CN105988140A - 搭载有地磁传感器和加速度传感器的电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种电子设备，其具备地磁传感器和加速度传感器而能够检测方位及角速度，能够防止在设备的静止状态下产生方位及角速度的检测的噪声。ST5中当加速度传感器的检测输出的不均的标准偏差没有超过阈值时，在ST6中判断设备是否正在以朝向重力方向的旋转轴为中心进行旋转，若判断为没有进行旋转，则向ST7转移，不更新来自地磁传感器的检测输出。该情况下，即使在ST13中进行角速度的运算，也能够防止静止状态的电子设备正在运动那样的检测噪声的产生。

Description

搭载有地磁传感器和加速度传感器的电子设备

技术领域

本发明涉及搭载有地磁传感器和加速度传感器的电子设备，特别涉及能够降低设备为静止状态时的检测噪声的影响的电子设备。

背景技术

便携用等的电子设备中，有为了检测使用中的姿势而搭载有地磁传感器和加速度传感器的设备。该电子设备中，通过一边用加速度传感器检测重力方向一边得到地磁传感器的检测输出，能够得知以方位为基准的设备的姿势、设备的运动的加速度。

但是，地磁传感器是用于检测微弱的地磁的传感器，所以容易产生检测噪声，此外根据外部环境也容易产生噪声。因此会有这样的情况，即：尽管电子设备处于停止的姿势，也会由于检测噪声而得到好像设备的姿势正在变化那样的检测输出。

因此，以下的专利文献1所记载的电子设备中，根据来自加速度传感器的检测输出判断为设备停止时，能够进行控制以便无视来自地磁传感器的检测输出。

专利文献1：WO2012/066850号再公表公报

但是，仅根据来自加速度传感器的检测输出，无法正确地检测电子设备是否处于静止状态。

例如，电子设备以朝向重力方向的轴为中心进行旋转动作时，由于来自加速度传感器的检测输出不变化从而会判断为设备静止。该情况下，尽管设备正在运动，会成为来自地磁传感器的检测输出被无视这样的误动作状态。

发明内容

本发明用于解决上述以往的课题，目的在于提供一种电子设备，其使用来自地磁传感器和加速度传感器的检测输出的双方的输出，能够以难以受到噪声的影响的状态来检测设备的姿势及动作。

本发明的电子设备，搭载有：地磁传感器，检测正交的3个轴方向的磁场成分；加速度传感器，检测正交的3个轴方向的加速度；以及控制部，被输入上述地磁传感器的检测输出和上述加速度传感器的检测输出。上述电子设备的特征在于，在上述控制部中，当根据来自上述加速度传感器的检测输出判断为设备处于静止状态时，不更新来自上述地磁传感器的检测输出；当根据来自上述地磁传感器的检测输出判断为设备处于静止状态时，不更新来自上述加速度传感器的检测输出。

本发明的电子设备，当根据加速度传感器和地磁传感器中的某一方的检测输出判断为是设备的静止状态时，不将另一方的输出更新，从而设备的姿势检测难以受到噪声的影响。

本发明的电子设备，优选的是，当根据来自上述加速度传感器的检测输出判断为设备处于静止状态、并且判断为没有以朝向重力方向的旋转轴为中心进行旋转时，不将来自上述地磁传感器的检测输出更新。

此外，优选的是，当根据来自上述地磁传感器的检测输出判断为设备处于静止状态、并且判断为没有以朝向地磁方向的旋转轴为中心进行旋转时，不将来自上述加速度传感器的检测输出更新。

本发明的电子设备，优选的是，当来自上述加速度传感器的检测输出的不均没有超过规定的阈值时，判断为设备处于静止状态。

此外，优选的是，当来自上述地磁传感器的检测输出的不均没有超过规定的阈值时，判断为设备处于静止状态。

本发明的电子设备，根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出计算角速度。

或者，根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出计算方位。

本发明的电子设备，能够构成为，设有根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出控制显示画面的图像处理部。

本发明中，当根据加速度传感器和地磁传感器中的某一方的检测输出判断为设备处于静止状态时，通过使得不将另一方的输出更新，从而能够防止当设备为停止状态时在检测输出的噪声的影响下显示状态等误动作。

此外，即使在设备的旋转轴朝向重力方向时、或上述旋转轴朝向地磁的方向时，也能够防止误动作。

附图说明

图1是作为本发明的实施方式的电子设备的一例而表示便携用信息终端的外观的立体图。

图2是表示本发明的实施方式的电子设备的构造的概略的框图。

图3是地磁传感器的动作说明图。

图4是表示检测设备的姿势变化的动作的说明图。

图5是表示本发明的实施方式的动作的流程图。

图6是将本发明的实施方式的电子设备的检测输出和比较例的检测输出进行比较的线图。

具体实施方式

图1所示的本发明的实施方式的电子设备1是便携用信息终端，被用作便携电话、游戏装置或导航装置等。电子设备1具备框体2和位于其表面的显示画面3。在框体2的内部，与各种电子电路一起而设有液晶彩色显示面板等显示面板4(参照图2)，其显示图像呈现在显示画面3中。此外，在显示画面3设有静电电容式等的透光性的触摸面板，通过用手指等触碰显示画面3而实现设备的操作。此外，在框体2具备扬声器和麦克风等。

图1中，电子设备1的基准轴用x轴和y轴以及z轴表示。z轴设定为与显示画面3垂直的方向，x轴与显示画面3平行且设定为框体2的宽度方向，y轴与显示画面3平行且设定为框体2的长度方向。x－y－z的基准坐标以框体2的某处为基准而定义其朝向。

图1中，示出了全局坐标Xg－Yg－Zg。全局坐标是与电子设备1的姿势无关地被定义的，Zg轴是重力的加速度的方向，Xg－Yg平面是与重力的加速度的方向正交的水平面。

如图2所示，在电子设备1的框体2的内部，收纳有地磁传感器11和加速度传感器12。

地磁传感器11具有x轴传感器11x和y轴传感器11y以及z轴传感器11z。如图1所示，对框体2预先决定基准坐标x－y－z，当电子设备1的框体2在三维空间内运动时，追随该运动，基准坐标x－y－z在全局坐标Xg－Yg－Zg内运动。

如图3所示，x轴传感器11x沿着上述基准坐标x－y－z的x轴而被固定，y轴传感器11y沿着y轴而被固定，z轴传感器11z沿着z轴而被固定。x轴传感器11x和y轴传感器11y以及z轴传感器11z均由GMR元件构成。GMR元件具有由Ni－Co合金或Ni－Fe合金等软磁性材料形成的固定磁性层及自由磁性层、和夹在固定磁性层与自由磁性层之间的铜等的非磁性导电层。在固定磁性层之下层叠反铁磁性层，通过反铁磁性层和固定磁性层的反铁磁耦合，将固定磁性层的磁化固定。

如图3所示，x轴传感器11x的固定磁性层的磁化的方向被固定为沿着基准坐标的x轴的Px方向。自由磁性层的磁化的方向与地磁的方向相反应。自由磁性层的磁化的方向与Px方向平行时x轴传感器11x的电阻值极小，自由磁性层的磁化的方向与Px方向反向时x轴传感器11x的电阻值极大。此外，自由磁性层的磁化的方向与Px方向正交时，电阻值为上述极大值和极小值的中间值。

如图2所示，在框体2的内部，设有地磁检测部13。在地磁检测部13，设有包含x轴传感器11x的桥式电路，对该桥式电路施加电压。使x轴传感器11x的固定磁性层的磁化的固定方向Px为与地磁矢量V相同的方向时，对x轴传感器11x提供的磁场成分(日文原文：磁界成分)成为极大值。此时x轴传感器11x的电阻值成为极小值，使x轴传感器11x的固定磁性层的磁化的固定方向Px为与地磁矢量V相反的方向时，x轴传感器11x的电阻值成为极大值。由此，包含x轴传感器11x的桥式电路的检测输出变化。

y轴传感器11y和z轴传感器11z也分别包含在桥式电路中。使y轴传感器11y的固定磁性层的磁化的固定方向Py为与地磁矢量V相同的方向时，y轴传感器11y的电阻值成为极小值，使y轴传感器11y的固定磁性层的磁化的固定方向Py为与地磁矢量V相反的方向时，y轴传感器11y的电阻值成为极大值，包含y轴传感器11的桥式电路的检测输出变化。这对于z轴传感器11z也是同样的。

作为x轴传感器11x、y轴传感器11y、z轴传感器11z，根据地磁矢量的方向得到正侧的检测输出和负侧的检测输出，如果在正侧的检测输出的极大值和负侧的检测输出的极大值中绝对值相同，则还能够用GMR元件以外的磁传感器构成。例如，也可以将沿着各轴仅能够检测正侧的磁场强度的霍尔元件或MR元件、和仅能够检测负侧的磁场强度的霍尔元件或MR元件组合使用。

加速度传感器12具有x轴检测部12x和y轴检测部12y以及z轴检测部12z。各个检测部由质量和支承质量的变形部、和检测该变形部的变形的压电元件等构成。

x轴检测部12x朝向图1和图3所示的基准坐标x－y－z的x轴设置，x轴的正侧朝向重力方向时，变形部的变形量成为极大，x轴检测部12x的检测输出成为正侧的极大值。x轴的负侧朝向重力方向时，x轴检测部12x的检测输出成为负侧的极大值。

y轴检测部12y朝向y轴设置，y轴的正侧朝向重力方向时，变形部的变形量成为极大，y轴检测部12y的检测输出成为正侧的极大值。y轴的负侧朝向重力方向时，y轴检测部12y的检测输出成为负侧的极大值。

z轴检测部12z朝向z轴设置，z轴的正侧朝向重力方向时，变形部的变形量成为极大，z轴检测部12z的检测输出成为正侧的极大值。z轴的负侧朝向重力方向时，z轴检测部12z的检测输出成为负侧的极大值。

x轴检测部12x和y轴检测部12y以及z轴检测部12z的检测输出被加速度检测部14取出。

如图2所示，在框体2的内部设有控制部15。控制部15由A/D变换部、CPU、时钟电路以及缓冲存储器等构成。控制部15中，按照时钟电路的计测时间，地磁检测部13所检测出的地磁传感器11的x轴和y轴以及z轴的检测输出以较短的周期间歇地被采样并被读出。各个检测输出被控制部15内设置的上述A/D变换部变换为数字值。此外，加速度检测部14所检测出的加速度传感器12的x轴和y轴以及z轴的加速度的检测输出也以较短的周期间歇地被采样并被读出到控制部15。各个检测输出被控制部15内设置的上述A/D变换部变换为数字值。

从地磁检测部13调出检测输出的采样周期与从加速度检测部14调出检测输出的采样周期一致。

构成控制部15的CPU与存储器16连接。在存储器16中，用于运算处理的软件被编程而被保存。控制部15的运算处理由上述软件执行。

从地磁检测部13调出的加速度传感器12的x轴和y轴以及z轴的检测输出被A/D变换并在控制部15中被运算，在基准坐标x－y－z中求出加速度变得最大的方向，推定为该方向是重力的加速度G的方向。图4所示的例子中，检测出的重力的加速度G的方向相对于基准坐标的z轴的负方向以角度φ倾斜。

此外，从地磁检测部13调出的地磁传感器11的x轴和y轴以及z轴的检测输出被A/D变换并在控制部15中被运算，在基准坐标x－y－z中求出磁力变得最大的方向。推定为该方向是地磁N的方向。图4的例子中，检测出的地磁N的方向相对于基准坐标的x－y面具有磁倾角α，相对于y轴的正方向具有磁偏角β。

控制部15中，在运算以基准坐标x－y－z为基准的方位即从电子设备1观察的方位时，将基准坐标的方向进行修正，以使对框体2设定的基准坐标x－y－z的z轴的负方向与重力的加速度G的方向一致。在修正后的坐标中计算地磁N的方向相对于x－y平面的磁倾角α，此外，在修正后的坐标中，关于投影在x－y平面上的地磁的方向，求出例如相对于x轴的正方向的磁偏角β。

通过相对于修正后的坐标轴得知磁倾角和磁偏角，能够得知电子设备1相对于全局坐标Xg－Yg－Zg中的方位的朝向。

此外，根据从地磁检测部13得到的地磁传感器11的检测输出、和从加速度检测部14得到的加速度传感器12的检测输出，能够计算使电子设备1运动时的角速度。

如图4所示，根据加速度传感器12的检测输出求出重力的加速度G的方向，求出z轴相对于重力加速度G的方向的俯仰角(pitch angle)φ，通过将该俯仰角φ的变化量在时间上微分，从而能够计算将对电子设备1设定的z轴放倒的方向上的角速度。

此外，根据来自地磁传感器11的检测输出，能够求出y轴相对于地磁N的方向的倾滚角(roll angle)β。通过将该倾滚角β的变化量在时间上微分，从而能够求出电子设备1以z轴为旋转轴进行动作时的角速度。此外，同样地，还能够根据来自地磁传感器11的检测输出，求出绕y轴的旋转动作及绕x轴的旋转动作的角速度。

如图2所示，在电子设备1的内部设有图像处理部17，从图像处理部17向显示面板4发送影像信号，在电子设备1的显示画面3上将各种信息作为影像来显示。当通过存储器16中记录的程序进行导航动作时，根据方位的计算值和框体2中装备的GPS***的接收结果，计算电子设备1的当前位置，此外，根据角速度的计算值，在地图上进行与电子设备1的旋转量对应的显示。

此外，在执行作为游戏装置的程序时，根据角速度的计算值，显示画面3上所显示的游戏信息发生变化。

进而，在电子设备1的框体2的内部收纳有电池18，并设有电源电路19。

这里，地磁传感器11容易产生传感器噪声和电路噪声，还由于外部要因而有在检测输出中重叠噪声的情况。此外，还由于在隧道(tunnel)内受到从矿物等发出的磁影响而存在产生上述噪声的情况。同样，加速度传感器12也根据环境温度等而容易产生检测输出偏移等的噪声。例如，在行驶中的汽车内使用时，容易受到车辆的转动、急刹车或急行进等的影响。

结果，即使在电子设备1完全静止时，控制部15也由于上述噪声而判断为方位正在变化，或者误检测为产生了角速度，从而产生尽管为静止状态、在显示画面3上显示的图像也运动或摇摆的现象。

因此，在控制部15中进行图5所示的流程处理，在静止状态时不更新检测输出，使得噪声不对显示图像带来影响。

图5所示的流程中，在ST1(步骤1)中，通过控制部15，当用于显示图像的导航装置或游戏装置等的程序启动时，在ST2中从地磁检测部13提取地磁传感器11的检测输出，并代入到控制部15内的缓冲存储器中。在ST3中，从加速度检测部14读出加速度传感器12的检测输出，并代入到缓冲存储器中。地磁传感器11的检测输出的取得和加速度传感器12的检测输出的取得是相同的周期，哪个在先都可以。

ST4中，求出多次取得的加速度传感器12的计算值的不均(日文原文：ばらつき)的标准偏差，在ST5中将该标准偏差与预先决定的阈值相比较。标准偏差大于阈值时，向ST12转移，而不用根据加速度传感器12的检测输出判断为电子设备1处于静止状态。ST8中，求出多次取得的地磁传感器11的计算值的不均的标准偏差，在ST9中将该标准偏差与预先决定的阈值相比较。标准偏差大于阈值时，向ST12转移，而不用根据地磁传感器11的检测输出判断为电子设备1处于静止状态。

ST12中，将根据地磁传感器11的检测输出计算出的地磁N的方向的信息、和根据加速度传感器12的检测输出计算出的重力的加速度G的方向的信息的双方代入到用于方位计算、角速度计算的算法中。并且向ST13转移，根据来自地磁传感器11的检测输出和来自加速度传感器12的检测输出计算方位，或者求出电子设备1的动作的角速度，基于这些计算值控制在显示画面3上显示的图像。并且，向ST14转移，返回ST1，进而重复进行来自地磁传感器11的检测输出的取得和来自加速度传感器12的检测输出的取得。

ST5中，当判断为加速度传感器12的检测输出的不均的标准偏差没有超过阈值时，判断为电子设备1处于静止状态的可能性高并向ST6转移。ST6中，判断电子设备1是否正在以朝向重力方向的旋转轴为中心旋转。例如，ST5中，当判断为来自加速度传感器12的检测输出几乎不变化时，参照来自地磁传感器11的检测输出。根据来自地磁传感器11的检测输出，判断为电子设备1正在以朝向重力方向(重力的加速度G的方向)的旋转轴为中心旋转的可能性高时，判断为电子设备1不是静止状态并向ST12转移。此时，ST12中，使来自地磁传感器11的检测输出优先，或者仅将来自地磁传感器11的检测输出代入到方位计算及角速度计算的算法中，向ST13转移。

ST13中，仅使用来自地磁传感器11的检测输出进行方位的计算及角速度的计算。并且，将该计算结果反映在显示图像中。

ST6中，当判断为旋转轴不是重力方向时，即，在ST5中判断为来自加速度传感器12的检测输出几乎不变化、进而判断为没有进行以重力方向为旋转轴的动作时，判断为电子设备1处于静止状态的可能性极高。此时，向ST7转移，不更新地磁传感器11的检测输出，将在紧前的数据取得周期中取得的来自地磁传感器11的检测输出代入到方位计算及角速度计算的算法中并前进到ST13。该情况下，由于来自地磁传感器11的检测输出不会被更新，所以方位不会变化而角速度的计算值为零。

因而，在显示画面3上显示的图像为停止状态，只要电子设备1处于静止姿势，就能够防止显示图像运动或摆动。

ST9中，当判断为地磁传感器11的检测输出的不均的标准偏差没有超过阈值时，判断为电子设备1处于静止状态的可能性高并向ST10转移。ST10中，判断电子设备1是否正在以朝向地磁N的旋转轴为中心旋转。例如，ST9中，当判断为来自地磁传感器11的检测输出几乎不变化时，参照来自加速度传感器12的检测输出。根据来自加速度传感器12的检测输出，当判断为电子设备1正在以朝向地磁N的旋转轴为中心旋转的可能性高时，判断为电子设备1不是静止状态并向ST12转移。ST12中，使来自加速度传感器12的检测输出优先，仅将来自加速度传感器12的检测输出代入到方位计算及用于计算角速度的算法中，向ST13转移。

ST13中，仅使用来自加速度传感器12的检测输出进行方位的计算及角速度的计算。并且，将该计算结果反映在显示图像中。

ST10中，当判断为电子设备1不是正在以在地磁N的方向上延伸的旋转轴为中心进行旋转时，即，在ST9中判断为来自地磁传感器11的检测输出几乎不变化、进而判断为没有进行以朝向地磁N的旋转轴为中心的旋转动作时，判断为电子设备1处于静止状态的可能性极高。此时，向ST11转移，不更新加速度传感器12的检测输出，将在紧前的数据取得周期中取得的来自加速度传感器12的检测输出代入到方位计算及角速度计算的算法中并前进至ST13。该情况下，由于来自加速度传感器12的检测输出不会被更新，所以方位不会变化而角速度的计算值为零。

因而，在显示画面3上显示的图像为停止状态，只要电子设备1为静止姿势，就能够防止显示图像运动或摆动。

另外，图5所示的流程图中，当电子设备1成为静止状态时，有从ST5经ST6向ST7转移、与之并行地从ST9经ST10向ST11转移、ST7的处理和ST11的处理并行进行的情况。该情况下，来自地磁传感器11的检测输出和来自加速度传感器12的检测输出的双方不被更新，在显示画面3上显示的图像能够维持完全静止的状态。

根据该电子设备1，在静止状态时，能够防止显示画面3上显示的图像由于噪声而运动。此外，电子设备1进行以朝向重力方向的旋转轴为中心的旋转动作时、或进行以朝向地磁N的旋转轴为中心的旋转动作时，能够将其检测出而防止误判断为处于静止状态。

图6中，将本发明的实施方式中的角速度的计算值和比较例中的角速度的计算值相比较。

实施方式中，在ST5中判断为加速度传感器12的检测输出的不均的标准偏差没有超过阈值，在ST6中判断为电子设备1没有以朝向重力方向的旋转轴为中心进行旋转，判断为电子设备1为停止状态而在ST7中是不将地磁传感器11的检测输出更新的状态。比较例中，示出了不进行ST4、ST5、ST6、ST7、ST8、ST9、ST10、ST11的处理、在ST12中始终用来自地磁传感器11的检测输出和来自加速度传感器12的检测输出的双方计算角速度的例子。

图6的横轴表示从地磁传感器11和加速度传感器取得检测输出的周期，纵轴是使电子设备1完全静止时的绕z轴的角速度的计算值。实施方式用实线表示，比较例用虚线表示。

图6中可知，在比较例中尽管为静止状态也计算出角速度，而在实施方式中，角速度的变化极小。

标号说明

1 电子设备

2 框体

3 显示画面

11 地磁传感器

11x x轴传感器

11y y轴传感器

11z z轴传感器

12 加速度传感器

12x x轴检测部

12y y轴检测部

12z z轴检测部

13 地磁检测部

14 加速度检测部

15 控制部

17 图像处理部

Claims (8)

1.一种电子设备，搭载有：

地磁传感器，对正交的3个轴方向的磁场成分进行检测；

加速度传感器，对正交的3个轴方向的加速度进行检测；以及

控制部，被输入上述地磁传感器的检测输出和上述加速度传感器的检测输出，

上述电子设备的特征在于，

在上述控制部中，当根据来自上述加速度传感器的检测输出而判断为设备处于静止状态时，不更新来自上述地磁传感器的检测输出；

当根据来自上述地磁传感器的检测输出而判断为设备处于静止状态时，不更新来自上述加速度传感器的检测输出。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

当根据来自上述加速度传感器的检测输出而判断为设备处于静止状态、且判断为没有以朝向重力方向的旋转轴为中心进行旋转时，不更新来自上述地磁传感器的检测输出。

3.如权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，

当根据来自上述地磁传感器的检测输出而判断为设备处于静止状态、且判断为没有以朝向地磁方向的旋转轴为中心进行旋转时，不更新来自上述加速度传感器的检测输出。

4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

当来自上述加速度传感器的检测输出的不均没有超过规定的阈值时，判断为设备处于静止状态。

5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

当来自上述地磁传感器的检测输出的不均没有超过规定的阈值时，判断为设备处于静止状态。

6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出来计算角速度。

7.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，

根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出来计算方位。

8.如权利要求6或7所述的电子设备，其特征在于，

设有图像处理部，该图像处理部根据来自上述地磁传感器的检测输出和来自上述加速度传感器的检测输出来控制显示画面。