DE112017006862T5

DE112017006862T5 - Orientierungssteuerungsvorrichtung, haltevorrichtung, orientierungssteuerungsverfahren und programm dazu

Info

Publication number: DE112017006862T5
Application number: DE112017006862.2T
Authority: DE
Inventors: Sho Murakoshi; Hidetoshi Kabasawa; Tomohiro Matsumoto; Masahiro Segami; Kosei Yamashita
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-10-24
Also published as: CN110192150A; CN110192150B; WO2018135114A1; US10969662B2; US20200041877A1

Abstract

[Problem] Bereitstellung einer Technik, mit der die Ausrichtung eines gehaltenen Gegenstands genau gesteuert werden kann.
[Lösung] Diese Ausrichtungssteuerungsvorrichtung ist mit einer Steuereinheit ausgestattet. Die Steuereinheit steuert die Ausrichtung eines zu haltenden Gegenstands durch Steuern der Ausrichtung einer Haltevorrichtung zum Halten des zu haltenden Gegenstands auf der Basis der Gravitationsrichtung, und bestimmt die Gravitationsrichtung auf der Haltevorrichtung auf der Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, die auf der Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, das durch Detektieren einer auf die Haltevorrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente erhalten wird, und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals, das durch Detektieren der auf die Haltevorrichtung wirkenden statischen Beschleunigungskomponente und dynamischen Beschleunigungskomponente erhaltenen wird.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Technik betrifft eine Technik zum Steuern der Lage einer Halteeinrichtung, die ein zu haltendes Objekt hält.
Stand der Technik
In der Vergangenheit ist ein Kamera-Gimbal weithin als Einrichtung bekannt gewesen, die es einer Kamera ermöglicht, ein Bild verwacklungsfrei aufzunehmen (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1). Das Kamera-Gimbal weist einen Mechanismus zum Drehen der Kamera um zwei Achsen oder drei Achsen auf, und steuert durch Drehen dieses Mechanismus die Lage der Kamera im Raum.
Oft wird das Kamera-Gimbal handgehalten oder an einen vorbestimmten Ort platziert verwendet. Seit einigen Jahren wird jedoch das Kamera-Gimbal zur Verwendung in manchen Fällen auf Flugfahrzeuge wie eine Drohne platziert (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2).
Druckschriftenliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-369046
Patentliteratur 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2016-219941

Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist, zum Beispiel, damit die Kamera ein Bild verwacklungsfrei aufnehmen kann, erforderlich, die Lage der Kamera genau zu steuern. Es ist daher wichtig, die Lage der Kamera oder dergleichen als zu haltendes Objekt genau zu steuern.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Technik, eine Technik bereitzustellen, mit der die Lage eines zu haltenden Objekts genau gesteuert werden kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe umfasst eine Lagesteuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Technik eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ermittelt, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und steuert, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts.
Bei dieser Lagesteuerungseinrichtung wird die statische Beschleunigungskomponente aus den beiden Signalen des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird. Daher ist es möglich, eine statische Beschleunigungskomponente, bei der es sich um eine Gravitationsbeschleunigungskomponente handeln kann, genau zu berechnen, und die Gravitationsrichtung der Halteeinrichtung lässt sich somit genau ermitteln. Daher ist es möglich, die Lage der Halteeinrichtung genau zu steuern. Dadurch ist es möglich, die Lage des von der Halteeinrichtung zu haltenden Objekts genau zu steuern.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Steuereinheit auf einer Basis von Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente die statische Beschleunigungskomponente korrigieren, und ermittelt auf einer Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponente die Gravitationsrichtung.
Dadurch ist es möglich, die Gravitationsrichtung der Halteeinrichtung genauer zu ermitteln und die Lage des zu haltenden Objekts genauer zu steuern.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Steuereinheit auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente die statische Beschleunigungskomponente um die dynamische Beschleunigungskomponente korrigieren.
Dadurch ist es möglich, die Gravitationsrichtung der Halteeinrichtung genauer zu ermitteln und die Lage des zu haltenden Objekts genauer zu steuern.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Steuereinheit auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente die statische Beschleunigungskomponente um die auf die Halteeinrichtung wirkende Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigieren.
Dadurch ist es möglich, die Gravitationsrichtung der Halteeinrichtung genauer zu ermitteln und die Lage des zu haltenden Objekts genauer zu steuern.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Steuereinheit die Korrekturinformationen erzeugen, während die Halteeinrichtung an einem bestimmten Ort angeordnet ist.
Dadurch ist es möglich, die Korrekturinformationen zu gewinnen, indem eine Kalibrierung durchgeführt wird, während die Halteeinrichtung stationär ist.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Halteeinrichtung an einem Flugfahrzeug angebracht sein, und die Steuereinheit kann die Korrekturinformationen erzeugen, während sich das Flugfahrzeug in der Luft befindet.
Dadurch ist es möglich, die Korrekturinformationen zu gewinnen, indem eine Kalibrierung durchgeführt wird, während sich das Flugfahrzeug in der Luft befindet.
Die Lagesteuerungseinrichtung kann ferner eine Beschleunigungsberechnungseinheit umfassen. Die Beschleunigungsberechnungseinheit berechnet die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal eine Ausgabewellenform aufweist, wobei in der Ausgabewellenform eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform eine der statischen Beschleunigungskomponente entsprechenden Gleichstromkomponente überlagert.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Beschleunigungsberechnungseinheit eine Berechnungsschaltung umfassen, die auf einer Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal die statische Beschleunigungskomponente berechnet.
Dadurch ist es möglich, die statische Beschleunigungskomponente aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal genau zu berechnen.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Verstärkungseinstellungsschaltung umfassen, die die Verstärkung jedes Signals einstellt, so dass das erste Beschleunigungsdetektionssignal und das zweite Beschleunigungsdetektionssignal den gleichen Pegel aufweisen.
Dadurch ist es möglich, die statische Beschleunigungskomponente aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal genauer zu berechnen.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Korrekturschaltung umfassen, die auf einer Basis des Differenzsignals einen Korrekturkoeffizienten berechnet und unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten eines aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal korrigiert.
Dadurch ist es möglich, die statische Beschleunigungskomponente aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal genauer zu berechnen.
Die Lagesteuerungseinrichtung kann ferner eine Detektionseinheit mit einem beweglichen Abschnitt, einer piezoelektrischen ersten Beschleunigungsdetektionseinheit und einer nicht-piezoelektrischen zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit umfassen, wobei der bewegliche Abschnitt bei Empfangen einer auf die Halteeinrichtung wirkenden Beschleunigung beweglich ist, wobei die piezoelektrische erste Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das erste Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben, wobei die nicht-piezoelektrische zweite Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das zweite Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben.
Bei dieser Lagesteuerungseinrichtung ist es, durch Verwendung der Differenz zwischen den Detektionsschemen (piezoelektrisch und nicht-piezoelektrisch) der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit und der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit möglich, aus deren Ausgaben die statische Beschleunigungskomponente genau zu berechnen.
In der Lagesteuerungseinrichtung kann die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine piezoresistive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfassen. Alternativ dazu kann die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine kapazitive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfassen.
Eine Lagesteuerungseinrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Technik umfasst eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ermittelt, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einem von einer Halteeinrichtung zu haltenden Objekt, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und steuert, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts.
Bei dieser Lagesteuerungseinrichtung wird die statische Beschleunigungskomponente aus den beiden Signalen des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird. Daher ist es möglich, die statische Beschleunigungskomponente, die als Gravitationsbeschleunigungskomponente betrachtet werden kann, genau zu berechnen, und die Gravitationsrichtung des zu haltenden Objekts lässt sich somit genau ermitteln. Daher ist es möglich, die Lage der das zu haltende Objekt haltenden Halteeinrichtung genau zu steuern. Dadurch ist es möglich, die Lage des zu haltenden Objekts genau zu steuern.
Eine Halteeinrichtung gemäß der vorliegenden Technik umfasst eine Detektionseinheit; und eine Steuereinheit. Die Detektionseinheit gibt ein erstes Beschleunigungsdetektionssignal und ein zweites Beschleunigungsdetektionssignal aus, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf eine ein zu haltendes Objekt haltende Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente, die auf die Halteeinrichtung wirken, gewonnen wird. Die Steuereinheit ermittelt, auf einer Basis der auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechneten statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in der Halteeinrichtung und steuert, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts.
Ein Lagesteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Technik umfasst: Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.
Ein Programm gemäß der vorliegenden Technik bewirkt, dass ein Computer die Schritte ausführt: Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie vorstehend beschrieben, ist es, gemäß der vorliegenden Technik, möglich eine Technik bereitzustellen, mit der die Lage eines zu haltenden Objekts genau gesteuert werden kann.
Figurenliste

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Kamera-Gimbal gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technik.
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausgestaltung des Kamera-Gimbals.
3 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausgestaltung einer Sensoreinheit.
4 zeigt in einer perspektivischen Aufsicht auf die Vorderflächenseite schematisch eine Ausgestaltung eines Beschleunigungssensors.
5 zeigt in einer perspektivischen Aufsicht auf die Rückflächenseite schematisch eine Ausgestaltung des Beschleunigungssensors.
6 zeigt in einer Draufsicht auf die Vorderflächenseite schematisch eine Ausgestaltung des Beschleunigungssensors.
7A zeigt in einem Diagramm einen Zustand, in dem keine Beschleunigung im Beschleunigungssensor aufgebracht ist.
7B zeigt in einem Diagramm einen Zustand, in dem eine Beschleunigung entlang einer X'-Achsrichtung im Beschleunigungssensor erzeugt wird.
7C zeigt in einem Diagramm einen Zustand, in dem eine Beschleunigung entlang einer Z'-Achsrichtung im Beschleunigungssensor erzeugt wird.
8 zeigt in einem Schaltbild ein Ausgestaltungsbeispiel einer Beschleunigungsberechnungseinheit.
9 zeigt in einem Diagramm einen Verarbeitungsblock, der eine statische Beschleunigungskomponente aus einem Beschleunigungsdetektionssignal in einer X'-Achsrichtung berechnet.
10 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
11 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
12 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
13 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
14 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
15 beschreibt in einem Diagramm eine Operation der Beschleunigungsberechnungseinheit.
16 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten einer Steuereinheit des Kamera-Gimbals gemäß der ersten Ausführungsform.
17 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten einer Steuereinheit eines Kamera-Gimbals gemäß einer zweiten Ausführungsform.
18 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten einer Steuereinheit eines Kamera-Gimbals gemäß einer dritten Ausführungsform.

Ausführungsweise(n) zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Technik beschrieben.
«Erste Ausführungsform»
<Ausgestaltung des gesamten Kamera-Gimbals 50 und Ausgestaltungen jeweiliger Einheiten>
[Äußere Ausgestaltung des Kamera-Gimbals 50]
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Kamera-Gimbal 50 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technik.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Kamera-Gimbal 50 (Halteeinrichtung: Lagesteuerungseinrichtung), in der Reihenfolge von oben nach unten, einen Griffabschnitt 51, einen Schaftabschnitt 52 und ein erstes Drehglied 53, das drehbar am Schaftabschnitt 52 angebracht ist. Das Kamera-Gimbal 50 umfasst ferner ein zweites Drehglied 54, das drehbar am ersten Drehglied 53 angebracht ist, ein Sockelhalteglied 55, das am zweiten Drehglied 54 fixiert ist, und einen Sockel 56, der drehbar am Sockelhalteglied 55 angebracht ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Beschreibung ein auf der Erde basiertes Koordinatensystem als das globale Koordinatensystem bezeichnet wird und ein auf dem Sockel 56 (Kamera) basiertes Koordinatensystem als das lokale Koordinatensystem bezeichnet wird. Ferner wird davon ausgegangen, dass drei im globalen Koordinatensystem zueinander orthogonale Achsen X-, Y- und Z-Achsen sind, und drei im lokalen Koordinatensystem zueinander orthogonale Achsen X'-, Y'- und Z'-Achsen sind.
Die Z-Achsrichtung im globalen Koordinatensystem ist die Gravitationsrichtung, und die X-Achsrichtung und die Y-Achsrichtung sind jeweils eine beliebige Richtung in horizontaler Richtung. Ferner ist die Z'-Achsrichtung im lokalen Koordinatensystem die Dickenrichtung des Sockels 56, die X'-Achsrichtung die Langseitenrichtung des Sockels 56 und die Y'-Achsrichtung die Kurzseitenrichtung des Sockels 56.
Ferner wird in der vorliegenden Beschreibung davon ausgegangen, dass die Richtung der Drehachse, wenn sich das erste Drehglied 53 bezüglich des Schaftabschnitts 52 dreht, die z-Achsrichtung ist, und die Richtung der Drehachse, wenn sich das zweite Drehglied 54 bezüglich des ersten Drehglieds 53 dreht, die y-Achsrichtung ist. Ferner ist die Richtung der Drehachse, wenn sich der Sockel 56 bezüglich des Sockelhalteglieds 55 dreht, die x-Achsrichtung.
Hier sind im in 1 gezeigten Beispiel die X'-Achsrichtung im lokalen Koordinatensystem und die x-Achsrichtung, die die Drehachse ist, gleich. Ferner sind die Y'-Achsrichtung im lokalen Koordinatensystem und die y-Achsrichtung, die die Drehachse ist, gleich. Indes sind die Z'-Achsrichtung im lokalen Koordinatensystem und die z-Achsrichtung, die die Drehachsenrichtung ist, in manchen Fällen verschieden (z. B. in dem Fall, in welchem sich der Sockel 56 aus dem in 1 gezeigten Zustand um die x-Achse und die y-Achse dreht). Es sei darauf hingewiesen, dass das Kamera-Gimbal 50 so ausgestaltet sein kann, dass es in der Lage ist, den Sockel 56 gemäß der Z'-Achsrichtung im lokalen Koordinatensystem zu drehen.
Im Folgenden wird die Lage des Kamera-Gimbals 50 in dem Fall, in welchem die Z-Achsrichtung im globalen Koordinatensystem und die Z'-Achsrichtung (und die z-Achsrichtung) im lokalen Koordinatensystem übereinstimmen, als Basislage bezeichnet.
Der Griffabschnitt 51 und der Schaftabschnitt 52 sind einstückig ausgebildet, und sind derart ausgebildet, dass ein zylindrisches Glied rechtwinklig an der Mitte abgebogen ist. Der Griffabschnitt 51 ist ein von einem Benutzer zu greifendes Glied und ist so ausgestaltet, dass er sich in der zur z-Achsrichtung orthogonalen Richtung erstreckt.
Der Schaftabschnitt 52 ist so ausgestaltet, dass er sich in der z-Achsrichtung erstreckt und hält an dessen unterem Endabschnitt das erste Drehglied 53 um die z-Achse drehbar.
Das erste Drehglied 53 ist ein plattenförmiges Glied, das derart ausgebildet ist, dass dessen Mitte rechtwinklig abgebogen ist, und das derart ausgestaltet ist, dass sich die obere Hälfte in der y-Achsrichtung und die untere Hälfte in der z-Achsrichtung erstreckt. Das erste Drehglied 53 ist am oberen Ende um die z-Achse bezüglich des Schaftabschnitts 52 drehbar gehalten, und hält am unteren Endabschnitt das zweite Drehglied 54 um die y-Achse drehbar.
Das zweite Drehglied 54 ist ein zylindrisches Glied, das sich in der y-Achsrichtung erstreckt. Das zweite Drehglied 54 ist an einem Endabschnitt um die y-Achse bezüglich des unteren Endabschnitts des ersten Drehkörpers drehbar gehalten, und hält am anderen Endabschnitt das Sockelhalteglied 55 in einem fixierten Zustand.
Das Sockelhalteglied 55 umfasst zwei bezüglich der zy-Ebene symmetrisch ausgebildete Glieder. Das Sockelhalteglied 55 ist ein zylindrisches Glied, und ist derart ausgebildet, dass zwei Teile desselben rechtwinklig abgebogen sind. Das Sockelhalteglied 55 ist an einem Endabschnitt desselben am zweiten Drehglied 54 fixiert, und hält am anderen Endabschnitt den Sockel 56 um die x-Achse drehbar.
Der Sockel 56 ist ein rechteckiges plattenartiges Glied und wird vom Sockelhalteglied 55 um die x-Achse drehbar gehalten. Auf der oberen Fläche des Sockels 56 ist eine Kamera (ein zu haltendes Objekt) (nicht gezeigt) fixiert. An der Position des Schwerpunktes des Sockels 56 ist im Sockel 56 eine Sensoreinheit 40 angeordnet, die Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten in Dreiachsrichtungen (X'-, Y'- und Z'-Achsen) des Sockels 56 detektiert.
Bei dieser Ausführungsform ist, da das erste Drehglied 53 sich um die z-Achse dreht, das zweite Drehglied 54 sich um die y-Achse dreht und der Sockel 56 sich um die x-Achse dreht, der Sockel 56 in der Lage, sich bezüglich des Griffabschnitts 51 um die drei Achsen (x-, y- und z-Achse) zu drehen. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl bei dieser Ausführungsform der Fall beschrieben wird, in dem der Sockel 56 um drei Achsen drehbar ist, der Sockel 56 so ausgestaltet sein kann, dass er um eine Achse oder zwei Achsen drehbar ist.
Ferner ist, obwohl bei dieser Ausführungsform eine Ausgestaltung beschrieben wird, bei welcher eine Kamera auf dem Sockel 56 fixiert ist, im Einzelnen nicht beschränkt, wie die Kamera am Kamera-Gimbal 50 fixiert ist. Zum Beispiel kann die Kamera sandwichartig von beiden Seiten vom Kamera-Gimbal 50 in der x-Achsrichtung eingefasst und am Kamera-Gimbal 50 fixiert sein. In diesem Fall kann der Sockel 56 entfallen und die Sensoreinheit 40 ist in einem Abschnitt (z. B. einem Glied, das die Kamera in der x-Achsrichtung sandwichartig einfasst) angeordnet, der die Kamera als zu haltendes Objekt festhält.
Grundsätzlich kann das Kamera-Gimbal 50 eine beliebige Ausgestaltung aufweisen, solange es so ausgestaltet ist, dass es in der Lage ist, die Kamera als ein um drei Achsen (bei denen es sich um eine Achse oder zwei Achsen handeln kann) zu haltendes Objekt zu halten, und die Sensoreinheit 40 in einem Abschnitt angeordnet ist, der sich ähnlich bewegt wie die Kamera.
[Funktionsblockausgestaltung]
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausgestaltung des Kamera-Gimbals 50. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Kamera-Gimbal 50 eine Steuereinheit 61, die Sensoreinheit 40, eine Speichereinheit 62, einen ersten Motor 63a, einen zweiten Motor 63b und einen dritten Motor 63c.
Die Sensoreinheit 40 umfasst einen Beschleunigungssensor 10, einen Winkelgeschwindigkeitssensor 30 und eine Steuerung 20. Der Beschleunigungssensor 10 detektiert vom Sockel 56 (Kamera) empfangene Beschleunigungen in den Dreiachsrichtungen (X'-, Y'- und Z'-Achsrichtungen) im lokalen Koordinatensystem.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 30 ist zum Beispiel ein Gyrosensor (Vibrationstyp, Drehkopftyp oder dergleichen), und detektiert Geschwindigkeiten um die drei Achsen (X'Y'Z'-Achsen) des Sockels 56 (Kamera) im lokalen Koordinatensystem.
Die Steuerung 20 verarbeitet Ausgaben aus dem Beschleunigungssensor 10 und dem Winkelgeschwindigkeitssensor 30. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerung 20 so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, eine auf Gravitation basierende statische Beschleunigungskomponente (Gravitationsbeschleunigungskomponente) und eine auf der Bewegung des Sockels 56 (Kamera) basierende dynamische Beschleunigungskomponente (Bewegungsbeschleunigungskomponente) genau von der vom Sockel 56 (Kamera) empfangenen Beschleunigung zu trennen und an die Steuereinheit 61 auszugeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der Sensoreinheit 40 später noch ausführlich beschrieben wird.
Die Steuereinheit 61 umfasst eine CPU (Central Processing Unit) oder dergleichen. Die Steuereinheit 61 führt auf der Basis verschiedener in der Speichereinheit 62 gespeicherter Programme verschiedene Arten von Berechnungen aus und steuert integral die jeweiligen Einheiten des Kamera-Gimbals 50.
Insbesondere bestimmt bei dieser Ausführungsform die Steuereinheit 61 die Lage des Sockels 56 und steuert die Lage des Sockels 56, d. h. die Lage der Kamera. Die Einzelheiten werden zwar später beschrieben, jedoch kann bei dieser Ausführungsform die statische Beschleunigungskomponente, d. h. die Gravitationsbeschleunigungskomponente, im vom Beschleunigungssensor 10 detektierten Beschleunigungsdetektionssignal in der Sensoreinheit 40 genau berechnet werden. Daher ist bei dieser Ausführungsform die Steuereinheit 61 in der Lage, die Gravitationsrichtung des Sockels 56 genau zu bestimmen, und die Lage des Sockels 56, d. h. die Lage der Kamera, genau zu steuern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verarbeitung der Steuereinheit 61 später ausführlich beschrieben wird.
Die Speichereinheit 62 umfasst einen nichtflüchtigen Speicher, in welchem verschiedene zur Verarbeitung der Steuereinheit 61 notwendige Programme und verschiedene Datentypen gespeichert sind, und einen als Arbeitsbereich der Steuereinheit 61 verwendeten flüchtigen Speicher.
Der erste Motor 63a dreht als Reaktion auf den Befehl aus der Steuereinheit 61 das erste Drehglied 53 um die z-Achse, und der zweite Motor 63b dreht als Reaktion auf den Befehl aus der Steuereinheit 61 das zweite Drehglied 54 um die y-Achse. Ferner dreht der dritte Motor 63c als Reaktion auf den Befehl aus der Steuereinheit 61 den Sockel 56 um die x-Achse.
[Ausgestaltung der Sensoreinheit 40]
Als Nächstes wird nun die Ausgestaltung der Sensoreinheit 40 gemäß dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben. 3 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausgestaltung der Sensoreinheit 40.
Die Sensoreinheit 40 gemäß dieser Ausführungsform ist so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, aus der vom Beschleunigungssensor 10 detektierten Beschleunigung eine dynamische Beschleunigungskomponente und eine statische Beschleunigungskomponente zu berechnen.
„Dynamische Beschleunigungskomponente“ bezieht sich hier typischerweise auf die AC-Komponente des vom Beschleunigungssensor 10 detektierten Beschleunigungssignals und entspricht typischerweise der vom Sockel 56 (Kamera) empfangenen Bewegungsbeschleunigung (Translationsbeschleunigung, Zentrifugalbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung usw.). „Statische Beschleunigungskomponente“ bezieht sich indes auf die DC-Komponente des vom Beschleunigungssensor 10 detektierten Beschleunigungssignals und entspricht typischerweise einer Gravitationsbeschleunigung oder einer als Gravitationsbeschleunigung geschätzten Beschleunigung.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Beschleunigungssensor 10 zwei Typen von Beschleunigungsdetektionseinheiten 11 und 12 (Detektionseinheiten: die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 und eine zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12), die Informationen bezüglich Beschleunigungen in Dreiachsrichtungen (dem lokalen Koordinatensystem) detektieren. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 30 umfasst eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 31.
Die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 ist ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor 10 und gibt ein Signal (Acc-AC-x) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der X'-Achsrichtung, ein Signal (Acc-AC-y) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der Y'-Achsrichtung und ein Signal (Acc-AC-z) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der Z'-Achsrichtung aus. Die Signalausgabe aus der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 weist eine der Beschleunigung jeder Achse entsprechende Wechselstrom-Wellenform auf.
Indes ist die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 ein nicht-piezoelektrischer Beschleunigungssensor 10 und gibt ein Signal (Acc-DC-x) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der X'-Achsrichtung, ein Signal (Acc-DC-y) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der Y'-Achsrichtung und ein Signal (Acc-DC-z) mit Informationen bezüglich der Beschleunigung in der Z'-Achsrichtung aus. Die Signalausgabe aus der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12 weist eine Ausgabewellenform auf, in welcher eine der Beschleunigung jeder Achse entsprechende Wechselstromkomponente einer Gleichstromkomponente überlagert ist.
Die Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 31 gibt ein Winkelgeschwindigkeitsdetektionssignal (Gyro-x) um die X'-Achse, ein Winkelgeschwindigkeitsdetektionssignal (Gyro-y) um die Y'-Achse und ein Winkelgeschwindigkeitsdetektionssignal (Gyro-z) um die Z'-Achse aus.
Die Steuerung 20 umfasst einen Umsetzer 204, eine Berechnungseinheit 230, eine serielle Schnittstelle 201, eine Parallelschnittstelle 202 und eine Analogschnittstelle 203.
Der Umsetzer 204 führt eine A/D-(Analog-Digital-)Wandlung der vom Beschleunigungssensor 10 und Winkelgeschwindigkeitssensor 30 detektierten Signale aus und gibt diese an die Berechnungseinheit 230 aus.
Die Berechnungseinheit 230 umfasst eine Beschleunigungsberechnungseinheit 200 und eine Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 300. Die Beschleunigungsberechnungseinheit 200 berechnet, auf der Basis der aus der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 ausgegebenen Signale (Acc-AC-x, Acc-AC-y und Acc-AC-z) und der aus der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12 ausgegebenen Signale (Acc-DC-x, Acc-DC-y und Acc-DC-z), dynamische Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und statische Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) in Dreiachsrichtungen im lokalen Koordinatensystem.
Die Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 300 berechnet, auf der Basis der aus der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 31 ausgegebenen Signale (Gyro-x, Gyro-y und Gyro-z), Winkelgeschwindigkeiten ω-x, ω-y und ω-z) um die drei Achsen im lokalen Koordinatensystem.
Die serielle Schnittstelle 201 ist so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, die von der Beschleunigungsberechnungseinheit 200 berechnete dynamische Beschleunigungskomponente und statische Beschleunigungskomponente und die von der Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 300 berechnete Winkelgeschwindigkeitskomponente sequentiell an die Steuereinheit 61 auszugeben. Die Parallelschnittstelle 202 ist so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, die von der Beschleunigungsberechnungseinheit 200 berechnete dynamische Beschleunigungskomponente und statische Beschleunigungskomponente und die von der Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 300 berechnete Winkelgeschwindigkeitskomponente parallel an die Steuereinheit 61 auszugeben.
Die Steuerung 20 kann wenigstens eines aus der seriellen Schnittstelle 201 oder der Parallelschnittstelle 202 umfassen, oder kann als Reaktion auf den Befehl aus der Steuereinheit 61 selektiv die Schnittstelle wechseln. Die Analogschnittstelle 203 ist so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, Ausgaben der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11, der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12 und der Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit 31 ohne Änderungen an die Steuereinheit 61 auszugeben, kann jedoch entfallen, wie erforderlich.
[Ausgestaltung des Beschleunigungssensors 10]
Als Nächstes wird nun die Ausgestaltung des Beschleunigungssensors 10 ausführlich beschrieben.
4 bis 6 zeigen jeweils in einer perspektivischen Ansicht der Vorderflächenseite, einer perspektivischen Ansicht der Rückflächenseite und einer Draufsicht auf die Vorderflächenseite die Ausgestaltung des Beschleunigungssensors 10.
Die Beschleunigungssensorvorrichtung 10 umfasst einen Vorrichtungskörper 110, eine erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 (erste Detektionsvorrichtungen 11x1, 11x2, 11y1 und 11y2) und eine zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 (zweite Detektionsvorrichtungen 12x1, 12x2, 12y1 und 12y2).
Der Vorrichtungskörper 110 umfasst einen Hauptflächenabschnitt 111 parallel zur X'Y'-Ebene und einen Trägerabschnitt 114 auf der Gegenseite. Der Vorrichtungskörper 110 umfasst typischerweise ein SOI-(Silicon-on-Insulator-)Substrat und weist eine geschichtete Struktur aus einer den Hauptflächenabschnitt 111 ausbildenden aktiven Schicht (Siliziumsubstrat) und einer den Trägerabschnitt 114 ausbildenden rahmenartigen Trägerschicht (Siliziumsubstrat) auf. Der Hauptflächenabschnitt 111 und der Trägerabschnitt 114 weisen verschiedene Dicken auf, und der Trägerabschnitt 114 ist dicker ausgebildet als der Hauptflächenabschnitt 111.
Der Vorrichtungskörper 110 umfasst eine bewegliche Platte 120, die in der Lage ist, sich als Reaktion auf eine Beschleunigung zu bewegen. Die bewegliche Platte 120 ist am Mittelabschnitt des Hauptflächenabschnitts 111 bereitgestellt, und durch Bearbeiten der oben genannten, den Hauptflächenabschnitt 111 ausbildenden aktiven Schicht zu einer vorbestimmten Form ausgebildet. Insbesondere bilden mehrere im Hauptflächenabschnitt 111 ausgebildete Rillenabschnitte 112 die bewegliche Platte 120 mit mehreren (in diesem Beispiel vier) Blattabschnitten 121 bis 124, die eine bezüglich der Mittenposition des Hauptflächenabschnitts 111 symmetrische Form aufweisen. Der Umfangsabschnitt des Hauptflächenabschnitts 111 bildet einen zum Trägerabschnitt 114 in der Z'-Achsrichtung entgegengesetzten Basisabschnitt 115.
Wie in 5 gezeigt, ist der Trägerabschnitt 114 in einer Rahmenform mit einer rechteckigen Vertiefung 113, welche die Rückfläche der beweglichen Platte 120 öffnet, ausgebildet. Der Trägerabschnitt 114 ist als mit einem Trägersubstrat (nicht gezeigt) zu bondende Bondfläche ausgestaltet. Das oben genannte Trägersubstrat kann ein Schaltungssubstrat, das den Beschleunigungssensor 10 und die Steuerung 20 elektrisch verbindet, oder ein mit dem Schaltungssubstrat elektrisch zu verbindendes Relaissubstrat oder Packagesubstrat umfassen. Alternativ dazu kann der Trägerabschnitt 114 mit mehreren, mit dem Relaissubstrat oder Packagesubstrat elektrisch zu verbindenden externen Verbindungsklemmen versehen sein.
Die Blattabschnitte 121 bis 124 der beweglichen Platte 120 umfassen jeweils ein Plattenstück mit einer vorbestimmten Form (in diesem Beispiel eine im Wesentlichen hexagonale Form) und sind in Abständen von 90° um eine Mittelachse parallel zur Z'-Achse angeordnet. Die Dicke der Blattabschnitte 121 bis 124 entspricht jeweils der Dicke der oben genannten, den Hauptflächenabschnitt 111 bildenden aktiven Schicht. Die Blattabschnitte 121 bis 124 sind an einem Mittelabschnitt 120C der beweglichen Platte 120 einstückig miteinander verbunden, und einstückig so getragen, dass sie relativ zum Basisabschnitt 115 beweglich sind.
Wie in 5 gezeigt, umfasst die bewegliche Platte 120 ferner einen Gewichtabschnitt 125. Der Gewichtabschnitt 125 ist einstückig an der Rückfläche des Mittelabschnitts der beweglichen Platte 120 und der Rückfläche jedes der Blattabschnitte 121 bis 124 bereitgestellt. Die Baugröße, Dicke und dergleichen des Gewichtabschnitts 125 sind im Einzelnen nicht beschränkt und werden auf zweckdienliche Größen eingestellt, bei denen gewünschte Schwingungseigenschaften der beweglichen Platte 120 erzielt werden können. Der Gewichtabschnitt 125 wird zum Beispiel durch Bearbeiten der oben genannten, den Trägerabschnitt 114 ausbildenden Schicht zu einer vorbestimmten Form ausgebildet.
Wie in 4 und 6 gezeigt, ist die bewegliche Platte 120 über mehrere (in diesem Beispiel vier) Brückenabschnitte 131 bis 134 mit dem Basisabschnitt 115 verbunden. Die mehreren Brückenabschnitte 131 bis 134 sind zwischen den Blattabschnitten 121 bis 124 bereitgestellt und werden durch Bearbeiten der oben genannten, den Hauptflächenabschnitt 111 ausbildenden aktiven Schicht zu einer vorbestimmten Form ausgebildet. Der Brückenabschnitt 131 und der Brückenabschnitt 133 sind so angeordnet, dass sie einander in der X'-Achsrichtung zugewandt sind, und der Brückenabschnitt 132 und der Brückenabschnitt 134 sind so angeordnet, dass sie einander in der Y'-Achsrichtung zugewandt sind.
Die Brückenabschnitte 131 bis 134 bilden einen Teil des beweglichen Abschnitts, der in der Lage ist, sich relativ zum Basisabschnitt 115 zu bewegen, und tragen federnd den Mittelabschnitt 120C der beweglichen Platte 120. Die Brückenabschnitte 131 bis 134 weisen die gleiche Ausgestaltung auf und umfassen jeweils einen ersten Balkenabschnitt 130a, einen zweiten Balkenabschnitt 130b und einen dritten Balkenabschnitt 130c, wie in 6 gezeigt.
Der erste Balkenabschnitt 130a erstreckt sich linear vom Umfangsabschnitt des Mittelabschnitts 120C der beweglichen Platte 120 in der X'-Achsrichtung oder in der Y'-Achsrichtung und ist zwischen entsprechenden benachbarten Blattabschnitten der Blattabschnitte 121 bis 124 angeordnet. Der zweite Balkenabschnitt 130b erstreckt sich linear in der X'-Achsrichtung oder in der Y'-Achsrichtung und verbindet den ersten Balkenabschnitt 130a und den Basisabschnitt 115.
Der dritte Balkenabschnitt 130c erstreckt sich linear in einer die X'-Achsrichtung oder die Y'-Achsrichtung schneidenden Richtung und verbindet einen Zwischenabschnitt zwischen dem ersten Balkenabschnitt 130a und dem zweiten Balkenabschnitt 130b, und den Basisabschnitt 115. Die Brückenabschnitte 131 bis 134 umfassen jeweils zwei dritte Balkenabschnitte 130c, und sind jeweils so ausgestaltet, dass die zwei dritten Balkenabschnitte 130c in der X'Y'-Ebene einen zweiten Balkenabschnitt 130b sandwichartig einfassen.
Die Steifigkeit der Brückenabschnitte 131 bis 134 ist jeweils auf einen zweckdienlichen Wert eingestellt, der in der Lage ist, die sich bewegende bewegliche Platte 120 stabil zu tragen. Insbesondere ist die Steifigkeit jedes der Brückenabschnitte 131 bis 134 auf eine zweckdienliche Steifigkeit eingestellt, bei welcher er durch das Gewicht der beweglichen Platte 120 verformt werden kann, und die Größe der Verformung ist im Einzelnen nicht beschränkt, solange die Gravitationsbeschleunigung durch das Gewicht der beweglichen Platte 120 von der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12 detektiert werden kann.
Wie oben beschrieben, wird die bewegliche Platte 120 vom Basisabschnitt 115 des Vorrichtungskörpers 110 über die vier Brückenabschnitte 131 bis 134 getragen, und ist so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, sich mit den Brückenabschnitten 131 bis 134 als Angelpunkten durch die der Beschleunigung entsprechende Inertialkraft relativ zum Basisabschnitt 115 zu bewegen.
7A bis C beschreiben jeweils in schematischen Seitenschnittdarstellungen einen Bewegungszustand der beweglichen Platte 120. 7A zeigt in einem Diagramm den Zustand zu der Zeit, in der keine Beschleunigung aufgebracht ist, und 7B zeigt in einem Diagramm den Zustand zu der Zeit, in der eine Beschleunigung entlang der X'-Achsrichtung erzeugt wird. Ferner zeigt C in einem Diagramm den Zustand zu der Zeit, in der eine Beschleunigung entlang der Z'-Achsrichtung erzeugt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 7B eine durchgezogene Linie den Zustand zeigt, in welchem eine Beschleunigung in der Zeichnungsrichtung nach links erzeugt wird, und eine durchbrochene Linie den Zustand zeigt, in welchem eine Beschleunigung in der Zeichnungsrichtung nach rechts erzeugt wird. Ferner zeigt in 7C eine durchgezogene Linie den Zustand, in welchem eine Beschleunigung in der Zeichnungsrichtung nach oben erzeugt wird, und eine durchbrochene Linie den Zustand, in welchem eine Beschleunigung in der Zeichnungsrichtung nach unten erzeugt wird.
In dem Fall, in welchem keine Beschleunigung erzeugt wird, wird die bewegliche Platte 120 parallel zur Vorderfläche des Basisabschnitts 115 gehalten, wie in 7A gezeigt. In dem Fall, in welchem zum Beispiel in diesem Zustand eine Beschleunigung entlang der X'-Achsrichtung erzeugt wird, wird die bewegliche Platte 120 im Gegenuhrzeigersinn um die sich in der Y'-Achsrichtung erstreckenden Brückenabschnitte 132 und 134 geneigt, wie in 7B gezeigt. Dadurch empfangen die einander in der X'-Richtung zugewandten Brückenabschnitte 131 und 133 eine Biegebelastung in entgegengesetzten Richtungen entlang der Z'-Achsrichtung.
In ähnlicher Weise wird, in dem Fall, in welchem eine Beschleunigung entlang der Y'-Achsrichtung erzeugt wird, die bewegliche Platte 120 im Gegenuhrzeigersinn (oder im Uhrzeigersinn) um die sich in der X'-Achsrichtung erstreckenden Brückenabschnitte 131 und 133 geneigt, und die einander in der Y'-Achsrichtung zugewandten Brückenabschnitte 132 und 134 empfangen eine Biegebelastung in entgegengesetzter Richtung entlang der Z'-Achsrichtung, obgleich dies nicht gezeigt ist.
Indes bewegt sich in dem Fall, in welchem eine Beschleunigung entlang der Z'-Achsrichtung erzeugt wird, die bewegliche Platte 120 relativ zum Basisabschnitt 115 auf und ab, wie in 7C gezeigt, und die Brückenabschnitte 131 bis 134 empfangen jeweils eine Biegebelastung in der gleichen Richtung entlang der Z'-Achsrichtung.
Die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 und die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 sind in jedem der Brückenabschnitte 131 bis 134 bereitgestellt. Der Beschleunigungssensor 10 misst die Ausrichtung und die Größe der auf den Beschleunigungssensor 10 wirkenden Beschleunigung, indem er durch die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 und die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 die auf die Biegebelastung zurückzuführende Verformung der Brückenabschnitte 131 bis 134 detektiert.
„Ausgestaltung der Beschleunigungsdetektionseinheiten 11 und 12“
Im Folgenden werden nun die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 und die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 ausführlich beschrieben. [0095] Wie in 6 gezeigt, umfasst die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 die mehreren (in diesem Beispiel vier) ersten Detektionsvorrichtungen 11x1, 11x2, 11y1 und 11y2.
Die Detektionsvorrichtungen 11x1 und 11x2 sind auf den axialen Mitten der Vorderflächen der beiden einander in der X'-Achsrichtung zugewandten Brückenabschnitte 131 und 133 bereitgestellt. Eine Detektionsvorrichtung 11x1 ist am ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 131 angeordnet, und die andere Detektionsvorrichtung 11x2 ist am ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 133 angeordnet. Indes sind die Detektionsvorrichtungen 11y1 und 11y2 auf den axialen Mitten der Vorderflächen der beiden einander in der Y'-Achsrichtung zugewandten Brückenabschnitte 132 und 134 bereitgestellt. Eine Detektionsvorrichtung 11y1 ist am ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 132 angeordnet, und die andere Detektionsvorrichtung 11y2 ist am ersten Balkenabschnitt 130a des Brückenabschnitts 134 angeordnet.
Die ersten Detektionsvorrichtungen 11x1 bis 11y2 weisen die gleiche Ausgestaltung auf und umfassen jeweils eine rechteckige piezoelektrische Detektionsvorrichtung mit Langseite in der Richtung der axialen Mitte des ersten Balkenabschnitts 130a in dieser Ausführungsform. Die ersten Detektionsvorrichtungen 11x1 bis 11y2 umfassen jeweils ein Laminat aus einer unteren Elektrodenschicht, einem piezoelektrischen Film und einer oberen Elektrodenschicht.
Der piezoelektrische Film ist typischerweise aus Bleizirkonattitanat (PZT) ausgebildet. Es versteht sich, dass die vorliegende Technik nicht hierauf beschränkt ist. Der piezoelektrische Film erzeugt eine dem Biegeverformungsbetrag (Belastung) des ersten Balkenabschnitts 130a in der Z'-Achsrichtung entsprechende Potentialdifferenz zwischen der oberen Elektrodenschicht und der unteren Elektrodenschicht (piezoelektrischer Effekt). Die obere Elektrodenschicht ist über auf den Brückenabschnitten 131 bis 134 ausgebildete Verdrahtungsschichten (nicht gezeigt) mit auf der Vorderfläche des Basisabschnitts 115 bereitgestellten Relaisanschlüssen 140 elektrisch verbunden. Die Relaisanschlüsse 140 können jeweils als mit dem oben genannten Trägersubstrat elektrisch zu verbindender externer Verbindungsanschluss ausgestaltet sein. Zum Beispiel ist ein Ende eines Bonddrahts, dessen anderes Ende mit dem oben genannten Trägersubstrat verbunden ist, damit verbunden. Die untere Elektrodenschicht ist typischerweise mit einem Bezugspotential wie einem Massepotential verbunden.
Da die wie oben beschrieben ausgestaltete erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 aufgrund der Charakteristiken des piezoelektrischen Films eine Ausgabe nur dann durchführt, wenn sich die Belastung ändert, und keine Ausgabe durchführt, in dem Zustand, in welchem sich der Belastungswert nicht verändert, auch in dem Fall, in welchem eine Belastung aufgebracht wird, detektiert die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 hauptsächlich die Größe der auf die bewegliche Platte 120 wirkenden Bewegungsbeschleunigung. Daher umfasst die Ausgabe der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 hauptsächlich das Ausgangssignal, das einen Wechselstromverlauf aufweist, der eine der Bewegungsbeschleunigung entsprechende AC-Komponente ist.
Indes umfasst, wie in 6 gezeigt, die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 die mehreren (in diesem Beispiel vier) zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1, 12x2, 12y1 und 12y2.
Die Detektionsvorrichtungen 12x1 und 12x2 sind auf den axialen Mitten der Vorderflächen der beiden einander in der X'-Achsrichtung zugewandten Brückenabschnitte 131 und 133 bereitgestellt. Eine Detektionsvorrichtung 12x1 ist am zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 131 angeordnet, und die andere Detektionsvorrichtung 12x2 ist am zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 133 angeordnet. Indes sind die Detektionsvorrichtungen 12y1 und 12y2 auf den axialen Mitten der Vorderflächen der beiden einander in der Y'-Achsrichtung zugewandten Brückenabschnitte 132 und 134 bereitgestellt. Eine Detektionsvorrichtung 12y1 ist am zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 132 angeordnet, und die andere Detektionsvorrichtung 12y2 ist am zweiten Balkenabschnitt 130b des Brückenabschnitts 134 angeordnet.
Die zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y2 weisen die gleiche Ausgestaltung auf und umfassen jeweils eine piezoresistive Detektionsvorrichtung mit Langseite in Achsenmittenrichtung des zweiten Balkenabschnitts 130b in dieser Ausführungsform. Die zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y2 umfassen jeweils eine Widerstandsschicht und ein Paar von mit beiden Enden der Widerstandsschicht in axialer Richtung verbundenen Anschlussabschnitten.
Die Widerstandsschicht ist zum Beispiel eine durch Dotieren der Vorderfläche (Siliziumschicht) des zweiten Balkenabschnitts 130b mit einem Störstellenelement gebildete Leiterschicht, und erzeugt eine dem Betrag der Biegeverformung (Belastung) des zweiten Balkenabschnitts 130b in der Z'-Achsrichtung zwischen dem Paar von Anschlussabschnitten entsprechende Widerstandsänderung (piezoresistiver Effekt). Das Paar von Anschlussabschnitten ist über auf den Brückenabschnitten 131 bis 134 ausgebildete Verdrahtungsschichten (nicht gezeigt) mit den auf der Vorderfläche des Basisabschnitts 115 bereitgestellten Relaisanschlüssen 140 elektrisch verbunden.
Da die wie oben beschrieben ausgestaltete zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 nicht nur die auf die bewegliche Platte 120 wirkende Bewegungsbeschleunigung sondern auch die auf die bewegliche Platte 120 wirkende Gravitationsbeschleunigung detektiert, da der Widerstandswert durch den absoluten Belastungswert bestimmt wird, aufgrund der Charakteristiken des Piezowiderstands. Daher weist die Ausgabe der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 eine Ausgabewellenform auf, bei welcher die der Bewegungsbeschleunigung entsprechende dynamische Komponente (AC-Komponente) einer dieser entsprechenden Gravitationsbeschleunigung oder statischen Komponente (DC-Komponente) überlagert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Technik nicht auf das Beispiel beschränkt ist, in welchem die zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y2 jeweils eine piezoresistive Detektionsvorrichtung umfassen. Die zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y1 können zum Beispiel jeweils eine andere nicht-piezoelektrische Detektionsvorrichtung, wie zum Beispiel eine elektrostatische, umfassen, die in der Lage ist, die Beschleunigung der DC-Komponente zu detektieren. Im Fall der elektrostatischen sind ein beweglicher Elektrodenabschnitt und ein Festelektrodenabschnitt, die ein Paar von Elektroden bilden, so angeordnet, dass sie einander in axialer Richtung des zweiten Balkenabschnitts 130b zugewandt sind, und sind so ausgestaltet, dass der zugewandte Abstand zwischen den beiden Elektrodenabschnitten sich entsprechend dem oben genannten Betrag der Biegeverformung des zweiten Balkenabschnitts 130b ändert.
Da als erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 der piezoelektrische Beschleunigungssensor 10 genommen wird und als zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 der nicht-piezoelektrische (piezoresistive oder kapazitative) Beschleunigungssensor 10 genommen wird, ist es möglich, einen Inertialsensor mit einem breiten Dynamikbereich und hoher Sensitivität in einem niederfrequenten Bereich zu erhalten.
Die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 gibt auf der Basis der Ausgabe der ersten Detektionsvorrichtungen 11x1 bis 11y2 Beschleunigungsdetektionssignale (Acc-AC-x, Acc-AC-y und Acc-AC-z) in der X'-Achsrichtung, der Y'-Achsrichtung und der Z'-Achsrichtung an die Signalverarbeitungsschaltung 20 aus (siehe 3).
Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-ACx) in der X'-Achsrichtung entspricht einem Differenzsignal (ax1-ax2) zwischen der Ausgabe (ax1) der Detektionsvorrichtung 11x1 und der Ausgabe (ax2) der Detektionsvorrichtung 11x2. Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-y) in der Y'-Achsrichtung entspricht einem Differenzsignal (ay1-ay2) zwischen der Ausgabe (ay1) der Detektionsvorrichtung 11y1 und der Ausgabe (ay2) der Detektionsvorrichtung 11y2. Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-z) in der Z'-Achsrichtung entspricht dann der Summe (ax1+ax2+ay1+ay2) der Ausgaben der Detektionsvorrichtungen 11x1 bis 11y2.
In ähnlicher Weise gibt die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 auf der Basis der Ausgabe der zweiten Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y2 die Beschleunigungsdetektionssignale (Acc-DC-x, Acc-DC-y und Acc-DC-z) in der X'-Achsrichtung, der Y'-Achsrichtung und der Z'-Achsrichtung an die Steuerung 20 aus (siehe 3).
Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DCx) in der X'-Achsrichtung entspricht einem Differenzsignal (bx1-bx2) zwischen der Ausgabe (bx1) der Detektionsvorrichtung 12x1 und der Ausgabe (bx2) der Detektionsvorrichtung 12x2. Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-y) in der Y'-Achsrichtung entspricht einem Differenzsignal (by1-by2) zwischen der Ausgabe (by1) der Detektionsvorrichtung 12y1 und der Ausgabe (by2) der Detektionsvorrichtung 12y2. Das Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-z) in der Z'-Achsrichtung entspricht dann der Summe (bx1+bx2+by1+by2) der Ausgaben der Detektionsvorrichtungen 12x1 bis 12y2.
„Ausgestaltung der Beschleunigungsberechnungseinheit 200“
Als Nächstes wird nun die Ausgestaltung der Beschleunigungsberechnungseinheit 200 der Steuerung 20 in der Sensoreinheit 40 beschrieben. 8 zeigt in einem Schaltbild ein Ausgestaltungsbeispiel der Beschleunigungsberechnungseinheit 200.
Die Beschleunigungsberechnungseinheit 200 umfasst eine Verstärkungseinstellungsschaltung 21, eine Vorzeichenumkehrschaltung 22, eine Additionsschaltung 23 und eine Korrekturschaltung 24. Diese Schaltungen 21 bis 24 weisen für jede Achse X', Y' und Z' eine gemeinsame Ausgestaltung auf, und führen auf jeder Achse eine gemeinsame rechnerische Verarbeitung durch, so dass eine dynamische Beschleunigungskomponente (Bewegungsbeschleunigungskomponente) und eine statische Beschleunigungskomponente (Gravitationsbeschleunigungskomponente) jeder Achse berechnet werden.
Im Folgenden wird nun als repräsentatives Beispiel eine Verarbeitungsschaltung für ein Beschleunigungsdetektionssignal in der X'-Achsrichtung beschrieben. 9 zeigt einen Verarbeitungsblock zum Berechnen einer statischen Beschleunigungskomponente aus einem Beschleunigungsdetektionssignal in der X'-Achsrichtung.
Die Verstärkungseinstellungsschaltung 21 stellt die Verstärkung jedes Signals ein, so dass das aus der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 (11x1 und 11x2) ausgegebene erste Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x) in der X'-Achsrichtung und das aus der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12 (12x1 und 12x2) ausgegebene zweite Beschleunigungsdetektionssignal (ACC-DC-x) in der X'-Achsrichtung einen zueinander gleichen Pegel aufweisen. Die Verstärkungseinstellungsschaltung 21 umfasst einen Verstärker zum Verstärken der Ausgabe (Acc-AC-x) der ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 und der Ausgabe (Acc-DC-x) der zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit 12.
Im Allgemeinen differieren Ausgabesensitivität und ein Dynamikbereich des Beschleunigungssensors 10 in Abhängigkeit vom Detektionsschema. Zum Beispiel ist, wie in 10 gezeigt, bei einem piezoelektrischen Beschleunigungssensor 10 die Ausgabesensitivität hoch und der Dynamikbereich breit (groß) als bei einem nicht-piezoelektrischen (piezoresistiven oder elektrostatischen) Beschleunigungssensor 10. Bei dieser Ausführungsform entspricht die erste Beschleunigungsdetektionseinheit 11 einem piezoelektrischen Beschleunigungssensor 10 und die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit 12 entspricht einem piezoresistiven Beschleunigungssensor 10.
Dabei verstärkt die Verstärkungseinstellungsschaltung 21 die Ausgaben der jeweiligen Beschleunigungsdetektionseinheiten 11 und 12 (erstes und zweites Beschleunigungsdetektionssignal) jeweils um das A- und B-fache, so dass die Ausgaben dieser Beschleunigungsdetektionseinheiten 11 und 12 den gleichen Pegel aufweisen. Die Verstärkungsfaktoren A und B sind positive Zahlen und erfüllen ein Verhältnis von A < B. Die Werte der Verstärkungsfaktoren A und B sind im Einzelnen nicht beschränkt und können als Koeffizienten festgelegt werden, die in Abhängigkeit von der Nutzungsumgebung (Nutzungstemperatur) des Beschleunigungssensors 10 als Temperaturkompensation der Beschleunigungsdetektionseinheiten 11 und 12 dienen.
11 ist ein Beispiel für Ausgabecharakteristiken des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals, und zeigt die Ausgabecharakteristik vor der Verstärkungseinstellung und die Ausgabecharakteristik nach der Verstärkungseinstellung im Vergleich. In der Figur zeigt eine horizontale Achse eine Frequenz der auf den Beschleunigungssensor 10 wirkenden Beschleunigung an, und eine vertikale Achse zeigt die Ausgabe (Sensitivität) an (dasselbe gilt für 12 bis 15).
Wie in 11 gezeigt, ist bei einem ersten Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x) eines piezoelektrischen Schemas die Ausgabesensitivität einer Beschleunigungskomponente in einem niederfrequenten Bereich von 0,5 Hz oder kleiner, geringer als die Ausgabesensitivität der Beschleunigungskomponente in einem höherfrequenten Bereich. Insbesondere ist die Ausgabesensitivität in einem stationären Zustand (Bewegungsbeschleunigung 0) ungefähr null. Indes weist ein zweites Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-x) eines piezoresistiven Schemas eine konstante Ausgabesensitivität über den gesamten Frequenzbereich auf, und somit kann eine Beschleunigungskomponente in einem stationären Zustand (d. h. eine Gravitationsbeschleunigung) mit konstanter Ausgabesensitivität detektiert werden. Es ist daher möglich, wenn die Verstärkungseinstellungsschaltung 21 das erste Beschleunigungsdetektionssignal und das zweite Beschleunigungsdetektionssignal jeweils mit vorbestimmten Verstärkungen verstärkt, um den gleichen Ausgabepegel zu erhalten, eine Gravitationsbeschleunigungskomponente in einer nachstehend beschriebenen Differenzberechnungsschaltung zu berechnen.
Die Vorzeichenumkehrschaltung 22 und die Additionsschaltung 23 bilden eine Differenzberechnungsschaltung, die auf der Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x) und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-x) eine statische Beschleunigungskomponente (DC-Komponente) aus der Beschleunigung jeder Achsrichtung berechnet.
Die Vorzeichenumkehrschaltung 22 weist einen Umkehrverstärker (Verstärkungsfaktor: -1) auf, der das Vorzeichen des ersten Beschleunigungsdetektionssignals (Acc-AC-x) nach der Verstärkungseinstellung umkehrt. 12 zeigt ein Beispiel für eine Ausgabecharakteristik des ersten Beschleunigungsdetektionssignals (Acc-AC-x) nach der Vorzeichenumkehr. Es ist hier als Beispiel ein Fall gezeigt, in dem der Beschleunigungssensor 10 eine Beschleunigung von 1 G in der X'-Achsrichtung detektiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass das zweite Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-x) an die Additionsschaltung 23 in einer nachfolgenden Stufe ausgegeben wird, ohne dessen Vorzeichen umzukehren. Die Vorzeichenumkehrschaltung 22 kann gemeinsam mit der Verstärkungseinstellungsschaltung 21 in einer vorhergehenden Stufe ausgestaltet sein.
Die Additionsschaltung 23 addiert das aus der Vorzeichenumkehrschaltung 22 ausgegebene erste Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x) und zweite Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-DC-x), um eine statische Beschleunigungskomponente auszugeben. 13 zeigt ein Beispiel für eine Ausgabecharakteristik der Additionsschaltung 23. Da das erste und zweite Beschleunigungsdetektionssignal in der Verstärkungseinstellungsschaltung 21 auf den gleichen Pegel eingestellt werden, lässt sich durch Erhalten eines Differenzsignals derselben eine statische Netto-Beschleunigungskomponente (Gr-x) berechnen. Die statische Beschleunigungskomponente entspricht typischerweise einer Gravitationsbeschleunigungskomponente oder einer Beschleunigungskomponente, die die Gravitationsbeschleunigung umfasst.
Wenn die aus der Additionsschaltung 23 ausgegebene statische Beschleunigungskomponente nur einer Gravitationsbeschleunigung entspricht, erscheint, theoretisch, eine Ausgabe einer wesentlichen Beschleunigungskomponente nur in der Nähe von 0 Hz, wie in 14 gezeigt. In der Praxis fließt jedoch, da die Detektionssensitivität in der Nähe einer niedrigen Frequenz der einen piezoelektrischen Detektionstyp aufweisenden ersten Beschleunigungsdetektionseinheit 11 niedrig ist, und sich Beschleunigungskomponenten in Achsrichtungen (hier der Y'-Achsrichtung und der Z'-Achsrichtung) aufgrund der Erzeugung von Sensitivitäten anderer Achsen unvermeidlich überlagern, eine dynamische Beschleunigungskomponente in einem in 13 durch Schraffierung angedeuteten Frequenzbereich in eine Ausgabe der Additionsschaltung 23 als Fehlerkomponente ein. Diesbezüglich wird bei dieser Ausführungsform die Korrekturschaltung 24 zur Aufhebung des Fehlers auf der Basis der Ausgabe der Additionsschaltung 23 bereitgestellt.
Die Korrekturschaltung 24 umfasst eine 3-Achsen-Kompositwert-Berechnungseinheit 241 und eine Tiefbandsensitivitätskorrektureinheit 242. Die Korrekturschaltung 24 berechnet auf der Basis der Ausgabe der Additionsschaltung 23 (dem Differenzsignal zwischen dem ersten und zweiten Beschleunigungsdetektionssignal) einen Korrekturkoeffizienten β und korrigiert das erste Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x) unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten β.
Die 3-Achsen-Kompositwert-Berechnungseinheit 241 ist für Verarbeitungsblöcke, die statische Beschleunigungskomponenten in allen der X'-, Y'- und Z'-Achsrichtungen berechnen, gemeinsam bereitgestellt, und berechnet den Korrekturkoeffizienten β unter Verwendung eines Summenwerts der Ausgabe (dem Differenzsignal zwischen den ersten und zweiten Beschleunigungsdetektionssignalen) der Additionsschaltung 23 in jeder Achse.
Insbesondere berechnet die 3-Achsen-Kompositwert-Berechnungseinheit 241 einen Kompositwert (√ ( (Gr-x) 2 + (Gr-y)² + (Gr-z)²)) der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) in den drei Achsrichtungen und betrachtet einen 1 G übersteigenden Teil des Kompositwerts als Tiefbandsensitivitätsfehler (in 13 durch Schraffierung angedeuteter Bereich), um den einem Kehrwert des Kompositwerts entsprechenden Korrekturkoeffizienten β zu berechnen. $β = 1 / (\sqrt ({(Gr - x)}^{2} + {(Gr - y)}^{2} + {(Gr - z)}^{2}))$
Es sei darauf hingewiesen, dass Werte der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) in den jeweiligen Dreiachsrichtungen in Abhängigkeit von der Lage des Beschleunigungssensors 10 verschieden sind und sich entsprechend einer Lageänderung des Beschleunigungssensors 10 momentan ändern. Zum Beispiel zeigt, wenn die z-Achsrichtung des Beschleunigungssensors 10 mit einer Gravitationsrichtung (Z-Achsrichtung) zusammenfällt, die statische Beschleunigungskomponente (Gr-z) in der z-Achsrichtung einen größeren Wert als die statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y) in der x-Achsrichtung und der y-Achsrichtung. Auf diese Weise ist es möglich, die aktuelle Gravitationsrichtung des Beschleunigungssensors 10 aus den Werten der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) in den drei jeweiligen Achsrichtungen zu bestimmen.
Die Tiefbandsensitivitätskorrektureinheit 242 weist einen Multiplizierer auf, der den Korrekturkoeffizienten β mit dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal (Acc-AC-x), dessen Vorzeichen umgekehrt wird, multipliziert. Auf diese Weise wird das erste Beschleunigungsdetektionssignal in die Additionsschaltung 23 in einem Zustand eingegeben, in dem ein Tiefbandsensitivitätsfehler reduziert ist, und es wird somit ein Beschleunigungssignal aus der Additionsschaltung 23 ausgegeben, das eine in 14 gezeigte Frequenzcharakteristik aufweist. Auf diese Weise wird, da nur die der Gravitationsbeschleunigung entsprechende Gravitationsbeschleunigung ausgegeben wird, die Berechnungsgenauigkeit der Gravitationsbeschleunigungskomponente verbessert.
Bei dieser Ausführungsform ist die Korrekturschaltung 24 dazu ausgestaltet, zum Zeitpunkt der Berechnung der statischen Beschleunigungskomponente einen Vorgang eines Multiplizierens des ersten Beschleunigungsdetektionssignals mit dem Korrekturkoeffizienten β auszuführen. Die vorliegende Technik ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Korrekturschaltung 24 kann dazu ausgestaltet sein, einen Vorgang eines Multiplizierens des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals (Acc-DC-x) mit dem Korrekturkoeffizienten βauszuführen, oder das zu korrigierende Beschleunigungsdetektionssignal kann zwischen dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal entsprechend einer Größe einer Beschleunigungsänderung gewechselt werden.
Die Korrekturschaltung 24 ist dazu ausgestaltet, das erste Beschleunigungsdetektionssignal unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten β zu korrigieren, wenn die Änderung der Beschleunigung entweder des ersten Beschleunigungsdetektionssignals oder des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Je größer die Änderung der Beschleunigung (je höher eine angelegte Frequenz) ist, desto höher ist eine Rate mit welcher eine Fehlerkomponente in das erste Beschleunigungsdetektionssignal einfließt. Somit lässt sich die Fehlerkomponente wirksam reduzieren. Die Ausgestaltung ist besonders wirkungsvoll, wenn die Bewegungsbeschleunigung relativ groß ist.
Indes ist die Korrekturschaltung 24 ausgestaltet, das zweite Beschleunigungsdetektionssignal unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten β zu korrigieren, wenn die Änderung der Beschleunigung entweder des ersten Beschleunigungsdetektionssignals oder des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Je kleiner die Änderung der Beschleunigung (je niedriger die angelegte Frequenz) ist, desto höher ist eine Rate mit welcher die Fehlerkomponente in das zweite Beschleunigungsdetektionssignal einfließt. Somit lässt sich die Fehlerkomponente wirksam reduzieren. Die Ausgestaltung ist besonders wirkungsvoll, wenn die Bewegungsbeschleunigung relativ klein ist.
Die statische Beschleunigungskomponente in jeder Achsrichtung wird berechnet wie oben beschrieben. Für die Berechnung der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) in der jeweiligen Achsrichtung, wie sie in 8 gezeigt ist, wird jedoch Bezug auf die ersten Beschleunigungsdetektionssignale (Acc-AC-x, Acc-AC-y und Acc-AC-z), deren Verstärkungen in der Verstärkungseinstellungsschaltung 21 eingestellt werden, genommen.
Hier reduziert sich, obwohl das erste Beschleunigungsdetektionssignal ohne Änderung zur Berechnung der dynamischen Beschleunigungskomponente verwendet werden kann, aufgrund der Tatsache, dass, wie oben beschrieben, in manchen Fällen ein Teil der dynamischen Beschleunigungskomponente in die statische Beschleunigungskomponente einfließen kann, die dynamische Beschleunigungskomponente, so dass eine hochpräzise Detektion erschwert wird. Diesbezüglich ist es, durch Korrigieren des ersten Beschleunigungsdetektionssignals unter Verwendung des in der Korrekturschaltung 24 berechneten Korrekturkoeffizienten β möglich, die Detektionsgenauigkeit der dynamischen Beschleunigungskomponente zu erzielen.
Insbesondere weist, wie in 8 dargestellt, die Korrekturschaltung 24 (die Tiefbandsensitivitätskorrektureinheit 242) den Multiplizierer auf, der den Kehrwert (1/β) des von der 3-Achsen-Kompositwert-Berechnungseinheit 241 gewonnenen Korrekturkoeffizienten β mit den ersten Beschleunigungsdetektionssignalen (Acc-AC-x, Acc-AC-y und Acc-AC-z) multipliziert. Auf diese Weise wird eine Tiefbandsensitivitätskomponente des ersten Beschleunigungssignals kompensiert und die Berechnungsgenauigkeit der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y, Acc-z) wird somit verbessert. 15 zeigt schematisch die Ausgabecharakteristiken der dynamischen Beschleunigungskomponenten.
Es wird davon ausgegangen, dass ein Vorgang des Korrigierens der dynamischen Beschleunigungskomponente und der statischen Beschleunigungskomponente durch die Tiefbandsensitivitätskorrektureinheit 242 typischerweise wirksam ist, wenn der von der 3-Achsen-Kompositwert-Berechnungseinheit 241 berechnete Kompositwert von 1 G verschieden ist (G: Gravitationsbeschleunigung). Es sei darauf hingewiesen, dass Beispiele für einen Fall, in welchem der Kompositwert kleiner als 1 G ist, einen Fall umfassen, in welchem sich der Beschleunigungssensor 10 im freien Fall befindet, usw.
<Beschreibung der Arbeitsweise>
Als Nächstes wird nun die Verarbeitung der Steuereinheit 61 des Kamera-Gimbals 50 beschrieben. 16 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten einer Steuereinheit 61 des Kamera-Gimbals 50 gemäß der ersten Ausführungsform.
Wenn das Kamera-Gimbal 50 durch Einschalten des Stroms oder dergleichen aktiviert wird, gewinnt die Steuereinheit 61, in einem vorbestimmten Taktzyklus, Informationen bezüglich der aus der dem Sockel 56 bereitgestellten Sensoreinheit 40 ausgegebenen statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z), dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und Winkelgeschwindigkeitskomponenten (ω_x, ω_y und ω_z) (Schritt 101) .
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 61 korrigierte statische Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') auf der Basis der neun Elemente, d. h. der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z), der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und der Winkelgeschwindigkeitskomponenten (ω_x, ω_y und ω_z), und Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponenten (Schritt 102).
In diesem Fall, zum Beispiel, führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung Y^T=MX^T mit einer Matrix M (Korrekturinformationen) von neun Zeilen und drei Spalten und einer transponierten Matrix X^T von Vektoren der neun Elemente (Gr-x, Gr-y, Gr-z, Acc-x, Acc-y, Acc-z, ω_x, ω_y und ω_z) aus, um eine transponierte Matrix Y^T der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') zu gewinnen.
Alternativ dazu führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung von Y^T=NX^T+Z^T mit einer Matrix N (Korrekturinformationen), einer transponierten Matrix X^T und einer transponierten Matrix Z^T der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) (vor der Korrektur) aus, um die transponierte Matrix Y^T korrigierter statischer Beschleunigungskomponenten (Grx', Gr-y' und Gr-z') zu gewinnen.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Ausführungsform die Matrix M und die Matrix N vorab erstellte und in der Speichereinheit 62 gespeicherte Werte sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Matrix M und die Matrix N jeweils Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) um die dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und die Winkelgeschwindigkeitskomponenten (ω_x, ω_y und ω_z). Es sei darauf hingewiesen, dass, obgleich die statische Beschleunigungskomponente bei dieser Ausführungsform um sowohl die dynamische Beschleunigungskomponente als auch die Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigiert wird, die statische Beschleunigungskomponente um eines aus der dynamischen Beschleunigungskomponente und der Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigiert werden kann.
Wenn die transponierte Matrix Y^T gewonnen ist, gewinnt die Steuereinheit 61 auf der Basis der transponierten Matrix Y^T die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z').
Es sei darauf hingewiesen, dass die neun Elemente (Gr-x, Gr-y, Gr-z, Acc-x, Acc-y, Acc-z, ω_x, ω_y und ω_z), die beim Gewinnen der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') verwendet werden, ein Satz von neun Elementen der aktuellen Zeit oder eine Mehrzahl von Sätzen von neun Elementen einer Periode aus einer vorbestimmten Zeit vor der aktuellen Zeit sein können.
Wenn die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten berechnet sind, dann bestimmt die Steuereinheit 61 auf der Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Grx', Gr-y' und Gr-z') die Gravitationsrichtung im lokalen Koordinatensystem (Schritt 103). In diesem Fall bestimmt, typischerweise, die Steuereinheit 61, dass die Richtung, in welche der Vektor des Kompositwerts (√((Gr-x')² + (Gr-y')² + (Gr-z')²)) der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten gerichtet ist, die Gravitationsrichtung im lokalen Koordinatensystem ist.
Zwar wird bei der Beschreibung dieser Ausführungsform der Fall beschrieben, in dem die Gravitationsrichtung auf der Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') berechnet wird, die Gravitationsrichtung kann jedoch auf der Basis von statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z) bestimmt werden, die nicht korrigiert worden sind (das Gleiche gilt für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen). In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 61, dass die Richtung, in welche der Vektor des Kompositwerts (√((Gr-x)² + (Gr-y)² + (Gr-z)²)) der statischen Beschleunigungskomponenten gerichtet ist, die Gravitationsrichtung im lokalen Koordinatensystem ist.
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 61 auf der Basis der Ausgaben (ω_x, ω_y und ω_z) aus dem Winkelgeschwindigkeitssensor 30 Drehwinkel (θ_x, θ_y und θ_z) im lokalen Koordinatensystem (Schritt 104).
Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 61 auf der Basis der Informationen bezüglich der Gravitationsrichtung im lokalen Koordinatensystem und der Informationen bezüglich des Drehwinkels im lokalen Koordinatensystem die aktuelle Lage des Sockels 56 im globalen Koordinatensystem (Schritt 105).
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 61 den Differenzbetrag zwischen der aktuellen Lage des Sockels 56 im globalen Koordinatensystem und der vorherigen Lage des Sockels 56 im globalen Koordinatensystem (Schritt 106). Das heißt, die Steuereinheit 61 berechnet den zur Aufrechterhaltung der Lage des Sockels 56 notwendigen Differenzbetrag.
Als Nächstes dreht die Steuereinheit 61 den Sockel 56 um die drei Achsen (X'-, Y'- und Z'-Achse), um den Betrag der Differenz aufzuheben (Schritt 107). Zu diesem Zeitpunkt gibt die Steuereinheit 61 einen Befehl an den ersten Motor 63a aus wie nötig, um das erste Drehglied 53 bezüglich des Schaftabschnitts 52 um die z-Achse zu drehen. In ähnlicher Weise gibt die Steuereinheit 61 einen Befehl an den zweiten Motor 63b aus wie nötig, um das zweite Drehglied 54 bezüglich des ersten Drehglieds 53 um die y-Achse zu drehen, und gibt einen Befehl an den dritten Motor 63c aus, um den Sockel 56 bezüglich des Sockelhalteglieds 55 um die x-Achse zu drehen. Auf diese Weise wird durch die Drehung des Sockels 56 die anfängliche Lage aufrechterhalten.
<Arbeitsweise usw.>
Wie oben beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform die statische Beschleunigungskomponente aus den beiden Signalen, d. h. dem durch Detektieren der auf den Sockel 56 (Kamera) wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnenen ersten Detektionssignal und dem durch Detektieren der auf den Sockel 56 (Kamera) wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnenen zweiten Beschleunigungsdetektionssignal, berechnet.
Daher ist es möglich, die statische Beschleunigungskomponente, die als die Gravitationsbeschleunigungskomponente betrachtet werden kann, genau zu berechnen. Daher ist es, bei dieser Ausführungsform, da die Steuereinheit 61 in der Lage ist, die Gravitationsrichtung des Sockels 56 (Kamera) im lokalen Koordinatensystem genau zu bestimmen, möglich, die Lage des Sockels 56 (Kamera) im globalen Koordinatensystem genau bestimmen. Die Steuereinheit 61 ist daher in der Lage, die Lage des Sockels 56 (Kamera) im globalen Koordinatensystem genau zu bestimmen.
Es wird nun zum Vergleich ein Fall beschrieben, in dem ein üblicher Beschleunigungssensor verwendet wird. Beim üblichen Beschleunigungssensor lässt sich die Additionsbeschleunigung der dynamischen Beschleunigungskomponente (Bewegungsbeschleunigungskomponente) und der statischen Beschleunigungskomponente (Gravitationsbeschleunigungskomponente) detektieren. Die statische Beschleunigungskomponente lässt sich jedoch aus der durch die Addition gewonnenen Beschleunigung nicht berechnen. Es ist zwar vorstellbar, aus der durch Addition gewonnenen Beschleunigung die statische Komponente unter Verwendung eines Tiefpassfilters oder dergleichen zu berechnen, die Präzision der Berechnung der statischen Beschleunigungskomponente ist jedoch unzureichend.
Daher wird zum Beispiel beim üblichen Beschleunigungssensor, in dem Fall, in welchem sich der Sockel 56 (Kamera) in hohem Maße bewegt hat, die Richtung der Additionsbeschleunigung der dynamischen Beschleunigungskomponente (Bewegungsbeschleunigungskomponente) und der statischen Beschleunigungskomponente (Gravitationsbeschleunigungskomponente) in manchen Fällen fälschlicherweise als die Gravitationsrichtung erkannt. In diesem Fall besteht das Problem, dass ein von der Kamera aufgenommenes Bild unscharf wird oder ein Objekt aus dem Bildwinkel gerät.
Indes lässt sich bei dieser Ausführungsform die statische Beschleunigungskomponente (Gravitationsbeschleunigungskomponente) wie oben beschrieben genau berechnen. Daher ist es selbst in dem Fall, in welchem sich der Sockel 56 (Kamera) in hohem Maße bewegt hat, möglich, auf der Basis der berechneten statischen Beschleunigungskomponente die Gravitationsrichtung im lokalen Koordinatensystem genau zu bestimmen. Daher ist auch in einem solchen Fall die Steuereinheit 61 in der Lage, die Lage des Sockels 56 (Kamera) im globalen Koordinatensystem genau zu bestimmen und die Lage des Sockels 56 (Kamera) genau zu steuern. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass ein Bild unscharf wird oder ein Objekt aus dem Bildwinkel gerät.
Ferner wird bei dieser Ausführungsform auf der Basis von Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente die statische Beschleunigungskomponente um die dynamische Beschleunigungskomponente und die Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigiert. Dann ist es möglich, da die Gravitationsrichtung auf der Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') bestimmt wird, die Präzision der Bestimmung der Gravitationsrichtung weiter zu verbessern und die Lage des Sockels 56 (Kamera) weiter genau zu steuern.
<<Zweite Ausführungsform>>
Als Nächstes wird nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Technik beschrieben. In der Beschreibung der zweiten Ausführungsform und nachfolgenden Ausführungsformen werden Bauteile, deren Ausgestaltungen und Funktionen denen in der obigen ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung entfällt oder wird vereinfacht.
17 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten der Steuereinheit 61 des Kamera-Gimbals 50 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Wenn das Kamera-Gimbal 50 durch Einschalten des Stroms oder dergleichen aktiviert wird, führt die Steuereinheit 61 zuerst einen stationären Kalibriermodus aus (siehe Schritt 201 bis Schritt 206). Im stationären Kalibriermodus versetzt ein Nutzer das Kamera-Gimbal 50 in die Basislage, platziert das Kamera-Gimbal 50 an einen bestimmten Ort und hält das Kamera-Gimbal 50 stationär.
Im stationären Kalibriermodus gewinnt zuerst die Steuereinheit 61, in einem vorbestimmten Taktzyklus, Informationen bezüglich der aus der Sensoreinheit 40 im stationären Zustand ausgegebenen dynamischen Beschleunigungskomponente und Winkelgeschwindigkeitskomponente (Schritt 201).
Als Nächstes stellt (erzeugt) die Steuereinheit 61 einen Verstärkungswert und einen Offset-Wert der dynamischen Beschleunigungskomponente ein, so dass Werte der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) jeweils null sind (Schritt 202).
Als Nächstes stellt (erzeugt) die Steuereinheit 61 einen Verstärkungswert und einen Offset-Wert der Winkelgeschwindigkeitskomponente ein, so dass Werte der Winkelgeschwindigkeitskomponenten ω_x, ω_y und ω_z) jeweils null sind (Schritt 203).
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 61, für einen Test, korrigierte statische Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') für einen Test auf der Basis der neun Elemente, d. h. der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z), der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und der Winkelgeschwindigkeitskomponenten (w_x, ω_y und ω_z), und der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponenten (Schritt 204).
In Schritt 204, zum Beispiel, führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung von Y^T=MX^T aus, um die transponierte Matrix Y^T der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) zu gewinnen. Alternativ dazu führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung von Y^T=NX^T+Z^T aus, um die transponierte Matrix Y^T der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) zu gewinnen. Dann gewinnt die Steuereinheit 61, aus der erhaltenen transponierten Matrix Y^T, die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test).
Hier können die neun Elemente (Gr-x, Gr-y, Gr-z, Acc-x, Acc-y, Acc-z, ω_x, ω_y und ω_z), die beim Gewinnen der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) verwendet werden, ein Satz von neun Elementen der aktuellen Zeit oder eine Mehrzahl von Sätzen von neun Elementen einer Periode aus einer vorbestimmten Zeit vor der aktuellen Zeit sein.
Wenn die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) berechnet sind, dann berechnet die Steuereinheit 61, im lokalen Koordinatensystem, den Vektor des Kompositwerts (√((Gr-x')² + (Gr-y')² + (Gr-z')²)) der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test), um die Größe des Vektors zu bestimmen (Schritt 205).
Als Nächstes stellt (erzeugt) die Steuereinheit 61 die Matrix M (oder die Matrix N) und einen Verstärkungswert und einen Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente ein, so dass die Größe des Vektors des Kompositwerts 1 G ist (Schritt 206). Bei dieser Ausführungsform sind die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und der Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente jeweils Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente.
Wenn der stationäre Kalibriermodus beendet ist, dann führt die Steuereinheit 61 einen Lagesteuerungsmodus aus, der die Lage der Kamera im Kamera-Gimbal 50 steuert (siehe Schritt 207 bis Schritt 213) .
Im Lagesteuerungsmodus führt die Steuereinheit 61 ein ähnliches Verarbeiten wie in Schritt 101 bis Schritt 107 von 16 der ersten Ausführungsform aus. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der zweiten Ausführungsform die Matrix M (oder die Matrix N), der Verstärkungswert und der Offset-Wert (siehe Schritt 206), die im stationären Kalibriermodus eingestellt werden, in Schritt 208 als Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente verwendet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform werden, im stationären Kalibriermodus, die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und der Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente eingestellt, so dass die Größe des Vektors des Kompositwerts der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) 1 G ist. Dann ist es, im Lagesteuerungsmodus, da die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und der Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente (d. h. die Korrekturinformationen), die im statischen Kalibriermodus eingestellt worden sind, zum Berechnen der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten verwendet werden, möglich, die Gravitationsrichtung mit höherer Präzision zu bestimmen.
<<Dritte Ausführungsform>>
Als Nächstes wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Technik beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den obigen Ausführungsformen darin, dass das Kamera-Gimbal 50 an einem unbemannten Flugfahrzeug (das Flugfahrzeug kann auch ein bemanntes Flugzeug, ein Hubschrauber oder dergleichen sein), wie etwa einer Drohne, angebracht ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der dritten Ausführungsform, statt dem Griffabschnitt 51 im Kamera-Gimbal 50, ein mit der Drohne zu verbindender Verbindungsabschnitt (nicht gezeigt) für den Kamera-Gimbal 50 bereitgestellt ist. Ferner ist für den Kamera-Gimbal 50 eine Kommunikationseinheit bereitgestellt, die mit der Drohne kommuniziert.
18 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verarbeiten der Steuereinheit 61 des Kamera-Gimbals 50 gemäß der dritten Ausführungsform.
Wenn die Drohne und das Kamera-Gimbal 50 durch Einschalten des Stroms oder dergleichen aktiviert werden und die Drohne zu fliegen beginnt, führt die Steuereinheit 61 des Kamera-Gimbals 50 den Lagesteuerungsmodus aus (siehe Schritt 301 bis Schritt 307).
Da die Verarbeitung (Schritt 301 bis Schritt 307) im Lagesteuerungsmodus bei der dritten Ausführungsform derjenigen von Schritt 101 bis Schritt 107 der ersten Ausführungsform ähnlich ist, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der dritten Ausführungsform, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, der stationäre Kalibriermodus vor dem Lagesteuerungsmodus ausgeführt werden kann. Die Verarbeitung von Schritt 301 bis Schritt 307 bei der dritten Ausführungsform ist in diesem Fall die gleiche wie die Verarbeitung von Schritt 207 bis Schritt 213 bei der zweiten Ausführungsform.
Beim Ausführen des Lagesteuerungsmodus ermittelt die Steuereinheit 61, ob aus der Drohne ein Befehl eines In-Flight-Kalibriermodus empfangen wird (Schritt 308).
In dem Fall, in welchem der Befehl der In-Flight-Kalibrierung aus der Drohne nicht empfangen wird (NEIN in Schritt 308), kehrt die Verarbeitung zu Schritt 301 zurück und die Steuereinheit 61 führt wieder den Lagesteuerungsmodus aus. Indes führt, in dem Fall, in welchem der Befehl des In-Flight-Kalibriermodus aus der Drohne empfangen wird (JA in Schritt 308), die Steuereinheit 61 den In-Flight-Kalibriermodus aus (siehe Schritt 309 bis Schritt 312).
Hier stoppt die Drohne, wenn der In-Flight-Kalibriermodus ausgeführt wird, die Drehung aller Propeller der Drohne, während sie sich in der Luft befindet, und die Drohne wird in den Zustand eines freien Falls versetzt.
Im In-Flight-Kalibriermodus gewinnt zuerst die Steuereinheit 61, in einem vorbestimmten Taktzyklus, Informationen bezüglich der aus der Sensoreinheit 40 ausgegebenen statischen Beschleunigungskomponente, dynamischen Beschleunigungskomponente und Winkelgeschwindigkeitskomponente (Schritt 309).
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 61, für einen Test, korrigierte statische Beschleunigungskomponenten (Gr-x', Gr-y' und Gr-z') für einen Test auf der Basis der neun Elemente, d. h. der statischen Beschleunigungskomponenten (Gr-x, Gr-y und Gr-z), der dynamischen Beschleunigungskomponenten (Acc-x, Acc-y und Acc-z) und der Winkelgeschwindigkeitskomponenten (w", ω_y und ω_z), und der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente (Schritt 310).
In Schritt 310, zum Beispiel, führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung von Y^T=MX^T aus, um die transponierte Matrix Y^T der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) zu gewinnen. Alternativ dazu führt die Steuereinheit 61 eine Matrixberechnung von Y^T=NX^T+Z^T aus, um die transponierte Matrix Y^T der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) zu gewinnen. Dann gewinnt die Steuereinheit 61, aus der erhaltenen transponierten Matrix Y^T, die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test).
Hier können die neun Elemente (Gr-x, Gr-y, Gr-z, Acc-x, Acc-y, Acc-z, ω_x, ω_y und ω_z), die beim Gewinnen der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) verwendet werden, ein Satz von neun Elementen der aktuellen Zeit oder eine Mehrzahl von Sätzen von neun Elementen einer Periode aus einer vorbestimmten Zeit vor der aktuellen Zeit (nach der Zeit des Eintretens in einen Zustand des freien Falls) sein.
Wenn die korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) berechnet sind, dann berechnet die Steuereinheit 61, im lokalen Koordinatensystem, den Vektor des Kompositwerts (√((Gr-x')² + (Gr-y')² + (Gr-z')²)) der statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test), um die Größe des Vektors zu bestimmen (Schritt 311).
Als Nächstes stellt (erzeugt) die Steuereinheit 61 die Matrix M (oder die Matrix N) und einen Verstärkungswert und einen Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente ein, so dass die Größe des Vektors des Kompositwerts null ist (Schritt 312). Das heißt, da sich der Beschleunigungssensor 10 in einem Zustand der Schwerelosigkeit befindet und die Größe des Vektors des Kompositwerts in dem Fall, in welchem sich die Drohne in einem Zustand des freien Falls befindet, null ist, wird die Kalibrierung in Übereinstimmung damit durchgeführt. Bei dieser Ausführungsform sind die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und der Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente jeweils Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente.
Die Drohne startet die Drehung des Propellers nach einer vorbestimmten Zeit (z. B. ungefähr mehrere Sekunden) nach dem Stoppen der Drehung des Propellers, und die Drohne wird somit in den Flug versetzt.
Nachdem das Kamera-Gimbal 50 den In-Flight-Kalibriermodus ausgeführt hat, kehrt die Verarbeitung wieder zu Schritt 301 zurück und es wird der Lagesteuerungsmodus ausgeführt. Hier, im Lagesteuerungsmodus, werden die im In-Flight-Kalibriermodus eingestellten Korrekturinformationen bei der Berechnung der korrigierten statischen Beschleunigungskomponente verwendet (siehe Schritt 302).
Wie oben beschrieben, werden bei der dritten Ausführungsform, im In-Flight-Kalibriermodus, die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und der Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente eingestellt, so dass die Größe des Vektors des Kompositwerts der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten (für einen Test) 0 G ist. Dann ist es, da im Lagesteuerungsmodus die Matrix M (oder die Matrix N) und der Verstärkungswert und Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente (d. h. die Korrekturinformationen), die im In-Flight-Kalibriermodus eingestellt worden sind, zum Berechnen der korrigierten statischen Beschleunigungskomponenten verwendet werden, möglich, die Gravitationsrichtung mit höherer Präzision zu bestimmen.
Insbesondere ist es, bei der dritten Ausführungsform, möglich, die Kalibrierung durch das Kamera-Gimbal 50 durchführen, während die Drohne fliegt (in der Luft).
In der Beschreibung der dritten Ausführungsform ist der Fall beschrieben worden, in welchem sich die Drohne, wenn der Antrieb des Propellers gestoppt wird, im Zustand des freien Falls befindet und sich der Beschleunigungssensor 10 im schwerelosen Zustand befindet. Indes befindet sich, in dem Fall, in welchem die Gestalt des Drohnenkörpers ein flugzeugförmiger Typ (Starrflüglertyp) oder dergleichen ist, die Drohne nicht im Zustand des freien Falls, da der Auftrieb des Flügels auch dann erzeugt wird, wenn der Antrieb des Propellers gestoppt wird, und der Beschleunigungssensor 10 detektiert in manchen Fällen eine gewisse Beschleunigung.
Daher stellt, in einem solchen Fall, die Steuereinheit 61 im Schritt 312 die Matrix M (oder die Matrix N) und den Verstärkungswert und den Offset-Wert der statischen Beschleunigungskomponente ein, so dass die Größe des Vektors des Kompositwerts ein vorbestimmter Wert (nicht 0) ist. Als oben genannter vorbestimmte Wert, der als Kalibrierquelle dienen soll, wird ein zweckdienlicher Wert verwendet, der gemessen wird, indem der Test des Stoppens des Antreibens des Propellers wiederholt wird und bewirkt wird, dass die Drohne vom flugzeugförmigen Typ fliegt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in dem Fall, in welchem der Drohnenkörper ein flugzeugförmiger Typ ist, der Flugzustand bis zu einem gewissen Grad auch dann stabil aufrechterhalten werden kann, wenn für die Kalibrierung das Antreiben des Propellers in der Luft gestoppt wird.
<<Verschiedene abgewandelte Beispiele>>
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall beschrieben worden, in welchem die Sensoreinheit 40 an der Seite des Kamera-Gimbals 50 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 40 kann indes an der Seite der Kamera angeordnet sein. In diesem Fall detektiert die Sensoreinheit 40 die Beschleunigungen in den drei Achsen (X'-, Y'- und Z'-Achsen) in der Kamera und die Winkelgeschwindigkeiten um die drei Achsen (X'-, Y'- und Z'-Achsen) in der Kamera und gibt sie an das Kamera-Gimbal 50 aus.
In der vorstehenden Beschreibung ist das Kamera-Gimbal 50 als Beispiel für die Halteeinrichtung beschrieben worden. Die Halteeinrichtung ist indes nicht auf das Kamera-Gimbal 50 beschränkt. Zum Beispiel kann die Halteeinrichtung eine Halteeinrichtung sein, die eine Trägheitsnavigationseinrichtung (ein zu haltendes Objekt) hält, oder eine Halteeinrichtung, die ein Raketentriebwerk hält.
Die vorstehend beschriebene Verarbeitung der Steuereinheit 61 im Kamera-Gimbal 50 (oder die Verarbeitung der Steuerung 20 der Sensoreinheit 40) kann von der Kamera (d. h. einem zu haltenden Objekt) ausgeführt werden (in diesem Falls ist die Kamera (zu haltendes Objekt) die Lagesteuerungseinrichtung). Alternativ dazu kann diese Verarbeitung von einer Server-Einrichtung im Netzwerk ausgeführt werden (in diesem Fall ist die Server-Einrichtung die Lagesteuerungseinrichtung).
Die vorliegende Technik kann die folgenden Ausgestaltungen annehmen.

(1) Eine Lagesteuerungseinrichtung, mit einer Steuereinheit, die, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung ermittelt, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
(2) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (1), wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis von Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente korrigiert und die Gravitationsrichtung auf einer Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponente ermittelt.
(3) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (2), wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente um die dynamische Beschleunigungskomponente korrigiert.
(4) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (2) oder (3), wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente um die auf die Halteeinrichtung wirkende Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigiert.
(5) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß einem der obigen Punkte (2) bis (4), wobei die Steuereinheit die Korrekturinformationen erzeugt, während die Halteeinrichtung an einem bestimmten Ort angeordnet ist.
(6) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß einem der obigen Punkte (2) bis (5), wobei die Halteeinrichtung an einem Flugfahrzeug angebracht ist, und die Steuereinheit die Korrekturinformationen erzeugt, während sich das Flugfahrzeug in der Luft befindet.
(7) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (6), ferner mit einer Beschleunigungsberechnungseinheit, die die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal eine Ausgabewellenform aufweist, wobei in der Ausgabewellenform eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform eine der statischen Beschleunigungskomponente entsprechenden Gleichstromkomponente überlagert.
(8) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (7), wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit eine Berechnungsschaltung umfasst, die auf einer Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal die statische Beschleunigungskomponente berechnet.
(9) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (8), wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Verstärkungseinstellungsschaltung umfasst, die die Verstärkung jedes Signals einstellt, so dass das erste Beschleunigungsdetektionssignal und das zweite Beschleunigungsdetektionssignal den gleichen Pegel aufweisen.
(10) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (9), wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Korrekturschaltung umfasst, die auf einer Basis des Differenzsignals einen Korrekturkoeffizienten berechnet und unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten eines aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal korrigiert.
(11) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (10), ferner mit einer Detektionseinheit mit einem beweglichen Abschnitt, einer piezoelektrischen ersten Beschleunigungsdetektionseinheit und einer nicht-piezoelektrischen zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit, wobei der bewegliche Abschnitt bei Empfangen einer auf die Halteeinrichtung wirkenden Beschleunigung beweglich ist, wobei die piezoelektrische erste Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das erste Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben, wobei die nicht-piezoelektrische zweite Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das zweite Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben.
(12) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (11), wobei die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine piezoresistive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfasst.
(13) Die Lagesteuerungseinrichtung gemäß obigem Punkt (11), wobei die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine kapazitive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfasst.
(14) Eine Lagesteuerungseinrichtung, mit einer Steuereinheit, die, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einem von einer Halteeinrichtung zu haltenden Objekt ermittelt, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
(15) Eine Haltevorrichtung, mit:
- einer Detektionseinheit, die ein erstes Beschleunigungsdetektionssignal und ein zweites Beschleunigungsdetektionssignal ausgibt, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf eine ein zu haltendes Objekt haltende Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente, die auf die Halteeinrichtung wirken, gewonnen wird; und
- einer Steuereinheit, die, auf einer Basis der auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechneten statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in der Halteeinrichtung ermittelt, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
(16) Ein Lagesteuerungsverfahren, das umfasst: Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.
(17) Ein Programm, das bewirkt, dass ein Computer die Schritte ausführt:
- Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.

Bezugszeichenliste

10: Beschleunigungssensor
11: erstes Beschleunigungsdetektionssignal
12: zweites Beschleunigungsdetektionssignal
20: Steuerung
30: Winkelgeschwindigkeitssensor
31: Winkelgeschwindigkeitsdetektionseinheit
40: Sensoreinheit
50: Kamera-Gimbal
61: Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002369046 [0003]
JP 2016219941 [0003]

Claims

Lagesteuerungseinrichtung, mit einer Steuereinheit, die, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung ermittelt, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis von Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente korrigiert und die Gravitationsrichtung auf einer Basis der korrigierten statischen Beschleunigungskomponente ermittelt.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente um die dynamische Beschleunigungskomponente korrigiert.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis der Korrekturinformationen zum Korrigieren der statischen Beschleunigungskomponente um die auf die Halteeinrichtung wirkende Winkelgeschwindigkeitskomponente korrigiert.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit die Korrekturinformationen erzeugt, während die Halteeinrichtung an einem bestimmten Ort angeordnet ist.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Halteeinrichtung an einem Flugfahrzeug angebracht ist, und die Steuereinheit die Korrekturinformationen erzeugt, während sich das Flugfahrzeug in der Luft befindet.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einer Beschleunigungsberechnungseinheit, die die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform aufweist, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal eine Ausgabewellenform aufweist, wobei in der Ausgabewellenform eine der dynamischen Beschleunigungskomponente entsprechende Wechselstrom-Wellenform eine der statischen Beschleunigungskomponente entsprechenden Gleichstromkomponente überlagert.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit eine Berechnungsschaltung umfasst, die auf einer Basis eines Differenzsignals zwischen dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal die statische Beschleunigungskomponente berechnet.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Verstärkungseinstellungsschaltung umfasst, die die Verstärkung jedes Signals einstellt, so dass das erste Beschleunigungsdetektionssignal und das zweite Beschleunigungsdetektionssignal den gleichen Pegel aufweisen.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Beschleunigungsberechnungseinheit ferner eine Korrekturschaltung umfasst, die auf einer Basis des Differenzsignals einen Korrekturkoeffizienten berechnet und unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten eines aus dem ersten Beschleunigungsdetektionssignal und dem zweiten Beschleunigungsdetektionssignal korrigiert.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einer Detektionseinheit mit einem beweglichen Abschnitt, einer piezoelektrischen ersten Beschleunigungsdetektionseinheit und einer nicht-piezoelektrischen zweiten Beschleunigungsdetektionseinheit, wobei der bewegliche Abschnitt bei Empfangen einer auf die Halteeinrichtung wirkenden Beschleunigung beweglich ist, wobei die piezoelektrische erste Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das erste Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben, wobei die nicht-piezoelektrische zweite Beschleunigungsdetektionseinheit auf dem beweglichen Abschnitt bereitgestellt ist, um das zweite Beschleunigungsdetektionssignal auszugeben.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine piezoresistive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfasst.
Lagesteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die zweite Beschleunigungsdetektionseinheit eine kapazitive Beschleunigungsdetektionsvorrichtung umfasst.
Lagesteuerungseinrichtung, mit einer Steuereinheit, die, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in einem von einer Halteeinrichtung zu haltenden Objekt ermittelt, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf das zu haltende Objekt wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
Haltevorrichtung, mit: einer Detektionseinheit, die ein erstes Beschleunigungsdetektionssignal und ein zweites Beschleunigungsdetektionssignal ausgibt, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf eine ein zu haltendes Objekt haltende Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der dynamischen Beschleunigungskomponente und einer statischen Beschleunigungskomponente, die auf die Halteeinrichtung wirken, gewonnen wird; und einer Steuereinheit, die, auf einer Basis der auf einer Basis des ersten Beschleunigungsdetektionssignals und des zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechneten statischen Beschleunigungskomponente, eine Gravitationsrichtung in der Halteeinrichtung ermittelt, und, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, die Lage des zu haltenden Objekts steuert.
Lagesteuerungsverfahren, das umfasst: Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.
Programm, das bewirkt, dass ein Computer die folgenden Schritte ausführt: Ermitteln, auf einer Basis einer statischen Beschleunigungskomponente, einer Gravitationsrichtung in einer ein zu haltendes Objekt haltenden Halteeinrichtung, wobei die statische Beschleunigungskomponente auf einer Basis eines ersten Beschleunigungsdetektionssignals und eines zweiten Beschleunigungsdetektionssignals berechnet wird, wobei das erste Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren einer auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird, wobei das zweite Beschleunigungsdetektionssignal durch Detektieren der auf die Halteeinrichtung wirkenden dynamischen Beschleunigungskomponente und statischen Beschleunigungskomponente gewonnen wird; und Steuern, durch Steuern der Lage der Halteeinrichtung auf einer Basis der Gravitationsrichtung, der Lage des zu haltenden Objekts.