JP4855603B2 - 加速度検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加速度検出装置に係り、特に、３次元方向の加速度を検出するための加速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ゲーム等において多様化した入力方法が要求されている。その中でも入力デバイスに働く加速度を検出することにより人間の動きを入力する方法が望まれている。
【０００３】
図１はゲームで望まれている入力方法を説明するための図である。
【０００４】
図１（Ａ）に示すように３次元加速度センサ１をゲームを行なう人の手首、足首に装着する。ゲーム機は、３次元加速度センサ１からの検出信号により操作者の手首、足首の動きを検出することにより、操作者の動きを検出できる。
【０００５】
これにより、例えば、図１（Ｂ）に示すようにダンスの動きを検出し、ゲームを行なったり、図１（Ｃ）に示すような野球の動きや図１（Ｄ）に示すようなボクシングの動きを検出してゲームを行ったりすることができる。
【０００６】
従来、加速度検出装置は、１次元方向の加速度を検出する１次元加速度センサや２次元方向の加速度を検出する２次元加速度センサが存在する。しかし、１次元加速度センサや２次元加速度センサでは、３次元方向に動く手首や足首の動きを検出することは困難であった。
【０００７】
また、３次元加速度センサも存在していたが、圧電素子を用いたものが主流であり、人の動きのように比較的低周波の加速度を検出するものには用いることはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の３次元加速度検出装置は、圧電タイプが主流であり、人の動きなど低周波の加速度を検出するのには適していなかった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる加速度検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、回路基板と、前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と同一面上に実装された、他の１次元方向の一方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、前記第２の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、前記一方向と反対側の方向の加速度を検出する第３の加速度検出装置と、を有し、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する第１の重り部と、前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し前記第２の加速度検出装置は、所定の質量を有する第２の重り部と、前記第２のおもり部に前記一方向の加速度が加わると、回動する第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石が回動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、を有し、前記第３の加速度検出装置は、所定の質量を有する第３の重り部と、前記第３のおもり部に前記一方向と反対側の方向の加速度が加わると、回動する第３の永久磁石と、前記第３の永久磁石が回動すると、該第３の永久磁石との距離が変動し、該第３の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置、第２の加速度検出装置、第３の加速度検出装置を同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。更に、永久磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００１１】
請求項２は、回路基板と、前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、他の１次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する重り部と、前記重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し、前記第２の加速度検出装置は、前記回路基板が取り付けられている有底円筒状のケースと、前記他の１次元方向の加速度が加わると、該加速度が加えられた方向に移動可能に前記ケース内に配置されている第２の永久磁石と、前記回路基板上の、前記第１の加速度検出装置が実装された面と反対側の面に実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、前記ケースの底面に、前記第２電磁変換素子と対向するように実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置、第２の加速度検出装置を同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。更に、永久磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００１２】
請求項３は、第１の回路基板と、前記第１の回路基板と直交して配置された第２の回路基板と、前記第１の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記第２の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、前記第２の加速度検出装置は、前記第１の加速度検出装置についての２次元方向とは他の１次元の加速度を検出するように実装され、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する第１の重り部と、前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し前記第２の加速度検出装置は、所定の質量を有する第２の重り部と、前記第２の重り部に前記他の１次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第２の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記複数の第２の電磁変換素子から出力される電流から前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる。
【００１３】
請求項４は、半球面と円形面とを有する半球体と、前記円形面と前記半球面とが接する箇所近傍の前記半球面上に、お互いに対向して配置されている第１の加速度検出装置および第２の加速度検出装置と、前記円形面と前記半球面とが接する箇所近傍の前記半球面上に、お互いに対向して配置されている第３の加速度検出装置および第４の加速度検出装置と、前記円形面と最も離れている前記半球面上に配置されている第５の加速度検出装置と、中央演算装置と、を有する加速度検出装置において、前記第１の加速度検出装置および前記第２の加速度検出装置とを結ぶ線分と、前記第３の加速度検出装置および前記第４の加速度検出装置とを結ぶ線分と、は直交し、前記第５の加速度検出装置は、２次元方向の加速度を検出するものであり、前記第１の加速度検出装置、前記第２の加速度検出装置、前記第３の加速度検出装置、前記第４の加速度検出装置はそれぞれ、前記２次元方向のうちどちらか一次元の方向と他の１次元方向の加速度を検出するものであり、前記中央演算装置は、前記加速度検出装置に加速度が加えられた場合に、前記第１の加速度検出装置と前記第２の加速度検出装置とがお互いに反対方向の加速度が加えられていると判定した場合、または／および、前記第３の加速度検出装置と前記第４の加速度検出装置とがお互いに反対方向の加速度が加えられていると判定した場合には、前記加速度検出装置にひねりを加えられたことを検出することを特徴とする。
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。また、複数の加速度検出装置を一の半球体上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる。
【００１４】
請求項５は、略直方体形状または略立方体形状のケースと前記ケースの一面に実装された回路基板と、所定の重さを有する永久磁石と、前記３次元方向に移動可能に前記永久磁石を保持する複数のバネと、前記回路基板上の略中央部に実装され、前記永久磁石との距離に応じた電流を出力する１つの電磁変換素子と、前記回路基板上に、前記１つの電磁変換素子を中心として、十字状になるように実装され、前記永久磁石との距離に応じた電流を出力する４つの電磁変換素子と、を有する加速度検出装置において、前記加速度検出装置に加速度が加えられていない場合には、前記永久磁石は前記複数のバネにより、前記ケースの略中央部であり、かつ、前記１つの電磁変換素子と対向する位置に保持されており、前記加速度検出装置に加速度が加えられた場合には、前記永久磁石は、該加速度が加えられた方向に応じた方向に移動し、前記４つの電磁変換素子から出力される電流から２次元方向の加速度が検出され、前記１つの電磁変換素子から出力される電流から他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる。
【００１５】
本発明によれば、第１の加速度検出装置及び第２の加速度検出装置とを同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。
【００１６】
請求項５は、電磁変換素子を回路基板上に実装されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる。
【００１８】
請求項６は、第２の加速度検出装置を第１の加速度検出装置と同じ構成とし、第１の加速度検出装置のうち一方の次元方向の加速度を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる。
【００２０】
請求項７は、２次元方向の加速度を検出する複数の加速度検出装置を組み合わせて、３次元方向の加速度及び回転方向の加速度を検出することを特徴とする。
請求項８は、複数の加速度検出装置を電磁変換素子と加速度に応じて２次元方向に移動可能とされた磁力発生部とから構成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００２２】
請求項９は、複数の加速度検出装置での加速度の検出方向に応じてねじれを検出することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。
【００２４】
請求項１０は、複数の加速度検出装置を、一の保持部材上に取り付けられたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１１は、保持部材が半球体状に形成されたことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を一の保持部材上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１実施例のブロック構成図、図３は本発明の第１実施例の外観構成図を示す。
【００２８】
本実施例の加速度検出システム１００は、加速度検出部１０１、増幅器１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚ、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０３、演算装置１０４を含む構成とされている。
【００２９】
加速度検出部１０１は、加速度検出装置１１１、１１２、１１３を回路基板１１４上に実装した構成とされている。加速度検出装置１１１は、Ｘ方向及びＹ方向の２次元方向の加速度を検出する。加速度検出装置１１２は、＋Ｚ方向の１次元方向の加速度を検出する。加速度検出装置１１３は、−Ｚ方向の１次元方向の加速度を検出する。
【００３０】
まず、加速度検出装置１１１について詳細に説明する。
【００３１】
図４は加速度検出装置１１１の構成図、図５は加速度検出装置１１１の要部の斜視図を示す。
【００３２】
加速度検出装置１１１は、ホール素子１２１〜１２４、ケース１２５、回動部１２６、押圧部材１２７、バネ１２８を含む構成とされている。
【００３３】
ホール素子１２１、１２２は、回路基板１４上で矢印Ｘ方向に延在して配置される。また、ホール素子１２３、１２４は、回路基板１４上で矢印Ｙ方向に延在して配置される。ホール素子１２１とホール素子１２２とを結ぶ延長線Ｌxは、ホール素子１２３とホール素子１２４とを結ぶ延長線Ｌyと所定の位置Ｐ0で直交する。ホール素子１２１〜１２４を回路基板１４に実装することにより、回路基板１４に形成されたプリント配線によりホール素子１２１〜１２４を配線できるので、配線を簡略化できる。
【００３４】
ケース１２５は、ベース１３１及びカバー１３２から構成とされている。ベース１３１は、ホール素子１２１〜１２４の上に配置され、回動部１２６の下端を回動自在に保持する。回動部１２６は、球体部１４１と重り部１４２とがレバー１４３を介して接続された構成とされている。球体部１４１の内部には、永久磁石１４４が内蔵されている。
【００３５】
球体部１４１は、ベース１３１に回動自在に保持され、上部に押圧部材１２７が配置される。バネ１２８は押圧部材１２７とカバー１３２との間に配置され、押圧部材１２７を下方に押圧する。球体部１４１は、押圧部材１２７に押圧されて、レバー１４３が回路基板１４に略直交する状態でケース１２５の内部に保持される。
【００３６】
重り部１４２は、レバー１４３の上端に設けられ、所定の質量とされている。
重り部１４２に加速度が加わると、加速度が加わった方向に加速度に応じた力が働く。
【００３７】
重り部１４２に力が働くことにより、レバー１４３は加速度が加わった方向に回動する。レバー１４３が回動することによって球体部１４１が回動する。球体部１４１が回動することにより永久磁石１４４の磁束の方向が変移する。永久磁石１４４の磁束の方向が変移することによりホール素子１２１〜１２４に供給される磁束の量が変化する。ホール素子１２１〜１２４は、永久磁石１４４から供給される磁束の量に応じた電流を出力する。
【００３８】
次に加速度検出装置１２２について詳細に説明する。
【００３９】
図６は加速度検出装置１１２の構成図、図７は加速度検出装置１１２の要部の斜視図を示す。
【００４０】
加速度検出装置１１２は、ホール素子１５１、ベース部１５２、回動部１５３、重り部１５４、バネ１５５を含む構成とされている。
【００４１】
ホール素子１５１は、回路基板１４上の所定の位置に実装されている。ベース部１５２には、回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動自在に保持されている。
【００４２】
ベース部１５２と回動部１５３との間にはバネ１５５が介装されている。また、回動部１５３の先端には、重り部１５４が固定されている。重り部１５４は、重り１６１及び永久磁石１６２を含む構成とされている。
【００４３】
重り１６１は、所定の質量を有する。重り１６１の下端には、ホール素子１５１に対向して永久磁石１６２が固定されている。永久磁石１６２は、回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動することによりホール素子１５１との距離が離間又は近接する。
【００４４】
重り１６１に矢印Ｚ方向に加速度が加わると、重り１６１に加速度に応じた力が働く。重り１６１に力が働くことによりに回動部１５３がバネ１６２の付勢力に抗して矢印Ｂ方向に回動する。
【００４５】
回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動することにより永久磁石１６２とホール素子１５１との距離が変動する。ホール素子１５１は、永久磁石１６２との距離に応じた電流を流す。
【００４６】
なお、加速度検出装置１１３は、図６、図７に示す加速度検出装置１１２と同様な構成であるので、その説明は省略する。
【００４７】
なお、加速度検出装置１１３は、回路基板１４の裏面側に実装される。
【００４８】
加速度検出装置１１１のホール素子１２１、１２２の出力は、増幅器１０２ｘに供給される。増幅器１０２ｘは、ホール素子１２１の出力とホール素子１２２の出力との差分を取り、Ｘ軸Ｌx方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００４９】
図８は増幅器１０２ｘの出力特性図を示す。図８において横軸は、永久磁石１４４の傾き、縦軸は、増幅器１０２ｘの出力を示す。
【００５０】
増幅器１０２ｘの出力は、図８に示すように永久磁石１４４が中立した状態で０となり、永久磁石１４４の傾きに応じて略リニアに変化する特性となる。なお、増幅器１０２ｙの出力も図８と同様な特性となる。
【００５１】
加速度検出装置１１１のホール素子１２３、１２４の出力は、増幅器１０２ｙに供給される。増幅器１０２ｙは、ホール素子１２３の出力とホール素子１２４の出力との差分を取り、Ｙ軸Ｌy方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００５２】
また、加速度検出装置１１２のホール素子１５１の出力及び加速度検出装置１１３のホール素子１５１の出力は、増幅器１０２ｚに供給される。増幅器１０２ｚは、加速度検出装置１１２のホール素子１５１の出力と加速度検出装置１１３のホール素子１５１の出力との差分を取り、Ｚ軸Ｌz方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００５３】
図９は加速度検出装置１１２の出力特性図を示す。図９において横軸は永久磁石１６２と回路基板１４との距離、縦軸はホール素子１５１の出力を示す。図９に示すようにホール素子１５１の出力は、永久磁石１６２が回路基板１４から離間するほど低下する特性を示す。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換器１０３は、増幅器１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚの出力を各々ディジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１０３で変換されたディジタルデータは、中央演算装置１０４に供給される。
【００５５】
中央演算装置１０４は、演算部１７１、記憶部１７２、インタフェース部１７３、クロック部１７４を含む構成とされている。演算部１７１は、Ａ／Ｄ変換器１０３からのディジタルデータを記憶部１７２に一旦記憶し、コンピュータに送信すべきフォーマットに変換した後に、インタフェース部１７３に供給する。このとき、演算部１７１は、クロック部１７４からのクロックに基づいてデータの取り込み、演算を実行、出力を制御する。インタフェース部１７３は、コンピュータとのインタフェースをとり、演算部１７１からのデータをコンピュータに送信する。
【００５６】
本実施例によれば、永久磁石を３次元方向に移動させる機構を設ける必要がなく既存の機構を用いて３次元方向の加速度を検出することができる。よって、構成を簡単にでき、安価に製造することが可能となる。
【００５７】
また、本実施例によれば、加速度検出装置１１１及び加速度検出装置１１２、１１３を同一の回路基板１１４上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成をコンパクトに構成できる
なお、本実施例では、Ｚ方向の検出に図６、図７に示すような１次元の加速度検出装置を用いたが、他の１次元加速度検出装置を用いるようにしてもよい。
【００５８】
図１０は本発明の第２実施例の構成図を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５９】
本変形例の加速度検出システム２００は、加速度検出装置１１２、１１３に代えて加速度検出装置２０１を設けた構成とされている。
【００６０】
加速度検出装置２０１は、ケース２１１、ホール素子２１２、２１３、永久磁石２１４、バネ２１５、２１６から構成される。ケース２１１は、有底円筒状をなし、開放面側が回路基板１４に取り付けられる。回路基板１４のケース２１１の取り付け部分には、ホール素子２１２が設けられている。また、ケース２１１の底面には、ホール素子２１３が設けられている。
【００６１】
永久磁石２１４は、バネ２１５とバネ２１６とで挟持された状態で、ケース２１１の内部に矢印Ｚ方向に移動可能に収納されている。
【００６２】
永久磁石２１４にＺ方向に加速度が加わると、永久磁石２１４に加速度に応じた力が働く。永久磁石２１４に力が働くと、永久磁石２１４はバネ２１５又は２１６の付勢力に抗して矢印Ｚ方向に移動する。永久磁石２１４が移動することにより永久磁石２１４とホール素子２１２、２１３との距離が変化する。ホール素子２１２、２１３は、永久磁石２１４との距離に応じた出力を増幅器１０２ｚに供給する。増幅器１０２ｚはホール素子２１２の出力とホール素子２１３の出力との差分を出力する。増幅器１０２ｚの出力は、Ｚ方向の加速度としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給される。
【００６３】
以上によりＺ方向の加速度を検出できる。
【００６４】
なお、上記第１、第２実施例では、Ｚ方向の検出に図６、図７に示すような１次元の加速度検出装置を用いたが、図３に示す２次元の加速度検出装置を用いるようにしてもよい。
【００６５】
図１１は本発明の第３実施例のブロック構成図、図１２は本発明の第３実施例の外観構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００６６】
本実施例の加速度検出システム３００は、図１、図２に示す加速度検出システム１００でＺ方向の加速度を検出する加速度検出装置１１２、１１３をＸ、Ｙ方向の加速度を検出する加速度検出装置１１１と同じ加速度検出装置３０１を用いて加速度を検出するように構成した。
【００６７】
本実施例の加速度検出装置３０１は、回路基板１４に直交して配置された回路基板２２１に実装されている。なお、回路基板１４と回路基板２２１とは保持部材２３１に固定され、直交して保持されている。
【００６８】
なお、加速度検出装置３０１は、検出可能な直交する２方向のうち一方の方向がＺ方向となるように回路基板３２１に実装される。加速度検出装置３０１のうち一方方向の加速度を検出するための一対のホール素子の出力が増幅器１０２ｚに供給される。増幅器１０２ｚは、一対のホール素子の差動出力をＺ方向の検出信号として出力する。
【００６９】
なお、上記第３実施例では２つの２次元加速度検出装置１１１、３０１を用いて３次元、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出するようにしたが、複数の２次元加速度検出装置により回転方向の加速度を検出可能とすることもできる。
【００７０】
図１３は本発明の第４実施例のブロック構成図、図１４は本発明の第４実施例の外観構成図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
本実施例の加速度検出システム４００は、加速度検出部４０１の構成および中央演算装置１０４での演算処理が第１実施例とは相違する。
【００７２】
本実施例の加速度検出部４０１は、５つの２次元加速度検出装置４１１、４１２〜４１５を半球体４３１上に固定した構成とされている。５つの２次元加速度検出装置４１１〜４１５は、図４、図５に示す加速度検出装置１１１と同じ構成とされている。
【００７３】
加速度検出装置４１１は、半球体４３１の矢印Ｘ１方向に配置される。加速度検出装置４１１の２対のホール素子は、一の対が矢印Ｙ方向に延在し、他の対が矢印Ｚ方向に延在するように配置される。２対のホール素子で検出された加速度検出装置４１１を検出信号は、増幅器４２１を介してＡ／Ｄ変換器１０３に供給される。増幅器４２１は、矢印Ｙ方向に配置された１対のホール素子からの信号の差動出力及び矢印Ｚ方向に配置された１対のホール素子からの信号の差動出力を夫々生成する。
【００７４】
加速度検出装置４１２は、半球体４３１の矢印Ｘ２方向に配置されており、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出とされている。
【００７５】
加速度検出装置４１３は、半球体４３１の矢印Ｙ１方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出とされている。加速度検出装置４１４は、半球体４３１の矢印Ｙ２方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出可能とされている。加速度検出装置４１５は、半球体４３１の矢印Ｚ１方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に働く加速度を検出可能とされている。加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３とは互いに対向して配置され、加速度検出装置４１２と加速度検出装置４１４とは互いに対向して配置される。加速度検出装置４１１〜４１５の検出方向に基づいて加速度の方向の検出を行なう。
【００７６】
図１４（Ｂ）は加速度が加わっていない状態を示しており、図１４（Ｂ）に示す状態から矢印Ｘ２方向に加速度が加わると、加速度検出装置４１２、４１４、４１５の重り部１４２が図１４（Ｃ）に示すように矢印Ｘ１方向に回動する。
【００７７】
また、図１４（Ｄ）に示すように矢印θ１方向に加速度が加わると、加速度検出装置４１１〜４１４の重り部１４２が矢印θ２方向に回動する。よって、加速度検出装置４１１〜４１５の検出方向を見ることによりひねりを検出できる。
【００７８】
図１５は本発明の第４実施例のひねり検出処理のフローチャートを示す。
【００７９】
中央演算装置１０４は、ステップＳ１で加速度検出装置４１１〜４１４からの検出信号を認識されると、ステップＳ２で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１１であれば加速度検出装置４１３、加速度検出装置４１２であれば加速度検出装置４１４の検出信号が認識されたか否かを判定する。
【００８０】
ステップＳ２で対向する加速度検出装置４１３、４１４、４１１、４１２で検出信号が認識されると、ステップＳ３で、互いに対向する加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３及び加速度検出装置４１２と加速度検出装置４１４の検出信号の極性が互いに反対か否か、すなわち、同一方向に加速度を受けているか反対方向に加速度を受けているか判定する。
【００８１】
ステップＳ３で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１２及び加速度検出装置４１４が互いに同一方向に加速度を受けていると判定されると、例えば、図１４（Ｃ）に示す状態であると判定できるので、ステップＳ４で所定の方向、すなわち、矢印ｘ２方向に加速度の変化があった旨を示す方向変化有フラグを設定する。
【００８２】
また、ステップＳ３で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３とが互いに反対方向に加速度を受けていると判定されると、ステップＳ５で矢印θ１方向にひねりがあった旨を示すひねり変化有フラグを設定する。
【００８３】
中央演算処理装置１０４は、加速度検出装置からの検出データと上記フラグとを組み合わせてコンピュータに送信することにより、コンピュータでひねりの運動の検出も可能となる。
【００８４】
図１６は本発明の第５実施例の構成図を示す。
【００８５】
本実施例の加速度検出装置５００は、十字状に配列された５つのホール素子５０１〜５０５が実装された回路基板５１１の上に内部に重り部５２１がバネ５３１〜５３４により３次元方向に移動可能に保持されたケース５４１を実装した構成とされている。重り部５２１は、バネ５３１〜５３４によりケース５４１の略中央に保持されている。重り部５２１の内部には、永久磁石５５１が内蔵されている。
【００８６】
重り部５２１に矢印Ｘ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｘ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｘ方向に移動することにより、ホール素子５０１、５０３から重り部５２１の移動量に応じた信号が出力される。
【００８７】
重り部５２１に矢印Ｙ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｙ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｙ方向に移動することにより、ホール素子５０２、５０４から重り部５２１の移動量に応じた信号が出力される。
【００８８】
また、重り部５２１に矢印Ｚ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｚ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｚ方向に移動することにより、ホール素子５０２から重り部５２１との距離に応じた信号が出力される。
【００８９】
ホール素子５０１とホール素子５０３との差動出力により矢印Ｘ方向の加速度を検出でき、また、ホール素子５０２とホール素子５０４との差動出力により矢印Ｙ方向の加速度を検出でき、さらに、ホール素子５０５の出力により矢印Ｚ方向の加速度を検出できる。
【００９０】
本実施例によれば、複数のバネ５３１〜５３４により重り部５２１を弾性的に保持し、バネ５３１〜５３４の弾性力を検出した加速度の周波数に応じた弾性力に設定することにより低周波の加速度の検出に対応できる。
【００９１】
なお、本実施例では、矢印Ｚ方向の加速度は、単一のホール素子５０５の出力により検出したが、ケース５４１の上面にもホール素子を設け、ホール素子５０５との差動出力を求めるようにしてもよい。
【００９２】
なお、第１乃至第５実施例では、電磁変換素子としてホール素子を用いたが、強磁性薄膜磁気抵抗素子を用いるようにしてもよい。また、ホール素子と強磁性薄膜抵抗素子とを組み合わせて用いるようにしてもよい。例えば、第５実施例において、矢印Ｘ、Ｙ方向の加速度を検出するためのホール素子５０１〜５０４に代えて強磁性薄膜抵抗素子を用い、矢印Ｚ方向の加速度を検出するためのホール素子５０５はそのまま用いるようにする。
【００９３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる等の特長を有する。
【００９４】
本発明によれば、第１の加速度検出装置及び第２の加速度検出装置とを同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる等の特長を有する。
【００９５】
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる等の特長を有する。
【００９６】
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる等の特長を有する。
【００９７】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を組み合わせることにより３次元方向の加速度を検出することにより磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる等の特長を有する。
【００９８】
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。
【００９９】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を一の保持部材上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ゲームで望まれている入力方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１実施例の外観構成図である。
【図４】加速度検出装置１１１の構成図である。
【図５】加速度検出装置１１１の要部の斜視図である。
【図６】加速度検出装置１１２の構成図である。
【図７】加速度検出装置１１２の要部の斜視図である。
【図８】増幅器１０２ｘの出力特性図である。
【図９】加速度検出装置１１２の出力特性図である。
【図１０】本発明の第２実施例の構成図である。
【図１１】本発明の第３実施例のブロック構成図である。
【図１２】本発明の第３実施例の外観構成図である。
【図１３】本発明の第４実施例のブロック構成図である。
【図１４】本発明の第４実施例の外観構成図である。
【図１５】本発明の第４実施例のひねり検出処理のフローチャートである。
【図１６】本発明の第５実施例の構成図である。
【符号の説明】
１００ 加速度検出システム
１０１ 加速度検出部
１０２ｘ〜１０２ｚ 増幅器
１０３ Ａ／Ｄ変換器
１０４ 中央演算装置
１１１、１１２、１１３ 加速度検出装置
１１４ 回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は加速度検出装置に係り、特に、３次元方向の加速度を検出するための加速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ゲーム等において多様化した入力方法が要求されている。その中でも入力デバイスに働く加速度を検出することにより人間の動きを入力する方法が望まれている。
【０００３】
図１はゲームで望まれている入力方法を説明するための図である。
【０００４】
図１（Ａ）に示すように３次元加速度センサ１をゲームを行なう人の手首、足首に装着する。ゲーム機は、３次元加速度センサ１からの検出信号により操作者の手首、足首の動きを検出することにより、操作者の動きを検出できる。
【０００５】
これにより、例えば、図１（Ｂ）に示すようにダンスの動きを検出し、ゲームを行なったり、図１（Ｃ）に示すような野球の動きや図１（Ｄ）に示すようなボクシングの動きを検出してゲームを行ったりすることができる。
【０００６】
従来、加速度検出装置は、１次元方向の加速度を検出する１次元加速度センサや２次元方向の加速度を検出する２次元加速度センサが存在する。しかし、１次元加速度センサや２次元加速度センサでは、３次元方向に動く手首や足首の動きを検出することは困難であった。
【０００７】
また、３次元加速度センサも存在していたが、圧電素子を用いたものが主流であり、人の動きのように比較的低周波の加速度を検出するものには用いることはできなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の３次元加速度検出装置は、圧電タイプが主流であり、人の動きなど低周波の加速度を検出するのには適していなかった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる加速度検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、回路基板と、前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と同一面上に実装された、他の１次元方向の一方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、前記第２の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、前記一方向と反対側の方向の加速度を検出する第３の加速度検出装置と、を有し、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する第１の重り部と、前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し前記第２の加速度検出装置は、所定の質量を有する第２の重り部と、前記第２のおもり部に前記一方向の加速度が加わると、回動する第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石が回動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、を有し、前記第３の加速度検出装置は、所定の質量を有する第３の重り部と、前記第３のおもり部に前記一方向と反対側の方向の加速度が加わると、回動する第３の永久磁石と、前記第３の永久磁石が回動すると、該第３の永久磁石との距離が変動し、該第３の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置、第２の加速度検出装置、第３の加速度検出装置を同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。更に、永久磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００１１】
請求項２は、回路基板と、前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、他の１次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する重り部と、前記重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し、前記第２の加速度検出装置は、前記回路基板が取り付けられている有底円筒状のケースと、前記他の１次元方向の加速度が加わると、該加速度が加えられた方向に移動可能に前記ケース内に配置されている第２の永久磁石と、前記回路基板上の、前記第１の加速度検出装置が実装された面と反対側の面に実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、前記ケースの底面に、前記第２電磁変換素子と対向するように実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置、第２の加速度検出装置を同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。更に、永久磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００１２】
請求項３は、第１の回路基板と、前記第１の回路基板と直交して配置された第２の回路基板と、前記第１の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、前記第２の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、前記第２の加速度検出装置は、前記第１の加速度検出装置についての２次元方向とは他の１次元の加速度を検出するように実装され、前記第１の加速度検出装置は、所定の質量を有する第１の重り部と、前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し前記第２の加速度検出装置は、所定の質量を有する第２の重り部と、前記第２の重り部に前記他の１次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第２の電磁変換素子と、を有し、前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、前記複数の第２の電磁変換素子から出力される電流から前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる。
【００１３】
請求項４は、半球面と円形面とを有する半球体と、前記円形面と前記半球面とが接する箇所近傍の前記半球面上に、お互いに対向して配置されている第１の加速度検出装置および第２の加速度検出装置と、前記円形面と前記半球面とが接する箇所近傍の前記半球面上に、お互いに対向して配置されている第３の加速度検出装置および第４の加速度検出装置と、前記円形面と最も離れている前記半球面上に配置されている第５の加速度検出装置と、中央演算装置と、を有する加速度検出装置において、前記第１の加速度検出装置および前記第２の加速度検出装置とを結ぶ線分と、前記第３の加速度検出装置および前記第４の加速度検出装置とを結ぶ線分と、は直交し、前記第５の加速度検出装置は、２次元方向の加速度を検出するものであり、前記第１の加速度検出装置、前記第２の加速度検出装置、前記第３の加速度検出装置、前記第４の加速度検出装置はそれぞれ、前記２次元方向のうちどちらか一次元の方向と他の１次元方向の加速度を検出するものであり、前記中央演算装置は、前記加速度検出装置に加速度が加えられた場合に、前記第１の加速度検出装置と前記第２の加速度検出装置とがお互いに反対方向の加速度が加えられていると判定した場合、または／および、前記第３の加速度検出装置と前記第４の加速度検出装置とがお互いに反対方向の加速度が加えられていると判定した場合には、前記加速度検出装置にひねりを加えられたことを検出することを特徴とする。
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。また、複数の加速度検出装置を一の半球体上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる。
【００１４】
請求項５は、略直方体形状または略立方体形状のケースと前記ケースの一面に実装された回路基板と、所定の重さを有する永久磁石と、前記３次元方向に移動可能に前記永久磁石を保持する複数のバネと、前記回路基板上の略中央部に実装され、前記永久磁石との距離に応じた電流を出力する１つの電磁変換素子と、前記回路基板上に、前記１つの電磁変換素子を中心として、十字状になるように実装され、前記永久磁石との距離に応じた電流を出力する４つの電磁変換素子と、を有する加速度検出装置において、前記加速度検出装置に加速度が加えられていない場合には、前記永久磁石は前記複数のバネにより、前記ケースの略中央部であり、かつ、前記１つの電磁変換素子と対向する位置に保持されており、前記加速度検出装置に加速度が加えられた場合には、前記永久磁石は、該加速度が加えられた方向に応じた方向に移動し、前記４つの電磁変換素子から出力される電流から２次元方向の加速度が検出され、前記１つの電磁変換素子から出力される電流から他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする。
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる。
【００１５】
本発明によれば、第１の加速度検出装置及び第２の加速度検出装置とを同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる。
【００１６】
請求項５は、電磁変換素子を回路基板上に実装されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる。
【００１８】
請求項６は、第２の加速度検出装置を第１の加速度検出装置と同じ構成とし、第１の加速度検出装置のうち一方の次元方向の加速度を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる。
【００２０】
請求項７は、２次元方向の加速度を検出する複数の加速度検出装置を組み合わせて、３次元方向の加速度及び回転方向の加速度を検出することを特徴とする。
請求項８は、複数の加速度検出装置を電磁変換素子と加速度に応じて２次元方向に移動可能とされた磁力発生部とから構成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる。
【００２２】
請求項９は、複数の加速度検出装置での加速度の検出方向に応じてねじれを検出することを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。
【００２４】
請求項１０は、複数の加速度検出装置を、一の保持部材上に取り付けられたことを特徴とする。
【００２５】
請求項１１は、保持部材が半球体状に形成されたことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を一の保持部材上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１実施例のブロック構成図、図３は本発明の第１実施例の外観構成図を示す。
【００２８】
本実施例の加速度検出システム１００は、加速度検出部１０１、増幅器１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚ、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０３、演算装置１０４を含む構成とされている。
【００２９】
加速度検出部１０１は、加速度検出装置１１１、１１２、１１３を回路基板１１４上に実装した構成とされている。加速度検出装置１１１は、Ｘ方向及びＹ方向の２次元方向の加速度を検出する。加速度検出装置１１２は、＋Ｚ方向の１次元方向の加速度を検出する。加速度検出装置１１３は、−Ｚ方向の１次元方向の加速度を検出する。
【００３０】
まず、加速度検出装置１１１について詳細に説明する。
【００３１】
図４は加速度検出装置１１１の構成図、図５は加速度検出装置１１１の要部の斜視図を示す。
【００３２】
加速度検出装置１１１は、ホール素子１２１〜１２４、ケース１２５、回動部１２６、押圧部材１２７、バネ１２８を含む構成とされている。
【００３３】
ホール素子１２１、１２２は、回路基板１４上で矢印Ｘ方向に延在して配置される。また、ホール素子１２３、１２４は、回路基板１４上で矢印Ｙ方向に延在して配置される。ホール素子１２１とホール素子１２２とを結ぶ延長線Ｌxは、ホール素子１２３とホール素子１２４とを結ぶ延長線Ｌyと所定の位置Ｐ0で直交する。ホール素子１２１〜１２４を回路基板１４に実装することにより、回路基板１４に形成されたプリント配線によりホール素子１２１〜１２４を配線できるので、配線を簡略化できる。
【００３４】
ケース１２５は、ベース１３１及びカバー１３２から構成とされている。ベース１３１は、ホール素子１２１〜１２４の上に配置され、回動部１２６の下端を回動自在に保持する。回動部１２６は、球体部１４１と重り部１４２とがレバー１４３を介して接続された構成とされている。球体部１４１の内部には、永久磁石１４４が内蔵されている。
【００３５】
球体部１４１は、ベース１３１に回動自在に保持され、上部に押圧部材１２７が配置される。バネ１２８は押圧部材１２７とカバー１３２との間に配置され、押圧部材１２７を下方に押圧する。球体部１４１は、押圧部材１２７に押圧されて、レバー１４３が回路基板１４に略直交する状態でケース１２５の内部に保持される。
【００３６】
重り部１４２は、レバー１４３の上端に設けられ、所定の質量とされている。
重り部１４２に加速度が加わると、加速度が加わった方向に加速度に応じた力が働く。
【００３７】
重り部１４２に力が働くことにより、レバー１４３は加速度が加わった方向に回動する。レバー１４３が回動することによって球体部１４１が回動する。球体部１４１が回動することにより永久磁石１４４の磁束の方向が変移する。永久磁石１４４の磁束の方向が変移することによりホール素子１２１〜１２４に供給される磁束の量が変化する。ホール素子１２１〜１２４は、永久磁石１４４から供給される磁束の量に応じた電流を出力する。
【００３８】
次に加速度検出装置１２２について詳細に説明する。
【００３９】
図６は加速度検出装置１１２の構成図、図７は加速度検出装置１１２の要部の斜視図を示す。
【００４０】
加速度検出装置１１２は、ホール素子１５１、ベース部１５２、回動部１５３、重り部１５４、バネ１５５を含む構成とされている。
【００４１】
ホール素子１５１は、回路基板１４上の所定の位置に実装されている。ベース部１５２には、回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動自在に保持されている。
【００４２】
ベース部１５２と回動部１５３との間にはバネ１５５が介装されている。また、回動部１５３の先端には、重り部１５４が固定されている。重り部１５４は、重り１６１及び永久磁石１６２を含む構成とされている。
【００４３】
重り１６１は、所定の質量を有する。重り１６１の下端には、ホール素子１５１に対向して永久磁石１６２が固定されている。永久磁石１６２は、回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動することによりホール素子１５１との距離が離間又は近接する。
【００４４】
重り１６１に矢印Ｚ方向に加速度が加わると、重り１６１に加速度に応じた力が働く。重り１６１に力が働くことによりに回動部１５３がバネ１６２の付勢力に抗して矢印Ｂ方向に回動する。
【００４５】
回動部１５３が矢印Ｂ方向に回動することにより永久磁石１６２とホール素子１５１との距離が変動する。ホール素子１５１は、永久磁石１６２との距離に応じた電流を流す。
【００４６】
なお、加速度検出装置１１３は、図６、図７に示す加速度検出装置１１２と同様な構成であるので、その説明は省略する。
【００４７】
なお、加速度検出装置１１３は、回路基板１４の裏面側に実装される。
【００４８】
加速度検出装置１１１のホール素子１２１、１２２の出力は、増幅器１０２ｘに供給される。増幅器１０２ｘは、ホール素子１２１の出力とホール素子１２２の出力との差分を取り、Ｘ軸Ｌx方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００４９】
図８は増幅器１０２ｘの出力特性図を示す。図８において横軸は、永久磁石１４４の傾き、縦軸は、増幅器１０２ｘの出力を示す。
【００５０】
増幅器１０２ｘの出力は、図８に示すように永久磁石１４４が中立した状態で０となり、永久磁石１４４の傾きに応じて略リニアに変化する特性となる。なお、増幅器１０２ｙの出力も図８と同様な特性となる。
【００５１】
加速度検出装置１１１のホール素子１２３、１２４の出力は、増幅器１０２ｙに供給される。増幅器１０２ｙは、ホール素子１２３の出力とホール素子１２４の出力との差分を取り、Ｙ軸Ｌy方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００５２】
また、加速度検出装置１１２のホール素子１５１の出力及び加速度検出装置１１３のホール素子１５１の出力は、増幅器１０２ｚに供給される。増幅器１０２ｚは、加速度検出装置１１２のホール素子１５１の出力と加速度検出装置１１３のホール素子１５１の出力との差分を取り、Ｚ軸Ｌz方向の出力としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給する。
【００５３】
図９は加速度検出装置１１２の出力特性図を示す。図９において横軸は永久磁石１６２と回路基板１４との距離、縦軸はホール素子１５１の出力を示す。図９に示すようにホール素子１５１の出力は、永久磁石１６２が回路基板１４から離間するほど低下する特性を示す。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換器１０３は、増幅器１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚの出力を各々ディジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１０３で変換されたディジタルデータは、中央演算装置１０４に供給される。
【００５５】
中央演算装置１０４は、演算部１７１、記憶部１７２、インタフェース部１７３、クロック部１７４を含む構成とされている。演算部１７１は、Ａ／Ｄ変換器１０３からのディジタルデータを記憶部１７２に一旦記憶し、コンピュータに送信すべきフォーマットに変換した後に、インタフェース部１７３に供給する。このとき、演算部１７１は、クロック部１７４からのクロックに基づいてデータの取り込み、演算を実行、出力を制御する。インタフェース部１７３は、コンピュータとのインタフェースをとり、演算部１７１からのデータをコンピュータに送信する。
【００５６】
本実施例によれば、永久磁石を３次元方向に移動させる機構を設ける必要がなく既存の機構を用いて３次元方向の加速度を検出することができる。よって、構成を簡単にでき、安価に製造することが可能となる。
【００５７】
また、本実施例によれば、加速度検出装置１１１及び加速度検出装置１１２、１１３を同一の回路基板１１４上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成をコンパクトに構成できる
なお、本実施例では、Ｚ方向の検出に図６、図７に示すような１次元の加速度検出装置を用いたが、他の１次元加速度検出装置を用いるようにしてもよい。
【００５８】
図１０は本発明の第２実施例の構成図を示す。同図中、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５９】
本変形例の加速度検出システム２００は、加速度検出装置１１２、１１３に代えて加速度検出装置２０１を設けた構成とされている。
【００６０】
加速度検出装置２０１は、ケース２１１、ホール素子２１２、２１３、永久磁石２１４、バネ２１５、２１６から構成される。ケース２１１は、有底円筒状をなし、開放面側が回路基板１４に取り付けられる。回路基板１４のケース２１１の取り付け部分には、ホール素子２１２が設けられている。また、ケース２１１の底面には、ホール素子２１３が設けられている。
【００６１】
永久磁石２１４は、バネ２１５とバネ２１６とで挟持された状態で、ケース２１１の内部に矢印Ｚ方向に移動可能に収納されている。
【００６２】
永久磁石２１４にＺ方向に加速度が加わると、永久磁石２１４に加速度に応じた力が働く。永久磁石２１４に力が働くと、永久磁石２１４はバネ２１５又は２１６の付勢力に抗して矢印Ｚ方向に移動する。永久磁石２１４が移動することにより永久磁石２１４とホール素子２１２、２１３との距離が変化する。ホール素子２１２、２１３は、永久磁石２１４との距離に応じた出力を増幅器１０２ｚに供給する。増幅器１０２ｚはホール素子２１２の出力とホール素子２１３の出力との差分を出力する。増幅器１０２ｚの出力は、Ｚ方向の加速度としてＡ／Ｄ変換器１０３に供給される。
【００６３】
以上によりＺ方向の加速度を検出できる。
【００６４】
なお、上記第１、第２実施例では、Ｚ方向の検出に図６、図７に示すような１次元の加速度検出装置を用いたが、図３に示す２次元の加速度検出装置を用いるようにしてもよい。
【００６５】
図１１は本発明の第３実施例のブロック構成図、図１２は本発明の第３実施例の外観構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００６６】
本実施例の加速度検出システム３００は、図１、図２に示す加速度検出システム１００でＺ方向の加速度を検出する加速度検出装置１１２、１１３をＸ、Ｙ方向の加速度を検出する加速度検出装置１１１と同じ加速度検出装置３０１を用いて加速度を検出するように構成した。
【００６７】
本実施例の加速度検出装置３０１は、回路基板１４に直交して配置された回路基板２２１に実装されている。なお、回路基板１４と回路基板２２１とは保持部材２３１に固定され、直交して保持されている。
【００６８】
なお、加速度検出装置３０１は、検出可能な直交する２方向のうち一方の方向がＺ方向となるように回路基板３２１に実装される。加速度検出装置３０１のうち一方方向の加速度を検出するための一対のホール素子の出力が増幅器１０２ｚに供給される。増幅器１０２ｚは、一対のホール素子の差動出力をＺ方向の検出信号として出力する。
【００６９】
なお、上記第３実施例では２つの２次元加速度検出装置１１１、３０１を用いて３次元、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出するようにしたが、複数の２次元加速度検出装置により回転方向の加速度を検出可能とすることもできる。
【００７０】
図１３は本発明の第４実施例のブロック構成図、図１４は本発明の第４実施例の外観構成図を示す。同図中、図２、図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
本実施例の加速度検出システム４００は、加速度検出部４０１の構成および中央演算装置１０４での演算処理が第１実施例とは相違する。
【００７２】
本実施例の加速度検出部４０１は、５つの２次元加速度検出装置４１１、４１２〜４１５を半球体４３１上に固定した構成とされている。５つの２次元加速度検出装置４１１〜４１５は、図４、図５に示す加速度検出装置１１１と同じ構成とされている。
【００７３】
加速度検出装置４１１は、半球体４３１の矢印Ｘ１方向に配置される。加速度検出装置４１１の２対のホール素子は、一の対が矢印Ｙ方向に延在し、他の対が矢印Ｚ方向に延在するように配置される。２対のホール素子で検出された加速度検出装置４１１を検出信号は、増幅器４２１を介してＡ／Ｄ変換器１０３に供給される。増幅器４２１は、矢印Ｙ方向に配置された１対のホール素子からの信号の差動出力及び矢印Ｚ方向に配置された１対のホール素子からの信号の差動出力を夫々生成する。
【００７４】
加速度検出装置４１２は、半球体４３１の矢印Ｘ２方向に配置されており、矢印Ｙ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出とされている。
【００７５】
加速度検出装置４１３は、半球体４３１の矢印Ｙ１方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出とされている。加速度検出装置４１４は、半球体４３１の矢印Ｙ２方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向に働く加速度を検出可能とされている。加速度検出装置４１５は、半球体４３１の矢印Ｚ１方向に配置されており、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に働く加速度を検出可能とされている。加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３とは互いに対向して配置され、加速度検出装置４１２と加速度検出装置４１４とは互いに対向して配置される。加速度検出装置４１１〜４１５の検出方向に基づいて加速度の方向の検出を行なう。
【００７６】
図１４（Ｂ）は加速度が加わっていない状態を示しており、図１４（Ｂ）に示す状態から矢印Ｘ２方向に加速度が加わると、加速度検出装置４１２、４１４、４１５の重り部１４２が図１４（Ｃ）に示すように矢印Ｘ１方向に回動する。
【００７７】
また、図１４（Ｄ）に示すように矢印θ１方向に加速度が加わると、加速度検出装置４１１〜４１４の重り部１４２が矢印θ２方向に回動する。よって、加速度検出装置４１１〜４１５の検出方向を見ることによりひねりを検出できる。
【００７８】
図１５は本発明の第４実施例のひねり検出処理のフローチャートを示す。
【００７９】
中央演算装置１０４は、ステップＳ１で加速度検出装置４１１〜４１４からの検出信号を認識されると、ステップＳ２で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１１であれば加速度検出装置４１３、加速度検出装置４１２であれば加速度検出装置４１４の検出信号が認識されたか否かを判定する。
【００８０】
ステップＳ２で対向する加速度検出装置４１３、４１４、４１１、４１２で検出信号が認識されると、ステップＳ３で、互いに対向する加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３及び加速度検出装置４１２と加速度検出装置４１４の検出信号の極性が互いに反対か否か、すなわち、同一方向に加速度を受けているか反対方向に加速度を受けているか判定する。
【００８１】
ステップＳ３で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１２及び加速度検出装置４１４が互いに同一方向に加速度を受けていると判定されると、例えば、図１４（Ｃ）に示す状態であると判定できるので、ステップＳ４で所定の方向、すなわち、矢印ｘ２方向に加速度の変化があった旨を示す方向変化有フラグを設定する。
【００８２】
また、ステップＳ３で対向する加速度検出装置、例えば、加速度検出装置４１１と加速度検出装置４１３とが互いに反対方向に加速度を受けていると判定されると、ステップＳ５で矢印θ１方向にひねりがあった旨を示すひねり変化有フラグを設定する。
【００８３】
中央演算処理装置１０４は、加速度検出装置からの検出データと上記フラグとを組み合わせてコンピュータに送信することにより、コンピュータでひねりの運動の検出も可能となる。
【００８４】
図１６は本発明の第５実施例の構成図を示す。
【００８５】
本実施例の加速度検出装置５００は、十字状に配列された５つのホール素子５０１〜５０５が実装された回路基板５１１の上に内部に重り部５２１がバネ５３１〜５３４により３次元方向に移動可能に保持されたケース５４１を実装した構成とされている。重り部５２１は、バネ５３１〜５３４によりケース５４１の略中央に保持されている。重り部５２１の内部には、永久磁石５５１が内蔵されている。
【００８６】
重り部５２１に矢印Ｘ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｘ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｘ方向に移動することにより、ホール素子５０１、５０３から重り部５２１の移動量に応じた信号が出力される。
【００８７】
重り部５２１に矢印Ｙ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｙ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｙ方向に移動することにより、ホール素子５０２、５０４から重り部５２１の移動量に応じた信号が出力される。
【００８８】
また、重り部５２１に矢印Ｚ方向に加速度が働くと、重り部５２１は、バネ５３１〜５３４の付勢力に抗して矢印Ｚ方向に移動する。重り部５２１が矢印Ｚ方向に移動することにより、ホール素子５０２から重り部５２１との距離に応じた信号が出力される。
【００８９】
ホール素子５０１とホール素子５０３との差動出力により矢印Ｘ方向の加速度を検出でき、また、ホール素子５０２とホール素子５０４との差動出力により矢印Ｙ方向の加速度を検出でき、さらに、ホール素子５０５の出力により矢印Ｚ方向の加速度を検出できる。
【００９０】
本実施例によれば、複数のバネ５３１〜５３４により重り部５２１を弾性的に保持し、バネ５３１〜５３４の弾性力を検出した加速度の周波数に応じた弾性力に設定することにより低周波の加速度の検出に対応できる。
【００９１】
なお、本実施例では、矢印Ｚ方向の加速度は、単一のホール素子５０５の出力により検出したが、ケース５４１の上面にもホール素子を設け、ホール素子５０５との差動出力を求めるようにしてもよい。
【００９２】
なお、第１乃至第５実施例では、電磁変換素子としてホール素子を用いたが、強磁性薄膜磁気抵抗素子を用いるようにしてもよい。また、ホール素子と強磁性薄膜抵抗素子とを組み合わせて用いるようにしてもよい。例えば、第５実施例において、矢印Ｘ、Ｙ方向の加速度を検出するためのホール素子５０１〜５０４に代えて強磁性薄膜抵抗素子を用い、矢印Ｚ方向の加速度を検出するためのホール素子５０５はそのまま用いるようにする。
【００９３】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる等の特長を有する。
【００９４】
本発明によれば、第１の加速度検出装置及び第２の加速度検出装置とを同一の回路基板上に実装することにより、加速度検出装置全体の構成を小型化できる等の特長を有する。
【００９５】
本発明によれば、電磁変換素子を回路基板上に実装することにより、回路の配線を簡略化でき安価に構成できる等の特長を有する。
【００９６】
本発明によれば、第１の加速度検出装置と第２の加速度検出装置とを同じもので構成できるので、部品の種類を削減できるので、安価に構成できる等の特長を有する。
【００９７】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を組み合わせることにより３次元方向の加速度を検出することにより磁石を３次元方向に移動させる機構が必要がないので、３次元方向の加速度の検出を安価な構成で低周波の加速度を検出できる等の特長を有する。
【００９８】
本発明によれば、加速度の検出方向を検出することにより、ねじれの運動を検出することができる。
【００９９】
本発明によれば、複数の加速度検出装置を一の保持部材上に取り付けることにより装置全体をコンパクトに構成できる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ゲームで望まれている入力方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図３】本発明の第１実施例の外観構成図である。
【図４】加速度検出装置１１１の構成図である。
【図５】加速度検出装置１１１の要部の斜視図である。
【図６】加速度検出装置１１２の構成図である。
【図７】加速度検出装置１１２の要部の斜視図である。
【図８】増幅器１０２ｘの出力特性図である。
【図９】加速度検出装置１１２の出力特性図である。
【図１０】本発明の第２実施例の構成図である。
【図１１】本発明の第３実施例のブロック構成図である。
【図１２】本発明の第３実施例の外観構成図である。
【図１３】本発明の第４実施例のブロック構成図である。
【図１４】本発明の第４実施例の外観構成図である。
【図１５】本発明の第４実施例のひねり検出処理のフローチャートである。
【図１６】本発明の第５実施例の構成図である。
【符号の説明】
１００ 加速度検出システム
１０１ 加速度検出部
１０２ｘ〜１０２ｚ 増幅器
１０３ Ａ／Ｄ変換器
１０４ 中央演算装置
１１１、１１２、１１３ 加速度検出装置
１１４ 回路基板
Claims (3)
- 回路基板と、
前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、
前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と同一面上に実装された、他の１次元方向の一方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、
前記第２の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、前記一方向と反対側の方向の加速度を検出する第３の加速度検出装置と、を有し、
前記第１の加速度検出装置は、
所定の質量を有する第１の重り部と、
前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、
前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し
前記第２の加速度検出装置は、
所定の質量を有する第２の重り部と、
前記第２のおもり部に前記一方向の加速度が加わると、回動する第２の永久磁石と、
前記第２の永久磁石が回動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、を有し、
前記第３の加速度検出装置は、
所定の質量を有する第３の重り部と、
前記第３のおもり部に前記一方向と反対側の方向の加速度が加わると、回動する第３の永久磁石と、
前記第３の永久磁石が回動すると、該第３の永久磁石との距離が変動し、該第３の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、
前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、
前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする加速度検出装置。 - 回路基板と、
前記回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、
前記回路基板の、前記第１の加速度検出装置が実装されている面と反対側の面上に実装された、他の１次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、
前記第１の加速度検出装置は、
所定の質量を有する重り部と、
前記重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、
前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し、
前記第２の加速度検出装置は、
前記回路基板が取り付けられている有底円筒状のケースと、
前記他の１次元方向の加速度が加わると、該加速度が加えられた方向に移動可能に前記ケース内に配置されている第２の永久磁石と、
前記回路基板上の、前記第１の加速度検出装置が実装された面と反対側の面に実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第２の電磁変換素子と、
前記ケースの底面に、前記第２電磁変換素子と対向するように実装されており、前記第２の永久磁石が前記１次元方向に移動すると、該第２の永久磁石との距離が変動し、該第２の永久磁石との距離に応じた電流を出力する第３の電磁変換素子と、を有し、
前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、
前記第２の電磁変換素子から出力される電流と、前記第３の電磁変換素子から出力される電流との差分から、前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする加速度検出装置。 - 第１の回路基板と、
前記第１の回路基板と直交して配置された第２の回路基板と、
前記第１の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第１の加速度検出装置と、
前記第２の回路基板上に実装された、２次元方向の加速度を検出する第２の加速度検出装置と、を有し、
前記第２の加速度検出装置は、前記第１の加速度検出装置についての２次元方向とは他の１次元の加速度を検出するように実装され、
前記第１の加速度検出装置は、
所定の質量を有する第１の重り部と、
前記第１の重り部に前記２次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第１の永久磁石と、
前記第１の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第１の電磁変換素子と、を有し
前記第２の加速度検出装置は、
所定の質量を有する第２の重り部と、
前記第２の重り部に前記他の１次元方向の加速度が加わると、磁束の方向が変移する第２の永久磁石と、
前記第２の永久磁石の磁束の方向が変移すると供給される磁束の量が変化し、該供給される磁束の量に応じた電流を出力する複数の第２の電磁変換素子と、を有し、
前記複数の第１の電磁変換素子から出力される電流から前記２次元方向の加速度が検出され、
前記複数の第２の電磁変換素子から出力される電流から前記他の１次元方向の加速度が検出されることを特徴とする加速度検出装置。
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