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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024101154
(43)【公開日】2024-07-29
(54)【発明の名称】センサーモジュール
(51)【国際特許分類】
G01P 21/00 20060101AFI20240722BHJP
G01P 15/18 20130101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
G01P21/00
G01P15/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023004934
(22)【出願日】2023-01-17
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100148323
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 通
(74)【代理人】
【識別番号】100168860
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 充史
(72)【発明者】
【氏名】中岡 康
(57)【要約】
【課題】複数のセンサーデバイスに回転運動が加わった場合でも複数のセンサーデバイスがそれぞれ検出した複数の加速度を補正することが可能なセンサーモジュールを提供すること。
【解決手段】筐体と、前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、を備える、センサーモジュール。
【選択図】図１
【解決手段】筐体と、前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、を備える、センサーモジュール。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える、センサーモジュール。
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える、センサーモジュール。
【請求項2】
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える、センサーモジュール。
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える、センサーモジュール。
【請求項3】
請求項１又は２において、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度が一致しているか否かを判定する、センサーモジュール。
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度が一致しているか否かを判定する、センサーモジュール。
【請求項4】
請求項１又は２において、
前記整数ｎは３以上であり、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの基準位置加速度の各々が正常であるか否かを判定する、センサーモジュール。
前記整数ｎは３以上であり、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの基準位置加速度の各々が正常であるか否かを判定する、センサーモジュール。
【請求項5】
請求項４において、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度のうちの正常な加速度の平均値を算出する、センサーモジュール。
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度のうちの正常な加速度の平均値を算出する、センサーモジュール。
【請求項6】
請求項１又は２において、
前記角速度を検出する第ｎ＋１のセンサーデバイスを備える、センサーモジュール。
前記角速度を検出する第ｎ＋１のセンサーデバイスを備える、センサーモジュール。
【請求項7】
請求項１又は２において、
前記第ｎのセンサーデバイスは、前記角速度を検出する、センサーモジュール。
前記第ｎのセンサーデバイスは、前記角速度を検出する、センサーモジュール。
【請求項8】
請求項１又は２において、
１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第ｊのセンサーデバイスは、第ｊの角速度を検出し、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの角速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの角速度の各々が正常であるか否かを判定し、前記角速度として前記第１～第ｎの角速度のうちの正常な角速度の平均値を算出する、センサーモジュール。
１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第ｊのセンサーデバイスは、第ｊの角速度を検出し、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの角速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの角速度の各々が正常であるか否かを判定し、前記角速度として前記第１～第ｎの角速度のうちの正常な角速度の平均値を算出する、センサーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサーモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、慣性センサーと、慣性センサーの複数の検出軸が互いに直交するように慣性センサーから出力される信号に対して補正係数を適用するミスアライメント補正を実行することにより補正信号を生成する補正回路とをそれぞれ有する複数のセンサーモジュールと、複数のセンサーモジュールのそれぞれの複数の検出軸をいずれか１つの複数のセンサーモジュールの複数の検出軸に整合させる補正係数を各補正信号に適用することにより複数の整合信号を生成する整合処理部と、複数の整合信号と複数の補正信号とを合成して出力する合成処理部とを備える、慣性センサー装置が記載されている。特許文献１に記載の慣性センサー装置によれば、複数のセンサーモジュールの間における検出軸のずれが解消されるため、慣性データの検出精度が悪化することを抑制することができる。また、特許文献１に記載の慣性センサー装置では、各センサーモジュールが有する慣性センサーに含まれる加速度センサーが互いに近接するように配置されており、当該複数の加速度センサーのそれぞれが受ける加速度の相違を小さく抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１９６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、複数の加速度センサーを全く同じ位置に配置することはできないため、複数の加速度センサーに回転運動が加わったとき、複数の加速度センサーの出力が異なるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係るセンサーモジュールの一態様は、
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
【0006】
本発明に係るセンサーモジュールの他の一態様は、
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図。
【図2】センサーデバイスの分解斜視図。
【図3】センサーデバイスが有する回路基板を示す上面図。
【図5】センサーデバイスの機能的な構成の一例を示す図。
【図6】センサーモジュールの斜視図。
【図7】センサーモジュールの内部の平面図。
【図8】基板及びセンサーモジュールの分解斜視図。
【図9】センサーデバイスの機能的な構成の他の一例を示す図。
【図10】第１実施形態のセンサーモジュールの他の構成を示す図。
【図11】第２実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図。
【図12】第３実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図。
【図13】第４実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0009】
１．第１実施形態
図１は、第１実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図である。図１に示すように、第１実施形態のセンサーモジュール１は、センサーデバイス２－１～２－ｎと、処理回路１００と、記憶回路１１０と、通信回路１２０とを備える。ｎは２以上の整数である。
図１は、第１実施形態のセンサーモジュールの構成を示す図である。図１に示すように、第１実施形態のセンサーモジュール１は、センサーデバイス２－１～２－ｎと、処理回路１００と、記憶回路１１０と、通信回路１２０とを備える。ｎは２以上の整数である。
【0010】
センサーデバイス２－１～２－ｎは、不図示のセンサーモジュール１の筐体に収容されており、当該筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを検出する。すなわち、１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、センサーデバイス２－ｊは、第ｊの位置に設けられた加速度センサーを少なくとも備えており、当該加速度センサーが加速度αｊを検出する。また、センサーデバイス２－ｎは、センサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωをさらに検出する。すなわち、センサーデバイス２－ｎは、加速度センサーとともに角速度センサーを備えており、当該角速度センサーが筐体に加わる角速度ωを検出する。
【0011】
例えば、センサーデバイス２－１～２－（ｎ－１）は、３軸加速度センサーデバイスであり、センサーデバイス２－ｎは、３軸加速度センサーと３軸角速度センサーとを備えた慣性計測ユニットであってもよい。また、第１～第ｎのセンサーデバイス２－１～２－ｎは、それぞれ慣性計測ユニットであってもよい。
【0012】
以下では、センサーデバイス２－１～２－ｎが同様の構造の慣性計測ユニットである場合を例に挙げ、その構造及び機能について説明する。以下では、センサーデバイス２－１～２－ｎのいずれかをセンサーデバイス２と称する場合もある。
【0013】
【0014】
図２に示すように、センサーデバイス２は、アウターケース２１、インナーケース２２、接合部材２３及び回路基板２４を備える。アウターケース２１は、インナーケース２２が挿入される凹部を有する。アウターケース２１及びインナーケース２２は、回路基板２４を収容及び保持した状態で、接合部材２３により互いに接合される。センサーデバイス２は、上方、即ち図２に示すｚ軸に沿う方向から見て正方形状である。アウターケース２
１は、例えば、上面の対角に位置する一対の角部のそれぞれに設けられたねじ孔２１１，２１２を有する。センサーデバイス２は、ねじ孔２１１，２１２を利用してねじ止めされることにより基板１０に固定され得る。
１は、例えば、上面の対角に位置する一対の角部のそれぞれに設けられたねじ孔２１１，２１２を有する。センサーデバイス２は、ねじ孔２１１，２１２を利用してねじ止めされることにより基板１０に固定され得る。
【0015】
図５に示すように、センサーデバイス２は、３軸加速度センサー２７と、第１角速度センサー２６ａと、第２角速度センサー２６ｂと、第３角速度センサー２６ｃと、補正回路２８と、インターフェース回路２９とを備える。
【0016】
図３及び図４に示すように、回路基板２４には、モジュールコネクター２５、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ、第３角速度センサー２６ｃ、３軸加速度センサー２７、補正回路２８等が搭載される。モジュールコネクター２５は、センサーデバイス２と基板１０との間を接続する。モジュールコネクター２５は、例えば、インナーケース２２に設けられる開口２２１を介して基板１０に対して露出される。第１角速度センサー２６ａは、ａ軸回りの角速度ωａを検出する。第２角速度センサー２６ｂは、ｂ軸回りの角速度ωｂを検出する。第３角速度センサー２６ｃは、ｃ軸回りの角速度ωｃを検出する。３軸加速度センサー２７は、ａ軸に沿う方向の加速度Ａａ、ｂ軸に沿う方向の加速度Ａｂ及びｃ軸に沿う方向の加速度Ａｃを検出する。ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３つの検出軸は、センサーデバイス２毎に定義される。
【0017】
補正回路２８は、例えば、集積回路により構成される。補正回路２８は、回路基板２４を介して、３軸加速度センサー２７、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃのそれぞれに接続される。一般的に、３軸加速度センサー２７、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号は、センサーデバイス２の組み立て時のずれ等による３つの検出軸に対する角度誤差であるミスアライメントを有する。このため、補正回路２８は、センサーデバイス２の３つの検出軸が互いに直交するように、３軸加速度センサー２７、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号を補正することにより補正信号を生成する。具体的には、補正回路２８は、３軸加速度センサー２７、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号に対して、予め決定された回転行列等の補正係数を適用するミスアライメント補正を実行することにより、補正信号を生成する。３次元直交座標系をなす３つの検出軸は、センサーデバイス２毎に設定される。
【0018】
その他、補正回路２８は、３軸加速度センサー２７、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号に含まれるオフセット誤差及びスケールファクター誤差を補正する。補正回路２８は、補正信号をインターフェース回路２９を介して処理回路１００に出力する。
【0019】
回路基板２４は、ｚ軸に沿う方向から見て例えば正方形状である。回路基板２４の中心Ｏの周りに定義される４つの象限を第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４とするとき、３軸加速度センサー２７は、第１象限Ｑ１に配置される。
【0020】
なお、モジュールコネクター２５は、第２象限Ｑ２及び第３象限Ｑ３における回路基板２４の上面２４１に配置される。第１角速度センサー２６ａは、第４象限Ｑ４における回路基板２４の側面に配置される。第２角速度センサー２６ｂは、第１象限Ｑ１における回路基板２４の側面に配置される。第３角速度センサー２６ｃは、第４象限Ｑ４における回路基板２４の上面２４１に配置される。３軸加速度センサー２７は、第１象限Ｑ１における回路基板２４の上面２４１に配置される。補正回路２８は、第３象限Ｑ３における回路基板２４の下面２４２に配置される。ねじ孔２１１は、第２象限Ｑ２に、ねじ孔２１２は
、第４象限Ｑ４にそれぞれ配置される。
、第４象限Ｑ４にそれぞれ配置される。
【0021】
図６～図８は、図２～図４の構造の３つのセンサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃを備えたセンサーモジュール１の構造の一例を示す図である。なお、センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれ図１のセンサーデバイス２－１，２－２，２－３に相当する。
【0022】
図６～図８に示すように、センサーモジュール１は、例えば、基板１０と、それぞれ基板１０に搭載されるセンサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、処理回路１００と、これらを収容する筐体としての容器９とを備える。センサーモジュール１は、３軸方向の加速度及び３軸回りの角速度を検出する慣性計測ユニットである。センサーモジュール１は、例えば、車両、ロボット、ドローン等の移動体や、スマートフォン、タブレット端末等の電子機器、その他の種々の対象の運動状態を検出する。運動状態は、例えば、位置、姿勢、速度、加速度、角速度等を含む。
【0023】
図６及び図７に示すように、容器９は、上方に開口する凹部９１１を有するベース９１と、凹部９１１の開口を塞ぐようにベース９１に固定される蓋９２とを備える。容器９は、概略として矩形平板状である。ベース９１及び蓋９２は、蓋９２により封止される凹部９１１の内側に収容空間Ｓを定義する。収容空間Ｓは、基板１０、センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、処理回路１００等の各部品を収容するための空間である。容器９は、収容空間Ｓに収容される各部品を塵、湿気、紫外線、衝撃等から保護する。
【0024】
ベース９１及び蓋９２は、アルミニウム（Ａｌ）により構成され得る。その他、ベース９１及び蓋９２のそれぞれの材料として、例えば、Ａｌ合金、亜鉛（Ｚｎ）、ステンレス等の金属材料、各種セラミックス、各種樹脂材料、及びこれらの複合材料が採用可能である。
【0025】
センサーモジュール１は、ベース９１の側壁に取り付けられるコネクター９３と、収容空間Ｓに配置される通信基板９３１とを備える。コネクター９３は、容器９の内部と外部との間の電気的な接続を行うレセプタクルである。通信基板９３１は、センサーモジュール１と他の装置との間の通信を処理する回路を有する。
【0026】
基板１０は、各種素子及び配線を含む回路基板である。基板１０は、センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、処理回路１００及び内部コネクター１５０等を搭載する。基板１０は、例えばベース９１に対して相対的に固定される。
【0027】
図７及び図８に示すように、２つのセンサーデバイス２Ａ，２Ｂは、基板１０の下面においてＸ軸に沿って配列される。センサーデバイス２Ｃは、Ｚ軸に沿う方向から見てセンサーデバイス２Ａに重なるように基板１０の上面に配置される。処理回路１００及び内部コネクター１５０は、Ｚ軸に沿う方向から見てセンサーデバイス２Ｂと重なるように基板１０の上面に配置される。このように、基板１０の面積及び収容空間Ｓに対して効率的に各種部品を配置することにより、センサーモジュール１の小型化を図ることができる。
【0028】
センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、基板１０を介して処理回路１００に接続される。処理回路１００は、センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃの駆動を制御する。処理回路１００は、内部コネクター１５０及び内部コネクター１５０に接続される図示しない配線を介して、通信基板９３１に接続される。
【0029】
図８に示すように、センサーデバイス２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれの第１象限Ｑ１が互いに近接するように配置される。即ち、図８に示す例において、センサーデバイス２Ａの３軸加速度センサー２７Ａ及びセンサーデバイス２Ｃの３軸加速度センサー２７Ｃは、
Ｚ軸に沿う方向から見て互いに重なるように配置される。センサーデバイス２Ａの３軸加速度センサー２７Ａ及びセンサーデバイス２Ｂの３軸加速度センサー２７Ｂは、Ｘ軸に沿う方向から見て互いに重なるように配置される。これにより、３軸加速度センサー２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃのそれぞれが受ける加速度の相違を小さく抑えることができる。
Ｚ軸に沿う方向から見て互いに重なるように配置される。センサーデバイス２Ａの３軸加速度センサー２７Ａ及びセンサーデバイス２Ｂの３軸加速度センサー２７Ｂは、Ｘ軸に沿う方向から見て互いに重なるように配置される。これにより、３軸加速度センサー２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃのそれぞれが受ける加速度の相違を小さく抑えることができる。
【0030】
ここで、空間座標系の位置ｐｏにセンサーモジュール１の筐体の基準位置があり、センサーデバイス２－ｊが筐体座標系の位置ｒｊに搭載されているとすると、その空間座標系の位置ｐｊは式（１）で表される。例えば、位置ｒｊは、センサーデバイス２－ｊの加速度感度点位置である。
【0031】
【数1】
【0032】
式（１）において、Ｃは空間座標に対する筐体座標の姿勢を表す座標変換行列である。式（１）を時間微分すると、式（２）のように、空間座標系におけるセンサーデバイス２－ｊの速度ｖｊが得られ、式（２）を更に時間微分すると、式（３）のように、空間座標系におけるセンサーデバイス２－ｊの加速度ａｊが得られる。
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】
式（２）及び式（３）において、ｖｏは空間座標系における筐体の基準位置の空間並進速度であり、ａｏは空間座標系における筐体の基準位置の加速度であり、ωは筐体座標系における回転角速度である。角速度ωはセンサーデバイス２－ｊの搭載位置によらず筐体内はすべて同じ値となる。
【0036】
センサーデバイス２－ｊが検出する加速度αｊは、式（４）のように、式（３）で得られた空間加速度ａｊを筐体座標系に変換して得られる。
【0037】
【数4】
【0038】
式（４）において、αｏは筐体座標系における基準位置の加速度である。式（４）において、クロス積を行列形式で表すと式（５）が得られる。
【0039】
【数5】
【0040】
式（５）より、センサーデバイス２－１～２－ｎに加わる加速度は、その搭載位置の違いに起因して異なり、特に角速度ωが大きいほど互いの差が大きくなることが分かる。そこで、本実施形態では、処理回路１００は、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出する加速度α１～αｎを、それぞれ筐体の基準位置に加わる加速度α１’～αｎ’に換算する。
【0041】
図１の説明に戻り、処理回路１００は、加速度換算部１０１、平均化部１０２及び不一致判定部１０３を含む。
【0042】
加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－ｎが検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した、第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の所定の基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算する。加速度α１～αｎ及び基準位置加速度α１’～αｎ’は、それぞれセンサーモジュール１の筐体座標系の加速度であり、角速度ωは、センサーモジュール１の筐体座標系の角速度である。センサーデバイス２－１～２－ｎがそれぞれ筐体座標系の加速度α１～αｎを出力してもよいし、センサーデバイス２－１～２－ｎがそれぞれのセンサー座標系の加速度を出力し、加速度換算部１０１が、これらの加速度を筐体座標系の加速度α１～αｎに座標変換してもよい。また、センサーデバイス２－ｎが筐体座標系の角速度ωを出力してもよいし、センサーデバイス２－ｎがセンサー座標系の角速度を出力し、加速度換算部１０１が、この角速度を筐体座標系の角速度ωに座標変換してもよい。前出の図８の例では、各センサーデバイス２のa軸、ｂ軸及びｃ軸によって定義されるａｂｃ座標系がセンサー座標系であり、センサーモジュール１のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義されるＸＹＺ座標系が筐体座標系である。
【0043】
ここで、サンプリング間隔Δｔ毎に、センサーデバイス２－ｎが検出するｋ番目の角速度を角速度ωｋ＝［ωｘ，ｋ ωｙ，ｋ ωｚ，ｋ］Ｔとし、１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、センサーデバイス２－ｊが検出するｋ番目の加速度をαｊ，ｋ＝［αｊｘ，ｋ αｊｙ，ｋ αｊｚ，ｋ］Ｔとする。前出の式（５）より、ｋ番目の加速度をαｊ，ｋを基準位置加速度αｊ，ｋ’に換算する式（６）が導かれる。
【0044】
【数6】
【0045】
式（６）より、センサーデバイス２－１～２－ｎがそれぞれ検出するｋ番目の加速度α１，ｋ～αｎ，ｋの平均値であるｋ番目の平均加速度α’ｋは、式（７）によって求算出する。
【0046】
【数7】
【0047】
加速度換算部１０１は、１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、式（６）により、第ｊの位置ｒｊに加わる加速度αｊを基準位置加速度αｊ’に換算してもよい。例えば、第１～第ｎの位置ｒ１～ｒｎは、記憶回路１１０に記憶されている。
【0048】
平均化部１０２は、式（７）により、基準位置加速度α１’～αｎ’の平均値である平均加速度α’を算出する。
【0049】
不一致判定部１０３は、基準位置加速度α１’～αｎ’が一致しているか否かを判定する。ここで、基準位置加速度α１’～αｎ’が一致しているとは、基準位置加速度α１’～αｎ’がすべて正確に一致している場合に限られず、基準位置加速度α１’～αｎ’の互いの差が所定の閾値よりも小さい場合も含まれる。
【0050】
例えば、不一致判定部１０３は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してαｉ’とαｊ’の差分の絶対値｜αｉ’－αｊ’｜を算出し、すべての整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）の組に対して差分の絶対値｜αｉ’－αｊ’｜が所定の閾値以下の場合は基準位置加速度α１’～αｎ’が一致していると判定する。また、不一致判定部１０３は、少なくとも１組の整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対して差分の絶対値｜αｉ’－αｊ’｜が所定の閾値よりも大きい場合は基準位置加速度α１’～αｎ’の少なくとも１つが他と不一致であると判定する。
【0051】
あるいは、不一致判定部１０３は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してαｉ’とαｊ’との比の絶対値｜αｉ’／αｊ’｜を算出し、すべての整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）の組に対して比の絶対値｜αｉ’／αｊ’｜が所定の範囲に含まれる場合は基準位置加速度α１’～αｎ’が一致していると判定する。また、不一致判定部１０３は、少なくとも１組の整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対して比の絶対値｜αｉ’／αｊ’｜が所定の範囲に含まれない場合は基準位置加速度α１’～αｎ’の少なくとも１つが他と不一致であると判定する。
【0052】
そして、不一致判定部１０３は、判定結果を示すフラグｆｌｇを生成する。例えば、フラグｆｌｇは、一致判定の場合は０、不一致判定の場合は１であってもよい。
【0053】
平均化部１０２が算出した平均加速度α’及び不一致判定部１０３が生成したフラグｆｌｇは、通信回路１２０を介して、不図示の外部装置に送信される。例えば、当該外部装置は、フラグｆｌｇが一致判定を示す場合は、平均加速度α’を用いた所定の演算を行い、フラグｆｌｇが不一致判定を示す場合は当該所定の演算を行わなくてもよい。
【0054】
なお、センサーデバイス２は、図５に示した構成に限られず、例えば、図９に示す構成の慣性計測ユニットであってもよい。図９において、図５と同様の構成要素には同じ符号が付されており、その説明を省略又は簡略する。図９の例では、センサーデバイス２は、２つの加速度センサー２７－１，２７－２を備える点が図５の構成と異なる。
【0055】
３軸加速度センサー２７－１は、ａ軸に沿う方向の加速度Ａａ１、ｂ軸に沿う方向の加速度Ａｂ１及びｃ軸に沿う方向の加速度Ａｃ１を検出する。また、３軸加速度センサー２７－２は、ａ軸に沿う方向の加速度Ａａ２、ｂ軸に沿う方向の加速度Ａｂ２及びｃ軸に沿う方向の加速度Ａｃ２を検出する。ａ軸、ｂ軸及びｃ軸の３つの検出軸は、センサーデバイス２毎に定義される。
【0056】
補正回路２８は、３軸加速度センサー２７－１、３軸加速度センサー２７－２、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号に対して、予め決定された回転行列等の補正係数を適用するミスアライメント補正を実行することにより、補正信号を生成する。３次元直交座標系をなす３つの検出軸は、センサーデバイス２毎に設定される。そして、補正回路２８は、３軸加速度Ａａ１，Ａｂ１，Ａｃ１の補正信号と３軸加速度Ａａ２，Ａｂ２，Ａｃ２の補正信号を平均してノイズを低減した補正信号を算出する。その他、補正回路２８は、３軸加速度センサー２７－１、３軸加速度センサー２７－２、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃからそれぞれ出力される信号に含まれるオフセット誤差及びスケールファクター誤差を補正する。補正回路２８は、補正信号をインターフェース回路２９を介して処理回路１００に出力する。
【0057】
【0058】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１は、図１に示した構成に限られず、例えば、図１０に示す構成であってもよい。図１０において、図１と同様の構成要素には同じ符号が付されており、その説明を省略又は簡略する。図１０の例では、センサーモジュール１は、センサーデバイス２－（ｎ＋１）を備える点が図１の構成と異なる。
【0059】
センサーデバイス２－１～２－ｎは、不図示のセンサーモジュール１の筐体に収容されており、当該筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを検出する。すなわち、１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、センサーデバイス２－ｊは、第ｊの位置に設けられた加速度センサーを少なくとも備えており、当該加速度センサーが加速度αｊを検出する。また、センサーデバイス２－（ｎ＋１）は、センサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωを検出する。すなわち、センサーデバイス２－（ｎ＋１）は、角速度センサーを備えており、当該角速度センサーが筐体に加わる角速度ωを検出する。
【0060】
例えば、センサーデバイス２－１～２－ｎは、３軸加速度センサーデバイスであり、センサーデバイス２－（ｎ＋１）は、３軸角速度センサーであってもよい。また、第１～第ｎ＋１のセンサーデバイス２－１～２－（ｎ＋１）は、それぞれ慣性計測ユニットであってもよい。
【0061】
加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－（ｎ＋１）が検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した、第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の所定の基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算する。
【0062】
【0063】
なお、第１実施形態のセンサーモジュール１において、センサーデバイス２－１～２－ｎは、「第１～第ｎのセンサーデバイス」の一例である。また、センサーデバイス２－１
～２－（ｎ＋１）は、「第ｎ＋１のセンサーデバイス」の一例である。また、加速度α１～αｎは、「第１～第ｎの加速度」の一例である。また、基準位置加速度α１’～αｎ’は、「第１～第ｎの基準位置加速度」の一例である。
～２－（ｎ＋１）は、「第ｎ＋１のセンサーデバイス」の一例である。また、加速度α１～αｎは、「第１～第ｎの加速度」の一例である。また、基準位置加速度α１’～αｎ’は、「第１～第ｎの基準位置加速度」の一例である。
【0064】
以上に説明した第１実施形態のセンサーモジュール１では、処理回路１００は、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した筐体の第１～第ｎの位置ｒ１～ｒｎに加わる加速度α１～αｎを、筐体の基準位置に加わる基準位置加速度α１’～αｎ’に換算する。したがって、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、センサーデバイス２－１～２－ｎに回転運動が加わった場合でも加速度α１～αｎを補正することができる。
【0065】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、処理回路１００の平均化部１０２の平均化処理によってランダムなノイズ成分が低減された平均加速度α’を算出することができる。
【0066】
また、第１実施形態のセンサーモジュール１によれば、例えば、外部装置は、処理回路１００の不一致判定部１０３による判定結果であるフラグｆｌｇに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎの各々が備える３軸加速度センサー２７がすべて正常であるか少なくとも１つが故障しているかを判断することができる。
【0067】
２．第２実施形態
以下、第２実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第２実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。
【0068】
図１１は、第２実施形態のセンサーモジュール１の構成を示す図である。図１１に示すように、第２実施形態のセンサーモジュール１は、第１実施形態と同様、センサーデバイス２－１～２－ｎと、処理回路１００と、記憶回路１１０と、通信回路１２０とを備える。ｎは２以上の整数である。
【0069】
第２実施形態のセンサーモジュール１では、処理回路１００は、第１の位置ｒ１を筐体の所定の基準位置として、センサーデバイス２－１が検出する加速度α１を基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’とし、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎがそれぞれ検出する加速度α２～αｎを、基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α２’～αｎ’にそれぞれ換算する。
【0070】
図１１に示すように、処理回路１００は、第１実施形態と同様、加速度換算部１０１、平均化部１０２及び不一致判定部１０３を含む。
【0071】
加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－１が備える加速度センサーが搭載された第１の位置ｒ１を筐体の所定の基準位置として、センサーデバイス２－ｎが検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎにそれぞれ加わる加速度α２～αｎを、筐体の基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α２’～αｎ’にそれぞれ換算する。
【0072】
加速度換算部１０１は、２以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前出の式（６）により、第ｊの位置ｒｊに加わる加速度αｊを基準位置加速度αｊ’に換算してもよい。第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎは、第１の位置ｒ１に対する相対位置であり、例えば、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎは、記憶回路１１０に記憶されている。
【0073】
平均化部１０２は、前出の式（７）により、基準位置加速度α１’～αｎ’の平均値である平均加速度α’を算出する。ただし、基準位置加速度α１’は、センサーデバイス２－１が検出した加速度α１である。
【0074】
不一致判定部１０３の機能は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、第２実施形態のセンサーモジュール１のその他の構成、機能及び構造は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0075】
第２実施形態のセンサーモジュール１は、図１１に示した構成に限られず、例えば、図１１に示した構成に対して、図１０に示した構成のように、センサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωを検出するセンサーデバイス２－（ｎ＋１）をさらに備えてもよい。この場合、加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－（ｎ＋１）が検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎにそれぞれ加わる加速度α２～αｎを、第１の位置ｒ１に加わる加速度である基準位置加速度α２’～αｎ’にそれぞれ換算する。
【0076】
なお、第２実施形態のセンサーモジュール１において、センサーデバイス２－１～２－ｎは、「第１～第ｎのセンサーデバイス」の一例である。また、センサーデバイス２－１～２－（ｎ＋１）は、「第ｎ＋１のセンサーデバイス」の一例である。また、加速度α１～αｎは、「第１～第ｎの加速度」の一例である。また、基準位置加速度α１’～αｎ’は、「第１～第ｎの基準位置加速度」の一例である。
【0077】
以上に説明した第２実施形態のセンサーモジュール１では、処理回路１００は、センサーデバイス２－１が検出した筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とするとともに、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した筐体の第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎに加わる加速度α２～αｎを第１の位置ｒ１に加わるの基準位置加速度α２’～αｎ’に換算する。したがって、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、センサーデバイス２－１～２－ｎに回転運動が加わった場合でも加速度α１～αｎを補正することができる。
【0078】
また、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とすることができるので、第１実施形態のセンサーモジュール１と比較して、基準位置加速度α１’～αｎ’を算出するための計算負荷が小さい。
【0079】
また、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、処理回路１００の平均化部１０２の平均化処理によってランダムなノイズ成分が低減された平均加速度α’を算出することができる。
【0080】
また、第２実施形態のセンサーモジュール１によれば、例えば、外部装置は、処理回路１００の不一致判定部１０３による判定結果であるフラグｆｌｇに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎの各々が備える３軸加速度センサー２７がすべて正常であるか少なくとも１つが故障しているかを判断することができる。
【0081】
３．第３実施形態
以下、第３実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
以下、第３実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。
【0082】
図１２は、第３実施形態のセンサーモジュール１の構成を示す図である。図１２に示すように、第３実施形態のセンサーモジュール１は、第１実施形態又は第２実施形態と同様、センサーデバイス２－１～２－ｎと、処理回路１００と、記憶回路１１０と、通信回路１２０とを備える。ただし、ｎは３以上の整数である。
【0083】
図１２に示すように、処理回路１００は、加速度換算部１０１、平均化部１０２及び多数決部１０４を含む。
【0084】
加速度換算部１０１の機能は、第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0085】
多数決部１０４は、基準位置加速度α１’～αｎ’に対する多数決により、基準位置加速度α１’～αｎ’の各々が正常であるか否かを判定する。
【0086】
例えば、多数決部１０４は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してαｉ’とαｊ’の差分の絶対値｜αｉ’－αｊ’｜を算出し、任意の整数ｋ，ｌ（ｋ≠ｌ）の組に対して差分の絶対値｜αｋ’－αｌ’｜が所定の閾値以下の場合は基準位置加速度αｋ’，αｌ’が正常であると判定する。また、多数決部１０４は、任意の整数ｋ，ｌ，ｍ（ｋ≠ｌ≠ｍ≠ｋ）の組に対して、差分の絶対値｜αｋ’－αｌ’｜が所定の閾値よりも大きく、かつ、差分の絶対値｜αｋ’－αｍ’｜が所定の閾値よりも大きく、かつ、差分の絶対値｜αｌ’－αｍ’｜が所定の閾値以下の場合は、基準位置加速度αｋ’が異常であり、かつ、基準位置加速度αｌ’，αｍ’が正常であると判定する。
【0087】
あるいは、多数決部１０４は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してαｉ’とαｊ’との比の絶対値｜αｉ’／αｊ’｜を算出し、任意の整数ｋ，ｌ（ｋ≠ｌ）の組に対して比の絶対値｜αｋ’／αｌ’｜が所定の範囲に含まれる場合は基準位置加速度αｋ’，αｌ’が正常であると判定する。また、多数決部１０４は、任意の整数ｋ，ｌ，ｍ（ｋ≠ｌ≠ｍ≠ｋ）の組に対して、比の絶対値｜αｋ’／αｌ’｜が所定の範囲に含まれず、かつ、比の絶対値｜αｋ’／αｍ’｜が所定の範囲に含まれず、かつ、比の絶対値｜αｌ’／αｍ’｜が所定の範囲に含まれる場合は、基準位置加速度αｋ’が異常であり、かつ、基準位置加速度αｌ’，αｍ’が正常であると判定する。
【0088】
そして、多数決部１０４は、判定結果を示すフラグｆｌｇを生成する。例えば、フラグｆｌｇは、基準位置加速度α１’～αｎ’がそれぞれ正常の場合は１、異常の場合は０であるｎビットのデータであってもよい。
【0089】
平均化部１０２は、多数決部１０４による多数決の結果に基づいて、基準位置加速度α１’～αｎ’のうちの正常な加速度の平均値である平均加速度α’を算出する。例えば、基準位置加速度α１’が異常であり、基準位置加速度α２’～αｎ’が正常である場合、平均化部１０２は、基準位置加速度α２’～αｎ’の平均加速度α’を算出する。
【0090】
平均化部１０２が算出した平均加速度α’及び多数決部１０４が生成したフラグｆｌｇは、通信回路１２０を介して、不図示の外部装置に送信される。例えば、当該外部装置は、平均加速度α’を用いた所定の演算を行ってもよい。
【0091】
第３実施形態のセンサーモジュール１のその他の構成、機能及び構造は、第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0092】
第３実施形態のセンサーモジュール１は、図１２に示した構成に限られず、例えば、図１２に示した構成に対して、図１０に示した構成のように、センサーモジュール１の筐体
に加わる角速度ωを検出するセンサーデバイス２－（ｎ＋１）をさらに備えてもよい。この場合、加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－（ｎ＋１）が検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎにそれぞれ加わる加速度α２～αｎを、第１の位置ｒ１に加わる加速度である基準位置加速度α２’～αｎ’にそれぞれ換算する。また、第３実施形態のセンサーモジュール１は、図１に示した構成のように、加速度換算部１０１が、センサーデバイス２－ｎが検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した、第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の所定の基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算してもよい。
に加わる角速度ωを検出するセンサーデバイス２－（ｎ＋１）をさらに備えてもよい。この場合、加速度換算部１０１は、センサーデバイス２－（ｎ＋１）が検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎにそれぞれ加わる加速度α２～αｎを、第１の位置ｒ１に加わる加速度である基準位置加速度α２’～αｎ’にそれぞれ換算する。また、第３実施形態のセンサーモジュール１は、図１に示した構成のように、加速度換算部１０１が、センサーデバイス２－ｎが検出したセンサーモジュール１の筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した、第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の所定の基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算してもよい。
【0093】
なお、第３実施形態のセンサーモジュール１において、センサーデバイス２－１～２－ｎは、「第１～第ｎのセンサーデバイス」の一例である。また、センサーデバイス２－１～２－（ｎ＋１）は、「第ｎ＋１のセンサーデバイス」の一例である。また、加速度α１～αｎは、「第１～第ｎの加速度」の一例である。また、基準位置加速度α１’～αｎ’は、「第１～第ｎの基準位置加速度」の一例である。
【0094】
以上に説明した第３実施形態のセンサーモジュール１では、処理回路１００は、センサーデバイス２－１が検出した筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とするとともに、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した筐体の第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎに加わる加速度α２～αｎを第１の位置ｒ１に加わるの基準位置加速度α２’～αｎ’に換算する。あるいは、処理回路１００は、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した筐体の第１～第ｎの位置ｒ１～ｒｎに加わる加速度α１～αｎを、筐体の基準位置に加わる基準位置加速度α１’～αｎ’に換算する。したがって、第３実施形態のセンサーモジュール１によれば、センサーデバイス２－１～２－ｎに回転運動が加わった場合でも加速度α１～αｎを補正することができる。
【0095】
また、第３実施形態のセンサーモジュール１によれば、筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とした場合、第１実施形態のセンサーモジュール１と比較して、基準位置加速度α１’～αｎ’を算出するための計算負荷が小さい。
【0096】
また、第３実施形態のセンサーモジュール１によれば、処理回路１００の平均化部１０２の平均化処理によってランダムなノイズ成分が低減された平均加速度α’を算出することができる。また、センサーデバイス２－１～２－ｎのいずれかが故障した場合でも、処理回路１００が、正常なセンサーデバイスが検出した加速度を用いて平均加速度α’を算出することができる。
【0097】
また、第３実施形態のセンサーモジュール１によれば、例えば、外部装置は、処理回路１００の多数決部１０４による判定結果であるフラグｆｌｇに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎの各々が備える３軸加速度センサー２７がそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。
【0098】
４．第４実施形態
以下、第４実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
以下、第４実施形態のセンサーモジュールについて、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態～第３実施形態のいずれかと重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態～第３実施形態のいずれとも異なる内容について説明する。
【0099】
図１３は、第４実施形態のセンサーモジュール１の構成を示す図である。図１３に示すように、第４実施形態のセンサーモジュール１は、第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態と同様、センサーデバイス２－１～２－ｎと、処理回路１００と、記憶回路１１０と、通信回路１２０とを備える。ただし、第３実施形態と同様、ｎは３以上の整数である。
【0100】
第４実施形態のセンサーモジュール１では、センサーデバイス２－１～２－ｎは、それぞれ慣性計測ユニットである。１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、センサーデバイス２－ｊは、センサーモジュール１の筐体の第ｊの位置に加わる加速度αｊを検出するとともに、当該筐体に加わる角速度ωｊを検出する。センサーデバイス２－１～２－ｎの構成は、図５又は図９と同様であるので、その図示及び説明を省略する。
【0101】
図１３に示すように、処理回路１００は、第３実施形態と同様、加速度換算部１０１、平均化部１０２及び多数決部１０４を含む。
【0102】
加速度換算部１０１は、センサーモジュール１の筐体に加わる角速度として平均化部１０２が算出した角速度ω１～ωｎの平均値である平均角速度ω’に基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した、第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎにそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算する。加速度換算部１０１は、２以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前出の式（６）により、第ｊの位置ｒｊに加わる加速度αｊを基準位置加速度αｊ’に換算してもよい。
【0103】
多数決部１０４は、第３実施形態と同様、基準位置加速度α１’～αｎ’に対する多数決により、基準位置加速度α１’～αｎ’の各々が正常であるか否かを判定する。また、多数決部１０４は、角速度ω１～ωｎに対する多数決により、角速度ω１～ωｎの各々が正常であるか否かを判定する。
【0104】
例えば、多数決部１０４は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してωｉとωｊの差分の絶対値｜ωｉ－ωｊ｜を算出し、任意の整数ｋ，ｌ（ｋ≠ｌ）の組に対して絶対値｜ωｋ－ωｌ｜が所定の閾値以下の場合は角速度ωｋ，ωｌが正常であると判定する。また、多数決部１０４は、任意の整数ｋ，ｌ，ｍ（ｋ≠ｌ≠ｍ≠ｋ）の組に対して、絶対値｜ωｋ－ωｌ｜が所定の閾値よりも大きく、かつ、絶対値｜ωｋ－ωｍ｜が所定の閾値よりも大きく、かつ、絶対値｜ωｌ－ωｍ｜が所定の閾値以下の場合は、角速度ωｋが異常であり、かつ、角速度ωｌ，ωｍが正常であると判定する。
【0105】
あるいは、多数決部１０４は、１以上ｎ以下の各整数ｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対してωｉとωｊとの比の絶対値｜ωｉ／ωｊ｜を算出し、任意の整数ｋ，ｌ（ｋ≠ｌ）の組に対して比の絶対値｜ωｋ／ωｌ｜が所定の範囲に含まれる場合は角速度ωｋ，ωｌが正常であると判定する。また、多数決部１０４は、任意の整数ｋ，ｌ，ｍ（ｋ≠ｌ≠ｍ≠ｋ）の組に対して、比の絶対値｜ωｋ／ωｌ｜が所定の範囲に含まれず、かつ、比の絶対値｜ωｋ／ωｍ｜が所定の範囲に含まれず、かつ、比の絶対値｜ωｌ／ωｍ｜が所定の範囲に含まれる場合は、角速度ωｋが異常であり、かつ、角速度ωｌ，ωｍが正常であると判定する。
【0106】
そして、多数決部１０４は、判定結果を示す第１フラグｆｌｇ１及び第２フラグｆｌｇ２を生成する。例えば、第１フラグｆｌｇ１は、基準位置加速度α１’～αｎ’がそれぞれ正常の場合は１、異常の場合は０であるｎビットのデータであってもよい。また、第２フラグｆｌｇ２は、角速度ω１～ωｎがそれぞれ正常の場合は１、異常の場合は０であるｎビットのデータであってもよい。
【0107】
平均化部１０２は、多数決部１０４による多数決の結果に基づいて、基準位置加速度α１’～αｎ’のうちの正常な加速度の平均値である平均加速度α’を算出する。例えば、基準位置加速度α１’が異常であり、基準位置加速度α２’～αｎ’が正常である場合、平均化部１０２は、基準位置加速度α２’～αｎ’の平均加速度α’を算出する。また、平均化部１０２は、多数決部１０４による多数決の結果に基づいて、角速度ω１～ωｎのうちの正常な角速度の平均値である平均角速度ω’を算出する。例えば、角速度ω１が異常であり、角速度ω２～ωｎが正常である場合、平均化部１０２は、角速度ω２～ωｎの平均角速度ω’を算出する。
【0108】
平均化部１０２が算出した平均加速度α’及び平均角速度ω’、並びに、多数決部１０４が生成した第１フラグｆｌｇ１及び第２フラグｆｌｇ２は、通信回路１２０を介して、不図示の外部装置に送信される。例えば、当該外部装置は、平均加速度α’及び平均角速度ω’を用いた所定の演算を行ってもよい。
【0109】
第４実施形態のセンサーモジュール１のその他の構成、機能及び構造は、第１実施形態、第２実施形態又は第３実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【0110】
第４実施形態のセンサーモジュール１は、図１３に示した構成に限られず、例えば、加速度換算部１０１が、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した角速度ω１～ωｎのいずれかに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した、第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる加速度α１～αｎを、筐体の所定の基準位置に加わる加速度である基準位置加速度α１’～αｎ’にそれぞれ換算してもよい。
【0111】
なお、第４実施形態のセンサーモジュール１において、センサーデバイス２－１～２－ｎは、「第１～第ｎのセンサーデバイス」の一例である。また、加速度α１～αｎは、「第１～第ｎの加速度」の一例である。また、基準位置加速度α１’～αｎ’は、「第１～第ｎの基準位置加速度」の一例である。また、角速度ω１～ωｎは、「第１～第ｎの角速度」の一例である。
【0112】
以上に説明した第４実施形態のセンサーモジュール１では、処理回路１００は、センサーデバイス２－１が検出した筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とするとともに、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－２～２－ｎが検出した筐体の第２～第ｎの位置ｒ２～ｒｎに加わる加速度α２～αｎを第１の位置ｒ１に加わるの基準位置加速度α２’～αｎ’に換算する。あるいは、処理回路１００は、筐体に加わる角速度ωに基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎが検出した筐体の第１～第ｎの位置ｒ１～ｒｎに加わる加速度α１～αｎを、筐体の基準位置に加わる基準位置加速度α１’～αｎ’に換算する。したがって、第３実施形態のセンサーモジュール１によれば、センサーデバイス２－１～２－ｎに回転運動が加わった場合でも加速度α１～αｎを補正することができる。
【0113】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、筐体の第１の位置ｒ１に加わる加速度α１を基準位置である第１の位置ｒ１に加わる基準位置加速度α１’とした場合、第１実施形態のセンサーモジュール１と比較して、基準位置加速度α１’～αｎ’を算出するための計算負荷が小さい。
【0114】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、処理回路１００の平均化部１０２の平均化処理によってランダムなノイズ成分が低減された平均加速度α’及び平均角速度ω’を算出することができる。また、センサーデバイス２－１～２－ｎのいずれかが故障した場合でも、処理回路１００が、正常なセンサーデバイスが検出した加速度及び角速度を用いて平均加速度α’及び平均角速度ω’を算出することができる。
【0115】
また、第４実施形態のセンサーモジュール１によれば、例えば、外部装置は、処理回路１００の多数決部１０４による判定結果である第１フラグｆｌｇ１に基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎの各々が備える３軸加速度センサー２７がそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。また、例えば、外部装置は、処理回路１００の多数決部１０４による判定結果である第２フラグｆｌｇ２に基づいて、センサーデバイス２－１～２－ｎの各々が備える第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ及び第３角速度センサー２６ｃがそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。
【0116】
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0117】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【0118】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0119】
上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。
【0120】
センサーモジュールの一態様は、
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第１～第ｎの加速度を、前記筐体の所定の基準位置に加わる加速度である第１～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
【0121】
このセンサーモジュールによれば、筐体に加わる角速度に基づいて、第１～第ｎのセンサーデバイスが検出した筐体の第１～第ｎの位置に加わる第１～第ｎの加速度を基準位置に加わる第１～第ｎの基準位置加速度に換算するので、第１～第ｎのセンサーデバイスに回転運動が加わった場合でも第１～第ｎの加速度を補正することができる。
【0122】
センサーモジュールの他の一態様は、
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
筐体と、
前記筐体に収容され、ｎを２以上の整数として、前記筐体の第１～第ｎの位置にそれぞれ加わる第１～第ｎの加速度を検出する第１～第ｎのセンサーデバイスと、
前記第１の位置を前記筐体の所定の基準位置として、前記第１の加速度を前記基準位置に加わる加速度である第１の基準位置加速度とし、前記筐体に加わる角速度に基づいて、前記第２～第ｎの加速度を、前記基準位置に加わる加速度である第２～第ｎの基準位置加速度にそれぞれ換算する処理回路と、
を備える。
【0123】
このセンサーモジュールによれば、第１のセンサーデバイスが検出した筐体の第１の位
置に加わる第１の加速度を基準位置である第１の位置に加わる第１の基準位置加速度とするとともに、筐体に加わる角速度に基づいて、第２～第ｎのセンサーデバイスが検出した筐体の第２～第ｎの位置に加わる第２～第ｎの加速度を第１の位置に加わる第２～第ｎの基準位置加速度に換算するので、第１～第ｎのセンサーデバイスに回転運動が加わった場合でも第１～第ｎの加速度を補正することができる。
置に加わる第１の加速度を基準位置である第１の位置に加わる第１の基準位置加速度とするとともに、筐体に加わる角速度に基づいて、第２～第ｎのセンサーデバイスが検出した筐体の第２～第ｎの位置に加わる第２～第ｎの加速度を第１の位置に加わる第２～第ｎの基準位置加速度に換算するので、第１～第ｎのセンサーデバイスに回転運動が加わった場合でも第１～第ｎの加速度を補正することができる。
【0124】
また、このセンサーモジュールによれば、筐体の第１の位置に加わる第１の加速度を基準位置である第１の位置に加わる第１の基準位置加速度とすることができるので、第１～第ｎの基準位置加速度を算出するための計算負荷が低減される。
【0125】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度が一致しているか否かを判定してもよい。
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度が一致しているか否かを判定してもよい。
【0126】
このセンサーモジュールによれば、例えば、外部装置は、判定結果に基づいて、第１～第ｎのセンサーデバイスの各々が備える加速度センサーがすべて正常であるか少なくとも１つが故障しているかを判断することができる。
【0127】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記整数ｎは３以上であり、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの基準位置加速度の各々が正常であるか否かを判定してもよい。
前記整数ｎは３以上であり、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの基準位置加速度の各々が正常であるか否かを判定してもよい。
【0128】
このセンサーモジュールによれば、例えば、外部装置は、判定結果に基づいて、第１～第ｎのセンサーデバイスの各々が備える加速度センサーがそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。
【0129】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度のうちの正常な加速度の平均値を算出してもよい。
前記処理回路は、前記第１～第ｎの基準位置加速度のうちの正常な加速度の平均値を算出してもよい。
【0130】
このセンサーモジュールによれば、平均化によってランダムなノイズ成分が低減された加速度を算出することができる。また、第１～第ｎのセンサーデバイスのいずれかが故障した場合でも、処理回路が、正常なセンサーデバイスが検出した加速度を用いて平均加速度を算出することができる。
【0131】
前記センサーモジュールの一態様は、
前記角速度を検出する第ｎ＋１のセンサーデバイスを備えてもよい。
前記角速度を検出する第ｎ＋１のセンサーデバイスを備えてもよい。
【0132】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記第ｎのセンサーデバイスは、前記角速度を検出してもよい。
前記第ｎのセンサーデバイスは、前記角速度を検出してもよい。
【0133】
前記センサーモジュールの一態様において、
１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第ｊのセンサーデバイスは、第ｊの角速度を検出し、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの角速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの角速度の各々が正常であるか否かを判定し、前記角速度として前記第１～第ｎの角速度のうちの正常な角速度の平均値を算出してもよい。
１以上ｎ以下の各整数ｊに対して、前記第ｊのセンサーデバイスは、第ｊの角速度を検出し、
前記処理回路は、前記第１～第ｎの角速度に対する多数決により、前記第１～第ｎの角速度の各々が正常であるか否かを判定し、前記角速度として前記第１～第ｎの角速度のうちの正常な角速度の平均値を算出してもよい。
【0134】
このセンサーモジュールによれば、平均化によってランダムなノイズ成分が低減された
角速度を算出することができるとともに、例えば、外部装置は、判定結果に基づいて、第１～第ｎのセンサーデバイスの各々が備える角速度センサーがそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。
角速度を算出することができるとともに、例えば、外部装置は、判定結果に基づいて、第１～第ｎのセンサーデバイスの各々が備える角速度センサーがそれぞれ正常であるか故障しているかを判断することができる。
【符号の説明】
【0135】
１…センサーモジュール、２，２－１～２－（ｎ＋１），２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…センサーデバイス、９…容器、１０…基板、２１…アウターケース、２２…インナーケース、２３…接合部材、２４…回路基板、２５…モジュールコネクター、２６ａ…第１角速度センサー、２６ｂ…第２角速度センサー、２６ｃ…第３角速度センサー、２７，２７－１，２７－２，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ…３軸加速度センサー、２８…補正回路、２９…インターフェース回路、９１…ベース、９２…蓋、９３…コネクター、１００…処理回路、１０１…加速度換算部、１０２…平均化部、１０３…不一致判定部、１０４…多数決部、１１０…記憶回路、１２０…通信回路、１５０…内部コネクター、２１１…ねじ孔、２１２…ねじ孔、２２１…開口、２４１…回路基板の上面、２４２…回路基板の下面、９１１…凹部、９３１…通信基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】