JP2023050517A - 慣性センサーデバイス及びセンサーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ホスト側の調整負担を軽減する慣性センサーデバイスの提供。
【解決手段】慣性センサーデバイス１００は、第１インターフェース１１０と、第２センサー１０２と、第２インターフェース１２０と、ホストインターフェース１４０と、処理回路１３０と、を含む。第１インターフェース１１０は、第１検出軸での第１物理量Ｐ１と第２検出軸での第２物理量Ｐ２と第３検出軸での第３物理量Ｐ３を検出する第１センサー１とのインターフェースである。第２センサー１０２は、第３検出軸での物理量Ｐ３を、第１センサーよりも高い精度で、高精度第３物理量ＨＰ３として検出する。処理回路１３０は、第１物理量Ｐ１及び第２物理量Ｐ２を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力するとともに、第３物理量Ｐ３に代えて、高精度第３物理量ＨＰ３を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、慣性センサーデバイス及びセンサーモジュール等に関する。

特許文献１には、シリコンから可動部等が形成された３軸角速度センサーと３軸加速度センサーが、１つのホストデバイスの基板上に形成されたものが記載されている。

特開２０１６－０３１３５８号公報

これらのセンサーよりも高精度な検出データが求められる場合は、別途センサーを追加する必要がある。しかし、別途センサーを更にホストデバイスに接続した場合、ホストデバイスのインターフェース仕様を変更する等、センサー追加に伴ってホストデバイス側で行う調整が複雑化する問題が有る。

本開示の一態様は、第１検出軸での第１物理量と第２検出軸での第２物理量と第３検出軸での第３物理量を検出する第１センサーとのインターフェースである第１インターフェースと、前記第３検出軸での物理量を、前記第１センサーよりも高い精度で、高精度第３物理量として検出する第２センサーと、前記第２センサーとのインターフェースである第２インターフェースと、ホストとのインターフェースであるホストインターフェースと、処理回路と、を含み、前記処理回路は、前記第１物理量及び前記第２物理量を、前記ホストインターフェースを介して前記ホストに出力するとともに、前記第３物理量に代えて、前記高精度第３物理量を、前記ホストインターフェースを介して前記ホストに出力する慣性センサーデバイスに関係する。

また本開示の他の態様は、上記した慣性センサーデバイス、と前記第１センサーと、を含むセンサーモジュールに関係する。

本実施形態の構成例を示すブロック図。 本実施形態の通信関係の例を説明する図。 本実施形態の別の構成例を説明する図。 本実施形態の別の通信関係の例を説明する図。 第１検出軸、第２検出軸及び第３検出軸を説明する図。 第３物理量の測定誤差の影響を説明する図。 本実施形態のデータ通信の例を説明する図。 本実施形態のデータ通信の別の例を説明する図。 本実施形態の手法を説明するタイムチャート。 本実施形態の別の手法を説明するタイムチャート。 本実施形態の別の手法を説明するタイムチャート。 本実施形態の変形例を示すブロック図。 本実施形態の変形例の通信関係の例を説明する図。 本実施形態の変形例における手法を説明するタイムチャート。

以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

図１は、本実施形態の慣性センサーデバイス１００の構成例を示すブロック図である。本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、第２センサー１０２と、第１センサー１とのインターフェースである第１インターフェース１１０と、第２インターフェース１２０と、処理回路１３０と、ホスト２００とのインターフェースであるホストインターフェース１４０を含む。本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、所定の半導体パッケージを構成する。所定の半導体パッケージとは、例えば挿入実装型のＤＩＰ（Dual In-line Package）又は表面実装型のＱＦＰ（Quad Flat Package）等である。また、以降の説明において、半導体パッケージを単にパッケージと呼ぶことがある。

第１センサー１は、例えばＸ軸方向での物理量を検出してデジタルのＸ軸物理量データを出力する。Ｘ軸物理量データはＸ軸方向での物理量を表すデジタルデータである。なお、以降の説明において、デジタルデータを単にデータと呼ぶことがある。さらに、第１センサー１は、例えばＹ軸方向での物理量を検出してデジタルのＹ軸物理量データを出力し、Ｚ軸方向での物理量を検出してデジタルのＺ軸物理量データを出力する。同様に、Ｙ軸物理量データはＹ軸方向での物理量を表すデジタルデータであり、Ｚ軸物理量データはＺ軸方向での物理量を表すデジタルデータである。ここでのＸ軸、Ｙ軸は、互いに直交する軸であり、Ｚ軸に直交する方向の軸になっている。つまり、第１センサー１は、３軸の物理量センサーである。物理量とは例えば加速度であるが、角速度であってもよく、他の物理量であってもよい。例えば物理量が加速度である場合、第１センサー１は、３軸の加速度センサーであり、例えば１つのデバイスで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出可能な静電容量方式のＳｉ－ＭＥＭＳのセンサーデバイスで実現できる。なお、第１センサー１はこれには限定されず、周波数変化型の水晶加速度センサー、ピエゾ抵抗型加速度センサー、或いは熱検知型加速度センサーで実現してもよい。また、例えば物理量が角速度である場合、第１センサー１は、角速度センサーであり、Ｓｉ－ＭＥＭＳのセンサーデバイス等で実現できる。なお、角速度センサーはジャイロセンサーとも呼ばれる。

なお、図１への図示は省略しているが、第１センサー１は、各軸の物理量を検出するためのセンサー素子と、当該センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路等を有するアナログ回路と、当該アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路とを含む。また、後述の図２、図９、図１０についても同様に、第１センサー１についてセンサー素子、アナログ回路、Ａ／Ｄ変換回路等の図示を省略している。当該Ａ／Ｄ変換回路の出力データまたは当該出力データに対して温度補正等の補正処理を行ったデジタルデータが、Ｘ軸物理量データとして、第１インターフェース１１０に出力される。なお、１つのセンサー素子でＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向いずれの物理量も検出できてもよいし、Ｘ軸方向での物理量を検出するセンサー素子と、Ｙ軸方向での物理量を検出するセンサー素子と、Ｚ軸方向での物理量を検出するセンサー素子が別々に有ってもよい。

なお、以降の説明において、Ｘ軸と平行な方向の検出軸を第１検出軸と、Ｙ軸と平行な方向の検出軸を第２検出軸と、Ｚ軸と平行な方向の検出軸を第３検出軸と呼ぶことがある。また、第１センサー１が出力するＸ軸物理量データを第１物理量Ｐ１と、Ｙ軸物理量データを第２物理量Ｐ２と、Ｚ軸物理量データを第３物理量Ｐ３と呼ぶことがある。また、同様に、後述する例においてＸ軸角速度データを第１角速度Ｇ１と、Ｙ軸角速度データを第２角速度Ｇ２と、Ｚ軸角速度データを第３角速度Ｇ３と呼ぶことがある。また、同様にＸ軸加速度データを第１加速度Ａ１と、Ｙ軸加速度データを第２加速度Ａ２と、Ｚ軸加速度データを第３加速度Ａ３と呼ぶことがある。以上のことから、第１センサー１は、第１検出軸での第１物理量Ｐ１と第２検出軸での第２物理量Ｐ２と第３検出軸での第３物理量Ｐ３を検出する。

第１インターフェース１１０は、所定の通信方式に従って、第１センサー１とデジタルデータの送受信に関するインターフェース処理を行う回路である。所定の通信方式とは、例えば所定のシリアル通信方式であるが、パラレル通信方式であってもよい。また、所定のシリアル通信方式は、同期式のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）であるが、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）又はＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等であってもよく、これらの通信方式の一部を改良又は改変した通信方式であってもよい。

第２センサー１０２は、第１センサー１よりも高精度に物理量を検出できる物理量センサーである。高精度とは、例えば高分解能、高Ｓ／Ｎ又は低誤差ということである。より具体的には、第１センサー１よりも高精度に物理量を検出できるということは、第２センサー１０２が検出可能な物理量の最小単位は、第１センサー１が検出可能な物理量の最小単位よりも小さいことである。例えば第１センサー１のセンサー素子と第２センサー１０２のセンサー素子が出力した信号強度が同じ場合、当該信号強度に対するノイズ強度の割合は、第２センサー１０２の方が小さい。或いは、第２センサー１０２のセンサー素子が出力した信号強度に対する誤差の割合は、第１センサー１のセンサー素子が出力した信号強度に対する誤差の割合よりも、小さい。第２センサー１０２は、例えばＺ軸方向での物理量を検出して高精度なＺ軸物理量データである高精度第３物理量ＨＰ３を出力する。ここでの高精度なＺ軸物理量データはデジタルデータであってもよい。つまり、詳細な図示は省略しているが、第２センサー１０２は、Ｚ軸の物理量検出用のセンサー素子と、当該センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路等を有するアナログ回路と、当該アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路とを含んでもよい。これにより変換された高精度第３物理量ＨＰ３のデジタルデータは、前述した第１センサー１から出力される第３物理量Ｐ３のデジタルデータと比べて、下位ビットの値が信頼できる値となって出力される。第２センサー１０２が検出する物理量は例えば角速度である場合、第２センサー１０２は角速度センサーであり、例えば、水晶を材料とし、振動する物体に加わるコリオリの力から角速度を検出する共振周波数変化型水晶角速度センサー等で実現することができる。また、第２センサー１０２が検出する物理量が例えば加速度である場合、第２センサー１０２は加速度センサーであり、周波数変化型の水晶加速度センサー等により実現することができる。以上のことから、第２センサー１０２は、第３検出軸での物理量を、第１センサー１よりも高い精度で、高精度第３物理量ＨＰ３として検出する。

第２インターフェース１２０は、第１インターフェース１１０と同様に、所定の通信方式に従って、第２センサー１０２とデジタルデータの送受信に関するインターフェース処理を行う回路である。所定の通信方式は、前述した通りである。なお、第２インターフェース１２０が従う通信方式は、第１インターフェース１１０が従う通信方式と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

処理回路１３０は、慣性センサーデバイス１００の各部の処理を行う。例えば、処理回路１３０は、第２センサー１０２等を制御する処理を行う。言い換えれば、処理回路１３０は、第２センサー１０２等とデジタルデータによる通信を行う場合、第２センサー１０２に対してマスターとなるコントローラーである。処理回路１３０は、下記のハードウェアにより構成される。ハードウェアは、デジタル信号を処理する回路を含むが、さらにアナログ信号を処理する回路を含んでもよい。例えば、ハードウェアは、回路基板に実装された１又は複数の回路装置と、１又は複数の回路素子で構成することができる。１又は複数の回路装置は例えばＩＣ（Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等である。１又は複数の回路素子は例えば抵抗、キャパシター等である。また、処理回路１３０は、少なくとも下記のプロセッサーを１つ含むことにより実現される。処理回路１３０は、情報を記憶する図１に不図示のメモリーと、当該メモリーに記憶された情報に基づいて動作するプロセッサーと、を含む。情報は、例えばプログラムと各種のデータ等である。プロセッサーは、ハードウェアを含む。プロセッサーは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、各種のプロセッサーを用いることが可能である。当該メモリーは、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの半導体メモリーであってもよいし、レジスターであってもよいし、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気記憶装置であってもよいし、光学ディスク装置等の光学式記憶装置であってもよい。例えば、メモリーはコンピューターにより読み取り可能な命令を格納しており、当該命令がプロセッサーにより実行されることで、処理回路１３０の各部のうち一部又は全部の機能が処理として実現されることになる。ここでの命令は、プログラムを構成する命令セットの命令でもよいし、プロセッサーのハードウェア回路に対して動作を指示する命令であってもよい。

ホストインターフェース１４０は、所定の通信方式に従って、ホスト２００とデータの送受信に関するインターフェース処理を行う回路である。所定の通信方式は、前述した通りである。なお、ホストインターフェース１４０が従う通信方式は、第１インターフェース１１０又は第２インターフェース１２０が従う通信方式と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００等と電気的に接続し、慣性センサーデバイス１００から出力された物理量を取得するデバイスである。ホスト２００は不図示の処理部を含み、当該処理部は、前述の処理回路１３０と同様のプロセッサー等により実現できる。例えばホスト２００は、不図示の計測システムに含まれ、当該計測システムの各部を制御する。ホスト２００が取得した物理量に基づいて、当該計測システムは所定の計測対象物の位置等の算出をすることができる。所定の計測対象物とは、例えば自転車、四輪自動車、バイク、電車、飛行機、船等の移動体又はパーソナルコンピューター、スマートフォン、タブレット端末、時計、カーナビゲーション装置、各種測定機器等の電子機器であるが、特に制限されない。例えば計測システムは、ホスト２００と、不図示のＧＰＳ受信部とＧＰＳ受信用のアンテナを含むことで、所定の計測対象物の位置等の算出を実現できる。具体的には、ＧＰＳ受信部が、アンテナを介してＧＰＳ衛星からの信号を受信し、ホスト２００は、ＧＰＳ受信部が受信した信号に基づいて、所定の計測対象物の位置、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを検出する。なお、所定の計測対象物の位置は緯度、経度又は高度等である。またホスト２００は、慣性センサーデバイス１００から取得した物理量データに対して慣性航法演算処理を行い、慣性航法測位データを求める。慣性航法測位データは、計測対象物の加速度データ及び姿勢データを含む。そしてホスト２００は、求められた慣性航法測位データとＧＰＳ測位データに基づいて、所定の計測対象物の位置等を算出する。例えば所定の計測対象物が四輪自動車の場合、ホスト２００は当該四輪自動車が地面のどの位置を走行しているかを算出する。

本実施形態において、ホスト２００は、図１に示すように、慣性センサーデバイス１００と電気的に接続する他、第１センサー１とも電気的に接続する。具体的には、例えばホスト２００の回路基板上に、第１センサー１のパッケージと、慣性センサーデバイス１００のパッケージがそれぞれ実装される。これにより、ホスト２００の処理部を構成するプロセッサーは、所定の信号線を介して、第１センサー１のパッケージの端子及び慣性センサーデバイス１００のパッケージの端子と電気的に接続される。これにより、ホスト２００が、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００と、例えばＳＰＩの規格に従ってシリアル通信を行う場合、ホスト２００の処理部は、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００に対してマスターのコントローラーとなることができる。具体的には、図２に示すように、ホスト２００は、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００と、信号線ＣＳ、ＣＬＫ、ＤＩＮで接続される。また、第１センサー１と慣性センサーデバイス１００は信号線ＤＯＵＴ１で接続される。また、慣性センサーデバイス１００とホスト２００は信号線ＤＯＵＴ２でさらに接続される。例えば図２に示すように、ホスト２００は、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００に信号線ＣＳを接続し、所望のスレーブに対して信号線ＣＳを通る負論理の信号をＬレベルにすることで、デジタルデータの送受信を行うことができる。このとき、ホスト２００は、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００から、別々にデジタルデータである所望の物理量を取得することもできるが、図２のように、第１センサー１の信号線ＤＯＵＴ１を慣性センサーデバイス１００に接続することもできる。これにより、ホスト２００には、慣性センサーデバイス１００のみからデータを取得することができる。即ち、ホスト２００からは第１センサー１と慣性センサーデバイス１００を、信号線ＣＳを通る信号の論理レベルにより区別しておらず、またホスト２００側の信号線ＣＳ、ＣＬＫ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ２の接続は、慣性センサーデバイス１００のみを設けた場合と何ら変わりがない。このため、ホスト２００は、あたかも慣性センサーデバイス１００のみと通信しているかのようなシリアル通信によって、第１センサー１及び慣性センサーデバイス１００からの所望の物理量を取得できる。

なお、以降において、例えば符号ＣＳは、図２のように信号線を指すが、当該信号線を通る信号として表記または図示する場合がある。後述する符号ＣＬＫ、ＤＩＮ、ＤＯＵＴ１、ＤＯＵＴ２、ＣＳＡ、ＣＬＫＡ、ＤＩＮＡ、ＤＯＵＴＡ、ＣＳＢ、ＣＬＫＢ、ＤＩＮＢ、ＤＯＵＴＢ、ＤＲＤＹＢ、ＣＳ３、ＣＬＫ３、ＤＩＮ３、ＤＯＵＴ３、ＣＳ４、ＣＬＫ４、ＤＩＮ４、ＤＯＵＴ４、ＤＲＤＹ４についても同様である。また、図１では図示を省略しているが、図２に示すように、慣性センサーデバイス１００は、例えば第１バッファーＢＦ１を含む。第１バッファーＢＦ１は例えば処理回路１３０に含まれるレジスター又はホストインターフェース１４０に含まれる出力用レジスター等により実現できる。

慣性センサーデバイス１００は第１センサー１と図２のような信号線によって接続した場合に、慣性センサーデバイス１００の第１インターフェース１１０は、第１センサー１からセンサーデータである第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２及び第３物理量Ｐ３を受信する。また、慣性センサーデバイス１００の第２インターフェース１２０は、同じタイミングで第２センサー１０２からセンサーデータある高精度第３物理量ＨＰ３を受信する。同じタイミングとは略同じタイミングを含む。そして、処理回路１３０は、第１インターフェース１１０が受信した第１物理量Ｐ１及び第２物理量Ｐ２を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００にそのまま出力する。一方、処理回路１３０は、第１インターフェース１１０が受信した第３物理量Ｐ３はホスト２００に送信せず、第２インターフェース１２０が受信した高精度第３物理量ＨＰ３を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力する。

このような通信は、例えば以下の手法で実現することができる。例えば第１センサー１は、第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、第３物理量Ｐ３をＳＰＩ規格のシリアルデータとして信号線ＤＯＵＴ１を介して第１インターフェース１１０に送信する。処理回路１３０は、この第１センサー１からのシリアルデータを、シリアルパラレル変換等を介さずそのままホストインターフェース１４０を介して信号線ＤＯＵＴ２へ送信する。但し、処理回路１３０は、第１センサー１からのシリアルデータのうち第３物理量Ｐ３の部分を高精度第３物理量ＨＰ３のデータに入れ替えて、信号線ＤＯＵＴ２へ送信する。このとき、処理回路１３０又はホストインターフェース１４０は、高精度第３物理量ＨＰ３をパラレルシリアル変換等によってＳＰＩ規格のシリアルデータに変換し、信号線ＤＯＵＴ２へ送信する。

以上のように、本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、第１インターフェース１１０と、第２センサー１０２と、第２センサー１０２とのインターフェースである第２インターフェース１２０と、ホスト２００とのインターフェースであるホストインターフェース１４０と、処理回路１３０と、を含む。第１インターフェース１１０は、第１検出軸での第１物理量Ｐ１と第２検出軸での第２物理量Ｐ２と第３検出軸での第３物理量Ｐ３を検出する第１センサー１とのインターフェースである。第２センサー１０２は、第３検出軸での物理量を、第１センサーよりも高い精度で、高精度第３物理量ＨＰ３として検出する。処理回路１３０は、第１物理量Ｐ１及び第２物理量Ｐ２を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力するとともに、第３物理量Ｐ３に代えて、高精度第３物理量ＨＰ３を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力する。

このように、本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、第１インターフェース１１０と第２インターフェース１２０を含むことにより、第１センサー１から第１物理量Ｐ１と第２物理量Ｐ２と第３物理量Ｐ３を取得するとともに、第２センサー１０２から高精度第３物理量ＨＰ３を取得することができる。また、本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、処理回路１３０を含むことにより、第１センサー１から取得した第１物理量Ｐ１及び第２物理量Ｐ２と、第２センサー１０２から取得した高精度第３物理量ＨＰ３を、ホストインターフェース１４０を介してホスト２００に出力することができる。第３検出軸における物理量の精度が、第１検出軸及び第２検出軸における物理量よりも高い精度が求められる場合、従来の手法では、高精度第３物理量ＨＰ３をホスト２００が取得するために、ホスト２００側に第２センサー１０２と接続するインターフェースを設け、センサーデータを入れ替える等の調整が必要だった。その点、本実施形態の手法を適用することで、ホスト２００側の仕様を変更することなく、ホスト２００は、第３物理量Ｐ３に代えて高精度第３物理量ＨＰ３を取得することができる。なお、上記ではＺ軸である第３検出軸について高精度第３物理量ＨＰ３を取得する例について説明したが、Ｘ軸である第１検出軸の第１物理量Ｐ１又はＹ軸である第２検出軸の第２物理量Ｐ２についても同様に適用することができる。言い換えれば、本実施形態の手法を適用することで、ホスト２００側の仕様を変更することなく、ホスト２００は、任意の軸の物理量を高精度物理量として取得することができる。

また、本実施形態の手法は、センサーモジュールとして実現してもよい。つまり、本実施形態のセンサーモジュールは、慣性センサーデバイス１００と第１センサー１を含む。このようにすることで、上記と同様の効果を得ることができる。

具体的には、例えば、１つの基板に慣性センサーデバイス１００と第１センサー１を搭載し、１つの半導体パッケージとしてパッケージ化することにより、本実施形態のセンサーモジュールを実現することができる。これにより、ホスト２００に実装する部品点数を少なくすることができる。

なお、本実施形態の手法は、上記に限らず、種々の変形実施が可能である。例えば、図１及び図２の例ではホスト２００が第１センサー１と電気的に接続しているが、図３のブロック図に示すように、ホスト２００は第１センサー１と電気的に接続していなくてもよい。この場合、図４に示すように、第１センサー１と慣性センサーデバイス１００は信号線ＣＳＡ、ＣＬＫＡ、ＤＩＮＡ、ＤＯＵＴＡで接続され、慣性センサーデバイス１００の処理回路１３０は、第１センサー１に対してマスターとなる。また、ホスト２００と慣性センサーデバイス１００は信号線ＣＳＢ、ＣＬＫＢ、ＤＩＮＢ、ＤＯＵＴＢで接続され、ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００の処理回路１３０に対してマスターとなる。また、図４では図示を省略しているが、慣性センサーデバイス１００は、図２で前述の第１バッファーＢＦ１の他、第２バッファーＢＦ２を含む。第２バッファーＢＦ２は、第１バッファーＢＦ１と同様に、処理回路１３０又はホストインターフェース１４０のレジスター等で実現できる。また、図４に示すように、ホスト２００は慣性センサーデバイス１００と信号線ＤＲＤＹＢとさらに接続してもよい。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。なお、慣性センサーデバイス１００のパッケージに必要な端子の数は、図１の例と図３の例で異なる。このように、本実施形態の手法は、仕様が異なる複数の構成例による実施が可能であるから、ホスト２００の基板に実装するパッケージの設計の自由度が向上する。例えば、慣性センサーデバイス１００のパッケージサイズを極力小さくしたい場合は、図１の構成例にすることが、設計上有利である。

ここで、図５と図６を用いて、第３検出軸における物理量の精度が、第１検出軸及び第２検出軸における物理量よりも高い精度が求められる場合の例を説明する。前述したように、第１センサー１と慣性センサーデバイス１００を含むホスト２００は、計測システムに含まれる。当該計測システムは、前述の移動体に固定して装備される。図５は、前述の移動体の一例である四輪自動車の移動方向と、計測システムに含まれる第１センサー１及び第２センサー１０２の座標系との関係を説明する図である。以降において、第１センサー１及び第２センサー１０２の座標系を単にセンサー座標系と呼ぶ。また、第１センサー１の座標系と第２センサー１０２の座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向は一致しているものとする。センサー座標系のＸ軸は、移動体の前後方向とし、前方向をＸ軸正方向とする。また、センサー座標系のＹ軸は、移動体の左右方向とし、右方向をＹ軸正方向とする。そして、センサー座標系のＺ軸は、Ｘ軸及びＹ軸との直交方向とし、移動体の下方向をＺ軸正方向とする。移動体は概水平面を移動するため、ＸＹ平面が移動体の移動面となり、Ｚ軸正方向は、重力方向に一致するとみなせる。そして、移動体の姿勢は、Ｘ軸回りのロール角、Ｙ軸回りのピッチ角、Ｚ軸回りのヨー角で表現される。また、前述のように移動体は概水平面を移動することから、姿勢であるロール角は移動体の左右方向の傾きに相当し、ピッチ角は移動体の前後方向の傾き、ヨー角は移動体の移動方向の転換或いは方位に相当する。慣性航法演算において、姿勢は、第１センサー１等の出力信号である角速度を時間積分することで算出される。つまり、図５において、第１センサー１と第２センサー１０２が角速度センサーである場合、計測システムが取得した第１角速度Ｇ１を時間積分するとロール角が得られ、第２角速度Ｇ２を時間積分するとピッチ角が得られ、第３角速度Ｇ３または高精度第３角速度ＨＧ３を時間積分するとヨー角が得られる。

図６は、位置誤差を説明する図である。図６は、移動体を上方から俯瞰した図、つまり、センサー座標系におけるＸＹ平面図を示している。実際の移動方向を本来の移動方向として、実線で示している。移動体の前方方向がＸ軸正方向であるため、実際の移動方向もＸ軸正方向である。Ｂ１に示す位置が、第１時刻ｔ１における移動体の位置であり、既知であるものとする。Ｂ２に示す位置が、第２時刻ｔ２における移動体の実際の位置であり、Ｂ３に示す位置が、計測システムを用いた慣性航法演算によって算出される位置であって、第２時刻ｔ２における移動体の位置とする。このＢ２に示す位置と、Ｂ３に示す位置との間の距離が、移動体が第１時刻ｔ１から第２時刻ｔ２まで移動する間に、第１センサー１の出力信号のバイアス誤差に起因して生じる位置誤差である。前述のように、移動体は概水平面を移動するので、この位置のずれは、姿勢であるヨー角の誤差によって生じる。そして、このヨー角の誤差は時間経過とともに増大してゆく。このように、ヨー角の誤差は、ロール角の誤差及びピッチ角の誤差よりも小さいことが望ましい、言い換えれば、Ｚ軸回りの角速度の測定精度は、Ｘ軸回りの角速度の測定精度及びＹ軸回りの角速度の測定精度より高いことが望ましい。その点、本実施形態の手法を適用することで、計測システムは、第３物理量Ｐ３に代えて、第３物理量Ｐ３よりも精度の高い高精度第３物理量ＨＰ３に基づくヨー角を取得することができる。これにより、より適切に移動体等の位置を予測することができる。

以上のことから、本実施形態の慣性センサーデバイス１００において、第３物理量Ｐ３及び高精度第３物理量ＨＰ３は、Ｚ軸である第３検出軸周りでの角速度である。このようにすることで、ホスト２００は、ホスト２００側の仕様を変更することなく、高精度第３角速度ＨＧ３を取得することができる。

次に、図７、図８、図９、図１０を用いて、慣性センサーデバイス１００が、第１物理量Ｐ１及び第２物理量Ｐ２をホスト２００に出力するとともに、第３物理量Ｐ３に代えて、高精度第３物理量ＨＰ３をホスト２００に出力する具体的な手法について説明する。図７は本実施形態に用いられる通信方式の基本的な例を説明する図であり、例えばマスターであるホスト２００が、所定の物理量センサーをスレーブとして通信する場合の例である。なお、以降の説明において、例えばホスト２００の不図示の通信インターフェースがデータの送受信を行うことを単にホスト２００がデータの送受信を行う等と表記する。まず、マスターであるホスト２００は負論理の信号ＣＳをＬレベルにする。これにより、所定の物理量センサーがチップセレクトされる。チップセレクトはスレーブセレクトとも呼ばれる。そして、マスターであるホスト２００は、信号ＣＬＫのクロックに同期して信号線ＤＩＮを介して８ビットのリードコマンドＲＣを所定の物理量センサーに送信する。つまりここでの信号ＣＬＫのクロックは、ホスト２００の不図示の発振回路に基づく。ここでのリードコマンドＲＣは、例えば最初の１ビットにリード／ライトを指示するビットを含み、ホスト２００は当該ビットに対して、リードを指示する値をセットする。その後、所定の物理量センサーは、信号線ＣＬＫのクロック信号に同期して信号線ＤＯＵＴ２を用いて８ビットのセンサーデータをホストに送信する。なお、図７の「＊」はドントケアを意味し、図８以降についても同様である。また、以降において、信号ＣＬＫからのクロックに同期する旨の説明は省略することがある。また、図８以降において信号ＣＬＫのクロックの図示は省略する。後述する信号ＣＬＫＡ、ＣＬＫＢ、ＣＬＫ３、ＣＬＫ４についても同様である。

このように、例えば所定の物理量センサーが１軸方向の物理量のみを検出する場合は、所定の物理量センサーを３つ用意し、それぞれの検出軸を前述の第１検出軸、第２検出軸、第３検出軸に設定することで、ホスト２００は、第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、第３物理量Ｐ３を取得することができる。ただし本実施形態の手法はこれに限られず、例えば、１つのマスターが１つのリードコマンドＲＣをスレーブに送信すると、マスターは複数のデータをスレーブからリードしてもよい。この機能はバーストリード機能と呼ばれる。図８は、マスターであるホスト２００が、所定の３軸の物理量センサーをスレーブとして通信する場合の例である。前述のバーストリード機能を適用することで、図８に示すように、マスターであるホスト２００は、１つのリードコマンドＲＣを、所定の３軸の物理量センサーに送信すると、所定の３軸の物理量センサーからの第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、第３物理量Ｐ３に対応する物理量をそれぞれリードすることができる。

図９は、本実施形態の手法を適用したことにより、ホスト２００が高精度第３物理量ＨＰ３等を取得するタイミングチャートの例を説明する図である。第１センサー１と、慣性センサーデバイス１００と、ホスト２００は、図２に示した信号線により接続されているものとする。また、慣性センサーデバイス１００の第２インターフェース１２０は、第２センサー１０２から高精度第３物理量ＨＰ３を定期的にサンプリングしているものとする。また、本実施形態においては、第１センサー１、慣性センサーデバイス１００、ホスト２００等においてデータの送受信のタイミングに関する問題は無いものとする。

ホスト２００は、信号ＣＳをＬレベルにすることにより、第１センサー１と慣性センサーデバイス１００の両方をチップセレクトし、第１センサー１の通信インターフェースと慣性センサーデバイス１００のホストインターフェース１４０に、信号線ＤＩＮにリードコマンドＲＣを送信する。慣性センサーデバイス１００の処理回路１３０は、Ｃ１に示すように、高精度第３物理量ＨＰ３のデジタルデータを第１バッファーＢＦ１に記憶する。また、第１センサー１は、ホスト２００からリードコマンドＲＣを受信すると、信号線ＤＯＵＴ１を介して、慣性センサーデバイス１００の第１インターフェース１１０に第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、第３物理量Ｐ３を送信する。つまり、ホスト２００が送信したリードコマンドＲＣの２ビット目以降に所定のアドレス設定を行うことで、第１センサー１が第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、第３物理量Ｐ３を送信することと、処理回路１３０が高精度第３物理量ＨＰ３を第１バッファーＢＦ１に記憶することができるようになっている。

そして処理回路１３０は、Ｃ２に示すように、第１インターフェース１１０を介して受信した第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２を、そのままホストインターフェース１４０と信号線ＤＯＵＴ２を介してホスト２００に送信する。また、処理回路１３０は、Ｃ３に示すように、第３物理量Ｐ３を送信するタイミングにおいて、第３物理量Ｐ３を第１バッファーＢＦ１に記憶された高精度第３物理量ＨＰ３に差し替え、ホストインターフェース１４０と信号線ＤＯＵＴ２を介してホスト２００に送信する。このようにすることで、ホスト２００は、第３物理量Ｐ３に代えて高精度第３物理量を受信することができる。

なお上記は、第１センサー１を３軸センサーとして説明したが、本実施形態の手法はこれに限られず、種々の変形実施が可能である。例えば第１センサー１は、６軸センサーであってもよい。６軸センサーとは、例えばＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの物理量を独立して検出できる３軸物理量センサーと、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの別の物理量を独立して検出できる３軸物理量センサーとを加えたものである。例えば、第１センサー１が３軸の加速度センサーと３軸の角速度センサーを加えたものである場合、第１センサー１は、第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第３角速度Ｇ３、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３を検出する。そして、図５と図６で前述したように、Ｚ方向の角速度を第３角速度Ｇ３より高精度にしたい場合、慣性センサーデバイス１００は、第２センサー１０２をＺ軸の角速度センサーとして高精度第３角速度ＨＧ３を取得する。そして、前述した手法を適用することで、図１０に示すように、ホストインターフェース１４０は、第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、高精度第３角速度ＨＧ３、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３をホスト２００に送信することができる。なお、加速度センサーと角速度センサーからなるセンサーユニットをＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と呼ぶことがある。

なお、図３及び図４に示す例による場合、例えば図１１に示すタイミングチャートによって、ホスト２００は高精度第３物理量ＨＰ３等を取得することができる。慣性センサーデバイス１００の処理回路１３０は、第１センサー１に対してマスターとなり、信号ＣＳＡをＬレベルにする。そして、処理回路１３０は、第２センサー１０２から取得した高精度第３角速度ＨＧ３を第１バッファーＢＦ１に記憶させる。また、慣性センサーデバイス１００は、信号ＣＬＫＡに同期して信号線ＤＩＮＡを介してリードコマンドＲＣを第１センサー１に送信し、信号線ＤＯＵＴＡを介して第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第３角速度Ｇ３、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３を第１センサー１からリードする。そして、処理回路１３０は、リードした第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３と、第１バッファーＢＦ１に記憶した高精度第３角速度ＨＧ３を、第２バッファーＢＦ２に記憶させる。また、処理回路１３０は、このタイミングで、信号ＤＲＤＹＢをＨレベルにして、ホスト２００にデータが送信可能なことを通知する。その後、ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００に対してマスターとなり、信号ＣＳＢをＬレベルにし、信号ＣＬＫＢに同期して信号線ＤＩＮＢを介してリードコマンドＲＣをホストインターフェース１４０に送信する。そして、ホスト２００は、信号線ＤＯＵＴＢを介して第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、高精度第３角速度ＨＧ３、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３をリードする。

また、前述は本実施形態の慣性センサーデバイス１００は第３角速度Ｇ３に代えて高精度第３角速度ＨＧ３をホスト２００に出力する例の説明であるが、本実施形態の手法はこれに限らず、例えば慣性センサーデバイス１００は第３加速度Ａ３に代えて高精度第３加速度ＨＡ３をホスト２００に出力してもよい。つまり、本実施形態の慣性センサーデバイス１００において、第３物理量Ｐ３及び高精度第３物理量ＨＰ３は、Ｚ軸である第３検出軸周りでの加速度である。このようにすることで、所定の軸の加速度が他の軸の加速度に比べて高い精度が要求される場合において、ホスト２００は、ホスト２００側の仕様を変更することなく、高精度第３加速度ＨＡ３を取得することができる。なお、所定の軸の加速度が他の軸の加速度に比べて高い精度が要求される場合とは、例えば、直動機構を含む物体の位置について正確な測定や制御が要求される場合であり、具体的にはリニアモーターカー等である。

なお、前述したＳｉ－ＭＥＭＳの慣性センサーで６軸センサーを構成すると、小型化を実現することはできるが、図５等で前述した要求を満たすだけの精度のセンサーデータを得ることはできない。一方、前述した水晶慣性センサーだけで上記した６つの物理量を取得できるように第１センサー１を構成すると、高精度のセンサーデータを得ることはできるが、小型化が実現できない。そこで、本実施形態において、小型な６軸センサーである第１センサー１をＳｉ－ＭＥＭＳの慣性センサーで構成し、高精度が要求される方向のみについて、第２センサー１０２を水晶慣性センサーとして物理量を取得できるようにしてもよい。以上のことから、本実施形態の慣性センサーデバイス１００において、第１センサー１はＭＥＭＳ慣性センサーであり、第２センサー１０２は水晶慣性センサーである。このようにすることで、小型化と高精度を両立した物理量センサーを実現することができる。

なお、本実施形態の手法は上記に限らず、種々の変形実施が可能である。例えば、本実施形態の慣性センサーデバイス１００は、変形例として図１２のブロック図のような構成にしてもよい。図１２に示す例は、図１及び図３の例に対し、慣性センサーデバイス１００は、検査装置３００と接続可能な検査用インターフェース１５０とメモリー１６０をさらに含む点で異なる。なお、他の符号は図１及び図３と同様であるので、詳細な説明は省略する。

また、図１２の変形例の場合、接続される信号線の関係を図１３のようにしてもよい。具体的には、慣性センサーデバイス１００は、信号線ＣＳ３、信号線ＣＬＫ３、信号線ＤＮＩ３、信号線ＤＯＵＴ３により、第１センサーと接続する。また、慣性センサーデバイス１００は、信号線ＣＳ４、信号線ＣＬＫ４、信号線ＤＮＩ４、信号線ＤＯＵＴ４、信号線ＤＲＤＹ４により、ホスト２００と接続する。また、慣性センサーデバイス１００は、信号線ＳＣＬ、信号線ＳＤＡにより、検査装置３００と接続する。また、図１２では図示を省略しているが、慣性センサーデバイス１００は、図２と図４で前述の第１バッファーＢＦ１、図４で前述の第２バッファーＢＦ２の他、第３バッファーＢＦ３を含む。第３バッファーＢＦ３は、第１バッファーＢＦ１及び第２バッファーＢＦ２と同様に、処理回路１３０又はホストインターフェース１４０のレジスター等で実現できる。

また、図１２に示すように、メモリー１６０は、第１テーブル１６２と第２テーブル１６４をさらに含む。第１テーブル１６２は、例えばゼロ点補正係数が記憶されたテーブルである。具体的には、例えば所定温度範囲について、一定温度ごとにゼロ点データを求め、求めたデータ群をプロットすることで、温度に関するｎ次多項式に近似した関数を補正関数として求めることができる。当該ｎ次多項式における、ｎ～０次のｎ＋１個の係数が、ゼロ点補正係数である。これらの係数に基づいて、第１センサー１及び第２センサー１０２に物理的作用が何ら働いていない場合、前述の所定温度範囲において、第１センサー１及び第２センサー１０２は物理量がゼロであることを示す信号を出力する。

また、第２テーブル１６４は、ミスアライメント補正に関するミスアライメント補正係数が記憶されたテーブルである。ミスアライメントは取り付け誤差とも呼ばれる。例えば図５等で前述した計測システムにおいて、ホスト２００の基板に対する第１センサー１等の取り付け誤差によって、前述の移動体のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向と、第１センサー１等における第１検出軸、第２検出軸、第３検出軸の方向が正確に合致していないことがある。そこで、ミスアライメントを考慮し、例えば以下の式（１）で示すような行列を用いて、第１センサー１等が出力する第１物理量Ｐ１等を補正する。つまり、ミスアライメント補正係数とは、（１）式で示す行列の成分Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３である。なお、ミスアライメント補正係数を求める手法は公知につき、詳細な説明は省略する。

メモリー１６０は、例えば不揮発性メモリーであり、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）又はフラッシュメモリーなどで実現できる。なお、ＥＥＰＲＯＭは例えばフローティングゲート型のメモリーセルなどにより実現できる。また、フラッシュメモリーは、例えばＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）のメモリーセルなどにより実現できる。

検査用インターフェース１５０は、特定の通信方式に従って、検査装置３００とデジタルデータの送受信に関するインターフェース処理を行う回路である。特定の通信方式とは、例えばＩ２Ｃであるが、他の通信規格又はこれらの規格の一部を改良又は改変した通信規格であってもよい。検査装置３００は、ゼロ点補正係数又はミスアライメント補正係数等をメモリー１６０に書き込む装置である。なお、慣性センサーデバイス１００は、ホスト２００の基板に実装した後に検査装置３００と独立して通信できるように、慣性センサーデバイス１００のパッケージの端子には、検査装置３００と接続する専用の端子を割り当てることが望ましい。なお、特定の通信方式をＩ２Ｃとすることで、図１３に示すように、検査用インターフェース１５０は信号線ＳＣＬと信号線ＳＤＡからなる２本の信号線で検査装置３００と通信可能になるので、当該専用の端子を最小限にすることができる。これにより、慣性センサーデバイス１００のパッケージの端子数を少なくすることができる。これにより、パッケージのサイズを不必要に大きくすることを避けることができる。

慣性センサーデバイス１００が例えば前述した表面実装型のパッケージである場合、慣性センサーデバイス１００はホスト２００の基板上の所望の位置に位置合わせされた後、リフロー炉を用いたはんだ接合によって、慣性センサーデバイス１００とホスト２００は強固に接合され、表面実装が実現される。このように所望の基板にセンサーデバイスを表面実装した後において、当該センサーデバイスの特性が変化することが、経験的な公知事実として知られている。例えば図示は省略するが、所定温度におけるゼロ点電圧の位置や、ゼロ点電圧の温度依存性の測定結果が、表面実装を行った前後で異なることが経験的な公知事実として知られている。なお、表面実装を行った後において、センサーデバイスの特性が変化する理由として、センサー素子の圧電薄膜層又は電極層に存在するホール又はキャリアが励起して微細電流が発生すること又は基板の面内応力分布が変化して生じた歪みがセンサー素子に影響を与えていること等が考えられる。

上記した理由により、慣性センサーデバイス１００は、ホストに表面実装した後において、ゼロ点の値又は温度依存性が変化している可能性が有る。そこで、ユーザーは表面実装後に前述した補正関数を求め、当該補正関数の多項式の係数をメモリー１６０に記憶させてもよい。そして、処理回路１３０は、ホストインターフェース１４０からホストに第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、高精度第３物理量ＨＰ３を送信する前に、当該補正関数に基づく演算を行う。これにより、ホストインターフェース１４０は、補正後の第１物理量ＣＰ１、補正後の第２物理量ＣＰ２、補正後の高精度第３物理量ＣＨＰ３を、ホスト２００に出力することができる。つまり、処理回路１３０は第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２及び高精度第３物理量ＨＰ３のゼロ点補正を行い、ホストインターフェース１４０はゼロ点補正による補正後の第１物理量ＣＰ１、第２物理量ＣＰ２及び高精度第３物理量ＣＨＰ３をホスト２００に対して出力する。このようにすることで、熱的影響等により変化したゼロ点を補正することができる。これにより、ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００をホスト２００の基板に表面実装した後も、適切なデータである補正後の第１物理量ＣＰ１、第２物理量ＣＰ２及び高精度第３物理量ＣＨＰ３を取得できる。

また、前述のように、慣性センサーデバイス１００をホストに表面実装した後において基板の歪み等により、第１センサー１又は第２センサー１０２の各検出軸の方向が変化している可能性が有る。そこで、ユーザーは前述のミスアライメント補正係数を求めてメモリー１６０に記憶させてもよい。そして、処理回路１３０は、ホストインターフェース１４０からホストに第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、高精度第３物理量ＨＰ３を送信する前に、前述の（１）式に基づく演算を行う。これにより、ホストインターフェース１４０は、補正後の第１物理量ＣＰ１、補正後の第２物理量ＣＰ２、補正後の高精度第３物理量ＣＨＰ３を、ホスト２００に出力することができる。つまり、前記処理回路１３０は、第１物理量Ｐ１、第２物理量Ｐ２、高精度第３物理量ＨＰ３に対する検出軸間のアライメント補正を行い、ホストインターフェース１４０は、アライメント補正による補正後の第１物理量ＣＰ１、第２物理量ＣＰ２及び高精度第３物理量ＣＨＰ３を、ホスト２００に対して出力する。このようにすることで、熱的影響等により変化した検出軸間のアライメントを補正することができる。これにより、ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００をホスト２００の基板に表面実装した後も、適切なデータである補正後の第１物理量ＣＰ１、第２物理量ＣＰ２及び高精度第３物理量ＣＨＰ３を取得できる。なお、処理回路１３０は、当該ミスアライメント補正と前述のゼロ点補正を同時に行ってもよい。

図１４は、変形例における手法におけるタイミングチャートの例を説明する図である。なお、図１４の説明において、これまで述べた説明と同様の内容については、一部説明を省略する。慣性センサーデバイス１００の処理回路１３０は、第１センサー１に対してマスターとなり、信号ＣＳ３をＬレベルにする。そして、処理回路１３０は、第２センサー１０２から取得した高精度第３角速度ＨＧ３を第１バッファーＢＦ１に記憶させる。また、慣性センサーデバイス１００は、信号線ＤＩＮ３を介してリードコマンドＲＣを第１センサー１に送信し、信号線ＤＯＵＴ３を介して第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第３角速度Ｇ３、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３を第１センサー１からリードする。つまり、図示は省略しているが、信号ＣＬＫ３のクロックは、マスターである慣性センサーデバイス１００の不図示の発振回路に基づく。

そして、処理回路１３０は、リードした第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３と、第１バッファーＢＦ１に記憶した高精度第３角速度ＨＧ３を、第２バッファーＢＦ２に記憶させる。

その後、処理回路１３０は、第２バッファーＢＦ２に記憶した第１角速度Ｇ１、第２角速度Ｇ２、第１加速度Ａ１、第２加速度Ａ２、第３加速度Ａ３、高精度第３角速度ＨＧ３に対して、前述したゼロ点補正等の補正処理を行う。この演算には、図１４のＤに示す期間を要する。

処理回路１３０は、補正処理が終了したら、補正後の第１角速度ＣＧ１、補正後の第２角速度ＣＧ２、補正後の高精度第３角速度ＣＨＧ３、補正後の第１加速度ＣＡ１、補正後の第２加速度ＣＡ２、補正後の第３加速度ＣＡ３を第３バッファーＢＦ３に記憶させる。また、処理回路１３０はこのタイミングで、信号ＤＲＤＹ４をＨレベルにして、ホスト２００に補正後のデータが送信可能なことを通知する。

その後、ホスト２００は、慣性センサーデバイス１００に対してマスターとなり、信号ＣＳ４をＬレベルにし、信号ＣＬＫ４と同期して信号線ＤＩＮ４を介してリードコマンドＲＣを慣性センサーデバイス１００のホストインターフェース１４０に送信する。そして、ホスト２００は、信号線ＤＯＵＴ４を介して補正後の第１角速度ＣＧ１、補正後の第２角速度ＣＧ２、補正後の高精度第３角速度ＣＨＧ３、補正後の第１加速度ＣＡ１、補正後の第２加速度ＣＡ２、補正後の第３加速度ＣＡ３をリードする。このようにすることで、ホスト２００は、補正後のセンサーデータを取得することを実現することができる。なお、図１４で示すタイミングチャートの例と、図９と図１１のタイミングチャートの例が異なるのは、図１４のＤに示す期間が、ホスト２００から送信されたリードコマンドＲＣに対するレスポンスの期間よりも長いからである。

以上に説明したように、本実施形態の慣性センサーデバイスは、第１インターフェースと、第２センサーと、第２センサーとのインターフェースである第２インターフェースと、ホストとのインターフェースであるホストインターフェースと、処理回路と、を含む。第１インターフェースは、第１検出軸での第１物理量と第２検出軸での第２物理量と第３検出軸での第３物理量を検出する第１センサーとのインターフェースである。第２センサーは、第３検出軸での物理量を、第１センサーよりも高い精度で、高精度第３物理量として検出する。処理回路は、第１物理量及び第２物理量を、ホストインターフェースを介してホストに出力するとともに、第３物理量に代えて、高精度第３物理量を、ホストインターフェースを介してホストに出力する。

このように、本実施形態の慣性センサーデバイスは、第１センサーから取得した第１物理量及び第２物理量と、第２センサーから取得した高精度第３物理量を、ホストインターフェースを介してホストに出力することができる。このようにすることで、ホストは、ホスト側の仕様を変更することなく、第３物理量に代えて高精度第３物理量を取得することができる。

また、第３物理量及び高精度第３物理量は、第３検出軸周りでの角速度であってもよい。

このようにすることで、ホストは、ホスト側の仕様を変更することなく、高精度第３角速度を取得することができる。

また、第３物理量及び高精度第３物理量は、第３検出軸での加速度であってもよい。

このようにすることで、所定の軸の加速度が他の軸の加速度に比べて高い精度が要求される場合において、ホストは、ホスト側の仕様を変更することなく、高精度第３加速度を取得することができる。

また、処理回路は第１物理量、第２物理量及び高精度第３物理量のゼロ点補正を行い、ホストインターフェースはゼロ点補正による補正後の第１物理量、第２物理量及び高精度第３物理量を前記ホストに対して出力してもよい。

このようにすることで、熱的影響等により変化したゼロ点を補正することができる。これにより、ホストは、慣性センサーデバイスをホストの基板に表面実装した後も、適切に補正された第１物理量、第２物理量及び高精度第３物理量を取得できる。

また、前記処理回路は、前記第１物理量、前記第２物理量、前記高精度第３物理量に対する検出軸間のアライメント補正を行い、前記ホストインターフェースは、前記アライメント補正による補正後の前記第１物理量、前記第２物理量及び前記高精度第３物理量を、前記ホストに対して出力してもよい。

このようにすることで、熱的影響等により変化した検出軸間のアライメントを補正することができる。これにより、ホストは、慣性センサーデバイスをホストに表面実装を行った後も、適切に補正された第１物理量、第２物理量及び高精度第３物理量を取得できる。

また、第１センサーはＭＥＭＳ慣性センサーであり、第２センサーは水晶慣性センサーであってもよい。

このようにすることで、小型化と高精度を両立した物理量センサーを実現することができる。

また、本実施形態のセンサーモジュールは、上記した慣性センサーデバイスと第１センサーを含むセンサーモジュールに関係する。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また慣性センサーデバイス又はセンサーモジュールの構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１…第１センサー、１００…慣性センサーデバイス、１０２…第２センサー、１１０…第１インターフェース、１２０…第２インターフェース、１３０…処理回路、１４０…ホストインターフェース、１５０…検査用インターフェース、１６０…メモリー、１６２…第１テーブル、１６４…第２テーブル、２００…ホスト、３００…検査装置、Ｐ１…第１物理量、Ｐ２…第２物理量、Ｐ３…第３物理量、ＨＰ３…高精度第３物理量、ＢＦ１…第１バッファー、ＢＦ２…第２バッファー、ＢＦ３…第３バッファー、ＣＳ…信号線（信号）、ＣＬＫ…信号線（信号）、ＤＩＮ…信号線（信号）、ＤＯＵＴ１…信号線（信号）、ＤＯＵＴ２…信号線（信号）、ＣＳＡ…信号線（信号）、ＣＬＫＡ…信号線（信号）、ＤＩＮＡ…信号線（信号）、ＤＯＵＴＡ…信号線（信号）、ＣＳＢ…信号線（信号）、ＣＬＫＢ…信号線（信号）、ＤＩＮＢ…信号線（信号）、ＤＯＵＴＢ…信号線（信号）、ＤＲＤＹＢ…信号線（信号）、ＣＳ３…信号線（信号）、ＣＬＫ３…信号線（信号）、ＤＩＮ３…信号線（信号）、ＤＯＵＴ３…信号線（信号）、ＣＳ４…信号線（信号）、ＣＬＫ４…信号線（信号）、ＤＩＮ４…信号線（信号）、ＤＯＵＴ４…信号線（信号）、ＤＲＤＹ４…信号線（信号）、ＲＣ…リードコマンド、Ｇ１…第１角速度、Ｇ２…第２角速度、Ｇ３…第３角速度、ＨＧ３…高精度第３角速度、Ａ１…第１加速度、Ａ２…第２加速度、Ａ３…第３加速度、ＣＧ１…補正後の第１角速度、ＣＧ２…補正後の第３角速度、ＣＧ３…補正後の第３角速度、ＣＨＧ３…補正後の高精度第３角速度、ＣＡ１…補正後の第１加速度、ＣＡ２…補正後の第２加速度、ＣＡ３…補正後の第３加速度、ＳＣＬ…信号線、ＳＤＡ…信号線

Claims (7)

1. 第１検出軸での第１物理量と第２検出軸での第２物理量と第３検出軸での第３物理量を検出する第１センサーとのインターフェースである第１インターフェースと、
   前記第３検出軸での物理量を、前記第１センサーよりも高い精度で、高精度第３物理量として検出する第２センサーと、
   前記第２センサーとのインターフェースである第２インターフェースと、
   ホストとのインターフェースであるホストインターフェースと、
   処理回路と、
   を含み、
   前記処理回路は、
   前記第１物理量及び前記第２物理量を、前記ホストインターフェースを介して前記ホストに出力するとともに、
   前記第３物理量に代えて、前記高精度第３物理量を、前記ホストインターフェースを介して前記ホストに出力することを特徴とする慣性センサーデバイス。
2. 請求項１に記載の慣性センサーデバイスにおいて、
   前記第３物理量及び前記高精度第３物理量は、前記第３検出軸周りでの角速度であることを特徴とする慣性センサーデバイス。
3. 請求項１または２に記載の慣性センサーデバイスにおいて、
   前記第３物理量及び前記高精度第３物理量は、前記第３検出軸での加速度であることを特徴とする慣性センサーデバイス。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の慣性センサーデバイスにおいて、
   前記処理回路は、
   前記第１物理量、前記第２物理量及び前記高精度第３物理量のゼロ点補正を行い、
   前記ホストインターフェースは、
   前記ゼロ点補正による補正後の前記第１物理量、前記第２物理量及び前記高精度第３物理量を、前記ホストに対して出力することを特徴とする慣性センサーデバイス。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の慣性センサーデバイスにおいて、
   前記処理回路は、
   前記第１物理量、前記第２物理量、前記高精度第３物理量に対する検出軸間のアライメント補正を行い、
   前記ホストインターフェースは、
   前記アライメント補正による補正後の前記第１物理量、前記第２物理量及び前記高精度第３物理量を、前記ホストに対して出力することを特徴とする慣性センサーデバイス。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の慣性センサーデバイスにおいて、
   前記第１センサーは、ＭＥＭＳ慣性センサーであり、
   前記第２センサーは、水晶慣性センサーであることを特徴とする慣性センサーデバイス。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の慣性センサーデバイスと、
   前記第１センサーと、
   を含むことを特徴とするセンサーモジュール。

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