(57)【要約】【課題】  可搬型もしくは携帯型電子機器等に強い衝撃が加わった時にその衝撃値を検出し、又はその衝撃の履歴を記録する目的に利用可能な、低消費電流で運用できるデュアル加速度センサシステムを提供する。【解決手段】  低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサと信号処理回路、両センサの信号切換と信号処理回路の動作特性を切換えるモード制御部を備える。低レンジ加速度センサの検出信号を低レンジ用動作特性で信号処理する低レンジモードと高レンジ加速度センサの検出信号を高レンジ用動作特性で信号処理する高レンジモードとを切換える。低レンジモードで信号処理結果の大きさが第１の閾値を超えたか否かを判断し、否であれば低レンジモードを継続し、正であれば高レンジモードに切換える。高レンジモードで、信号処理結果の大きさが第２の閾値より小を所定時間継続した時に低レンジモードに戻り、否の時は高レンジモードを継続する。【選択図】      図１
2008175771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサ、信号処理回路、両センサの信号切換と
信号処理回路の動作特性切換えるモード制御部を備え、該モード制御部は低レンジ加速度
センサの検出信号を低レンジ用動作特性で信号処理する低レンジモードと、高レンジ加速
度センサの検出信号を高レンジ用動作特性で信号処理する高レンジモードとを切換えるも
ので、低レンジモードでは信号処理結果の大きさが第１の閾値を超えたか否かを判断し、
否であれば低レンジモードを継続し、正であれば高レンジモードに切換え、高レンジモー
ドでは、信号処理結果の大きさが第２の閾値より小を所定時間継続したときに低レンジモ
ードに戻り、所定時間未達のときは高レンジモードを継続することを特徴とするデュアル
加速度センサシステム。
【請求項２】
信号処理回路は、その動作特性が低レンジモードでは比較的低速で、高レンジモードで
は比較的高速で動作する特性に切換えられることを特徴とする請求項１に記載のデュアル
加速度センサシステム。
【請求項３】
信号処理回路は、Ａ／Ｄ変換器とディジタル処理部を含み、Ａ／Ｄ変換の変換動作が低レ
ンジモードでは比較的低い周波数で動作し、高レンジモードでは比較的高い周波数で動作
するように切換えられることを特徴とする請求項１に記載のデュアル加速度センサシステ
ム。
【請求項４】
低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサの少なくとも一方は３軸加速度センサで
あり、３軸加速度センサの３つの検出信号が時分割多重して前記信号処理回路に導かれ、
該信号処理回路は該検出信号の時分割に同期して信号処理することを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載のデュアル加速度センサシステム。
【請求項５】
低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサそれぞれのセンサの検出軸信号を時分割
多重するマルチプレクサと、両センサの信号切換えスイッチを同一チップに構築し、セン
サチップとＩＣ間の接続本数を節減したことを特徴とする請求項４に記載のデュアル加速
度センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬型もしくは携帯型電子機器等に強い衝撃が加わったときにその衝撃値を
検出し、又はその衝撃の履歴を記録する用途に利用可能なデュアル加速度センサシステム
に関する。
【背景技術】
【０００２】
可搬型もしくは携帯型電子機器はその性格上、使用中あるいは携帯中に振動や衝撃が加
わり易い。極端には、誤って落下させられる危険性もある。ノート型パソコンや一部のデ
ィジタル型ビデオカメラのように、磁気ディスクを内蔵するものは特に衝撃に対してデリ
ケートであり、振動や衝撃に備えた保護策が必要である。このような保護策の従来例が特
許文献１から３に記載されている。特許文献１には落下を検知して落下衝突前に磁気ヘッ
ドを安全領域に退避させるものが記載されている。３軸加速度センサを備え、加速度信号
が３軸共に略零の小加速度値になり、それが所定時間継続したときに自由落下中であると
判断して、磁気ヘッドを退避領域に移動させて、落下衝突時の衝撃による磁気ディスクの
破壊を防止している。
【０００３】
特許文献２には強い衝撃を検知した時に引き続く次の衝撃に備えて磁気ヘッドを安全領
域に退避させるものが記載されている。振動検出センサとこの振動検出センサが出力する
振動のレベルが基準値を超える強レベルか否かを判断する振動判断手段を具備し、振動が
強レベルの場合にはヘッドを記録媒体のデータ記録領域から非記録領域に退避させ、デー
タ記録領域の損傷を防止している。また特許文献３にはノート型パソコンの姿勢の揺れを
検知して磁気ヘッドを安全領域に退避させるものが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４１４４２号  公報
【特許文献２】特開２００３−５９２２２号  公報
【特許文献３】特開２００４−１４６０３６号  公報
【０００５】
しかし、前記のような保護策は万全ではなく、大きな衝撃により修理を必要とする程度
の損傷に至るケースや、あるいは小さな衝撃が度重なって損傷につながるケースも予測さ
れる。大抵の製品は、購入後一定期間内の故障についてはメーカー側が無償で修理する旨
の無償修理保証規定を設けているのが普通であるが、その場合の免責事項として「過った
使用による故障」を明記しているものが多い。落下や大きな衝撃による損傷は「過った使
用による故障」に該当すると見なすのが妥当であるが、機器の筐体等の外観に目立った損
傷が無い場合には、故障が落下や衝撃によるものかどうかの判定がし難いのが実状である
。このような課題に応える従来技術として、特許文献４に高感度検出出力と低感度検出出
力を出力する３軸加速度センサと、該加速度センサの高感度検出出力に基づき落下を判定
する落下判定手段と、不揮発性の半導体メモリとを備え、該落下判定手段が落下中の判定
をしたときに該加速度センサの低感度検出出力に関するデータを該不揮発性の半導体メモ
リに短時間記録することで、不揮発性半導体メモリの記録内容を事後に解析し、この携帯
機器に落下衝突の事実があったかどうかを判定するものが記載されている。
【０００６】
【特許文献４】特開２００５−２４１５０３号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
衝撃の履歴記録を目的とする上では、一度だけの衝撃ではなく時間をおいて不定期に起
こりうる衝撃を逃さず記録できることが望ましい。高感度検出部と低感度検出部とを切換
えて信号処理するシステムでは、特に低感度と高感度を適宜切り替える方法が重要である
。この観点において前記特許文献４の技術は十分とは言えない。また、一般に衝撃時の加
速度変化は高速であり、その振動波形は衝突対象物の硬さや衝突時の姿勢などに依存する
ので一定ではないが、概略周期が１ミリ秒前後の減衰振動波形であることが多い。これは
携帯機器が置かれている姿勢の変化や揺動等によって生じる波形に比べて格段に高速の波
形である。また、落下検知の場合と比べても、例えば６０ｃｍの高さから落下した場合、
理論上の落下時間は約３５０ミリ秒であるから、落下を検知するために必要な加速度の測
定頻度は数ミリ秒周期程度と割合ゆっくりとしたもので十分であるのに対して、周期が１
ミリ秒前後の衝撃振動波形を正しく捕捉するには、測定頻度を０．１ミリ秒周期程度かそ
れ以上の高速にしなければならない。
【０００８】
そのため、この振動波形を増幅並びにＡ／Ｄ変換する信号処理部はそれに見合った高速
動作が必要であり、高速動作を実現するために必然的に消費電流が増大するという問題が
ある。この消費電流の問題は、いつ起こるか予測し得ない衝撃を逃さず記録すると言う命
題に対して極めて重大である。なぜなら、システムの動作停止状態においても衝撃監視を
継続しなければならず、消費電流（消費電力）のわずかな増大であってもバッテリーの消
耗になるからである。
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みて成されたもので、可搬型もしくは携帯型電子機器等
に強い衝撃が加わったときにその衝撃値を検出し、又はその衝撃の履歴を記録する目的に
利用可能であって、低消費電流で運用できるデュアル加速度センサシステムを提供するこ
とを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のデュアル加速度センサシステムは、比較的低い加速度領域を受け持つ低レンジ
加速度センサと、比較的高い加速度領域を受け持つ高レンジ加速度センサ、両センサの検
出信号を切換えて一方ずつ増幅もしくは補正等を行う信号処理回路、両センサの信号切換
と信号処理回路の動作特性切換えによりシステムの動作モードを切換えるモード制御部を
備える。該モード制御部は、低レンジ加速度センサの検出信号を低レンジ用動作特性で信
号処理する低レンジモードと、高レンジ加速度センサの検出信号を高レンジ用動作特性で
信号処理する高レンジモードに、以下のアルゴリズムにより切換える。
（１）最初は低レンジモードで動作する。
（２）信号処理結果の大きさが第１の閾値（Ｔｈ１）を超えたか否かを判断し、否であれ
ば低レンジモードを継続する。正であれば高レンジモードに切換える。
（３）高レンジモードで、信号処理結果の大きさが第２の閾値（Ｔｈ２）より小であるか
否かを判断し、正であれば正である継続時間計測値を更新して継続時間判断ステップに移
る。否であれば継続時間計測をリセットして高レンジモードを継続する。
（４）継続時間判断ステップでは、継続時間計測値が所定値（Ｔ）に達したか否かを判断
し、否であれば高レンジモードを継続する。正であれば継続時間計測値をリセットして低
レンジモードに戻る。
【００１１】
本発明のデュアル加速度センサシステムで、低レンジ加速度センサのフルスケールは、
例えば±４ｇ（ｇは重力加速度を単位とした加速度値の表現）であり、高レンジ加速度セ
ンサのフルスケールは、例えば±５００ｇである。ここで、前記第１の閾値（Ｔｈ１）を
３ｇ、第２の閾値（Ｔｈ２）を５０ｇとし、前記所定時間（Ｔ）を１０ｍｓとしたケース
を例にして説明する。
【００１２】
携帯機器に印加される加速度の大きさは、静止状態では１ｇまたはそれ以下であり、普
通に使用もしくは携帯しているときでも３ｇを超えることは無い。したがって、携帯機器
に搭載された本発明のデュアル加速度センサシステムは、常時は低ｇモードで動作する。
しかし、乱暴な扱いや落下等が原因で強い衝撃が加わると、低ｇモードの信号処理結果は
容易に第１の閾値（Ｔｈ１＝３ｇ）を超え、さらには低レンジモードのフルスケールに達
して飽和する。このときモード制御部は即座に高レンジモードへの移行を指令する。高レ
ンジモードでは、フルスケールが５００ｇの高レンジセンサの検出信号が信号処理して出
力され、衝撃加速度値とし記録する等所望の用に供される。衝撃による加速度は振動しな
がら次第に減衰するが、一旦高レンジモードに入ると、信号処理結果の大きさが第２の閾
値（Ｔｈ２＝５０ｇ）以下になるまで高レンジモードを継続し、更にその後もしばらく高
レンジモードを維持し、信号処理結果の大きさが第２閾値以下を継続した時間が所定値（
Ｔ＝１０ｍｓ）に達したときに低レンジモードに戻る。低レンジモードに戻った後は同様
のアルゴリズムでモード制御が繰り返される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通常は低レンジ加速度センサの検出値を処理した加速度値が得られる
ので、これを携帯機器の姿勢監視や落下監視の用途に利用できる。一旦衝撃が加わると即
座に高レンジ加速度センサの検出値に対応する加速度値が得られるので、これを衝撃履歴
の記録等に利用できる。衝撃による加速度振動が収束して安定すると、自動的に通常の低
レンジ加速度センサのモードに復帰するデュアル加速度センサシステムを実現できる。
【００１４】
また、本発明のデュアル加速度センサシステムで、低レンジモードと高レンジモードと
により信号処理回路の動作特性を切換えできるので、信号処理の速度を高レンジモードで
高めるようにすると、高速度の衝撃加速度波形をより正しく捕捉できる。信号処理を高速
化するにはアナログ回路では帯域幅を広げるために、アンプの消費電流を増加させる必要
がある。また、ディジタル回路では信号のサンプリングの高速化に伴い消費電流が増加す
るのが一般的だが、本発明によれば衝撃の有ったときのみ高速にするため、その時間率が
低く平均の消費電流を低く抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
前述の本発明に係る形態について、実施例を示して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施例を図１に示す。図１において、比較的低い加速度領域を受け持つ
低レンジ加速度センサ１、比較的高い加速度領域を受け持つ高レンジ加速度センサ２、両
センサの検出信号を切換えるセンサ信号切換手段３、増幅もしくは補正等の処理４１や動
作速度切換４２信号処理回路４、両センサの信号切換と信号処理回路の動作特性切換えに
よりシステムの動作モードを切換えるモード制御部５である。
【００１７】
本発明の第１の実施例のモード制御フローチャートを図２に示す。システムの電源投入
または動作開始指令等があると、まず低レンジモードで低レンジ加速度センサの検出信号
を低速度で処理し（ステップ１０１）、次にその処理結果を必要に応じて出力し（ステッ
プ１０２）、次に処理結果の大きさが第１の閾値（Ｔｈ１）以上か否かの判断をする（ス
テップ１０３）。判断結果が否であればステップ１０１に戻り、判断結果が正であれば高
レンジモードに移行する。高レンジモードでは、まず高レンジ加速度センサの検出信号を
高速度で処理し（ステップ１０４）、次にその処理結果を出力し（ステップ１０５）、次
に処理結果の大きさが第２の閾値（Ｔｈ２）以下か否かの判断をする（ステップ１０６）
。判断結果が正であれば正の継続時間計測値を更新（ステップ１０８）して継続時間判断
ステップ（ステップ１０９）に移り、ステップ１０６の判断結果が否であれば継続時間計
測をリセット（ステップ１０７）してステップ１０４に戻って高レンジモードを継続する
。
【００１８】
継続時間判断ステップでは、継続時間計測値が所定値（Ｔ）に達したか否かを判断し（
ステップ１０９）、否であればステップ１０４に戻って高レンジモードを継続し、正であ
れば継続時間計測値をリセット（ステップ１１０）して低レンジモードに戻る。上記の処
理ステップの内、ステップ１０１からステップ１０３が実行されている間が低レンジモー
ドであり、ステップ１０４からステップ１１０が実行されている間が高レンジモードであ
る。
【００１９】
本実施例における低レンジモードと高レンジモードの各フルスケールの一例は、低レン
ジモードが±４ｇ、高レンジモードが±５００ｇである。また、第１閾値を低レンジモー
ドフルスケール内の３ｇとし、第２閾値を高レンジモードフルスケールの１０％を目安と
した５０ｇとした設計例である。また、第２閾値以下の継続時間を判断する所定値（Ｔ）
について、Ｔが長いと衝撃が収束してから低レンジモードに復帰するのが遅くなり、短過
ぎると衝撃収束過程で高レンジモードと低レンジモードとの往復が繰り返される。これら
のことを勘案して１０ｍｓ程度が設計の目安となる。
【００２０】
本実施例によれば、通常は低レンジ加速度センサの検出値を処理した加速度値が得られ
るので、これを携帯機器の姿勢監視や落下監視の用途に利用できる。一旦衝撃が加わると
、即時に高レンジ加速度センサの検出値に対応する加速度値が得られるので、これを衝撃
履歴の記録等に利用できる。衝撃による加速度振動が収束して安定すると、自動的に通常
の低レンジ加速度センサのモードに復帰するデュアル加速度センサシステムを実現できる
。
【００２１】
また、低レンジモードと高レンジモードとにより信号処理回路の動作速度を切り換え、
高レンジモードでは信号処理速度を高めているので、高速度の衝撃加速度波形をより正し
く捕捉できる。信号処理を高速化するにはアナログ回路では、帯域幅を広げるためにアン
プの消費電流を増加させる必要があった。また、ディジタル回路では信号のサンプリング
の高速化に伴い消費電流が増加するのが一般的だが、本実施例によれば衝撃の有ったとき
のみ高速にすれば良く、その時間率が低く平均の消費電流を低く抑えることが可能である
。
【実施例２】
【００２２】
本発明の第２の実施例を図３に示す。第１の実施例との違いは、信号処理回路４にディ
ジタル方式を取り入れた点である。信号処理回路４に入力された加速度信号は増幅回路４
３でアナログ増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４４でディジタル信号に変換され、ディジタル
処理部４５で補正等の信号処理がなされる。動作速度切換部４２はモード制御部５が低レ
ンジモードと高レンジモードを切換え制御するのに応じて、Ａ／Ｄ変換の変換周期（即ち
サンプリング周波数）を切換える。
【００２３】
高レンジモードでのサンプリング周波数は低レンジモードの数倍に高め、さらに必要が
あれば、ディジタル処理部４５の処理クロックを高めることや増幅回路４３の帯域幅を広
げることを行う。これにより、高レンジモードでは高速の衝撃波形の捕捉が可能になる。
高レンジモードでの高速化に伴い、高レンジモードでの消費電流は増大するが、前述のよ
うに高レンジモードの時間率は低いから平均消費電流を余り増大させないで済む。なお、
モード制御部が行うモード制御アルゴリズムは、基本的に第１の実施例と同じである。
【実施例３】
【００２４】
本発明は加速度センサの軸数に関係なく適用できるものであるが、特に３軸加速度セン
サに本発明を適用したケースを、本発明の第３の実施例として図４に示す。図４でマルチ
プレクサ６，７で、低レンジ加速度センサ１と高レンジ加速度センサ２の、それぞれのＸ
ＹＺ軸検出信号を時分割して出力する。Ａ／Ｄ変換器４４とディジタル処理部４５は、マ
ルチプレクサのＸＹＺと同期して１軸の場合の３倍の速度で動作するので、消費電流がそ
の分増大することとなる。本発明による消費電流節減の利益がより大きくなる。
【００２５】
なお、低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサの一方が１軸又は２軸のものであ
ってもよい。また、マルチプレクサは前記第１の実施例に示したアナログ方式に対しても
適用可能である。
【実施例４】
【００２６】
本発明の第４の実施例を図５に示す。図５で、符号８は加速度センサチップ、符号９は
ＩＣチップを示す。低レンジ加速度センサと高レンジ加速度センサが、共通のシリコン基
板にＭＥＭＳ加工して構築されている。更に、同じシリコン基板状にマルチプレクサ６と
７及びセンサ切換スイッチが集積されている。センサチップとＩＣチップ間でセンサ検出
信号接続する端子８１，９１、ＩＣチップからセンサチップへセンサ切換とマルチプレク
サ制御のパルス信号を供給する端子８２，９２を示す。
【００２７】
図５では、端子８１，８２，９１，９２を１個の端子で記載しているが、実際には、セ
ンサ検出信号は差動信号のために２個、センサ切換とマルチプレクサ制御のパルス信号の
ために最低３個必要である。通常このほかに電源とグランドの接続端子が必要である。し
たがって、本実施例の構成ではセンサチップとＩＣチップの間接続するのに各チップに最
低７個の端子を設ければよい。これに対してセンサチップに検出部のみを構成した場合で
は最低でも１４個の端子が必要であるから、本実施例の端子節減効果が如何に大きいかが
分かる。
【００２８】
また、マルチプレクサまでをセンサチップに集積しても、低レンジモードと高レンジモ
ードとを適宜切換えるという本発明を適用しない場合には、センサ信号用に４個、マルチ
プレクサ制御用に４個、電源グランドに２個の合計１０個の端子が各チップに必要である
から、やはり、本実施例の端子節減効果は本発明により生まれたものであると言える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるモード制御フローチャート図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施例の動作を説明する図である。
【図５】本発明の第４の実施例の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  低レンジ加速度センサ、
２  高レンジ加速度センサ、
３  センサ信号切換手段、
４  信号処理回路、
５  モード制御部、
６，７  マルチプレクサ、
８  加速度センサチップ、
９  ＩＣチップ、
４１  増幅もしくは補正等の処理、
４２  動作速度切換、
４３  増幅回路、
４４  Ａ／Ｄ変換器、
４５  ディジタル処理部、
８１，８２，９１，９２  端子。
【図１】
2008175771.tif 000003
【図２】
2008175771.tif 000004
【図３】
2008175771.tif 000005
【図４】
2008175771.tif 000006
【図５】
2008175771.tif 000007