JP6829108B2 - 高度計、及び高度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、高度計、及び高度検出方法に関する。

近年、圧力センサを利用して高度を計測する高度計が知られている。このような従来の高度計では、密閉された空洞部と外気との間の差圧に起因するダイヤフラムの変形を、電気抵抗の変化として検出する絶対圧センサの出力から高度を算出する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６−２０５８９７号公報

しかしながら、上述した従来の高度計では、絶対圧センサは、ダイヤフラムがその周縁すべてを基板に固定されており、変形しづらい構造になっているため、空洞部と外気との間の差圧に対するダイヤフラムの変形量が小さく、絶対圧の検出精度が低い。このため、上述した従来の高度計では、高度を高精度に検出することが困難であった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、高度を高精度に検出することができる高度計、及び高度検出方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、対象物の高度を計測する高度計であって、前記対象物に対して相対的に移動可能に配置され、前記対象物に対して高度計内部で相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な圧力センサと、前記対象物の傾斜情報を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記圧力センサの相対的な移動によって生じた前記圧力センサの高度差を検出する高度差検出部と、前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記圧力差と、前記高度差検出部によって検出された前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出する高度検出部とを備えることを特徴とする高度計である。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記圧力センサは、空気が流入するキャビティを有するセンサ本体と、前記空気を前記キャビティの内外に流通させる連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、を有し、前記カンチレバーの撓み変形に応じた出力をすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記高度検出部は、前記圧力差と、前記高度差とに基づいて、前記高度差に対する前記圧力差の傾きを算出し、算出した前記傾きと、前記傾きと高度と関係を示す高度特性情報とに基づいて、前記対象物の高度を検出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記対象物の現在の高度を外部から取得する高度取得部と、前記高度取得部によって取得した前記現在の高度と、前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記大気の圧力差と、前記高度差検出部によって検出された前記高度差とに基づいて、前記高度特性情報を調整する較正処理部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記対象物に対して、前記圧力センサを所定の移動経路で移動させる移動機構を備え、前記高度差検出部は、前記移動機構によって前記所定の移動経路を移動された前記圧力センサの移動距離と、前記傾斜情報とに基づいて、前記高度差を検出し、前記高度検出部は、前記移動機構によって前記所定の移動経路を移動された前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記圧力差と、前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記移動機構は、前記圧力センサが配置される回転体を備え、前記回転体を回転させることよって前記圧力センサを円状に移動させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記移動機構は、前記圧力センサが配置され、直線状に移動可能な直線移動体を備え、前記直線移動体を直線状に移動させることによって前記圧力センサを直線移動させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記高度検出部は、前記所定の移動経路を移動されて前記圧力センサから出力される周期的な出力信号と、前記圧力センサの移動情報に基づく参照信号とに基づいて同期検波を実行した当該同期検波の結果に基づいて、前記圧力差を検出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の高度計において、前記対象物が等速運動しているか否かを判定する等速運動判定部を備え、前記高度差検出部は、前記等速運動判定部によって前記対象物が等速運動していると判定された場合に前記傾斜センサによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記高度差を検出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、対象物に対して相対的に移動可能に配置され、前記対象物に対して高度計内部で相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な圧力センサを使用して、前記対象物の高度を検出する前記高度計の高度検出方法であって、傾斜センサが、前記対象物の傾斜情報を検出する傾斜検出ステップと、高度差検出部が、前記傾斜検出ステップによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記圧力センサの相対的な移動によって生じた前記圧力センサの高度差を検出する高度差検出ステップと、高度検出部が、前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記圧力差と、前記高度差検出ステップによって検出された前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出する高度検出ステップとを含むことを特徴とする高度検出方法である。

本発明によれば、高度を高精度に検出することができる。

第１の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態における高度特性情報の一例を説明する図である。 第１の実施形態による圧力センサの一例を示す構成図である。 第１の実施形態による気圧変動検出部の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態における圧力センサの出力信号の一例を示す図である。 第１の実施形態における圧力センサの動作の一例を示す図である。 第１の実施形態における圧力センサの動作の一例を示すフローチャートである。 回転板を回転させた圧力センサの傾斜時における出力信号の一例を説明する図である。 第１の実施形態による高度計の動作の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態による高度計の動作の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。 第３の実施形態における較正処理の一例を説明する図である。 第４の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。 第４の実施形態における差分生成部の動作の一例を示す図である。 第５の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。 第６の実施形態による高度計の一例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態による高度計、及び高度検出方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
まず、図１を参照して、第１の実施形態による高度計１の構成について説明する。
図１は、第１の実施形態による高度計１の一例を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、高度計１は、圧力センサ１０と、移動機構２０と、磁石３１と、回転検出部３２と、同期クロック信号生成部３３と、電源部３４と、スリップリング３５と、記憶部３６と、傾斜センサ３７と、検出処理部４０とを備えている。

本実施形態による高度計１は、対象物に設置されて、対象物の高度を検出する。ここで、対象物とは、例えば、圧力センサ１０を含む移動機構２０及び傾斜センサ３７が搭載されている基板、筐体、装置などである。対象物は、例えば、傾斜して配置されている。
なお、図１において、ＸＹＺ直交座標系を設定し、圧力センサ１０が移動する平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面の直交方向をＺ軸方向とする。また、図１において、Ｘ軸方向は、紙面の左右方向とし、Ｙ軸方向は、紙面の上下方向をとする。また、本実施形態では、傾斜センサ３７が検出する傾斜角θ（傾斜情報）の検出方向を、図１に示すＸ軸方向とし、高度の方向をＺ軸方向として説明する。

圧力センサ１０は、気圧の変動を検出する差圧センサ（相対圧センサ）である。圧力センサ１０は、対象物に対して相対的に移動可能に配置されている。圧力センサ１０は、例えば、対象物に対して相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な差圧センサである。圧力センサ１０は、例えば、後述する移動機構２０の回転板２１の回転運動により円状に移動可能に、回転板２１に配置されている。圧力センサ１０は、検出した気圧の変動を、例えば、検出信号として、スリップリング３５を介して、検出処理部４０に出力する。なお、圧力センサ１０の構成の詳細については後述する。

移動機構２０は、対象物に対して相対的に、圧力センサ１０を所定の移動経路で移動させる。移動機構２０は、例えば、圧力センサ１０を所定の移動経路として、円状に移動させる。すなわち、移動機構２０は、圧力センサ１０を同一平面上に移動させる。
また、移動機構２０は、回転板２１と、モータ制御部２２と、モータ２３とを備えている。移動機構２０は、回転板２１を回転させることよって圧力センサ１０を円状に移動させる。

回転板２１（回転体の一例）は、圧力センサ１０及び後述する磁石３１が配置され、モータ２３によって、Ｚ軸方向の回転軸Ｃ１（中心軸）を中心に所定の回転速度で回転される。
モータ制御部２２は、例えば、モータドライバを含み、モータ２３を制御する。モータ制御部２２は、回転板２１を所定の回転速度で回転させて、圧力センサ１０を円状に移動させる。
モータ２３は、回転軸Ｃ１を介して回転板２１と接続され、回転板２１を回転させる。また、モータ２３は、対象物に固定されているものとする。

磁石３１は、回転板２１の円周付近に配置されており圧力センサ１０（又は回転板２１）の回転位置の検出に利用される。
回転検出部３２（移動情報検出部の一例）は、圧力センサ１０の移動情報を検出する。なお、圧力センサ１０の移動情報とは、例えば、圧力センサ１０の移動位置（回転位置）、移動量、速度、方向、及び位相などの情報であり、ここでは、一例として、圧力センサ１０の回転位置を示す情報（回転位置情報）として説明する。回転検出部３２は、例えば、ホール素子などの磁気検出素子であり、回転板２１に配置された磁石３１が接近することにより、回転板２１の基準位置を検出し、検出信号を出力する。
なお、本実施形態では、回転板２１が基準位置になった場合に、圧力センサ１１と圧力センサ１２とを結ぶ方向である検出方向が、Ｘ軸方向になるように、磁石３１及び回転検出部３２が配置されているものとする。

同期クロック信号生成部３３（参照信号生成部の一例）は、回転検出部３２が検出した移動情報に基づいて、所定の方向の傾斜に対応する同期クロック信号（参照信号）を生成する。すなわち、同期クロック信号生成部３３は、回転板２１の基準位置に応じて回転検出部３２から出力された検出信号に基づいて、例えば、Ｘ軸方向の傾斜を同期検波する同期クロック信号を生成する。具体的に、同期クロック信号生成部３３は、回転検出部３２から出力された検出信号をトリガとして、回転板２１の回転周期と同一周期のクロック信号を生成する。そして、同期クロック信号生成部３３は、Ｘ軸方向の傾斜を同期検波するように、生成したクロック信号を遅延させて、同期クロック信号として検出処理部４０に出力する。

電源部３４は、高度計１を動作させるための電源電圧を生成し、生成した電源電圧を各部に供給する。また、電源部３４は、スリップリング３５を介して、回転板２１上の圧力センサ１０に電源電圧（電源電力）を供給する。
スリップリング３５は、回転している回転板２１上の圧力センサ１０に、電源部３４が生成した電源電圧（電源電力）を供給するとともに、圧力センサ１０から出力された出力信号を検出処理部４０に伝送する信号伝送手段である。スリップリング３５を用いることにより、高度計１は、回転している回転板２１上に配置されている圧力センサ１０の出力信号を適切に検出処理部４０に伝送することが可能になる。

記憶部３６は、高度計１が使用する各種情報を記憶する。記憶部３６は、例えば、圧力センサ１０の出力の変化量を大気の圧力差に変換する変換テーブル情報や、高度を検出するための後述する高度特性情報などを記憶する。ここで、図２を参照して、記憶部３６が記憶する高度特性情報について説明する。

図２は、本実施形態における高度特性情報の一例を説明する図である。
図２（ａ）は、高度と気圧との関係を示しグラフである。図２（ａ）において、横軸は、高度［ｍ（メートル）］を示し、縦軸は、気圧を示している。また、波形Ｗ１は、高度と気圧との関係を示す特性情報である。

図２（ａ）に示すように、高度に応じて、気圧（大気の圧力）が変化する。気圧は、高度が低い程、高くなり、高度が高い程、低くなる。また、高度と気圧との関係は、高度に応じて、高度差（高さの変化量）に対する気圧差（大気の圧力差）が異なる。例えば、高度が低い場所においての高度差ΔＨ１に対する気圧の変化を気圧差ΔＰとした場合に、高度の高い場所では、同一の気圧差ΔＰを変化させるためには、高度差ΔＨ２の高さを変化させる必要がある。ここで、高度差ΔＨ２は、高度差ΔＨ１よりも大きい値となる。
例えば、高度差に対する大気の圧力差の傾きαは、高度が０［ｍ（メートル）］では、１２０ｍ［ｍＰａ（ミリパスカル）／ｃｍ（センチメートル）］であり、高度が１０００［ｍ］では、１０９ｍ［ｍＰａ／ｃｍ］である。また、高度が３０００［ｍ］では、傾きαは、８９ｍ［ｍＰａ／ｃｍ］である。このように、高度差に対する大気の圧力差の傾きαは、高度に依存する。

また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の波形Ｗ１を高度で微分して、単位高度当たりの気圧変化を求めた高度特性情報を示している。
図２（ｂ）において、横軸は、高度［ｍ］を示し、縦軸は、単位高度当たりの気圧変化（傾きα）［ｍＰａ／ｃｍ］を示している。また、波形Ｗ２は、上述した波形Ｗ１を高度で微分した特性波形を示している。

図２（ｂ）に示す波形Ｗ２は、高度と、高度差に対する大気の圧力差の傾きαとの関係を示す特性情報であり、波形Ｗ２を用いることにより、単位高度当たりの気圧変化である圧力差の傾きから高度を求めることができる。記憶部３６は、例えば、図２（ｂ）の波形Ｗ２の高度特性情報として記憶する。

傾斜センサ３７は、例えば、加速度センサを使用した傾斜角センサなどであり、対象物の傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出する水準器である。傾斜センサ３７は、検出した傾斜角θを検出処理部４０に出力する。

検出処理部４０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含むプロセッサであり、高度計１における各種処理を実行する。検出処理部４０は、例えば、傾斜センサ３７から対象物の傾斜角θを取得する。また、検出処理部４０は、例えば、モータ制御部２２にモータ２３により回転板２１を回転させる。そして、検出処理部４０は、回転板２１が回転した状態での圧力センサ１０の出力を取得し、取得した当該圧力センサ１０の出力と、対象物の傾斜角θと、圧力センサ１０の移動情報と、に基づいて、後述する対象物の高度を検出する。検出処理部４０は、検出した高度を示す高度情報を外部に出力する。
また、検出処理部４０は、同期検波部４１と、高度差検出部４２と、高度検出部４３とを備えている。

同期検波部４１は、圧力センサ１０の周期的な出力信号と、同期クロック信号生成部３３が生成した同期クロック信号とに基づいて同期検波を実行する。同期検波部４１は、例えば、ロックインアンプ回路とローパスフィルタ（ＬＰＦ）とを含み、圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号を生成する。

高度差検出部４２は、傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θ（傾斜情報）と、圧力センサ１０の移動距離とに基づいて、移動距離の移動によって生じた圧力センサ１０の高度差ΔＨを検出する。ここで、圧力センサ１０の移動距離は、回転板２１の半径Ｒｓの２倍であり、回転板２１（対象物）の傾斜角θと、高度差ΔＨとの関係は、下記の式（１）により表される。

また、この式（１）を変形すると、高度差ΔＨは、下記の式（２）により表される。

高度差検出部４２は、傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θと、圧力センサ１０の移動距離（２×Ｒｓ）と、上記の式（２）とに基づいて、圧力センサ１０の高度差ΔＨを算出する。このように、高度差検出部４２は、移動機構２０によって所定の移動経路を移動された圧力センサ１０の移動距離（２×Ｒｓ）と、傾斜角θ（傾斜情報）とに基づいて、高度差ΔＨを検出する。

高度検出部４３は、圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差と、高度差検出部４２によって検出された高度差とに基づいて、対象物の高度を検出する。高度検出部４３は、例えば、大気の圧力差と、高度差とに基づいて、高度差に対する大気の圧力差の傾きαを算出し、算出した傾きαと、傾きと高度と関係を示す高度特性情報とに基づいて、対象物の高度を検出する。

高度検出部４３は、同期検波部４１によって生成された圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号に基づいて、大気の圧力差ΔＰを生成する。高度検出部４３は、圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号を圧力センサ１０の出力の変化量として、記憶部３６が記憶する変換テーブル情報に基づいて、大気の圧力差ΔＰに変換する。このように、高度検出部４３は、所定の移動経路を移動されて圧力センサ１０から出力される周期的な出力信号と、圧力センサ１０の移動情報に基づく参照信号とに基づいて同期検波を実行した当該同期検波の結果に基づいて、大気の圧力差ΔＰを検出する。

また、高度検出部４３は、変換した大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２が算出した高度差ΔＨと、下記の式（３）とに基づいて、高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαを算出する。

高度検出部４３は、算出した傾きαと、記憶部３６が記憶する傾きαと高度と関係を示す高度特性情報（例えば、図２（ｂ）の高度特性情報）とに基づいて、対象物の高度を検出する。このように、高度検出部４３は、移動機構２０によって所定の移動経路（例えば、円状の移動経路）を移動された圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて、対象物の高度を検出する。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態における圧力センサ１０の詳細な構成について説明する。
図３は、本実施形態による圧力センサ１０の一例を示す構成図である。
図３（ａ）は、本実施形態における圧力センサ１０の一例を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１０の断面図である。

図３に示すように、圧力センサ１０は、表裏の圧力差に応じて変形するカンチレバー４と、一端がカンチレバー４と対向するように配設された蓋部５２と、カンチレバー４の変位を測定するための気圧変動検出部５と、カンチレバー４及び蓋部５２の一面に配設されたキャビティ筐体３と、を有している。

キャビティ筐体３（センサ本体の一例）は、内部にキャビティ５０が形成された箱状の部材である。キャビティ筐体３は、例えば、キャビティ５０を構成するセラミック材よりなる第１筐体部３ａと、第１筐体部３ａ上に配置され、かつ後述のシリコン支持層２ａ及びシリコン酸化膜等の酸化層２ｂよりなる第２筐体部３ｂとを有している。

カンチレバー４は、例えば、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂ、及びシリコン活性層２ｃを熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板２を加工することで形成されている。具体的には、カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２を構成するシリコン活性層２ｃよりなり、平板状のシリコン活性層２ｃから平面視コ字状に形成されたギャップ５３を切り出した形状からなる。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを固定端とし、蓋部５２と対向する側の端部である先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造となる。

また、カンチレバー４は、キャビティ筐体３に形成されたキャビティ５０の上面を囲うように配置されている。つまり、カンチレバー４は、キャビティ５０の開口を略閉塞している。カンチレバー４は、基端部４ａを介してキャビティ筐体３に第２筐体部３ｂ上に対して一体的に固定されることで、片持ち支持される。これにより、カンチレバー４は、基端部４ａを固定端としてキャビティ５０内部と外部との圧力差（差圧）に応じた撓み変形が可能になる。

このように、カンチレバー４は、空気をキャビティ５０の内外に流通させるギャップ５３（連通孔）を除くキャビティ５０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ５０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。
なお、カンチレバー４の基端部４ａには、カンチレバー４が撓み変形しやすいように、平面視コ字状の貫通孔５５が形成される。ただし、この貫通孔５５の形状は、カンチレバー４の撓み変形を容易にする形状ならば、上記コ字状に限定されるものではない。

蓋部５２は、キャビティ５０上方に位置し、ギャップ５３を介して、カンチレバー４の周囲に配置されている。当該蓋部５２は、シリコン活性層２ｃで構成される。
気圧変動検出部５は、外部から加わる応力に応じて電気抵抗値が変化するピエゾ抵抗６０と、この電気抵抗値変化を取り出す検出回路６２から構成されている。
ピエゾ抵抗６０は、図２に示すように、Ｙ方向において、貫通孔５５を挟んだ両側に対となって配置される。これら一対のピエゾ抵抗６０は、導電性材料からなる配線部６１を介して相互に電気的に接続されている。
なお、この配線部６１及びピエゾ抵抗６０を含む全体的な形状は、例えば、図２に示すように平面視Ｕ字状とすることができるが、別の配置形状としてもよい。

検出回路６２は、ピエゾ抵抗６０と接続され、ピエゾ抵抗６０の電気抵抗値変化に基づいた信号を出力する回路である。検出回路６２は、例えば、図４に示すように、ブリッジ回路６２１及び差動増幅回路６２２で構成される。すなわち、検出回路６２は、ピエゾ抵抗６０と、固定抵抗Ｒｏ、可変抵抗Ｒｏ’を用いて、ブリッジ回路６２１を構成することで、ピエゾ抵抗６０の電気抵抗値の変化を電圧変化として取り出すことができる。そして、検出回路６２は、この電圧変化を差動増幅回路６２２により所定のゲインで増幅して出力する。
なお、上記のピエゾ抵抗６０は、例えば、イオン注入法や拡散法等の各種方法によりリン等のドープ剤（不純物）をシリコン活性層２ｃにドーピングすることで形成される。また、ドープ剤は、シリコン活性層２ｃ表面近傍のみに添加される。このため、ピエゾ抵抗６０の電気抵抗値の変化は、カンチレバー４に加わる応力の圧縮／伸長の方向に対して正負逆となる。

また、一対のピエゾ抵抗６０間は、配線部６１のみで電気的に導通するように構成されている。このため、カンチレバー４のうち配線部６１近傍におけるシリコン活性層２ｃは、配線部６１以外でピエゾ抵抗６０双方が導通しないよう、エッチング等によりシリコン活性層２ｃを除去して形成した溝部５６を有している。なお、上記の配線部６１近傍におけるシリコン活性層２ｃは、部分的に不純物ドープされることで、エッチングを省略した構成としてもよい。

次に、図面を参照して、本実施形態による高度計１の動作について説明する。
まず、図５及び図６を参照して、本実施形態における圧力センサ１０の動作について説明する。ここでは、対象物の高度が変化することで、大気（空気）の圧力が変化した場合のカンチレバー４の動作と、その時の検出回路６２の出力特性について説明する。なお、以下の説明において、空気の圧力は、外圧Ｐｏｕｔと表記することとする。外圧Ｐｏｕｔは、カンチレバー４のキャビティ筐体３への配設面と対向する面（すなわち、図２における上面）側の圧力である。また、キャビティ５０内部の内圧を内圧Ｐｉｎと定義し、外圧Ｐｏｕｔとする。

図５は、本実施形態における圧力センサ１０の出力信号の一例を示す図である。
ここで、図５（ａ）は、外圧Ｐｏｕｔ及び内圧Ｐｉｎの経時変化を示しており、図５（ｂ）は、検出回路６２の出力信号の経時変化を示している。
また、図６は、実施形態における圧力センサ１０の動作の一例を示す図であり、図３に示すカンチレバー４の動作の一例を模式的に示す断面図である。
ここで、図６（ａ）は、初期状態のカンチレバー４の断面図を示し、図６（ｂ）は、外圧Ｐｏｕｔが内圧Ｐｉｎより高い状態のカンチレバー４の断面図を示している。また、図６（ｃ）は、キャビティ５０内外の圧力が同じに戻った状態のカンチレバー４の断面図を示している。なお、図６において、検出回路６２の図示を省略する。

まず、図５（ａ）における期間Ａのように、外圧Ｐｏｕｔと内圧Ｐｉｎとが等しく、差圧ΔＰ０がゼロである場合には、図６（ａ）に示すように、カンチレバー４は、撓み変形しない。

次に、図５（ａ）における時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、内圧Ｐｉｎは急激に変化できず、差圧ΔＰ０が生じるため、図６（ｂ）に示すように、カンチレバー４は、キャビティ５０内部に向けて撓み変形する。すると、当該カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗６０に応力が加わり、電気抵抗値が変化するので、図５（ｂ）に示すように、検出回路６２の出力信号が増大する。

また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降（時刻ｔ１以降）において、ギャップ５３を介してキャビティ５０の外部から内部へと圧力伝達媒体が徐々に流動する。このため、図５（ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは、時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔに遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、図５（ｂ）に示すように、上述の出力信号が、時刻ｔ２以降において、徐々に低下する（期間Ｃ）。

そして、図５（ａ）に示す時刻ｔ３以降の期間Ｄのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔと同じになると、図６（ｃ）に示すように、カンチレバー４の撓み変形が解消され、図６（ａ）に示す初期状態に復帰する。さらに、図５（ｂ）に示すように、検出回路６２の出力信号も期間Ａの初期状態と同値に戻る。
なお、検出回路６２の出力信号は、初期状態における基準電圧と、ピエゾ抵抗６０の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー４に加わる差圧ΔＰ０がゼロの場合の、図４に図示したブリッジ回路６２１の分圧点Ｖａと分圧点Ｖｂとの電圧差を差動増幅回路６２２で増幅した電圧値となる。

なお、上述した圧力センサ１０では、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、非常に薄型化（例えば数十から数百ｎｍ厚）しやすい。したがって、圧力センサ１０では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。
さらに、圧力センサ１０では、外圧Ｐｏｕｔが非常に緩やかに変化する場合、ギャップ５３による圧力伝達媒体の流動制限機能が作用せず、内圧Ｐｉｎは外圧Ｐｏｕｔに対して時間遅れせず、ほぼ同じ圧力値となり、差圧ΔＰ０が発生しない。本実施形態では、これを逆に利用し、外圧Ｐｏｕｔが非常に遅い変化速度の場合（例えば、気象変化のような気圧変化の場合）、外圧Ｐｏｕｔの変化を無視することが可能となる。よって、気象変化のような気圧変化をノイズとして除去することが可能になる。

次に、図７を参照して、上述した圧力センサ１０の動作について説明する。
図７は、本実施形態における圧力センサ１０の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、対象物が、上述したＸ軸方向に傾斜している場合に、移動機構２０の回転板２１の回転により、傾斜による高さ変化分だけ圧力センサ１０に大気圧（上述した外圧Ｐｏｕｔ）が変化する（ステップＳ１０１）。

すると、圧力センサ１０のキャビティ５０内部の内圧である内圧Ｐｉｎは、ステップＳ１０１における外圧Ｐｏｕｔの変化に追従するように変化する（ステップＳ１０２）。ここで、ギャップ５３は、キャビティ５０内外を連通する連通孔として機能するため、カンチレバー４の表裏に加わる差圧に応じて、高圧側から低圧側へと空気が移動する。ただし、空気の移動が微小なギャップ５３によって規制されているため、内圧Ｐｉｎは、外圧Ｐｏｕｔの変化に応じて急激に変化することはなく、外圧Ｐｏｕｔの変化に対して遅れて追従することとなる。

次に、カンチレバー４の表裏面には、上述の外圧Ｐｏｕｔの変化に対する内圧Ｐｉｎの遅れによって、圧力差（以下、差圧ΔＰ０＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎ）が発生する（ステップＳ１０３）。その結果、カンチレバー４は、差圧ΔＰ０の大きさに応じて撓み変形する（ステップＳ１０４）。

次に、カンチレバー４が、撓み変形をすると、カンチレバー４の基端部４ａに設けられたピエゾ抵抗６０に応力が加わり（ステップＳ１０５）、ピエゾ抵抗６０の電気抵抗値が変化する（ステップＳ１０６）。ここで、検出回路６２は、ピエゾ抵抗６０へ電流を流すことで、ピエゾ抵抗６０の電気抵抗値の変化を検出し、当該電気抵抗の変化に応じた検出信号を出力する（ステップＳ１０７）。

次に、図８を参照して、回転板２１を回転させた圧力センサ１０の傾斜時における出力信号の一例を説明する図である。
図８（ａ）において、移動機構２０のモータ２３が、対象物ＯＢに取り付けされており、対象物ＯＢがＸ軸方向に傾斜角θだけ傾斜している場合（対象物ＯＢの傾斜時）の状態を示している。また、図８（ｂ）は、対象物ＯＢの傾斜時における圧力センサ１０の出力信号を示している。
なお、図８（ｂ）において、縦軸は、圧力センサ１０の出力信号の電圧を示し、横軸は、時間を示している。また、波形Ｗ３は、圧力センサ１０の出力信号の波形を示している。

図８（ｂ）に示すように、対象物ＯＢがＸ軸方向に傾斜角θだけ傾斜している場合、回転板２１とともに、円状に移動する圧力センサ１０は、Ｚ軸方向（高さ方向）に変位するため、図８（ｂ）の波形Ｗ３に示すように、周期的な出力信号を出力する。この場合、圧力センサ１０は、Ｚ軸方向の変位（高さの変化）による気圧の変化（大気圧の圧力差ΔＰを検出し、波形Ｗ３のような正弦波状の出力信号を出力する。なお、出力信号（波形Ｗ３）のピーク間の変化量を変化量ΔＶｏとすると、例えば、傾斜角θが大きい程（高さの変化が大きい程）、変化量ΔＶｏが大きくなり、傾斜角θが小さい程（高さの変化が小さい程）、変化量ΔＶｏが小さくなる。

同期検波部４１は、図８（ｂ）の波形Ｗ３に示すような圧力センサ１０の周期的な出力信号と、同期クロック信号生成部３３が生成した同期クロック信号とに基づいて同期検波を実行し、圧力センサ１０の出力信号の振幅（変化量ΔＶｏ）に比例した直流信号を生成する。高度検出部４３は、この圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号を圧力センサ１０の出力の変化量として、記憶部３６が記憶する変換テーブル情報に基づいて、大気の圧力差ΔＰに変換する。

次に、図９を参照して、高度計１による高度の検出処理について説明する。
図９は、本実施形態による高度計１の動作の一例を示すフローチャートである。
図９に示すように、まず、高度計１の検出処理部４０は、傾斜情報を取得する（ステップＳ２０１）。すなわち、検出処理部４０は、傾斜センサ３７が検出した傾斜角θを取得する。

次に、検出処理部４０の同期検波部４１は、同期検波を実行する（ステップＳ２０２）。同期検波部４１は、例えば、モータ制御部２２にモータ２３により回転板２１を回転させ、回転板２１が回転した状態での圧力センサ１０の周期的な出力信号を取得するとともに、同期クロック信号生成部３３が生成した同期クロック信号を取得する。同期検波部４１は、圧力センサ１０の周期的な出力信号と、同期クロック信号生成部３３が生成した同期クロック信号とに基づいて同期検波を実行して、圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号を生成する。

次に、検出処理部４０の高度差検出部４２は、高度差を検出する（ステップＳ２０３）。高度差検出部４２は、例えば、傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θと、回転板２１の半径Ｒｓと、上述した式（２）とに基づいて、高度差ΔＨを算出する。

次に、検出処理部４０の高度検出部４３は、大気の圧力差を検出する（ステップＳ２０４）。高度検出部４３は、同期検波部４１によって生成された圧力センサ１０の出力信号の振幅に比例した直流信号を圧力センサ１０の出力の変化量として、記憶部３６が記憶する変換テーブル情報に基づいて、大気の圧力差ΔＰに変換する。

次に、高度検出部４３は、大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨと、高度特性情報とに基づいて、高度を検出する（ステップＳ２０５）。高度検出部４３は、変換した大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２が上述した式（２）により算出した高度差ΔＨと、上述した式（３）とに基づいて、高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαを算出する。そして、高度検出部４３は、算出した高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαと、記憶部３６が記憶する図２（ｂ）に示すような高度特性情報とに基づいて、高度を検出する。高度検出部４３は、検出した高度を示す高度情報を、外部に出力する。ステップＳ２０５の処理後に、検出処理部４０は、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態による高度計１は、圧力センサ１０と、傾斜センサ３７と、高度差検出部４２と、高度検出部４３とを備える。圧力センサ１０は、対象物に対して相対的に移動可能に配置され、対象物に対して相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能である。傾斜センサ３７は、対象物の傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出する。高度差検出部４２は、傾斜センサ３７によって検出された傾斜情報（例えば、傾斜角θ）と、移動距離（例えば、２×Ｒｓ）とに基づいて、移動距離の移動によって生じた圧力センサ１０の高度差ΔＨを検出する。高度検出部４３は、圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２によって検出された高度差ΔＨとに基づいて、対象物の高度を検出する。
これにより、本実施形態による高度計１は、検出精度の低い絶対圧センサの代わりに、精度の高い差圧センサを圧力センサ１０に使用することが可能になるため、高度を高精度に検出することができる。

また、本実施形態では、圧力センサ１０は、キャビティ筐体３（センサ本体）と、カンチレバー４とを有し、カンチレバー４の撓み変形に応じた出力をする。キャビティ筐体３は、空気が流入するキャビティ５０を有する。カンチレバー４は、空気をキャビティ５０の内外に流通させるギャップ５３（連通孔）を除くキャビティ５０の開口面を塞ぐように基端部４ａから先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ５０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。
これにより、本実施形態による高度計１では、圧力センサ１０が、キャビティ５０の内部と外部との圧力差に応じて大きく撓み変形するカンチレバー４を有するため、大気の圧力差ΔＰを高精度に検出することができる。よって、本実施形態による高度計１は、高度を高精度に検出することができる。

また、本実施形態では、高度検出部４３は、大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて、高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαを算出し、算出した傾きαと、傾きαと高度と関係を示す高度特性情報（例えば、図２（ｂ）の波形Ｗ２）とに基づいて、対象物の高度を検出する。
これにより、本実施形態による高度計１は、簡易な手法により、高度を高精度に検出することができる。

また、本実施形態による高度計１は、対象物に対して、圧力センサ１０を所定の移動経路で移動させる移動機構２０を備える。高度差検出部４２は、移動機構２０によって所定の移動経路（例えば、円状の経路）を移動された圧力センサ１０の移動距離（例えば、２×Ｒｓ）と、傾斜情報（例えば、傾斜角θ）とに基づいて、高度差ΔＨを検出する。高度検出部４３は、移動機構２０によって所定の移動経路を移動された圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて、対象物の高度を検出する。
これにより、圧力センサ１０が、所定の移動経路を移動するため、本実施形態による高度計１は、位置情報（例えば、回転位置情報）を検出することで、容易に圧力センサ１０の移動距離を算出することが可能になる。よって、本実施形態による高度計１は、移動距離の算出を簡略化することができる。

また、本実施形態では、移動機構２０は、圧力センサ１０が配置される回転板２１（回転体）を備え、回転板２１を回転させることよって圧力センサ１０を円状に移動させる。
これにより、本実施形態による高度計１は、正弦波状の周期的な出力信号を圧力センサ１０から容易に得ることができるため、例えば、同期検波などの簡易な検出手法を利用することができる。また、本実施形態による高度計１は、圧力センサ１０の回転半径Ｒｓから圧力センサ１０の移動距離を容易に算出することできる。よって、本実施形態による高度計１は、対象物の高度の検出処理を簡略化することができる。

また、本実施形態では、高度検出部４３は、所定の移動経路を移動されて圧力センサ１０から出力される周期的な出力信号（例えば、正弦波状の出力信号）と、圧力センサ１０の移動情報に基づく同期クロック信号（参照信号）とに基づいて同期検波を実行した当該同期検波の結果に基づいて、大気の圧力差ΔＰを検出する。
これにより、本実施形態による高度計１は、同期検波を利用するため、大気の圧力差ΔＰの検出処理を簡略化することができる。

また、本実施形態による高度検出方法は、対象物に対して相対的に移動可能に配置され、対象物に対して相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な圧力センサ１０を使用した高度検出方法であって、傾斜検出ステップと、高度差検出ステップと、高度検出ステップとを含む。傾斜検出ステップにおいて、傾斜センサ３７が、対象物の傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出する。高度差検出ステップにおいて、高度差検出部４２が、傾斜検出ステップによって検出された傾斜情報（例えば、傾斜角θ）と、移動距離とに基づいて、移動距離の移動によって生じた圧力センサ１０の高度差ΔＨを検出する。高度検出ステップにおいて、高度検出部４３が、圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差検出ステップによって検出された高度差ΔＨとに基づいて、対象物の高度を検出する。
これにより、本実施形態による高度検出方法は、上述した高度計１と同様の効果を奏し、高度を高精度に検出することができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態による高度計１ａについて説明する。
図１０は、第２の実施形態による高度計１ａの一例を示す機能ブロック図である。
図１０に示すように、高度計１ａは、圧力センサ１０と、移動機構２０と、磁石３１と、回転検出部３２と、同期クロック信号生成部３３と、電源部３４と、スリップリング３５と、記憶部３６と、傾斜センサ３７と、検出処理部４０ａとを備えている。
なお、図１０において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、傾斜センサ３７により対象物の傾斜角θを正確に検出するために、対象物が等速運動を行っている場合に、傾斜角θを検出する場合の一例について説明する。なお、等速運動には、対象物が静止している場合も含まれる。

検出処理部４０ａは、例えば、ＣＰＵなどを含むプロセッサであり、高度計１ａにおける各種処理を実行する。検出処理部４０ａは、例えば、同期検波部４１と、高度差検出部４２と、高度検出部４３と、等速運動判定部４４とを備えている。

等速運動判定部４４は、対象物が等速運動しているか否かを判定する。例えば、対象物が、対象物の測位情報を取得するＧＰＳシステム（測位システム機構の一例）を搭載している場合には、等速運動判定部４４は、ＧＰＳシステムによって取得された測位情報の変化に基づいて、対象物が等速運動しているか否かを判定する。

また、例えば、対象物が、移動速度を取得する速度計など（速度検出機構の一例）を有する移動体である場合には、等速運動判定部４４は、速度計によって取得された移動速度に基づいて、対象物が等速運動しているか否かを判定する。この場合、等速運動判定部４４は、例えば、速度計によって取得された移動速度を取得し、所定の期間、移動速度の変化が所定の範囲以内である場合に、対象物が等速運動していると判定する。

また、例えば、対象物が、自動車などの車輪の駆動によって移動可能な移動体である場合には、等速運動判定部４４は、車輪の駆動状態に基づいて、対象物が等速運動しているか否かを判定する。すなわち、等速運動判定部４４は、車輪の回転速度を示す回転速度情報を対象物から取得して、当該回転速度情報に基づいて、対象物が等速運動しているか否かを判定する。この場合、等速運動判定部４４は、例えば、回転速度情報の変化が、所定の期間、所定の範囲以内である場合に、対象物が等速運動しているか否かを判定する。

また、対象物が、自動車などのように動力源（例えば、エンジン、モータなど）を持つものである場合には、等速運動判定部４４は、動力源から得られる駆動情報に基づいて、対象物が等速運動しているか否かを判定する。
なお、対象物が等速運動している状態には、対象物が静止している状態が含まれる。

本実施形態における検出処理部４０ａは、等速運動判定部４４が、対象物が等速運動していると判定した場合に、対象物の傾斜角θを傾斜センサ３７から取得する。そして、高度差検出部４２は、等速運動判定部４４によって対象物が等速運動していると判定された場合に傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θと、移動距離とに基づいて、高度差ΔHを検出する。

次に、図面を参照して、本実施形態による高度計１ａの動作について説明する。
図１１は、本実施形態による高度計１ａの動作の一例を示すフローチャートである。
図１１において、まず、高度計１ａの検出処理部４０ａは、対象物が等速運動状態であるか否かの有無判定を実行する（ステップＳ３０１）。すなわち、検出処理部４０ａの等速運動判定部４４に、例えば、対象物が等速運動状態であるか否かの判定を実行する。

次に、検出処理部４０ａは、対象物が等速運動状態であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。すなわち、検出処理部４０ａは、等速運動判定部４４による判定結果に基づいて、対象物が等速運動状態であるか否かを判定する。検出処理部４０ａは、対象物が等速運動状態である場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ３０３に進めて、傾斜センサ３７から傾斜情報（傾斜角θ）を取得する。また、検出処理部４０ａは、対象物が等速運動状態でない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）に、処理をステップＳ３０１に戻して、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２の処理を繰り返す。

続く、ステップＳ３０３からステップＳ３０７までの処理は、上述した図９のステップＳ２０１からステップＳ２０５までの処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による高度計１ａは、対象物が等速運動しているか否かを判定する等速運動判定部４４を備える。高度差検出部４２は、等速運動判定部４４によって対象物が等速運動していると判定された場合に傾斜センサ３７によって検出された傾斜情報（例えば、傾斜角θ）と、移動距離とに基づいて、高度差ΔＨを検出する。
ところで、傾斜センサ３７が、例えば、加速度センサを使用していると、対象物が加速運動をしている場合には、正確に傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出できない。そのため、本実施形態による高度計１ａでは、傾斜センサ３７が、対象物が等速運動している場合に、傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出するようにしたので、傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を正確に検出することができる。よって、本実施形態による高度計１ａは、高度差ΔＨを正確に検出することができるため、高度をさらに高精度に検出することができる。

なお、上述した本実施形態において、対象物が等速運動している状態には、対象物が静止している状態が含まれる。そして、高度差検出部４２は、等速運動判定部４４（静止判定部）によって対象物が静止している状態であると判定された場合に傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θと、移動距離とに基づいて、高度差ΔＨを検出するようにしてもよい。
これにより、本実施形態による高度計１ａでは、高度差ΔＨを正確に検出することができるため、高度をさらに高精度に検出することができる。

［第３の実施形態］
次に、図面を参照して、第３の実施形態による高度計１ｂについて説明する。
図１２は、第３の実施形態による高度計１ｂの一例を示す機能ブロック図である。
図１２に示すように、高度計１ｂは、圧力センサ１０と、移動機構２０と、磁石３１と、回転検出部３２と、同期クロック信号生成部３３と、電源部３４と、スリップリング３５と、記憶部３６と、傾斜センサ３７と、検出処理部４０ｂとを備えている。
なお、図１２において、図１及び図１０に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、天候の変化により気圧の変化などにより、記憶部３６が記憶する高度特性情報にずれが生じた場合などのために、高度特性情報を較正する場合の一例について説明する。

検出処理部４０ｂは、例えば、ＣＰＵなどを含むプロセッサであり、高度計１ｂにおける各種処理を実行する。検出処理部４０ｂは、例えば、同期検波部４１と、高度差検出部４２と、高度検出部４３と、等速運動判定部４４と、高度取得部４５と、較正処理部４６とを備えている。

高度取得部４５は、対象物の現在の高度を外部から取得する。高度取得部４５は、例えば、キースイッチやタッチパネルなどの入力装置を介して、使用者から現在の高度を取得してもよいし、ＧＰＳシステム及び地図データなどから、現在の高度計１ｂの位置から現在の高度を取得してもよい。

較正処理部４６は、高度取得部４５によって取得した現在の高度と、圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２によって検出された高度差ΔＨとに基づいて、高度特性情報を調整する。較正処理部４６は、例えば、高度検出部４３によって、大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて算出された上述した傾きαを取得する。較正処理部４６は、取得した傾きαと、高度取得部４５によって取得した現在の高度と、に基づいて、記憶部３６が記憶する高度特性情報を調整（キャリブレーション）する。

図１３は、本実施形態における較正処理の一例を説明する図である。
図１３において、横軸は、高度［ｍ］を示し、縦軸は、単位高度当たりの気圧変化（傾きα）［ｍＰａ／ｃｍ］を示している。また、波形Ｗ４は、較正（キャリブレーション）前の高度特性情報を示しており、波形Ｗ５は、較正後の高度特性情報を示している。

例えば、高度取得部４５が取得した現在の高度が、５００［ｍ］であり、高度検出部４３が大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて算出した傾きαが、α１であった場合には、較正処理部４６は、較正前の高度特性情報の波形Ｗ４を、上述した高度５００［ｍ］と傾きα１との交点に一致するように平行移動させて、波形Ｗ５のように高度特性情報を調整する。

このように、較正処理部４６は、平行移動させて、高度特性情報を調整する。較正処理部４６は、調整（較正）した高度特性情報を記憶部３６に記憶させる。
なお、本実施形態による高度計１ｂの高度検出の動作は、上述した第２の実施形態による高度計１ａと同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態による高度計１ｂは、高度取得部４５と、較正処理部４６とを備える。高度取得部４５は、対象物の現在の高度を外部から取得する。較正処理部４６は、高度取得部４５によって取得した現在の高度と、圧力センサ１０の出力に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２によって検出された高度差ΔＨとに基づいて、高度特性情報を調整する。
これにより、本実施形態による高度計１ｂは、例えば、天候の変化による気圧の変化などにより、高度特性情報にずれが生じた場合であっても、高度特性情報を適切に調整することができる。

なお、上述した実施形態では、較正処理部４６は、現在の高度と、傾きαとに基づいて、高度特性情報の特性波形を平行移動させて高度特性情報を調整する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、較正処理部４６は、高度検出部４３が大気の圧力差ΔＰと高度差ΔＨとに基づいて検出した高度と、現在の高度とに基づいて、同様の調整を行うようにしてもよい。

また、較正処理部４６は、定期的に、上述した較正処理を実行してもよいし、使用者の指示（例えば、現在の高度が入力されたことによる指示など）により較正処理を実行するようにしてもよい。また、較正処理部４６は、例えば、天気予報の情報などを取得して、急激に気圧の変化が予想される場合などに、上述した較正処理を実行するようにしてもよい。

［第４の実施形態］
次に、図面を参照して、第４の実施形態による高度計１ｃについて説明する。
図１４は、第４の実施形態による高度計１ｃの一例を示す機能ブロック図である。
図１４に示すように、高度計１ｃは、圧力センサ（１１、１２）と、移動機構２０と、磁石３１と、回転検出部３２と、同期クロック信号生成部３３と、電源部３４と、スリップリング３５と、記憶部３６と、傾斜センサ３７と、検出処理部４０ｃとを備えている。
なお、図１４において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、高度計１ｃが複数の圧力センサ（１１、１２）を備える場合の一例について説明する。本実施形態では、高度計１ｃが複数（例えば、２つ）の圧力センサ（１１、１２）を備える点と、検出処理部４０ｃが、２つの圧力センサ（１１、１２）の出力信号に基づいて、高度を検出する点が、第１の実施形態と異なる。

圧力センサ１１と、圧力センサ１２とは、上述した圧力センサ１０と同一の構成であり、本実施形態において、高度計１ｃが備える任意の圧力センサを示す場合、又は特に区別しない場合には、圧力センサ１０として説明する。
圧力センサ１１及び圧力センサ１２は、回転板２１の回転運動により円状に移動可能に、回転板２１に配置されている。また、圧力センサ１１と、圧力センサ１２とは、円状の移動によって互いに逆位相の出力信号を出力するように配置されている。例えば、圧力センサ１１と、圧力センサ１２とは、回転板２１の同心円上に配置され、回転板２１の中心角が互いに１８０度ずれた位置に配置されている。

検出処理部４０ｃは、例えば、ＣＰＵなどを含むプロセッサであり、高度計１ｃにおける各種処理を実行する。検出処理部４０ｃは、複数（例えば、２つ）の圧力センサ１０の出力と、圧力センサ１０の移動情報とに基づいて、対象物の高度を検出する。すなわち、検出処理部４０ｃは、互いに逆位相の２つの出力信号と、圧力センサ１０の移動情報とに基づいて、対象物の高度を検出する。また、検出処理部４０ｃは、例えば、同期検波部４１と、高度差検出部４２と、高度検出部４３と、差分生成部４７とを備えている。

差分生成部４７は、圧力センサ１１の出力信号と、圧力センサ１２の出力信号とを差分した出力信号（以下、差分出力信号という）を生成する。
なお、本実施形態では、同期検波部４１は、差分生成部４７が生成した差分出力信号を用いる点を除いて、第１の実施形態と同様である。また、高度検出部４３は、差分出力信号の振幅が、圧力センサ１０の振幅の２倍になっている点を除いて、第１の実施形態と同様である。

次に、図１５を参照して、差分生成部４７の動作について説明する。
図１５は、本実施形態における差分生成部４７の動作の一例を示す図である。
図１５において、各グラフの縦軸は、各出力信号の電圧を示し、各グラフの横軸は、時間を示している。また、波形Ｗ１１〜波形Ｗ１３は、順に、圧力センサ１１の出力信号、圧力センサ１２の出力信号、及び差分出力信号の各波形を示している。

差分生成部４７は、互いに逆位相の出力信号である、圧力センサ１１の出力信号（波形Ｗ１１）と圧力センサ１２の出力信号（波形Ｗ１２）とを差分し、波形Ｗ１３に示すような差分出力信号を生成する。
図１５に示す例では、時刻Ｔ１１、時刻Ｔ１２、時刻Ｔ１３、及び時刻Ｔ１４において、ノイズが発生し、圧力センサ１１の出力信号及び圧力センサ１２の出力信号にノイズが重畳されている。このような場合であっても、圧力センサ１１の出力信号（波形Ｗ１１）と圧力センサ１２の出力信号（波形Ｗ１２）とを差分することで、ノイズがキャンセルされる。そのため、差分生成部４７は、波形Ｗ１３に示すように、ノイズの除去された差分出力信号を出力する。

なお、差分出力信号のピーク間の電圧差Ｖ２は、圧力センサ１０の出力信号におけるピーク間の電圧差（上述した変化量ΔＶｏ）の２倍になる。そのため、本実施形態による高度計１ｃは、Ｓ／Ｎ比（エス／エヌ比：Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を向上させることができる。
また、本実施形態における同期検波部４１及び高度検出部４３の動作は、第１の実施形態と同様であるが、上述したように、差分出力信号の振幅が２倍になっているため、同期検波の実行結果において、振幅に比例した直流信号の値（電圧）が２倍となる。

以上説明したように、本実施形態による高度計１ｃは、複数の圧力センサ１０を備えている。そして、検出処理部４０ｃ（高度検出部４３）は、複数の圧力センサ１０の出力と、圧力センサ１０の移動情報（Ｘ軸方向の移動距離）とに基づいて、対象物の高度を検出する。さらに、２つの圧力センサ１０が、移動によって互いに逆位相の出力信号を出力するように配置され、高度検出部４３は、互いに逆位相の２つの出力信号に基づいて検出された大気の圧力差ΔＰと、高度差ΔＨとに基づいて、対象物の高度を検出する。

これにより、本実施形態による高度計１ｃは、例えば、互いに逆位相の２つの出力信号の差分を取ることにより、圧力センサ１０の出力信号に含まれるノイズ成分を低減することができる。よって、本実施形態による高度計１ｃは、高度をさらに高精度に検出することができる。
また、本実施形態による高度計１ｃは、互いに逆位相の２つの出力信号の差分を取ることにより、上述したように、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、本実施形態による高度計１ｃは、互いに逆位相の２つの出力信号の差分を取ることにより、高度の検出感度を向上させることができる。

［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態による高度計１ｄについて、図面を参照して説明する。
図１６は、第５の実施形態による高度計１ｄの一例を示すブロック図である。
図１６に示すように、高度計１ｄは、圧力センサ１０と、移動機構２０ａと、磁石３１と、位置検出部３２ａと、同期クロック信号生成部３３と、電源部３４と、フレキシブル基板３５ａと、検出処理部４０とを備えている。
なお、図１６において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、圧力センサ１０の移動を、円状の移動の代わりに、直線状に往復移動させる直線移動にした場合の一例について説明する。
移動機構２０ａは、圧力センサ１０が配置され、直線状に移動可能な移動板２５（直線移動体）を備え、移動板２５を直線状に移動させることによって圧力センサ１０を直線移動させる。すなわち、移動機構２０ａは、圧力センサ１０を直線状に往復移動させる直線移動を可能にする。また、移動機構２０ａは、例えば、リニアトラッキング機構３０と、モータ制御部２２と、モータ２３とを備えている。

リニアトラッキング機構３０は、回転板２１と、クランクシャフト２４と、移動板２５と、レール２６とを備え、回転板２１の回転運動を、移動板２５の直線移動（例えば、Ｘ軸方向の直線移動）に変換する。
クランクシャフト２４は、回転板２１の回転運動を、移動板２５に伝達し、直線移動（例えば、Ｘ軸方向（水平時）の直線移動）に変換する。
移動板２５（直線移動体の一例）は、圧力センサ１０及び磁石３１が配置され、モータ２３によって、回転板２１が回転されることによって、クランクシャフト２４を介して、水平時にレール２６上をＸ軸方向に直線状に移動する。

モータ制御部２２は、回転板２１を所定の回転速度で回転させて、圧力センサ１０を上述した直線移動させるように制御する。
位置検出部３２ａ（移動情報検出部の一例）は、圧力センサ１０の移動情報を検出する。位置検出部３２ａは、例えば、ホール素子などの磁気検出素子であり、移動板２５に配置された磁石３１が接近することにより、移動板２５の基準位置を検出し、検出信号を同期クロック信号生成部３３に出力する。

次に、本実施形態による高度計１ｄの動作について説明する。
本実施形態による高度計１ｄでは、圧力センサ１０が、移動機構２０ａによって、直線移動されることにより、圧力センサ１０は、対象物の傾斜に応じて、周期的な出力信号を出力する。また、同期クロック信号生成部３３は、位置検出部３２ａによって検出された移動板２５の位置を示す情報に基づいて、所定の方向（例えば、Ｘ軸方向）の傾斜を検出するための同期クロック信号を生成する。検出処理部４０は、圧力センサ１０がフレキシブル基板３５ａを介して出力した周期的な出力信号と、同期クロック信号とに基づいて、同期検波を実行し、当該同期検波の結果に基づいて、傾斜情報（例えば、傾斜角θ）を検出する。
なお、検出処理部４０の動作の詳細は、上述した第１の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態では、移動機構２０ａは、圧力センサ１０が配置され、直線状に移動可能な移動板２５（直線移動体）を備え、移動板２５を直線状に移動させることによって圧力センサ１０を直線移動させる。
これにより、本実施形態による高度計１ｄは、第１の実施形態と同様に、高度をさらに高精度に検出することができる。また、本実施形態による高度計１ｄは、直線移動により、圧力センサ１０が周期的な出力信号を出力するため、同期検波を利用して、対象物の圧力差ΔＰの検出処理を簡略化することができる。

［第６の実施形態］
次に、第６の実施形態による高度計１ｅについて、図面を参照して説明する。
図１７は、第６の実施形態による高度計１ｅの一例を示すブロック図である。
図１７に示すように、高度計１ｅは、圧力センサ１０と、移動板２５と、レール２６と、磁石３１と、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）と電源部３４と、フレキシブル基板３５ａと、検出処理部４０ｄとを備えている。
なお、図１７において、図１６に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、直線移動した２箇所における圧力センサ１０の出力に基づいて大気の圧力差ΔＰを検出する場合の別の一例について説明する。本実施形態では、移動機構２０ａを備えずに、モータ２３等を有さない移動板２５及びレール２６を備え、外力や加速度などにより、圧力センサ１０を直線移動させる点が、第５の実施形態と異なる。

本実施形態において、移動板２５は、圧力センサ１０及び磁石３１を備え、レール２６（リニアトラッキング）上を自由に直線移動できるように構成されている。移動板２５は、例えば、対象物に加えられた外力（例えば、測定軸方向（Ｘ軸方向）の加速度成分）や人力などにより、レール２６上を移動する。

位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）は、位置検出部３２ａと同一の構成であり、移動板２５に配置された磁石３１が接近することにより、移動板２５の移動位置を検出し、検出信号を検出処理部４０ｄに出力する。本実施形態において、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）は、高度計１ｅが備える任意の位置検出部を示す場合、又は特に区別しない場合には、位置検出部３２ａとして説明する。
なお、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）の位置関係は、予め定められているものとする。例えば、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）は、所定の位置間隔で配置され、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）の出力により、圧力センサ１０の移動距離が検出可能である。

検出処理部４０ｄは、例えば、ＣＰＵなどを含むプロセッサであり、高度計１ｅにおける各種処理を実行する。検出処理部４０ｄは、高度差検出部４２ａと、高度検出部４３ａとを備えている。

高度差検出部４２ａは、上述した複数の位置検出部３２ａのうちの２つの出力により得られる移動距離ΔＤと、傾斜センサ３７によって検出された傾斜角θとに基づいて、移動距離ΔＤの移動によって生じた圧力センサ１０の高度差ΔＨを検出する。高度差検出部４２ａは、移動距離ΔＤと、傾斜角θと、上述した式（２）とに基づいて、高度差ΔＨを算出する。なお、本実施形態では、式（２）において、移動距離（２×Ｒｓ）の代わりに、上述した移動距離ΔＤを使用する。

なお、高度差検出部４２ａは、所定の期間内に、磁石３１を検出した検出信号が、３個以上の位置検出部３２ａから出力された場合に、例えば、３個以上の位置検出部３２ａのうちの最も距離が離れている２つを選択し、当該２つの位置検出部３２ａの距離を移動距離ΔＤとしてもよい。この場合、高度差検出部４２ａは、例えば、最も距離が離れて磁石３１を検出した２つの位置検出部３２ａの距離（移動距離ΔＤ）と、傾斜角θとに基づいて、高度差ΔＨを算出する。

高度検出部４３ａは、位置検出部（３２ａ−１、３２ａ−２、・・・、３２ａ−Ｎ）のうちの２つにより検出信号が出力された第１の位置における圧力センサ１０の出力値（電圧Ｖ３）と、第２の位置における圧力センサ１０の出力値（電圧Ｖ４）を取得する。高度検出部４３ａは、第１の位置の出力値と、第２の位置の出力値との変化量ΔＶｏ（＝Ｖ４−Ｖ３）を算出する。高度検出部４３ａは、算出した変化量ΔＶｏを、記憶部３６が記憶する変換テーブル情報に基づいて、大気の圧力差ΔＰに変換する。

また、高度検出部４３ａは、変換した大気の圧力差ΔＰと、高度差検出部４２ａが算出した高度差ΔＨと、上述した式（３）とに基づいて、高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαを算出する。そして、高度検出部４３ａは、算出した傾きαと、記憶部３６が記憶する傾きαと高度と関係を示す高度特性情報とに基づいて、対象物の高度を検出する。

以上説明したように、本実施形態による高度計１ｅは、第５の実施形態のような移動機構２０ａを備えずに、移動板２５及びレール２６を備え、外力や加速度などにより、圧力センサ１０を直線移動させる。そして、検出処理部４０ｄは、圧力センサ１０の移動距離（例えば、移動距離ΔＤ）と、移動距離に対する圧力センサ１０の出力値の変化（例えば、変化量ΔＶｏ）と、傾斜角θと、に基づいて、対象物の高度を検出する。
これにより、本実施形態による高度計１ｅは、上述した同期検波を使用する場合に比べて、簡易な構成により、高度を検出することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、高度計１（１ａ〜１ｅ）は、高度特性情報に、高度差ΔＨに対する大気の圧力差ΔＰの傾きαと高度との関係を用いる例を説明したが、これに限定されるものではない。高度計１（１ａ〜１ｅ）は、高度特性情報に、例えば、大気の圧力差ΔＰに対する高度差ΔＨの傾きと高度との関係を用いるようにしてもよいし、他の特性情報を用いてもよい。

また、上記の第１〜第５の実施形態では、圧力センサ１０を移動させて周期的な出力信号を出力させ、検出処理部４０（４０ａ〜４０ｃ）が、当該周期的な出力信号に基づいて高度を検出する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、検出処理部４０（４０ａ〜４０ｃ）は、検出処理部４０ｄのように、移動前及び移動後の２箇所、又は、移動経路中の２箇所における２つの圧力センサ１０の出力値と、当該２箇所の距離情報と、傾斜角θとに基づいて、高度を検出してもよい。

また、上記の第１〜第５の実施形態において、移動機構２０（２０ａ）は、モータ２３を備え、能動的に圧力センサ１０を移動させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、高度計１（１ａ〜１ｄ）は、第６の実施形態のように移動機構２０（２０ａ）を備えずに、風車、水車、又は人力などによって、受動的に圧力センサ１０を移動されるようにしてもよい。
また、圧力センサ１０の移動経路は、上述した移動経路に限定されるものではなく、他の移動経路で移動させるようにしてもよい。

また、上記の第１〜第５の実施形態において、検出処理部４０（４０ａ〜４０ｃ）は、同期検波を利用して、圧力センサ１０の出力信号の変化量を検出する例を説明したが、これに限定されるものではない。検出処理部４０（４０ａ〜４０ｃ）は、例えば、整流回路やピークホールド回路を利用してもよいし、移動前後の差分により、圧力センサ１０の出力信号の変化量を検出するようにしてもよい。

また、上記の第３の実施形態において、第２の実施形態に、高度取得部４５及び較正処理部４６を追加する例を説明したが、第１、及び第４〜第６の実施形態に、第３の実施形態を適用してもよい。また、上記の第４〜第６の実施形態において、第２の実施形態を適用してもよい。

なお、上述の検出処理部４０（４０ａ〜４０ｄ）は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した高度の検出処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上述した検出処理部４０（４０ａ〜４０ｄ）が備える機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
また、上述した検出処理部４０（４０ａ〜４０ｄ）が備える機能の一部又は全部を、コンパレータなどのディスクリート部品（例えば、単機能部品、単体素子など）を用いた簡易な回路として実現してもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 高度計
２ ＳＯＩ基板
２ａ シリコン支持層
２ｂ 酸化層
２ｃ シリコン活性層
３ キャビティ筐体
３ａ 第１筐体部
３ｂ 第２筐体部
４ カンチレバー
４ａ 基端部
４ｂ 先端部
５ 気圧変動検出部
１０、１１、１２ 圧力センサ
２０、２０ａ 移動機構
２１ 回転板
２２ モータ制御部
２３ モータ
２４ クランクシャフト
２５ 移動板
２６ レール
３０ リニアトラッキング機構
３１ 磁石
３２ 回転検出部
３２ａ、３２ａ−１、３２ａ−２、３２ａ−Ｎ 位置検出部
３３ 同期クロック信号生成部
３４ 電源部
３５ スリップリング
３５ａ フレキシブル基板
３６ 記憶部
３７ 傾斜センサ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 検出処理部
４１ 同期検波部
４２、４２ａ 高度差検出部
４３、４３ａ 高度検出部
４４ 等速運動判定部
４５ 高度取得部
４６ 較正処理部
４７ 差分生成部
５０ キャビティ
５２ 蓋部
５３ ギャップ
５５ 貫通孔
５６ 溝部
６０ ピエゾ抵抗
６１ 配線部
６２ 検出回路
６２１ ブリッジ回路
６２２ 差動増幅回路
ＯＢ 対象物

Claims (10)

1. 対象物の高度を計測する高度計であって、
   前記対象物に対して相対的に移動可能に配置され、前記対象物に対して前記高度計内部で相相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な圧力センサと、
   前記対象物の傾斜情報を検出する傾斜センサと、
   前記傾斜センサによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記圧力センサの相対的な移動によって生じた前記圧力センサの高度差を検出する高度差検出部と、
   前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記大気の圧力差と、前記高度差検出部によって検出された前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出する高度検出部と
   を備えることを特徴とする高度計。
2. 前記圧力センサは、
   空気が流入するキャビティを有するセンサ本体と、
   前記空気を前記キャビティの内外に流通させる連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   を有し、前記カンチレバーの撓み変形に応じた出力をする
   ことを特徴とする請求項１に記載の高度計。
3. 前記高度検出部は、
   前記大気の圧力差と、前記高度差とに基づいて、前記高度差に対する前記大気の圧力差の傾きを算出し、算出した前記傾きと、前記傾きと高度と関係を示す高度特性情報とに基づいて、前記対象物の高度を検出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高度計。
4. 前記対象物の現在の高度を外部から取得する高度取得部と、
   前記高度取得部によって取得した前記現在の高度と、前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記大気の圧力差と、前記高度差検出部によって検出された前記高度差とに基づいて、前記高度特性情報を調整する較正処理部と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の高度計。
5. 前記対象物に対して、前記圧力センサを所定の移動経路で移動させる移動機構を備え、
   前記高度差検出部は、前記移動機構によって前記所定の移動経路を移動された前記圧力センサの移動距離と、前記傾斜情報とに基づいて、前記高度差を検出し、
   前記高度検出部は、前記移動機構によって前記所定の移動経路を移動された前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記大気の圧力差と、前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高度計。
6. 前記移動機構は、
   前記圧力センサが配置される回転体を備え、前記回転体を回転させることよって前記圧力センサを円状に移動させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の高度計。
7. 前記移動機構は、
   前記圧力センサが配置され、直線状に移動可能な直線移動体を備え、前記直線移動体を直線状に移動させることによって前記圧力センサを直線移動させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の高度計。
8. 前記高度検出部は、
   前記所定の移動経路を移動されて前記圧力センサから出力される周期的な出力信号と、前記圧力センサの移動情報に基づく参照信号とに基づいて同期検波を実行した当該同期検波の結果に基づいて、前記大気の圧力差を検出する
   ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の高度計。
9. 前記対象物が等速運動しているか否かを判定する等速運動判定部を備え、
   前記高度差検出部は、前記等速運動判定部によって前記対象物が等速運動していると判定された場合に前記傾斜センサによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記高度差を検出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の高度計。
10. 対象物に対して相対的に移動可能に配置され、前記対象物に対して高度計内部で相対的に移動した移動距離に対する大気の圧力差を検出可能な圧力センサを使用して、前記対象物の高度を検出する前記高度計の高度検出方法であって、
    傾斜センサが、前記対象物の傾斜情報を検出する傾斜検出ステップと、
    高度差検出部が、前記傾斜検出ステップによって検出された前記傾斜情報と、前記移動距離とに基づいて、前記圧力センサの相対的な移動によって生じた前記圧力センサの高度差を検出する高度差検出ステップと、
    高度検出部が、前記圧力センサの出力に基づいて検出された前記大気の圧力差と、前記高度差検出ステップによって検出された前記高度差とに基づいて、前記対象物の高度を検出する高度検出ステップと
    を含むことを特徴とする高度検出方法。

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