１は、三軸加速度センサ３から出力されるＹ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル（＋ＶＲｙ）以上の値であるか、所定の負の閾値レベル（−ＶＲｙ）以下の値であるか、正の閾値レベル（＋ＶＲｙ）と０レベルとの間の値であるか、０レベルと負の閾値レベル（−ＶＲｙ）との間の値であるかをデジタル信号処理により判定する。そして姿勢判定部１３は、Ｘ軸加速度レベル判定部９及びＹ軸加速度レベル判定部１１の判定結果に基づいて三軸加速度センサ３が取り付けられた装置のＺ軸を中心とした回転姿勢を判定する。

図２は、本実施の形態の姿勢判定機能付き加速度センサモジュール１を搭載したでデジタルカメラＤＣ（携帯画像表示装置）で画像を再生中に、デジタルカメラＤＣの姿勢をＺ軸を中心にして回転させたときの、三軸加速度センサ３の出力（Ｘ軸加速度信号及びＹ軸加速度信号）とデジタルカメラＤＣの姿勢と画像の関係を示す図である。この例では、Ｘ軸加速度信号に対する所定の正の閾値レベル（＋ＶＲｘ）を０．５Ｇとし、所定の負の閾値レベル（−ＶＲｘ）を−０．５Ｇとしている。またＹ軸加速度信号に対する所定の正の閾値レベル（＋ＶＲｙ）を０．５Ｇとし、所定の負の閾値レベル（−ＶＲｙ）を−０．５Ｇとしている。図２に示したデジタルカメラＤＣの図には、加速度センサモジュール１の配置位置も併せて●で示してある。

図２からは、Ｚ軸を中心してデジタルカメラＤＣを回転させた場合に、９０度間隔でＸ軸加速度信号及びＹ軸加速度信号の一方が、閾値レベル（＋ＶＲｘ，＋ＶＲｙ，−ＶＲｘ，−ＶＲｙ）以上または以下になっているのが判る。そこで本実施の形態では、閾値レベルを基準にして、閾値レベルとの対比結果を２ビット値で出力する。具体的には、Ｘ軸加速度レベル判定部９及びＹ軸加速度レベル判定部１１は、それぞれ２ビット値で判定結果を出力する。より具体的には、Ｘ軸加速度レベル判定部９及びＹ軸加速度レベル判定部１１は、三軸加速度センサ３から出力されたＸ軸加速度信号及びＹ軸加速度信号が、正の閾値レベル（＋０．５Ｇ）以上の値である場合には、判定結果を２ビット値の「０１」で表し、負の閾値レベル以下（−０．５Ｇ）の値である場合には、判定結果を２ビット値の「１０」で表し、正の閾値レベル（＋０．５Ｇ）と０レベルとの間の値である場合には、２ビット値の「００」で表し、０レベルと負の閾値レベル（−０．５Ｇ）との間の値である場合には、２ビット値の「１１」で表す。

また本実施の形態では、姿勢判定部１３も２ビット値で姿勢判定結果を出力するように構成している。具体的には、図３に示すように、Ｘ軸加速度レベル判定部９及びＹ軸加速度レベル判定部１１の判定結果（２ビット値）に従って、姿勢判定部１３は画像の方向を判定する。図３の例では、Ｘ軸加速度レベル判定部９の判定結果（２ビット値）が「０１」で、Ｙ軸加速度レベル判定部１１の判定結果（２ビット値）が「００」または「１１」の場合には、姿勢判定結果（２ビット値）が「００」となって正立画像が画面に表示される。次にＸ軸加速度レベル判定部９の判定結果（２ビット値）が「００」または「１１」の場合で、Ｙ軸加速度レベル判定部１１の判定結果（２ビット値）が「０１」の場合には、姿勢判定結果（２ビット値）が「０１」となって、右横向き画像が画面に表示される。次にＸ軸加速度レベル判定部９の判定結果（２ビット値）が「１０」の場合で、Ｙ軸加速度レベル判定部１１の判定結果（２ビット値）が「００」または「１１」の場合には、姿勢判定結果（２ビット値）が「１０」となって、倒立画像が画面に表示される。さらにＸ軸加速度レベル判定部９の判定結果（２ビット値）が「００」または「１１」の場合で、Ｙ軸加速度レベル判定部１１の判定結果（２ビット値）が「１０」の場合には、姿勢判定結果（２ビット値）が「１１」となって、左横向き画像が画面に表示される。

本実施の形態で、姿勢判定結果に従って画面を変更すると、図３の例に示す正立画像から右横向き画像の間、右横向き画像から倒立画像の間、倒立画像から左横向き画像の間、左横向き画像から正立画像の間の画像は表示されない。すなわち図３に示した画像判定方向「００」、「０１」、「１０」及び「１１」の姿勢判定結果のうちのいずれかの結果が、姿勢判定部１３から出力されるまでは、その前の姿勢判定結果に従って決定された画像が表示される。

図４は、図３の「ａ」の画面から「ｂ」または「ｄ」の画面に切り替わる条件を示している。図４において、符号Ａで示した範囲の条件が、「ａ」の画面に切り替わる条件であり、符号Ｂで示した範囲の条件が、「ｂ」の画面に切り替わる条件であり、符号Ｃで示した範囲の条件が、「ｃ」の画面に切り替わる条件であり、符号Ｄで示した範囲の条件が、「ｄ」の画面に切り替わる条件である。図４において、領域Ａ〜Ｄ以外の領域（領域Ａと同じ色調で表示されている領域）の条件では、すべて「ａ」の画面のままである。デジタルカメラを普通に回転させる場合、図４の状態では、領域Ａの条件から領域Ｂ及びＤの条件に変わりやすい。

図５は、図３の「ｂ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｂと同じ色調で表示している。

図６は、図３の「ｃ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｃと同じ色調で表示している。

図７は、図３の「ｄ」の画面のままである条件が成立する領域を、領域Ｄと同じ色調で表示している。

デジタルカメラＤＣにおいて本実施の形態の加速度センサモジュール１を利用する場合に、図３に示すように画像を変更したのでは、姿勢を検出しない場合と比べて画像表示の効果上の差はない。そこで具体的に姿勢判定部１３が判定した姿勢判定結果をデジタルカメラＤＣ側で利用する場合には、姿勢判定部１３の姿勢判定結果を利用して、デジタルカメラＤＣの姿勢が変わったときに、姿勢の変更にかかわらず、画像を正立状態で表示できるように画像表示するように、画像処理をする。この画像処理は、画面方向が図３の「ａ」の状態から、図３の「ｂ」の状態に変わったときであっても、画像を正立状態で表示するものである。すなわちこの画像処理では、姿勢判定部１３の判定結果で、画面方向が図３の「ａ」の状態から、図３の「ｂ」の状態に変わったことが判ると、画像を姿勢の変更方向とは逆に姿勢の変更角度分だけ回転させる画像処理を行うことになる。

本発明の姿勢判定機能付き加速度センサモジュールによれば、既存の三軸加速度センサを含んで一つのユニットを構成しているので、装置への実装が容易である。また加速度センサの出力を閾値レベルと比較した結果に基づいて、簡単に装置の姿勢を判定することができる利点がある。

１ 姿勢判定機能付き加速度センサモジュール
３ 三軸加速度センサ
５ Ａ／Ｄ変換器
７ フィルタ
９ Ｘ軸加速度レベル判定部
１１ Ｙ軸加速度レベル判定部
１３ 姿勢判定部

Claims (5)

1. 互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度を検出する三軸加速度センサと、
   前記三軸加速度センサから出力されるＸ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、前記正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定するＸ軸加速度レベル判定部と、
   前記三軸加速度センサから出力されるＹ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、前記正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定するＹ軸加速度レベル判定部と、
   前記Ｘ軸加速度レベル判定部及び前記Ｙ軸加速度レベル判定部の判定結果に基づいて前記加速度センサが取り付けられた装置のＺ軸を中心とした回転姿勢を判定する姿勢判定部とが、１つのユニットとして構成されており、
   前記Ｘ軸加速度レベル判定部及び前記Ｙ軸加速度レベル判定部は、それぞれ２ビット値で判定結果を出力し、前記姿勢判定部は２ビット値で姿勢判定結果を出力するように構成され、
   前記姿勢判定部が、前回の姿勢判定結果の２ビット値と、前記Ｘ軸加速度レベル判定部から出力される前記２ビット値と前記Ｙ軸加速度レベル判定部から出力される前記２ビット値との組合せに基づいて現在の姿勢を判定するように構成されていることを特徴とする姿勢判定機能付き加速度センサモジュール。
2. 互いに直交するＸ，Ｙ及びＺ軸方向の加速度を検出する三軸加速度センサと、
   前記三軸加速度センサから出力されるＸ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、前記正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定するＸ軸加速度レベル判定部と、
   前記三軸加速度センサから出力されるＹ軸加速度信号が所定の正の閾値レベル以上の値であるか、所定の負の閾値レベル以下の値であるか、前記正の閾値レベルと０レベルとの間の値であるか、０レベルと前記負の閾値レベルとの間の値であるかを判定するＹ軸加速度レベル判定部と、
   前記Ｘ軸加速度レベル判定部及び前記Ｙ軸加速度レベル判定部の判定結果に基づいて前記加速度センサが取り付けられた装置のＺ軸を中心とした回転姿勢を判定する姿勢判定部とが、１つのユニットとして構成されていることを特徴とする姿勢判定機能付き加速度センサモジュール。
3. 前記Ｘ軸加速度レベル判定部及び前記Ｙ軸加速度レベル判定部は、それぞれ２ビット値で判定結果を出力し、前記姿勢判定部は２ビット値で姿勢判定結果を出力するように構成されている請求項２に記載の姿勢判定機能付き加速度センサモジュール。
4. 前記姿勢判定部は、前回の姿勢判定結果の２ビット値と、前記Ｘ軸加速度レベル判定部から出力される前記２ビット値と前記Ｙ軸加速度レベル判定部から出力される前記２ビット値との組合せに基づいて現在の姿勢を判定する請求項２に記載の姿勢判定機能付き加速度センサモジュール。
5. 前記Ｘ軸加速度レベル判定部及び前記Ｙ軸加速度レベル判定部で使用する前記閾値レベルを変更可能に設定する第１及び第２の閾値レベル設定部をさらに備えている請求項１または２に記載の加速度センサモジュール。