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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】P2024089026
(43)【公開日】2024-07-03
(54)【発明の名称】慣性計測装置
(51)【国際特許分類】
G01C 19/00 20130101AFI20240626BHJP
G08C 15/06 20060101ALI20240626BHJP
G01C 19/5776 20120101ALN20240626BHJP
【ＦＩ】
G01C19/00 Z
G08C15/06 H
G08C15/06 F
G01C19/5776
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022204119
(22)【出願日】2022-12-21
(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】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】日吉 泰徳
【テーマコード（参考）】
2F073
2F105
【Ｆターム（参考）】
2F073AA01
2F073AA29
2F073AA31
2F073AB01
2F073AB05
2F073BB04
2F073BC01
2F073CC03
2F073CC09
2F073CC12
2F073CD11
2F073CD24
2F073DD06
2F073DD07
2F073DE06
2F073DE13
2F073DE17
2F073EF08
2F073EF09
2F073FF12
2F073FG01
2F073FG02
2F073FG05
2F073GG01
2F073GG04
2F073GG07
2F105AA02
2F105AA06
2F105BB17
2F105BB20
2F105CC01
2F105CD02
2F105CD03
2F105CD05
2F105CD06
2F105CD11
(57)【要約】
【課題】慣性計測装置に設ける慣性計測ユニットの数を増やして出力データの低ノイズ化を容易に実現できる慣性計測装置等の提供。
【解決手段】慣性計測装置１０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎが入力され、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として出力する中継回路４０と、中継回路４０からの出力データＤＱ１が入力され、検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行う処理装置５０を含む。
【選択図】図１
【解決手段】慣性計測装置１０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎが入力され、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として出力する中継回路４０と、中継回路４０からの出力データＤＱ１が入力され、検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行う処理装置５０を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットと、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを時分割に出力データとして出力する中継回路と、
前記中継回路からの前記出力データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データの合成処理を行う処理装置と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを時分割に出力データとして出力する中継回路と、
前記中継回路からの前記出力データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データの合成処理を行う処理装置と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項2】
請求項１に記載の慣性計測装置において、
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを受信する第１通信回路～第ｎ通信回路と、
前記出力データを前記処理装置に送信する出力側通信回路と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを受信する第１通信回路～第ｎ通信回路と、
前記出力データを前記処理装置に送信する出力側通信回路と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項3】
請求項１に記載の慣性計測装置において、
前記処理装置は、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データに含まれる第１軸検出データの前記合成処理と、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データに含まれる第２軸検出データの前記合成処理と、
を行うことを特徴とする慣性計測装置。
前記処理装置は、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データに含まれる第１軸検出データの前記合成処理と、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データに含まれる第２軸検出データの前記合成処理と、
を行うことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項4】
請求項１に記載の慣性計測装置において、
前記合成処理は、平均化処理であることを特徴とする慣性計測装置。
前記合成処理は、平均化処理であることを特徴とする慣性計測装置。
【請求項5】
請求項１に記載の慣性計測装置において、
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを記憶する第１メモリー～第ｎメモリーを含むことを特徴とする慣性計測装置。
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを記憶する第１メモリー～第ｎメモリーを含むことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項6】
請求項５に記載の慣性計測装置において、
前記第１メモリー～前記第ｎメモリーの各メモリーは、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データの各検出データに対応づけて、前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットの各慣性計測ユニットの識別情報を記憶することを特徴とする慣性計測装置。
前記第１メモリー～前記第ｎメモリーの各メモリーは、
前記第１検出データ～前記第ｎ検出データの各検出データに対応づけて、前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットの各慣性計測ユニットの識別情報を記憶することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性計測装置において、
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号を受信した順序で、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを前記出力データとして前記処理装置に出力することを特徴とする慣性計測装置。
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号を受信した順序で、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを前記出力データとして前記処理装置に出力することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項8】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性計測装置において、
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号に基づいて、出力データレディー信号を前記処理装置に出力することを特徴とする慣性計測装置。
前記中継回路は、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号に基づいて、出力データレディー信号を前記処理装置に出力することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項9】
請求項８に記載の慣性計測装置において、
前記出力データレディー信号の単位時間におけるパルス数は、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号の前記単位時間におけるパルス数の総和に対応することを特徴とする慣性計測装置。
前記出力データレディー信号の単位時間におけるパルス数は、前記第１データレディー信号～前記第ｎデータレディー信号の前記単位時間におけるパルス数の総和に対応することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項10】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性計測装置において、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットは、データ出力レートＲＴで前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを出力し、
前記中継回路は、データ出力レートＲＴＱがｎ×ＲＴ以上で前記出力データを出力することを特徴とする慣性計測装置。
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットは、データ出力レートＲＴで前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを出力し、
前記中継回路は、データ出力レートＲＴＱがｎ×ＲＴ以上で前記出力データを出力することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項11】
請求項１０に記載の慣性計測装置において、
前記処理装置は、
前記合成処理後のデータを前記データ出力レートＲＴ以下で出力することを特徴とする慣性計測装置。
前記処理装置は、
前記合成処理後のデータを前記データ出力レートＲＴ以下で出力することを特徴とする慣性計測装置。
【請求項12】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性計測装置において、
第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットと、
前記第ｋ慣性計測ユニット～前記第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データが入力され、前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データを時分割に第２出力データとして出力する第２中継回路と、
を含み、
前記処理装置は、
前記出力データと前記第２出力データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データと前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データの前記合成処理を行うことを特徴とする慣性計測装置。
第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットと、
前記第ｋ慣性計測ユニット～前記第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データが入力され、前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データを時分割に第２出力データとして出力する第２中継回路と、
を含み、
前記処理装置は、
前記出力データと前記第２出力データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データと前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データの前記合成処理を行うことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項13】
請求項１２において、
前記第２中継回路は、
前記第ｋ慣性計測ユニット～前記第ｍ慣性計測ユニットからの前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データを受信する第ｋ通信回路～第ｍ通信回路と、
前記第２出力データを前記処理装置に送信する第２出力側通信回路と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
前記第２中継回路は、
前記第ｋ慣性計測ユニット～前記第ｍ慣性計測ユニットからの前記第ｋ検出データ～前記第ｍ検出データを受信する第ｋ通信回路～第ｍ通信回路と、
前記第２出力データを前記処理装置に送信する第２出力側通信回路と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。
【請求項14】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性計測装置において、
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットと、前記中継回路と、前記処理装置とが収納されるケースを含むことを特徴とする慣性計測装置。
前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットと、前記中継回路と、前記処理装置とが収納されるケースを含むことを特徴とする慣性計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、慣性計測装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には複数の慣性計測ユニットを有する慣性計測装置が開示されている。この特許文献１の従来技術では、複数の慣性計測ユニットの各々に対して、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸のミスアライメントを補正し、補正した後に慣性計測ユニットの軸合わせを行う。
【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】
このような慣性計測装置では、例えば慣性計測ユニットの個数を増やした場合に、慣性計測装置に設けられる処理装置の通信ポートが足りなくなったり、或いは慣性計測装置から出力される検出データのデータ出力レートが低下してしまうなどの問題が発生する。このため、慣性計測装置に設ける慣性計測ユニットの数が制限されてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットと、前記第１慣性計測ユニット～前記第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データを時分割に出力データとして出力する中継回路と、前記中継回路からの前記出力データが入力され、前記第１検出データ～前記第ｎ検出データの合成処理を行う処理装置と、を含む慣性計測装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本実施形態の慣性計測装置の構成例。
【図2】本実施形態の慣性計測装置の詳細な構成例。
【図3】本実施形態の具体的な第１構成例。
【図4】本実施形態の具体的な第１構成例。
【図5】第１構成例の動作を説明するタイミングチャート図。
【図6】第１構成例の動作を説明するタイミングチャート図。
【図7】本実施形態の比較例の構成例。
【図8】本実施形態の具体的な第２構成例。
【図9】第２構成例の動作を説明するタイミングチャート図。
【図10】慣性計測装置を説明する斜視図。
【図11】慣性計測装置を説明する分解斜視図。
【図12】慣性計測ユニットの構成例。
【図13】慣性計測ユニットの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
【0008】
１．慣性計測装置の構成例
図１に本実施形態の慣性計測装置１０の構成例を示す。慣性計測装置１０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、中継回路４０と、処理装置５０を含む。慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎは第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットである。ここでｎは２以上の整数である。
図１に本実施形態の慣性計測装置１０の構成例を示す。慣性計測装置１０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、中継回路４０と、処理装置５０を含む。慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎは第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットである。ここでｎは２以上の整数である。
【0009】
慣性計測装置１０は慣性情報を検出する。慣性情報は例えば加速度データや角速度データなどである。慣性計測装置１０は、例えば３軸の加速度や３軸の角速度を検出する６軸の慣性計測装置である。この６ＤｏＦ（six degrees of freedom）の慣性計測装置１０を用いることで、移動体としての自動車やロボットなどの運動体についての姿勢や、慣性運動量である挙動や、或いは構造物や機器の振動などの検出が可能になる。但し慣性計測装置１０が検出する慣性情報や検出軸の数はこれには限定されない。
【0010】
慣性計測装置１０は複数の慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎにより慣性情報を検出する。慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの各慣性計測ユニットは例えば加速度センサーデバイスや角速度センサーデバイスを含む。加速度センサーデバイスは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度を検出する。加速度センサーデバイスは、１つの加速度センサーデバイスによりこれらの３軸での加速度を検出するものであってもよいし、各々の加速度センサーデバイスが１軸又は複数軸を検出する複数の加速度センサーデバイスを設けてもよい。また角速度センサーデバイスは、例えばＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りでの角速度を検出する。この場合に角速度センサーデバイスとして、Ｘ軸用の角速度センサーデバイス、Ｙ軸用の角速度センサーデバイス、Ｚ軸用の角速度センサーデバイスを設けることができる。角速度センサーデバイスは、１つの角速度センサーデバイスによりこれらの３軸での角速度を検出するものであってもよいし、各々の角速度センサーデバイスが１軸又は複数軸を検出する複数の角速度センサーデバイスを設けてもよい。
【0011】
中継回路４０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎが入力される。中継回路４０は中継装置と呼ぶこともできる。検出データＤ１～Ｄｎは、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットから入力される第１検出データ～第ｎ検出データである。そして中継回路４０は、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として出力する。検出データＤ１～Ｄｎは慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎにより計測された慣性情報である。検出データＤ１～Ｄｎの各検出データは、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの各慣性計測ユニットにより検出された加速度データや角加速度データを含む。また各検出データは、誤り検出符号データや温度検出データなどの各種データを含んでもよい。また各慣性計測ユニットと中継回路４０の間の通信は例えばシリアル通信であり、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの各慣性計測ユニットは、加速度データ、角速度データなどのデータを例えばシリアルのデータで中継回路４０に出力する。例えば検出データＤ１、Ｄ２・・・Ｄｎの順序で各慣性計測ユニットから検出データが入力された場合には、中継回路４０はその順序で検出データＤ１、Ｄ２・・・Ｄｎを出力データＤＱ１として処理装置５０に出力する。各慣性計測ユニットからの各検出データの出力順序は任意であり、例えば各慣性計測ユニットでの検出タイミングに応じた順序で各検出データが出力される。即ち中継回路４０には、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの各慣性計測ユニットでの慣性情報の検出タイミングの順序で、検出データＤ１～Ｄｎの各検出データが入力される。そして中継回路４０は、その検出タイミングの順序で、検出データＤ１～Ｄｎの各検出データを出力データＤＱ１として処理装置５０に出力する。
【0012】
処理装置５０は、中継回路４０からの出力データＤＱ１が入力され、検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行う。処理装置５０は処理回路と言うこともできる。例えば処理装置５０は、慣性計測ユニット３０－１の検出データＤ１と、慣性計測ユニット３０－２の検出データＤ２と、・・・・・慣性計測ユニット３０－ｎの検出データＤｎの合成処理を行う。例えば処理装置５０は、同等のタイミングで入力された検出データＤ１～Ｄｎの平均化処理等の合成処理を行い、合成処理後のデータＤＱＨを出力する。処理装置５０は、例えばＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現できる。例えば処理装置５０はマイクロコントローラーなどと呼ばれるものである。或いは処理装置５０は、ゲートアレイなどの自動配置配線によるＡＳＩＣにより実現してもよい。
【0013】
このように本実施形態の慣性計測装置１０では、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎが中継回路４０に入力され、中継回路４０は、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として出力する。そして処理装置５０は、中継回路４０からの出力データＤＱ１に基づき検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行う。このようにすれば、処理装置５０の通信ポートの数が限られている場合にも、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎを中継回路４０を介して時分割に出力データＤＱ１として処理装置５０に入力できるようになる。そして処理装置５０により検出データＤ１～Ｄｎの合成処理が行われることにより、例えば１つの慣性計測ユニットからの検出データを用いる場合に比べて、合成処理後のデータＤＱＨのノイズを低減できるようになる。例えばｎ個の慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行うことで、合成処理後のデータＤＱＨのランダムノイズを例えば１／ｎ１／２に低減できるようになる。従って、慣性計測装置１０に設ける慣性計測ユニットの数を増やして出力データの低ノイズ化を容易に実現できる慣性計測装置１０の提供が可能になる。
【0014】
また処理装置５０は、検出データＤ１～Ｄｎに含まれる第１軸検出データの合成処理を行う。また処理装置５０は、検出データＤ１～Ｄｎに含まれる第２軸検出データの合成処理を行う。第１軸検出データは、例えば第１軸方向での加速度データや第１軸回りでの角速度データであり、第２軸検出データは、例えば第２軸方向での加速度データや第２軸回りでの角速度データである。第１軸は、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの１つの軸であり、第２軸は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの第１軸以外の軸である。更に処理装置５０は、例えば検出データＤ１～Ｄｎに含まれる第３軸検出データの合成処理を行う。第３軸検出データは、例えば第３軸方向での加速度データや第３軸回りでの角速度データである。第３軸は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの第１軸及び第２軸以外の軸である。検出データＤ１～Ｄｎが、第１軸の検出データＤＡ１～ＤＡｎと、第２軸の検出データＤＢ１～ＤＢｎを含む場合に、処理装置５０は、第１軸の検出データＤＡ１～ＤＡｎの合成処理と、第２軸の検出データＤＢ１～ＤＢｎの合成処理を行う。また検出データＤ１～Ｄｎが、第３軸の検出データＤＣ１～ＤＣｎを含む場合に、処理装置５０は、第３軸の検出データＤＣ１～ＤＣｎの合成処理を行う。このようにすれば、検出データＤ１～Ｄｎに含まれる第１軸検出データや第２軸検出データの合成処理が行われて、合成処理後の第１軸検出データや第２軸検出データのノイズを低減できるようになる。例えば合成処理後の第１軸検出データや第２軸検出データのランダムノイズを１／ｎ１／２に低減できるようになる。
【0015】
また処理装置５０が行う合成処理は例えば平均化処理である。例えば処理装置５０は、検出データＤ１～Ｄｎの平均化処理を行い、平均化処理後のデータＤＱＨを出力する。例えば処理装置５０は、同じ検出タイミングに対応する検出データＤ１～Ｄｎの平均化処理を行って、データＤＱＨとして出力する。平均化処理は例えば加算平均である。このような平均化処理を行うことで、例えば１つの慣性計測ユニットからの検出データを用いる場合に比べて、処理装置５０が出力するデータＤＱＨのランダムノイズを例えば１／ｎ１／２に低減できるようになる。
【0016】
また図１に示すように慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎは、データ出力レートＲＴで検出データＤ１～Ｄｎを出力する。そして中継回路４０は、データ出力レートＲＴＱ＝ｎ×ＲＴで出力データＤＱ１を出力する。データ出力レートの単位は、例えばｓｐｓ（samples per second）であり、単位時間である１秒あたりのサンプルデータの数である。検出データＤ１～Ｄｎのサンプルデータは、複数の軸の検出データを含むデータである。例えば検出データＤ１～Ｄｎのサンプルデータは、第１軸検出データ、第２軸検出データ、第３軸検出データを含むデータである。そして中継回路４０は、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力する際に、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートＲＴのｎ倍のデータ出力レートＲＴＱ＝ｎ×ＲＴで、出力データＤＱ１として出力する。このようにすれば慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートＲＴのｎ倍のデータ出力レートＲＴＱで、検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として処理装置５０に入力できるようになる。これにより例えば処理装置５０の通信ポートの数が限定されている場合にも、処理装置５０での合成処理の対象となる検出データＤ１～Ｄｎを、高いデータ出力レートＲＴＱ＝ｎ×ＲＴで処理装置５０に入力することが可能になる。
【0017】
なお、データ出力レートＲＴＱはｎ×ＲＴと比して高くてもよい。即ちＲＴＱ≧ｎ×ＲＴが成り立てばよく、中継回路４０は、データ出力レートＲＴＱがｎ×ＲＴ以上で出力データＤＱ１を出力できる。
【0018】
また処理装置５０は、合成処理後のデータＤＱＨをデータ出力レートＲＴで出力する。例えば処理装置５０は、検出データＤ１～Ｄｎの合成処理後のデータＤＱＨを、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートＲＴと同じデータ出力レートＲＴで出力する。例えば処理装置５０には、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートＲＴのｎ倍のデータ出力レートＲＴＱで、検出データＤ１～Ｄｎが時分割に出力データＤＱ１として入力される。従って、処理装置５０は、データ出力レートＲＴのｎ倍で高速に入力された検出データＤ１～Ｄｎの合成処理を行うことで、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと同じデータ出力レートＲＴで合成処理後のデータＤＱＨを出力できるようになる。このようにすれば、処理装置５０から出力されるデータＤＱＨのノイズを合成処理により低減できると共に、合成処理後のデータＤＱＨを、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと同等のデータ出力レートＲＴで出力することが可能になる。従って、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートの性能に応じたデータ出力レートＲＴで、合成処理後のデータＤＱＨを外部に出力できるようになる。一例としては、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートＲＴは例えば２ｋｓｐｓであり、ｎ＝３の場合には、中継回路４０のデータ出力レートＲＴＱは２ｋｓｐｓ×ｎ＝６ｋｓｐｓになる。そして処理装置５０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと同等のデータ出力レートＲＴ＝２ｋｓｐｓで合成処理後のデータＤＱＨを出力する。
【0019】
なお、処理装置５０による合成処理後のデータＤＱＨのデータ出力レートは、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートと同じであることに限定されず、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートと比して低くてもよい。即ち処理装置５０は、合成処理後のデータＤＱＨをデータ出力レートＲＴ以下で出力できる。或いはデータＤＱＨのデータ出力レートは、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎのデータ出力レートと比して高くすることも可能である。
【0020】
図２に本実施形態の慣性計測装置１０の詳細な構成例を示す。図２の慣性計測装置１０では、図１の構成に加えて、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍと中継回路４１が更に設けられている。また処理装置５０からの合成処理後のデータＤＱＨは、例えばホスト２００に出力される。ホスト２００は、例えば慣性計測装置１０の外部に設けられるＰＣ（パーソナルコンピューター）やマイクロコントローラーなどである。なお本実施形態の慣性計測装置１０は図２の構成には限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したり、一部の構成要素を他の構成要素に置き換えるなどの種々の変形実施が可能である。後述する他の具体的な構成例においても同様である。
【0021】
慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍは第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットである。慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍの各慣性計測ユニットは例えば加速度センサーデバイスや角速度センサーデバイスを含む。なお慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍの構成、動作は、前述した慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0022】
中継回路４１は、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍが入力され、検出データＤｋ～Ｄｍを時分割に出力データＤＱ２として出力する。中継回路４１は第２中継回路であり、第２中継装置と呼ぶこともできる。検出データＤｋ～Ｄｍは、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットから入力される第ｋ検出データ第ｍ検出データである。出力データＤＱ２は第２出力データである。ここでｋ、ｍは、ｍ－ｋ≧１となる整数であり、例えばｋ＝ｎ＋１である。検出データＤｋ～Ｄｍの各検出データは、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍの各慣性計測ユニットにより検出された加速度データや角加速度データを含む。また各慣性計測ユニットと中継回路４１の間の通信は例えばシリアル通信である。例えば検出データＤｋ、Ｄｋ＋１・・・Ｄｍの順序で各慣性計測ユニットから検出データが入力された場合には、中継回路４１はその順序で検出データＤｋ、Ｄｋ＋１・・・Ｄｍを出力データＤＱ２として出力する。但し各検出データの出力順序は任意であり、中継回路４１には、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍの各慣性計測ユニットでの慣性情報の検出タイミングの順序で、検出データＤｋ～Ｄｍの各検出データが入力される。そして中継回路４１は、その検出タイミングの順序で、検出データＤｋ～Ｄｍの各検出データを出力データＤＱ２として出力する。中継回路４１の構成、動作も、第１中継回路である中継回路４０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0023】
処理装置５０は、出力データＤＱ１と出力データＤＱ２が入力され、検出データＤ１～Ｄｎと検出データＤｋ～Ｄｍの合成処理を行う。この合成処理は処理装置５０に設けられる合成処理部５４が行う。例えば処理装置５０は、慣性計測ユニット３０－１の検出データＤ１と、慣性計測ユニット３０－２の検出データＤ２と・・・・・慣性計測ユニット３０－ｎの検出データＤｎと、慣性計測ユニット３０－ｋの検出データＤｋと、慣性計測ユニット３０－ｋ＋１の検出データＤｋ＋１と、・・・・・慣性計測ユニット３０－ｍの検出データＤｍの合成処理を行う。例えば処理装置５０は、同等のタイミングで入力された検出データＤ１～Ｄｎ、Ｄｋ～Ｄｍの平均化処理等の合成処理を行い、合成処理後のデータＤＱＨを出力する。
【0024】
また慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍは、データ出力レートＲＴで検出データＤｋ～Ｄｍを出力する。そして中継回路４１は、データ出力レートＲＴＱ＝（ｍ－ｋ＋１）×ＲＴで出力データＤＱ２を出力する。検出データＤｋ～Ｄｍのサンプルデータは、複数の軸の検出データを含むデータであり、例えば第１軸検出データ、第２軸検出データ、第３軸検出データを含むデータである。そして中継回路４１は、検出データＤｋ～Ｄｍを時分割に出力する際に、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍのデータ出力レートＲＴの（ｍ－ｋ＋１）倍のデータ出力レートＲＴＱで、出力データＤＱ２として出力する。ここで例えばｍ－ｋ＋１＝ｎの関係が成り立つ。
【0025】
このように図２では、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと中継回路４０に加えて、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍと中継回路４１が更に設けられ、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍが中継回路４１に入力される。そして中継回路４１が、検出データＤｋ～Ｄｍを時分割に出力データＤＱ２として出力し、処理装置５０が、検出データＤ１～Ｄｎ、Ｄｋ～Ｄｍの合成処理を行う。このようにすれば、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎに加えて、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍを用いて合成処理が行われるようになるため、合成処理後のデータＤＱＨの更なる低ノイズ化を実現できる。
【0026】
例えば処理装置５０の通信ポートが１つである場合には中継回路４０を設ければよいが、処理装置５０の通信ポートが２つ以上である場合には、中継回路４１を更に設けて、第１通信ポートに中継回路４０を接続し、第２通信ポートに中継回路４１を接続するようにする。例えば中継回路４０だけを設けて、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎに加えて慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍについても中継回路４０に接続する構成にすると、中継回路４０と処理装置５０との間の通信の速度を更に高速にする必要がある。これに対して、図２に示すように慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎを中継回路４０に接続し、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍを中継回路４１に接続する構成とすれば、中継回路４０だけを設ける構成に比べて、中継回路４０、４１と処理装置５０との間の通信の速度をより低速にできる。従って、処理装置５０は、その通信ポートに対応した通信速度で、中継回路４０、４１からの出力データＤＱ１、ＤＱ２を受信して、合成処理後の低ノイズのデータＤＱＨを出力できるようになる。
【0027】
また図２では、中継回路４０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎを受信する通信回路４２－１～４２－ｎと、出力データＤＱ１を処理装置５０に送信する出力側通信回路４８を含む。通信回路４２－１～４２－ｎは第１通信回路～第ｎ通信回路である。慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと通信回路４２－１～４２－ｎの間の通信や、出力側通信回路４８と処理装置５０との間は、例えば所与の通信規格のシリアル通信により実現できる。具体的にはＳＰＩ又はＩ２Ｃの通信規格、或いはＳＰＩ又はＩ２Ｃを発展した通信規格の通信などにより実現できる。或いはＵＡＲＴなどの通信により実現してもよい。ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）は、クロックに同期させてデータの通信を行う同期式シリアル通信であり、例えばクロック信号線、チップセレクト信号線、２本のデータ信号線の４本のバスラインによる通信である。Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）は、半二重方式のシリアル通信であり、例えばクロック信号線、データ信号線の２本のバスラインによる通信である。このようにすれば、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎを通信回路４２－１～４２－ｎにより受信できるようになり、検出データＤ１～Ｄｎを出力データＤＱ１として出力側通信回路４８により処理装置５０に出力できるようになる。例えば図２の構成によれば、通信回路４２－１～４２－ｎの通信において許容される通信速度で、検出データＤ１～Ｄｎを受信できるようになり、データ出力レートＲＴを確保できる通信速度で受信できるようになる。例えば中継回路４０に１つの通信回路だけを設ける構成では、ｎ個の慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎを、データ出力レートＲＴを確保しながら受信するためには、通信回路の通信速度を高速にする必要がある。これに対して図２に示すように、ｎ個の慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎに対応してｎ個の通信回路４２－１～４２－ｎを設ける構成によれば、データ出力レートＲＴを確保した検出データＤ１～Ｄｎの受信を容易に実現できる。またマイクロコントローラー等の処理装置５０では通信ポートの個数に制限があるが、例えばＡＳＩＣの中継回路４０によれば、このような制限がなく、ｎ個の通信回路４２－１～４２－ｎを設けることが容易であるという利点もある。そして図２では処理装置５０の通信インターフェースとしては１つの出力側通信回路４８が設けられている。従って、処理装置５０の第１通信ポートと出力側通信回路４８を通信接続することで、出力データＤＱ１を処理装置５０に出力できるようになり、処理装置５０の通信ポートの数に限りがある場合にも、これに対応できるようになる。
【0028】
また中継回路４０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎを記憶するメモリー４４－１～４４－ｎを含む。メモリー４４－１～４４－ｎは第１メモリー～第ｎメモリーである。メモリー４４－１～４４－ｎは例えばＲＡＭなどの半導体メモリーにより実現できる。例えば通信回路４２－１～４２－ｎにより受信された検出データＤ１～Ｄｎがメモリー４４－１～４４－ｎに書き込まれる。この場合にメモリー４４－１～４４－ｎはＦＩＦＯメモリーとして動作してもよい。そしてメモリー４４－１～４４－ｎに書き込まれた検出データＤ１～Ｄｎは、例えば調停回路４６により読み出されて、出力側通信回路４８を介して処理装置５０に送信される。例えば調停回路４６は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎの受信タイミングの順序で、メモリー４４－１～４４－ｎから検出データＤ１～Ｄｎを読み出して、出力側通信回路４８に転送する。受信タイミングの順序は例えば慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎの検出タイミングの順序に対応する。このようなメモリー４４－１～４４－ｎを設ければ、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからの検出データＤ１～Ｄｎをメモリー４４－１～４４－ｎに格納し、格納された検出データＤ１～Ｄｎを時分割に出力データＤＱ１として処理装置５０に出力できるようになる。
【0029】
また図２では中継回路４１も、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍを受信する通信回路４２－ｋ～４２－ｍと、出力データＤＱ２を処理装置５０に送信する出力側通信回路４９を含む。通信回路４２－ｋ～４２－ｍは第ｋ通信回路～第ｍ通信回路であり、出力側通信回路４９は第２出力側通信回路である。このようにすれば、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍを通信回路４２－ｋ～４２－ｍにより受信できるようになり、検出データＤｋ～Ｄｍを出力データＤＱ２として出力側通信回路４９により処理装置５０に出力できるようになる。
【0030】
また中継回路４１は、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍを記憶するメモリー４４－ｋ～４４－ｍを含む。メモリー４４－ｋ～４４－ｍは第ｋメモリー～第ｍメモリーである。例えば通信回路４２－ｋ～４２－ｍにより受信された検出データＤｋ～Ｄｍがメモリー４４－ｋ～４４－ｍに書き込まれる。そしてメモリー４４－ｋ～４４－ｍに書き込まれた検出データＤｋ～Ｄｍは、例えば調停回路４７により読み出されて、出力側通信回路４９を介して処理装置５０に送信される。このようなメモリー４４－ｋ～４４－ｍを設ければ、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからの検出データＤｋ～Ｄｍをメモリー４４－ｋ～４４－ｍに格納し、格納された検出データＤｋ～Ｄｍを時分割に出力データＤＱ２として処理装置５０に出力できるようになる。
【0031】
また図２では中継回路４０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎからデータレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹｎを受信し、処理装置５０に対して出力データレディー信号ＲＤＱ１を出力している。データレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹｎは第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号である。また中継回路４１は、慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍからデータレディー信号ＲＤＹｋ～ＲＤＹｍを受信し、処理装置５０に対して出力データレディー信号ＲＤＱ２を出力している。データレディー信号ＲＤＹｋ～ＲＤＹｍは第ｋデータレディー信号～第ｍデータレディー信号であり、出力データレディー信号ＲＤＱ２は第２出力データレディー信号である。これらのデータレディー信号、出力データレディー信号の詳細については後述する。
【0032】
２．具体的な構成例
次に本実施形態の慣性計測装置１０の具体的な構成例について説明する。図３、図４は本実施形態の具体的な第１構成例を示す図である。なお以下では慣性計測ユニットは、適宜、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と記載する。また図１、図２におけるｎ、ｍ、ｋがｎ＝ｍ－ｋ＋１＝３であり、３個の中継回路ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３が設けられる場合の具体例について説明する。
次に本実施形態の慣性計測装置１０の具体的な構成例について説明する。図３、図４は本実施形態の具体的な第１構成例を示す図である。なお以下では慣性計測ユニットは、適宜、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と記載する。また図１、図２におけるｎ、ｍ、ｋがｎ＝ｍ－ｋ＋１＝３であり、３個の中継回路ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３が設けられる場合の具体例について説明する。
【0033】
例えば３個のＩＭＵを組み合わせたマルチＩＭＵに対して、更に多数個のＩＭＵを組み合わせてマルチＩＭＵを実現しようとした場合に、制御マイコン等の処理装置の通信ポートの数が足りないという問題がある。例えば処理装置に搭載されているＩＭＵとの通信ポートには限りがある。そこで本実施形態では、複数の通信ポートを１つの通信ポートに変換する通信中継装置である中継回路を導入し、通信ポートの少ない処理装置でも多数のＩＭＵを制御できるようにする。例えばＮ個のＩＭＵを組み合わせることにより１／Ｎ１／２にランダムノイズを削減でき、高精度なマルチＩＭＵを簡便に構成することが可能になる。例えば更なる多数のＩＭＵを搭載することにより、更に高精度なマルチＩＭＵを実現できるようになる。なおＩＭＵとの間でＳＰＩにより通信する場合に、ＳＰＩのマルチスレーブ接続方式を採用することで、１つの通信ポートに複数のＩＭＵを接続可能であるが、ＩＭＵからの読み出しレートであるデータ出力レートが、例えば３つのＩＭＵを接続することで１／３に低下してしまうという問題がある。なおＩＭＵは、バイアス及び感度の温度補正や、直交アライメント補正を行うことにより、高安定・高精度を実現した３軸ジャイロである３軸角速度センサーと、３軸加速度センサーを内蔵した慣性センサーであり、３軸＋３軸の６軸で、６ＤｏＦセンサーとも呼ばれる。ＩＭＵは、産業・工業システムにおいて機器の挙動解析や回転・並進運動の解析など幅広い用途に使用される。
【0034】
さて図３の慣性計測装置１０では、Ｎ＝９個のＩＭＵ１～ＩＭＵ９が設けられている。これにより１／Ｎ１／２＝１／３にランダムノイズを低減できるようになる。ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３は例えば図１、図２の慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎに対応し、ＩＭＵ４、ＩＭＵ５、ＩＭＵ６は慣性計測ユニット３０－ｋ～３０－ｍに対応する。そして図３では、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３は、中継回路ＲＬ１に接続されて、例えばデータ出力レートＲＴで検出データＤ１～Ｄ３を中継回路ＲＬ１に出力する。そして中継回路ＲＬ１は、検出データＤ１～Ｄ３を時分割に出力データＤＱ１として、処理装置５０に出力する。中継回路ＲＬ１は例えば図１、図２の中継回路４０に対応する。またＩＭＵ４～ＩＭＵ６は、中継回路ＲＬ２に接続されて、例えばデータ出力レートＲＴで検出データＤ４～Ｄ６を中継回路ＲＬ２に出力する。そして中継回路ＲＬ２は、検出データＤ４～Ｄ６を時分割に出力データＤＱ２として、処理装置５０に出力する。中継回路ＲＬ２は例えば中継回路４１に対応する。またＩＭＵ７～ＩＭＵ９は、中継回路ＲＬ３に接続されて、例えばデータ出力レートＲＴで検出データＤ７～Ｄ９を中継回路ＲＬ３に出力する。そして中継回路ＲＬ３は、検出データＤ７～Ｄ９を時分割に出力データＤＱ３として、処理装置５０に出力する。
【0035】
処理装置５０は、通信部５２、格納用メモリーＭ１～Ｍ９、合成処理部５４、タイマー５６、ホスト通信部５８を含む。通信部５２は、中継回路ＲＬ１からの出力データＤＱ１を受信する。そして出力データＤＱ１に含まれる検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３が格納用メモリーＭ１、Ｍ２、Ｍ３に書き込まれる。また処理装置５０は、不図示の第２通信部と第３通信部を有し、第２通信部は中継回路ＲＬ２からの出力データＤＱ２を受信する。そして出力データＤＱ２に含まれる検出データＤ４、Ｄ５、Ｄ６が格納用メモリーＭ４、Ｍ５、Ｍ６に書き込まれる。また第３通信部は中継回路ＲＬ３からの出力データＤＱ３を受信する。そして出力データＤＱ３に含まれる検出データＤ７、Ｄ８、Ｄ９が格納用メモリーＭ７、Ｍ８、Ｍ９に書き込まれる。格納用メモリーＭ１～Ｍ９は、例えば処理装置５０の内蔵ＲＡＭなどにより実現できるが、外付けのＲＡＭにより実現してもよい。
【0036】
通信部５２である第１通信部と、第２通信部と、第３通信部とが、処理装置５０の通信ポートに対応しており、図３では処理装置５０は３つの通信ポートを有している。そして、中継回路を設けない構成では、これらの３つの通信ポートに例えばＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３を接続する構成になるため、ランダムノイズを１／３１／２にしか低減できない。これに対して図３では、３つの中継回路ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３を設けることで、Ｎ＝９個のＩＭＵ１～ＩＭＵ９を用いることが可能になり、ランダムノイズを１／９１／２＝１／３に低減できるようになる。
【0037】
合成処理部５４は、格納用メモリーＭ１～Ｍ９から検出データＤ１～Ｄ９を読み出して、検出データＤ１～Ｄ９の合成処理を行う。例えば前述したように、合成処理部５４は、検出データＤ１～Ｄ９に含まれる第１軸検出データの合成処理と、検出データＤ１～Ｄ９に含まれる第２軸検出データの合成処理と、検出データＤ１～Ｄ９に含まれる第３軸検出データの合成処理を行う。一例としては、第１軸検出データは、Ｘ軸の加速度データやＸ軸回り角速度データであり、第２軸検出データは、Ｙ軸の加速度データやＹ軸回りの角速度データであり、第３軸検出データは、Ｚ軸の加速度データやＺ軸回りの角速度データである。合成処理部５４は、検出データＤ１～Ｄ９に含まれるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸の加速度データの合成処理や、検出データＤ１～Ｄ９に含まれるＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの各軸回り角速度データの合成処理を行う。
【0038】
タイマー５６はクロック信号ＣＫが入力され、例えばカウンター処理により同期用のクロック信号ＣＫＳＹを合成処理部５４等に出力する。ホスト通信部５８は、ホスト２００とのインターフェースとなる通信部であり、所与の通信規格によりホスト２００と通信を行う。
【0039】
図４に第１構成例における中継回路ＲＬ１の構成例を示す。なお中継回路ＲＬ２、ＲＬ３の構成も中継回路ＲＬ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0040】
中継回路ＲＬ１は、通信回路ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３と、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、Ｅ３と、調停回路４６と、出力側通信回路４８を含む。通信回路ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は例えば図２の通信回路４２－１～４２－ｎに対応し、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３は例えばメモリー４４－１～４４－ｎに対応する。
【0041】
通信回路ＣＣ１はＩＭＵ１と通信接続されて、例えばＳＰＩ等のシリアル通信によりＩＭＵ１から検出データＤ１を受信する。また通信回路ＣＣ１はＩＭＵ１からデータレディー信号ＲＤＹ１を受信する。そして通信回路ＣＣ１により受信された検出データＤ１がメモリーＭＥ１に書き込まれて記憶される。具体的にはメモリーＭＥ１は、検出データＤ１に対応づけてＩＭＵ１の識別情報であるＩＭＵ番号＝１を記憶する。
【0042】
通信回路ＣＣ２はＩＭＵ２と通信接続されて、ＳＰＩ等のシリアル通信によりＩＭＵ２から検出データＤ２を受信する。また通信回路ＣＣ２はＩＭＵ２からデータレディー信号ＲＤＹ２を受信する。そして通信回路ＣＣ２により受信された検出データＤ２がメモリーＭＥ２に書き込まれて記憶される。具体的にはメモリーＭＥ２は、検出データＤ２に対応づけてＩＭＵ２の識別情報であるＩＭＵ番号＝２を記憶する。
【0043】
通信回路ＣＣ３はＩＭＵ３と通信接続されて、ＳＰＩ等のシリアル通信によりＩＭＵ３から検出データＤ３を受信する。また通信回路ＣＣ３はＩＭＵ３からデータレディー信号ＲＤＹ３を受信する。そして通信回路ＣＣ３により受信された検出データＤ３がメモリーＭＥ３に書き込まれて記憶される。具体的にはメモリーＭＥ３は、検出データＤ３に対応づけてＩＭＵ３の識別情報であるＩＭＵ番号＝３を記憶する。
【0044】
調停回路４６は、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３から検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３を読み出して、出力側通信回路４８に転送する。調停回路４６には、例えばメモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３からのデータレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３が入力される。調停回路４６は、例えば検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３の受信タイミングの順序で、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３から検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３を読み出す。検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３の受信タイミングは、例えばデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３がアクティブになるタイミングに対応し、調停回路４６は、例えばメモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３からのデータレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３によりこのタイミングを特定する。例えばＤ１、Ｄ２、Ｄ３の順に検出データが受信されたとする。この場合には、調停回路４６は、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の順でメモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３から検出データを読み出して出力側通信回路４８に転送し、出力側通信回路４８はＤ１、Ｄ２、Ｄ３の順で検出データを出力データＤＱ１として処理装置５０に送信する。また例えばＤ２、Ｄ３、Ｄ１の順に検出データが受信されたとする。この場合には、調停回路４６は、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１の順でメモリーＭＥ２、ＭＥ３、ＭＥ１から検出データを読み出して出力側通信回路４８に転送し、出力側通信回路４８はＤ２、Ｄ３、Ｄ１の順で検出データを出力データＤＱ１として処理装置５０に送信する。また調停回路４６は、ＤＱ１の出力データレディー信号ＲＤＱ１を処理装置５０に出力する。
【0045】
図５は第１構成例の動作を説明するタイミングチャートである。図５では、各ＩＭＵから例えば２ｋｓｐｓで検出データを読み出す場合の例が示されている。この場合にＩＭＵ１からのデータレディー信号ＲＤＹ１が例えば５００μｓ程度の時間間隔でアクティブになり、このデータレディー信号ＲＤＹ１に同期して、ＩＭＵ１からのセンサーデータである検出データＤ１［１］の読み出しが行われる。そしてＩＭＵ１から通信回路ＣＣ１を介して読み出された検出データＤ１［１］は、センサーデータの格納用のメモリーＭＥ１に格納される。このときに同時にＩＭＵ１の識別情報であるＩＭＵ番号＝１もメモリーＭＥ１に格納される。そしてメモリーＭＥ１への検出データＤ１［１］の格納が完了したタイミングで、メモリーＭＥ１からのデータレディー信号ＲＤＭ１がアクティブになる。この内部出力同期信号であるデータレディー信号ＲＤＭ１は、調停回路４６を介して、処理装置５０への出力同期信号である出力データレディー信号ＲＤＱ１として出力される。そして出力データレディー信号ＲＤＱ１に同期して、メモリーＭＥ１の内容である検出データＤ１［１］やＩＭＵ番号＝１が、出力側通信回路４８を介して処理装置５０に出力される。そしてＩＭＵ１からの次のデータレディー信号ＲＤＹ１がアクティブになるまでの間に、メモリーＭＥ１の内容の処理装置５０への出力を完了する。以上のような処理を繰り返すことで、ＩＭＵ１からの検出データＤ１［１］、Ｄ１［２］、Ｄ１［３］・・・を連続的に処理装置５０に送ることが可能になる。
【0046】
同様に、データレディー信号ＲＤＹ２に同期して、ＩＭＵ２からの検出データＤ２［１］の読み出しが行われる。そしてＩＭＵ２から通信回路ＣＣ２を介して読み出された検出データＤ２［１］は、メモリーＭＥ２に格納される。このときに同時にＩＭＵ２の識別情報であるＩＭＵ番号＝２もメモリーＭＥ２に格納される。そしてメモリーＭＥ２への検出データＤ２［１］の格納が完了したタイミングで、メモリーＭＥ２からのデータレディー信号ＲＤＭ２がアクティブになる。このデータレディー信号ＲＤＭ２は、調停回路４６を介して、処理装置５０への出力データレディー信号ＲＤＱ１として出力される。そして出力データレディー信号ＲＤＱ１に同期して、メモリーＭＥ２の内容である検出データＤ２［１］やＩＭＵ番号＝２が、出力側通信回路４８を介して処理装置５０に出力される。そしてＩＭＵ２からの次のデータレディー信号ＲＤＹ２がアクティブになるまでの間に、メモリーＭＥ２の内容の処理装置５０への出力を完了する。以上のような処理を繰り返すことで、ＩＭＵ２からの検出データＤ２［１］、Ｄ２［２］、Ｄ２［３］・・・を連続的に処理装置５０に送ることが可能になる。同様にＩＭＵ３からの検出データＤ３［１］、Ｄ３［２］、Ｄ３［３］・・・も、通信回路ＣＣ３からメモリーＭＥ３、調停回路４６、出力側通信回路４８を介して処理装置５０に送られる。
【0047】
なお図４のように３つのＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３を中継回路ＲＬ１に接続した場合には、処理装置５０との間の通信速度に対応するデータ出力レートＲＴＱは、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭ３からの読み出し速度に対応するデータ出力レートＲＴの例えば３倍以上にする。
【0048】
本実施形態では、第１メモリー～第ｎメモリーの各メモリーは、第１検出データ～第ｎ検出データの各検出データに対応づけて、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットの各慣性計測ユニットの識別情報を記憶している。図４を例にとれば、メモリーＭＥ１はＩＭＵ１の検出データＤ１に対応づけて、ＩＭＵ１の識別情報である識別番号＝１を記憶する。メモリーＭＥ２は、検出データＤ２に対応づけて、ＩＭＵ２の識別情報である識別番号＝２を記憶する。メモリーＭＥ３は、検出データＤ３に対応づけて、ＩＭＵ３の識別情報である識別番号＝３を記憶する。このようにすれば、後段の処理装置５０は、各検出データに対応づけられた慣性計測ユニットの識別情報を用いて、検出データの適正な合成処理を実現することが可能になる。即ちＩＭＵ１～ＩＭＵ９からの検出データＤ１～Ｄ９は中継回路ＲＬ１～ＲＬ３を介して処理装置５０に送られる。そして処理装置５０は、検出データＤ１～Ｄ９の合成処理を行って、合成処理後のデータＤＱＨを出力する。例えば処理装置５０は、ＩＭＵ１～ＩＭＵ９で検出された各軸での加速度データ、角速度データ等の慣性計測情報の合成処理を行う。この場合に、処理装置５０は、第１タイミングでのＩＭＵ１～ＩＭＵ９の検出データＤ１～Ｄ９の合成処理を行い、次は第１タイミングの次の第２タイミングでのＩＭＵ１～ＩＭＵ９の検出データＤ１～Ｄ９の合成処理を行うというように、各タイミングにおいて検出データＤ１～Ｄ９の合成処理を行う。従って、処理装置５０は、Ｄ１～Ｄ９の各検出データが、ＩＭＵ１～ＩＭＵ９のうちのどのＩＭＵの検出データなのかを識別できないと、適正な合成処理を実行できなくなってしまう。この点、本実施形態では、各検出データに対して、各検出データに対応するＩＭＵの識別情報が対応づけられているため、適正な合成処理を実現できるようになる。
【0049】
なお本実施形態では、第１メモリー～第ｎメモリーの各メモリーが、第１検出データ～第ｎ検出データの各検出データに対応づけて、各検出データの読み出し時刻情報を記憶してもよい。図４を例にとれば、メモリーＭＥ１は、ＩＭＵ１からの検出データＤ１の読み出し時刻情報を記憶する。同様にメモリーＭＥ２は、ＩＭＵ２からの検出データＤ２の読み出し時刻情報を記憶し、メモリーＭＥ３は、ＩＭＵ３からの検出データＤ３の読み出し時刻情報を記憶する。読み出し時刻情報は検出データを読み出した時刻を特定するための情報である。例えば複数の慣性計測ユニットの検出データの検出タイミングは異なっており、各慣性計測ユニットからの検出データの読み出しタイミングも異なっている。そして処理装置５０が複数の慣性計測ユニットからの複数の検出データの合成処理を行う場合、複数の検出データの検出タイミングは異なっている。従って、より正確な合成処理を行うためには、同じデータのタイミングでの検出データになるように、各検出データの時間方向での補間処理を行って、合成処理を行うことが望ましい。そして検出データの読み出し時刻は、検出データの検出タイミングに対応している。このため、検出データの読み出し時刻情報を各検出データに対応づけておけば、処理装置５０は、この読み出し時刻情報を用いて、検出データの時間方向での適正な補間処理を実現できるようになる。
【0050】
また本実施形態では、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信した順序で、第１検出データ～第ｎ検出データを出力データとして処理装置５０に出力する。図４、図５を例にとれば、中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３からデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３を受信する。ＩＭＵ１～ＩＭＵ３は第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットに対応し、データレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹ３は第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号に対応する。そして中継回路ＲＬ１は図５に示すように、データレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹ３を受信した順序で、検出データＤ１～Ｄ３を出力データＤＱ１として処理装置５０に出力する。検出データＤ１～Ｄ３は第１検出データ～第ｎ検出データに対応する。例えば図５では、中継回路ＲＬ１は、ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３の順序で検出データを受信しているため、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の順序で検出データを処理装置５０に出力する。ここでデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３を受信する順序は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３での検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３の検出順序に対応しており、任意の順序になる。例えば中継回路ＲＬ１は、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３、ＲＤＹ１の順序でデータレディー信号を受信した場合には、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ１の順序で検出データを出力データＤＱ１として出力する。またＲＤＹ３、ＲＤＹ２、ＲＤＹ１の順序でデータレディー信号を受信した場合には、Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１の順序で検出データを出力データＤＱ１として出力する。このようにすれば、中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹ３の受信タイミングをモニターすることで、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３での検出データＤ１～Ｄ３の検出タイミングに対応する順序で、Ｄ１～Ｄ３の各検出データを、後段の処理装置５０に出力できるようになる。
【0051】
具体的には図４、図５では、データレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３の受信順序と同じ順序で、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３からデータレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３が調停回路４６に入力される。そして調停回路４６は、データレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３に基づいて、検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３の出力順序の調停を行う。具体的には調停回路４６は、データレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３に対応するデータレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３のタイミングで検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３が出力されるように調停処理を行う。
【0052】
また本実施形態では中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号に基づいて、出力データレディー信号を処理装置５０に出力する。図４、図５を例にとれば、中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３を受信し、ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３に基づいて、出力データレディー信号ＲＤＱ１を処理装置５０に出力している。このようにすれば、中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹ３のタイミングに基づき生成された出力データレディー信号ＲＤＱ１を、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３の検出データＤ１～Ｄ３のデータレディー信号として処理装置５０に出力できるようになる。そして処理装置５０は、この出力データレディー信号ＲＤＱ１に基づいて、中継回路ＲＬ１から時分割に出力される検出データＤ１～Ｄ３を適正に受信できるようになる。
【0053】
具体的には、図５に示すように、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３に対応するタイミングで、データレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３を調停回路４６に出力する。データレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３は、データレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３から例えば所与の期間だけ遅れたタイミングでアクティブになる信号になる。そして調停回路４６は、メモリーＭＥ１～ＭＥ３からのデータレディー信号ＲＤＭ１～ＲＤＭ３に基づいて出力データレディー信号ＲＤＱ１を生成して、処理装置５０に出力する。例えば出力データレディー信号ＲＤＱ１は、データレディー信号ＲＤＭ１～ＲＤＭ３の論理和に対応する信号になる。
【0054】
また本実施形態では、出力データレディー信号の単位時間におけるパルス数は、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号の単位時間におけるパルス数の総和に対応している。図４、図５を例にとれば、出力データレディー信号ＲＤＱ１の単位時間におけるパルス数は、データレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３の単位時間におけるパルス数の総和に対応している。例えば中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３から１番目の検出データであるＤ１［１］、Ｄ２［１］、Ｄ３［１］を受信する際に、３つのパルス数のデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３を受信しており、これに対応して、処理装置５０に出力される出力データレディー信号ＲＤＱ１のパルス数も３になる。同様に中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３から２番目の検出データであるＤ１［２］、Ｄ２［２］、Ｄ３［２］を受信する際に、３つのパルス数のデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３を受信しており、これに対応して、処理装置５０に出力される出力データレディー信号ＲＤＱ１のパルス数も３になる。このようにすれば、中継回路ＲＬ１は、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１～ＲＤＹ３のパルス数に対応するパルス数の出力データレディー信号ＲＤＱ１を処理装置５０に出力して、検出データＤ１～Ｄ３を時分割に処理装置５０に出力できるようになる。そして処理装置５０は、このようなパルス数の出力データレディー信号ＲＤＱ１に基づいて、中継回路ＲＬ１から時分割に出力される検出データＤ１～Ｄ３を適正に受信できるようになる。
【0055】
図４の構成例では、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３のデータ出力レートをＲＴとし、例えば１／ＲＴ＝５００μｓである場合には、ＩＭＵ１～ＩＭＵ３の各ＩＭＵからの検出データの読み出し時間と処理装置５０への送出時間の合計が、１／ＲＴ＝５００μｓ以下となる条件を満たす必要がある。この条件が満たされないと、ＭＥ１～ＭＥ３の各メモリーからのデータの読み出し前に各ＩＭＵからのデータが書き込まれてしまい、データが喪失する可能性があるからである。
【0056】
また複数のＩＭＵ１～ＩＭＵ３からのデータが同時に来た場合には、更に高速に処理装置５０にデータを送出する必要がある。図６は、このようなワーストケースでの本実施形態のタイミングチャートを示す図である。図６では、ＩＭＵ１、ＩＭＵ２、ＩＭＵ３からのデータレディー信号ＲＤＹ１、ＲＤＹ２、ＲＤＹ３が同時にアクティブになっており、検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３が同時に読み出されている。この場合には中継回路ＲＬ１は、メモリーＭＥ１、ＭＥ２、ＭＥ３からの同時にアクティブになるデータレディー信号ＲＤＭ１、ＲＤＭ２、ＲＤＭ３に基づき出力データレディー信号ＲＤＱ１を生成して、検出データＤ１、Ｄ２、Ｄ３を時分割に出力データＤＱ１として高速に送出する。そして１／ＲＴ＝５００μｓ以内に送出が完了するようにする。
【0057】
図７は本実施形態の比較例の構成を示す図である。図７では本実施形態のような中継回路が設けられず、ＩＭＵ１～ＩＭＵ９からの検出データＤ１～Ｄ９が直接に処理装置５０に入力されている。この比較例では図７のＡ１に示すように、検出データＤ１～Ｄ９を入力するための多数の通信ポートが処理装置５０に必要になってしまう。例えば図７では９個のＳＰＩ等の通信ポートが必要になる。従って、処理装置５０がこのような多数の通信ポートを備えていない場合には、これに対応することが困難になる。例えば処理装置５０であるマイクロコントローラーに搭載されるＩＭＵとの通信ポートには限りがあるため、このようなマイクロコントローラーを使用できなくなる。この場合に、ＳＰＩのマルチスレーブの接続方式を採用すれば、処理装置５０の通信ポートに限りがある場合にも、ＩＭＵ１～ＩＭＵ９からの検出データを処理装置５０に入力できるが、データの読み出しレートが低下してしまうという問題が発生してしまう。
【0058】
図８に本実施形態の詳細な第２構成例における中継回路ＲＬ１の構成例を示す。図８が図４の構成と異なるのは、メモリーが２面構成のメモリーになっている点である。図８では、Ｂ１、Ｂ２に示すように、ＩＭＵ１からの検出データＤ１がメモリーＭＥ１１に書き込まれている期間において、メモリーＭＥ１２に書き込まれている検出データＤ１を読み出し、検出データＤ１がメモリーＭＥ１２に書き込まれている期間において、メモリーＭＥ１１に書き込まれている検出データＤ１を読み出す。またＢ３、Ｂ４に示すように、ＩＭＵ２からの検出データＤ２がメモリーＭＥ２１に書き込まれている期間において、メモリーＭＥ２２に書き込まれている検出データＤ２を読み出し、検出データＤ２がメモリーＭＥ２２に書き込まれている期間において、メモリーＭＥ２１に書き込まれている検出データＤ２を読み出す。メモリーＭＥ３１、ＭＥ３２においてもＢ５、Ｂ６に示すように同様の書き込み、読み出しが行われる。
【0059】
図９は図８の第２構成例の動作を説明するタイミングチャートである。データレディー信号ＲＤＹ１に同期して、ＩＭＵ１からの検出データＤ１［１］の読み出しが行われ、読み出された検出データＤ１［１］は、メモリーＭＥ１１に格納される。このときに同時にＩＭＵ番号＝１もメモリーＭＥ１１に格納される。そしてメモリーＭＥ１１への検出データＤ１［１］の格納が完了したタイミングで、メモリーＭＥ１１からのデータレディー信号ＲＤＭ１１がアクティブになり、データレディー信号ＲＤＭ１１が、調停回路４６を介して処理装置５０への出力データレディー信号ＲＤＱ１として出力される。そして出力データレディー信号ＲＤＱ１に同期して、メモリーＭＥ１１の内容である検出データＤ１［１］やＩＭＵ番号＝１が処理装置５０に出力される。
【0060】
メモリーＭＥ１２の内容は次のタイミングで処理装置５０に出力される。具体的には、データレディー信号ＲＤＹ１に同期して、ＩＭＵ１からの検出データＤ１［２］の読み出しが行われ、読み出された検出データＤ１［２］は、メモリーＭＥ１２に格納される。このときに同時にＩＭＵ番号＝１もメモリーＭＥ１２に格納される。そしてメモリーＭＥ１２への検出データＤ１［２］の格納が完了したタイミングで、メモリーＭＥ１２からのデータレディー信号ＲＤＭ１２がアクティブになり、データレディー信号ＲＤＭ１２が、調停回路４６を介して処理装置５０への出力データレディー信号ＲＤＱ１として出力される。そして出力データレディー信号ＲＤＱ１に同期して、メモリーＭＥ１２の内容である検出データＤ１［２］やＩＭＵ番号＝１が処理装置５０に出力される。このように図８、図９では、メモリーＭＥ１１とメモリーＭＥ１２は、交互に切り替わりながら使用され、ＩＭＵ１から読み出された検出データＤ１［１］、Ｄ１［２］、Ｄ１［３］・・・を連続的に処理装置５０に送ることが可能になる。
【0061】
なおメモリーＭＥ２１、ＭＥ２２、ＭＥ３１、ＭＥ３２についても、メモリーＭＥ１１、ＭＥ１２と同様に、検出データの格納や読み出しの処理を並列に行うが、これらはメモリーＭＥ１１、ＭＥ１２の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0062】
図８、図９の第２構成例では、２面のメモリーを用意し、一方のメモリーへの書き込みと、他方のメモリーからの読み出しを同時にすることが可能になる。従って、データ出力レートが１／ＲＴ＝５００μｓである場合に、（１／ＲＴ）×２＝１ｍｓからメモリーへのデータ書き込み期間を除いた期間の間、各メモリーにデータが保持されるようになる。従って、図４、図５の第１構成例に比べて、メモリーからのデータ読み出しについての時間的な制約を低減できる。一方、図４、図５の第１構成例は、図７、図８の第２構成例に比べて、必要なメモリー容量を少なくできるという利点がある。
【0063】
３．慣性計測装置の構造例
図１０は慣性計測装置１０の具体例を説明する斜視図である。慣性計測装置１０は、図１、図２等で説明した慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、中継回路４０と、処理装置５０が収納されるケース１３を含む。ケース１３は容器と言うこともできる。ケース１３はベース１１とリッド１２を含む。具体的にはケース１３は、上方に開口する凹部を有するベース１１と、ベース１１の開口を塞ぐようにベース１１に固定されるリッド１２を含む。ベース１１とリッド１２により封止される収容空間Ｓが、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎ、中継回路４０、処理装置５０等の部品を収容するための空間になる。ケース１３は、収容空間Ｓに収容される部品を塵、湿気、衝撃、紫外線等から保護する。
図１０は慣性計測装置１０の具体例を説明する斜視図である。慣性計測装置１０は、図１、図２等で説明した慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎと、中継回路４０と、処理装置５０が収納されるケース１３を含む。ケース１３は容器と言うこともできる。ケース１３はベース１１とリッド１２を含む。具体的にはケース１３は、上方に開口する凹部を有するベース１１と、ベース１１の開口を塞ぐようにベース１１に固定されるリッド１２を含む。ベース１１とリッド１２により封止される収容空間Ｓが、慣性計測ユニット３０－１～３０－ｎ、中継回路４０、処理装置５０等の部品を収容するための空間になる。ケース１３は、収容空間Ｓに収容される部品を塵、湿気、衝撃、紫外線等から保護する。
【0064】
ケース１３のベース１１、リッド１２は例えばアルミニウムに構成できるが、これには限定されず、アルミニウム合金、ステンレス等の他の金属材料や、各種セラミック、各種樹脂材料、又はこれらの複合材料により構成してもよい。
【0065】
また慣性計測装置１０は、ベース１１の側壁に取り付けられるコネクター１４を有する。このコネクター１４は、ケース１３の外部と内部との間の電気的な接続を行うためのレセプタクルであり、慣性計測装置１０の外部のホスト等の外部装置と通信接続するためのものである。
【0066】
図１１は慣性計測装置１０を説明する分解斜視図である。図１１では、慣性計測装置１０に３つの慣性計測ユニット３０－１、３０－２、３０－３が設けられる場合を一例として示している。但し慣性計測装置１０に設けられる慣性計測ユニットの個数はこれに限定されず、例えば４個以上の慣性計測ユニットを設けることができる。慣性計測ユニット３０－１、３０－２、３０－３の各慣性計測ユニットはセンサーモジュールと言うこともできる。
【0067】
図１１に示すように慣性計測装置１０は基板１６を有する。基板１６は回路基板と言うこともできる。慣性計測ユニット３０－１、３０－２、３０－３は基板１６に実装される。そして図１１、図１０では、基板１６の主面に沿った互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸としており、基板１６に直交する方向をＺ軸としている。例えばＸ軸は、基板１６の第１辺である長辺に沿った方向の軸であり、Ｙ軸は、基板１６の第２辺である短辺に沿った方向の軸になっている。第１辺と第２辺は互いに交差する辺である。そして図１１では、慣性計測ユニット３０－１は、例えば基板１６の第１面である上面に配置されている。慣性計測ユニット３０－２、３０－３は、基板１６の第２面である下面に例えばＸ軸の方向に沿って配置されている。但し慣性計測ユニットの配置はこのような配置には限定されない。
【0068】
基板１６の上面には、マイクロコントローラー等により実現される処理装置５０が配置されている。また基板１６の上面には中継回路４０が配置されている。中継回路４０は、例えば中継回路のＩＣがパッケージに収容された中継デバイスとして実現できるが、これには限定されない。また基板１６の上面には内部コネクター１８が設けられている。
【0069】
慣性計測ユニット３０－１、３０－２、３０－３と中継回路４０と処理装置５０は、基板１６の配線等を介して電気的に接続される。処理装置５０は、基板１６の配線、内部コネクター１８などを介して、不図示の通信基板に接続される。通信基板には、慣性計測装置１０とホスト等の外部装置との間の通信を行う通信ＩＣなどが配置されている。
【0070】
以上のように本実施形態の慣性計測装置１０は、慣性計測ユニット３０－１～３０－３と、中継回路４０と、処理装置５０とが収納されるケース１３を含む。このようにすれば、慣性計測装置１０に複数の慣性計測ユニットを設けて、これらの慣性計測ユニットからの検出データの合成処理を行うことで、ランダムノイズ等のノイズが低減されたデータを外部に出力できるようになる。また慣性計測装置１０のケースに、中継回路４０と処理装置５０を設けることで、慣性計測ユニット３０－１～３０－３からの検出データを中継回路４０に入力して、中継回路４０が、これらの検出データを出力データとして、同じケース１３に配置される処理装置５０に対して時分割に出力できるようになる。従って、ケース１３に配置された慣性計測ユニット３０－１～３０－３と中継回路４０と処理装置５０とにより、ノイズの少ない慣性情報の検出データを、例えば慣性計測ユニットと同じデータ出力レートで外部に出力することなどが可能になる。
【0071】
図１２に慣性計測ユニット３０の構成例を示す。慣性計測ユニット３０は慣性計測ユニット３０－１、３０－２、３０－３の各々に対応するものである。慣性計測ユニット３０は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３２Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３２Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３２Ｚと、加速度センサーデバイス３４と、処理装置３６を含む。処理装置３６は例えばマイクロコントローラーであり、処理装置３６と各センサーデバイスは例えばデジタルインターフェースバスにより電気的に接続されている。
【0072】
Ｘ軸角速度センサーデバイス３２Ｘは、Ｘ軸回りの角速度を検出し、Ｘ軸角速度データを出力する。Ｘ軸角速度センサーデバイス３２Ｘは、Ｘ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子は、例えば水晶振動子などの圧電型の振動子により構成されるジャイロセンサー素子である。但しセンサー素子は、これには限定されず、シリコン基板などから形成された静電容量検出方式のＳｉ－ＭＥＭＳのジャイロセンサー素子などであってもよい。例えばセンサー素子は、複数のＳｉ－ＭＥＭＳのジャイロセンサー素子がマルチ接続されたものであってもよい。またＸ軸角速度センサーデバイス３２Ｘは、センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路や、検出信号に対する同期検波を行う同期検波回路などを有するアナログ回路を含む。またＸ軸角速度センサーデバイス３２Ｘは、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して温度補正、オフセット補正又は感度補正等の補正処理を行ったデータが、Ｘ軸角速度データになる。
【0073】
Ｙ軸角速度センサーデバイス３２Ｙは、Ｙ軸回りの角速度を検出し、Ｙ軸角速度データを出力する。Ｙ軸角速度センサーデバイス３２Ｙは、Ｙ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子としては上述のように種々のタイプのものを用いることができる。Ｚ軸角速度センサーデバイス３２Ｚは、Ｚ軸回りの角速度を検出し、Ｚ軸角速度データを出力する。Ｚ軸角速度センサーデバイス３２Ｚは、Ｚ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子としては上述のように種々のタイプのものを用いることができる。なおＹ軸角速度センサーデバイス３２Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３２Ｚの詳細な構成、動作はＸ軸角速度センサーデバイス３２Ｘと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0074】
加速度センサーデバイス３４は、Ｘ軸方向での加速度、Ｙ軸方向での加速度及びＺ軸方向での加速度を検出してＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データを出力する。加速度センサーデバイス３４は、例えば１つのデバイスで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出可能な静電容量方式のＳｉ－ＭＥＭＳのセンサーデバイスである。但し本実施形態はこれには限定されず。加速度センサーデバイス３４は、周波数変化型の水晶加速度センサー、ピエゾ抵抗型加速度センサー、或いは熱検知型加速度センサーであってもよい。加速度センサーデバイス３４は、Ｘ軸加速度検出用のセンサー素子、Ｙ軸加速度検出用のセンサー素子及びＺ軸加速度検出用のセンサー素子を含む。なお、各軸の加速度検出用のセンサー素子として複数のセンサー素子を設けてもよい。また加速度センサーデバイス３４は、これらの各軸の加速度検出用のセンサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路等を有するアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。Ａ／Ｄ変換回路は、例えばＸ軸加速度のアナログ信号と、Ｙ軸加速度のアナログ信号と、Ｚ軸加速度のアナログ信号を時分割にデジタルデータにＡ／Ｄ変換する。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して温度補正等の補正処理を行ったデータが、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データになる。なお、ここでのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、センサーモジュールである慣性計測ユニット３０の検出軸としてのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸である。
【0075】
処理装置３６は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３２Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３２Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３２Ｚ及び加速度センサーデバイス３４に対してマスターとなるコントローラーである。処理装置３６は、集積回路装置であり、例えばＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現できる。或いは処理装置３６を、ゲートアレイなどの自動配置配線によるＡＳＩＣにより実現してもよい。
【0076】
図１３は慣性計測ユニット３０の具体例を示す分解斜視図である。図１３の慣性計測ユニット３０は、回路基板１００、インナーケース１２０、環状の緩衝材１３０、アウターケース１４０を含む。慣性計測ユニット３０は、アウターケース１４０の内部に、環状の緩衝材１３０を介在させて、回路基板１００を搭載した構成となっている。回路基板１００には角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスなどのセンサーデバイスが搭載されている。
【0077】
慣性計測ユニット３０は、平面形状が四角形状の直方体であり、四角形の対角方向に位置する２箇所の頂点近傍に、固定部としてのネジ穴１４２、１４４が形成されている。これらのネジ穴１４２、１４４に２本のネジを通して、装着面に対して、慣性計測ユニット３０を固定した状態で使用する。慣性計測ユニット３０の上面視における表面には、開口部１２２が形成されている。開口部１２２の内部には、プラグ型のコネクター１１０が配置される。コネクター１１０は、複数のピンが並んで配置されている。このコネクター１１０には、ソケット型のコネクターが接続されて、慣性計測ユニット３０への電源供給や、慣性計測ユニット３０が検出した検出データの出力などの電気信号の送受信が行われる。アウターケース１４０は、例えばアルミニウムを箱状に削り出した台座である。アウターケース１４０の外形は、前述した慣性計測ユニット３０の全体形状と同様に、平面形状が四角形状の直方体である。
【0078】
なお図１３において、インナーケース１２０の底面側には凹部１２１が設けられている。そして回路基板１００の厚み方向からみた平面視において、凹部１２１と重なる領域に、角速度センサーデバイスや加速度センサーデバイスを含むセンサーデバイス群が配置されている。そして回路基板１００と凹部１２１により形成される空間に充填部材が充填されて固化される。これにより回路基板１００及びセンサーデバイス群の一部分又は全部が充填部材に覆われるようになり、共振周波数を外部からのノイズ振動の帯域から外すようにシフトさせることなどが可能になる。
【0079】
以上のように本実施形態の慣性計測装置は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットと、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データが入力され、第１検出データ～第ｎ検出データを時分割に出力データとして出力する中継回路と、中継回路からの出力データが入力され、第１検出データ～第ｎ検出データの合成処理を行う処理装置とを含む。
【0080】
本実施形態によれば、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データが中継回路に入力され、中継回路は、第１検出データ～第ｎ検出データを時分割に出力データとして出力する。そして処理装置は、中継回路からの出力データに基づき第１検出データ～第ｎ検出データの合成処理を行う。このようにすれば、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データを中継回路を介して時分割に出力データとして処理装置に入力できるようになる。そして処理装置により第１検出データ～第ｎ検出データの合成処理が行われることにより、合成処理後のデータのノイズを低減することが可能になる。従って、慣性計測装置に設ける慣性計測ユニットの数を増やして出力データの低ノイズ化を容易に実現できる慣性計測装置の提供が可能になる。
【0081】
また本実施形態では、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データを受信する第１通信回路～第ｎ通信回路と、出力データを処理装置に送信する出力側通信回路と、を含んでもよい。
【0082】
このようにすれば、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データを第１通信回路～第ｎ通信回路により受信できるようになり、第１検出データ～第ｎ検出データを出力データとして出力側通信回路により処理装置に出力できるようになる。
【0083】
また本実施形態では、処理装置は、第１検出データ～第ｎ検出データに含まれる第１軸検出データの合成処理と、第１検出データ～第ｎ検出データに含まれる第２軸検出データの合成処理と、を行ってもよい。
【0084】
このようにすれば、第１検出データ～第ｎ検出データに含まれる第１軸検出データや第２軸検出データの合成処理が行われて、合成処理後の第１軸検出データや第２軸検出データのノイズを低減できるようになる。
【0085】
また本実施形態では、合成処理は、平均化処理であってもよい。
【0086】
このような平均化処理を行うことで、例えば１つの慣性計測ユニットからの検出データを用いる場合に比べて、処理装置が出力するデータのランダムノイズを低減できる。
【0087】
また本実施形態では、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データを記憶する第１メモリー～第ｎメモリーを含んでもよい。
【0088】
このような第１メモリー～第ｎメモリーを設ければ、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データを第１メモリー～第ｎメモリーに格納し、格納された第１検出データ～第ｎ検出データを時分割に出力データとして処理装置に出力できるようになる。
【0089】
また本実施形態では、第１メモリー～第ｎメモリーの各メモリーは、第１検出データ～第ｎ検出データの各検出データに対応づけて、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットの各慣性計測ユニットの識別情報を記憶してもよい。
【0090】
このようにすれば、後段の処理装置は、各検出データに対応づけられた慣性計測ユニットの識別情報を用いて、検出データの適正な合成処理を実現することが可能になる。
【0091】
また本実施形態では、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信した順序で、第１検出データ～第ｎ検出データを出力データとして処理装置に出力してもよい。
【0092】
このようにすれば、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号の受信タイミングをモニターすることで、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットでの第１検出データ～第ｎ検出データの検出タイミングに対応する順序で、各検出データを後段の処理装置に出力できるようになる。
【0093】
また本実施形態では、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号を受信し、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号に基づいて、出力データレディー信号を処理装置に出力してもよい。
【0094】
このようにすれば、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号のタイミングに基づき生成された出力データレディー信号を、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットの第１検出データ～第ｎ検出データのデータレディー信号として処理装置に出力できるようになる。
【0095】
また本実施形態では、出力データレディー信号の単位時間におけるパルス数は、第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号の単位時間におけるパルス数の総和に対応してもよい。
【0096】
このようにすれば、中継回路は、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１データレディー信号～第ｎデータレディー信号のパルス数に対応するパルス数の出力データレディー信号を処理装置に出力して、第１検出データ～第ｎ検出データを時分割に処理装置に出力できるようになる。
【0097】
また本実施形態では、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットは、データ出力レートＲＴで第１検出データ～第ｎ検出データを出力し、中継回路は、データ出力レートＲＴＱがｎ×ＲＴ以上で出力データを出力してもよい。
【0098】
このようにすれば、処理装置での合成処理の対象となる第１検出データ～第ｎ検出データを、高いデータ出力レートで処理装置に入力することが可能になる。
【0099】
また本実施形態では、処理装置は、合成処理後のデータをデータ出力レートＲＴ以下で出力してもよい。
【0100】
このようにすれば、処理装置から出力されるデータのノイズを合成処理により低減できると共に、合成処理後のデータを、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットと同等のデータ出力レート等で出力することが可能になる。
【0101】
また本実施形態では、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットと、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データが入力され、第ｋ検出データ～第ｍ検出データを時分割に第２出力データとして出力する第２中継回路とを含んでもよい。そして処理装置は、出力データと第２出力データが入力され、第１検出データ～第ｎ検出データと第ｋ検出データ～第ｍ検出データの合成処理を行ってもよい。
【0102】
このようにすれば、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットからの第１検出データ～第ｎ検出データに加えて、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データを用いて合成処理が行われるようになるため、合成処理後のデータの更なる低ノイズ化を実現できる。
【0103】
また本実施形態では、第２中継回路は、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データを受信する第ｋ通信回路～第ｍ通信回路と、第２出力データを処理装置に送信する第２出力側通信回路と、を含んでもよい。
【0104】
このようにすれば、第ｋ慣性計測ユニット～第ｍ慣性計測ユニットからの第ｋ検出データ～第ｍ検出データを第ｋ通信回路～第ｍ通信回路により受信できるようになり、第ｋ検出データ～第ｍ検出データを出力データとして第２出力側通信回路により処理装置に出力できるようになる。
【0105】
また本実施形態では、第１慣性計測ユニット～第ｎ慣性計測ユニットと、中継回路と、処理装置とが収納されるケースを含んでもよい。
【0106】
このようにすれば、慣性計測装置のケースに複数の慣性計測ユニットを設け、これらの慣性計測ユニットからの検出データを、ケースに設けられた中継回路により中継して、ケースに設けられた処理装置に入力し、処理装置にて合成処理を行うことで、ノイズが低減されたデータを外部に出力できるようになる。
【0107】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また慣性計測装置、慣性計測ユニット、中継回路、処理装置等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【0108】
１０…慣性計測装置、１１…ベース、１２…リッド、１３…ケース、１４…コネクター、１６…基板、１８…内部コネクター、３０、３０－１～３０－ｎ、３０－ｋ～３０－ｍ…慣性計測ユニット、３２Ｘ…Ｘ軸角速度センサーデバイス、３２Ｙ…Ｙ軸角速度センサーデバイス、３２Ｚ…Ｚ軸角速度センサーデバイス、３４…加速度センサーデバイス、３６…処理装置、４０、４１…中継回路、４２－１～４２－ｎ、４２－ｍ～４２－ｋ…通信回路、４４－１～４４－ｎ、４４－ｍ～４４－ｋ…メモリー、４６、４７…調停回路、４８、４９…出力側通信回路、５０…処理装置、５２…通信部、５４…合成処理部、５６…タイマー、５８…ホスト通信部、１００…回路基板、１１０…コネクター、１２０…インナーケース、１２１…凹部、１２２…開口部、１３０…緩衝材、１４０…アウターケース、１４２、１４４…ネジ穴、２００…ホスト、ＣＣ１～ＣＣ３…通信回路、ＣＫ、ＣＫＳＹ…クロック信号、ＤＱ１、ＤＱ２、ＤＱ３…出力データ、ＤＱＨ…データ、Ｄ１～Ｄｋ、Ｄｍ～Ｄｎ…検出データ、Ｍ１～Ｍ９…格納用メモリー、ＭＥ１～ＭＥ３、ＭＥ１１～ＭＥ３２…メモリー、ＲＤＭ１～ＲＤＭ３…データレディー信号、ＲＤＱ１、ＲＤＱ２…出力データレディー信号、ＲＤＹ１～ＲＤＹｎ、ＲＤＹｍ～ＲＤＹｋ…データレディー信号、ＲＬ１～ＲＬ３…中継回路、ＲＴ…データ出力レート、ＲＴＱ…データ出力レート、Ｓ…収容空間
【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】