(57)【要約】【課題】振動センサが検出した信号を有効利用することにより、付加価値を高めた電子機器を提供する。【解決手段】振動センサ１が検出した信号から、フィルタ手段１２とＡ／Ｄ変換手段１３からなる加速度検出手段を用いて加速度信号のみを取り出すとともに、二値化手段１４と周波数選別手段１５を用いて衝突信号のみを取り出す。制御手段１６は、前記加速度信号と衝突信号を用いることにより、様々な機器の制御に用いることが可能となる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられた振動を電気信号に変換する振動センサと、前記電気信号から前記振動センサに与えられた加速度成分のみを取り出す加速度検出手段と、前記電気信号から振動センサに与えられた衝突成分のみを取り出す衝突検出手段と、前記加速度検出手段から検出された加速度信号と前記衝突検出手段から検出された衝突信号とを用いて各種の制御を行う制御手段と、が設けられていることを特徴とする振動センサを備えた電子機器。
【請求項２】
前記加速度検出手段が、前記電気信号から所定の周波数を越える信号を取り除くフィルタ手段と、フィルタ手段を通過した信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とからなる請求項１記載の振動センサを備えた電子機器。
【請求項３】
前記衝突検出手段が、前記電気信号を所定のしきい値を基準としてディジタル信号に変換する二値化手段と、前記二値化手段から出力されるパルス信号の周波数が所定の通過帯域である場合に限り、前記パルス信号を通過させる周波数選別手段とからなる請求項１記載の振動センサを備えた電子機器。
【請求項４】
前記周波数選別手段は、位相比較器と、電圧制御発振器とロック検出器とからなるＰＬＬトーンデコーダである請求項３記載の振動センサを備えた電子機器。
【請求項５】
前記周波数選別手段は、前記パルス信号の入力に基づいて第１のパルス幅を出力する第１の単安定マルチバイブレータと、同じく前記パルス信号の入力に基づいて第２のパルス幅を出力する第２の単安定マルチバイブレータと、前記パルス信号と前記第１および第２のマルチバイブレータの各出力との間の否定論理積出力をとる回路と、からなるものである請求項３記載の振動センサを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動センサから出力される信号を有効に利用し、例えばラジコンカーやゲーム機などに付加価値を与えることが可能な振動センサを備えた電子機器を提供することを目的としている。
【０００２】
【従来の技術】
振動の検出を利用した電子機器としては、例えば特許公報１に記載された腕時計式の歩数計に関する発明などが存在する。
【０００３】
前記特許公報１に記載された歩数計は、測定者がジョギング等したときに、腕の振りによって発生する加速度と地面に着地したときに発生する加速度とのタイミングが若干ずれたとしても、測定者が一歩進むごとに１回だけ前記歩数計内に設けられた振子などの振動センサが動作する構成としたことにより、誤動作を少なくして正確な歩数計測を行えるというものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２１４３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載された発明では、歩数計に加わる加速度の発生のみを検知して歩数をカウントする機能しか有しないものである。
【０００６】
したがって、前記加速度の大きさを検出し、例えば測定者が運動中に消費したエネルギー（消費カロリー）などを求めて表示することができれば、付加価値の高い歩数計を提供することができる。
【０００７】
また振動センサから出力される信号は、前記加速度以外にも、衝撃の大きさ、速度などを含むものである。そして、これらの信号をデータ化して処理を施し、例えばラジコン模型自動車などの玩具やゲーム機などの電子機器に利用することができれば、これまでにない種々の機能を備えた電子機器を提供することが可能となる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、振動センサから出力される信号を有効に利用して各機器の付加価値を高めることを可能とした振動センサを備えた電子機器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加えられた振動を電気信号に変換する振動センサと、前記電気信号から前記振動センサに与えられた加速度成分のみを取り出す加速度検出手段と、前記電気信号から振動センサに与えられた衝突成分のみを取り出す衝突検出手段と、前記加速度検出手段から検出された加速度信号と前記衝突検出手段から検出された衝突信号とを用いて各種の制御を行う制御手段と、が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、振動センサから検出される加速度信号や衝突信号を識別して制御手段に送信するようにしている。制御手段では、これらの信号を基にして、例えば振動を発生させて操作者に直接与えたり、またはランプを点灯させたり、あるいは効果音を発生させるなど、様々な機器のこれまでにない機能を付加させることが可能である。よって、各種の機能の付加価値を高めることができる。
【００１１】
上記において、前記加速度検出手段が、前記電気信号から所定の周波数を越える信号を取り除くフィルタ手段と、フィルタ手段を通過した信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とからなるものである。
【００１２】
前記フィルタ手段は、例えば１０ｋＨｚ未満の信号を通過させるローパスフィルタなどであり、加速度信号のみを得ることができる。
【００１３】
また前記衝突検出手段が、前記電気信号を所定のしきい値を基準としてディジタル信号に変換する二値化手段と、前記二値化手段から出力されるパルス信号の周波数が所定の通過帯域である場合に限り、前記パルス信号を通過させる周波数選別手段とからなるものである。
【００１４】
上記手段では、所定の通過周波数帯域内の信号のみを通過させることができるため、加速度信号をカットし、衝突信号のみを得ることができる。
【００１５】
例えば、前記周波数選別手段は、位相比較器と、電圧制御発振器とロック検出器とからなるＰＬＬトーンデコーダ、あるいは前記パルス信号の入力に基づいて第１のパルス幅を出力する第１の単安定マルチバイブレータと、同じく前記パルス信号の入力に基づいて第２のパルス幅を出力する第２の単安定マルチバイブレータと、前記パルス信号と前記第１および第２のマルチバイブレータの各出力との間の否定論理積出力をとる回路と、から構成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に用いられる振動センサの一例を示す斜視図、図２は本発明の振動センサを備えた電子機器の実施の態様を示すブロック構成図、図３は周波数選別手段としてＰＬＬトーンデコーダを用いた場合、図４は周波数選別手段としてマルチバイブレータを用いた場合を示している。
【００１７】
図１に示す振動センサ１は、例えば略山型形状に形成された樹脂フィルムなどからなる変形部材２から形成されている。前記変形部材２の中央に振動片２ａが設けられており、その他の部分は固定部２ｂである。前記振動片２ａの先端（自由端）には錘３が設けられており、基端にはカーボンなどからなる可変抵抗部４が印刷形成されている。変形部材２は前記固定部２ｂのみが略コの字形状の支持部材５に固定されており、振動片２ａは図示Ｚ方向に振動可能に片持ち支持されている。
【００１８】
前記振動センサ１に衝撃を与えると、前記錘３を有する振動片２ａが屈曲して振動し、このとき振動の大きさに応じて前記可変抵抗部４の抵抗値が変化する。
【００１９】
よって、前記可変抵抗部４の抵抗値を電気信号（電圧値）に変換して検出できるようにしておくことにより、振動片２ａに生じた振動を検出することが可能とされている。
【００２０】
図２に示されるように、本発明の振動センサを備えた電子機器１０は、振動センサ１、増幅手段１１、フィルタ手段１２、Ａ／Ｄ変換手段１３、二値化手段１４、周波数選別手段１５および制御手段１６などを有している。
【００２１】
振動センサ１によって電圧量に変換された振動の信号は、増幅手段１１において信号増幅される。増幅後の信号は、加速度成分の検出を行う加速度検出手段と、所定周波数帯域内の衝突成分の検出を行う衝突検出手段の２系統に分けられる。
【００２２】
前記加速度検出手段は、フィルタ手段１２とＡ／Ｄ変換手段１３で構成されている。前記フィルタ手段はローパスフィルタであり、所定の周波数（例えば１０ｋＨｚ）未満の信号の通過を許容する。よって、１０ｋＨｚ未満の周波数帯域に属する加速度信号のみを通過させることができる。Ａ／Ｄ変換手段１３は、前記フィルタ手段１２で選別された加速度信号（アナログ値）をディジタル信号に変換して後段の制御手段１６の入力ポートに送出している。
【００２３】
衝突検出手段は二値化手段１４と周波数選別手段１５とで構成されている。前記二値化手段１４は、増幅後の振動を示す信号と予め設定された所定のしきい値との比較を行い、振動の信号が前記しきい値以上である場合にはＨレベルの信号に変換し、前記しきい値未満である場合にはＬレベルの信号に変換することによって、前記振動の信号をパルス信号に変換する機能を備えている。前記周波数選別手段１５は、二値化手段において変換されたパルス信号の周波数が所定の周波数の帯域以内（例えば１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）以内であるか検出し、所定の周波数帯域以内である場合に限り、そのパルス信号を通過させるという機能を有している。
【００２４】
前記周波数選別手段１５としては、例えば図３に示すようなＰＬＬトーンデコーダを利用した周波数選別手段１５Ａ、あるいは図４に示すような２ケの単安定マルチバイブレータを組み合わせて構成した周波数選別手段１５Ｂなどを用いることができる。
【００２５】
図３に示す周波数選別手段１５Ａは、位相比較器１５Ａ１、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１５Ａ２およびロック検出器１５Ａ３とによって構成されている。前記位相比較器１５Ａ１とＶＣＯ１５Ａ２とはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）を形成しており、二値化手段１４から出力される入力パルス信号Ｓｐの周波数がＶＣＯ１５Ａ２の通過帯域内にあるとき、すなわち振動センサ１に所定の周波数帯域内の振動が与えられたときに前記ＰＬＬは前記入力パルス信号Ｓｐをロックするようになっている。ロック検出器１５Ａ３は、ＰＬＬが前記入力パルス信号Ｓｐをロックしたことを検出すると、それを出力Ｘ（例えば、Ｌレベル信号）として前記制御手段１６に送信する。制御手段１６は、周波数選別手段１５Ａから前記出力Ｘの送信を受けるたびに、前記振動センサ１に所定の周波数帯域内の振動が与えられたことを検出することが可能となっている。
【００２６】
なお、前記ＰＬＬトーンデコーダ用のＩＣとしては、例えばＢＡ１６０４（ローム社製）、ＬＭＣ５６７（ナショナル・セミコンダクター社製）などを用いることができる。
【００２７】
図４に示す周波数選別手段１５Ｂは、基本的にはトリガ信号が入力されると所定のパルス幅のパルス信号を出力する第１の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ１と第２の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ２、およびＮＡＮＤ（否定論理積演算）回路１５Ｂ３とで構成されている。なお、これら２種類の単安定マルチバイブレータを備えたＩＣとしては、例えば７４Ｈ１２３などを用いることができる。
【００２８】
第１の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ１の入力Ａ１バーと第２の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ２の入力Ａ２バーには、二値化手段１４の出力である入力パルス信号Ｓｐが入力されている。またＮＡＮＤ回路１５Ｂ３には、前記入力パルス信号Ｓｐ、第１の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ１の出力Ｑ１バーおよび第２の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ２の出力Ｑ２バーとが入力されている。
【００２９】
前記第１の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ１の出力Ｑ１バーの第１のパルス幅ＴＷ１は、外付けされた抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とで設定され、第２の単安定マルチバイブレータ１５Ｂ２の出力Ｑ２バーの第２のパルス幅ＴＷ２は外付けされた抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とで設定される。ここで前記第１のパルス幅をＴＷ１とすると、前記ＴＷ１は入力信号の上限周波数を規定しており、前記第２のパルス幅をＴＷ２とすると、前記ＴＷ２は入力信号の下限周波数を規定している。
【００３０】
前記周波数選別手段１５Ｂでは、前記入力パルス信号Ｓｐのパルス幅ＴＷが前記第１のパルス幅ＴＷ１と第２のパルス幅ＴＷ２との間（ＴＷ１＜ＴＷ＜ＴＷ２）にある場合、すなわち入力パルス信号Ｓｐが所定の周波数の範囲内にある場合に限り、前記ＮＡＮＤ回路１５Ｂ３の出力ＸがＬレベルに反転するように動作し、その出力Ｘが制御手段１６に送信される。よって、制御手段１６は周波数選別手段１５Ｂから前記出力Ｘの送信を受けるたびに、前記振動センサ１に所定の周波数帯域内の振動が与えられたことを検出することが可能である。
【００３１】
前記制御手段１６は、ＣＰＵを主体に構成されており、その他記憶部などを有している。前記記憶部には、各種の機器の制御を行うソフトウェアが格納されている。
【００３２】
次に、上記振動センサを備えた電子機器の動作について説明する。
前記振動センサ１を備えた電子機器１０の実施の形態として、遠隔操作型のラジオコントロール式模型自動車（通称ラジコンカー）の場合について説明する。
【００３３】
図５はラジコンカーがカーブした場合の各部の信号波形を示し、Ａは振動センサの出力波形、Ｂはフィルタ手段と二値化手段の出力波形、Ｃは周波数選別手段の出力波形を示している。図６はラジコンカーが衝突した場合の各部の信号波形を示し、Ａは振動センサの出力波形、Ｂはフィルタ手段の出力波形を示し、Ｃは二値化手段および周波数選別手段の出力波形を示している。
【００３４】
振動センサ１を備えたラジコンカーが走行中にカーブすると、前記振動センサ１からは、例えば図５Ａに示すような１０ｋＨｚ未満の低周波信号に１００ｋＨｚ以上の高周波信号（ノイズ信号）が混在した出力信号Ｓ１ａが出力される。
【００３５】
前記加速度検出手段のフィルタ手段１２では、出力信号Ｓ１ａに含まれる１００ｋＨｚ以上の高周波成分をカットし１０ｋＨｚ未満の低周波成分のみを通過させる。よって、前記フィルタ手段１２の出力は図５Ｂに実線で示すような高周波成分がカットされた波形Ｓ１ｂとなる。そして、Ａ／Ｄ変換手段１３では前記波形Ｓ１ｂが所定の分解能でＡ／Ｄ変換されたデータが加速度信号として制御手段１６に送信される（図示せず）。
【００３６】
また衝突検出手段の前記二値化手段１４では、出力信号Ｓ１ａが所定のしきい値ＳＬで二値化され、例えば図５Ｂに点線で示すような矩形波ＳＰ１に変換されるが、この矩形波ＳＰ１の周波数は１０ｋＨｚ未満の低周波であり、前記周波数選別手段１５（周波数選別手段１５Ａまたは１５Ｂ）における所定の通過帯域（１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）以外であるため、図５Ｃに示すように制御手段１６に送信される周波数選別手段１５の出力（衝突信号）Ｘは無信号となる。
【００３７】
一方、走行中のラジコンカーが障害物に衝突すると、前記振動センサ１からは、図６Ａに示すような減衰振動波形で示される出力信号Ｓ２ａが出力される。
【００３８】
前記出力信号Ｓ２ａの周波数は、主として１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波成分である。よって、前記加速度検出手段のフィルタ手段１２では前記出力信号Ｓ２ａのほとんどが遮断されてしまうため、図６Ｂに示すように前記フィルタ手段１２の出力はほぼ無信号となる。よって、Ａ／Ｄ変換手段１３から制御手段１６へ出力される加速度信号はほぼ０［ｖ］を示すデータとなる。
【００３９】
また衝突検出手段の前記二値化手段１４では、前記出力信号Ｓ２ａが所定のしきい値ＳＬ（図６Ａ参照）で二値化されると、例えば図６Ｃに示すようなパルス状の信号ＳＰ２に変換される。前記信号ＳＰ２は１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの高周波であり、周波数選別手段１５（周波数選別手段１５Ａまたは１５Ｂ）における通過帯域内の信号である。よって、前記周波数選別手段１５の出力（衝突信号）Ｘは、前記前記二値化手段１４の出力である信号ＳＰ２がほぼそのまま出力される。
【００４０】
つまり、カーブの際には加速度を示す低周波の波形Ｓ１ｂをＡ／Ｄ変換した加速度信号のみが加速度検出手段を解して制御手段１６に送信され、衝突の際には高周波を示す衝突信号（信号ＳＰ２）のみが衝突検出手段を介して制御手段１６に出力されることになる。
【００４１】
よって、制御手段１６は、前記加速度検出手段および衝突検出手段から出力される前記加速度信号および衝突信号から、ラジコンカーに起きている現象がカーブかであるか又は衝突であるかを確実に識別することが可能である。
【００４２】
前記制御手段１６は、前記加速度信号や衝突信号が入力されると、これらの情報をラジコンカー内に設けられたＲ／Ｆ送信手段を用いて、外部のコントローラに伝送する。コントローラ側では、その内部に設けられたＲ／Ｆ受信手段を用いて前記加速度信号や衝突信号を受信するとともに、同じく内部に設けられた振動発生手段を用いて前記加速度信号や衝突信号に基づいた振動を発生させたり、あるいはジョグステックなどの操作部材に負荷をかけて操作性を低下させるなどの制御が行われる。これにより、ラジコンカーに発生した加速度や衝突に応じた感触をコントローラの操作者に与えることができる。よって、リアルな臨場感に溢れた付加価値の高いラジコンカーを提供することが可能となる。
【００４３】
また他の実施の形態としては、例えば剣道の防具である面（特に後頭部）、小手および胴などの近傍に前記振動センサを備えた電子機器が固定しておくとにより、剣道の試合における判定用補助機器としての応用が考えられる。
【００４４】
手や腕を動かした場合に前記振動センサ１に加わる周波数は概ね１０ｋＨｚ未満であるため、前記加速度検出手段で検出された前記加速度信号のみが制御部に出力され、前記衝突検出手段で検出される衝突信号はほぼ無信号状態である。
【００４５】
また、竹刀が面、小手又は胴などを瞬間的に叩いた場合に前記振動センサ１が検出する周波数は１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度である。よって、剣道の試合中に前記衝突検出手段から衝突信号が検出された場合には、竹刀が面、小手又は胴などを叩いたことになる。この信号を審判席に設けた本体装置に送信し、例えばランプを点灯させるようにすると剣道の試合における判定用補助機器として利用することが可能となる。
【００４６】
特に、前記衝突検出手段における二値化手段１４のしきい値ＳＬを高めておくと、単に竹刀が防具に触れた程度ではランプは点灯することがなくなり、確実に竹刀が面、小手又は胴を叩いた場合に限り、すなわち綺麗に１本が決まったときのみランプが点灯するようにすることができる。
【００４７】
またチャンバラ遊び玩具などへの応用も可能である。前記振動センサを備えた電子機器を手や足などに固定し、刀が振動センサの近傍を叩いたことを検知することにより、勝負を決定することが可能となる。
【００４８】
また格闘技ゲームなどでは、前記振動センサを備えた電子機器を固定した手や足を動かし、例えば正拳突きやキックなどを行うと、前記振動センサからは加速度信号や衝突信号が検出される。そこで、例えば外部に設けたスピーカから加速度信号が検出された場合には風切り音を発生させ、また衝突振動が検出された場合には衝撃音を発生させるなど、その動作に合った効果音を発生させることが可能となる。よって、格闘技ゲーム機の付加価値を高めることが可能となる。
【００４９】
また振動センサを備えた電子機器がゴルフゲーム用のゴルフクラブである場合には、クラブを振ったときに加速度に応じて、またダミーボールを叩いたときの衝突に応じて、スイング時に発生する音を出すようにすることもでき、より付加価値の高いゴルフゲーム機を提供することが可能となる。
【００５０】
また振動センサを備えた電子機器が歩数計である場合には、前記衝突信号から歩行数を計測するのみならず、加速度信号の大きさから消費カロリーなどを測定することが可能となる。また加速度の大きさを記憶しておくことにより、例えば走行時の特徴（ストライド走法、ピッチ走法）もわかるため、走行フォームの矯正などに役立つようにすることも可能である。
【００５１】
なお、上記実施の形態では振動片が振動するタイプの振動センサを用いたもので説明したが、本発明はこのような振動センサに限られるものではなく、振り子が振動させられるタイプのもの、圧電センサを用いたものなど、どのような振動センサであってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明では、振動センサから検出される加速度信号と衝突信号を別個に取得することができる。そして、これらの信号を有効利用することにより、各種の電子機器に様々な機能を持たせることができるようになり、各電子機器の付加価値を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる振動センサの一例を示す斜視図、
【図２】本発明の振動センサを備えた電子機器の実施に態様を示すブロック構成図、
【図３】周波数選別手段としてＰＬＬトーンデコーダを用いた場合、
【図４】周波数選別手段としてマルチバイブレータを用いた場合、
【図５】ラジコンカーがカーブした場合の各部の信号波形を示し、Ａは振動センサの出力波形、Ｂはフィルタ手段と二値化手段の出力波形、Ｃは周波数選別手段の出力波形、
【図６】ラジコンカーが衝突した場合の各部の信号波形を示し、Ａは振動センサの出力波形、Ｂはフィルタ手段の出力波形、Ｃは二値化手段および周波数選別手段の出力波形、
【符号の説明】
１  振動センサ
１０  電子機器
１１  増幅手段
１２  フィルタ手段
１３  Ａ／Ｄ変換手段
１４  二値化手段
１５，１５Ａ，１５Ｂ  周波数選別手段
１５Ａ１  位相比較器
１５Ａ２  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１５Ａ３  ロック検出器
１５Ｂ１，１５Ｂ２  マルチバイブレータ
１５Ｂ３  ＮＡＮＤ回路
１６  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004333300.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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