特許 7571395 慣性センサー装置及び慣性センサー装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】慣性センサー装置及び慣性センサー装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 21/00 20060101AFI20241016BHJP

   G01P 15/18 20130101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

G01P21/00

G01P15/18

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020100715

(22)【出願日】2020-06-10

(65)【公開番号】P2021196191

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-04-04

(73)【特許権者】

【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

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００９９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１０３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７１０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０９１４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１１１０９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３１８２５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ２１／００ ～ ２１／０２

Ｇ０１Ｐ １５／００ ～ １５／１８

Ｇ０１Ｃ １９／００ ～ １９／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第１信号を出力する第１慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第１信号が、互いに直交する第１検出軸、第２検
出軸及び第３検出軸を有する第１補正信号となるように、前記第１信号を補正することに
より前記第１補正信号を生成する第１補正回路とを含む第１センサーモジュールと、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第２信号を出力する第２慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第２信号が、互いに直交する第４検出軸、第５検
出軸及び第６検出軸を有する第２補正信号となるように、前記第２信号を補正することに
より前記第２補正信号を生成する第２補正回路とを含む第２センサーモジュールと、
前記第１検出軸と前記第４検出軸とを整合させ、前記第２検出軸と前記第５検出軸とを
整合させ、前記第３検出軸と前記第６検出軸とを整合させる第１補正係数を前記第１補正
信号に適用することにより第１整合信号を生成する整合処理部と、
ランダムノイズが低減されるように、前記第１整合信号と前記第２補正信号とを合成し
て出力する合成処理部と、を備え、
前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーは、少なくとも、前記ａ軸回りの角速
度、前記ｂ軸回りの角速度及び前記ｃ軸回りの角速度を検出する、または、少なくとも、
前記ａ軸に沿う方向の加速度、前記ｂ軸に沿う方向の加速度及び前記ｃ軸に沿う方向の加
速度を検出する慣性センサー装置。

【請求項2】

互いに直交する３つの基準軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第１信号を出力する第１慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第１信号が、互いに直交する第１検出軸、第２検
出軸及び第３検出軸を有する第１補正信号となるように、前記第１信号を補正することに
より前記第１補正信号を生成する第１補正回路とを含む第１センサーモジュールと、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第２信号を出力する第２慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第２信号が、互いに直交する第４検出軸、第５検
出軸及び第６検出軸を有する第２補正信号となるように、前記第２信号を補正することに
より前記第２補正信号を生成する第２補正回路とを含む第２センサーモジュールと、
前記第１検出軸、前記第２検出軸、前記第３検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前
記Ｚ軸に整合させる第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号
を生成し、前記第４検出軸、前記第５検出軸、前記第６検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記
Ｙ軸、前記Ｚ軸に整合させる第２補正係数を前記第２補正信号に適用することにより第２
整合信号を生成する整合処理部と、
ランダムノイズが低減されるように、前記第１整合信号と前記第２整合信号とを合成し
て出力する合成処理部と、を備え、
前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーは、少なくとも、前記ａ軸回りの角速
度、前記ｂ軸回りの角速度及び前記ｃ軸回りの角速度を検出する、または、少なくとも、
前記ａ軸に沿う方向の加速度、前記ｂ軸に沿う方向の加速度及び前記ｃ軸に沿う方向の加
速度を検出する慣性センサー装置。

【請求項3】

前記整合処理部は、前記第１整合信号を出力する第１モードと、前記第１補正信号を出
力する第２モードとを有する請求項１又は２に記載の慣性センサー装置。

【請求項4】

前記整合処理部は、前記第２モードにおいて、前記第１補正信号に単位元を適用して出
力する請求項３に記載の慣性センサー装置。

【請求項5】

前記第１補正係数は、回転行列、オイラー角及びクォータニオンの何れか１種である請
求項１乃至４の何れか１項に記載の慣性センサー装置。

【請求項6】

ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第１信号を出力する第１慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第１信号が、互いに直交する第１検出軸、第２検
出軸及び第３検出軸を有する第１補正信号となるように、前記第１信号を補正することに
より前記第１補正信号を生成する第１補正回路とを含む第１センサーモジュールと、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第２信号を出力する第２慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第２信号が、互いに直交する第４検出軸、第５検
出軸及び第６検出軸を有する第２補正信号となるように、前記第２信号を補正することに
より前記第２補正信号を生成する第２補正回路とを含む第２センサーモジュールと、
前記第１検出軸と前記第４検出軸とを整合させ、前記第２検出軸と前記第５検出軸とを
整合させ、前記第３検出軸と前記第６検出軸とを整合させる第１補正係数を前記第１補正
信号に適用することにより第１整合信号を生成する整合処理部と、
ランダムノイズが低減されるように、前記第１整合信号と前記第２補正信号とを合成し
て出力する合成処理部と、
を備え、
前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーは、少なくとも、前記ａ軸に沿う方向
の加速度、前記ｂ軸に沿う方向の加速度及び前記ｃ軸に沿う方向の加速度を検出する慣性
センサー装置の製造方法であって、
前記第１補正信号と重力加速度とを比較し、前記第２補正信号と重力加速度とを比較す
ることにより、前記第１検出軸と前記第４検出軸とを整合させ、前記第２検出軸と前記第
５検出軸とを整合させ、前記第３検出軸と前記第６検出軸とを整合させる第１補正係数を
算出すること
を含む慣性センサー装置の製造方法。

【請求項7】

互いに直交する３つの基準軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第１信号を出力する第１慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第１信号が、互いに直交する第１検出軸、第２検
出軸及び第３検出軸を有する第１補正信号となるように、前記第１信号を補正することに
より前記第１補正信号を生成する第１補正回路とを含む第１センサーモジュールと、
ａ軸、ｂ軸、ｃ軸を検出軸とする第２信号を出力する第２慣性センサーと、前記ａ軸、
前記ｂ軸、前記ｃ軸を検出軸とする前記第２信号が、互いに直交する第４検出軸、第５検
出軸及び第６検出軸を有する第２補正信号となるように、前記第２信号を補正することに
より前記第２補正信号を生成する第２補正回路とを含む第２センサーモジュールと、
前記第１検出軸、前記第２検出軸、前記第３検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前
記Ｚ軸に整合させる第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号
を生成し、前記第４検出軸、前記第５検出軸、前記第６検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記
Ｙ軸、前記Ｚ軸に整合させる第２補正係数を前記第２補正信号に適用することにより第２
整合信号を生成する整合処理部と、
ランダムノイズが低減されるように、前記第１整合信号と前記第２整合信号とを合成し
て出力する合成処理部と、
を備え、
前記第１慣性センサー及び前記第２慣性センサーは、少なくとも、前記ａ軸に沿う方向
の加速度、前記ｂ軸に沿う方向の加速度及び前記ｃ軸に沿う方向の加速度を検出する慣性
センサー装置の製造方法であって、
前記第１補正信号と重力加速度を比較することにより、前記第１検出軸、前記第２検出
軸、前記第３検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸に整合させる第１補正係数
を算出することと、
前記第２補正信号と重力加速度を比較することにより、前記第４検出軸、前記第５検出
軸、前記第６検出軸がそれぞれ前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸に整合させる第２補正係数
を算出することと、
を含む慣性センサー装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、慣性センサー装置及び慣性センサー装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、複数の物理量検出素子に接続される端子から入力される検出信号を電圧に変換することにより、ノイズ成分の大きさが物理量検出素子の数の平方根に反比例して小さい物理量信号を生成する物理量検出回路を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－６０６８９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、特許文献１に記載の技術では、複数の物理量検出素子の間で検出軸がずれている場合、物理量の検出精度が悪化する恐れがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様は、複数の第１検出軸に関する第１信号を出力する第１慣性センサー、及び、前記複数の第１検出軸が互いに直交するように前記第１信号を補正することにより第１補正信号を生成する第１補正回路を有する第１センサーモジュールと、複数の第２検出軸に関する第２信号を出力する第２慣性センサー、及び、前記複数の第２検出軸が互いに直交するように前記第２信号を補正することにより第２補正信号を生成する第２補正回路を有する第２センサーモジュールと、前記複数の第１検出軸を前記複数の第２検出軸に整合させる第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号を生成する整合処理部と、前記第１整合信号と前記第２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である。

【0006】

他の一態様は、複数の第１検出軸に関する第１信号を出力する第１慣性センサー、及び、前記複数の第１検出軸が互いに直交するように前記第１信号を補正することにより第１補正信号を生成する第１補正回路を有する第１センサーモジュールと、複数の第２検出軸に関する第２信号を出力する第２慣性センサー、及び、前記複数の第２検出軸が互いに直交するように前記第２信号を補正することにより第２補正信号を生成する第２補正回路を有する第２センサーモジュールと、前記複数の第１検出軸を基準軸に整合させる第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号を生成し、前記複数の第２検出軸を前記基準軸に整合させる第２補正係数を前記第２補正信号に適用することにより第２整合信号を生成する整合処理部と、前記第１整合信号と前記第２整合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である。

【0007】

他の一態様は、複数の第１検出軸に関する第１信号を出力する第１慣性センサー、及び、前記複数の第１検出軸が互いに直交するように前記第１信号を補正することにより第１補正信号を生成する第１補正回路を有する第１センサーモジュールと、複数の第２検出軸に関する第２信号を出力する第２慣性センサー、及び、前記複数の第２検出軸が互いに直交するように前記第２信号を補正することにより第２補正信号を生成する第２補正回路を有する第２センサーモジュールと、第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号を生成する整合処理部と、前記第１整合信号と前記第２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の製造方法であって、前記第１補正信号と重力加速度とを比較し、前記第２補正信号と重力加速度とを比較することにより、前記複数の第１検出軸を前記複数の第２検出軸に整合させる前記第１補正係数を算出することを含む慣性センサー装置の製造方法である。

【0008】

他の一態様は、複数の第１検出軸に関する第１信号を出力する第１慣性センサー、及び、前記複数の第１検出軸が互いに直交するように前記第１信号を補正することにより第１補正信号を生成する第１補正回路を有する第１センサーモジュールと、複数の第２検出軸に関する第２信号を出力する第２慣性センサー、及び、前記複数の第２検出軸が互いに直交するように前記第２信号を補正することにより第２補正信号を生成する第２補正回路を有する第２センサーモジュールと、第１補正係数を前記第１補正信号に適用することにより第１整合信号を生成し、第２補正係数を前記第２補正信号に適用することにより第２整合信号を生成する整合処理部と、前記第１整合信号と前記第２整合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の製造方法であって、前記第１補正信号と重力加速度を比較することにより、前記複数の第１検出軸を基準軸に整合させる前記第１補正係数を算出することと、前記第２補正信号と重力加速度を比較することにより、前記複数の第２検出軸を基準軸に整合させる前記第２補正係数を算出することと、を含む慣性センサー装置の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る慣性センサー装置を説明する斜視図。

【図2】慣性センサー装置の内部を説明する平面図。

【図3】基板及びセンサーモジュールを説明する分解斜視図。

【図4】センサーモジュールを示す分解斜視図である。

【図5】センサーモジュールが有する回路基板を示す上面図である。

【図6】図５に示す回路基板の下面図である。

【図7】慣性センサー装置を説明するブロック図。

【図8】センサーモジュールを説明するブロック図。

【図9】補正係数の決定方法を説明するフローチャート。

【図10】実施形態の第１変形例に係る慣性センサー装置を説明する斜視図。

【図11】実施形態の第２変形例に係る慣性センサー装置を説明する斜視図。

【図12】実施形態の第３変形例に係る慣性センサー装置を説明する斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものである。本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。図面においては、同一又は類似の要素には同一又は類似の符号をそれぞれ付して、重複する説明を省略する。図面は模式的であり、実際の寸法及び寸法の相対的比率、配置、構造等と異なる場合が含まれ得る。

【0011】

なお、以下における上下左右等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものでない。例えば、視線方向を軸として観察対象を９０°回転すれば上下は左右に、左右は上下に変換して理解され、１８０°回転すれば上下及び左右はそれぞれ反転して理解されることは勿論である。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0012】

図１乃至図３に示すように、実施形態に係る慣性センサー装置１は、例えば、基板１０と、それぞれ基板１０に搭載される第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃと、処理回路１００と、容器９とを備える。慣性センサー装置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複数の慣性センサーを備える複合センサーユニットである。慣性センサー装置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。

【0013】

図１及び図２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、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ、第３センサーモジュール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。

【0014】

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。

【0015】

慣性センサー装置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、慣性センサー装置１と他の装置との間の通信を処理する回路を有する。

【0016】

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、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ、第３センサーモジュール２Ｃ、処理回路１００及び内部コネクター１１０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。

【0017】

図２及び図３に示すように、第１センサーモジュール２Ａ及び第２センサーモジュール２Ｂは、基板１０の下面においてＸ軸に沿って配列される。第３センサーモジュール２Ｃは、Ｚ軸に沿う方向から見て第１センサーモジュール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１１０は、Ｚ軸に沿う方向から見て第２センサーモジュール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、慣性センサー装置１の小型化を図ることができる。

【0018】

第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール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、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂおよび第３センサーモジュール２Ｃの駆動を制御する。処理回路１００は、内部コネクター１１０及び内部コネクター１１０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。

【0019】

第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃは、例えば互いに同様の構造を有する。以下において、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃの何れかを単に「センサーモジュール２」といい、重複する説明を省略する。センサーモジュール２の数は３に限るものでなく、２であっても４以上であってもよい。

【0020】

図４に示すように、センサーモジュール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。センサーモジュール２は、上方、即ち図４に示すｃ軸に沿う方向から見て正方形状である。アウターケース２１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。センサーモジュール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。

【0021】

図５及び図６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、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、センサーモジュール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。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をそれぞれ検出する。ａ，ｂ，ｃ軸の３つの検出軸は、センサーモジュール２毎に定義される。

【0022】

補正回路２８は、例えば、集積回路（ＩＣ）により構成される。補正回路２８は、回路基板２４を介して、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及び加速度センサー２７のそれぞれに接続される。補正回路２８は、回路基板２４、モジュールコネクター２５、基板１０等を介して、処理回路１００に接続される。

【0023】

回路基板２４は、ｃ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、加速度センサー２７は、第１象限Ｑ１に配置される。図３に示すように、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール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。

【0024】

即ち、図３に示す例において、第１センサーモジュール２Ａの加速度センサー２７Ａ及び第３センサーモジュール２Ｃの加速度センサー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。第１センサーモジュール２Ａの加速度センサー２７Ａ及び第２センサーモジュール２Ｂの加速度センサー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、加速度センサー２７Ａ、加速度センサー２７Ｂ及び加速度センサー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。

【0025】

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。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。

【0026】

図７に示すように、慣性センサー装置１は、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃと、処理回路１００に加えて、通信回路９０及び記憶装置３を更に備える。通信回路９０は、例えば通信基板９３１に実装される。通信基板９３１は、例えば、処理回路１００において算出される慣性データを他の装置に出力する。

【0027】

処理回路１００は、整合処理部１０１と、合成処理部１０２とを論理構造として有する。処理回路１００の少なくとも一部を構成する回路として、Ａ／Ｄコンバーター等の信号処理回路や、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の種々の論理演算回路を採用可能である。記憶装置３は、例えば半導体メモリー等の不揮発性記憶装置である。処理回路１００及び記憶装置３は、一体のハードウェアから構成されてもよく、別個の複数のハードウェアから構成されてもよい。

【0028】

図８に示すように、センサーモジュール２は、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及び加速度センサー２７の少なくとも何れかを含む慣性センサー２０と、補正回路２８と、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１と、記憶部３０とを備える。通信Ｉ／Ｆ３１は、モジュールコネクター２５を含む。記憶部３０は、例えば、補正回路２８における補正に使用する各種パラメーター等を記憶する。

【0029】

慣性センサー２０は、複数の検出軸に関する信号を補正回路２８に出力する。補正回路２８は、複数の検出軸が互いに直交するように、慣性センサー２０から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。例えば三次元直交座標系をなす複数の検出軸は、センサーモジュール２毎に設定される。その他、補正回路２８は、慣性センサー２０から入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。

【0030】

以下において、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃの何れかである第ｎセンサーモジュールが備える慣性センサー２０を第ｎ慣性センサーという。同様に、第ｎセンサーモジュールが備える補正回路２８を第ｎ補正回路という。第ｎセンサーモジュールに設定される検出軸を第ｎ検出軸という。複数の第ｎ検出軸に関する信号を第ｎ信号といい、複数の第ｎ検出軸が互いに直交するように補正された第ｎ信号を第ｎ補正信号という。

【0031】

例えば、図８に示す例において、センサーモジュール２が第１センサーモジュール２Ａである場合、慣性センサー２０が、複数の第１検出軸に関する第１信号を出力する第１慣性センサーに相当する。補正回路２８が、複数の第１検出軸が互いに直交するように第１信号を補正することにより第１補正信号を生成する第１補正回路に相当する。同様に、センサーモジュール２が第２センサーモジュール２Ｂである場合、慣性センサー２０が、複数の第２検出軸に関する第２信号を出力する第２慣性センサーに相当する。補正回路２８が、複数の第２検出軸が互いに直交するように第２信号を補正することにより第２補正信号を生成する第２補正回路に相当する。

【0032】

一般的に、慣性センサー２０により出力される信号は、組み立て時のずれ等による複数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、慣性センサー２０の信号に対して、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。補正回路２８は、補正信号を通信Ｉ／Ｆ３１を介して処理回路１００に出力する。

【0033】

整合処理部１０１は、例えば、複数の第１検出軸を複数の第２検出軸に整合させる第１補正係数を第１補正信号に適用することにより、第１整合信号を生成する。即ち、第１補正係数は、第１補正信号の第２補正信号に対するミスアライメントを解消するための係数である。第１補正係数は、第１補正信号における複数の第１検出軸を、複数の第２検出軸を基準軸として、基準軸に一致するように回転させる係数である。第１補正係数は、回転行列、オイラー角、クォータニオンの何れか１種であり得る。第１補正係数は、予め記憶装置３に記憶される。

【0034】

合成処理部１０２は、整合処理部１０１において生成される第１整合信号と、第２センサーモジュールから出力される第２補正信号とを合成して出力する。詳細には、合成処理部１０２は、第１整合信号と第２補正信号とを合成することにより慣性データを生成し、通信回路９０を介して外部の装置に慣性データを出力する。

【0035】

更に、整合処理部１０１は、複数の第３検出軸を複数の第２検出軸に整合させる第３補正係数を第３補正信号に適用することにより、第３整合信号を生成してもよい。第３補正係数は、第３補正信号における複数の第３検出軸を、複数の第２検出軸に一致するように回転させる係数である。第３補正係数は、予め記憶装置３に記憶される。この場合、合成処理部１０２は、第１整合信号と、第２補正信号と、第３整合信号とを合成することにより慣性データを生成して出力する。

【0036】

以上のように、慣性センサー装置１は、何れかのセンサーモジュール２の検出軸を他のセンサーモジュール２の検出軸に整合するように、例えば第２センサーモジュール２Ａから出力される第１補正信号を補正する。複数のセンサーモジュール２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できる。また、複数のセンサーモジュール２の信号が合成されるため、ランダムノイズが低減され、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。

【0037】

或いは、整合処理部１０１は、複数のセンサーモジュール２の検出軸を他の基準軸に整合させるようにしてもよい。例えば、整合処理部１０１は、複数の第１検出軸を所定の基準軸に整合させる第１補正係数を、第１センサーモジュール２Ａから出力される第１補正信号に適用することにより第１整合信号を生成する。この場合、第１補正係数は、第１補正信号の基準軸に対するミスアライメントを解消するための係数である。即ち、第１補正係数は、第１補正信号における複数の第１検出軸を基準軸に一致するように回転させる係数である。基準軸は、予め慣性センサー装置１毎に設定される直交座標系であり、図１乃至図３に示すように、例えば基板１０に対して設定されるＸ，Ｙ，Ｚの３つの軸であり得る。

【0038】

同様に、整合処理部１０１は、複数の第２検出軸を基準軸に整合させる第２補正係数を、第２センサーモジュール２Ｂから出力される第２補正信号に適用することにより第２整合信号を生成する。この場合、第２補正係数は、複数の第２検出軸を基準軸に一致するように回転させる係数である。第１補正係数及び第２補正係数は、予め記憶装置３に記憶される。

【0039】

合成処理部１０２は、整合処理部１０１により生成される第１整合信号及び第２整合信号を合成して出力する。詳細には、合成処理部１０２は、第１整合信号と第２整合信号とを合成することにより慣性データを生成し、通信回路９０を介して外部の装置に慣性データを出力する。

【0040】

更に、整合処理部１０１は、複数の第３検出軸を基準軸に整合させる第３補正係数を第３補正信号に適用することにより、第３整合信号を生成してもよい。第３補正係数は、第３補正信号における複数の第３検出軸を、基準軸に一致するように回転させる係数である。第３補正係数は、予め記憶装置３に記憶される。この場合、合成処理部１０２は、第１整合信号と、第２整合信号と、第３整合信号とを合成することにより慣性データを生成して出力する。

【0041】

図９のフローチャートを参照して、実施形態に係る慣性センサー装置１の製造方法として、補正係数の決定方法の一例を説明する。整合処理部１０１は、センサーモジュール２から出力される補正信号に補正係数を適用することにより生成される整合信号を出力する第１モードと、センサーモジュール２から出力される補正信号をそのまま通過させることにより補正信号を出力する第２モードとを有する。

【0042】

以下、第１センサーモジュール２Ａから出力される第１補正信号に基づいて、第１補正係数を決定する場合について例示的に説明する。先ず前提として、第１センサーモジュール２Ａを基準とする姿勢に設定する。基準の姿勢として、例えば、センサーモジュール２ＡのＺ軸を重力方向とする第１の姿勢と、センサーモジュール２ＡのＸ軸を重力方向とする第２の姿勢が採用され得る。基準の姿勢は、例えば、容器９の所定の面を水平面に置く場合の姿勢である。

【0043】

ステップＳ１において、処理回路１００は、第２モードに移行する。第２モードへの移行は、例えば、通信回路９０を介して他の装置から受信するコマンドに応じて実行されてもよく、回路基板２４に設けられるスイッチに対する操作に応じて実行されてもよい。整合処理部１０１は、第１センサーモジュール２Ａから入力される第１補正信号に対して、第１補正係数の代わりに単位元を適用することにより、第２モードにおいて第１補正信号を出力し得る。単位元は、例えば第１補正信号が行列である場合、単位行列である。

【0044】

ステップＳ２において、処理回路１００は、整合処理部１０１から出力される第１補正信号をモジュール信号として取得する。ステップＳ３において、処理回路１００は、第１補正信号と重力加速度を比較することにより、複数の第１検出軸を基準軸に整合させる第１補正係数を算出する。基準軸は、複数の第２検出軸であってもよく、基板１０等に対して設定される他の基準軸であってもよい。例えば、基準の姿勢において理想的に測定されるべき加速度が重力加速度である場合、測定値である第１補正信号に第１補正係数を適用した値が重力加速度となるため、重力加速度及び第１補正信号から第１補正係数を算出可能である。

【0045】

ステップＳ４において、処理回路１００は、ステップＳ３で算出された第１補正係数を記憶装置３に記憶させる。記憶装置３に記憶される第１補正係数は、整合処理部１０１が第１整合信号を生成するために使用される。以上のように、慣性センサー装置１における第１補正係数が決定される。

【0046】

同様に、第２補正係数を決定する場合、整合処理部１０１は、第２モードにおいて、第２補正信号に単位元を適用して出力する。処理回路１００は、第２補正信号と重力加速度を比較することにより、複数の第２検出軸を基準軸に整合させる第２補正係数を算出する。第２補正係数は、記憶装置３に記憶され、整合処理部１０１が第２整合信号を生成するために使用される。

【0047】

ステップＳ２～Ｓ４の処理が処理回路１００により実行される場合を説明したが、外部のコンピューター装置により実行されてもよい。例えば、ステップＳ２において、整合処理部１０１は、対象のセンサーモジュール２から出力される補正信号をコネクター９３又は内部コネクター１１０から外部の装置に出力する。これにより、外部の装置において、補正係数が算出される。また、補正信号は、第２モードにおいて、ロジック回路等によりスルーされることにより出力されるようにしてもよい。このように、整合処理部１０１は、第２モードを有することにより、補正信号を出力するための専用の構造を必要とせず、補正係数を算出することを可能にする。

【0048】

以上のように実施形態を説明したが、本発明はこれらの開示に限定されるものではない。各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成に置換されてよく、また、本発明の技術的範囲内において、各実施形態における任意の構成が省略されたり追加されたりしてもよい。このように、これらの開示から当業者には様々な代替の実施形態が明らかになる。

【0049】

例えば、図１０に示すように、第１変形例に係る慣性センサー装置１Ａは、互いに一方向、即ちＺ軸に沿う方向に積層された第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃを備える。慣性センサー装置１Ａは、４つの基板１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、それぞれ基板１０Ｄに搭載される処理回路１００及び内部コネクター１１０を更に備える。基板１０Ａ～１０Ｄは、互いに相対的に固定される。第１センサーモジュール２Ａは、基板１０Ａに搭載される。第２センサーモジュール２Ｂは、基板１０Ｂに搭載される。第３センサーモジュール２Ｃは、基板１０Ｃに搭載される。

【0050】

第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃは、複数のケーブル４ａ，４ｂ，４ｃによってデイジーチェーンをなして処理回路１００に接続される。ケーブル４ａ，４ｂ，４ｃは、例えば、基板１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに搭載されるコネクターを介して、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ、第３センサーモジュール２Ｃ及び処理回路１００の各間を接続する。このように、各センサーモジュール２が互いに直列的に接続されることにより、設計上の自由度が向上され、簡単にセンサーモジュールの数を増加させることができる。これにより、出力信号のＳ／Ｎ比を更に向上することができる。

【0051】

或いは、図１１に示すように、第２変形例に係る慣性センサー装置１Ｂは、同一平面上に配列された第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃを備える。慣性センサー装置１Ｂは、Ｘ－Ｙ平面に沿う１つの平面に配列される基板１０Ａ～１０Ｄを備える。図１０に示す例と同様に、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃは、複数のケーブル４ａ，４ｂ，４ｃによってデイジーチェーンをなして処理回路１００に接続される。よって、設計上の自由度が向上され、簡単にセンサーモジュールの数を増加させることができる。

【0052】

図１２に示すように、第３変形例に係る慣性センサー装置１Ｃは、同一平面上に配列される複数の基板１０Ａ～１０Ｄの代わりに１つの基板１０Ｅを備える。第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ、第３センサーモジュール２Ｃ、処理回路１００及び内部コネクター１１０は、基板１０Ｅに搭載される。基板１０Ｅは、第１センサーモジュール２Ａ、第２センサーモジュール２Ｂ及び第３センサーモジュール２Ｃと、処理回路１００との間を接続する配線を有する。処理回路１００は、例えば、各センサーモジュール２に対して並列的に接続される。これにより、直列的な配線と比べて通信容量を効率的に使用することができる。

【0053】

処理回路１００が有する機能は、補正回路２８により実現されてもよい。即ち、各センサーモジュール２の補正回路２８により生成される補正信号は、予め記憶部３０に記憶される補正係数により整合信号に変換されてもよい。その他、何れかのセンサーモジュール２の補正回路２８をマスターとして、他のセンサーモジュール２から入力される補正信号又は整合信号をマスターの補正回路２８により合成するようにしてもよい。

【0054】

その他、上述の各構成を相互に応用した構成等、本発明は以上に記載しない様々な実施形態を含むことは勿論である。本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0055】

１，１Ａ～１Ｃ…慣性センサー装置、２，２Ａ～２Ｃ…センサーモジュール、３…記憶装置、２０…慣性センサー、２４…回路基板、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、２７，２７Ａ～２７Ｃ…加速度センサー、２８…補正回路、１００…処理回路、１０１…整合処理部、１０２…合成処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】