JPWO2009037970A1 - 落下検知装置、磁気ディスク装置および携帯電子機器 - Google Patents

落下検知装置、磁気ディスク装置および携帯電子機器 Download PDF

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Abstract

ソフトウェアで判定を行う場合の処理負荷を軽減するとともに落下開始を確実に判定できるようにし、また必要に応じて落下予測も行えるようにした落下検知装置、それを備えた磁気ディスク装置および携帯電子機器を構成する。直交３軸方向の加速度（ax，ay，az）を求め、３軸方向の各加速度について、定常時の加速度（ax0，ay0，az0）と落下判定時の加速度（ax，ay，az）との差が大きくなるほど評価値が大きくなる評価関数に基づいて評価値を求め、この評価値が所定のしきい値を超えるか否かによって落下開始を判定する。

Description

この発明は、装置が落下状態であるか否かを、加速度を基に検知する落下検知装置、それを備えた磁気ディスク装置および携帯電子機器に関するものである。
従来、装置の落下状態を検知する装置として特許文献１，２が開示されている。
特許文献１の装置の構成を図１に示す。この落下検知装置は、加速度センサ１０、その加速度検出信号を微分して微分信号を出力する微分回路４２、微分信号が所定の第１のしきい値に達したか否かを判別する第１比較器４４、微分信号が第１のしきい値より高い第２のしきい値に達したか否かを判別する第２比較器４６、電圧検出器５０および処理回路４８を備えている。
この図１に示した落下検知装置は、加速度センサ１０の出力信号が予め定めた設定値に達して一定時間保たれている場合に、微分信号が第１のしきい値に達した時に第１処理状態と判定し、第２のしきい値に達した時に第２処理状態と判定することにより、例えば第１処理状態ではハードディスク装置の磁気ヘッドが例えば記録動作中であれば記録動作を一時停止させるような安全動作を制御し、第２処理状態と判断された場合に例えばハードディスク装置をさらに安全な状態に制御する。
特許文献２の落下検知装置は、加速度センサと落下判定処理部とを備え、その判定には加速度と加速度の微分値との両方を同時に用いるように構成されている。
特開２００５−１４７８９９号公報 特許第３４４１６６８号公報
ところが特許文献１の落下検知装置では、落下判定のために同時に２つのしきい値を用いる必要があるので判定処理が複雑となる。そのため、特にソフトウェアで判定を行う場合に、ＣＰＵの演算負荷が大きくなり、処理時間が長くなる等の問題が生じる。
また、特許文献１では、落下状態または衝撃が加わった状態のそれぞれについて判定が行えるが、落下の開始が疑われる状態を検出すること（落下予測）ができず、落下に対する早期の対応処理ができないという問題がある。
また、特許文献１では加速度を判定に用いているが、一般に加速度センサの加速度検出値にはオフセットを含んでいるため、加速度センサのオフセット調整が必要となる。
また、例えば回転しながら落下するような場合に、その遠心力による加速度が加算されることになるので、加速度の検出値には回転による遠心力の影響を受けやすく、装置が回転しながら落下するような場合に的確な落下判定がなされないというおそれもある。
特許文献２の落下検知装置でも、加速度と加速度の微分値の両方を同時に用いるため、判定処理が複雑であり、特許文献１の場合と同様の問題が生じる。また落下予測を行うこともできない。
さらに、加速度の微分値の変化は落下開始だけではなく、取り扱い時の単なる小さな衝撃（以下、「単発衝撃」という。）によっても生じる。そのため、加速度の微分値の変化だけでは本当に落下開始なのか、単発衝撃なのかの区別が付きにくい場合もあった。
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消して、ソフトウェアで判定を行う場合の処理負荷を軽減するとともに落下開始を確実に判定できるようにし、また必要に応じて落下予測をも行えるようにした落下検知装置、それを備えた磁気ディスク装置および携帯電子機器を提供することにある。
前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）加速度センサの出力信号を基に落下検知を行う落下検知装置であって、
直交３軸方向の加速度（ax，ay，az）を求める加速度検出手段と、
前記加速度検出手段により検出された３軸方向の各加速度について、定常時の加速度（ax0，ay0，az0）と落下判定時の加速度（ax，ay，az）との差が大きくなるほど評価値が大きくなる評価関数に基づいて評価値を求め、当該評価値が所定のしきい値を超えるか否かによって落下開始を判定する落下開始判定手段と、
を備える。
この構成により、例えば加速度の微分値の絶対値または加速度の絶対値の微分値の変化が、落下開始によるものであるのか、単発衝撃によるものであるのかの判別が的確にできる。
（２）前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は例えば下記の式で表されるものとする。
Ａ＝√｛(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2｝
これにより、物理的に加速度ベクトルの差のスカラーの大きさに基づいて落下開始と単発衝撃との判別ができる。
（３）前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は例えば下記の式で表されるものとする。
Ａ＝(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2
これにより、演算負荷の大きな平方根の演算が不要になり、演算能力が低くても高速な判定が可能となる。
（４）前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は例えば下記の式で表されるものとする。
Ａ＝｜ax−ax0｜＋｜ay−ay0｜＋｜az−az0｜
これにより、演算負荷の大きな平方根演算も自乗演算も不要になり、演算能力が低くても高速な判定が可能となる。
（５）前記定常時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の絶対値（｜ａ｜＝√(ax 2＋ay 2＋az 2)）の微分値を表す信号が、所定の負のしきい値に達する時点以前であり、前記落下判定時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の絶対値の微分値を表す信号が、所定の負のしきい値より負方向に下回る時点以後とする。
これにより、定常時および落下判定時の加速度の絶対値の微分値の監視と、落下開始判定手段による加速度の監視とは、この時間順序で順次行えばよいので、同時に複数のしきい値を基にする判定や同時に加速度と加速度の微分値を基にした判定を行う必要がなく、特にソフトウェアで判定を行う場合に、ＣＰＵの演算負荷が大きくなり、処理時間が長くなる等の問題が解消できる。
（６）前記定常時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の微分値の絶対値（｜ａ′｜）が、所定のしきい値に達する時点以前であり、前記落下判定時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の微分値の絶対値が、所定のしきい値を超える時点以後とする。
これにより、定常時および落下判定時の加速度の微分値の絶対値の監視と、落下開始判定手段による加速度の監視とは、この時間順序で順次行えばよいので、同時に複数のしきい値を基にする判定や同時に加速度と加速度の微分値を基にした判定を行う必要がなく、特にソフトウェアで判定を行う場合に、ＣＰＵの演算負荷が大きくなり、処理時間が長くなる等の問題が解消できる。
（７）また、前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の絶対値が、所定時間内に所定のしきい値を下回るか、定常状態より低い所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える。
（８）また、前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の絶対値の微分値が、所定時間内に所定のしきい値を上回るか、０付近の所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える。
（９）また、前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の微分値の絶対値が、所定時間内に所定のしきい値を下回るか、０付近の所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える。
これにより、落下開始判定手段による落下開始の判定とは別に、落下中状態検出手段が低重力状態へ移行したことを的確に検出できる。そのため落下に対する的確な処理が可能となる。また落下開始判定手段による落下開始の判定と落下中状態検出手段による落下中状態の検出とで２段階の状態に応じた落下に対する処理を行うことができる。
（１０）前記落下検知装置を備えた磁気ディスク装置であって、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が前記落下開始状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備える。
これにより、磁気ディスク装置を保護することができ、且つ誤検知が少ないので使用中の磁気ディスク装置の応答速度の低下の問題が解消できる。
（１１）前記落下検知装置を備えた磁気ディスク装置であって、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が前記落下中状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備える。
これにより、磁気ディスク装置を保護することができ、且つ誤検知が少ないので使用中の磁気ディスク装置の応答速度の低下の問題が解消できる。
（１２）前記落下検知装置と、衝撃対策処理可能なデバイスとを備えた携帯電子機器であって、前記落下検知装置が前記落下開始状態を検知したとき、前記デバイスに対して前記衝撃対策処理を施す衝撃対策処理手段とを備える。
これにより、落下開始状態に備える処理を行うことができるので、衝撃対策処理可能なデバイスを有効に制御して携帯電子機器の安全性が高められる。
（１３）前記落下検知装置と、衝撃対策処理可能なデバイスとを備えた携帯電子機器であって、前記落下検知装置が前記落下中状態を検知したとき、前記デバイスに対して前記衝撃対策処理を施す衝撃対策処理手段とを備える。
これにより、落下中状態を検知した時に落下に対する処理を行うことができるので、衝撃対策処理可能なデバイスを有効に制御して携帯電子機器の安全性が高められる。
この発明によれば、ソフトウェアで判定を行う場合の処理負荷を軽減するとともに落下開始を確実に判定できるようになり、また必要に応じて落下予測も行える落下検知装置、それを備えた磁気ディスク装置および携帯電子機器が構成できる。
特許文献１の落下検知装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。 同落下検知装置の加速度センサの検出した加速度の絶対値と加速度の微分値の絶対値の変化の例、および第１段階Ｓ１〜第５段階Ｓ５の各段階の遷移状態を示す図である。 落下および単発の衝撃による、加速度の微分値の絶対値の変化について示す図である。 落下および単発の衝撃による、加速度ベクトルの変化について示す図である。 制御部の処理内容の一部を示すフローチャートである。 第１段階での処理手順を示すフローチャートである。 第２段階での処理手順を示すフローチャートである。 第３段階での処理手順を示すフローチャートである。 第４段階での処理手順を示すフローチャートである。 第５段階での処理手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る落下検知装置の加速度センサの検出した加速度の絶対値とその微分値の変化の例、および第１段階Ｓ１〜第５段階Ｓ５の各段階の遷移状態を示す図である。 制御部の処理内容の一部を示すフローチャートである。 第１段階での処理手順を示すフローチャートである。 第２段階での処理手順を示すフローチャートである。 第３段階での処理手順を示すフローチャートである。 第４段階での処理手順を示すフローチャートである。 第５段階での処理手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る携帯電子機器の構成を示すブロック図である。
符号の説明
６０−加速度センサ
１００−落下検知装置
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係る落下検知装置の構成を示すブロック図である。落下検知装置１００は、加速度を検出して加速度に対応したアナログ電圧信号を出力する加速度センサ６０、加速度センサ６０の出力電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ７２、ＲＯＭ／ＲＡＭ、外部インタフェース等の周辺装置７６、およびＡ／Ｄコンバータ７２の出力データを基にして落下検知を行い、検知結果を外部（ホスト装置）へ出力するＣＰＵ７４から構成している。ここで、Ａ／Ｄコンバータ７２、周辺装置７６、およびＣＰＵ７４は例えば１チップマイコン７０の内部に構成している。
落下方向がどの向きであるか不定である場合にも、その落下を検知するために、３次元方向の加速度を検出して、それらを基にして落下検知を行う。この場合、具体的には、図２において加速度センサ６０は互いに直交するＸ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向の加速度をそれぞれ検出する３つの加速度センサで構成し、Ａ／Ｄコンバータ７２は各加速度センサの出力電圧をそれぞれディジタルデータに変換する。ＣＰＵ７４は、例えば加速度の絶対値を求める際に、各軸方向の加速度をａｘ，ａｙ，ａｚで表すと、ベクトルである加速度ａの絶対値｜ａ｜は、｜ａ｜＝√（ａｘ2 ＋ａｙ2 ＋ａｚ2 ）の演算によって求める。
加速度センサとしては、圧電型、ピエゾ抵抗型、容量型など各種形式の加速度センサを用いることができる。
図３は前記落下検知装置１００が落下の前後で受ける加速度の絶対値と加速度の微分値の絶対値の時間経過の例を示している。ここで横軸は経過時間ｔ［ｍｓ］である。縦軸は加速度の絶対値｜ａ｜および加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜であり、加速度の絶対値｜ａ｜は、３軸方向の加速度（Ａ／Ｄコンバータ７２の各出力値）の自乗和の平方根、加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜は、３軸方向の各加速度の単位時間での差分値の絶対値（自乗和の平方根）である。
図３において、加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ１に達する時点以前は第１段階Ｓ１「定常状態」である。したがって加速度は重力加速度（＝１Ｇ）であり、この時のＡ／Ｄコンバータの出力値は約６００である。また加速度の絶対値｜ａ｜はほぼ一定であるので、加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜はほぼ０である。その後のある時点で落下が開始すると、加速度の絶対値｜ａ｜は急激に低下し、加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜は大きくなる。
加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ１を超えた時点以後は第２段階Ｓ２「落下開始状態」になった可能性があるものと見なす。後述するように単発衝撃によってもこの加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜は山形に変化するので、真に第２段階Ｓ２「落下開始状態」になったか否かは、後述するさらに別の判定を行った結果によって判明する。
その後、落下検知装置は自由運動により低重力状態（無重力状態）となり、加速度の絶対値｜ａ｜および加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜は共にほぼ０となる。但し、加速度センサ６０の出力にオフセットが存在する場合には、図３に示すように加速度の絶対値｜ａ｜は完全に０とはならない。
加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ２を下回ったとき、または０付近の所定の範囲内に入ったとき、第３段階Ｓ３「低重力状態」になった可能性があるものと見なす。後述するように単発衝撃によってもこの加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜は山形に変化するので、第３段階Ｓ３「低重力状態」になったものと見なすために、後述するさらに別の判定を行う。なお、加速度の絶対値｜ａ｜が、所定のしきい値を下回るか、定常状態より低い所定の範囲内に入るか否かを判定することによって、第３段階Ｓ３「低重力状態」になった可能性があるものと見なすようにしてもよい。
この低重力状態が一定時間Ｔ３経過した時点で「落下中状態」になったものと見なす。第４段階Ｓ４はその「落下中状態」である。
その後、落下検知装置は（それを搭載した電子機器は）床等に衝突して、落下検知装置の加速度の絶対値｜ａ｜は急激に上昇する。またバウンド等を繰り返すことによって加速度の絶対値｜ａ｜は大きく変動する。図中の第５段階Ｓ５がこの「落下衝撃状態」を表している。
その後、バウンドが収まると、または人が電子機器を持ち上げて加速度が安定すると第１段階Ｓ１「定常状態」に戻る。
なお、図３に示した例ではクッション材の上に落下させたため、第５段階Ｓ５の時間が比較的長く現れている。
図４は前述したように落下検知装置に単発衝撃が加わった場合の加速度の微分値の絶対値の時間経過の例を示している。
図４（Ａ）は落下の場合、図４（Ｂ）は単発衝撃の場合である。落下の場合には、図４（Ａ）に示すように、落下開始時点ｔ１の直後に加速度の微分値の絶対値の山が表れる。その後、時刻ｔ４で着地すると加速度の微分値の絶対値が大きく変動することになる。
これに対して単発衝撃の場合には、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１で衝撃が発生した場合（例えばセンサを指で軽く弾いた場合）、その直後に加速度の微分値の絶対値の山が表れる。この山の形状が落下の場合に生じる山と非常に似ている場合がある。単発衝撃の場合には当然着地がないので、図４（Ａ）のｔ４以降のような変動が表れない。このような着地による変化がないことで結果的に単発衝撃であったことが分かるが、それだけの時間を待って判定をしたのでは、実際に落下であった場合に間に合わない。加速度の微分値の絶対値の山が表れた後に、それが落下によるものであるのか単発衝撃によるものであるのかを直ちに判定しなければならない。
そこで、加速度の変化を基にして前記落下と単発衝撃との判別を行う。図５はその方法について示す図である。
ここで、直交３軸方向の加速度を（ａｘ，ａｙ，ａｚ）で表している。図５（Ａ）は落下前と落下開始後の加速度ベクトルの変化を示している。また図５（Ｂ）は衝撃開始前と開始後の加速度ベクトルの変化を示している。図５（Ａ）に示すように、落下開始前に加速度センサは重力加速度（１Ｇ）を受けているので、加速度の空間で表せば、加速度ベクトルが１Ｇの球面上の或る点に存在し、落下を開始すると低重力状態（０Ｇ）となるので加速度空間上で原点に移動することになる。
一方、単発衝撃の場合には、図５（Ｂ）に示すように衝撃により一瞬だけ１Ｇの球面上を離れるが、直ちに前記球面上に復帰する。
そこで落下開始直前の加速度ベクトルと落下判定を行う際の加速度ベクトルとを比較し、加速度空間上の移動距離（加速度ベクトルの差のスカラー量）があるしきい値（例えば０．５Ｇ）以上であれば落下と見なし、そのしきい値未満であれば単発衝撃と見なして落下ではないと判定する。
図２に示したＣＰＵ７４は、同図のＡ／Ｄコンバータ７２の出力値を基にして落下検知を行う。図６〜図９はそのための処理手順をフローチャートとして表したものである。
図６は加速度センサの出力から落下検知のための基になるデータを生成する処理手順である。まず、Ａ／Ｄコンバータ７２の出力値（加速度ａの値）を入力する（ｎ１）。続いてその微分値ａ′を演算する（ｎ２）。具体的には、前回の加速度と今回の加速度との差分を加速度の微分値ａ′として求める。続いてその絶対値｜ａ′｜を演算する（ｎ３）。すなわちａ′のスカラー量を求める。この図６に示した処理は、サンプリング周期毎に繰り返し行う。
図７は第１段階の処理手順を示すフローチャートである。
まず加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ１以下であるか否かを判定し、以下であればその時の加速度ａを定常時の加速度ａｏとして記憶する（ｎ１１→ｎ１２）。
加速度の微分値の絶対値がしきい値ＤＡｔｈ１を超えると、その時の時刻ｔ１を記憶して第２段階へ移る（ｎ１３）。
図８はその第２段階での処理手順を示すフローチャートである。
まず現在時刻ｔを所得し、第２段階へ移ってからの経過時間（ｔ−ｔ１）を計算する（ｎ２１）。
加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ２を下回るか否かを判定し、下回れば、定常時の加速度ａｏ（ax0，ay0，az0）と落下判定時の加速度ａ（ax，ay，az）との差が大きくなるほど評価値が大きくなる所定の評価関数に基づいて評価値Ａを求める（ｎ２２→ｎ２４）。例えば定常時の加速度ａｏと落下判定時の加速度ａとの差の絶対値を評価値Ａとする。そして、この評価値Ａがしきい値ＤＡｔｈ０を超えれば、その時の時刻ｔ２を記憶し、落下開始信号（落下警告）を出力する（ｎ２５→ｎ２６→ｎ２７）。その後、第３段階へ移行する。なお、ステップｎ２２の判定では、加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜が、０付近の所定の範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。また、加速度の絶対値｜ａ｜が、所定のしきい値を下回るか、定常状態より低い所定の範囲内に入るか否かを判定するようにしてもよい。
もし評価値Ａがしきい値ＤＡｔｈ０を超えなければ、今回の加速度ａの微分値の絶対値｜ａ′｜の山なりの変化は図４（Ｂ）に示したような単発衝撃によるものと見なして第１段階へ戻る（ｎ２５→第１段階）
また、規定時間Ｔ２以内に加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ２を下回らなければ単に軽い衝撃が継続的に加わっているものと見なして（すなわち落下開始によるものではないものと見なして）第１段階へ戻る（Ｓ２３→第１段階）。
図９は第３段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第３段階へ移行してからの経過時間（ｔ−ｔ３）を計算する（ｎ３１）。そして加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がほぼ０となったか否かを判定し、ほぼ０となる時間がＴ３を超えれば、落下が開始して落下中であることを表す落下中信号を出力する（ｎ３２→ｎ３３→ｎ３４）。そして第４段階へ移行する。
もし規定値Ｔ３以内に加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がほぼ０にならなければ、この第３段階へ移行した現象が落下によるものではないと見なして第１段階へ戻る（Ｓ３２→第１段階）。
図１０は第４段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第３段階へ移行してからの経過時間（ｔ−ｔ３）を計算する（ｎ４１）。そして加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がしきい値ＤＡｔｈ３を超えるか否かを判定し、超えれば接地による大きな衝撃が生じたものと見なし、その時刻ｔ４を記憶し、衝撃信号を出力して第１段階へ戻る（ｎ４２→ｎ４３→ｎ４４）。
また加速度の微分値の絶対値がしきい値ＤＡｔｈ３を超えない場合でも経過時間（ｔ−ｔ３）が規定時間Ｔ４を超えれば、衝撃が未然に回避されたものと見なして第１段階へ戻る（ｎ４５→第１段階）。）
図１１は第５段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第５段階に移ってからの経過時間（ｔ−ｔ４）を計算する（ｎ５１）。加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がほぼ０となれば、定常状態である第１段階へ戻る（ｎ５１→ｎ５２→第１段階）。もし経過時間（ｔ−ｔ４）が所定時間Ｔ５を経過しても加速度の微分値の絶対値｜ａ′｜がほぼ０にならなければ、例えば落下検知装置が衝撃により異常状態となったものと見なす異常処理を行う（ｎ５３→ｎ５４）。
《第２の実施形態》
第１の実施形態では加速度の微分値の絶対値を基にして各状態の判定を行ったが、この第２の実施形態では加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′を基にして同様の判定を行う。落下検知装置全体の構成は第１の実施形態で図２に示したものと同様である。またＣＰＵ７４の実行する基本的な処理内容は第１の実施形態の場合と同様である。
図１２は第２の実施形態に係る落下検知装置の落下の前後で受ける加速度と加速度の微分値の時間経過の例を示している。ここで横軸は経過時間ｔ［ｍｓ］である。縦軸は加速度の絶対値｜ａ｜およびその微分値の絶対値｜ａ｜′である。この加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′は、３軸方向の加速度（Ａ／Ｄコンバータ７２の各出力値）の自乗和の平方根の単位時間での差分値である。
図１２において、加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ１に達する時点以前は第１段階Ｓ１「定常状態」と見なす。加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ１を下回る時点以後は第２段階Ｓ２「落下開始状態」と見なす。
その後、｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ２〜ＤＡｔｈ４の範囲内に入ったとき、第３段階Ｓ３「低重力状態」になったものと見なす。このように｜ａ｜′が単にしきい値ＤＡｔｈ２を超えたか否かを判定するのではなく、所定範囲内に入ったか否かを判定することによって、装置の振動を誤って落下と判定することが無い。
この低重力状態が一定時間Ｔ３経過した時点で「落下中状態」になったものと見なす。第４段階Ｓ４はその「落下中状態」である。
その後、加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ３を超えたとき、第５段階Ｓ５「落下衝撃状態」になったものと見なす。
さらにその後、｜ａ｜′がほぼ０となったとき、第１段階Ｓ１「定常状態」になったものと見なす。
図１３は加速度センサの出力から落下検知のための基になるデータを生成する処理手順である。まず、Ａ／Ｄコンバータ７２の出力値（加速度ａの値）を入力する（ｎ１０１）。続いてその絶対値｜ａ｜を演算する（ｎ１０２）。すなわちａのスカラー量を求める。その後、前回の加速度の絶対値と今回の加速度の絶対値との差分を加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′として求める。この図１３に示した処理は、サンプリング周期毎に繰り返し行う。
図１４は第１段階の処理手順を示すフローチャートである。
まず加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ１を下回るか否かを判定し、下回らない状態であれば、その時の加速度ａを定常時の加速度ａｏとして記憶する（ｎ１１１→ｎ１１２）。
加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ１を下回ると、その時の時刻ｔ１を記憶して第２段階へ移る（ｎ１１３→第２段階）。
図１５はその第２段階での処理手順を示すフローチャートである。
まず現在時刻ｔを所得し、第２段階へ移ってからの経過時間（ｔ−ｔ１）を計算する（ｎ１２１）。
加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ２を超え且つＤＡｔｈ４を下回るか否かを判定し、この範囲内にあれば、定常時の加速度ａｏ（ax0，ay0，az0）と落下判定時の加速度ａ（ax，ay，az）との差が大きくなるほど評価値が大きくなる所定の評価関数に基づいて評価値Ａを求める（ｎ１２４）。例えば定常時の加速度ａｏと落下判定時の加速度ａとの差の絶対値を評価値Ａとする。そして、この評価値Ａがしきい値ＤＡｔｈ０を超えればその時の時刻ｔ２を記憶し、落下開始信号（落下警告）を出力する（ｎ１２５→ｎ１２６→ｎ１２７）。その後、第３段階へ移行する。
なお、ステップｎ１２２では、加速度の絶対値の微分値が所定のしきい値ＤＡｔｈ２を上回るか否かを判定するようにしてもよい。
もし評価値Ａがしきい値ＤＡｔｈ０を超えなければ、今回の加速度ａの絶対値の微分値｜ａ｜′の山なりの変化は図４（Ｂ）に示したような単発衝撃によるものと見なして第１段階へ戻る（ｎ１２５→第１段階）
また、加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′が上記範囲内に入らない時には経過時間（ｔ−ｔ１）が規定時間Ｔ２を超えるか否かを判定する（ｎ１２２→ｎ１２３）。この規定時間Ｔ２以内に加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′が上記範囲内に入らなければ単に軽い衝撃が継続的に加わっているものと見なして（すなわち落下開始によるものではないものと見なして）第１段階へ戻る（Ｓ１２３→第１段階）。
図１６は第３段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第３段階へ移行してからの経過時間（ｔ−ｔ３）を計算する（ｎ１３１）。そして加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ２を超え且つＤＡｔｈ４を下回るか否かを判定し、この範囲内に入る時間がＴ３継続すれば、落下が開始して落下中であることを表す落下中信号を出力する（ｎ１３２→ｎ１３３→ｎ１３４）。そして第４段階へ移行する。
もし規定値Ｔ３に達するまでに加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′が上記範囲を超えてしまえば、この第３段階へ移行した現象が落下によるものではないと見なして第１段階へ戻る（Ｓ１３２→第１段階）。
図１７は第４段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第３段階へ移行してからの経過時間（ｔ−ｔ３）を計算する（ｎ１４１）。そして加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ３を超えるか否かを判定し、超えれば接地による大きな衝撃が生じたものと見なし、その時刻ｔ４を記憶し、衝撃信号を出力して第１段階へ戻る（ｎ１４２→ｎ１４３→ｎ１４４）。
また加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がしきい値ＤＡｔｈ３を超えない場合でも経過時間（ｔ−ｔ３）が規定時間Ｔ４を超えれば、衝撃が未然に回避されたものと見なして第１段階へ戻る（ｎ１４５→第１段階）。
図１８は第５段階での処理手順を示すフローチャートである。まず現在の時刻ｔを取得し、第５段階に移ってからの経過時間（ｔ−ｔ４）を計算する（ｎ１５１）。加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がほぼ０となれば、定常状態である第１段階へ戻る（ｎ１５１→ｎ１５２→第１段階）。もし経過時間（ｔ−ｔ４）が所定時間Ｔ５を経過しても加速度の絶対値の微分値｜ａ｜′がほぼ０にならなければ、例えば落下検知装置が衝撃により異常状態となったものと見なす異常処理を行う（ｎ１５３→ｎ１５４）。
なお、第１・第２の実施形態では、定常時の加速度ａｏと落下判定時の加速度ａとの差の絶対値を評価値Ａとする例を示した。例えば、定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これは次式で表される。
Ａ＝√｛(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2｝
上記評価値は、定常時の加速度と落下判定時の加速度との差が大きくなるほど値が大きくなる評価関数に基づいて求めればよく、例えば次の式によって求めてもよい。
Ａ＝(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2
Ａ＝｜ax−ax0｜＋｜ay−ay0｜＋｜az−az0｜
《第３の実施形態》
図１９はハードディスクドライブ装置等の磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。ここで、読み書き回路２０２はヘッド２０１を用いて磁気ディスク上のトラックに、書き込まれているデータの読み取りまたは書き込みを行う。制御回路２００は読み書き回路２０２を介してデータの読み書き制御を行い、この読み書きデータを、インタフェース２０５を介してホスト装置との間で通信する。また制御回路２００はスピンドルモータ２０４を制御し、ボイスコイルモータ２０３を制御する。また制御回路２００は落下検知装置１００による落下検知信号を読み取って、落下状態の時、ボイスコイルモータ２０３を制御してヘッド２０１を退避領域に退避させる。これにより、例えば、ハードディスク装置が搭載された携帯機器を落下させた際に、携帯機器が床や地面に衝突するまでにヘッドを磁気ディスクの領域から退避領域へ退避させるので、ヘッド２０１の磁気ディスクの記録面に対する接触による損傷が防止できる。
《第４の実施形態》
図２０は、ハードディスクドライブ装置を内蔵したノートパソコンや音楽・映像再生装置等の携帯電子機器の構成を示すブロック図である。ここで落下検知装置１００の構成は第１・第２の実施形態で示したとおりである。デバイス３０１は落下時の衝突による衝撃から保護する必要のあるデバイスであり、且つそのための対策処理可能なデバイスである。例えばハードディスクドライブ装置である。制御回路３００は落下検知装置１００の出力信号を基にしてデバイス３０１を制御する。例えば落下検知装置１００から落下警告信号（落下開始信号）を受け取ったなら、デバイス３０１に対して落下時の衝撃に備えた予備的な第１段階の制御を行う。また落下中状態を表す信号（落下中信号）を受け取ったなら、デバイス３０１に対して落下時の衝撃に備えた第２段階の制御を行う。

Claims (13)

  1. 加速度センサの出力信号を基に落下検知を行う落下検知装置であって、
    直交３軸方向の加速度を求める加速度検出手段と、
    前記加速度検出手段により検出された３軸方向の各加速度について、定常時の加速度と落下判定時の加速度との差が大きくなるほど評価値が大きくなる評価関数に基づいて評価値を求め、当該評価値が所定のしきい値を超えるか否かによって落下開始を判定する落下開始判定手段と、を設けた落下検知装置。
  2. 前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は下記の式で表されるものである請求項１に記載の落下検知装置。
    Ａ＝√｛(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2｝
  3. 前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は下記の式で表されるものである請求項１に記載の落下検知装置。
    Ａ＝(ax−ax0)2＋(ay−ay0)2＋(az−az0)2
  4. 前記評価関数の値をＡ、前記定常時の前記３軸方向の加速度を（ax0，ay0，az0）、前記落下判定時の加速度を（ax，ay，az）としたとき、これらの関係は下記の式で表されるものである請求項１に記載の落下検知装置。
    Ａ＝｜ax−ax0｜＋｜ay−ay0｜＋｜az−az0｜
  5. 前記定常時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の絶対値の微分値が所定の負のしきい値に達する時点以前であり、前記落下判定時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の絶対値の微分値が所定の負のしきい値より負方向に下回る時点以後である請求項１〜４のいずれかに記載の落下検知装置。
  6. 前記定常時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の微分値の絶対値が所定のしきい値に達する時点以前であり、前記落下判定時は、前記加速度検出手段により検出された加速度の微分値の絶対値が所定のしきい値を超える時点以後である請求項１〜４のいずれかに記載の落下検知装置。
  7. 前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の絶対値が、所定時間内に所定のしきい値を下回るか、定常状態より低い所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える請求項１〜６のいずれかに記載の落下検知装置。
  8. 前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の絶対値の微分値が、所定時間内に所定のしきい値を上回るか、０付近の所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える請求項１〜６のいずれかに記載の落下検知装置。
  9. 前記落下開始判定手段によって落下開始状態と見なされた後、前記加速度の微分値の絶対値が、所定時間内に所定のしきい値を下回るか、０付近の所定の範囲内に入る低重力状態が所定時間以上継続する落下中であるか否かを検出する落下中検出手段と、を備える請求項１〜６のいずれかに記載の落下検知装置。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載の落下検知装置と、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が前記落下開始状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備えた磁気ディスク装置。
  11. 請求項７〜９のいずれかに記載の落下検知装置と、磁気ディスクに対してデータの記録または読み出しを行うヘッドと、前記落下検知装置が前記落下中の状態を検知したとき、前記ヘッドを退避領域に退避させるヘッド退避手段とを備えた磁気ディスク装置。
  12. 請求項１〜９のいずれかに記載の落下検知装置と、衝撃対策処理可能なデバイスとを備えた携帯電子機器であって、前記落下検知装置が前記落下開始状態を検知したとき、前記デバイスに対して前記衝撃対策処理を施す衝撃対策処理手段とを備えた携帯電子機器。
  13. 請求項７〜９のいずれかに記載の落下検知装置と、衝撃対策処理可能なデバイスとを備えた携帯電子機器であって、前記落下検知装置が前記落下中の状態を検知したとき、前記デバイスに対して前記衝撃対策処理を施す衝撃対策処理手段とを備えた携帯電子機器。
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