JP2022158236A - センサーモジュールおよび計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出精度を有するセンサーモジュールおよび計測ユニットを提供すること。【解決手段】センサーモジュールは、角速度センサーデバイスと、加速度センサーデバイスと、前記角速度センサーデバイスおよび前記加速度センサーデバイスからの出力信号を処理する信号処理回路と、を有する複数の慣性計測ユニットと、前記複数の慣性計測ユニットを同期する同期クロックを発信する発振回路と、を有する。また、前記発振回路は、前記複数の慣性計測ユニットの１つが有する。【選択図】図３

Description

本発明は、センサーモジュールおよび計測システムに関する。

例えば、特許文献１に記載の物理量検出装置は、複数のＸ軸加速度センサーと、複数のＹ軸加速度センサーと、複数のＺ軸加速度センサーと、を有する。このように、Ｘ軸加速度センサー、Ｙ軸加速度センサーおよびＺ軸加速度センサーをそれぞれ複数設置することにより、Ｘ軸加速度信号、Ｙ軸加速度信号およびＺ軸加速度信号のＳ／Ｎ比の向上を図っている。

特開２０１９－６０６８９号公報

しかしながら、複数のＸ軸加速度センサーの検出信号取得タイミングが互いにずれてしまうと、かえって検出精度が悪化するおそれがある。Ｙ軸加速度センサーおよびＺ軸加速度センサーについても同様である。

本発明のセンサーモジュールは、角速度センサーデバイスと、加速度センサーデバイスと、前記角速度センサーデバイスおよび前記加速度センサーデバイスからの出力信号を処理する信号処理回路と、を有する複数の慣性計測ユニットと、
前記複数の慣性計測ユニットを同期する同期クロックを発信する発振回路と、を有することを特徴とする。

本発明の計測システムは、上述のセンサーモジュールと、
前記センサーモジュールと電気的に接続されているホストデバイスと、を有することを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。 親機である慣性計測ユニットを示すブロック図である。 信号処理回路の回路構成を示すブロック部である。 第２実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。

以下、本発明のセンサーモジュールおよび計測システムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。図２は、親機である慣性計測ユニットを示すブロック図である。図３は、信号処理回路の回路構成を示すブロック部である。

図１に示すように、計測システム１０は、センサーモジュール１と、センサーモジュール１と電気的に接続されたホストデバイス９と、を有する。また、センサーモジュール１は、実装基板２と、実装基板２に実装された４つの慣性計測ユニット３（IMU：Inertial Measurement Unit）と、を有する。

また、図１に示すように、４つの慣性計測ユニット３は、実装基板２上において互いに離間して配置されている。特に、本実施形態では、互いになるべく離間して配置されている。これにより、慣性計測ユニット３間の干渉を抑えることができ、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。本実施形態では、実装基板２が略正方形の平面視形状を有するため、実装基板２の四隅に離散して４つの慣性計測ユニット３が配置されている。これにより、４つの慣性計測ユニット３同士をなるべく離間して配置することができる。ただし、実装基板２の形状や、４つの慣性計測ユニット３の配置としては、特に限定されない。

次に、慣性計測ユニット３について説明する。図１に示すように、４つの慣性計測ユニット３には、親機としての１つの慣性計測ユニット３Ａと、子機としての３つの慣性計測ユニット３Ｂと、が含まれている。

図２に示すように、慣性計測ユニット３Ａは、角速度センサーデバイスとしての３軸角速度センサーデバイス４Ａおよび加速度センサーデバイスとしての３軸加速度センサーデバイス５Ａと、これら各デバイス４Ａ、５Ａからの出力信号を処理する信号処理回路６Ａと、後述する同期クロックＣＬＫを出力する出力端子６６と、を有する。

３軸角速度センサーデバイス４Ａは、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚをそれぞれ独立して検出し、デジタルのＸ軸角速度のデータＤωｘ、Ｙ軸角速度のデータＤωｙおよびＺ軸角速度のデータＤωｚを出力する。

また、３軸角速度センサーデバイス４Ａは、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出するＸ軸角速度センサー４ｘと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出するＹ軸角速度センサー４ｙと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出するＺ軸角速度センサー４ｚと、これら各センサー４ｘ、４ｙ、４ｚからの検出信号を処理して各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚを出力する信号処理回路４０と、を有する。

信号処理回路４０は、図示しないが、例えば、各センサー４ｘ、４ｙ、４ｚからの検出信号を増幅する増幅回路、検出信号に対する同期検波を行う同期検波回路等を含むアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路等を含む。Ａ／Ｄ変換回路は、例えば、Ｘ軸角速度のアナログ信号と、Ｙ軸角速度のアナログ信号と、Ｚ軸角速度のアナログ信号とを時分割にデジタルデータにＡ／Ｄ変換する。

ただし、３軸角速度センサーデバイス４Ａの構成については、特に限定されない。例えば、Ｘ軸まわりの角速度ωｘを検出しＸ軸角速度のデータＤωｘを出力するＸ軸角速度センサーデバイスと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出しＹ軸角速度のデータＤωｙを出力するＹ軸角速度センサーデバイスと、Ｚ軸まわりの角速度ωｚを検出しＺ軸角速度のデータＤωｚを出力するＺ軸角速度センサーデバイスと、が一体となっていてもよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸から１つまたは２つの検出軸を省略してもよい。

３軸加速度センサーデバイス５Ａは、Ｘ軸方向の加速度Ａｘ、Ｙ軸方向の加速度ＡｙおよびＺ軸方向の加速度Ａｚをそれぞれ独立して検出し、デジタルのＸ軸加速度のデータＤＡｘ、Ｙ軸加速度のデータＤＡｙおよびＺ軸加速度のデータＤＡｚを出力する。

また、３軸加速度センサーデバイス５Ａは、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出するＸ軸加速度センサー５ｘと、Ｙ軸方向の加速度Ａｙを検出するＹ軸加速度センサー５ｙと、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出するＺ軸加速度センサー５ｚと、これら各センサー５ｘ、５ｙ、５ｚからの検出信号を処理してデータＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを出力する信号処理回路５０と、を有する。

信号処理回路５０は、図示しないが、例えば、各センサー５ｘ、５ｙ、５ｚからの検出信号を増幅する増幅回路、検出信号に対する同期検波を行う同期検波回路等を含むアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路等を含む。Ａ／Ｄ変換回路は、例えば、Ｘ軸加速度のアナログ信号と、Ｙ軸加速度のアナログ信号と、Ｚ軸加速度のアナログ信号とを時分割にデジタルデータにＡ／Ｄ変換する。

ただし、３軸加速度センサーデバイス５Ａの構成については、特に限定されない。例えば、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出しＸ軸加速度のデータＤＡｘを出力するＸ軸加速度センサーデバイスと、Ｙ軸方向の加速度Ａｙを検出しＹ軸加速度のデータＤＡｙを出力するＹ軸加速度センサーデバイスと、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出しＺ軸加速度のデータＤＡｚを出力するＺ軸加速度センサーデバイスと、が一体となっていてもよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸から１つまたは２つの検出軸を省略してもよい。

信号処理回路６Ａは、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能なプログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶されたプログラムを読み込んで実行する。

図３に示すように、信号処理回路６Ａは、３軸角速度センサーデバイス４Ａおよび３軸加速度センサーデバイス５Ａからの各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを処理する信号処理部６０と、信号処理部６０で処理したデータを外部のホストデバイス９に送信するホストインターフェース６４と、同期クロックＣＬＫを生成する発振回路６５と、を有する。

信号処理部６０は、例えば、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを時分割で処理する。また、信号処理部６０は、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを処理する第１信号処理部６１と、第１信号処理部６１で処理された各データをさらに処理する第２信号処理部６２と、第２信号処理部６２で処理された各データをさらに処理する第３信号処理部６３と、を有する。

なお、第１信号処理部６１、第２信号処理部６２および第３信号処理部６３が行う処理内容としては、特に限定されない。本実施形態では、第１信号処理部６１は、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚからノイズを除去して各データＤωｘ１、Ｄωｙ１、Ｄωｚ１、ＤＡｘ１、ＤＡｙ１、ＤＡｚ１を出力するフィルタリング回路である。また、第２信号処理部６２は、各データＤωｘ１、Ｄωｙ１、Ｄωｚ１、ＤＡｘ１、ＤＡｙ１、ＤＡｚ１に対して温度補償を行い各データＤωｘ２、Ｄωｙ２、Ｄωｚ２、ＤＡｘ２、ＤＡｙ２、ＤＡｚ２を出力する温度補償回路である。また、第３信号処理部６３は、各データＤωｘ２、Ｄωｙ２、Ｄωｚ２、ＤＡｘ２、ＤＡｙ２、ＤＡｚ２に対して座標変換のための行列計算を行い各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３を出力する行列計算回路である。

各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚは、３軸角速度センサーデバイス２および３軸加速度センサーデバイス３のセンサーにそれぞれ対応していてもよい。各データＤωｘ１、Ｄωｙ１、Ｄωｚ１、ＤＡｘ１、ＤＡｙ１、ＤＡｚ１は、３軸角速度センサーデバイス２および３軸加速度センサーデバイス３のセンサーにそれぞれ対応していてもよい。各データＤωｘ２、Ｄωｙ２、Ｄωｚ２、ＤＡｘ２、ＤＡｙ２、ＤＡｚ２は、３軸角速度センサーデバイス２および３軸加速度センサーデバイス３のセンサーにそれぞれ対応していてもよい。各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３は、３軸角速度センサーデバイス２および３軸加速度センサーデバイス３のセンサーにそれぞれ対応していてもよいし、例えば、演算により得られる姿勢データ、位置データ、などであってもよい。つまり、各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３は、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚにそれぞれ対応するものであってもよいし、対応しなくてもよい。ここで、第１信号処理モードＭ１でホストデバイス５に出力する各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３は、例えば、演算により得られる姿勢データや位置データであってもよい。

ただし、信号処理部６０の構成としては、特に限定されず、これらのうちの１つまたは２を省略してもよいし、さらに異なる処理を行う信号処理部を含んでいてもよい。

ホストインターフェース６４は、信号処理部６０から出力された各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３をホストデバイス９に送信する。ホストインターフェース６４としては、特に限定されないが、例えば、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）である。ただし、これに限定されず、例えば、Ｉ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース回路であってもよい。

図３に示すように、子機としての慣性計測ユニット３Ｂは、角速度センサーデバイスとしての３軸角速度センサーデバイス４Ｂおよび加速度センサーデバイスとしての３軸加速度センサーデバイス５Ｂと、これら各デバイス４Ｂ、５Ｂからの出力信号を処理する信号処理回路６Ｂと、慣性計測ユニット３Ａからの同期クロックＣＬＫが入力される入力端子６７と、を有する。３軸角速度センサーデバイス４Ｂは、３軸角速度センサーデバイス４Ａと同様の構成であり、３軸加速度センサーデバイス５Ｂは、３軸加速度センサーデバイス５Ａと同様の構成である。

一方、信号処理回路６Ｂは、図３に示すように、３軸角速度センサーデバイス４Ｂおよび３軸加速度センサーデバイス５Ｂからの各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを処理する信号処理部６０と、信号処理部６０で処理したデータを外部のホストデバイス９に送信するホストインターフェース６４と、を有する。信号処理部６０およびホストインターフェース６４の構成は、慣性計測ユニット３Ａが有するものと同様である。

このように、慣性計測ユニット３Ａに出力端子６６を設け、各慣性計測ユニット３Ｂに入力端子６７を設けることにより、４つの慣性計測ユニット３を容易に同期させることができる。また、このような方法によれば、慣性計測ユニット３Ｂから発振回路６５を省略することもできるため、慣性計測ユニット３Ｂの簡素化を図ることもできる。

なお、以下では、３軸角速度センサーデバイス４Ａ、４Ｂを区別しない場合はこれらをまとめて「３軸角速度センサーデバイス４」とも言い、３軸加速度センサーデバイス５Ａ、５Ｂを区別しない場合はこれらをまとめて「３軸加速度センサーデバイス５」とも言い、信号処理回路６Ａ、６Ｂを区別しない場合はこれらをまとめて「信号処理回路６」とも言う。

図３に示すように、各慣性計測ユニット３の３軸角速度センサーデバイス４および３軸加速度センサーデバイス５には、それぞれ、慣性計測ユニット３Ａの発振回路６５で生成された同期クロックＣＬＫが入力される。つまり、４つの慣性計測ユニット３は、同期クロックＣＬＫによって互いに同期されている。

そして、各慣性計測ユニット３は、この同期クロックＣＬＫに基づいて各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを同じタイミングでサンプリングする。つまり、４つの慣性計測ユニット３は、データＤωｘを互いに同じ時刻にサンプリングし、データＤωｙを互いに同じ時刻にサンプリングし、データＤωｚを互いに同じ時刻にサンプリングし、データＤＡｘを互いに同じ時刻にサンプリングし、データＤＡｙを互いに同じ時刻にサンプリングし、データＤＡｚを互いに同じ時刻にサンプリングする。これにより、サンプリング時刻のずれが実質的に無くなるため、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚをそれぞれより精度よく検出することができる。

ホストデバイス９は、如何なるものであってもよく、例えば、産業用ロボット、車、飛行機等の各種電子機器を制御する制御装置が挙げられる。このようなホストデバイス９は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能なプログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶されたプログラムを読み込んで実行する。

ホストデバイス９は、各慣性計測ユニット３から各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３を受け取る。そして、ホストデバイス９は、受け取った各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３、ＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３から角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを算出する。

具体的には、ホストデバイス９は、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤωｘ３の平均値をその時刻の角速度ωｘとして算出し、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤωｙ３の平均値をその時刻の角速度ωｙとして算出し、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤωｚ３の平均値をその時刻の角速度ωｚとして算出する。

同様に、ホストデバイス９は、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤＡｘ３の平均値をその時刻の加速度Ａｘとして算出し、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤＡｙ３の平均値をその時刻の加速度Ａｙとて算出し、各慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた４つのデータＤＡｘ３の平均値をその時刻の加速度Ａｚとして算出する。

ここで、慣性計測ユニット３の数をｎとしたとき、各慣性計測ユニット３での検出結果を平均化すると、当該信号に含まれるノイズ成分が１／√ｎに減少することが知られている。つまり、本実施形態では、ｎ＝４であるため、ノイズ成分を１／２まで小さくすることができる。そのため、より精度よく、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができる。

以上、計測システム１０について説明した。このような計測システム１０に含まれるセンサーモジュール１は、角速度センサーデバイスとしての３軸角速度センサーデバイス４と、加速度センサーデバイスとしての３軸加速度センサーデバイス５と、３軸角速度センサーデバイス４および３軸加速度センサーデバイス５からの出力信号を処理する信号処理回路６と、を有する複数の慣性計測ユニット３と、複数の慣性計測ユニット３を同期する同期クロックＣＬＫを発信する発振回路６５と、を有する。このような構成によれば、同期クロックＣＬＫによって複数の慣性計測ユニット３同士が同期されているため、複数の慣性計測ユニット３は、角速度および加速度を互いに同時刻にサンプリングすることができる。つまり、複数の慣性計測ユニット３の間でサンプリング時刻のずれが実質的に無くなるため、角速度および加速度をそれぞれより精度よく検出することができる。

また、前述したように、発振回路６５は、複数の慣性計測ユニット３の１つが有する。本実施形態では、親機である慣性計測ユニット３Ａが有する。これにより、他の慣性計測ユニット３Ｂから発振回路６５を省略することができるため、慣性計測ユニット３Ｂの簡素化を図ることもできる。

また、前述したように、発振回路６５からの同期クロックＣＬＫを出力する１つの慣性計測ユニット３Ａは、同期クロックＣＬＫを出力する出力端子６６を有し、同期クロック６６が入力される他の慣性計測ユニット３Ｂは、同期クロックＣＬＫが入力される入力端子６７を有する。これにより、慣性計測ユニット３Ａ、３Ｂを容易に同期させることができる。

また、前述したように、センサーモジュール１は、複数の慣性計測ユニット３が実装されている実装基板２を有する。そして、複数の慣性計測ユニット３は、実装基板２上で離間して配置されている。これにより、複数の慣性計測ユニット３間の干渉を抑えることができ、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。

また、前述したように、計測システム１０は、センサーモジュール１と、センサーモジュール１と電気的に接続されているホストデバイス９と、を有する。これにより、計測システム１０は、センサーモジュール１の効果を享受することができ、高い信頼性を発揮することができる。

また、前述したように、計測システム１０では、複数の慣性計測ユニット３からの出力信号を平均することにより角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを求める。これにより、ノイズ成分を効果的に小さくすることができ、角速度および加速度をより精度よく求めることができる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の計測システム１０は、信号処理回路６での信号処理内容が異なること以外は、前述した第１実施形態の計測システム１０と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図４に示すように、本実施形態の計測システム１０では、４つの慣性計測ユニット３のうちの２つの慣性計測ユニット３で角速度ωｘ、ωｙ、ωｚを検出し、残りの２つの慣性計測ユニット３で加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出する。具体的には、２つの慣性計測ユニット３では、３軸角速度センサーデバイス４からの各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚだけを信号処理回路６で処理し、ホストデバイス９に各データＤωｘ３、Ｄωｙ３、Ｄωｚ３を送信する。一方、残りの２つの慣性計測ユニット３では、３軸加速度センサーデバイス５からの各データＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚだけを信号処理回路６で処理し、ホストデバイス９に各データＤＡｘ３、ＤＡｙ３、ＤＡｚ３を送信する。

ホストデバイス９は、２つの慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた２つのデータＤωｘ３の平均値をその時刻の角速度ωｘとして算出し、２つのデータＤωｙ３の平均値をその時刻の角速度ωｙとして算出し、２つのデータＤωｚ３の平均値をその時刻の角速度ωｚとして算出する。同様に、ホストデバイス９は、残り２つの慣性計測ユニット３から出力され、互いに同時刻にサンプリングされた２つのデータＤＡｘ３の平均値をその時刻の加速度Ａｘとして算出し、２つのデータＤＡｙ３の平均値をその時刻の加速度Ａｙとして算出し、２つのデータＤＡｚ３の平均値をその時刻の加速度Ａｚとして算出する。

このような構成によれば、ノイズ低減効果が前述した第１実施形態よりも小さくなるが、１つの慣性計測ユニット３が処理する信号の数が、前述した第１実施形態の６つから３つに半減するため、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚのサンプリング周期を１／２に短縮することができる。そのため、Ａ／Ｄ変換に起因して起こる量子化誤差をより小さく抑えることができ、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの検出精度が向上する。

以上、本実施形態の計測システム１０について説明した。このような計測システム１０に含まれるセンサーモジュール１では、３軸角速度センサーデバイス４および３軸加速度センサーデバイス５の一方からの出力信号だけを処理する慣性計測ユニット３と、他方からの出力信号だけを処理する慣性計測ユニット３と、が含まれる。これにより、角速度および加速度のサンプリング周期を短くすることができるため、Ａ／Ｄ変換に起因して起こる量子化誤差をより小さく抑えることができ、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚおよび加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの検出精度が向上する。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の計測システム１０は、信号処理回路６での信号処理内容が異なること以外は、前述した第１実施形態の計測システム１０と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５に示すように、本実施形態の計測システム１０では、各慣性計測ユニット３において、第３信号処理部６３での信号処理を省略している。つまり、各慣性計測ユニット３から各データＤωｘ２、Ｄωｙ２、Ｄωｚ２、ＤＡｘ２、ＤＡｙ２、ＤＡｚ２を出力している。このように、第３信号処理部６３での信号処理を省略することにより、信号処理回路６が各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚを取得してから、処理後の信号をホストデバイス９に出力するまでに必要な処理時間を前述した第１実施形態よりも短くすることができる。そのため、各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚのサンプリング周期を短縮することができ、量子化誤差をより小さく抑えることができる。なお、どの信号処理を省略するかは、例えば、ホストデバイス９が要求するサンプリング周期、信号処理内容によって適宜変更することができる。

また、ホストデバイス５に出力する各データＤωｘ２、Ｄωｙ２、Ｄωｚ２、ＤＡｘ２、ＤＡｙ２、ＤＡｚ２は、３軸角速度センサーデバイス２および３軸加速度センサーデバイス３が出力する各データＤωｘ、Ｄωｙ、Ｄωｚ、ＤＡｘ、ＤＡｙ、ＤＡｚに対応していてもよい。

＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態に係る計測システムの全体構成を示すブロック図である。

本実施形態の計測システム１０は、親機である慣性計測ユニット３Ａと子機である慣性計測ユニット３Ｂとを切り替えることができること以外は、前述した第１実施形態の計測システム１０と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。また、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図６に示すように、本実施形態の計測システム１０では、４つの慣性計測ユニット３の全てが同様の構成であり、それぞれ、発振回路６５、出力端子６６および入力端子６７を有する。このように、４つの慣性計測ユニット３を互いに同様の構成とすることで、計測システム１０の構成が簡単となる。

このような構成の計測システム１０では、１つの慣性計測ユニット３が親機である慣性計測ユニット３Ａとして機能し、他の３つの慣性計測ユニット３が子機である慣性計測ユニット３Ｂとして機能している。つまり、親機である３つの慣性計測ユニット３Ａは、発振回路６５で同期クロックＣＬＫを生成して出力端子６６から出力し、子機である３つの慣性計測ユニット３Ｂは、それぞれ、入力端子６７を介して親機である慣性計測ユニット３Ａからの同期クロックＣＬＫを受け付けることにより、親機である慣性計測ユニット３Ａと同期している。

また、計測システム１０では、親機である慣性計測ユニット３Ａを切り替え可能であり、４つの慣性計測ユニット３のうちの１つの慣性計測ユニット３を親機、他の３つを子機として選択することができる。図の構成では、左上の慣性計測ユニット３が親機となっているが、例えば、右上の慣性計測ユニット３の出力端子６５と、他の３つの慣性計測ユニット３の入力端子６６と、を接続することにより、右上の慣性計測ユニット３を親機とすることができる。このように、４つの慣性計測ユニット３で、親機と子機とを選択可能とすることにより、計測システム１０の自由度、利便性が高まる。

以上のように、本実施形態の計測システム１０では、同期クロックＣＬＫを出力する慣性計測ユニット３Ａと、同期クロックＣＬＫが入力される慣性計測ユニット３Ｂと、を切替することができる。計測システム１０の自由度、利便性が高まる。

以上、本発明のセンサーモジュールおよび計測システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

例えば、前述した実施形態では、信号処理部６０が第１信号処理部６１、第２信号処理部６２および第３信号処理部６３を有していたが、これに限定されず、これらの中から１つを省略してもよい。また、さらに少なくとも１つの別の信号処理部を有していてもよい。

１…センサーモジュール、１０…計測システム、２…実装基板、３…慣性計測ユニット、３Ａ…慣性計測ユニット、３Ｂ…慣性計測ユニット、４…３軸角速度センサーデバイス、４Ａ…３軸角速度センサーデバイス、４Ｂ…３軸角速度センサーデバイス、４ｘ…Ｘ軸角速度センサー、４ｙ…Ｙ軸角速度センサー、４ｚ…Ｚ軸角速度センサー、４０…信号処理回路、５…３軸加速度センサーデバイス、５Ａ…３軸加速度センサーデバイス、５Ｂ…３軸加速度センサーデバイス、５ｘ…Ｘ軸加速度センサー、５ｙ…Ｙ軸加速度センサー、５ｚ…Ｚ軸加速度センサー、５０…信号処理回路、６…信号処理回路、６Ａ…信号処理回路、６Ｂ…信号処理回路、６０…信号処理部、６１…第１信号処理部、６２…第２信号処理部、６３…第３信号処理部、６４…ホストインターフェース、６５…発振回路、６６…出力端子、６７…入力端子、９…ホストデバイス、Ａｘ…加速度、Ａｙ…加速度、Ａｚ…加速度、ＣＬＫ…同期クロック、ＤＡｘ…データ、ＤＡｘ１…データ、ＤＡｘ２…データ、ＤＡｘ３…データ、ＤＡｙ…データ、ＤＡｙ１…データ、ＤＡｙ２…データ、ＤＡｙ３…データ、ＤＡｚ…データ、ＤＡｚ１…データ、ＤＡｚ２…データ、ＤＡｚ３…データ、Ｄωｘ…データ、Ｄωｘ１…データ、Ｄωｘ２…データ、Ｄωｘ３…データ、Ｄωｙ…データ、Ｄωｙ１…データ、Ｄωｙ２…データ、Ｄωｙ３…データ、Ｄωｚ…データ、Ｄωｚ１…データ、Ｄωｚ２…データ、Ｄωｚ３…データ、ωｘ…角速度、ωｙ…角速度、ωｚ…角速度

Claims (8)

1. 角速度センサーデバイスと、加速度センサーデバイスと、前記角速度センサーデバイスおよび前記加速度センサーデバイスからの出力信号を処理する信号処理回路と、を有する複数の慣性計測ユニットと、
   前記複数の慣性計測ユニットを同期する同期クロックを発信する発振回路と、を有することを特徴とするセンサーモジュール。
2. 前記発振回路は、前記複数の慣性計測ユニットの１つが有する請求項１に記載のセンサーモジュール。
3. 前記発振回路からの前記同期クロックを出力する１つの慣性計測ユニットは、前記同期クロックを出力する出力端子を有し、
   前記同期クロックが入力される他の慣性計測ユニットは、前記同期クロックが入力される入力端子を有する請求項２に記載のセンサーモジュール。
4. 前記複数の慣性ユニットで、前記同期クロックを出力する慣性計測ユニットと、前記同期クロックが入力される慣性計測ユニットと、を切替することができる請求項３に記載のセンサーモジュール。
5. 前記複数の慣性計測ユニットが実装されている実装基板を有し、
   前記複数の慣性計測ユニットは、前記実装基板上で離間して配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサーモジュール。
6. 前記角速度センサーデバイスおよび前記加速度センサーデバイスの一方からの出力信号だけを処理する前記慣性計測ユニットと、他方からの出力信号だけを処理する前記慣性計測ユニットと、が含まれる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサーモジュール。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセンサーモジュールと、
   前記センサーモジュールと電気的に接続されているホストデバイスと、を有することを特徴とする計測システム。
8. 前記複数の慣性計測ユニットからの出力信号を平均することにより角速度および加速度を求める請求項７に記載の計測システム。

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