JP6268281B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、加速度センサと角速度センサを備えた電子機器に関するものである。

物体の姿勢や動きを検出するモーションセンサは、従来より様々な産業分野で利用されているが、センサを構成する電子部品の低価格化や高性能化が進んだことによって、近年では家電機器などにも多く利用されるようになってきている。例えばスマートフォンやタブレットＰＣ、ゲーム機用コントローラなどの中には、ＩＣ化された加速度センサや角速度センサを搭載し、姿勢や動きに応じて種々の便利な機能を実現する製品が開発されており、注目を集めている。

下記の特許文献１には、モーションセンサとして加速度センサとジャイロセンサ（角速度センサ）を備えた電子機器が記載されている。

特開２０１３−１２２６６９号公報

ところで、ＩＣ化された角速度センサは、微小な振動体を半導体チップ上に形成したＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスであることが多く、角速度を検出する際には常に振動体の振動が生じている。振動体の駆動には比較的大きな電気エネルギーを供給する必要があるため、角速度センサは加速度センサに比べて数倍〜１０倍程度も消費電力が大きいという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を抑制しつつ加速度センサと角速度センサを用いて姿勢等を検出できる電子機器を提供することにある。

本発明に係る電子機器は、加速度センサと角速度センサを搭載した電子機器であって、前記加速度センサにおいて検出される加速度に基づいて、前記電子機器に重力と異なる外力が作用しているか否かを判定する判定部と、前記外力が作用していないと前記判定部において判定される場合、角速度の検出が不能なスタンバイ状態となり、前記外力が作用していると前記判定部において判定される場合、前記角速度の検出が可能な起動状態となるように前記角速度センサを制御する角速度センサ制御部と、前記外力が作用していない準静止状態と前記判定部において判定される場合、前記加速度センサにおける加速度の検出結果に基づいて姿勢を検出し、前記外力が作用していると前記判定部において判定される場合、前記角速度センサにおける角速度の検出結果に基づいて姿勢を検出する姿勢検出部と、前記加速度センサ及び前記角速度センサが実装された回路基板とを有する。前記回路基板が、眼鏡のブリッジに収容される。
上記の構成を有する電子機器によれば、前記判定部において前記電子機器に重力と異なる前記外力が作用していないと判定される場合、前記加速度の検出が不能なスタンバイ状態となるように前記角速度センサが制御されるため、前記角速度センサにおける消費電力が大幅に少なくなる。また、前記判定部において前記電子機器に重力と異なる前記外力が作用していると判定される場合は、前記角速度センサが起動状態となるため、前記角速度センサの検出結果を用いて前記電子機器の姿勢等を正確に検出することが可能となる。

好適に、前記判定部は、前記加速度センサにおいて検出される１つの軸方向での加速度、若しくは、前記加速度センサにおいて検出される複数の軸方向での加速度を合成した合成加速度と所定のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記電子機器に前記外力が作用しているか否かを判定してよい。

好適に、前記判定部は、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、重力加速度より大きい第１加速度を超える場合、前記電子機器に前記外力が作用していると判定してよい。
また、前記判定部は、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、前記第１加速度より小さく前記重力加速度より大きい第２加速度に比べて小さい場合、前記電子機器に前記外力が作用していないと判定し、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、前記第１加速度から前記第２加速度までの範囲に含まれる場合、直前の判定結果を維持してよい。
上記の構成によれば、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が前記第１加速度若しくは前記第２加速度に近い値で微小に変動する場合でも、前記判定部における判定結果が頻繁に変化しなくなる。そのため、前記加速度センサの前記スタンバイ状態と前記起動状態とが頻繁に繰り返される状態が生じ難くなる。

好適に、前記角速度センサは、角速度の検出に用いられる運動体を含んでよい。前記角速度センサ制御部は、前記起動状態において前記運動体が運動し、前記スタンバイ状態において前記運動体が静止するように前記角速度センサを制御してよい。

好適に、前記角速度センサ制御部は、前記角速度センサにおける角速度の検出結果に基づいた姿勢の検出が前記姿勢検出部において行われているときに、前記外力が作用していない準静止状態と前記判定部において判定された場合は、前記角速度センサの前記起動状態を維持してよい。

上記の構成によれば、前記姿勢検出部において角速度の検出結果に基づいた姿勢の検出が行われている途中では、前記判定部の判定結果に関わらず前記角速度センサが起動状態に維持されるため、前記姿勢検出部の検出処理が前記角度センサのスタンバイ状態によって中断されなくなる。

本発明によれば、加速度センサの検出結果に応じて、角速度の検出が不要な場合に角速度センサをスタンバイ状態とすることにより、消費電力を抑制することができる。

本実施形態に係る眼鏡型の電子機器の外観を例示す図である。 図１に示す眼鏡型電子機器の構成の一例を示す図である。 加速度センサの検出結果に応じて角速度センサを制御する処理を説明するためのフローチャートである。 加速度センサの検出結果に応じて角速度センサを制御する処理の一変形例を説明するためのフローチャートである。 加速度センサの検出結果に応じて角速度センサを制御する処理の他の一変形例を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電子機器について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る眼鏡型の電子機器の外観を例示する図である。図１に示す眼鏡型電子機器は、頭部の前面（顔）に位置するフロント部１と、頭部の側面（こめかみ）に位置する２本のテンプル部２と、このフロント部１及びテンプル部２を折り畳み自在に連結する２つの連結部３とを有する。

フロント部１は、眼鏡レンズを保持する２つのリム４と、当該２つのリム４を繋げるブリッジ５を有する。ブリッジ５は、例えば樹脂等で形成されており、ブリッジ５の内部には、後述する加速度センサ１０や角速度センサ２０等の電子部品が実装された回路基板６が収容される。

図２は、図１に示す眼鏡型電子機器の電気的な構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る眼鏡型電子機器は、例えば図２において示すように、加速度センサ１０と、角速度センサ２０と、処理部３０を有する。

加速度センサ１０は、眼鏡型電子機器に作用する加速度を検出するセンサであり、例えばＭＥＭＳ技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材がバネ力に抗して変位する距離を電気信号へ変換することにより、加速度に応じた信号を出力する。加速度センサ１０は、例えば、互いに直交する複数の軸方向（２軸方向，３軸方向）における加速度をそれぞれ検出する。

角速度センサ２０は、眼鏡型電子機器が運動する際の角速度を検出するセンサであり、例えばＭＥＭＳ技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材（運動体）を運動させ、回転運動によって機構部材に生じるコリオリ力に応じた角速度の検出信号を出力する。加速度センサ１０は、例えば、互いに直交する複数の軸方向（２軸方向，３軸方向）における角速度をそれぞれ検出する。

処理部３０は、加速度センサ１０及び角速度センサ２０からセンシング結果としてそれぞれ出力されるセンサ信号を処理し、眼鏡型電子機器の姿勢や動き、振動などを検出する。処理部３０は、例えばマイクロコンピュータや専用のロジック回路などを含んで構成される。

処理部３０は、機能的な処理ブロックとして、センサ信号処理部３１と、判定部３２と、角速度センサ制御部３３を有する。

センサ信号処理部３１は、加速度センサ１０において取得される加速度データ、及び、角速度センサ２０において取得される角速度データに基づいて、眼鏡型電子機器の姿勢や動き、振動などを検出する。例えば、センサ信号処理部３１は、後述する判定部３２において眼鏡型電子機器に外力が作用していないと判定される場合、加速度センサ１０において取得される加速度データに基づいて眼鏡型電子機器の姿勢を検出し、判定部３２において眼鏡型電子機器に外力が作用していると判定される場合は、角速度センサ２０において取得される角速度データに基づいて眼鏡型電子機器の姿勢を検出する。
なおセンサ信号処理部３１は、本発明における姿勢検出部の一例である。

判定部３２は、加速度センサ１０において取得される加速度データに基づいて、眼鏡型電子機器に重力と異なる外力が作用しているか否かを判定する。例えば判定部３２は、加速度センサ１０において検出される複数の軸方向での加速度を合成した合成加速度と所定のしきい値とを比較し、この比較結果に基づいて眼鏡型電子機器に重力以外の外力が作用しているか否かを判定する。

角速度センサ制御部３３は、眼鏡型電子機器に外力が作用していないと判定部３２において判定される場合、角速度の検出が不能なスタンバイ状態となり、眼鏡型電子機器に外力が作用していると判定部３２において判定される場合、角速度の検出が可能な起動状態となるように角速度センサ２０を制御する。すなわち、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０をスタンバイ状態とする場合、角速度検出に用いられる運動体が静止するように角速度センサ２０を制御し、角速度センサ２０を起動状態とする場合、運動体が所定の運動をするように角速度センサ２０を制御する。運動体が静止すると、角速度センサ２０の消費電力は大幅に低下する。

ここで、上述した構成を有する本実施形態に係る眼鏡型電子機器の動作を説明する。

処理部３０のセンサ信号処理部３１は、加速度センサ１０において取得される加速度データに基づいて眼鏡型電子機器の姿勢を検出することができるが、この姿勢は、加速度データによって示される重力加速度の方向に基づいて検出されるものであり、加速度データに重力加速度以外の成分が含まれている場合は、加速度データのみに基づいて正しい姿勢を検出することが困難になる。すなわち、加速度データに重力加速度以外の成分が含まれている場合には、角速度センサ２０において取得される角速度データに基づいて回転角度を算出し、この回転角度から姿勢を検出することが必要となる。このことは、逆に言えば、眼鏡型電子機に重力と異なる外力が作用してない状態（準静止状態）であれば、角速度センサ２０を使用しなくても、眼鏡型電子機器の姿勢を検出できることを意味する。従って、本実施形態に係る眼鏡型電子機器では、判定部３２において眼鏡型電子機器に外力が作用していないと判定した場合、角速度センサ２０をスタンバイ状態とする。

図３は、加速度センサ１０の検出結果に応じて角速度センサ２０を制御する処理を説明するためのフローチャートである。この図３に示す処理は、例えば一定時間ごとに反復して実行される。
まず判定部３２は、加速度センサ１０において加速度データＡを取得する（ＳＴ１０）。例えば判定部３２は、加速度センサ１０において取得される複数の軸方向の加速度データをベクトルとして合成した場合の合成ベクトルの大きさとして、加速度データＡを算出する。

次に判定部３２は、この加速度データＡを所定のしきい値ＴＨと比較する（ＳＴ２０）。このしきい値ＴＨは、例えば重力加速度より若干大きい値に設定される。

加速度データＡがしきい値ＴＨより大きいと判定部３２が判定した場合、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０を起動状態にする（ＳＴ３０）。例えば角速度センサ制御部３３は、内部の運動体が駆動されて所定の運動をするように角速度センサ２０を制御する。

他方、加速度データＡがしきい値ＴＨより小さいと判定部３２が判定した場合、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０をスタンバイ状態にする（ＳＴ４０）。例えば角速度センサ制御部３３は、内部の運動体が静止するように角速度センサ２０を制御する。運動体が静止することにより、角速度センサ２０の消費電力は大幅に小さくなる。

以上説明したように、本実施形態に係る眼鏡型電子機器によれば、加速度センサ１０において検出される加速度に基づいて、眼鏡型電子機器に重力と異なる外力が作用しているか否かが判定される。そして、外力が作用していないと判定された場合に角速度センサ２０がスタンバイ状態となり、外力が作用していると判定された場合に角速度センサ２０が起動状態となる。
これにより、眼鏡型電子機器が準静止状態となっている場合であって、加速度に基づいた眼鏡型電子機器の姿勢等の検出が可能な場合は、角速度センサ２０がスタンバイ状態となるため、角速度センサ２０が常に起動状態となっている従来の電子機器に比べて、消費電力を大幅に少なくすることができる。また、眼鏡型電子機器に外力が作用している場合、すなわち眼鏡型電子機器が動いている場合には、角速度センサ２０を起動状態にして、角速度センサ２０の検出信号から回転角度等を算出できるため、眼鏡型電子機器の姿勢等を正確に検出することできる。

次に、上述した実施形態の変形例について、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、加速度センサ１０の検出結果に応じて角速度センサ２０を制御する処理の一変形例を説明するためのフローチャートである。
図３に示す処理では、１つのしきい値ＴＨのみに基づいて眼鏡型電子機器に外力が作用しているか否かが判定されるため、加速度データＡがしきい値ＴＨに近い値で変動する場合、判定部３２の判定結果が頻繁に変化する。そこで、図４に示す処理では、２つのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて眼鏡型電子機器に外力が作用しているか否かが判定される。しきい値ＴＨ１，ＴＨ２は、何れも重力加速度より大きい値であり、しきい値ＴＨ１がしきい値ＴＨ２に比べて大きい（ＴＨ１＞ＴＨ２）。

まず判定部３２は、加速度センサ１０において加速度データＡを取得する（ＳＴ１０）。加速度センサ１０において複数の軸方向の加速度データが取得される場合には、その合成ベクトルの大きさとして、加速度データＡを算出する。

次に判定部３２は、この加速度データＡをしきい値ＴＨ１と比較する（ＳＴ１５）。加速度データＡがしきい値ＴＨ１より大きいと判定部３２が判定した場合、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０を起動状態にする（ＳＴ３０）。例えば角速度センサ制御部３３は、運動体が所定の運動をするように角速度センサ２０を制御する。

他方、加速度データＡがしきい値ＴＨ１より小さいと判定部３２が判定した場合、判定部３２は、加速度データＡをしきい値ＴＨ２と比較する（ＳＴ２５）。加速度データＡがしきい値ＴＨ２より小さい場合、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０をスタンバイ状態にする（ＳＴ４０）。例えば角速度センサ制御部３３は、内部の運動体が静止するように角速度センサ２０を制御する。運動体が静止することにより、角速度センサ２０の消費電力は大幅に小さくなる。

加速度データＡがしきい値ＴＨ１より小さくしきい値ＴＨ２より大きいと判定部３２が判定した場合（ＴＨ１＞Ａ＞ＴＨ２）、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０の状態を維持する。すなわち、角速度センサ制御部３３は、角速度センサ２０がスタンバイ状態であれば角速度センサ２０を引き続きスタンバイ状態とし、角速度センサ２０が起動状態であれば角速度センサ２０を引き続き起動状態とする。

このように、２つのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて眼鏡型電子機器に外力が作用しているか否かを判定することによって、加速度データＡがしきい値ＴＨ１やＴＨ２の近くで変動する場合でも、判定部３２における判定結果が頻繁に変化して角速度センサ２０が起動状態とスタンバイ状態を繰り返すことを防止できる。

図５は、加速度センサの検出結果に応じて角速度センサを制御する処理の他の一変形例を説明するためのフローチャートである。
上述した図３，図４に示す処理では、加速度データＡがしきい値ＴＨ（しきい値ＴＨ２）より小さいと判定部３２において判定された場合、角速度センサ制御部３３によって角速度センサ２０がスタンバイ状態とされるが、センサ信号処理部３１において角速度データに基づいて姿勢等の検出が行われている途中で角速度センサ２０がスタンバイ状態になると、センサ信号処理部３１の検出処理が処理結果を得る前に中止されてしまう可能性がある。そこで、図５に示す処理では、図４に示す処理におけるステップＳＴ２５とステップＳＴ４０の間に、角速度データの使用状態を判定するステップＳＴ３５が挿入される。センサ信号処理部３１で角速度データが使用されている場合、角速度センサ制御部３３は、判定部３２において角速度データＡがしきい値ＴＨ２より小さいと判定されても（眼鏡型電子機器に外力が作用していないと判定されても）、角速度センサ２０を起動状態に維持する。これにより、センサ信号処理部３１が角速度データを用いた処理を完了するまで角速度センサ２０が起動状態に維持されるため、センサ信号処理部３１の処理が無駄に中止されることを防止できる。

なお、ステップＳＴ３５と同様な処理は、図３に示すフローチャートにおけるステップＳＴ２０とステップＳＴ４０の間に挿入してもよい。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

例えば、上述した実施形態では、加速度センサ１０において複数の軸方向の加速度が検出される例を挙げたが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、加速度センサにおいて１つの軸方向の加速度のみが検出されてもよい。この場合、判定部では、１つの軸方向の加速度を所定のしきい値と比較した結果に基づいて、電子機器に外力が作用しているか否かを判定してもよい。

上述した実施形態では眼鏡型の電子機器を例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、加速度センサと角速度センサを備えた種々の電子機器（携帯電話機、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、携帯ゲーム機、ゲーム機用コントローラ、ウェアラブル・デバイス）に広く適用可能である。

１…フロント部、２…テンプル部、３…連結部、４…リム、５…ブリッジ、６…回路基板、１０…加速度センサ、２０…角速度センサ、３０…処理部、３１…センサ信号処理部、３２…判定部、３３…角速度センサ制御部。

Claims (6)

1. 加速度センサと角速度センサを搭載した電子機器であって、
   前記加速度センサにおいて検出される加速度に基づいて、前記電子機器に重力と異なる外力が作用しているか否かを判定する判定部と、
   前記外力が作用していない準静止状態と前記判定部において判定される場合、角速度の検出が不能なスタンバイ状態となり、前記外力が作用していると前記判定部において判定される場合、前記角速度の検出が可能な起動状態となるように前記角速度センサを制御する角速度センサ制御部と、
   前記外力が作用していない準静止状態と前記判定部において判定される場合、前記加速度センサにおける加速度の検出結果に基づいて姿勢を検出し、前記外力が作用していると前記判定部において判定される場合、前記角速度センサにおける角速度の検出結果に基づいて姿勢を検出する姿勢検出部と、
   前記加速度センサ及び前記角速度センサが実装された回路基板とを有し、
   前記回路基板が眼鏡のブリッジに収容される
   ことを特徴とする電子機器。
2. 前記判定部は、前記加速度センサにおいて検出される１つの軸方向での加速度、若しくは、前記加速度センサにおいて検出される複数の軸方向での加速度を合成した合成加速度と所定のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記電子機器に前記外力が作用しているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記判定部は、前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、重力加速度より大きい第１加速度を超える場合、前記電子機器に前記外力が作用していると判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記判定部は、
   前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、前記第１加速度より小さく前記重力加速度より大きい第２加速度に比べて小さい場合、前記電子機器に前記外力が作用していないと判定し、
   前記加速度センサにおいて検出される前記加速度若しくは前記合成加速度が、前記第１加速度から前記第２加速度までの範囲に含まれる場合、直前の判定結果を維持する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記角速度センサは、角速度の検出に用いられる運動体を含んでおり、
   前記角速度センサ制御部は、前記起動状態において前記運動体が運動し、前記スタンバイ状態において前記運動体が静止するように前記角速度センサを制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子機器。
6. 前記角速度センサ制御部は、前記角速度センサにおける角速度の検出結果に基づいた姿勢の検出が前記姿勢検出部において行われているときに、前記外力が作用していない準静止状態と前記判定部において判定された場合は、前記角速度センサの前記起動状態を維持する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電子機器。