JP2016075678A - 高速回転検知 - Google Patents

Abstract

【課題】ジャイロスコープの最大定格回転速度よりも高い回転速度を判定することを可能にする、複数のジャイロスコープを使用した慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を提供する。
【解決手段】入力軸１１２を中心とする回転速度を測定するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１００において、第１三次元ジャイロスコープ１０４を含み、その３本の軸の内第１軸１１８が、基準面１２４から傾斜するように配置され、基準面１２４は入力軸１１２に対して垂直である。さらに、ＩＭＵ１００は、第１ジャイロスコープ１０４に結合された１つ以上の処理デバイス、処理デバイスに結合された１つ以上のデータ記憶デバイスを含み、データ記憶デバイスは命令を含み、１つ以上の処理デバイスに、第１軸１１８を中心として検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて、入力回転速度を計算させる。
【選択図】図１

Description

関連出願に対する相互引用
[0001] 本願は、２０１４年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６２／０５９，８７８号の権利を主張する。この出願をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。

[0002] 三次元ジャイロスコープは、ロール、ピッチ、およびヨー座標軸の各々を中心とする回転を測定することができる。このような三次元ジャイロスコープは、３本の軸の各々において測定することができる回転速度に所与の動作範囲を有する。このようなジャイロスコープの中には、ジャイロスコープの構成変更（例えば、プログラミング）を介して、 動作範囲がユーザによって選択できるものがある。ジャイロスコープが多数の構成を有するかまたは１つの構成を有するかには関係なく、所与の構成では、ジャイロスコープはロール、ピッチ、およびヨー軸の各々を中心とする最大回転速度を検知すると評定される(rated)。例えば、１つのジャイロスコープは、ロー軸を中心とした２０００度／秒、ピッチ軸を中心とした２０００ｄｐｓ、およびヨー軸を中心とした２０００ｄｐｓまで検知することが評定される。注記すべきは、ロール、ピッチ、およびヨー軸は、ジャイロスコープ自体に関する軸であるということである。

[0003] 一実施形態は、入力軸を中心とする入力回転速度を測定するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を対象とする。このＩＭＵは、第１三次元ジャイロスコープを含む。第１ジャイロスコープは、第１組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成され、第１ジャイロスコープは、第１組の３本の軸の内第１軸が基準面から度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように配置され、基準面は入力軸に対して垂直である。また、このＩＭＵは、第１ジャイロスコープに結合された１つ以上の処理デバイスも含む。また、このＩＭＵは、１つ以上の処理デバイスに結合された１つ以上のデータ記憶デバイスも含む。１つ以上のデータ記憶デバイスは命令を含み、この命令が１つ以上の処理デバイスによって実行されると、１つ以上の処理デバイスに、第１軸を中心とする検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて、入力回転速度を計算させる。

[0004] 以下の例示的な図は、実施形態例について記載した説明の理解を助けることを意図したのであり、範囲を限定するように解釈してはならない。
図１は、高速回転検知用傾斜ジャイロスコープ(skewed gyroscope)を有する慣性測定ユニット（ＩＭＵ）例のブロック図である。 図２は、高速回転検知用に２つの傾斜ジャイロスコープを有する他のＩＭＵ例のブロック図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、印刷回路ボード上にあるコンポーネントおよびＩＭＵの筐体を示す、図１または図２のＩＭＵのそれぞれの図である。 図４は、図１または図２の傾斜ジャイロスコープの最大定格回転速度よりも高い回転速度を判定する方法の流れ図である。

[0009] 慣例にしたがって、種々の表示される特徴は、必ずしも同じ拡縮率で描かれているとは限らず、実施形態例に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。

[0010] 本明細書において説明する主題は、１つ以上のジャイロスコープの最大定格回転速度よりも高い回転速度を判定することをＩＭＵに可能にするように、１つ以上のジャイロスコープを使用するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を提供する。

[0011] 図１は、このようなＩＭＵ１００の一例の断面図である。ＩＭＵ１００は、２つのジャイロスコープ１０２、１０４、加速度計１０６、および磁力計１０８を含む。一例では、センサ１０２、１０４、１０６、１０８の各々は、３本の相互に直交する軸の各々を中心とするそれぞれの現象を検知するように構成された三次元（即ち、三軸）センサである。いずれの場合でも、しかしながら、ジャイロスコープ１０２、１０４の少なくとも１つは、ロール、ピッチ、およびヨー軸の各々を中心とする回転を検知するように構成された三次元ジャイロスコープである。一例では、センサ１０２、１０４、１０６、１０８の各々は、印刷回路ボード（図示せず）上に実装されたダイ内に配置される。このようなダイは、回路ボードに直接取り付けることによって、回路ボードに実装することができ、あるいは、リードレス・チップ担体（ＬＣＣ）またはランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）というような、中間部材にダイを取り付けることもでき、一方、中間部材が回路ボードに取り付けられる。印刷回路ボードは、ＩＭＵ１００用の筐体１１０内に実装される。一例では、ジャイロスコープは、ＭＥＭＳ系ジャイロスコープであるが、他の例では、他のタイプのジャイロスコープを使用することができる。

[0012] 図１に示すように、第２ジャイロスコープ１０４は、入力軸１１２に関して傾斜関係で配置され、入力軸１１２を中心として高速回転が測定されることが望まれる。第２ジャイロスコープ１０４の傾斜関係は、ＩＭＵが、第２ジャイロスコープ１０４が検知することを評定される最大回転速度よりも高い、入力軸１１２を中心とする回転速度を測定することを可能とする。例えば、第２ジャイロスコープ１０４が、そのロール軸１１４を中心とする２０００度／秒（ｄｐｓ）の最大回転速度、そのピッチ軸１１６を中心とする２０００ｄｐｓの最大回転速度、およびそのヨー軸１１８を中心とする２０００ｄｐｓの最大回転速度を検知するように評定される場合（その使用される構成において）、第２ジャイロスコープ１０４を入力軸１１２に関して傾斜させて、ＩＭＵ１００が入力軸１１２を中心とする９１００ｄｐｓの回転速度を測定することを可能にすることができる。２０００ｄｐｓおよび９１００ｄｐｓという値は、例に過ぎず、他の最大回転速度および他のＩＭＵ測定回転速度を有するジャイロスコープも使用することができる。

[0013] 傾斜は、入力軸１１２を中心とする回転を、ピッチ軸１１６、ヨー軸１１８、または双方の軸１１６、１１８のいずれかによって検知することを可能にすることによって、更に高い回転速度を測定することを可能にする。一例では、第２ジャイロスコープ１０４は、第１軸１１８が基準面１２４から傾斜角１２０外れて配向される (orient) ように配置され、基準面１２４は入力軸１１２に対して垂直な平面である。一例として、第１軸はここではヨー軸１１８として説明および図示されるが、第２ジャイスコープ１０４の任意の軸１１４、１１６、または１１８をしかるべく配向させて使用できることは、理解されてしかるべきである。ここでは、明確化のために、傾斜角１２０を度を単位とする角度で呼ぶが、ラジアンを使用し、対応する調節をそれに加えることによって、計算を実行することもできる。更に、傾斜角１２０は、基準面１２４のいずれの側（例えば、上または下）の角度も当てはまることが可能であることも理解されてしかるべきである。

[0014] ヨー軸１１８は基準面１２４に関して傾斜角１２０だけ傾斜されるが、傾斜角１２０は、入力軸１１２を中心として所望の回転速度（例えば、９１００ｄｐｓ）を測定することを可能にする角度の範囲内となるように選択される。前述のように、傾斜角１２０は、入力軸１１２に対して垂直な基準面１２４と、第２ジャイロスコープ１０４の軸、この例では、ヨー軸１１８との間の角度である。第２ジャイロスコープ１０４が全く傾斜されないと（傾斜角１２０がゼロであると）、ロール軸１１４は入力軸１１２と平行になり、ヨー軸１１８およびピッチ軸１１６は基準面１２４と平行になる。非傾斜配向では、第２ジャイロスコープ１０４は、ロール軸１１４における入力軸１１２を中心とする回転を測定することができるが、ピッチ軸１１６またはヨー軸１１８のいずれとも、入力軸１１２を中心とする回転を検知することはできない。加えて、ロール軸１１４は非傾斜配向では入力軸１１２と平行であるので、第２ジャイロスコープ１０４によって測定可能な最大回転速度は、ロール軸１１４に対する定格最大回転速度となる。

[0015] しかしながら、第２ジャイロスコープ１０４が入力軸１１２に関して傾斜される場合、入力軸１１２を中心とする回転は、ロール軸１１４に加えて、ピッチ軸１１６およびヨー軸１１８のいずれかまたは双方によって検知することができる。図１に示す例では、第２ジャイロスコープ１０４は、ヨー軸１１８が基準面１２４から傾斜角１２０だけ外れるように配向され、したがって、入力軸１１２を中心とする回転を検知することができる。この例では、しかしながら、ピッチ軸１１６は基準面１２４と平行に配向され、したがって、入力軸１１２を中心とする回転を検知することはできない。この例では、ピッチ軸１１６は入力軸１１２を中心とする回転を検知することができない。何故なら、ピッチ軸１１６は入力軸１１２に対して垂直になるからである。しかしながら、ヨー軸１１８は、入力軸１１２に対して垂直ではない。したがって、ヨー軸１１８によって検知される回転の一部は、入力軸１１２を中心とする回転に対応する。ＩＭＵ１００は、第２ジャイロスコープ１０４のヨー軸１１８によって検知される回転の内、入力軸１１２に対応する部分を計算するように構成される。この計算に基づいて、ＩＭＵ１００は、第２ジャイロスコープ１０４によってそのヨー軸１１８を中心として検知される回転に基づいて、入力軸１１２を中心とする速度を判定することができる。

[0016] 傾斜角１２０は、０度（０度では、ヨー軸１１８は基準面１２４と平行になる）よりも大きく、最大傾斜までの角度から選択することができ、最大傾斜は傾斜定数のアークサインとなる。傾斜定数は、ヨー軸１１８を中心として第２ジャイロスコープ１０４が検知することができる最大定格回転速度を、入力軸１１２を中心として測定される所望の最大回転速度で除算した値に等しい。以上で論じた例では、第２ジャイロスコープ１０４がヨー軸１１８を中心として検知することができる最大定格回転速度は、２０００ｄｐｓであり、入力軸１１２を中心として測定すべき最大所望回転速度は、９１００ｄｐｓである。したがって、最大傾斜は、２０００／９１００のアークサインであり、約１２．７度となる。第２ジャイロスコープ１０４のこの動作範囲例を仮定すると、ヨー軸１１８が基準面１２４よりも１２．７度よりも多く外れている場合、ＩＭＵ１００によって測定可能な最大速度は９１００ｄｐｓ未満となる。したがって、この例では、傾斜角１２０は、０よりも大きく、１２．７度まで、かつ１２．７度を含む角度とすることができる。傾斜角１２０が１２．７度よりも小さい場合、ＩＭＵ１００は、９１００ｄｐｓよりも高い最大速度を測定することができる。しかしながら、傾斜角が０に近づく程、測定の感度は低下する。このような例の実施態様では、第２ジャイロスコープ１０４に対する傾斜角１２０は、最大傾斜（例えば、１２．７度）に設定される。

[0017] 第２ジャイロスコープ１０４に対する傾斜角１２０は、第２ジャイロスコープ１０４が実装される印刷回路ボードに関してある角度（傾斜角度１２０）で、第２ジャイロスコープ１０４を実装することによって得ることができる。次いで、印刷回路ボードが基準面１２４に平行になるように、典型的な様態で印刷回路ボードを筐体１１０内に実装することができる。このような実装では、入力軸１１２は印刷回路ボードを垂直に貫通し、通例ＩＭＵ１００全体を通過し、第２ジャイロスコープ１０４は印刷回路ボードに関して傾斜角１２０で配向される。具体的には、第２ジャイロスコープ１０４の配向は、ピッチ軸１１６が入力軸１１２に対して垂直となり、ヨー軸１１８が印刷回路ボードに対して傾斜角１２０だけ傾斜するように選択することができる。このような第２ジャイロスコープ１０４の傾斜実装(angled mounting)は、第２ジャイロスコープ１０４と印刷回路ボードとの間に楔(wedge)を配置することによって行うことができる。代替例では、第２ジャイロスコープ１０４を印刷回路ボードに通常通りに（即ち、印刷回路ボードに平行に）実装し、印刷回路ボードを筐体１１０に関して傾斜角１２０で実装することによって、第２ジャイロスコープを傾斜角１２０で配向することができる。

[0018] 代替例では、第２ジャイロスコープ１０４は、ヨー軸１１８およびピッチ軸１１６の双方が基準面１２４に対して傾斜角１２０で配向されるように、配置することができる。このような配向は、第２ジャイロスコープ１０４と印刷回路ボードとの間に楔を配置することによって、または印刷回路ボードを筐体１１０に関して傾斜させることによってというように、以上で説明したやり方のいずれでも達成することができる。このような配向では、ピッチ軸１１６によって検知される回転の一部が、入力軸１１２を中心とする回転に対応する。ＩＭＵ１００は、第２ジャイロスコープ１０４のピッチ軸１１６によって検知された回転の内、入力軸１１２に対応する部分を計算するように構成される。明確化のために、ヨー軸１１８によって検知される回転の内、入力軸１１２を中心とする回転に対応しＩＭＵ１００によって計算される部分を、第１回転速度と呼ぶことができ、ピッチ軸１１６によって検知された回転の内、入力軸１１２を中心とする回転に対応しＩＭＵ１００によって計算される部分を、第２回転速度と呼ぶことができる。ピッチ軸１１６およびヨー軸１１８の双方が傾斜角１２０で配向される例では、ＩＭＵ１００は、第１回転速度および第２回転速度の双方に基づいて、入力軸１１２を中心とする回転速度を判定することができる。具体的には、ＩＭＵ１００は、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせて（例えば、平均を取る）、入力軸１１２を中心とする回転速度判定の信号対ノイズ比を改善するように構成することができる。

[0019] ピッチ軸１１６およびヨー軸１１８の双方が傾斜角１２０で配向される例の第１実施態様では、ピッチ軸１１６およびヨー軸１１８の双方が基準面１２４の同じ側（例えば、上）に配置されるように、第２ジャイロスコープ１０４が配置される。ピッチ軸１１６およびヨー軸１１８の双方が傾斜角１２０で配向される例の第２実施態様では、ピッチ軸１１６またはヨー軸１１８の一方が基準面１２４の一方側（例えば上）に配置され、他方の軸（ヨー１１８またはピッチ１１６）が他方側（例えば、基準面１２４の下）に配置されるように、第２ジャイロスコープのダイが配置される。それぞれの軸１１６、１１８を基準面１２４のどちらか一方の側に有する配向では、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせるとき、ある共通モード誤差を打ち消すことができるであろう。

[0020] 図１に示す例では、第１ジャイロ１０２は、その軸１２２の１本が入力軸１１２に実質的に平行になるように配向される。第１ジャイロ１０２は、この配向を達成するためには、任意の適したやり方で実装することができる。例えば、入力軸１１２がＩＭＵ１００および印刷回路ボードに対して垂直に貫通するように印刷回路ボードがＩＭＵ１００内に配置される場合、第１ジャイロスコープ１０２は、印刷回路ボードの表面に対して通常に（即ち平行に）実装することができる。

[0021] 図２は、２つのジャイロスコープ２０２、２０４、加速度計２０６、および磁力計２０８を有する他の例のＩＭＵ２００の断面図である。一例では、センサ２０２、２０４、２０６、および２０８の各々は、相互に直交する軸の各々を中心とするそれぞれの現象を検知するように構成された三次元センサである。いずれの場合でも、２つのジャイロスコープ２０２、２０４は、ロール、ピッチ、およびヨー軸の各々を中心とする回転を検知するように構成された三次元ジャイロスコープである。一例では、センサ２０２、２０４、２０６、２０８の各々はダイであり、図１に関して以上で説明したやり方のいずれかで、印刷回路ボード（図示せず）に実装される。印刷回路ボードは、ＩＭＵ２００用筐体２１０内に実装される。

[0022] 図１に示した例と同様、第２ジャイロスコープ２０４は入力軸２１２に関して傾斜されており、入力軸２１２は、所望の高回転速度がＩＭＵ２００によって測定される軸である。第２ジャイロスコープ２０４は、第２ジャイロスコープ１０４に関して先に論じたのと同様に傾斜させることができる。図２に示す例では、しかしながら、第１ジャイロスコープ２０２も入力軸２１２に関して傾斜されている。第１ジャイロスコープ２０２は、第２ジャイロスコープ２０４と同様に傾斜させることができる。したがって、第１および第２ジャイロスコープ・ダイ２０２、２０４が、それらのそれぞれのヨー軸を中心として検知できる最大定格回転速度が２０００ｄｐｓであり、入力軸２１２を中心として測定される所望の最大回転速度が９１００ｄｐｓである場合、第１および第２ジャイロスコープ・ダイ２０２、２０４は、それらのそれぞれのヨー軸が基準面２２４に関して１２．７度の傾斜角２２０を有するように、配置することができ、基準面２２４は入力軸１１２に対して垂直となる。１つよりも多いジャイロスコープ２０２、２０４が入力軸２１２に関して傾斜角２２０で配置されると、ＩＭＵ２００は、それぞれのジャイロスコープ２０２、２０４によって検知される各（例えば、２つの）ヨー軸の成分を組み合わせて（例えば、平均を取り）、測定の信号対ノイズ比を改善するように構成することができる。

[0023] 一例では、第１ジャイロスコープ２０２および第２ジャイロスコープ２０４は、それらのそれぞれのヨー軸が互いに平行となるように配置することができる。他の例では、第２ジャイロスコープ２０２のヨー軸を、第２ジャイロスコープ２０４のヨー軸２１８とは異なる方向に配向することができるが、双方のヨー軸は傾斜角２２０で配向される。ジャイロスコープ２０２、２０４を異なる方向に配向すると、ＩＭＵ１００がジャイロスコープ２０２、２０４からの信号における共通モード・ノイズを識別し濾波することを可能にすることができる。信号における共通モード・ノイズを濾波する能力を補助するために、一実施態様では、多数の（例えば、２つの）ジャイロスコープ２０２、２０４は実質的に同一である。多数のジャイロスコープ２０２、２０４が異なる方向に配向される例の一実施態様では、第１ジャイロスコープ２２０の正のヨー軸が、第２ジャイロスコープ２０４の正のヨー軸からほぼ反対方向を指し示すように（傾斜角２２０にもかかわらず）、 第１ジャイロスコープ２０２は、第２ジャイロスコープ２０４に関して１８０度回転させられる。このような実施態様を図２に示す。

[0024] ある例では、多数のジャイロスコープ２０２、２０４の内１つ以上の２本の軸（例えば、ピッチおよびヨー軸）は、第２ジャイロスコープ１０４に関して先に論じたのと同様に、基準面２２４に関して傾斜角２２０で配向することができる。

[0025] 第２ジャイロスコープ１０４を傾斜角１２０で配向することに関して以上で論じたやり方のいずれでも、第１および第２ジャイロスコープ２０２、２０４を傾斜角度２２０で配向することができる。例えば、ジャイロスコープ２０２、２０４の一方または双方の直下に楔を置くことができ、および／またはジャイロスコープ２０２、２０４が実装される印刷回路ボードを、筐体２１０に関してある角度で配向することができる。その他の例では、２つよりも多いジャイロスコープを、入力軸２１２に関して傾斜角２２０で配向することができ、ＩＭＵ２００は、２つよりも多いジャイロスコープ・ダイの各々からの出力をしかるべく組み合わせる（例えば、平均を取る）ように構成することができる。

[0026] 図３Ａ〜図３Ｃは、ＩＭＵ１お００またはＩＭＵ２００あるいは双方とすることができるＩＭＵ３００のコンポーネントを示す図の例である。図示のように、ＩＭＵ３００は、印刷回路ボード３１０を含み、その第１側に、２つのジャイロスコープ・ダイ３０２、３０４、加速度計ダイ３０６、および磁力計ダイ３０８が実装されている。理解されて当然であるが、他の例では、他の数のジャイロスコープ・ダイ（１つまたは複数）、加速度計ダイ（１つまたは複数）、および磁力計ダイ（１つまたは複数）を使用することができる。印刷回路ボード３１０１０は、筐体３１２（図３Ｃに示す）の内側に実装することができる。一例では、ジャイロスコープ・ダイ３０２、３０４、加速度計ダイ３０６、および磁力計ダイ３０８は、印刷回路ボード３１０の第１側（図３Ａに示す）に実装され、１つ以上の処理デバイスを１つ以上のデータ記憶デバイスと共に有する１つ以上のダイ３２２は、印刷回路ボード３１０の逆側（図３Ｂに示す）に実装される。１つ以上のデータ記憶デバイスは、命令を含むことができ、この命令が１つ以上の処理デバイスによって実行されると、この１つ以上の処理デバイスに、入力軸１１２、２１２を中心とする高回転速度を測定するために、以上で説明したＩＭＵ１００、２００の機能を実現させる。

[0027] 図４は、ＩＭＵ１００、２００を使用して入力軸１１２、２１２を中心とする回転を判定する方法例４００の流れ図である。ＩＭＵ１００、２００は、入力軸１１２、２１２に関して傾斜関係で配置された１つ以上のジャイロスコープ１０４、２０２、２０４を有する。以上で説明したように、１つ以上のジャイロスコープ・ダイ１０４、２０２、２０４は、３本の互いに直交する軸の各々を中心とする回転を検知するように構成された三次元（例えば、三軸）センサである。

[0028] 方法４００は、ジャイロスコープ１０４、２０４の第１軸１１８を中心とする回転を検知するステップを含む（ブロック４０２）。第１軸１１８は、基準面１２４、２２４に関して傾斜角１２０、２２０で配向されたジャイロスコープ１０４、２０４の軸である。ジャイロスコープ１０４、２０４が、第２軸１１６および第１軸１１８の双方が基準面１２４、２２４に関して傾斜角１２０、２２０で配向されるように配向される例では、第２軸１１６を中心とする回転も検知することができる（ブロック４０４）。第３軸１１４を中心とする回転も検知し、他の目的に使用することができるが、この例では、入力軸１１２、２１２を中心とする高速回転速度を測定するには役立たない。

[0029] 多数のジャイロスコープ１０２、１０４、２０２、２０４が使用される例では、追加のジャイロスコープ１０２、２０２の各々によって回転を検知することができる（ブロック４０６）。例えば、このような追加のジャイロスコープ１０２が、その軸１２２の１本が入力軸１１２と平行になるように配置される場合、入力軸１１２と平行である軸１２２を中心とする回転を検知することができるが、この測定は、入力軸１１２を中心とする高速回転を判定するためには使用することができない。このような追加のジャイロスコープ２０２が入力軸２１２と傾斜関係で配置される場合、ブロック４０２および４０４に関して以上で説明したようなやり方で、追加のジャイロスコープ・ダイ２０２の軸の内１本または２本によって回転を検知することができる。結果的に、２つのジャイロスコープ２０２、２０４を入力軸と傾斜関係で配置すると、４本までのジャイロスコープ軸からの高回転速度測定値を得ることができる。

[0030] 一旦それぞれの軸を中心とする回転が検知されたなら、ＩＭＵ１００、２００における１つ以上の処理デバイスは、ジャイロスコープ１０２、１０４、２０２、２０４によって検知された回転に基づいて、入力軸１１２、２１２を中心とする回転の速度を計算することができる。１つのジャイロスコープ１０４の１本の軸１１８が基準面１２４に関して傾斜される例では、入力軸１１２を中心とする回転の速度を計算するには、ジャイロスコープ１０４の第１軸１１８（即ち、傾斜角１２０がある軸）を中心とする回転の速度を、度を単位とする傾斜角のサインで除算することを含む（ブロック４０８）。この計算結果は、入力軸１１２を中心とする回転の速度となる。

[0031] １つのジャイロスコープの２本の軸１１６、１１８が基準面１２４に関して傾斜角１２０で傾斜される例では、入力軸１１２を中心とする回転の速度を計算するには、ジャイロスコープ１０４の第１傾斜軸１１８を中心とする回転速度を、度を単位とする傾斜角のサインで除算することによって第１回転速度を計算すること、そしてジャイロスコープ１０４の第２傾斜軸１１６を中心とする回転速度を、度を単位とする傾斜角のサインで除算することによって第２回転速度を計算することを含むことができる（ブロック４０８）。次いで、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせる（例えば、平均を取る）ことによって、入力回転速度を計算することができ、２本の軸１１６、１１８が基準面１２４の対向する両側にある実施態様において、あらゆる符号の相違を確実に考慮することができる（ブロック４１０）。

[0032] 一例では、多数のジャイロスコープ２０２、２０４が、基準面２２４に関して傾斜角１２０で傾斜された１本以上の軸を有する場合、入力軸２１２を中心とする回転速度を計算するには、傾斜軸毎にそれぞれの回転速度を測定し（ブロック４０８）、次いで全ての回転速度を一緒に組み合わせ（例えば、平均を取る）（あらゆる符号の相違を考慮に入れる）、入力軸２１２について回転速度を判定する（ブロック４１０）ことを含むことができる。尚、多数のジャイロスコープは、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のジャイロスコープを含むことができ、各々が、傾斜された１本以上の軸を有することは理解されてしかるべきである。

[0033] ある例では、回転速度をＩＭＵ１００に出力する前に、当業者には周知のように、入力軸２１２について判定された回転速度に対して更なる処理を実行することもできる。

[0034] 尚、「ロール」、「ピッチ」、および「ヨー」のそれぞれのジャイロスコープ・ダイ１０２、１０４、２０２、２０４の軸に対する指定は、一例に過ぎないことは理解されてしかるべきである。したがって、ある実施態様では、所与の実施態様において指定された「ピッチ」または「ヨー」軸が、「ロール」軸１１４、２１４について本明細書で説明したように配向され使用されてもよい。即ち、所与の実施態様において指定される「ピッチ」または「ヨー」軸を第１／所望の軸に関して傾斜角で配向することができ、本明細書において説明した「ロール」軸をそれぞれ「ピッチ」または「ヨー」軸と置き換えることによって、以上の方法４００を使用して第１／所望軸を中心とする回転を判定することができる。「ロール」、「ピッチ」、および「ヨー」軸間における他の対応する置き換えも行われるであろう。
実施形態例
[0035] 例１は、入力軸を中心とする入力回転速度を測定するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含む。このＩＭＵは、第１三次元ジャイロスコープであって、第１ジャイロスコープが第１組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成され、第１ジャイロスコープが、第１組の３本の軸の内第１軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように配置され、基準面が入力軸に対して垂直である、第１三次元ジャイロスコープと、第１ジャイロスコープに結合された１つ以上の処理デバイスと、１つ以上の処理デバイスに結合された１つ以上のデータ記憶デバイスであって、１つ以上のデータ記憶デバイスが命令を含み、１つ以上の処理デバイスによって実行されると、１つ以上の処理デバイスに、第１軸を中心とする検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて、入力回転速度を計算させる、１つ以上のデータ記憶デバイスとを含む。

[0036] 例２は、例１のＩＭＵを含み、傾斜定数は、第１ジャイロスコープが第１軸を中心として検知すると評定された最大回転速度を、入力軸を中心として測定されるべき最大回転速度で除算した値に等しく、傾斜角は傾斜定数のアークサイン以下の角度である。

[0037] 例３は、例１〜２のいずれかのＩＭＵを含み、基準面と整列するように配置された印刷回路ボードを含み、第１ジャイロスコープは、印刷回路ボードに関して前述の傾斜角でこの印刷回路ボード上に実装される。

[0038] 例４は、例３のＩＭＵを含み、第１ジャイロスコープを印刷回路ボードに関して前述の傾斜角で配置するために、印刷回路ボードと第１ジャイロスコープとの間に配置された楔を含む。

[0039] 例５は、例１〜２のいずれかのＩＭＵを含み、筐体と、筐体内に実装される印刷回路ボードとを含み、第１ジャイロスコープが印刷回路ボード上に実装され、印刷回路ボードが基準面に関して傾斜角で実装される。

[0040] 例６は、例１〜５のいずれかのＩＭＵを含み、第２三次元ジャイロスコープを含み、第２ジャイロスコープは、第２組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知すると評定され、第２ジャイロスコープは、第２組の３本の軸の内第２軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角で配向されるように配置され、第１軸を中心として検知された回転速度を傾斜角のサインで除算した値が、第１回転速度となり、前述の命令が、１つ以上の処理デバイスに、第２軸を中心として検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて、第２回転速度を計算させ、更に第１回転速度を第２回転速度と組み合わせることに基づいて、入力回転速度を計算させる。

[0041] 例７は、例６のＩＭＵを含み、第１回転速度および第２回転速度を組み合わせると、共通モード誤差が相殺されるように、第２ジャイロスコープは、その第２軸が、第１ジャイロスコープの第１軸とはほぼ逆方向に向けられるように、配向される。

[0042] 例８は、例１〜７のいずれかのＩＭＵを含み、第１組の３本の軸の内第３軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように、第１ジャイロスコープが配置され、第１軸を中心として検知された回転速度を傾斜角のサインで除算した値が第１回転速度となり、前述の命令が、１つ以上の処理デバイスに、第３軸を中心として検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて第３回転速度を計算させ、更に第１回転速度を第３回転速度と組み合わせることに基づいて入力回転速度を計算させる。

[0043] 例９は、入力軸を中心とする入力回転速度を判定する方法を含む。この方法は、第１三次元ジャイロスコープの第１軸を中心とする第１回転速度を検知するステップであって、第１ジャイロスコープが、第１組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成され、第１軸が第１組の３本の軸の中にあり、第１軸が基準面から度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように、第１ジャイロスコープが配置され、基準面が入力軸に対して垂直である、ステップと、第１回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて、入力回転速度を計算するステップとを含む。

[0044] 例１０は、例９の方法を含み、傾斜定数は、第１ジャイロスコープが第１軸を中心として検知することが評定される最大回転速度を、入力軸を中心として測定される最大回転速度で除算した値に等しく、傾斜角は傾斜定数のアークサイン以下の角度である。

[0045] 例１１は、例９〜１０のいずれかの方法を含み、入力回転速度を計算するステップが、入力回転速度を、第１回転速度を傾斜角のサインで除算した値に等しく設定するステップを含む。

[0046] 例１２は、例９〜１１のいずれかの方法を含み、第２三次元ジャイロスコープの第２軸を中心とする第２回転速度を検知するステップを含み、第２ジャイロスコープが、第２組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成され、第２軸が第２組の三本の軸の中にあり、第２軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように、第２ジャイロスコープが配置され、入力回転速度を計算するステップが、第２回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて第２回転速度を計算するステップと、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせることに基づいて入力回転速度を計算するステップとを含む。

[0047] 例１３は、例１２の方法を含み、第１回転速度および第２回転速度を組み合わせると共通モード誤差が相殺されるように、第２ジャイロスコープは、その第２軸が第１ジャイロスコープの第１軸のほぼ反対方向に向けられるように配向される。

[0048] 例１４は、例９〜１３のいずれかの方法を含み、第１ジャイロスコープの第１組の３本の軸の内第３軸を中心とする第３回転速度を検知するステップを含み、第３軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように、第１ジャイロスコープが構成され、入力回転速度を計算するステップが、第３回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて第３回転速度を計算するステップと、第１回転速度を第３回転速度と組み合わせることに基づいて入力回転速度を計算するステップとを含む。

[0049] 例１５は、入力軸を中心とする入力回転速度を測定するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含む。このＩＭＵは、筐体と、筐体内に実装された印刷回路ボードと、印刷回路ボード上に実装された第１三次元ジャイロスコープ・ダイであって、第１ジャイロスコープ・ダイが第１組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成され、第１組の３本の軸の内第１軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけず外れて配向されるように第１ジャイロスコープ・ダイが配置され、基準面が入力軸に対して垂直である、第１三次元ジャイロスコープ・ダイと、印刷回路ボード上に実装された第２三次元ジャイロスコープ・ダイであって、第２組の３本の互いに直交する軸を中心とする回転を検知するように構成された、第２三次元ジャイロスコープ・ダイと、印刷回路ボードに実装され、更に第１ジャイロスコープ・ダイおよび第２ジャイロスコープ・ダイに結合された１つ以上の処理デバイスと、１つ以上の処理デバイスに結合された１つ以上のデータ記憶デバイスとを含み、この１つ以上のデータ記憶デバイスは命令を含み、この命令が１つ以上の処理デバイスによって実行されると、１つ以上の処理デバイスに、第１軸を中心とする検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することによって第１回転速度を計算させ、更に第１回転速度、および第２組の３本の互いに直交する軸の内第２軸を中心とし第２ジャイロスコープによって検知された回転速度に基づいて、入力回転速度を計算させる。

[0050] 例１６は、例１５のＩＭＵを含み、傾斜定数は、第１ジャイロスコープが第１軸を中心として検知することが評定される最大回転速度を、入力軸を中心として測定される最大回転速度で除算した値に等しく、傾斜角は傾斜定数のアークサイン以下の角度である。

[0051] 例１７は、例１５〜１６のいずれかのＩＭＵを含み、第２ジャイロスコープ・ダイが、第２軸が基準面と平行になるように配置される。
[0052] 例１８は、例１５〜１７のいずれかのＩＭＵを含み、第２ジャイロスコープ・ダイが、第２軸が基準面から度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように配置され、前述の命令が、１つ以上の処理デバイスに、第２軸を中心とする検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて第２回転速度を計算させ、入力回転速度の計算が、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせることを含む。

[0053] 例１９は、例１８のＩＭＵを含み、第１回転速度を第２回転速度と組み合わせると、共通モード誤差が相殺されるように、第２ジャイロスコープ・ダイは、その第２軸が第１ジャイロスコープ・ダイの第１軸のほぼ反対方向に向けられるように配向される。

[0054] 例２０は、例１５〜１９のいずれかのＩＭＵを含み、第１ジャイロスコープ・ダイが、第１組の３本の軸の内第３軸が、基準面から、度を単位とする傾斜角だけ外れて配向されるように配置され、前述の命令が、１つ以上の処理デバイスに、第３軸を中心とする検知された回転速度を傾斜角のサインで除算することに基づいて第３回転速度を計算させ、入力回転速度の計算が、第１回転速度を第３回転速度と組み合わせることを含む。

Claims (3)

1. 入力軸（１１２、２１２）を中心とする入力回転速度を測定するための慣性測定ユニット（ＩＭＵ）（１００、２００、３００）であって、
   第１三次元ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）であって、前記第１ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）が第１組の３本の互いに直交する軸（１１４、１１６、１１８、２１４、２１６、２１８）を中心とする回転を検知するように構成され、前記第１ジャイロスコープ（１０４）が、前記第１組の３本の軸（１１４、１１６、１１８、２１４、２１６、２１８）の内第１軸（１１８、２１８）が、基準面（１２４、２２４）から、度を単位とする傾斜角（１２０、２２０）だけ外れて配向されるように配置され、前記基準面（１２４、２２４）が前記入力軸（１１２、２１２）に対して垂直である、第１三次元ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）と、
   前記第１ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）に結合された１つ以上の処理デバイス（３２２）と、
   前記１つ以上の処理デバイス（３２２）に結合された１つ以上のデータ記憶デバイス（３２２）であって、前記１つ以上のデータ記憶デバイス（３２２）が命令を含み、前記１つ以上の処理デバイス（３２２）によって実行されると、前記１つ以上の処理デバイス（３２２）に、前記第１軸（１１８、２１８）を中心として検知された回転速度を前記傾斜角（１２０、２２０）のサインで除算することに基づいて、前記入力回転速度を計算させる、１つ以上のデータ記憶デバイス（３２２）と、
   を含む、慣性測定ユニット（１００、２００、３００）。
2. 請求項１記載のＩＭＵ（１００、２００、３００）において、傾斜定数が、前記第１ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）が前記第１軸（１１８、２１８）を中心として検知するように評定された最大回転速度を、前記入力軸（１１２、２１２）を中心として測定されるべき最大回転速度で除算した値に等しく、
   前記傾斜角（１２０、２２０）が、前記傾斜定数のアークサイン以下の角度である、ＩＭＵ（１００、２００、３００）。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のＩＭＵ（１００、２００、３００）であって、前記第１ジャイロスコープ（１０４、２０４、３０４）が、前記第１組の３本の軸（１１４、１１６、１１８、２１４、２１６、２１８）の内第２軸（１１６、２１６）が、前記基準面（１２４、２２４）から、度を単位とする傾斜角（１２０、２２０）だけ外れて配向されるように配置され、
   前記第１軸（１１８、２１８）を中心として検知された回転速度を前記傾斜角（１２０、２２０）のサインで除算した値が、第１回転速度であり、
   前記命令が、前記１つ以上の処理デバイス（３２２）に、前記第２軸（１１６、２１６）を中心として検知された回転速度を前記傾斜角（１２０、２２０）で除算することに基づいて第２回転速度を計算させ、更に前記第１回転速度と前記第２回転速度とを組み合わせることに基づいて前記入力回転速度を計算させる、ＩＭＵ（１００、２００、３００）。
   

Images