KR20070044006A - 가속도 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있는 가속도 계측 장치에 관한 것이다. 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(1)와, 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(5A)와, 반복 취득된 3축 출력 데이터가 적당한지의 여부를 판단하여 선택하는 데이터 선택부(13)와, 선택된 3축 출력 데이터를 축적하는 데이터 축적부(14)와, 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 기준점 추정부(15)와, 기준점의 좌표치에 기초하여, 가속도 센서(1)의 3축 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 계산부(17)를 구비하고 있다.

3축 가속도 센서, 3축 출력 데이터, 오프셋, 감도, 3차원 직교 좌표 공간, 기준점

Description

가속도 계측 장치{ACCELERATION MEASURING DEVICE}

본 발명은, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정을 행하는 가속도 계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가속도 계측 장치의 자세를 특정 방향을 향하도록 의식하지 않고 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치에 관한 것이다．

최근, 휴대 기기에 내장 가능한 경량 소형의 3축 가속도 센서로서 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용한 반도체 디바이스의 피에조 저항형 3축 가속도 센서가 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌1 참조).

도 36은, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서의 개략 구성을 도시하는 사시도로서, 도면 내 부호 201은 실리콘 기판, 201a는 지지부, 201b는 방추부, 201c는 변위부를 나타내고 있다. 실리콘 기판(201)에는, 변위부(201c)와, 이 변위부(201c)를 지지하기 위한 지지부(201a)와, 변위부(201c)를 변형시키기 위한 방추부(201b)가 에칭에 의해 형성되어 있다.

또한, 피에조 저항 R1∼R12는, 변위부(201c) 상에 형성되어 있다. 실리콘 기판(201)에 가속도가 가해지면, 가속도의 방향 및 크기에 따라서 방추부(201b)가 변위부(201c)를 변형시킨다. 이렇게 하면, 피에조 저항 R1∼R12에 응력이 가해져, 저항치가 변화된다.

도 37a 내지 도 37c는, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서에서의 피에조 저항의 결선 구성을 도시하는 회로도이다. 가속도를 검출하는 축 방향별로, 피에조 저항 R1∼R12로 구성되는 휘스턴 브릿지 회로를 각각 구성한다. 출력 전압 Vx, Vy, Vz가 각각 가속도의 x, y, z축 방향 성분에 비례한 값으로 된다.

도 37a 내지 도 37c에 도시한 회로도에서의 실제 Vx, Vy, Vz는, 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, Ax, Ay, Az는, 가속도의 x, y, z축 방향 성분, β_x, β_y, β_z는, Ax, Ay, Az에 대한 감도, V_ox, V_oy, V_oz는, Vx, Vy, Vz에 존재하는 오프셋을 나타내고 있다.

일반적으로 감도 및 오프셋에는 변동이 있으며, 특히 오프셋의 변동은 무시할 수 없는 경우가 많다. 또한 피에조 저항형의 가속도 센서의 경우, 감도 및 오 프셋은 현저한 온도 특성을 갖는다. 덧붙여 오프셋의 온도 특성은 변동이 큰 경우가 많다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 가속도 계측 장치에서는, 다음과 같은 해결 수단을 채용하고 있다(예를 들면, 특허 문헌2 참조).

즉, 공장 출하 시에서, 예를 들면, 0℃·25℃·60℃라고 하는 서로 다른 복수의 온도 분위기 속에서 감도·오프셋을 계측하고, 가속도 계측 장치에 EEPROM 등의 기억 수단을 탑재하여 이들의 측정 데이터를 기억한다.

또한, 가속도 계측 장치 사용 시에서, 가속도 계측 장치에 출력 보정 회로를 탑재하고, 현재의 온도 데이터와 앞서 기억된 측정 데이터에 기초하여, 가속도 센서 출력 전압에 포함되는 감도 및 오프셋의 변동과 온도 특성을 연산하여 보정한다.

그러나, 종래의 이러한 가속도 계측 장치는, 이하와 같은 결점을 가지고 있다.

1) 서로 다른 복수의 온도 분위기에서의 측정, 및 감도의 측정은 공정 수·측정 시간·설비 코스트를 매우 업시킨다.

2) 출력 보정 회로에서의 감도와 오프셋의 온도 특성의 연산은 회로 구성을 복잡하게 만들어 코스트 업으로 된다.

3) 감도와 오프셋의 온도 특성의 계산 정밀도를 높이기 위해서는 측정 온도를 늘리고, 또한 출력 보정 회로에서의 온도 특성 연산 부분을 더욱 복잡하게 할 필요가 있어, 현실적으로는 곤란하다.

또한, 종래의 가속도 계측 장치에서는, 다음과 같은 해결 수단을 더 채용하고 있다(예를 들면, 특허 문헌3 참조).

가속도 계측 장치를 사용할 때마다, 예를 들면, 도 38a 내지 도 38f에 도시한 바와 같이, 3축 가속도 센서(202)의 가속도 검출 축 방향이 중력 가속도 g의 방향과 평행하게 되도록, 가속도 계측 장치(203)의 자세를 6가지로 맞추어 각각 3축 가속도 센서(202)의 출력 전압을 측정하여, 다음의 출력 전압 데이터를 얻는다.

V_x1: 도 38a의 자세에서의 V_x 측정치

V_x2: 도 38b의 자세에서의 V_x 측정치

V_y1: 도 38c의 자세에서의 V_y 측정치

V_y2: 도 38d의 자세에서의 V_y 측정치

V_z1: 도 38e의 자세에서의 V_z 측정치

V_z2: 도 38f의 자세에서의 V_z 측정치

3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 감도와 오프셋의 데이터는, 다음 수학식에 의해 산출된다.

그러나, 종래의 이러한 가속도 계측 장치는, 이하와 같은 결점을 가지고 있다.

1) 사용할 때마다, 가속도 계측 장치의 자세를 복수의 특정 방향에 각각 맞출 필요가 있는 것은 사용자에게 있어서 매우 번거롭고 불편하다.

2) 또한, 사용자가 손으로 가속도 계측 장치를 지지하면서 방향을 정확하게 맞추는 것은 곤란하여, 상기 수학식에 의해 산출되는 감도 및 오프셋은 오차가 커지기 쉽다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 가속도 계측 장치의 자세를 특정 방향을 향하도록 의식하지 않고 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치를 제공하는 것에 있다.

[특허 문헌1]: 일본 특허 공개 2003-101033호 공보

[특허 문헌2]: 일본 특허 공개 평성 6-331647호 공보

[특허 문헌3]: 일본 특허 공개 2004-93552호 공보

[비특허 문헌1]: W.H.Press, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B.P.Flannery, 年 umerical Recipies in C, Second Edition·Cambridge University Press, USA, 1992, pp.394-455

[비특허 문헌2]: W.H.Press, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B.P.Flannery, 年 umerical Recipies in C, Second Edition·Cambridge University Press, USA, 1992, pp.32-104

〈발명의 개시〉

본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서 이루어진 것으로, 2축 또는 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서와, 그 가속도 센서의 2축 또는 3축의 출력 데이터를 취득하는 출력 데이터 취득 수단과, 그 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 출력 데이터를 축적하는 출력 데이터 축적 수단과, 그 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 그 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 기준점 추정 수단과, 그 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점의 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다(도 1, 실시예 1에 대응).

또한, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 출력 데이터가 적당한지의 여부를 판단하여 선택하는 출력 데이터 선택 수단을 구비하고, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터를 축적하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득할 때마다 직전에 취득된 출력 데이터와의 차분을 계산하여, 그 차분이 소정 횟수 이상 연속하여 소정치 이내인 경우에, 상기 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득할 때마다 기준으로 되는 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 그 차분이 소정치를 초과한 경우에, 상기 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 차분이 연속하여 소정치 이내였던 횟수 또는 시간 정보를, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터에 부가하는 것을 특징으로 한다(도 29 내지 도 32, 실시예 6에 대응).

또한, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 부가된 횟수 또는 시간 정보에 기초하여, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터 중 어느 하나를 폐기하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 기초하여 원 또는 구면을 추정하고, 그 원 또는 구면으로부터 소정 거리 이내에 있는 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 원 또는 구면의 반경을 소정치로 하여 그 원 또는 구면을 추정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터가, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터와 비교하여 소정치 이상 변화되었는지의 여부를 판정하는 데이터 변화 판정 수단을 구비하고, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 데이터 변화 판정 수단의 판정 결과에 기초하여, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터나, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터 중 어느 한 쪽을 폐기하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 가속도 센서의 측정축과 선형 관계로 되는 선형축을 미리 정하고, 상기 출력 데이터 선택 수단이 선택한 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되어 있는 출력 데이터 중에서, 상기 가 속도 센서의 측정축 또는 선형축의 성분이, 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터를 선택적으로 축적하는 것을 특징으로 한다(도 33, 도 34, 실시예 7에 대응).

또한, 상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되는 출력 데이터는, 상기 측정축 또는 상기 선형축의 성분이 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터와, 그 밖의 하나 이상의 출력 데이터를 축적하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 그 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하여, 그 원 또는 구면의 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여 추정하는 것이고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 원 또는 구면의 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 기준점의 좌표치를, 상기 소정 수의 출력 데이터의 각각부터 상기 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것을 특징으로 한다(도 20, 실시예 4에 대응).

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정 수의 출력 데이터의 각각부터 상기 기준점까지의 거리의 변동을, 소정의 대표치에 대한 변동으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직 교 좌표 공간에서의 분포로부터, 그 직교 좌표 공간 상에 정하는 타원 또는 타원면을 정하고, 그 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하는 것이고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 감도 및 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 한다(도 11, 실시예 2에 대응).

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를, 상기 소정 수의 출력 데이터 각각이 상기 타원 또는 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것을 특징으로 한다(도 23, 실시예 5에 대응).

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되어 있는 3축의 출력 데이터의 개수 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포 및 그 양방으로부터, 상기 기준점 추정 수단에서 구면 또는 타원면을 추정할지를 미리 판정하여, 어느 한 쪽을 선택하여 추정하는 것을 특징으로 한다(도 35, 실시예 8에 대응).

또한, 상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비하고, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치에 기초 하여 상기 소정의 온도 구분별로 축적하고, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정의 온도 구분마다, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 해당 온도 구분의 소정 수의 출력 데이터로부터 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고, 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치와 해당하는 상기 소정의 온도 구분과의 관계에 기초하여 보정한 후에, 상기 소정의 온도 구분별로 축적하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비하고, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를 축적할 때에 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치를 함께 축적하고, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정의 온도 구분마다, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 출력 데이터로부터 대응하는 상기 온도치가 해당 온도 구분에 있는 것을 소정 수 선택하여 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고, 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축 의 길이 및 중심 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치, 및 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단에 의해 상기 소정의 온도 구분별로 기억된 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋 혹은 감도 및 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 3축의 출력 데이터의 상기 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 대하여 각 좌표축에 대한 변동을 계산하고, 상기 각 좌표축에 대한 변동의 최소치가 소정치 이하일 때는, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 3축의 출력 데이터로부터 상기 변동이 최소치로 되는 좌표축의 출력 데이터를 제외한 나머지 2축의 출력 데이터에 대하여, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면에서의 분포로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 상에 정하는 기준점의 좌표치 혹은 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 2축의 출력 데이터의 오프셋 혹은 감도와 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 가속도 센서가 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득하고, 상기 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 위치, 및 상기 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 상기 가속도 센서가 검지하고 있다고 예상되는 중력 가속도의 각 축 성분의 값으로부터, 상기 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 것을 특징으로 한다(도 17, 실시예 3에 대응).

또한, 상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 기준점의 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비하고, 그 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치에 기초하여 상기 기준점의 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치, 및 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단에 의해 상기 소정의 온도 구분별로 기억된 상기 기준점의 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 그 기준점 추정 수단에 의해 추정된 바로 근처의 소정 수의 기준점의 좌표치 혹은 타원 또는 타원면의 중심 좌표치의 변동을 산출하여, 상기 변동이 소정치보다도 큰 경우에는, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 중심 좌표치를 파기하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기준점 추정 수단은, 상기 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서 추정된 상기 기준점부터 상기 소정 수의 출력 데이터 각각까지의 거리 혹은 추정된 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이가 소정 범위 외인 경우, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 파기하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가속도 계측 장치의 사용 시에서, 가속도 계측 장치의 자세를 특정 방향을 향하도록 의식하지 않고 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있다．

또한, 가속도 계측 장치의 사용 시에서, 기지의 한 자세에 놓여 있는 상태, 예를 들면 충전기에 세트하고 있는 상태에서 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋을 취득할 수 있다．

또한, 공장 출하 시에서 서로 다른 복수의 온도 분위기 속에서 감도·오프셋을 계측하여 기억할 필요가 없어진다. 출력 보정 회로에서 감도 및 오프셋의 온도 특성을 연산할 필요가 없어진다. 사용할 때마다, 가속도 계측 장치의 자세를 복수의 특정 방향에 각각 맞출 필요도 없어진다.

또한, 본 발명은, 3축 지자기 검출 수단을 갖는 방위각 센서와 조합하여 5축 또는 6축 센서로 할 수 있으며, 이 경우에도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 1을 설명하기 위한 구성도.

도 2는, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점의 개념도.

도 3은, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점 추정의 개념도.

도 4는, 본 발명의 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법(그 1)의 개념도.

도 5는, 본 발명의 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법(그 1)을 도시하는 구성도.

도 6은, 본 발명의 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법(그 2)의 개념도.

도 7은, 본 발명의 실시예 1에서의 데이터 변화 판정부의 구체적인 구성도.

도 8은, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 1).

도 9는, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 2).

도 10은, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 3).

도 11은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 2를 설명하기 위한 구성도.

도 12는, 본 발명의 실시예 2에서의 타원면 주축 길이·중심 좌표의 개념도.

도 13은, 본 발명의 실시예 2에서의 타원면 주축 길이·중심 좌표 추정의 개념도.

도 14는, 본 발명의 실시예 2에서의 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 1).

도 15는, 본 발명의 실시예 2에서의 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 2).

도 16은, 본 발명의 실시예 2에서의 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 3).

도 17은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 3을 설명하기 위한 구성도.

도 18a는, 본 발명의 실시예 3을 설명하기 위한 개념도(그 1).

도 18b는, 본 발명의 실시예 3을 설명하기 위한 개념도(그 2).

도 19는, 본 발명의 실시예 3에서의 기준점 추정의 개념도.

도 20은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 4를 설명하기 위한 구성도.

도 21은, 본 발명의 실시예 4에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 1).

도 22는, 본 발명의 실시예 4에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 2).

도 23은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 5를 설명하기 위한 구성도.

도 24는, 본 발명의 실시예 5에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 1).

도 25는, 본 발명의 실시예 5에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면(그 2).

도 26은, 온도 특성에의 대응에 관한 제1 해결 수단을 설명하기 위한 구성도.

도 27은, 온도 특성에의 대응에 관한 제2 해결 수단을 설명하기 위한 구성 도.

도 28은, 온도 특성에의 대응에 관한 제3 해결 수단을 설명하기 위한 구성도.

도 29는, 본 발명의 실시예 6에서의 3축 출력 데이터의 개념도(그 1).

도 30은, 본 발명의 실시예 6에서의 데이터를 선택하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면．

도 31은, 본 발명의 실시예 6에서의 3축 출력 데이터의 개념도(그 2).

도 32는, 본 발명의 실시예 6에서의 데이터 버퍼 내의 측정 데이터를 교체하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면．

도 33은, 본 발명의 실시예 7에서의 데이터 변화 판정부의 구체적인 구성도.

도 34는, 본 발명의 실시예 7에서의 데이터 버퍼 내의 측정 데이터를 교체하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면．

도 35는, 본 발명의 실시예 8에서의 구체 적용과 타원체 적용의 절환의 구체적 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면．

도 36은, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서의 개략 구성을 도시하는 사시도.

도 37a는, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서에서의 피에조 저항의 결선 구성을 도시하는 회로도(그 1).

도 37b는, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서에서의 피에조 저항의 결선 구성을 도시하는 회로도(그 2).

도 37c는, 종래의 피에조 저항형 3축 가속도 센서에서의 피에조 저항의 결선 구성을 도시하는 회로도(그 3).

도 38a는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 1).

도 38b는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 2).

도 38c는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 3).

도 38d는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 4).

도 38e는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 5).

도 38f는, 종래의 가속도 계측 장치에서 출력 보정을 행하기 위한 감도·오프셋 데이터를 얻는 한 방법을 설명하기 위한 도면(그 6).

〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대하여 설명한다.

또한, 도 1에 도시한 실시예 1은, 본 발명에 따른 가속도 계측 장치의 기본적인 구성을 도시한 것으로, 3축 가속도 센서로부터 취득한 데이터로부터 적정한 데이터를 선택하고, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정함으로써 오프셋의 보정을 행하는 것이다.

이에 대하여, 도 11에 도시한 실시예 2는, 기준점의 추정으로서, 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원면을 정하여 주축의 길이 및 중심 좌표치의 추정을 행함으로써 감도와 오프셋의 보정을 행하는 것이다.

또한, 도 17에 도시한 실시예 3은, 기준점의 추정을, 3축 가속도 센서가 검지하고 있다고 예상되는 중력 가속도의 각 축 성분의 값으로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 것이다.

또한, 도 20에 도시한 실시예 4는, 기준점의 추정을, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

또한, 도 23에 도시한 실시예 5는, 기준점의 추정을, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터 각각이 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

또한, 도 29 내지 도 32에 도시한 실시예 6은, 3축 가속도 센서에서, 가속도 센서가 중력 가속도만을 받는 경우, 즉, 정지하고 있는 경우의 가속도 센서의 출력 데이터(측정 데이터)의 분포가, 3차원 직교 좌표계에서 구면 또는 타원면을 형성하기 때문에, 정지 판정을 행하여, 이 구면 또는 타원면의 중심치를 구함으로써 오프셋을 추정하도록 한 것이다.

또한, 도 33 및 도 34에 도시한 실시예 7은, 가속도 센서의 측정축 및 이들과 선형 관계에 있는 축을 규정하고, 그 축 상에서 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터를 우선적으로 축적함으로써, 타원면 적용 계산에서 추정 오차가 작아지는 데 이터군을 얻는 것이다.

또한, 도 35에 도시한 실시예 8은, 출력 데이터 축적 수단에 축적되어 있는 출력 데이터의 개수 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 구면 또는 타원면을 추정할지를 미리 판정하여, 어느 한 쪽을 선택하여 추정하는 것이다.

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 1을 설명하기 위한 구성도로, 3축 가속도 센서로부터 취득한 데이터로부터 적정한 데이터를 선택하고, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정함으로써 오프셋의 보정을 행하는 것이다.

도면 내 부호 1은 3축 가속도 센서, 2는 3축 가속도 센서의 x축 방향 성분 검출 회로, 3은 3축 가속도 센서의 y축 방향 성분 검출 회로, 4는 3축 가속도 센서의 z축 방향 성분 검출 회로, 5A는 데이터 취득부(출력 데이터 취득 수단), 5는 멀티플렉서부, 6은 가속도 센서 구동 전원부, 7은 증폭부, 8은 A/D 변환부, 9는 온도 검출부, 10은 감도 보정 정보 기억부, 11은 감도 보정 계산부, 12는 데이터 기억부, 13은 데이터 선택부(출력 데이터 선택 수단), 14는 데이터 축적부(출력 데이터 축적 수단), 15는 기준점 추정부(기준점 추정 수단), 16은 오프셋 정보 기억부, 17은 오프셋 보정 계산부(오프셋 보정 수단), 18은 데이터 변화 판정부(데이터 변화 판정 수단)를 나타내고 있다.

본 실시예 1의 가속도 계측 장치는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(1)와, 이 가속도 센서(1)의 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(5A) 와, 이 데이터 취득부(5A)에 의해 반복 취득된 3축 출력 데이터가 적당한지의 여부를 판단하여 선택하는 데이터 선택부(13)와, 이 데이터 선택부(13)에 의해 선택된 3축 출력 데이터를 축적하는 데이터 축적부(14)와, 이 데이터 축적부(14)에 의해 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 기준점 추정부(15)와, 이 기준점 추정부(15)에 의해 추정된 기준점의 좌표치에 기초하여, 가속도 센서(1)의 3축 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 계산부(17)를 구비하고 있다. 또한, 데이터 취득부(5A)는, 멀티플렉서부(5)와 가속도 센서 구동 전원부(6)와 증폭부(7)와 A/D 변환부(8)로 구성되어 있다.

3축 가속도 센서(1)는, x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)를 구비하고 있다. x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)는, 각각 가속도의 x축 방향과 y축 방향 및 z축 방향 성분을 검출한다. 멀티플렉서부(5)는, 가속도 센서 구동 전원부(6)와 증폭부(7)를 시분할로, x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)에 접속되어 있다.

가속도 센서 구동 전원부(6)는, 멀티플렉서부(5)를 통하여, 시분할로 x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)에 전원을 공급한다. 증폭부(7)는, 멀티플렉서부(5)를 통하여, 시분할로 x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)의 출력 전압을 증폭한다.

A/D 변환부(8)는, 증폭부(7)에 의해 증폭된 x축 방향 검출 회로(2)와 y축 방향 검출 회로(3)와 z축 방향 검출 회로(4)의 출력 전압을 A/D 변환하여, 3축 출력 데이터로서 출력한다. 온도 검출부(9)는, 3축 가속도 센서(1)의 온도를 검출한다. 감도 보정 정보 기억부(10)는, 소정의 감도 보정 정보를 기억한다. 감도 보정 계산부(11)는, 온도 검출부(9)로부터 취득한 온도 데이터 및 감도 보정 정보 기억부(10)에 기억되어 있는 감도 보정 정보에 기초하여, A/D 변환부(8)로부터 출력된 3축 출력 데이터의 감도 보정을 행한다.

데이터 기억부(12)는, 감도 보정 계산부(11)로부터 축차적으로 출력되는 3축 출력 데이터를 소정 수 유지하는 FIFO형 데이터 버퍼이다. 데이터 선택부(13)는, 데이터 기억부(12)에 유지되고 있는 3축 출력 데이터로부터, 기준점 추정부(15)에서 실시하는 기준점 좌표의 추정에 적합한 데이터를 선택한다.

데이터 축적부(14)는, 데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터를 소정 수 축적하는 데이터 버퍼이다. 기준점 추정부(15)는, 데이터 축적부(14)에 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터에 기초하여 기준점의 좌표를 추정하여 기준점 좌표 데이터를 출력한다.

오프셋 정보 기억부(16)는, 기준점 추정부(15)로부터 출력된 기준점 좌표 데이터를 기억한다. 오프셋 보정 계산부(17)는, 오프셋 정보 기억부(16)에서 기억되어 있는 기준점 좌표 데이터에 기초하여, 감도 보정 계산부(11)로부터 출력된 3축 출력 데이터의 오프셋 보정을 행한다.

다음으로, 기준점 추정부(15)에서의 기준점의 좌표를 추정하는 방법에 대하 여 설명한다.

감도 보정 계산부(11)로부터 출력되는, 감도 보정된 3축 출력 데이터 Sx, Sy, Sz는, 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, a는, 보정된 감도, Cx, Cy, Cz는, Sx, Sy, Sz에 존재하는 오프셋이다. 가속도 계측 장치가 정지하고 있다든지, 등속 운동을 행하고 있는 경우, 3축 가속도 센서(1)가 받고 있는 가속도는 중력 가속도 g뿐이다. 따라서, 중력 가속도 g의 x, y, z축 방향 성분을 Gx, Gy, Gz로 하면, 이하와 같이 된다.

한편,

따라서,

상기 수학식 20에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P(Sx, Sy, Sz)는, 3축 출력 데이터의 각 축 성분의 오프셋치를 좌표치로 하는 기준점 C1(Cx, Cy, Cz)로부터 반드시 일정한 거리 ag를 두고 위치하게 된다.

이번에는, N개의 서로 다른 3축 가속도 센서(1)의 자세에서 각각 감도 보정 계산부(11)로부터 출력되는 3축 출력 데이터를 취득하여, 각 축 성분의 데이터를 각각

S_1x, S_2x, …S_Nx

S_1y, S_2y, …S_Ny

S_1z, S_2z, …S_Nz

로 표기한다. 다음으로, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서, 취득한 3축 출력 데이터를

P₁(S_1x, S_1y, S_1z), P₂(S_2x, S_2y, S_2z), P₃(S_3x, S_3y, S_3z)

로 이루어지는 N개의 점으로서 나타내는 것으로 한다.

이렇게 하면 도 3에 도시하는 바와 같이, P₁, P_{2 , …}, P_N의 어느 하나로부터도 거리가 일정해지는 점 C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하면, 점 C1'는 기준점 C1에 상당하는 것이 기대되고, 점 C1'의 좌표치 Cx', Cy', Cz'를 가지고 각 축 성분의 오프셋치 Cx, Cy, Cz를 추정할 수 있다.

<C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하는 구체적 방법(그 1)>

기준점 추정부(15)는, 기준점의 좌표치를, 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정한다.

P₁, P_{2 , …}, P_N으로부터 C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하기 위해서는 다양한 방법 이 있으며, 최저 N=4에서 추정 가능하다.

그러나, 피에조 저항형 3축 가속도 센서의 감도는 몇 백 μV/G/V 정도밖에 안되기 때문에, 출력 전압이 매우 미약하여, 취득된 3축 출력 데이터에는 상당한 노이즈가 중첩된다.

3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서, i번째의 3축 출력 데이터의 점 P_i(S_ix, S_iy, S_iz)로부터 C1'(Cx', Cy', Cz')까지의 거리 d는 다음과 같이 된다.

상기 수학식 21과 상기 수학식 20을 비교함으로써, 이상적으로는 P₁, P_{2 , …}, P_N의 전체에 대하여 d_i=ag의 일정치로 될 것이다.

그러나, 취득된 3축 출력 데이터에는 상당한 노이즈가 중첩하고 있으므로 d_i=ag로는 되지 않는다.

따라서 N을 늘리고, d_i의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법을 이용하여 C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하면, 상당한 노이즈가 중첩하고 있더라도 정밀도 높은 추정이 가능해진다.

d_i의 변동을 나타내는 값으로서, 다음 수학식으로 표현된 바와 같은 Z₁을 정의한다.

여기에서, r²는 d_i ²의 평균치이며 다음 수학식으로 표현된다.

이 Z₁이 최소로 되도록 Cx', Cy', Cz'를 결정하면 된다.

상기 수학식 23에 대하여 최적화 방법(예를 들면, 비특허 문헌1 참조)을 이용하여 직접 Cx', Cy', Cz'를 계산해도 되지만, 해가 수속할 때까지 반복 계산하게 되므로, 이하의 방법을 이용하면 계산 시간 등의 점에서 유리하다.

상기 수학식 23을 Cx', Cy', Cz'로 편미분하여, 어느 편미분치나 0으로 된 경우, 즉

이 성립했을 때에 S가 최소로 된다고 추정한다.

상기 수학식 24 내지 26을 전개하면, Cx', Cy', Cz'에 관하여 다음 수학식으로 표현된 바와 같은 연립 1차 방정식이 도출된다. 따라서, 콜레스키 분해 등의 잘 알려진 연립 1차 방정식의 해법(예를 들면, 비특허 문헌2 참조)을 이용하여 Cx', Cy', Cz'를 계산할 수 있다．

단,

<C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하는 구체적 방법(그 2)>

기준점 추정부(15)는, 기준점의 좌표치를, 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리가 소정의 대표치에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정한다.

전술한 바와 같이, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 P₁, P_{2 , …}, P_N부터 C1'(Cx', Cy', Cz')까지의 거리는 이상적으로는 일정치 ag로 된다.

따라서, 상기 수학식 22에서 r을 소정의 값 ag로 치환하고, ag에 대한 di의 변동을 나타내는 값으로서 다음 수학식에 의해 Z₂를 정의하고, 이 값이 최소로 되도록 Cx', Cy', Cz'를 결정해도 된다.

또는 다음 수학식에 의해 Z₃을 정의하고, 이 값이 최소로 되도록 Cx', Cy', Cz'를 결정해도 된다.

상기 수학식 31 및 32에 대해서는 최적화 방법(예를 들면, 비특허 문헌1 참조)을 이용하여 Cx', Cy', Cz'를 계산할 수 있다．

이 방법은, 예를 들면, 보정된 감도 a가 명확하게 정해지는 경우에서, 노이즈에 의한 잘못된 기준점 좌표의 추정을 보다 확실하게 방지할 수 있는 장점을 가진다.

다음으로, 데이터 선택부(13)에서의 3축 출력 데이터의 선택을 행하는 방법에 대하여 설명한다.

3축 출력 데이터 취득 중에 가속도 계측 장치가 움직이고 있는 경우, 3축 가속도 센서(1)는 중력 가속도 g의 다른 운동 가속도도 받는다. 즉,

여기서, Kx, Ky, Kz는, 운동 가속도의 x, y, z축 방향 성분을 나타내고 있다.

이 경우, 상기 수학식 20은 성립되지 않는다. 따라서, 기준점 추정부(15)에서의 기준점 좌표의 추정은 할 수 없다.

따라서, 가속도 계측 장치가 움직이고 있는 상태에서도 3축 출력 데이터가 취득될 가능성이 있는 경우에는, 취득된 3축 출력 데이터 중에서, 가속도 계측 장 치가 정지하고 있다든지 등속 운동 상태에 있을 때에 취득되었다고 추정되는 3축 출력 데이터를 선택할 필요가 있다．

<구체적 방법(그 1)>

데이터 선택부(13)는, 데이터 취득부(5A)에 의해 3축 출력 데이터를 취득할 때마다 직전에 취득된 3축 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 그 차분이 소정 횟수 이상 연속하여 소정치 이내인 경우에, 3축 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택한다.

가속도 계측 장치가 보통 휴대되는 경우이거나, 혹은 그러한 기기에 내장되는 경우, 가속도 계측 장치가 움직이고 있을 때의 연동 가속도가 일정해지는 것은 발생하기 어렵다.

따라서, 3축 가속도 센서(1)가 받는 가속도가 거의 일정하게 되는 기간이 있으면, 그 기간 동안은, 가속도 계측 장치는 정지하고 있어 3축 가속도 센서(1)는 중력 가속도만을 받고 있다고 간주할 수 있다.

도 4는, 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법(그 1)의 개념도로서, 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 1차원으로 나타내고 있다.

곡선(20)은, 3축 가속도 센서(1)가 받는 가속도의 시간 변화를 나타내고, 흑점(21)은, 3축 출력 데이터 취득의 타이밍을 나타내고 있다. 구간(22)에서는 가속도 거의 일정하므로 가속도 계측 장치는 정지하고 있다고 간주할 수 있으므로, 이 구간에서 취득된 출력 데이터를 선택하면 된다．

도 5는, 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법(그 1)을 도시 하는 블록도로서, 데이터 기억부(12)와 데이터 선택부(13)의 상세를 도시한 것이다. 도면 내 부호 23은 2단 FIFO형 데이터 버퍼, 24는 비교부, 25는 카운터, 26은 출력부를 나타내고 있다.

2단 FIFO형 데이터 버퍼(23)는, 데이터 기억부(12)에 상당하고, 감도 보정 계산부(11)로부터 축차적으로 출력되는 3축 출력 데이터를 기억한다. 비교부(24)는, 2단 FIFO형 데이터 버퍼(23)의 각 단에 기억되어 있는 3축 출력 데이터끼리의 차분을 계산하여, 소정치 이상이면 카운터(25)를 클리어, 소정치 미만이면 카운터(25)의 값을 1개 늘린다.

카운터(25)의 값이 소정치, 예를 들면, 3 이상으로 되면 출력부(26)가 기동하고, 2단 FIFO형 데이터 버퍼(23)의 초단에 저장되어 있는 3축 출력 데이터를 선택된 3축 출력 데이터로서 출력한다.

<구체적 방법(그 2)>

데이터 선택부(13)는, 데이터 취득부(5A)에 의해 반복 취득된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 기초하여 구면을 추정하고, 이 구면으로부터 소정 거리 이내에 있는 3축 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택한다.

가속도 계측 장치가 운동 가속도를 받고 있는 동안에 취득된 3축 출력 데이터는, 도 2와 같이, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P(Sx, Sy, Sz)로서 나타낸 경우, 운동 가속도가 커질수록 기준점 C1(Cx, Cy, Cz)로부터의 거리가 ag로부터 벗어날 가능성이 높아진다.

기준점 추정부(15)에서의 기준점 좌표의 추정에서는, 기준점 C1(Cx, Cy, Cz)부터 점 P(Sx, Sy, Sz)까지의 거리가 ag로부터 크게 벗어나는 3축 출력 데이터가 포함되면 추정 오차가 커진다.

도 6은, 실시예 1에서의 3축 출력 데이터 선택의 구체적 방법 2의 개념도이며, 전술한 경향에 기초한 3축 출력 데이터의 구체적 선택 방법을 설명하기 위한 것이다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 2차원으로 나타내고 있다.

데이터 기억부(12)에 유지되고 있는 최신의 소정 수, 예를 들면, 8개의 3축 출력 데이터를, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 각각 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P₁(S_1x, S_1y, S_1z), P₂(S_2x, S_2y, S_2z), …, P₈(S_8x, S_8y, S_8z)로서 나타냈을 때, 이들 점의 분포에 적용되는 구면 Q1을 추정한다.

구면 Q1로부터, 소정 거리 Δr 이내에 존재하는 P1, P2, P3, P5, P7, P8에 대응하는 3축 출력 데이터를, 선택된 3축 출력 데이터로서 출력한다.

구면 Q1을 추정하는 구체적 방법에 대해서는, 예를 들면, 후술하는 방법을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들면, 보정된 감도 a가 명확하게 정해지는 경우에는, 구면 Q1의 반경 r을 소정치로 하여 구면 Q1을 추정하여도 된다．

다음으로, 데이터 축적부(14)와 데이터 변화 판정부(18)에 대하여 설명한다.

데이터 선택부(13)에 의해 선택된 3축 출력 데이터가, 데이터 축적부(14)에 의해 이미 축적된 3축 출력 데이터와 비교하여 소정치 이상 변화되었는지의 여부를 판정하는 데이터 변화 판정부(18)를 구비하고, 데이터 축적부(14)는, 데이터 변화 판정부(18)의 판정 결과에 기초하여, 데이터 선택부(13)에 의해 선택된 3축 출력 데이터를 축적하지 않고 폐기한다.

데이터 축적부(14)에 축적된 3축 가속도 데이터를, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P₁(S_1x, S_1y, S_1z), P₂(S_2x, S_2y, S_2z), …P_N(S_Nx, S_Ny, S_Nz)로서 나타냈을 때에, 각 점이 좁은 영역에 집중되어 있으면, 기준점 추정부(15)에서 기준점 좌표의 추정 오차가 매우 커지는 문제가 발생한다.

이것은, 3축 가속도 센서(1)가 동일한 자세에 있을 때에 취득된 3축 가속도 데이터만이 데이터 축적부(14)에 축적되어 있는 것에 상당한다.

전술한 문제를 피하기 위해, 데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터를 데이터 축적부(14)에 축적하기 전에, 이미 데이터 축적부(14)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터와 비교하여, 소정치 이상 변화되지 않으면 어느 한 쪽을 축적하지 않고 폐기하도록 하면 된다．

이것은, 데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터가 취득되었을 때의 3축 가속도 센서(1)의 자세가, 이미 데이터 축적부(14)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터가 취득되었을 때의 3축 가속도 센서(1)의 자세와 비교하여 그다지 변화되지 않으면, 어느 한 쪽의 3축 출력 데이터를 축적하지 않고 폐기하는 것에 상당한다.

도 7은, 실시예 1에서의 데이터 변화 판정부의 구체적인 구성도로, 데이터 축적부(14)를 도시한 것이다. 도 7에서 부호 27은 입력부, 28은 비교부, 29는 데 이터 버퍼, 30은 출력부를 나타내고 있다.

데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터는 일단 입력부(27)에서 일시 기억된다. 비교부(28)는 입력부(27)에서 일시 기억되어 있는 3축 출력 데이터와, 데이터 버퍼(29)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터와 비교하여, 양자의 차분이 소정치 이상인지의 여부를 판단한다. 또한 비교 대상으로 되는 데이터 버퍼(29)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터는, 상황에 따라서, 마지막으로 축적된 3축 출력 데이터만이어도 되고, 모든 3축 출력 데이터와 각각 비교하는 것으로 하여도 된다．

비교부(28)에서의 3축 출력 데이터의 비교 결과, 그 차분이 소정치 이상이면 입력부(27)에서 일시 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 데이터 버퍼(29)에 축적하고, 그 차분이 소정치 미만이면 입력부(27)에서 일시 기억되어 있는 3축 출력 데이터는 파기된다. 혹은, 비교 대상으로 된 데이터 버퍼(29)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터를 삭제하고, 입력부(27)에서 일시 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 데이터 버퍼(29)에 축적하여도 된다. 출력부(30)는, 데이터 버퍼(29)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터를 기준점 추정부(15)를 향하여 출력한다.

도 8 내지 도 10은, 본 발명의 실시예 1에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면이다． 또한, 여기에서는, 데이터 변화 판정부(18)에서, 데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터와 데이터 축적부(14)에 마지막으로 축적되어 있는 3축 출력 데이터를 비교하여, 양자의 차분이 소정치 미만이면 전자가 파기되는 것으로 하고 있다．

우선, 초기 설정으로서 이하의 조작을 행한다(S101). 데이터 기억부(12)의 카운터 k1(도 5의 카운터(25)에 상당)을 클리어한다. 다음으로, 데이터 축적부(14)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터의 수 k2를 클리어한다. 다음으로, 감도 보정 계산부(17)로부터 3축 출력 데이터 Sx, Sy, Sz를 취득하고, 데이터 기억부(12)의 1단째 S_x1, S_y1, S_z1에 기억한다.

다음으로, 감도 보정 계산부(17)로부터 Sx, Sy, Sz를 취득한다(S102). 다음으로, 데이터 기억부(12)의 S_x1, S_y1, S_z1에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 데이터 기억부(12)의 2단째 S_x2, S_y2, S_z2에 보내고, Sx, Sy, Sz를 S_x1, S_y1, S_z1에 기억한다(S103).

다음으로, 데이터 기억부(12) 내의 1단째와 2단째에 각각 기억되어 있는 3축 출력 데이터의 차분이 소정치 e1 이상인 경우에는 k1을 클리어하고 스텝 S102로 되돌아간다(S104, S105). 다음으로, k1의 값을 1개 늘리고(S106), k1의 값이 소정치 m1 미만인 경우에는, S102로 되돌아간다(S107).

다음으로, k1을 클리어하고, S_x1, S_y1, S_z1을 데이터 선택부(13)의 출력 S_xo, S_yo, S_zo(도 5의 출력부(26)에 보내는 것에 상당)로 한다(S108). 다음으로, S_xo, S_yo, S_zo와 데이터 축적부(14)의 1단째에 기억되어 있는 3축 출력 데이터 S_1x, S_1y, S_1z의 차분이 소정치 e2 미만인 경우에는 S102로 되돌아간다(S109). k2의 값이 소정치 N 이상인 경우에는, S113으로 진행한다(S110). k2의 값을 1개 늘리고(S111), k2의 값이 1인 경우에는, S117로 진행한다(S112).

다음으로, 지표 i를 k2의 값으로 설정한다(S113). 지표 j를 i-1로 설정하고, 데이터 축적부(14)의 j단째 S_jx, S_jy, S_jz에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 i단째 S_ix, S_iy, S_iz에 보낸다(114). i의 값을 1개 줄이고(S115), i의 값이 1을 초과하는 경우에는, S114로 되돌아간다(S116).

다음으로, S_xo, S_yo, S_zo를 S_1x, S_1y, S_1z에 기억한다(S117). k2의 값이 N 미만인 경우에는, S102로 되돌아간다(S118). (S_1x, S_1y, S_1z), …, (S_Nx, S_Ny, S_Nz)로부터 Cx', Cy', Cz'를 추정한다(S119). Cx', Cy', Cz'의 추정을 반복하는 경우에는, S102로 되돌아간다(S120).

(실시예 2)

도 11은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 2를 설명하기 위한 구성도이며, 기준점의 추정으로서, 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원면을 정하여 주축의 길이 및 중심 좌표치의 추정을 행함으로써 감도와 오프셋의 보정을 행하는 것이다.

도 11에서 부호 31은 3축 가속도 센서, 32는 3축 가속도 센서의 x축 방향 성분 검출 회로, 33은 3축 가속도 센서의 y축 방향 성분 검출 회로, 34는 3축 가속도 센서의 z축 방향 성분 검출 회로, 35A는 데이터 취득부, 35는 멀티플렉서부, 36은 가속도 센서 구동 전원부, 37은 증폭부, 38은 A/D 변환부, 39는 데이터 기억부, 40은 데이터 선택부, 41은 데이터 축적부, 41a는 데이터 변화 판정부, 41b는 온도 검출부, 42는 기준점 추정부, 43은 감도·오프셋 정보 기억부, 44는 감도·오프셋 보정 계산부를 나타내고 있다.

본 실시예 2의 가속도 계측 장치는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(31)와, 이 가속도 센서(31)의 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(35A)와, 이 데이터 취득부(35A)에 의해 반복 취득된 3축 출력 데이터가 적당한지의 여부를 판단하여 선택하는 데이터 선택부(40)와, 이 데이터 선택부(40)에 의해 선택된 3축 출력 데이터를 축적하는 데이터 축적부(41)와, 이 데이터 축적부(41)에 의해 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 이 3차원 직교 좌표 공간 상에 타원면을 정하고, 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하는 기준점 추정부(42)와, 이 기준점 추정부(42)에 의해 추정된 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 가속도 센서(31)의 3축 출력 데이터의 감도 및 오프셋을 보정하는 감도·오프셋 보정 계산부(44)를 구비하고 있다. 또한, 데이터 취득부(35A)는, 멀티플렉서부(35)와 가속도 센서 구동 전원부(36)와 증폭부(37)와 A/D 변환부(38)로 구성되어 있다.

3축 가속도 센서(31)와 x축 방향 검출 회로(32)와 y축 방향 검출 회로(33)와 z축 방향 검출 회로(34)와 멀티플렉서부(35)와 가속도 센서 구동 전원부(36)와 증폭부(37)와 A/D 변환부(38)는, 전술한 실시예 1과 마찬가지이다.

데이터 기억부(39)는, A/D 변환부(38)로부터 축차적으로 출력되는 3축 출력 데이터를 소정 수 유지하는 FIFO형의 데이터 버퍼이다. 데이터 선택부(40)와 데이터 축적부(41)는, 전술한 실시예 1과 마찬가지이다.

기준점 추정부(42)는, 데이터 축적부(41)에 축적된 소정 수의 3축 출력 데이 터에 기초하여 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하여 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 출력한다. 감도·오프셋 정보 기억부(43)는, 기준점 추정부(42)로부터 출력된 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 기억한다.

감도·오프셋 보정 계산부(44)는, 감도·오프셋 정보 기억부(43)에서 기억되어 있는 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터에 기초하여, A/D 변환부(38)로부터 출력된 3축 출력 데이터의 감도 및 오프셋 보정을 행한다.

다음으로, 기준점 추정부(42)에서의 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하는 방법에 대하여 설명한다.

A/D 변환부(38)로부터 출력되는 3축 출력 데이터 Srx, Sry, Srz는, 다음 수학식과 같이 표현된다.

여기서, a_x, a_y, a_z는 각 축 방향의 감도, Crx, Cry, Crz는, Srx, Sry, Srz에 존재하는 오프셋을 나타내고 있다.

가속도 계측 장치가 정지하고 있다든지, 등속 운동을 행하고 있는 경우, 3축 가속도 센서(1)가 받고 있는 가속도는 중력 가속도 g뿐이다. 따라서,

따라서, 상기 수학식 19로부터

상기 수학식 42에 의하면, 도 12에 도시한 바와 같이, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 Q(Srx, Sry, Srz)는, a_x, a_y, a_z를 각 주축의 길이, Crx, Cry, Crz를 중심 C2의 좌표치로 하여 각 주축의 방향이 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)의 각 축에 평행한 타원면 E1 상에 위치하게 된다.

이번에는, N개의 서로 다른 3축 가속도 센서(31)의 자세에서 각각 A/D 변환부(38)로부터 출력되는 3축 출력 데이터를 취득하고, 각 축 성분의 데이터를 각각

S_1rx, S_2rx, …S_Nrx

S_1ry, S_2ry, …S_Nry

S_1rz, S_2rz, …S_Nrz

로 표기한다. 다음으로, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서, 취득한 3축 출력 데이터를

Q₁(S_1rx, S_1ry, S_1rz), Q₂(S_2rx, S_2ry, S_2rz), Q₃(S_3rx, S_3ry, S_3rz)

인 N개의 점으로서 나타내는 것으로 한다.

이렇게 하면, 도 13에 도시한 바와 같이, 각 주축의 방향이 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)의 각 축과 평행하고, Q₁, Q₂, …, Q_N의 어느 것이나 면 상에 위치하는 타원면 E1'를 추정하면 E1'는 E1에 상당하는 것이 기대되고, E1'의 각 주축의 길이 a_x', a_y', a_z'를 가지고 a_x, a_y, a_z를, 중심 C2'의 좌표치 Crx', Cry', Crz'를 가지고 Crx, Cry, Crz를 추정할 수 있다.

<a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'를 추정하는 구체적 방법>

기준점 추정부(42)는, 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를, 소정 수의 3축 출력 데이터 각각이 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정한다.

Q₁, Q₂, …, Q_N로부터 타원 또는 타원면 E1'를 추정하기 위해서는 다양한 방법이 있으며, 최저 N=6에서 추정 가능하다. 그러나, 피에조 저항형 3축 가속도 센서의 감도는 수 백 μV/G/V정도밖에 안되기 때문에 출력 전압은 매우 미약하여, 취 득된 3축 출력 데이터에는 상당한 노이즈가 중첩된다.

3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서, i번째의 3축 출력 데이터의 점 Q_i(S_irx, S_iry, S_irz)부터 E1'까지의 거리 ε는 다음과 같이 된다.

이상적으로는 Q₁, Q₂, …, Q_N의 전체에 대하여 ε_i=0으로 될 것이다. 그러나, 취득된 3축 출력 데이터에는 상당한 노이즈가 중첩되어 있으므로 ε_i=0으로는 되지 않는다.

따라서 N을 늘리고, ε_i의 2승 총합치가 최소로 되도록 통계적 방법을 이용하여 a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'를 추정하면, 상당한 노이즈가 중첩되어 있더라도 정밀도 높은 추정이 가능해진다．ε_i의 2승 총합치 Z₄는 다음 수학식과 같이 된다.

혹은, ε_i의 2승 총합치와 유사한 값으로서, 다음 수학식에 의해 Z₅를 정의 한다.

상기 수학식 44 및 45에 대해서는 최적화 방법(예를 들면, 비특허 문헌1 참조)을 이용하여 a'_x, a'_y, a'_z 및 Crx', Cry', Crz'를 계산할 수 있다. 또한, 전술한 실시예 1의 설명에서의 다음 부분은, 모든 실시예 2에서도 마찬가지로 적용 가능하다.

다음으로, 데이터 선택부(40)에서의 3축 출력 데이터의 선택을 행하는 방법에 대하여 설명한다.

<구체적 방법(그 1)>

데이터 선택부(40)는, 데이터 취득부(35A)에 의해 3축 출력 데이터를 취득할 때마다 직전에 취득된 3축 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 그 차분이 소정 횟수 이상 연속하여 소정치 이내인 경우에, 3축 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택한다.

<구체적 방법(그 2)>

데이터 선택부(40)는, 데이터 취득부(35A)에 의해 반복 취득된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 기초하여 구면을 추정하고, 이 구면으로부터 소정 거리 이내에 있는 3축 출 력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택한다. 또한, 데이터 선택부(40)는, 구면의 반경을 소정치로 하여 구면을 추정한다.

다음으로, 데이터 축적부(41)와 데이터 변화 판정부(41a)에 대하여 설명한다.

데이터 선택부(40)에 의해 선택된 3축 출력 데이터가, 데이터 축적부(41)에 의해 이미 축적된 3축 출력 데이터와 비교하여 소정치 이상 변화되었는지의 여부를 판정하는 데이터 변화 판정부(41a)를 구비하고, 데이터 축적부(41)는, 데이터 변화 판정부(41a)의 판정 결과에 기초하여, 데이터 선택부(40)에 의해 선택된 3축 출력 데이터를 축적하지 않고 폐기한다.

도 14 내지 도 16은, 본 발명의 실시예 2에서 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면이다. 또한, 여기에서는, 데이터 변화 판정부(41a)에서, 데이터 선택부(40)에서 선택된 3축 출력 데이터와 데이터 축적부(41)에 마지막으로 축적되어 있는 3축 출력 데이터를 비교하여, 양자의 차분이 소정치 미만이면 전자가 파기되는 것으로 하고 있다．

우선, 초기 설정으로서 이하의 조작을 행한다(S201). 데이터 기억부(39)의 카운터 k3(도 5의 카운터(25)에 상당)을 클리어한다. 다음으로, 데이터 축적부(41)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터의 수 k4를 클리어한다. 다음으로, A/D 변환부(38)로부터 3축 출력 데이터 Srx, Sry, Srz를 취득하고, 데이터 기억부(39)의 1단째 S_rx1, S_ry1, S_rz1에 기억한다.

다음으로, A/D 변환부(38)로부터 Srx, Sry, Srz를 취득한다(S202). 다음으로, 데이터 기억부(39)의 S_rx1, S_ry1, S_rz1에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 데이터 기억부(39)의 2단째 S_rx2, S_ry2, S_rz2에 보내고, Srx, Sry, Srz를 S_rx1, S_ry1, S_rz1에 기억한다(S203).

다음으로, 데이터 기억부(39) 내의 1단째와 2단째에 각각 기억되어 있는 3축 출력 데이터의 차분이 소정치 e3 이상인 경우에는, k3을 클리어하고 스텝 S202로 되돌아간다(S204, S205). k3의 값을 1개 늘리고(S206), k3의 값이 소정치 m2 미만인 경우에는, S202로 되돌아간다(S207). k3을 클리어하고, S_rx1, S_ry1, S_rz1을 데이터 선택부(40)의 출력 S_rxo, S_ryo, S_rzo(도 5의 출력부(26)에 보내는 것에 상당)로 한다(S208).

다음으로, S_rxo, S_ryo, S_rzo와 데이터 축적부(41)의 1단째에 기억되어 있는 3축 출력 데이터 S_1rx, S_1ry, S_1rz의 차분이 소정치 e4 미만인 경우에는, S202로 되돌아간다(S209). k4의 값이 소정치 N이상인 경우에는, S213으로 진행한다(S210). k4의 값을 1개 늘리고(S211), k4의 값이 1인 경우에는, S217로 진행한다(S212).

다음으로, 지표 i를 k4의 값으로 설정한다(S213). 지표 j를 i-1로 설정하고, 데이터 축적부(41)의 j단째 S_jrx, S_jry, S_jrz에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 i단째 S_irx, S_iry, S_irz에 보낸다(S214). i의 값을 1개 줄이고(S215), i의 값이 1을 초과하는 경우에는, S214로 되돌아간다(S216).

다음으로, S_rxo, S_ryo, S_rzo를 S_1rx, S_1ry, S_1rz에 기억한다(S117). k4의 값이 N 미만인 경우에는, S202로 되돌아간다(S218). (S_1rx, S_1ry, S_1rz), …, (S_Nrx, S_Nry, S_Nrz)로부터 a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'를 추정한다(S219). a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'의 추정을 반복하는 경우에는, S202로 되돌아간다(S220).

(실시예 3)

도 17은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 3을 설명하기 위한 구성도로서, 기준점의 추정을, 3축 가속도 센서가 검지하고 있다고 예상되는 중력 가속도의 각 축 성분의 값으로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 것이다.

도면 내 부호 45는 3축 가속도 센서, 46은 3축 가속도 센서의 x축 방향 성분 검출 회로, 47은 3축 가속도 센서의 y축 방향 성분 검출 회로, 48은 3축 가속도 센서의 z축 방향 성분 검출 회로, 49A는 데이터 취득부, 49는 멀티플렉서부, 50은 가속도 센서 구동 전원부, 51은 증폭부, 52는 A/D 변환부, 53은 온도 검출부, 54는 감도 보정 정보 기억부, 55는 감도 보정 계산부, 56은 기준점 추정부, 57은 오프셋 정보 기억부, 58은 오프셋 보정 계산부를 나타내고 있다. 또한, 전술한 실시예 1과 중복되는 부분은 설명을 생략한다.

본 실시예 3의 가속도 계측 장치는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(45)와, 이 가속도 센서(45)의 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(49A)와, 가속도 센서(45)가 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 데이터 취득부(49A)에 의해 3축 출력 데이터를 취득하고, 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 위치 및 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 가속도 센서(45)가 검지하고 있다고 예상되는 중력 가속도의 각 축 성분의 값으로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 기준점 추정부(56)와, 이 기준점 추정부(56)에 의해 추정된 기준점의 좌표치에 기초하여, 가속도 센서(45)의 3축 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 계산부(58)를 구비하고 있다. 또한, 데이터 취득부(49A)는, 멀티플렉서부(49)와 가속도 센서 구동 전원부(50)와 증폭부(51)와 A/D 변환부(52)로 구성되어 있다.

3축 가속도 센서(45)와 x축 방향 검출 회로(46)와 y축 방향 검출 회로(47)와 z축 방향 검출 회로(48)와 멀티플렉서부(49)와 가속도 센서 구동 전원부(50)와 증폭부(51)와 A/D 변환부(52)와 온도 검출부(53)와 감도 보정 정보 기억부(54)와 감도 보정 계산부(55)와 오프셋 정보 기억부(57)와 오프셋 보정 계산부(58)는, 전술한 실시예 1과 마찬가지이다.

기준점 추정부(56)는, 감도 보정 정보 기억부(55)로부터 출력되는 3축 출력 데이터에 기초하여 기준점의 좌표를 추정하여 기준점 좌표 데이터를 출력한다.

다음으로, 기준점 추정부(56)에서의 기준점의 좌표를 추정하는 방법에 대하여 설명한다.

3축 가속도 센서(45)가 기지의 자세로 정지하고 있는 경우, 3축 가속도 센서(45)가 받는 가속도의 각 방향 성분은 일의로 결정된다. 예를 들면, 도 18a 및 도 18b에 도시한 바와 같이, 충전기(60)가 수평으로 놓이고, 가속도 계측 장치(59) 가 소정의 자세로 충전기(60)와 세트되어 있는 상태에서, 3축 가속도 센서(45)의 x축 검출 방향이 중력 가속도 g의 방향에 대하여 수직, y축 검출 방향이 중력 가속도 g의 반대 방향에 대하여 각도 φ 기울어 있다고 하면, 중력 가속도 g의 x, y, z축 방향 성분 Gx, Gy, Gz는 다음과 같이 된다.

또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분의 오프셋치를 좌표치로 하는 기준점 C1(Cx, Cy, Cz)로부터 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P(Sx, Sy, Sz)에 이르는 벡터

를 생각한다.

이렇게 하면, 상기 수학식 16, 17, 18로부터,

는 다음과 같이 표현된다.

상기 수학식 46, 47, 48로부터 Gx, Gy, Gz는 기지이며, 감도 보정 계산부(55)에서 보정된 감도 a가 계산되면

도 결정된다.

따라서, 다음과 같이 기준점 C1의 좌표치 Cx, Cy, Cz를 계산할 수 있다．

즉, 가속도 계측 장치가 기지의 자세에서 정지하고 있는 상태가 있다면, 그 상태에서 3축 출력 데이터를 취득하면 간단하게 3축 가속도 센서의 오프셋 데이터를 얻을 수 있다.

(실시예 4)

본 실시예 4는, 전술한 실시예 1로부터 다음 수단을 생략한 것으로 되어 있다. 즉, 데이터 선택부(13)에서의 3축 출력 데이터의 선택과 데이터 축적부(14)에서의 데이터 변화 판정부(18)를 생략한 것이다. 가속도 계측 장치의 이용 분야에 따라서는, 예를 들면, 이하의 캐이스도 생각되며, 전술한 수단이 생략 가능하게 되므로 실시예 4를 마련하고 있다.

경사 센서와 같이 중력 가속도의 검출이 주체이고, 또한 계측중에는 가속도 계측 장치가 그다지 움직이지 않고 3축 가속도 센서가 받는 운동 가속도가 중력 가속도에 비하여 극히 작다. 또는, 운동 가속도를 검출하는 수단이 별도로 설치되어 있으며, 운동 가속도가 검출된 경우에는 3축 가속도 데이터를 취득하지 않도록 되어 있다. 기준점 좌표 데이터를 얻기 위한 3축 가속도 데이터 취득 시에는, 개개의 3축 가속도 데이터를 취득할 때마다 사용자가 가속도 계측 장치를 정지시킨 상태에서 3축 가속도 데이터의 취득 지시를 시작하는 조작을 행하도록 되어 있다.

도 20은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 4를 설명하기 위한 구성도로, 기준점의 추정을, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이며, 또한, 기준점의 추정을, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리가 소정의 대표치에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

도면 내 부호 61은 3축 가속도 센서, 62는 3축 가속도 센서의 x축 방향 성분 검출 회로, 63은 3축 가속도 센서의 y축 방향 성분 검출 회로, 64는 3축 가속도 센서의 z축 방향 성분 검출 회로, 65A는 데이터 취득부, 65는 멀티플렉서부, 66은 가속도 센서 구동 전원부, 67은 증폭부, 68은 A/D 변환부, 69는 온도 검출부, 70은 감도 보정 정보 기억부, 71은 감도 보정 계산부, 72는 데이터 축적부, 73은 기준점 추정부, 74는 오프셋 정보 기억부, 75는 오프셋 보정 계산부를 나타내고 있다.

본 실시예 4의 가속도 계측 장치는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(61)와, 이 가속도 센서(61)의 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(65A)와, 이 데이터 취득부(65A)에 의해 반복 취득된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 기준점 추정부(73)와, 이 기준점 추정부(73)에 의해 추정된 기준점의 좌표치에 기초하여, 가속도 센서의 3축 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 계산부(75)를 구비하고 있다. 또한, 데이터 취득부(65A)는, 멀티플렉서부(65)와 가속도 센서 구동 전원부(66)와 증폭부(67)와 A/D 변환부(68)로 구성되어 있다.

3축 가속도 센서(61)와 x축 방향 검출 회로(62)와 y축 방향 검출 회로(63)와 z축 방향 검출 회로(64)와 멀티플렉서부(65)와 가속도 센서 구동 전원부(66)와 증폭부(67)와 A/D 변환부(68)와 온도 검출부(69)와 감도 보정 정보 기억부(70)와 감도 보정 계산부(71)와 오프셋 정보 기억부(74)와 오프셋 보정 계산부(75)는, 전술한 실시예 1과 마찬가지이다.

데이터 축적부(72)는, 감도 보정 정보 기억부(71)로부터 축차적으로 출력되는 3축 출력 데이터를 소정 수 축적하는 데이터 버퍼이다. 기준점 추정부(73)는, 데이터 축적부(72)에 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터에 기초하여 기준점의 좌표를 추정해 기준점 좌표 데이터를 출력한다.

기준점 추정부(73)에서의 기준점의 좌표를 추정하는 방법(그 1)에 대해서는 전술한 실시예 1의 경우와 마찬가지이다.

또한, <C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하는 구체적 방법(그 1)>에 대해서도, 전술한 실시예 1의 경우와 마찬가지이다. 즉, 기준점 추정부(73)는, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

또한, <C1'(Cx', Cy', Cz')를 추정하는 구체적 방법(그 2)>에 대해서도, 전술한 실시예 1의 경우와 마찬가지이다. 즉, 기준점 추정부(73)는, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터의 각각부터 기준점까지의 거리의 소정의 대표치에 대한 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

도 21 및 도 22는, 본 발명의 실시예 4에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면이다．

우선, 초기 설정으로서 이하의 조작을 행한다(S301). 감도 보정 계산부(71)로부터 3축 출력 데이터 Sx, Sy, Sz를 취득하고, 데이터 축적부(72)의 1단째 S_1x, S_1y, S_1z에 기억한다. 다음으로, 데이터 축적부(72)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터의 수 k5를 1로 한다.

다음으로, 감도 보정 계산부(71)로부터 Sx, Sy, Sz를 취득한다(S302). k5의 값이 소정치 N 미만인 경우에는 k5의 값을 1개 늘린다(S303, S304). 지표 i를 k5의 값으로 설정한다(S305). 지표 j를 i-1로 설정하고, 데이터 축적부(72)의 j단째 S_jx, S_jy, S_jz에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 i단째 S_ix, S_iy, S_iz에 보낸다(S306). i의 값을 1개 줄이고(S307), i의 값이 1을 초과하는 경우에는, S306으로 되돌아간다(S116).

다음으로, Sx, Sy, Sz를 S_1x, S_1y, S_1z에 기억한다(S309). k5의 값이 N 미만인 경우에는, S302로 되돌아간다(S310). (S_1x, S_1y, S_1z), …, (S_Nx, S_Ny, S_Nz)로부터 Cx', Cy', Cz'를 추정한다(S311). Cx', Cy', Cz'의 추정을 반복하는 경우에는, S302로 되돌아간다(S312).

(실시예 5)

본 실시예 5는, 전술한 실시예 2로부터 다음 수단을 생략한 것으로 되어 있다. 즉, 데이터 선택부(40)에서의 3축 출력 데이터의 선택과 데이터 축적부(41)에서의 데이터 변화 판정부(41a)를 생략한 것이다.

실시예 4의 설명에서 기재한 바와 같이, 가속도 계측 장치의 이용 분야에 따라서는, 전술한 수단이 생략 가능하게 되는 경우도 생각되어지므로, 실시예 5를 마련하고 있다.

도 23은, 본 발명의 가속도 계측 장치의 실시예 5를 설명하기 위한 구성도로서, 기준점의 추정을, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터 각각이 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것이다.

도 23에서 부호 76은 3축 가속도 센서, 77은 3축 가속도 센서의 x축 방향 성분 검출 회로, 78은 3축 가속도 센서의 y축 방향 성분 검출 회로, 79는 3축 가속도 센서의 z축 방향 성분 검출 회로, 80A는 데이터 취득부, 80은 멀티플렉서부, 81은 가속도 센서 구동 전원부, 82는 증폭부, 83은 A/D 변환부, 84는 데이터 축적부, 85는 기준점 추정부, 86은 감도·오프셋 정보 기억부, 87은 감도·오프셋 보정 계산부를 나타내고 있다.

본 실시예 5의 가속도 계측 장치는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(76)와, 이 가속도 센서(76)의 3축 출력 데이터를 취득하는 데이터 취득부(80A)와, 이 데이터 취득부(80A)에 의해 반복 취득된 소정 수의 3축 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 3차원 직교 좌표 공간 상에 정하는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정 수의 3축 출력 데이터 각각이 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 기준점 추정부(85)와, 이 기준점 추정부(85)에 의해 추정된 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 가속도 센서의 3축 출력 데이터의 감도 및 오프셋을 보정하는 감도·오프셋 보정 계산부(87)를 구비하고 있다. 또한, 데이터 취득부(80A)는, 멀티플렉서부(80)와 가속도 센서 구동 전원부(81)와 증폭부(82)와 A/D 변환부(83)로 구성되어 있다.

3축 가속도 센서(76)와 x축 방향 검출 회로(77)와 y축 방향 검출 회로(78)와 z축 방향 검출 회로(79)와 멀티플렉서부(80)와 가속도 센서 구동 전원부(81)와 증폭부(82)와 A/D 변환부(83)는, 전술한 실시예 1과 마찬가지이다.

데이터 축적부(84)는, A/D 변환부(83)로부터 축차적으로 출력되는 3축 출력 데이터를 소정 수 축적하는 데이터 버퍼이다. 기준점 추정부(85)는, 데이터 축적부(84)에 축적된 소정 수의 3축 출력 데이터에 기초하여 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하여 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터를 출력한다. 감도·오프셋 정보 기억부(86)와 감도·오프셋 보정 계산부(87)에 대해서는, 전술한 실시예 2의 경우와 마찬가지이다.

또한, 기준점 추정부(85)에서의 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하는 방법에 대해서도, 전술한 실시예 2의 경우와 마찬가지이다.

또한, <a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'를 추정하는 구체적 방법>에 대해서도, 전술한 실시예 2의 경우와 마찬가지이다.

도 24 및 도 25는, 본 발명의 실시예 5에서의 기준점 좌표 데이터를 취득하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면이다．

우선, 초기 설정으로서 이하의 조작을 행한다(S401). A/D 변환부(83)로부터 3축 출력 데이터 Srx, Sry, Srz를 취득하고, 데이터 축적부(84)의 1단째 S_1rx, S_1ry, S_1rz에 기억한다. 다음으로, 데이터 축적부(84)에 축적되어 있는 3축 출력 데이터 의 수 k6을 1로 한다.

다음으로, A/D 변환부(83)로부터 Srx, Sry, Srz를 취득한다(S402). k6의 값이 소정치 N 미만인 경우에는 k6의 값을 1개 늘린다(S403, S404). 지표 i를 k6의 값으로 설정한다(S405). 지표 j를 i-1로 설정하고, 데이터 축적부(84)의 j단째 S_jrx, S_jry, S_jrz에 기억되어 있는 3축 출력 데이터를 i단째 S_irx, S_iry, S_irz에 보낸다(S406). i의 값을 1개 줄이고(S407), i의 값이 1을 초과하는 경우에는, S406으로 되돌아간다(S216).

다음으로, S_rx, S_ry, S_rz를 S_1rx, S_1ry, S_1rz에 기억한다(S409). k6의 값이 N 미만인 경우에는, S402로 되돌아간다(S410). (S_1rx, S_1ry, S_1rz), …, (S_Nrx, S_Nry, S_Nrz)로부터 a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'를 추정한다(S411). a_x', a_y', a_z' 및 Crx', Cry', Crz'의 추정을 반복하는 경우에는, S402로 되돌아간다(S412).

다음으로, 온도 특성에의 대응에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 피에조 저항형의 가속도 센서에서는 감도 및 오프셋은 현저한 온도 특성을 가진다. 따라서, 가속도 계측 장치가 놓여 있는 환경의 온도 변화가 큰 경우에는, 오프셋 정보 기억부에 기억된 기준점 좌표 데이터의 추정에 이용된 3축 가속도 데이터가 취득되었을 때의 온도, 혹은 감도·오프셋 정보 기억부에 기억된 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터의 추정에 이용된 3축 가속도 데이터가 취득되었을 때의 온도와, 오프셋 보정 계산부 혹은 감도·오프셋 보정 계산부에서 보정이 대상으로 되는 3축 가속도 데이터가 취득되었을 때의 온도가 크게 상 이하여, 오프셋 보정 혹은 감도·오프셋 보정의 오차가 커질 가능성이 있다.

또한, 기준점 좌표 데이터의 추정에 이용되는 소정 수의 3축 가속도 데이터가 각각 취득되었을 때의 온도의 변동, 혹은 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터의 추정에 이용되는 소정 수의 3축 가속도 데이터가 각각 취득되었을 때의 온도의 변동이 커져, 기준점 좌표 데이터 혹은 타원면 주축 길이·중심 좌표 데이터의 오차가 커질 가능성도 있다.

이하, 전술한 실시예 1 내지 실시예 5에서 적용 가능한, 전술한 온도 특성에의 대응에 대한 각 해결 수단에 대하여 설명한다.

<해결 수단 1>

본 해결 수단 1은, 전술한 실시예 1, 2, 4 및 5에서 적용 가능하다.

이하, 실시예 1에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

도 26은, 온도 특성에의 대응에 대한 해결 수단 1을 도시하는 블록도이며, 도 26에서 부호 88은 입력부, 89는 비교부, 90은 제1 데이터 버퍼, 91은 제2 데이터 버퍼, 92는 데이터 버퍼 L, 93은 선택부, 94는 기준점 추정부, 95는 분배부, 96은 제1 기준점 좌표 기억, 97은 제2 기준점 좌표 기억, 98은 기준점 좌표 기억 L을 나타내고 있다. 즉, 도 26은, 본 해결 수단을 적용한 경우의, 데이터 축적부(14)와 기준점 추정부(15) 및 오프셋 정보 기억부(16)에 상당하는 상세 구성의 일례를 도시한 것이다.

가속도 계측 장치의 사용 온도 범위는, 미리 L개로 구분되어 있고, 각각 온도 구분 1, 온도 구분 2, …, 온도 구분 L로 칭하는 것으로 한다. 데이터 선택 부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터는, 일단 입력부(88)에서 일시 기억된다. 입력부(88)는, 온도 검출부(9)로부터 취득된 온도 데이터에 기초하여, 일시 기억된 3축 출력 데이터가 어느 온도 구분에 속하는지를 결정한다.

제1 데이터 버퍼(90)와 제2 데이터 버퍼(91), …, 데이터 버퍼 L(92)은, 각각 온도 구분 1, 온도 구분 2, …, 온도 구분 L에 속하는 3축 출력 데이터를 축적한다.

비교부(89)는, 제1 데이터 버퍼(90)와 제2 데이터 버퍼(1), …, 데이터 버퍼 L(92) 중에서, 입력부(88)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터가 속하는 온도 구분과 동일한 것을 선택한다. 그 후, 전술한 실시예 1의 설명과 마찬가지로, 입력부(88)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터를 선택된 데이터 버퍼에 축적한다든지 파기한다.

선택부(93)는, 입력부(88)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터가 비교부(89)에 의해 선택된 데이터 버퍼에 축적되었을 때, 선택된 데이터 버퍼에 축적된 데이터 수가 소정 수에 도달해 있으면, 선택된 데이터 버퍼에 축적되어 있는 3축 출력 데이터와 온도 구분 정보를 기준점 추정부(94)를 향하여 출력한다.

기준점 추정부(94)는, 선택부(93)로부터 출력된 3축 출력 데이터에 기초하여 기준점의 좌표치를 추정한다. 분배부(95)는, 선택부(93)로부터 출력된 온도 구분 정보에 기초하여, 기준점 추정부(94)로부터 출력된 기준점 좌표 데이터를 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(96)과 제2 기준점 좌표 기억(97), …, 기준점 좌표 기억 L(98) 중 어느 하나에 기억한다.

또한, 입력부(88)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터를 비교부(89)에 의해 선택된 데이터 버퍼에 축적할 때, 온도 검출부(9)로부터 취득된 온도 데이터가 결정된 온도 구분의 어디에 위치하는지에 의해 3축 출력 데이터를 보정하여도 된다. 이것은, 감도 및 오프셋의 온도 의존성이 대강 파악되어 있고, 더구나, 온도 구분 내에서의 감도 및 오프셋의 온도 변화가 비교적 큰 경우에 유효하다．

그 후, 오프셋 보정 계산부(17)는, 감도 보정 계산부(11)로부터 출력되는 3축 출력 데이터에 대하여, 온도 검출부(9)로부터 취득한 온도 데이터를 기초로 어느 온도 구분에 속하는지를 결정하고, 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(96)과 제2 기준점 좌표 기억(97), …, 기준점 좌표 기억 L(98) 중 어느 하나에 기억되어 있는 기준점 좌표 데이터를 이용하여 오프셋 보정을 행한다.

<해결 수단 2>

본 해결 수단 2는, 전술한 실시예 1, 2, 4 및 5에서 적용 가능하다. 이하, 실시예 1에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

도 27은, 온도 특성에의 대응에 관한 해결 수단 2를 도시하는 블록도로서, 본 해결 수단을 적용한 경우의, 데이터 축적부(14, 40)와 기준점 추정부(15, 42) 및 오프셋 정보 기억부(16), 감도·오프셋 정보 기억부(43)에 상당하는 상세 구성의 일례를 도시한 것이다. 도면 내 부호 99는 입력부, 100은 비교부, 101은 데이터 버퍼 A, 102는 데이터 버퍼 B, 103은 선택부, 104는 기준점 추정부, 105는 분배부, 106은 제1 기준점 좌표 기억, 107은 제2 기준점 좌표 기억, 108은 기준점 좌표 기억 L을 나타내고 있다.

가속도 계측 장치의 사용 온도 범위는, 미리 L개로 구분되어 있고, 각각 온도 구분 1, 온도 구분 2, …, 온도 구분 L로 칭하는 것으로 한다.

데이터 선택부(13)에서 선택된 3축 출력 데이터는, 일단 입력부(99)에서 일시 기억된다. 입력부(99)는, 온도 검출부(9)로부터 취득된 온도 데이터에 기초하여, 일시 기억된 3축 출력 데이터가 어느 온도 구분에 속하는지를 결정한다.

데이터 버퍼 A(101)는, 3축 출력 데이터를 축적하고, 데이터 버퍼 B(102)는, 데이터 버퍼 A(101)에 축적된 3축 출력 데이터가 입력부(99)에서 일시 기억되었을 때에 온도 검출부(9)로부터 취득된 온도 데이터를 동일 순서로 축적한다. 그 결과, 데이터 버퍼 A(101)에 축적된 각각의 3축 출력 데이터는, 데이터 버퍼 B(102)에 축적된 온도 데이터를 참조함으로써, 어느 온도 구분에 속하는지를 알 수 있도록 되어 있다.

비교부(100)는, 입력부(99)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터에 대하여, 데이터 버퍼 A(101)에 축적된 3축 출력 데이터 중에서 온도 구분이 동일한 것과 비교함으로써, 전술한 실시예 1의 설명과 마찬가지로, 데이터 버퍼 A(101)에 축적한다든지 파기한다.

입력부(99)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터가, 데이터 버퍼 A(101)에 축적되는 경우, 데이터 버퍼 A(101)에 이미 축적된 3축 출력 데이터 중에서, 금회 축적되려고 하는 3축 출력 데이터와 온도 구분이 동일한 것이 소정 수에 도달해 있는 경우, 해당하는 3축 출력 데이터 중에서 가장 오래된 것과 데이터 버퍼 B(102)에서 대응하는 온도 데이터를 파기한다.

입력부(99)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터가, 데이터 버퍼 A(101)에 축적되는 경우, 앞서 취득된 온도 데이터를 데이터 버퍼 B(102)에 동시에 축적한다.

선택부(103)는, 입력부(99)에서 일시 기억된 3축 출력 데이터가, 데이터 버퍼 A(101)에 축적되었을 때, 데이터 버퍼 A(101)에 축적된 3축 출력 데이터 중에서 금회 축적된 3축 출력 데이터와 온도 구분이 동일한 것이 소정 수에 도달해 있는 경우, 해당하는 3축 출력 데이터와 온도 구분 정보를 기준점 추정부(104)를 향하여 출력한다.

기준점 추정부(104)는, 선택부(103)로부터 출력된 3축 출력 데이터에 기초하여 기준점의 좌표치를 추정한다. 분배부(105)는, 선택부(103)로부터 출력된 온도 구분 정보에 기초하여, 기준점 추정부(104)로부터 출력된 기준점 좌표 데이터를 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(106)과 제2 기준점 좌표 기억(107), …, 기준점 좌표 기억 L(108) 중 어느 하나에 기억한다.

그 후, 오프셋 보정 계산부(17)는, 감도 보정 계산부(11)로부터 출력되는 3축 출력 데이터에 대하여, 온도 검출부(9)로부터 취득한 온도 데이터를 기초로 어느 온도 구분에 속하는지를 결정하고, 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(106)과 제2 기준점 좌표 기억(107), …기준점 좌표 기억 L(108) 중 어느 하나에 기억되어 있는 기준점 좌표 데이터를 이용하여 오프셋 보정을 행한다.

<해결 수단 3>

본 해결 수단 3은, 전술한 실시예 3에서 적용 가능하다.

도 28은, 온도 특성에의 대응에 대한 해결 수단 3을 도시하는 블록도로서, 본 해결 수단을 적용한 경우의, 오프셋 정보 기억부(57)에 상당하는 상세 구성의 일례를 도시한 것이다. 도 28에서 부호 109는 분배부, 110은 제1 기준점 좌표 기억, 111은 제2 기준점 좌표 기억, 112는 기준점 좌표 기억 L을 나타내고 있다.

가속도 계측 장치의 사용 온도 범위는, 미리 L개로 구분되어 있고, 각각 온도 구분 1, 온도 구분 2, …, 온도 구분 L로 칭하는 것으로 한다. 분배부(109)는, 온도 검출부(53)로부터 취득된 온도 데이터에 기초하여, 기준점 추정부(56)로부터 출력된 기준점 좌표 데이터를 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(110)과 제2 기준점 좌표 기억(111), …, 기준점 좌표 기억 L(112) 중 어느 하나에 기억한다.

그 후, 오프셋 보정 계산부(58)는, 감도 보정 계산부(55)로부터 출력되는 3축 출력 데이터에 대하여, 온도 검출부(53)로부터 취득한 온도 데이터를 기초로 어느 온도 구분에 속하는지를 결정하고, 대응하는 제1 기준점 좌표 기억(110)과 제2 기준점 좌표 기억(111), 기준점 좌표 기억 L(112) 중 어느 하나에 기억되어 있는 기준점 좌표 데이터를 이용하여 오프셋 보정을 행한다.

다음으로, 불량 데이터에의 대응에 대한 각 해결 수단에 대하여 설명한다.

<해결 수단 1>

본 해결 수단 1은, 전술한 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4, 실시예 5에서 적용 가능하다.

이하, 전술한 실시예 1에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

양호한 기준점 추정 결과를 얻기 위해서는, 취득한 N개의 3축 출력 데이터의 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서의 점 P₁(S_1x, S_1y, S_1z), P₂(S_2x, S_2y, S_2z), …P_N(S_Nx, S_Ny, S_Nz)는 가능한 한 다양한 위치에 골고루 분포되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 각 점의 위치는 3축 가속도 센서(1)의 자세에 의해 결정되기 때문에, N개의 3축 출력 데이터의 취득 시에는 가속도 계측 장치의 방향을 가능한 한 다양한 방향으로 골고루 향하는 것이 바람직하게 된다.

그런데, 사용자에 따라서는 가속도 계측 장치의 방향의 변화가 한정적으로 되는 경향이 있으며, 이 경우에는 점 P₁(S_1x, S_1y, S_1z), P₂(S_2x, S_2y, S_2z), …P_N(S_Nx, S_Ny, S_Nz)의 분포도 편중되어 양호한 기준점 추정 결과가 얻어지지 않는다.

이 경우, 3축 출력 데이터의 각 축 성분 중에서 가장 값의 변화가 적은 축의 성분을 제외하고, 나머지 2축 성분으로 이루어지는 2축 출력 데이터에 대하여 기준점 좌표의 추정을 행하고, 이 2축에 대하여 오프셋 보정을 행하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 이하의 수순으로 행한다.

우선, 취득한 N개의 3축 출력 데이터에 대하여, 각 축 성분별로 변동을 계산한다.

여기서는 계산의 결과, Z축 성분의 변동 v(z)가 x축 성분의 변동 v(x), y축 성분의 변동 v(y)의 어느 하나로부터도 작아졌다고 가정한다.

다음으로, v(z)가 소정치를 초과하면 통상대로의 기준점 좌표의 추정을 행한다. 다음으로, v(z)가 소정치 이하인 경우, N개의 3축 출력 데이터로부터 z축 성 분의 데이터 S_1z, S_2z, …S_Nz를 제외하고, 나머지 X축 성분 데이터 S_1x, S_2x, …S_Nx 및 y축 성분의 데이터 S_1y, S_2y, …S_Ny로 2축 출력 데이터를 구성한다.

다음으로, 2차원 직교 좌표 공간(x, y)에서, 전술한 2축 출력 데이터를

P₁'(S_1x, S_1y), P₂'(S_2x, S_2y), …P_N'(S_Nx, S_Ny)

인 N개의 점으로서 나타낸다.

다음으로, 2차원 직교 좌표 공간(x, y)에서, P₁', P₂', …P_N'의 어느 하나로부터도 거리가 일정해지는 점 C1''(Cx'', Cy'')를 추정한다. 다음으로, 점 C1''의 좌표치 Cx'', Cy''를 가지고 3축 출력 데이터 내의 x축 성분 및 x축 성분에 대하여 오프셋 보정을 행한다.

<해결 수단 2>

본 해결 수단 2는, 전술한 실시예 1 내지 실시예 5에서 적용 가능하다.

이하, 실시예 1에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 취득한 N개의 3축 출력 데이터의 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서의 점의 분포로부터 추정되는 기준점의 좌표치는 3축 출력 데이터의 오프셋에 상당한다.

피에조 저항형의 가속도 센서에서는, 오프셋은 현저한 온도 특성을 가지므로, 가속도 계측 장치가 놓여 있는 환경의 온도 변화가 큰 경우에는 오프셋도 시간 변동한다. 그러나, 단시간에 급격하게 오프셋이 시간 변동하는 것은 피에조 저항형 가속도 센서의 특성상 생각하기 어렵다.

이 때문에, 기준점 좌표의 추정을 축차적으로 행하고 있는데, 추정된 기준점 좌표가 단시간에 큰 변동을 일으킨 경우에는, 3축 출력 데이터에 비교적 큰 노이즈가 혼입되었다든지, 3축 출력 데이터 취득중의 가속도 계측 장치의 자세의 변화가 한정적으로 되어 기준점 좌표의 추정이 양호하게 행해지지 않게 될 가능성이 높다.

또한, 이러한 기준점 좌표를 이용하면, 잘못된 오프셋 보정을 하게 된다. 따라서, 기준점 좌표의 추정에서는, 바로 근처의 소정 수의 기준점 좌표치의 변동을 계산하고, 이 변동이 소정치보다도 크게 된 경우에는 기준점 좌표의 추정이 양호하게 행해지지 않았다고 간주하여, 추정된 기준점 좌표치를 파기하면, 잘못된 오프셋 보정을 막을 수 있다.

<해결 수단 3>

본 해결 수단 3은, 전술한 실시예 1 내지 실시예 5에서 적용 가능하다.

이하, 전술한 실시예 1에 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

상기 수학식 20으로부터, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 3축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 하는 점 P(Sx, Sy, Sz)부터 기준점 C1(Cx, Cy, Cz)까지의 거리는 보정된 감도 a와 중력 가속도 g의 곱으로 된다.

피에조 저항형의 가속도 센서에서는, 감도는 현저한 온도 특성을 가지므로, 가속도 계측 장치가 놓여 있는 환경의 온도 변화가 큰 경우에는 감도도 시간 변동하지만, 단시간에 급격하게 감도가 시간 변동하는 것은 피에조 저항형 가속도 센서의 특성상 생각하기 어렵다. 더구나, 실시예 1에서는 감도 보정 계산부(11)에서 감도 보정되고, 보정된 감도 a는 일정에 가깝다.

중력 가속도 g는 통상의 이용 분야에서 일정치로 간주하여도 된다. 따라서, ag는 미리 예측할 수 있는 값이며, 3차원 직교 좌표 공간(x, y, z)에서 추정된 기준점부터 각 3축 출력 데이터를 나타내는 점까지의 거리도 미리 예측되는 값으로 수렴될 것이다.

따라서, 기준점 좌표의 추정에서는, 추정된 기준점부터 각 3축 출력 데이터를 나타내는 점까지의 거리의 평균치 등을 계산하고, 이 값이 소정 범위 외인 경우에는 감도 보정 계산부(11)에서의 감도 보정이거나 기준점 좌표의 추정의 어느 한 쪽 혹은 양방이 양호하게 행해지지 않았다고 간주하고, 추정된 기준점 좌표치를 파기하면, 잘못된 오프셋 보정을 막을 수 있다.

다음으로, 2축 가속도 센서에의 적용에 대하여 설명한다.

전술한 실시예 1 내지 실시예 5는, 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서 대신에 2축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서를 구비한 가속도 계측 장치에 대해서도 적용 가능하다.

이 때, 실시예 1, 4에서의 기준점 추정 수단에서는, 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 2축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 직교 공간에서의 분포로부터, 해당 2차원 직교 공간 상에 정하는 기준점의 좌표를 추정하게 된다.

또한, 실시예 2, 5에서의 기준점 추정 수단에서는, 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 2축 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 직교 공간에서의 분포로부터, 해당 2차원 직교 공간 상에 정하는 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하게 된다.

또한, 실시예 1, 2, 4, 5의 적용에서는, 기준점의 좌표 또는 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치의 추정을 행하기 위한 2축 출력 데이터를 취득하고 있는 동안은, 가속도를 검출하는 2축 방향 중 어느 하나에도 수직한 축의 방향과 중력 가속도의 방향 사이에 이루는 각도가 일정해지도록 가속도 계측 장치의 자세를 제어한다.

(실시예 6)

3축 가속도 센서에서, 가속도 센서가 중력 가속도만을 받는 경우, 즉, 정지하고 있는 경우의 가속도 센서의 출력 데이터(이하, 측정 데이터라고 함)의 분포는, 3차원 직교 좌표계에서 구면 또는 타원면을 형성한다. 그 때문에, 이 구면 또는 타원면의 중심치를 구함으로써 오프셋을 추정하는 것이 가능하다.

가속도 센서의 구면 또는 타원면 적용 계산을 행하기 위해서는, 예를 들면, 측정 데이터를 유한 길이의 버퍼에 축적하고, 축적된 측정치로부터 구체의 중심을 추정하는 방법을 이용할 수 있다. 이 때에 정밀도 있게 구체의 중심을 추정하기 위해서는, 측정 데이터가 구면 상 또는 타원면 상에 신뢰도가 높게 분포되어 있을 필요가 있다. 즉, 측정 데이터는 확실하게 정지했을 때의 데이터이어야 한다.

정지 시의 측정 데이터를 취득하기 위해서는, 가속도 센서가 정지해 있는지의 여부의 판정을 행하는 것이 필요하게 된다. 정지 판정을 행하기 위해서는, 임의의 임계치에 의해 설정된 시간 동안, 측정 데이터가 변화되지 않고 있음을 판정하는 것이 간단하다.

이 설정 시간의 임계치가 작은 경우에는, 우연히도 등가속도 운동으로 된 순간의 값을 취득했을 가능성이 있다. 움직이지 않고 있는 기간의 임계치를 길게 하면, 이러한 우연한 가능성을 낮게 할 수 있지만, 정지 시의 측정 데이터를 취득할 때까지 시간이 걸려, 데이터 취득의 효율이 떨어진다. 따라서, 정지해 있던 시간이 몇 초간이었는가 라고 하는 정지 시간 정보를 정지 시의 측정 데이터에 부가해 놓는 것이 좋다.

이 정지 시간 정보는, 축적된 측정 데이터가 정지 시의 데이터로서, 어느 정도 신뢰할 수 있는지를 나타내는 하나의 지표로서 이용할 수 있다. 정지해 있었던 시간이 짧은 것은, 데이터 취득 시에 가속도 센서가 정지해 있을 확률이 낮은 것을 나타내고, 반대로 시간이 긴 것은 정지해 있었던 확률이 높은 것을 나타낸다. 이 정지 시간 정보의 사용 방법으로서는, 예를 들면, 이하와 같은 것이 생각된다.

유한 길이의 버퍼를 이용한 계산을 행하는 경우, 3차원 공간 내에서 가까운 거리에 있는 데이터를 배제함으로써, 버퍼 내의 데이터의 용장이 없어져, 버퍼를 효율적으로 사용할 수 있다. 가까운 거리에 있는 데이터끼리 비교할 때에, 어느 쪽의 데이터가 더 확실한지를 판정하는 기준이 문제된다. 여기에서, 부가된 정지 시간 정보를 비교함으로써, 통계적인 계산 등을 행하지 않고, 간단하게 어느 쪽이 확실한지를 판정할 수 있게 된다.

전술한 예에서는, 측정 데이터에 정지 시간 정보를 부가했지만, 일정 간격으로 측정을 행하고 있는 경우에는, 정지해 있다고 판정되고 나서 다음에 정지하고 있지 않다고 판정될 때까지의 동안에 몇 회 측정을 행했는가 라고 하는 횟수를 정 보로서 부가해도 된다．

즉, 본 실시예 6에서, 데이터 선택부(13, 40)는, 데이터 취득부(5A, 35A)에 의해 출력 데이터를 취득할 때마다 기준으로 되는 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 그 차분이 소정치를 초과한 경우에, 기준으로 되는 출력 데이터, 소정치를 초과하기 직전에 취득된 출력 데이터, 또는 기준으로 되는 출력 데이터를 취득하고 나서 차분이 소정치를 초과하기 직전까지의 사이에 취득된 출력 데이터 중의 임의의 1개의 출력 데이터, 또는 그 평균치를 선택하고, 데이터 축적부(14, 41)는, 기준으로 되는 출력 데이터를 취득하고 나서 소정치를 초과하기 직전에 데이터를 취득할 때까지의 시간을, 데이터 선택부(13, 40)에 의해 선택된 출력 데이터에 부가하는 것이다.

<구체적 방법>

도 29는, 본 발명의 실시예 6에서의 3축 출력 데이터의 개념도(그 1)이다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 1차원으로 도시하고 있다.

곡선(211)은, 가속도 센서가 받는 가속도의 시간 변화를 나타내고, 흑점(212)은, 3축 가속도 센서의 출력 데이터 취득의 타이밍을 나타내고 있다. 구간(213)은 m초간, 구간(214)은 n초간만 가속도 센서의 출력치가 일정한 것을 나타내고 있다. 또한, 이 경우, m<n이다. 이들 구간에서는 출력치가 일정하다기보다 가속도 센서가 정지하고 있다고 간주할 수 있다. 따라서, 양쪽 데이터 모두 정지 시의 측정 데이터로서 이용할 수 있다.

그러나, 이들 측정 데이터 중 어느 한 쪽을 배제해야 하는 경우, 측정 시간 을 비교하여, 정지 시간이 긴 구간(214)의 측정 데이터 쪽이 확실하다고 하여 구간(214)의 측정 데이터를 채용하면 된다. 출력치가 일정한지의 여부를 판정하는 임계치는, 임의로 설정할 수 있다．

도 30은, 본 발명의 실시예 6에서의 데이터를 선택하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면으로, 오프셋 정보를 취득하기 위한 플로우차트이다.

도 30에서, Scur, Sbase, Sstat는 3축 가속도 측정 데이터를 나타내며, 이들은 X, Y, Z, t를 성분으로 하는 구조체이다. 여기서 Scur는 최신의 측정 데이터, Sbase는 정지 판정을 행하는 기준점, Sstat는 정지해 있다고 판정된 측정 데이터를 나타낸다. Scur(x), Scur(y), Scur(z), Scur(t)는 각각 측정 데이터 Scur의 X, Y, Z 성분을 나타내는 것으로 한다. 또한, Scur(t)는 어떤 기준점 Sbase를 측정한 시각부터 Scur을 측정한 시각까지 경과한 시간(계속 시간 정보)을 나타내는 것으로 한다. Scur가 측정될 때까지의 Sbuf는 3축 가속도 측정 데이터의 배열을 나타내고, Sbuf[i]는 배열 내의 i번째의 요소를 나타내는 것으로 한다.

도 30에서, 초기 설정으로서 3축 가속도 측정 데이터를 취득하여 Sbase에 축적하고, 이것과 동시에 현재의 시각을 취득하여 Tbase에 축적한다. 이 초기 설정 시에 한하여 Sstat에 Sbase의 값을 대입하고, Sstat(t)에는 0을 대입해 놓는다(S421). 다음으로, 재차 3축 가속도 측정 데이터와 현재의 시각을 취득하고, 각각 Scur과 Tcur에 축적한다(S422).

다음으로, Sbase와 Scur의 3차원 공간 내에서의 거리를 계산한다. 이를 간 단하게 하기 위해서 마이너스 연산자를 이용하여 표기한다(S423). 산출된 거리가 소정치(dth)보다 작으면 최신의 측정치 Scur를 Sstat에 대입하고, Sstat(t)에는 시각 Tbase와 시각 Tcur의 차분, 즉, Sbase를 측정하고 나서 Scur를 측정할 때까지의 시간을 축적한다(S424). 한편, 산출된 거리가 소정치 이상이면, 가속도 센서가 움직였다고 간주하고 Sstat(t)의 값을 조사한다(S425).

도 31은, 도 30에서의 S425의 처리를 실행하는 시점에서의 각 변수에 축적된 측정 데이터의 개념을 도시하는 도면이다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 1차원으로 나타내고 있다.

구간(215)은 가속도 센서가 정지해 있었던 것을 나타내고, 그 시간은 P초였다고 한다. Scur(218)을 최신의 측정 데이터라고 하면, Sbase(216)는 그 구간의 개시 시의 측정 데이터를 나타내고, Sstat는 Scur가 측정되기 하나 전의 측정 데이터를 유지하게 된다. 또한, Sstat(t)에는 정지해 있었던 시간 P초가 유지되고 있다.

Sstat(t)의 값이 소정치(tth) 이하이면 Sbase와 Sstat를 Scur로, Tbase를 Tcur로, Sstat(t)를 0으로 덮어쓴다(S426).

Sstat(t)의 값이 소정치보다 큰 경우, 데이터 버퍼 Sbuf 내의 측정 데이터와 Sstat의 교체를 시도한다(S427). 마지막으로, 데이터 버퍼의 갱신이 행해졌는지의 여부를 판정하고(S428), 데이터 버퍼 내의 개개의 측정 데이터로부터의 거리의 변동이 최소로 되는 구체 중심 좌표를 구하고, 오프셋을 추정한다(S429). 데이터의 측정이 종료되었는지의 여부를 판단하여(S430), 종료되지 않았으면 전술한 처리를 반복한다.

도 32는, 본 발명의 실시예 6에서의 데이터 버퍼 내의 측정 데이터를 교체하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면으로, 도 30에서의 S427의 처리를 상세하게 설명한 플로우차트이다.

최초로, 데이터 버퍼 Sbuf 내의 측정 데이터 Sbuf[i]와 Sstat의 3차원 공간 내에서의 거리를 계산한다(S431). 측정 데이터 Sstat와 데이터 버퍼 Sbuf 내의 모든 측정 데이터의 공간 거리가 소정치보다도 큰 경우 (S432), 데이터 버퍼 Sbuf 내의 적당한 1개의 데이터를 Sstat에서 치환한다(S433∼S435).

한편 데이터 Sbuf[i]와 Sstat의 공간 거리가 소정치 이하인 경우(S432), 이들 측정 데이터의 계속 시간 정보 Sbuf[i](t)와, Sstat(t)를 비교한다(S436). Sstat(t) 쪽이 Sbuf[i](t) 이상인 경우, Sbuf[i]를 Sstat에서 치환한다(S437). Sbuf[i](t)가 Sstat(t)보다 작으면, 데이터 버퍼 Sbuf는 갱신하지 않고, 도 30에서의 S427의 처리를 종료한다.

버퍼 내에서 삭제하는 측정 데이터의 선정 방법의 예로서, 계속 시간 정보를 이용하는 것도 생각된다. 데이터 버퍼 내의 측정 데이터 중 가장 작은 시간을 갖는 측정 데이터를 삭제해도 된다. 또는 Sstat와의 공간 거리가 가장 가까운 측정 데이터, 또는 가장 오래전 취득된 측정 데이터, 또는 추정된 구면 또는 타원면으로부터의 거리가 가장 떨어져 있는 측정 데이터를 삭제해도 된다．

(실시예 7)

구면 또는 타원면 적용 계산에서, 가속도 센서의 출력 데이터(측정 데이터) 가, 3차원 공간 내에서 정확하게 구면 상 또는 타원면 상에 있다면, 각 측정점이 구면 상의 좁은 범위에 분포되어 있더라도 중심점을 정밀도 있게 구하는 것은 가능하다.

이 측정 데이터는, 노이즈나 양자화 오차의 영향을 받기 때문에, 비록 가속도 센서가 정지해 있더라도 그 측정 데이터가 정확하게 구면 상에 있는 일은 드물다. 측정점의 분포가 좁으면 이들 오차의 영향을 크게 받아, 정밀도 좋은 추정 계산을 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.

그러나, 측정 데이터가 3차원 공간 내에서 충분히 넓은 범위에 분포되어 있으면, 이들 오차의 영향을 작게 할 수 있다. 즉, 3차원 직교 좌표 공간에서, 임의의 선형축을 설정하고, 그 축 상에서 최대 또는 최소에 가까운 점 데이터가 분포되도록 데이터 축적을 연구하면 된다. 또한, 타원면 적용 계산에서는, 타원체의 장축, 단축 각각의 양단에 가까운 위치에 하나 이상의 측정 데이터가 있으면, 매우 정밀도 높은 추정 계산을 행할 수 있다. 상호 직교한 3차원 방향의 가속도를 검출하는 3축 가속도 센서의 출력에서는, 그 출력 데이터는 그 각 측정 방향 성분 즉 측정축의 어느 하나를 장축 또는 단축으로 하는 타원체 상을 분포하므로, 가속도 센서의 측정축 상에서의 최대치, 최소치로 되는 성분을 갖는 데이터를 이용함으로써, 타원면 적용 계산의 정밀도를 높게 할 수 있다．

본 실시예 7에서는, 가속도 센서의 측정축 및 이들과 선형 관계에 있는 축을 규정하고, 그 축 상에서 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터를 우선적으로 축적함으로써, 타원면 적용 계산에서 추정 오차가 작아지는 데이터군을 얻는 것을 목적으 로 한다.

예를 들면, 추정하는 타원체의 장축과 단축이 3차원 직교 좌표계의 X, Y, Z축과 일치하는 경우, 측정 데이터가 각 축의 최대와 최소인지를 판정하여 축적하면 된다. 여기서 측정 데이터를 축적하는 버퍼의 수에 주의할 필요가 있다．

축 상에서 최대와 최소로 되는 측정 데이터를 축적하는 것뿐이라면 축의 수의 2배의 데이터 버퍼 길이로 족하지만, 축의 수의 정확히 2배만큼의 데이터 버퍼 길이밖에 갖지 않는 경우, 데이터 버퍼가 일단 최대와 최소의 측정 데이터로 충족되면 데이터 버퍼 내의 측정 데이터는 교체되는 일이 없어진다.

구체 적용 및 타원체 적용 연산을 행함으로써 오프셋과 감도를 추정하는 방법에서, 연산 결과를 신뢰할 수 있는 것인지의 여부를 판단하기 위해서는, 동일하지 않은 측정 데이터군을 이용한 각각의 연산 결과가 충분히 가까운 값인지의 여부를 판정하면 된다．

그러나, 데이터 버퍼 내의 측정 데이터가 교체되지 않으면 구체 및 타원체 적용 연산은 항상 동일한 결과를 되돌려 주게 되어, 그 연산 결과를 신뢰할 수 있는 것인지의 여부를 판단하는 것이 곤란하게 된다.

따라서, 축 상의 최대와 최소 이외의 측정 데이터를 축적할 수 있도록 데이터 버퍼에 용장성을 갖게 하고, 어느 축의 최대도 최소도 아니라고 판정된 측정 데이터를 이 용장부에 축적하도록 하면 된다. 이 용장의 데이터 버퍼는, FIFO 방식으로 측정 데이터를 축적한다. 그 결과, 데이터 버퍼 전체적으로는 정지 시의 측정 데이터를 얻을 때마다 갱신되어, 항상 동일하지 않은 측정 데이터군을 얻을 수 있다. 즉, 데이터군이 갱신될 때마다 매회 구체 또는 타원체 적용 계산을 행하고, 그 결과를 평가함으로써, 연산 결과를 신뢰할 수 있는 것인지의 여부를 판단할 수 있다．

<구체적 방법>

도 33은, 본 발명의 실시예 7에서의 데이터 변화 판정부의 구체적인 구성도로, 측정 데이터 선택의 구체적 방법을 도시한 것이다. 도 1에서의 데이터 기억부(12)와 데이터 선택부(13)의 상세를 도시한 것이다. 도면 내 부호 220은 데이터 입력부, 221은 축 비교부, 222는 최대 최소치용 데이터 버퍼, 223은 FIFO형 데이터 버퍼, 224는 출력부를 나타내고 있다.

감도 보정 계산부(11)로부터 출력된 측정 데이터는 입력부(220)에 일단 축적된다. 축 비교부(221)는, 입력부(220)에 기억되어 있는 측정 데이터와 최대 최소용 데이터 버퍼(222)에 축적되어 있는 측정 데이터를 비교하여, 입력부(220)의 데이터가 어느 하나의 축 상에서 최대 또는 최소라고 판정되었다면, 그 측정 데이터를 해당하는 최대 최소용 데이터 버퍼(222) 내의 데이터와 교체한다.

이 경우, 입력부(220)에는 최대 최소 데이터 버퍼(222) 내에 축적되어 있었던 측정 데이터가 새롭게 기억된다. 최대 최소용 데이터 버퍼 내의 모든 측정 데이터와의 비교를 마치면, 결과적으로 입력부(220)에는 어느 축 상에서도 최대 또는 최소로 되지 않는 데이터가 기억되게 된다. 입력부(220)에 기억된 최대 또는 최소가 아닌 측정 데이터는, FIFO 데이터 버퍼(223)의 초단에 저장되고, 최후단에 축적되어 있었던 측정 데이터는 파기된다.

이상의 수순이 종료하면, 출력부(224)는, 최대 최소용 데이터 버퍼(222)와 FIFO형 데이터 버퍼(223)에 축적되어 있는 측정 데이터를 기준점 추정부(15)를 향하여 출력한다.

도 34는, 본 실시예 7에서, 데이터 버퍼 내의 각 측정 데이터가 3축 가속도 센서의 각 축 X, Y, Z축의 어느 하나에 대하여 최대 또는 최소로 되는 데이터를 우선적으로 저장하는 수순을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면으로, 도 30에 도시한 S427의 처리를 상세하게 설명한 플로우차트이다.

여기서는 3축 가속도 센서의 측정축 X, Y, Z축에 대하여 최대와 최소의 측정 데이터를 하나씩 데이터 버퍼 내에 갖고, 용장의 데이터 버퍼를 하나로 한다. 그 결과, 데이터 버퍼 길이는 7로 된다.

최초로, 데이터 버퍼 Sbuf 내의 측정 데이터 Sbuf[i]와 Sstat의 3차원 공간 내에서의 거리를 계산한다(S442). 측정 데이터 Sstat와 데이터 버퍼 Sbuf 내의 모든 측정 데이터의 공간 거리가 소정치보다도 큰 경우(S443), 카운터의 값에 기초하여 조건 판정을 행한다(S444).

여기서 카운터의 값에 기초한 조건이란 i=의 경우에는 X축의 최대, i=1의 경우에는 X축의 최소, 이하 Y축 최대, Y축 최소, Z축 최대, Z축 최소로 한다. 예를 들면, i=0인 경우, Sbuf[0](x)와 Sstat(x)를 비교하여, Sstat(x) 쪽이 크면 Sbuf[0]과 Sstat의 값을 교체한다(S445). 따라서, Sbuf[0]에는 항상 X축 최대의 측정 데이터가 축적된다.

버퍼 내의 모든 데이터의 비교를 마치면(S443∼S449), Sbuf[0]에는 X축 최대 의 측정 데이터가, Sbuf[1]에는 X축 최소의 측정 데이터가, 이하 Y축 최대, Y축 최소, Z축 최대, Z축 최소의 측정 데이터가 버퍼에 축적된다.

단, 여기서 기재한 조건과 카운터의 대응은 일례이며, 그 대응 순서는 아무래도 된다. 왜냐하면, 새로운 측정 데이터를 얻을 때마다 이들 스텝은 반복되기 때문에, 어떤 축의 조건에 적용된 측정 데이터라도, 새로운 최대 또는 최소의 데이터가 들어옴으로써 다른 축의 조건에서 판정되기 때문에, 어느 하나의 측정 데이터는 버퍼로부터 삭제될 때까지의 사이에 모든 조건에서 판정되기 때문이다.

본 실시예 7에서는 설명을 간단하게 하기 위해서 버퍼 길이를 6으로 했지만, 각 축의 최대 방향, 최소 방향으로 복수 개의 측정 데이터를 저장해도 된다. 복수 개의 측정 데이터를 저장한 경우, 축 부근에서의 측정 데이터를 평균화하는 것과 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 용장의 데이터 버퍼에 대해서도, 반드시 하나일 필요는 없으며, 2개 이상을 갖도록 하여도 된다．

또한, 3축 가속도 센서의 측정축 X, Y, Z축의 선형 결합으로 나타나는 축을 새롭게 정의하고, 그 다음에 최대, 최소로 되는 측정 데이터를 축적해도 된다. 이 경우, 버퍼 내의 측정 데이터를 구면 또는 타원면 상에 넓게 분포시키록 축적할 수 있는 것을 기대할 수 있다.

(실시예 8)

구체 또는 타원체 적용 계산을 행함으로써 3축 가속도 센서의 오프셋과 감도를 추정하는 방법에서, 3축 가속도 센서의 각 측정축의 감도에 변동이 있는 경우, 가속도 센서가 정지해 있을 때의 측정 데이터는 3차원 공간 내에서 타원체를 형성 하기 때문에, 타원체 적용 계산 쪽이 구체 적용 계산보다도 정확한 오프셋과 감도를 추정할 수 있는 것이 기대된다.

그러나, 타원체 적용 계산은, 구체 적용 계산보다도 자유도가 크기 때문에, 데이터 버퍼 내의 측정 데이터가 충분히 분포되어 있고, 또한 충분한 개수가 없으면 정밀도 높은 추정 계산을 행할 수 없다. 특히 가속도 센서의 출력에 대하여 타원체의 적용 계산을 행하는 경우, 가속도 센서가 정지했을 때밖에 데이터를 취득할 수 없다고 하는 제약 때문에, 타원체를 형성하는 데에 충분한 수의 측정 데이터를 얻기까지는 긴 시간이 걸린다. 이 때문에, 가속도 센서가 휴대 기기에 탑재되어 있는 경우에, 조기에 오프셋과 감도의 추정치를 얻기 위해서는 휴대 기기를 움직이게 하고서는 멈추고, 또 다른 방향으로 움직이게 하고서는 멈춘다고 하는 의도적 동작을 유저에게 강요하지 않는 한 조기에 정밀도 높은 오프셋 추정을 행하는 것은 곤란하다.

따라서, 데이터 버퍼 내의 측정 데이터 수가 적은 경우나 분포가 타원체 적용 계산을 행하기에는 불충분한 경우에는 구체 적용 계산을 행하고, 측정 데이터군의 개수·분포 모두에 타원체 적용 계산을 행하기에 충분하다고 판단한 경우에 타원체 적용 계산으로 절환한다. 그 결과, 유저는 조기에 오프셋과 감도의 개략의 값을 얻는 것이 가능해져, 타원체 적용 계산을 행하기에 충분한 측정 데이터를 얻어졌을 때에는, 더욱 정확한 오프셋과 감도의 값이 얻어지는 것을 기대할 수 있다.

즉, 본 실시예 8에서, 기준점 추정부(15, 42)는, 데이터 축적부(14, 41)에 축적되어 있는 출력 데이터의 개수 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포 및 그 양방으로부터, 기준점 추정부(15, 42)에서 구면 또는 타원면을 추정할지를 미리 판정하고, 어느 한 쪽을 선택하여 추정하는 것이다. 또한, 구면 및 타원면의 양방을 계산하고, 그 결과에 기초하여 어느 한 쪽을 선택하도록 해도 된다．

<구체적 방법>

도 35는, 실시예 8에서의 구체 적용과 타원체 적용의 절환의 구체적 방법을 설명하기 위한 플로우차트를 도시하는 도면으로, 도 30에 도시한 S429의 처리를 상세하게 설명한 플로우차트이다.

최초로, 데이터 버퍼 내에 축적되어 있는 측정 데이터 수와 그 분포를 조사한다(S450). 그 결과, 타원체 적용 연산을 행하기에 충분한 측정 데이터가 있고, 또한 측정 데이터의 분포가 충분히 넓다고 판단했다면 타원체 적용 연산을 행하고(S451), 그렇지 않으면 구체 적용 연산을 행한다(S452). 어느 한 쪽의 계산 방법에 의해 추정된 오프셋과 감도는 확실함을 판정받는다(S453).

확실함을 판정하는 방법으로서는, 예를 들면, 실시예 7에서 설명한 바와 같이, 서로 다른 측정 데이터군으로부터 복수 회 추정 계산을 행하고, 각각의 연산 결과가 충분히 가까운 값임을 판정해도 된다. 또는 가속도 센서의 제조 변동을 고려하여, 해의 범위를 한정해도 된다．

확실하다고 판정한 경우에는, 오프셋과 감도의 값을 갱신한다(S454).

본 실시예 8에서는, 쓸데 없는 계산을 생략하기 위해서 최초로 구체 적용인지 타원체 적용인지를 판단하고 나서 추정 계산을 실행하고 있지만, 만약 연산 능력에 여유가 있다면 구체와 타원체의 양방의 적용 연산을 행하여 확실한 연산 결과 쪽을 선택해도 된다.

연산 결과의 확실함을 구하는 방법은, 추정된 구면 또는 타원면과 실제의 데이터 분포의 거리를 재계산하고, 그 거리의 총합 또는 최대 최소치의 차를 이용하는 등, 다양한 방법이 생각된다.

또한, 전술한 실시예 6 내지 8에서의 온도 특성에의 대응에 대해서는, 전술한 실시예 1 내지 5에서의 온도 특성에의 대응과 마찬가지로 적용 가능하다.

본 발명은, 가속도 계측 장치의 자세를 특정 방향을 향하도록 의식하지 않고 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있도록 한 가속도 계측 장치에 관한 것으로, 가속도 계측 장치의 사용 시에서, 가속도 계측 장치의 자세를 특정 방향을 향하도록 의식하지 않고 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 데이터를 반복 취득함으로써, 2축 또는 3축 가속도 센서의 출력 보정에 필요한 오프셋 혹은 감도와 오프셋의 양방을 취득할 수 있다．

Claims (26)

1. 2축 또는 3축 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서와,

   상기 가속도 센서의 2축 또는 3축의 출력 데이터를 취득하는 출력 데이터 취득 수단과,

   상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 출력 데이터를 축적하는 출력 데이터 축적 수단과,

   상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 상기 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 기준점 추정 수단과,

   상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 기준점의 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 오프셋 보정 수단

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 출력 데이터가 적당한지의 여부를 판단하여 선택하는 출력 데이터 선택 수단을 구비하고, 상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터를 축적하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득할 때마다 직전에 취득된 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 상기 차분이 소정 횟수 이상 연속하여 소정치 이내인 경우에, 상기 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득할 때마다 기준으로 되는 출력 데이터와의 차분을 계산하고, 상기 차분이 소정치를 초과한 경우에, 상기 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 차분이 연속하여 소정치 이내였던 횟수 또는 시간 정보를, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터에 부가하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 부가된 횟수 또는 시간 정보에 기초하여, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터 중 어느 하나를 폐기하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
7. 제2항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 취득된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 기초하여 원 또는 구면을 추정하고, 상기 원 또는 구면으로부터 소정 거리 이내에 있는 출력 데이터를 적당하다고 판단하여 선택하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단은, 상기 원 또는 구면의 반경을 소정치로 하여 상기 원 또는 구면을 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
9. 제2항에 있어서,

   상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터가, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터와 비교하여 소정치 이상 변화되었는지의 여부를 판정하는 데이터 변화 판정 수단을 구비하고,

   상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 데이터 변화 판정 수단의 판정 결과에 기초하여, 상기 출력 데이터 선택 수단에 의해 선택된 출력 데이터나, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 이미 축적된 출력 데이터 중 어느 한 쪽을 폐기하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
10. 제2항에 있어서,

    상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 가속도 센서의 측정축과 선형 관계로 되는 선형축을 미리 정하고, 상기 출력 데이터 선택 수단이 선택한 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되어 있는 출력 데이터 중에서, 상기 가속도 센서의 측정축 또는 선형축의 성분이, 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터를 선택적으로 축적하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되는 출력 데이터는, 상기 측정축 또는 상기 선형축의 성분이 최대 또는 최소로 되는 출력 데이터와, 그 밖의 하나 이상의 출력 데이터를 축적하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 상기 직교 좌표 공간 상에 원 또는 구면을 정하고, 상 기 원 또는 구면의 중심 좌표를 상기 기준점으로 하여 추정하는 것이고, 상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 원 또는 구면의 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 기준점의 좌표치를, 상기 소정 수의 출력 데이터의 각각부터 상기 기준점까지의 거리의 변동이 최소로 되도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정 수의 출력 데이터의 각각부터 상기 기준점까지의 거리의 변동을, 소정의 대표치에 대한 변동으로 하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 출력 데이터의, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포로부터, 상기 직교 좌표 공간 상에 정하는 타원 또는 타원면을 정하여, 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하는 것이 고,

    상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점 추정 수단에 의해 추정된 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 감도 및 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를, 상기 소정 수의 출력 데이터의 각각이 상기 타원 또는 타원면에 가장 근접하도록 통계적 방법에 의해 추정하는 것을 특징으로하는 가속도 계측 장치.
17. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 축적되어 있는 3축의 출력 데이터의 개수 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포 및 그 양방으로부터, 상기 기준점 추정 수단에서 구면 또는 타원면을 추정할지를 미리 판정하여, 어느 한 쪽을 선택하여 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
18. 제1항에 있어서,

    상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,

    상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비 하고,

    상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치에 기초하여 상기 소정의 온도 구분별로 축적하고,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정의 온도 구분마다, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 상기 온도 구분의 소정 수의 출력 데이터로부터 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고,

    상기 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치와 해당하는 상기 소정의 온도 구분과의 관계에 기초하여 보정한 후에, 상기 소정의 온도 구분별로 축적하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
20. 제1항에 있어서,

    상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,

    상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비하고,

    상기 출력 데이터 축적 수단은, 상기 출력 데이터 선택 수단 또는 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 선택된 출력 데이터를 축적할 때에 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치를 함께 축적하고,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 소정의 온도 구분마다, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 출력 데이터로부터 대응하는 상기 온도치가 상기 온도 구분에 있는 것을 소정 수 선택하여 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고,

    상기 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
21. 제18항, 제19항 또는 제20항에 있어서,

    상기 오프셋 보정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치, 및 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단에 의해 상기 소정의 온도 구분별로 기억된 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋 혹은 감도 및 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
22. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 3축의 출력 데이터의 상기 3차원 직교 좌표 공간에서의 분포에 대하여 각 좌표축에 대한 변동을 계산하고, 상기 각 좌표축에 대한 변동의 최소치가 소정치 이하일 때는, 상기 출력 데이터 축적 수단에 의해 축적된 소정 수의 3축의 출력 데이터로부터 상기 변동이 최소치로 되는 좌표축의 출력 데이터를 제외한 나머지 2축의 출력 데이터에 대하여, 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 직교 좌표 평면에서의 분포로부터, 상기 2차원 직교 좌표 평면 상에 정하는 기준점의 좌표치 혹은 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 추정하고,

    상기 오프셋 보정 수단은, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 2축의 출력 데이터의 오프셋 혹은 감도와 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
23. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 가속도 센서가 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 출력 데이터를 취득하고, 상기 출력 데이터의 각 축 성분을 좌표치로 했을 때의 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서의 위치, 및 상기 소정의 한 자세를 유지하고 있는 상태에서 상기 가속도 센서가 검지하고 있다고 예상되는 중력 가속도의 각 축 성분의 값으로부터, 상기 직교 좌표 공간 상에 정하는 기준점의 좌표치를 추정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
24. 제23항에 있어서,

    상기 가속도 센서의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,

    상기 기준점의 좌표치를 소정의 온도 구분마다 기억하는 온도별 보정 데이터 기억 수단을 구비하고,

    상기 온도별 보정 데이터 기억 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치에 기초하여 상기 기준점의 좌표치를 상기 소정의 온도 구분별로 기억하고,

    상기 오프셋 보정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도치, 및 상기 온도별 보정 데이터 기억 수단에 의해 상기 소정의 온도 구분별로 기억된 상기 기준점의 좌표치에 기초하여, 상기 가속도 센서의 출력 데이터의 오프셋을 보정하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
25. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 점 추정 수단에 의해 추정된 바로 근접한 소정 수의 기준점의 좌표치 혹은 타원 또는 타원면의 중심 좌표치의 변동을 산출하고, 상기 변동이 소정치보다도 큰 경우에는, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면 중심 좌표치를 파기하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.
26. 제1항에 있어서,

    상기 기준점 추정 수단은, 상기 2차원 또는 3차원 직교 좌표 공간에서 추정된 상기 기준점부터 상기 소정 수의 출력 데이터 각각까지의 거리 혹은 추정된 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이가 소정 범위 외인 경우, 상기 기준점의 좌표치 혹은 상기 타원 또는 타원면의 각 주축의 길이 및 중심 좌표치를 파기하는 것을 특징으로 하는 가속도 계측 장치.

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