JP5547985B2 - 運動検出装置、電子機器、運動検出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、運動検出装置、電子機器、運動検出方法及びプログラムに係り、特に、３軸加速度センサを用いて運動を検出する運動検出装置、電子機器、運動検出方法及びプログラムに関する。

従来、携帯電話機等の電子機器において、内部に３軸加速度センサを設けて、この３軸加速度センサの各軸方向の加速度成分データを検出して、電子機器の傾斜角度を算出することが行われている。

例えば、携帯電話の内部に設けられた加速度センサで加速度データを検出して、３軸毎の傾斜量を演算して携帯電話が大地を基準にしてどの面がどちら方向に向いているのかを把握し、携帯電話の特定の面が叩かれた際に生じる加速度を検出して、加えられた加速度が閾値以上かどうかを判断して、力が加えられた面を算出する携帯電子機器が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−３３６５１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、合計ベクトルを用いて加えられた加速度の方向及び大きさを算出しているが、この合計ベクトルの方向と各軸方向とをどのように対応させているのか具体的に記載されておらず、正確に軸方向及びその軸方向へ加えられた力の大きさを判定できない場合がある、という問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、いずれの軸方向に運動したか及び運動の大きさを簡易な処理で正確に検出することができる運動検出装置、電子機器、運動検出方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明の運動検出装置は、作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段と、前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段と、前記分離手段で分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段と、を含んで構成されている。

第１の発明の運動検出装置によれば、加速度検出手段が、作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する。そして、分離手段が、加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、加速度成分データの各々から静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する。さらに、運動検出手段が、分離手段で分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、加速度検出手段が各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、対象動き成分が、下限値未満となるより先に上限値を超えた場合には、上限値を超えた時点から下限値未満となった後に所定範囲内の値となるまでの第１の時間または第１の時間内の対象動き成分の大きさの第１の積分値、対象動き成分が、上限値を超えるより先に下限値未満となった場合には、下限値未満となった時点から上限値を超えた後に所定範囲内の値となるまでの第２の時間または第２の時間内の対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する。

このように、動き成分に基づいて加速度検出手段がいずれの軸方向に運動したかを検出し、その軸方向の動き成分が所定の変化をする時間、またはこの時間内の動き成分の大きさの積分値に基づいて運動の大きさを検出するため、簡易な処理で正確に運動した軸方向及び運動の大きさを検出することができる。また、ローパスフィルタ処理により、加速度成分データを静止成分と動き成分とに分離するため、ハイパスフィルタ等の煩雑な処理を必要としない。

また、第１の発明において、前記運動検出手段は、前記加速度検出手段をいずれかの軸方向に沿って往復で運動させた場合の前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となるまでの時間、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えるまでの時間が、予め定めた所定時間を超える場合に、前記加速度検出手段が前記対象動き成分に対応する軸方向に運動したことを検出するようにすることができる。これにより、所定の運動のみが検出され、誤検出を防止することができる。

また、第２の発明の運動検出装置は、加速度検出手段と、分離手段と、前記分離手段で分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段と、を含んで構成されている。

また、重力軸を判定した場合には、前記運動検出手段は、前記重力軸の動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となるまでの時間、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えるまでの時間が、予め定めた所定時間を超える場合に、前記加速度検出手段が重力方向に運動したことを検出するようにすることができる。これにより、所定の運動のみが検出され、誤検出を防止することができる。

また、第１及び第２の発明において、前記運動検出手段は、前記第１の時間または前記第２の時間と予め定めた複数の判定時間の各々とを比較して、前記第１の時間または前記第２の時間がいずれの前記判定時間を超えたかにより、または前記第１の積分値または前記第２の積分値と予め定めた複数の判定値の各々とを比較して、前記第１の積分値または前記第２の積分値がいずれの前記判定値を超えたかにより運動の大きさの程度を検出するようにすることができる。これにより、より多様な検出結果を得ることができる。

第３の発明の電子機器は、第１または第２の発明の運動検出装置を備えた電子機器である。電子機器としては、例えば、携帯電話やゲーム機器のコントローラなどに適用することができる。

第４の発明の運動検出方法は、コンピュータが、作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得し、前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離し、分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する処理を実行する方法である。
また、分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出してもよい。

第５の発明の運動検出プログラムは、コンピュータを、作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得する取得手段、前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段、及び分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段として機能させるためのプログラムである。
また、運動検出手段は、前記分離手段で分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出してもよい。

以上説明したように、本発明の運動検出装置、電子機器、運動検出方法及びプログラムによれば、加速度成分データの動き成分に基づいて加速度検出手段がいずれの軸方向に運動したかを検出し、その軸方向の動き成分が所定の変化をする時間、またはその時間内の動き成分の大きさの積分値に基づいて、運動の大きさを検出するため、簡易な処理でいずれの軸方向に運動したか及び運動の大きさを正確に検出することができる、という効果が得られる。

本実施の形態の運動検出装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態の運動検出装置に用いられる３軸加速度センサを示す外観斜視図である。 スナップシェイクの縦持ち時の左右振りを説明するための図である。 スナップシェイクの縦持ち時の前後振りを説明するための図である。 スナップシェイクの横持ち時の左右振りを説明するための図である。 スナップシェイクの横持ち時の前後振りを説明するための図である。 スナップシェイクの縦持ち時の長手方向への振りを説明するための図である。 スナップシェイクの横持ち時の長手方向への振りを説明するための図である。 第１の実施の形態の運動検出装置における運動検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第１の実施の形態の運動検出装置における加速度分離処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 ３軸加速度センサを水平に置いた状態から重力方向に複数回振ったときの加速度成分データを示す図である。 図１１の加速度成分データをローパスフィルタ処理して得られた静止成分を示す図である。 図１１の加速度成分データから図１２の静止成分を減算して得られた動き成分を示す図である。 第１の実施の形態の運動検出装置におけるスナップシェイク検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるスナップシェイクの検出を説明するための（Ａ）動き成分が先に閾値Ｔｈｕを超えた場合、及び（Ｂ）動き成分が先に閾値Ｔｈｄ未満となった場合の図である。 第２の実施の形態の運動検出装置におけるスナップシェイク検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第２の実施の形態におけるスナップシェイクの検出を説明するための（Ａ）動き成分が先に閾値Ｔｈｕを超えた場合、及び（Ｂ）動き成分が先に閾値Ｔｈｄ未満となった場合の図である。 ３軸加速度センサを水平に置いた状態から、（Ａ）重力方向に１回振ったときの加速度成分データ、及び（Ｂ）水平方向に１回振ったときの加速度成分データを示す図である。 第３の実施の形態の運動検出装置における運動検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第３の実施の形態の運動検出装置におけるシェイキング検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 動き成分、正方向の閾値Ｔｈｕ、及び負方向の閾値Ｔｈｄを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態の運動検出装置１０は、直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向の加速度成分を検出して、加速度成分データを出力する３軸加速度センサ１２、及び運動検出装置１０がどの軸方向に運動したか及び運動の大きさを検出し、検出された軸方向及び運動の大きさに応じた検出信号を出力するマイクロコンピュータ１４を備えている。

３軸加速度センサ１２は、図２に示すような直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向の加速度成分を検出して、加速度成分データを出力する。加速度成分データは、その値の符号（”＋”か”−”か）で加速度成分の方向を表し、その値の絶対値で加速度成分の大きさを表す。加速度成分の方向は、図２のＸ軸について、右方向が”＋”、左方向が”−”となる。また、同図のＹ軸について、奥に向かう方向が”＋”、手前に向かう方向が”−”となる。また、同図のＺ軸について、下方向が”＋”、上方向が”−”となる。これにより、Ｘ軸＋方向、Ｘ軸−方向、Ｙ軸＋方向、Ｙ軸−方向、Ｚ軸＋方向、及びＺ軸−方向の６方向の加速度成分を検出することができる。

また、３軸加速度センサ１２は、図２に示すような向きで静止状態にある場合には、Ｘ軸及びＹ軸については加速度成分データ「０ｇ」、Ｚ軸については加速度成分データ「＋１ｇ」を出力する。なお、「ｇ」は、加速度成分データの単位を表す重力加速度である。

マイクロコンピュータ１４は、運動検出装置１０全体の制御を司るＣＰＵ２０、後述する運動検出プログラム等各種プログラムを記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ２２、ワークエリアとしてデータを一時的に格納するＲＡＭ２４、各種情報が記憶された記憶手段としてのメモリ２６、Ｉ／Ｏ（入出力）ポート２８、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。Ｉ／Ｏポート２８には、３軸加速度センサ１２が接続されている。

次に、第１の実施の形態の運動検出装置１０の動作について説明する。第１の実施の形態では、運動検出装置１０をいずれかの軸方向に沿って振った場合に、運動検出装置１０がいずれの軸方向に振られたか及び振りの大きさを検出する。なお、第１の実施の形態において、このように３軸加速度センサ１２のいずれかの軸方向へ運動検出装置１０を振ることを「スナップシェイク」という。

図３〜図８を参照して、第１の実施の形態の運動検出装置１０が設けられた携帯電話を用いたスナップシェイクについて説明する。図３は、携帯電話を縦方向に持った（縦持ち）場合の左右方向のスナップシェイクである。図４は、縦持ちの場合の前後方向のスナップシェイクである。図５は、携帯電話を横方向に持った（横持ち）場合の左右方向のスナップシェイクである。図６は、横持ちの場合の前後方向のスナップシェイクである。図７は、縦持ちの場合の長手方向へのスナップシェイクである。図８は、横持ちの場合の長手方向へのスナップシェイクである。いずれの場合も、ある方向へのスナップシェイクに対して、小さいスナップシェイク及び大きいスナップシェイクを設定することができる。

次に、図９を参照して、第１の実施の形態の運動検出装置１０における運動検出処理ルーチンについて説明する。本ルーチンは、ＲＯＭ２２に記憶された運動検出プログラムをＣＰＵ２０が実行することにより行われる。

ステップ１００で、加速度成分データを静止成分と動き成分とに分離する加速度分離処理を実行する。ここで、図１０を参照して、加速度分離処理ルーチンについて説明する。

ステップ１２０で、３軸加速度センサ１２から各軸についての加速度成分データを取得する。取得された加速度成分データの一例を図１１に示す。この状態から、どの軸方向に運動検出装置１０が振られたかを検出する必要があるが、図中Ｓで示す箇所（○で囲んだ箇所）では、３軸の加速度成分データの各々が同程度の値を示している点が複数あり、この点においては、どの軸方向に振られたかを検出することが困難となる場合がある。

そこで、次に、ステップ１２２へ移行して、取得した加速度成分データの各々に対して、ローパスフィルタ処理を施す。ローパスフィルタ処理を施したデータを図１２に示す。図１２に示すように、ローパスフィルタ処理後の加速度成分データは、略「０ｇ」を示すＸ軸及びＹ軸と、略「＋１ｇ」を示すＺ軸とが完全に分離できている。このように、取得された加速度成分データにローパスフィルタ処理を施すことにより抽出されたデータを、加速度成分データの「静止成分」という。

次に、ステップ１２４で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれについて、上記ステップ１２０で取得された加速度成分データから、上記ステップ１２２で抽出された静止成分のデータを減算する。減算後のデータを図１３に示す。このように、取得された加速度成分データからローパスフィルタ処理後のデータを減算することにより抽出されたデータを、加速度成分データの「動き成分」という。この方法により、高度なハイパスフィルタ処理を行わなくても、加速度成分データを簡易な処理で静止成分と動き成分とに分離することができる。

次に、図９のステップ１０２に戻って、スナップシェイクを検出するスナップシェイク検出処理を実行する。ここで、図１４を参照して、スナップシェイク検出処理ルーチンについて説明する。

ステップ１４０で、３軸の各々について、加速度分離処理（図１０）のステップ１２４で抽出された動き成分ａを時系列に観測開始する。

次に、ステップ１４２で、いずれかの軸の動き成分ａが、予め定めた＋方向の閾値Ｔｈｕ、または−方向の閾値Ｔｈｄのいずれかを超えたか否かを判定する。閾値Ｔｈｕは所定範囲の上限値であり、閾値Ｔｈｄは所定範囲の下限値である。なお、ここで閾値Ｔｈｄに対して「閾値を超える」とは、動き成分ａの値が閾値Ｔｈｄ未満になることである。また、運動検出装置１０が搭載される電子機器の搭載位置等によって、スナップシェイクによる動き成分の波形が異なるため、搭載位置等を考慮して、閾値Ｔｈｕ及び閾値Ｔｈｄはそれぞれ別に設定できるようにしておく。いずれかの動き成分ａがいずれかの閾値を超えた場合には、ステップ１４４へ移行し、いずれも超えない場合には、本ステップの判定を繰り返す。

ステップ１４４では、上記ステップ１４２でいずれかの閾値を超えたと判定された動き成分ａに対応する軸方向に運動検出装置１０が振られたと判定する。また、いずれの閾値を先に超えたかにより、その軸方向の＋方向の振りか−方向の振りかを判定する。図１５（Ａ）に示すように、動き成分ａが閾値Ｔｈｕを先に超えた場合には＋方向の振り、同図（Ｂ）に示すように、閾値Ｔｈｄを先に超えた場合には−方向の振りと判定する。より具体的には、Ｚ軸の動き成分ａ_Ｚが、Ｘ軸の動き成分ａ_Ｘ及びＹ軸の動き成分ａ_Ｙより先に閾値を超え、その閾値が閾値Ｔｈｕであった場合には、Ｚ軸＋方向が振りの方向となる。

次に、ステップ１４６で、上記ステップ１４２で動き成分ａが閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄのいずれかを超えてから所定時間Δｔ１以降に、前回超えたのとは逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えたか否かを判定する。すなわち、上記ステップ１４２で動き成分ａが閾値Ｔｈｕを超えた場合には、Δｔ１以降にＴｈｄを超えたか否かを判定する。また、上記ステップ１４２で動き成分ａが閾値Ｔｈｄを超えた場合には、Δｔ１以降に閾値Ｔｈｕを超えたか否かを判定する。なお、Δｔ１は、シェイク無効時間であり、誤判定防止のため、いずれかの閾値を超えてから他方の閾値を超えるまでの時間がΔｔ１未満の場合には、スナップシェイプを検出しないようにするための所定時間である。Δｔ１以降に動き成分ａが逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えた場合には、ステップ１４８へ移行し、Δｔ１を経過する前に動き成分ａが逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えた場合には、ステップ１４２へ戻る。なお、Δｔ１経過後、所定時間経過しても動き成分ａが逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えない場合も、ステップ１４２へ戻る。

ステップ１４８では、予め定めた閾値を超える振りがあったか否かを判定することにより、スナップシェイクが検出されたか否かを判定する。具体的には、図１５（Ａ）に示すように、上記ステップ１４２で、動き成分ａが先に閾値Ｔｈｕを超えたと判定された場合には、動き成分ａが閾値Ｔｈｕを超えてから閾値Ｔｈｄ未満となった後に所定範囲内の値となったか否かを判定する。また、同図（Ｂ）に示すように、上記ステップ１４２で、動き成分ａが先に閾値Ｔｈｄを超えたと判定された場合には、動き成分ａが閾値Ｔｈｄ未満となってから閾値Ｔｈｕを超えた後に所定範囲内の値となったか否かを判定する。このような動き成分ａの変化があった場合に、スナップシェイクがあったと判定する。スナップシェイクが検出された場合には、ステップ１５０へ移行し、検出されない場合には、ステップ１４２へ戻る。

ステップ１５０では、上記ステップ１４８でスナップシェイクが検出されたときの動き成分ａが閾値Ｔｈｕを超えた時点から閾値Ｔｈｄ未満となった後に所定範囲内の値となるまでの時間、または、動き成分ａが閾値Ｔｈｄ未満となった時点から閾値Ｔｈｕを超えた後に所定範囲内の値となるまでの時間をシェイク時間として演算する。シェイク時間は、タイマでカウントしてもよいし、シェイク時間内の動き成分ａの測定回数で演算してもよい。

次に、ステップ１５２で、上記ステップ１５０で演算したシェイク時間が予め定めた判定時間Δｔ２以上か否かを判定する。判定時間Δｔ２以上の場合には、ステップ１５４へ移行し、スナップシェイクの振りの大きさが「大きい」と判定する。一方、シェイク時間が判定時間Δｔ２より小さい場合には、ステップ１５６へ移行して、スナップシェイクの振りの大きさが「小さい」と判定する。なお、この判定時間Δｔ２には、本実施の形態の運動検出装置１０が設けられた電子機器を机等に置いたり、乗り物に乗車したり等の振動で誤判定が生じることを防止するような適切な値を設定する。

次に、ステップ１５８で、上記ステップ１４４で判定された振りの軸方向、上記ステップ１５４またはステップ１５６で判定された振りの大きさ、及び上記ステップ１５０で演算されたシェイク時間を、スナップシェイクの検出結果として、所定の記憶領域に一旦記憶する。

なお、Δｔ１及びΔｔ２は、歩行時、ランニング時、乗り物への乗車時等における誤動作を防止するため、加速度成分データの波形周期が遅いとき（歩行時、ランニング時：約４Ｈｚ以下）や、速いとき（スナップシェイクの限界：約６Ｈｚ以上）については、スナップシェイクの判定を行わないようにするための適切な時間を設定しておく。

次に、図９のステップ１０４へ戻って、スナップシェイク検出処理（図１４）のステップ１５８で記憶された検出結果に基づいて検出信号を生成して出力する。

例えば、第１の実施の形態の運動検出装置１０を、長手方向上向きにＸ軸＋方向、下向きにＸ軸−方向、幅方向左向きにＹ軸＋方向、右向きにＹ軸−方向、厚み方向奥向きにＺ軸＋方向、手前向きにＺ軸−方向となるように携帯電話に設けた場合について説明する。

左方向への小さいスナップシェイクは音量を１段階アップ、大きいスナップシェイクは音量を２段階アップ、右方向への小さいスナップシェイクは音量を１段階ダウン、大きいスナップシェイクは音量を２段階ダウンなどのように、種々の操作入力の内容とスナップシェイクの方向とを対応付けておくことができる。なお、ここでは、左方向及び右方向へのスナップシェイクの場合について説明するが、上下方向へのスナップシェイクではワンセグのチャンネル変更、奥向き及び手前向きのスナップシェイクでは表示画面のサイズ切り替え等のように、軸方向毎に操作入力の内容を対応させ、スナップシェイクの大きさをその操作の度合いに対応させるようにするとよい。

従って、本ステップでは、この対応付けに応じた検出信号を出力する。なお、第１の実施の形態では、動き成分に基づいて振りを検出するため、携帯電話の縦持ちか横持ちかに関わらず軸方向に沿ったスナップシェイクを検出することができる。例えば、検出結果がＹ軸＋方向への大きいスナップシェイクであった場合には、音量を２段階アップさせるような検出信号とする。このように、振りの軸方向と共に、振りの大きさも検出することで、より多様な検出信号を出力することができ、モーション入力などに本実施の形態の運動検出装置１０を適用した場合には、多様な操作入力が可能になる。

以上説明したように、第１の実施の形態の運動検出装置によれば、３軸加速度センサから取得した加速度成分データのローパスフィルタ処理後のデータを静止成分、取得した加速度成分データから静止成分のデータを減算したデータを動き成分として分離し、３軸の動き成分のうちはじめに閾値Ｔｈｕを超えたか、または閾値Ｔｈｄ未満となった軸に対応する方向のスナップシェイクを検出すると共に、動き成分の大きさが先に閾値Ｔｈｕを超えた場合には、閾値Ｔｈｕを超えた時点から閾値Ｔｈｄ未満となった後に所定範囲内の値となるまでの時間、先に閾値Ｔｈｄ未満となった場合には、閾値Ｔｈｄ未満となった時点から閾値Ｔｈｕを超えた後に所定範囲内の値となるまでの時間をシェイク時間として検出し、シェイク時間が判定時間Δｔ２以上か否かにより、スナップシェイクの振りの大きさを検出するため、いずれの軸方向にスナップシェイクされたか及びスナップシェイクの大きさを簡易な処理で正確に検出することができる。

次に、第２の実施の形態の運動検出装置２１０について説明する。第１の実施の形態では、シェイク時間を判定時間と比較することによりスナップシェイクの振りの大きさを検出する場合について説明したが、第２の実施の形態では、ベクトル積分値を用いてスナップシェイクの振りの大きさを検出する場合について説明する。なお、第２の実施の形態の運動検出装置２１０の構成は、第１の実施の形態の運動検出装置１０と同様であるため、説明を省略する。

第２の実施の形態における運動検出処理ルーチンと、第１の実施の形態における運動検出処理ルーチンとは、スナップシェイク検出処理ルーチンの内容が異なるため、図１６を参照して、第２の実施の形態のスナップシェイク検出処理ルーチンについて説明する。なお、第１の実施の形態のスナップシェイク検出処理と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

ステップ１４０〜ステップ１４８を経て、ステップ１４８においてスナップシェイクが検出された場合には、ステップ２５０へ移行し、上記ステップ１４８で検出されたスナップシェイクのシェイク時間を演算すると共に、シェイク時間内に検出された動き成分ａの大きさの積分値（ベクトル積分値）を演算する。ベクトル積分値は、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示す斜線部分に相当する。なお、同図（Ａ）は、動きベクトルａが先に閾値Ｔｈｕを超えた場合であり、同図（Ｂ）は、動きベクトルａが先に閾値Ｔｈｄ未満となった場合である。

次に、ステップ２５２で、上記ステップ２５０で演算したベクトル積分値が予め定めた判定閾値ΔＴｈ以上か否かを判定する。判定閾値ΔＴｈ以上の場合には、ステップ１５４へ移行し、スナップシェイクの振りの大きさが「大きい」と判定する。一方、ベクトル積分値が判定閾値ΔＴｈより小さい場合には、ステップ１５６へ移行して、スナップシェイクの振りの大きさが「小さい」と判定する。なお、この判定閾値ΔＴｈには、本実施の形態の運動検出装置２１０が設けられた電子機器を机等に置いたり、乗り物に乗車したり等の振動で誤判定が生じることを防止するような適切な値を設定する。

以上説明したように、第２の実施の形態の運動検出装置によれば、３軸加速度センサから取得した加速度成分データのローパスフィルタ処理後のデータを静止成分、取得した加速度成分データから静止成分のデータを減算したデータを動き成分として分離し、３軸の動き成分のうちはじめに閾値Ｔｈｕを超えた、または閾値Ｔｈｄ未満となった軸に対応する方向のスナップシェイクを検出すると共に、シェイク時間内に検出された動き成分ａのベクトル積分値が、判定閾値ΔＴｈ以上か否かにより、スナップシェイクの振りの大きさを検出するため、いずれの軸方向にスナップシェイクされたか及びスナップシェイクの大きさを簡易な処理で正確に検出することができる。

次に、第３の実施の形態の運動検出装置３１０について説明する。第１の実施の形態では、いずれの軸方向に振られたかを検出する場合について説明したが、第３の実施の形態では、重力方向への振りを検出し、いずれの軸が重力軸かを判定する場合について説明する。なお、第３の実施の形態の運動検出装置３１０の構成は、第１の実施の形態の運動検出装置１０と同様であるため、説明を省略する。

次に、第３の実施の形態の運動検出装置３１０の動作について説明する。第３の実施の形態では、３軸加速度センサ１２のいずれかの面を下にして重力方向へ運動検出装置３１０を振り、重力方向を判定することによりどの面を下にしたかを検出して、それに応じて異なる検出信号を出力する。なお、第３の実施の形態において、このように３軸加速度センサ１２のいずれかの面を下にして重力方向へ運動検出装置３１０を振ることを「シェイキング」という。

ここで、第３の実施の形態において、シェイキングの方向を重力方向とした理由について説明する。

例えば、図２に示すように、Ｚ軸＋方向が重力方向となるように３軸加速度センサ１２を水平に置いた状態、すなわち、Ｘ軸及びＹ軸についての加速度成分データが「０ｇ」、Ｚ軸についての加速度成分データが「＋１ｇ」の状態から、運動検出装置３１０を重力方向へ１回振ったときの各軸についての加速度成分データを図１８（Ａ）に、Ｙ軸に沿った水平方向へ１回振ったときの各軸についての加速度成分データを同図（Ｂ）に示す。同図（Ａ）に示すように、重力方向に振った場合には、Ｚ軸についての加速度成分データの振幅が、Ｘ軸及びＹ軸についての加速度成分データの振幅に比べて大きくなっている。また、加速度成分データの値も、＋方向への変化が大きなっている。このことより、運動検出装置３１０がＺ軸＋方向に振られたことがわかる。

一方、同図（Ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に振った場合には、Ｙ軸についての加速度成分データだけでなく、Ｘ軸の加速度成分データについても振幅の向きは逆向きではあるが同程度の振幅が検出されている。このため、Ｙ軸方向に振ったにもかかわらず、Ｘ軸方向に振られたとの誤判定をする可能性がある。

そこで、第３の実施の形態では、振りの方向に対する確度の高い重力方向へ振ることを前提としている。

図１９を参照して、第３の実施の形態における運動検出処理ルーチンについて説明する。本ルーチンは、ＲＯＭ２２に記憶された運動検出プログラムをＣＰＵ２０が実行することにより行われる。なお、第１の実施の形態の運動検出装置１０における処理と同様の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

ステップ１００で、加速度分離処理を実行する。運動検出装置３１０がＺ軸＋方向を重力方向にして静止状態にある場合には、Ｘ軸及びＹ軸についての加速度成分データが「０ｇ」、Ｚ軸についての加速度成分データが「＋１ｇ」となり、Ｚ軸＋方向を重力方向として判定することができる。しかし、図１１に示すように、運動検出装置３１０が振られた図中Ｓで示す箇所（○で囲んだ箇所）では、３軸の加速度成分データの各々が同程度の値を示している点が複数あり、この点においては、どの軸が重力方向に対応しているかを判定することができない。そこで、第１の実施の形態における加速度分離処理（図１０）と同様に、加速度成分データを静止成分と動き成分とに分離する。

次に、ステップ３００で、加速度分離処理（図１０）のステップ１２２で抽出された静止成分に基づいて、重力方向に対応する軸（以下、「重力軸」ともいう）及び方向を判定する。例えば、図１２に示すような静止成分が抽出された場合には、Ｚ軸の静止成分が「＋１ｇ」を示しているため、Ｚ軸＋方向が重力方向であると判定される。

次に、ステップ３０２で、予め定めた大きさ以上の振りをシェイキングとして検出するシェイキング検出処理を実行する。ここで、図２０を参照して、シェイキング検出処理ルーチンについて説明する。

ステップ３２０で、図１９のステップ３００で重力軸と判定された軸について、加速度分離処理（図１０）のステップ１２４で抽出された動き成分ａを時系列に観測開始する。

次に、ステップ３２２で、重力軸の動き成分ａが、予め定めた＋方向の閾値Ｔｈｕ、または−方向の閾値Ｔｈｄのいずれかを超えたか否かを判定する。図２１に動き成分ａの時間変化の一部拡大図を示す。閾値Ｔｈｕ及び閾値Ｔｈｄは、予め定めた大きさ以上の振りをシェイキングとして検出するための値を設定しておく。いずれかを超えた場合には、ステップ１４６へ移行し、いずれも超えない場合には、本ステップの判定を繰り返す。

ステップ１４６では、上記ステップ２２４で動き成分ａが閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄのいずれかを超えてから所定時間Δｔ１以内に、前回超えたのとは逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えたか否かを判定する。なお、Δｔ１は、第１の実施の形態と同様に、シェイク無効時間である。Δｔ１以内に動き成分ａが逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えた場合には、ステップ１４８へ移行し、動き成分ａが逆の閾値Ｔｈｕまたは閾値Ｔｈｄを超えることなくΔｔ１を経過した場合には、ステップ３２２へ戻る。

次に、ステップ１４８〜ステップ１５６で、第１の実施の形態と同様に、シェイク時間を演算して、シェイキングの大きさを判定し、次に、ステップ３５８で、図１９のステップ３００で判定された重力軸及び方向、上記ステップ１５４またはステップ１５６で判定された振りの大きさ、並びに上記ステップ１５０で演算されたシェイク時間を、シェイキングの検出結果として、所定の記憶領域に一旦記憶する。

次に、図１９のステップ１０４へ戻って、シェイキング検出処理（図２０）のステップ３５８で記憶された検出結果に基づいて検出信号を生成して出力する。

例えば、第３の実施の形態の運動検出装置３１０を携帯電話に設けた場合に、Ｚ軸＋方向に対応する面を下に向けて小さくシェイキングしたときは音量を１段階アップ、大きくシェイキングしたときは音量を２段階アップ、Ｚ軸−方向での小さいシェイキングは音量を１段階ダウン、大きいシェイキングでは音量を２段階ダウンするなどのように、種々の操作入力の内容とシェイキングの際に下向きになる軸方向とを対応付けておくことができる。なお、ここでは、Ｚ軸＋方向に対応する面を下に向けてシェイキングする場合について説明するが、Ｘ軸＋方向及び−方向を下に向けたシェイキングではワンセグのチャンネル変更、Ｙ軸＋方向及び−方向を下に向けたシェイキングでは表示画面のサイズ切り替え等のように、どの面を下向きにするかに応じて操作入力の内容を対応させ、シェイキングの大きさをその操作の度合いに対応させるようにするとよい。

従って、本ステップでは、この対応付けに応じた検出信号を出力する。例えば、Ｚ軸＋方向の大きいシェイキングが検出された場合には、音量を２段階アップさせるような検出信号とする。このように、振りの軸方向と共に、振りの大きさも検出することで、より多様な検出信号を出力することができ、モーション入力などに本実施の形態の運動検出装置３１０を適用した場合には、多様な操作入力が可能になる。

以上説明したように、第３の実施の形態の運動検出装置によれば、運動検出装置のいずれかの面を下にして重力方向に振った場合に、３軸加速度センサから取得した加速度成分データを、ローパスフィルタ処理して得られる静止成分と、取得した加速度成分データから静止成分を減算した動き成分とに分離し、静止成分に基づいて重力軸及び方向を判定すると共に、シェイク時間が判定時間Δｔ２以上か否かにより、シェイキングの振りの大きさを検出するため、いずれの軸方向が重力方向であるか、及び重力方向へのシェイキングの大きさを簡易な処理で正確に検出することができる。

なお、第３の実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、シェイク時間内のベクトル積分値を用いてシェイキングの大きさを検出するようにしてもよい。

また、上記第１〜第３の実施の形態では、シェイク時間が判定時間以上か否か、またはシェイク時間内のベクトル積分値が判定閾値以上か否かによって、振りの大きさが大きいか小さいかを判定する場合について説明したが、判定時間または判定閾値を複数設けて、いずれの判定時間または判定閾値を超えたかにより、振りの大きさを段階的に判定するようにしてもよい。例えば、シェイク時間を用いて判定する場合において、判定時間としてΔｔ１及びΔｔ２（Δｔ１＜Δｔ２）を設定し、シェイク時間がΔｔ１以下であれば振りの大きさは「小」、Δｔ１〜Δｔ２であれば振りの大きさは「中」、Δｔ２≧であれば振りの大きさは「大」と判定するようにすることができる。ベクトル積分値を用いる場合も同様である。

また、上記第１〜第３の実施の形態では、３軸加速度センサとマイクロコンピュータとが一体となった場合について説明したが、３軸加速度センサのみを電子機器内に設け、マイクロコンピュータを電子機器の外部に設けるように構成してもよい。

１０、２１０、３１０ 運動検出装置
１２ ３軸加速度センサ
１４ マイクロコンピュータ
２０ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２６ メモリ

Claims (10)

1. 作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段と、
   前記分離手段で分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段と、
   を含む運動検出装置。
2. 前記運動検出手段は、前記加速度検出手段をいずれかの軸方向に沿って往復で運動させた場合の前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となるまでの時間、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えるまでの時間が、予め定めた所定時間を超える場合に、前記加速度検出手段が前記対象動き成分に対応する軸方向に運動したことを検出する請求項１記載の運動検出装置。
3. 作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段と、
   前記分離手段で分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段と、
   を含む運動検出装置。
4. 前記運動検出手段は、前記重力軸の動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となるまでの時間、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えるまでの時間が、予め定めた所定時間を超える場合に、前記加速度検出手段が重力方向に運動したことを検出する請求項３記載の運動検出装置。
5. 前記運動検出手段は、前記第１の時間または前記第２の時間と予め定めた複数の判定時間の各々とを比較して、前記第１の時間または前記第２の時間がいずれの前記判定時間を超えたかにより、または前記第１の積分値または前記第２の積分値と予め定めた複数の判定値の各々とを比較して、前記第１の積分値または前記第２の積分値がいずれの前記判定値を超えたかにより運動の大きさの程度を検出する請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の運動検出装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の運動検出装置を備えた電子機器。
7. コンピュータが、
   作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得し、
   前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離し、
   分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する
   処理を実行する運動検出方法。
8. コンピュータが、
   作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得し、
   前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離し、
   分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する
   処理を実行する運動検出方法。
9. コンピュータを、
   作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得する取得手段、
   前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段、及び
   分離された動き成分のうち、所定範囲の下限値未満となった対象動き成分、または前記所定範囲の上限値を超えた対象動き成分に基づいて、前記加速度検出手段が前記各軸のいずれの軸方向に運動したかを検出すると共に、前記対象動き成分が、前記下限値未満となるより先に前記上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記対象動き成分の大きさの第１の積分値、前記対象動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記対象動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段
   として機能させるための運動検出プログラム。
10. コンピュータを、
    作用する加速度の三次元直交座標系の各軸の加速度成分の各々を検出して、加速度成分データの各々を出力する加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を取得する取得手段、
    前記加速度検出手段から出力された加速度成分データの各々を、ローパスフィルタ処理して得られた静止成分と、前記加速度成分データの各々から前記静止成分の各々を除いた動き成分とに分離する分離手段、及び
    前記分離手段で分離された動き成分のうち、いずれかの軸を重力方向に向けて前記加速度検出手段を運動させた場合の前記静止成分に基づいて判定した重力方向に対応する重力軸の動き成分が、所定範囲の下限値未満となるより先に前記所定範囲の上限値を超えた場合には、前記上限値を超えた時点から前記下限値未満となった後に前記所定範囲内の値となるまでの第１の時間または前記第１の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第１の積分値、前記重力軸の動き成分が、前記上限値を超えるより先に前記下限値未満となった場合には、前記下限値未満となった時点から前記上限値を超えた後に前記所定範囲内の値となるまでの第２の時間または前記第２の時間内の前記重力軸の動き成分の大きさの第２の積分値に基づいて、運動の大きさを検出する運動検出手段
    として機能させるための運動検出プログラム。

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