KR20070099420A - 경사각 연산 방법 및 경사각 연산 장치 - Google Patents

경사각 연산 방법 및 경사각 연산 장치 Download PDF

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KR20070099420A
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Abstract

(과제) 공간 내의 대상물의 자세를 측정할 때에, 보다 양호한 정밀도로 경사각을 검지할 수 있는 경사각 연산 장치, 또는, 경사각 연산 방법을 제공하고, 공간 내의 대상물의 자세를 보다 정확하게 측정하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
(해결 수단) 본 발명의 경사각 연산 장치는, 가속도를 제 1 축, 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 제 1 축과 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 3 축 가속도 센서를 갖는 센서부, 및 가속도의 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분의 절대값과, 가속도의 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분의 절대값과, 가속도의 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분의 절대값을 비교하여, 가속도 성분의 절대값 중 최대 절대값을 갖는 축에 주어진 가속도 성분과 그 이외의 일방의 축에 주어진 가속도 성분으로부터 제 1 경사각을 산출하고, 최대 가속도 성분의 절대값을 갖는 축에 주어진 가속도 성분과 그 이외의 타방의 축에 주어진 가속도 성분으로부터 제 2 경사각을 산출하는 연산부를 갖는다.
센서, 가속도, 경사각

Description

경사각 연산 방법 및 경사각 연산 장치{METHOD FOR COMPUTING INCLINATION ANGLE AND APPARATUS FOR COMPUTING INCLINATION ANGLE}
도 1 은 본 발명의 실시예 1 에 있어서의 반도체 장치를 나타내는 개략도.
도 2 는 본 발명의 실시예 2 에 있어서의 반도체 장치를 나타내는 개략도.
도 3 은 종래의 과제를 설명하는 도면.
도 4 는 종래의 과제를 설명하는 도면.
도 5 는 종래의 과제를 설명하는 도면.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100, 200 : 경사각 연산 장치 110, 210 : 센서부
111, 211 : 3 축 가속도 센서 112, 212 : 제 1 출력부
113, 213 : 제 2 출력부 114, 214 : 제 3 출력부
120, 220 : 연산부 121, 221 : 제 1 입력부
122, 222 : 제 2 입력부 123, 223 : 제 3 입력부
124, 225 : 경사각 연산부 224 : 비교부
300 : 피탑재물
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2000－180462호
본 발명은, 공간 내의 대상물의 자세를 측정할 때에, 보다 양호한 정밀도로 경사각을 검지할 수 있는 경사각 연산 장치, 또는, 경사각 연산 방법을 제공하고, 공간 내의 대상물의 자세를 보다 정확하게 측정하는 기술을 제공하는 것이다.
3 차원 공간 내인 대상물의 경사를 검지하는 수단으로서, 예를 들어 3 축 가속도 센서 등의 MEMS (Micro－Electrical－Mechanical－System) 기술을 이용한 마이크로 머시닝 센서를 이용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어 3 축 가속도 센서는, 공간 내에서 3 축 가속도 센서에 가속도를 주면, 당해 가속도를 X 축 방향의 가속도, Y 축 방향의 가속도, 및 Z 축 방향의 가속도로 각각 분해하여 검지하는 능력을 가지고 있다. 이것을 이용하여, 3 차원 가속도 센서에 의해 중력 가속도가 X 축 방향, Y 축 방향, 및 Z 축 방향의 어느 방향으로 어느 정도 분해되어 검지되었는가를 기초로, 당해 3 축 가속도 센서가 중력 방향에 대해서 어느 정도 경사져 있는지를 연산하며, 당해 3 축 가속도 센서를 탑재한 피탑재물이 공간 내에서 어느 정도 경사져 있는지를 구할 수 있다.
이하, 도 3 ∼ 도 5 를 이용하여, 종래의 3 축 가속도 센서를 이용한 경사각의 측정에 대해 설명한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, xyz 공간 내에 3 축 가속도 센서가 탑재된 피탑재물 (300) 이 수평으로 배치되어 있다. xyz 공간은, 중력 가속도의 방향과 방향이 일치하는 축을 z 축으로 하고, z 축에 수직인 면을 xy 평면으로 한다. x 축 및 y 축은, xy 평면 상에 각각 직교하도록 정의된다. 이 때, 도 3 에 나타내는 X 축, Y 축, Z 축은, 피탑재물 (300) 에 탑재되는 3 축 가속도 센서를 기준으로 정의되어 있다. 즉, 상기 기술한 바와 같이 3 축 가속도 센서는, 가속도를 X 축 방향, Y 축 방향, 및 Z 축 방향으로 분해하여 검지하는 것이고, 도 3 에 나타내는 X 축, Y 축, Z 축은, 가속도가 분해되는 X 축, Y 축, Z 축에 대응하고 있다. 또한 설명의 편의상, 여기에서는 X 축, Y 축, Z 축은, xyz 공간의 x 축, y 축, z 축과 일치하도록 배치된다. 여기에서, 수평으로 배치된다는 것은, 피탑재물 (300) 에 탑재된 3 축 가속도 센서에 있어서 X 축 방향, Y 축 방향, 및 Z 축 방향의 가속도 중, Z 축 방향만이 중력 가속도를 검지하고 있는 상태를 말한다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 도 3 의 상태로부터 Y 축을 회전축으로 하여 피탑재물 (300) 을 회전시켰을 경우에 대해 설명한다. 이 때, Y 축을 중심으로 하여 회전시킨 피탑재물 (300) 의 XZ 평면의 X 축을 xyz 공간의 xz 평면에 투영시킨 축과 xyz 공간의 x 축이 이루는 각을 롤 각이라고 한다. 여기에서는, 예를 들어 롤 각이 30 도인 경우에 대해 설명한다.
도 3 으로부터 도 4 로의 회전은, Y 축을 중심으로 한 회전이기 때문에, 회전 후의 도 4 에 있어서도 Y 축에는 중력 가속도는 검지되지 않는다. 즉 여기에서는, 피탑재물 (300) 의 XZ 평면과 xyz 공간의 xz 평면이 서로 중첩하고 있기 때문에, X 축의 회전각이 롤 각이 된다. 또, XZ 평면이 xz 평면에 대해서 회전하고 있기 때문에, 도 3 에서 Z 축에만 검지되고 있던 중력 가속도가, 도 4 에서는 X 축과 Z 축 각각으로 분해되어 검출된다. 이 때, 롤 각은, X 축으로부터 검출된 가속도와, Z 축으로부터 검출된 가속도를 이용하여, 예를 들어 삼각 함수를 이용하여 연산함으로써 얻을 수 있다. 또한, 여기에서는, Y 축을 중심으로 30 도 회전시키고 있기 때문에, 롤 각이 30 도라는 결과를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 도 3 의 상태로부터 X 축을 회전축으로서 피탑재 (300) 를 회전시켰을 경우에 대해 설명한다. 이 때, X 축을 중심으로 하여 회전시킨 피탑재 (300) 의 YZ 평면의 Y 축을 xyz 공간의 xz 평면에 투영시킨 축과 xyz 공간의 y 축이 이루는 각도를 피치각으로 한다. 여기에서는, 예를 들어 피치각이 30 도인 경우에 대해 설명한다.
도 3 으로부터 도 5 로의 회전은, X 축을 중심으로 한 회전이기 때문에, 회전 후의 도 5 에 있어서도 X 축에는 중력 가속도는 검지되지 않는다. 즉 여기에서는, 피탑재물 (300) 의 YZ 평면과 xyz 공간의 yz 평면이 서로 중첩하고 있기 때문에, Y 축의 회전각이 피치각이 된다. 또, YZ 평면이 yz 평면에 대해서 회전하고 있기 때문에, 도 3 에서 Z 축에만 검지되고 있던 중력 가속도가, 도 5 에서는 Y 축과 Z 축의 각각으로 분해되어 검출된다. 이 때, 피치각은, Y 축으로부터 검출된 가속도와 Z 축으로부터 검출된 가속도를 이용하여, 예를 들어 삼각 함수를 이용하여 연산함으로써 얻을 수 있다. 여기에서는, X 축을 중심으로 30 도 회전시키고 있기 때문에, 피치각이 30 도라는 결과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 공간 내에서, 가속도 센서를 탑재하는 피탑재물 (300) 이 어떠한 자세가 되어 있는가를, 롤 각, 피치각의 두 개의 경사각을 구함으로써 검지할 수 있다. 이 때, 롤 각은 X 축에 검출된 중력 가속도와 Z 축에 검출된 중력 가속도를 이용하여 구할 수 있고, 피치각은 Y 축에 검출된 중력 가속도와 Z 축에 검출된 중력 가속도를 이용하여 구할 수 있다.
실제로는, 피탑재물 (300) 에는 롤 각과 피치각이 복합하여 주어지는 경우가 많다. 이 경우에도, 중력 가속도의 X 축 방향 성분과 Z 축 방향 성분을 이용하여 롤 각이, 중력 가속도의 Y 축 방향 성분과 Z 축 방향 성분을 이용하여 피치각이 각각 계산된다.
그러나, 이와 같이 하여 각각의 경사각을 구하는 경우, 예를 들어 피치각이 0 도 부근인 경우에 롤 각을 측정하는 경우에는 오차는 커지지 않지만, 예를 들어 피치각이 90 도에 가까워질수록 오차가 커지는 문제가 있었다. 마찬가지로, 예를 들어 롤 각이 90 도에 가까운 경우에 피치각을 구하는 경우에 있어서도 마찬가지로 오차가 커지는 문제가 있었다.
이러한 문제에 대해, 예를 들어 특허 문헌 1 에서는, 피치각, 롤 각에 따른 보정 계수를 설정하여 각도가 커짐에 따라 보정 계수를 작게 함으로써 과제를 해결하고 있다 (특허 문헌 1, 단락［0017］∼［0020］).
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 경사각을 몇 개의 영역으로 분할하고, 각각에 적당한 보정 계수를 설정하는 방법으로는, 분할된 영역 내에서의 오차에 대해서는 여전히 개선되지 않고, 또, 분할되는 영역의 수를 늘리는 만큼, 보정 계수를 많이 설정하게 되어 기억 용량의 증가, 연산 속도의 저하를 초래하는 등의 문제가 발생한다.
발명의 개시
과제를 해결하기 위한 수단
본원 발명은, 이들 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본원 발명의 경사각 연산 장치 및 경사각 연산 방법은, 하기와 같은 특징을 나타내고 있다.
본원 발명의 경사각 연산 장치는, 가속도를 제 1 축, 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 제 1 축과 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 3 축 가속도 센서를 갖는 센서부, 및 가속도의 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분의 절대값과, 가속도의 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분의 절대값과, 가속도의 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분의 절대값을 비교하여, 가속도 성분의 절대값 중 최대 절대값을 갖는 축에 주어진 가속도 성분과 그 이외의 일방의 축에 주어진 가속도 성분으로부터 제 1 경사각을 산출하고, 최대 가속도 성분의 절대값을 갖는 축에 주어진 가속도 성분과 그 이외의 타방의 축에 주어진 가속도 성분으로부터 제 2 경사각을 산출하는 연산부를 가지고 있다.
또, 본원 발명의 경사각 연산 방법은, xyz 공간 내의 피탑재물의 경사를 연산하는 경사각 연산 방법으로서, 경사각 연산 방법은, 피탑재물의 중력 가속도를 제 1 축, 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 제 1 축과 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 피탑재물에 탑재된 3 축 가속도 센서로부터 중력 가속도의 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분, 중력 가속도의 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분, 및 중력 가속도의 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분을 출력하는 제 1 단계, 제 1 축 성분의 절대값과, 제 2 축 성분의 절대값을 이용하여 제 1 경사각을 연산하고, 제 2 축 성분의 절대값과 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 제 2 경사각을 연산하는 제 2 의 단계, 및 제 1 축 성분의 절대값보다 제 2 축 성분의 절대값이 작은 경우에, 제 1 경사각을 제 1 축 성분의 절대값과 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 재차 연산하고, 제 2 축 성분의 절대값보다 제 3 축 성분의 절대값이 작은 경우에, 제 2 경사각을 제 1 축 성분의 절대값과 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 재차 연산하는 제 3 단계를 갖는다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
실시예 1
도 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 의 본원의 경사각 연산 장치 (100) 는 센서부 (110) 와, 연산부 (120) 와, 출력부 (130) 를 가지고 있다. 경사각 연산 장치 (100) 는, 경사각을 구하는 피탑재물에 탑재된다 (도시 생략). 여기에서, 피탑재물은 휴대 전화, 카메라, 헤드 마운트 디스플레이 등의 전자기기나 차, 선박, 비행기 등의 탈 것과 같이, 실제로 어느 정도 경사져 있는지를 아는 목적이 되는 것을 가리킨다.
센서부 (110) 는, 가속도를 검지하는 3 축 가속도 센서 (111) 와, 3 축 가속 도 센서 (111) 가 검지한 X 축 방향의 가속도를 출력하는 제 1 출력부 (112) 와, 3 축 가속도 센서 (111) 가 검지한 Y 축 방향의 가속도를 출력하는 제 2 출력부 (113) 와, 3 축 가속도 센서 (111) 가 검지한 Z 축 방향의 가속도를 출력하는 제 3 출력부 (114) 를 가지고 있다. 본 실시예의 3 축 가속도 센서 (110) 는, 대좌부, 추부 (錘部), 대좌부와 추부를 접속하고 피에조 저항 소자를 갖는 검지부로 이루어지는 3 축 가속도 센서로서, 가속도에 따라 추부가 변위하여 검지부가 휘고, 그로써 피에조 저항 소자의 저항값이 변화하는 것이다. 이 피에조 저항 소자의 저항값의 변화에 수반하여 전압이 변화함으로써 가속도를 검지하고 있다. 또, 이 가속도 센서는, X 축과, X 축에 직교하는 Y 축, 및 X 축과 Y 축으로 이루어지는 XY 평면에 직교하는 Z 축의 각각 3 개의 축 방향으로 가속도를 분해하여 검지할 수 있다. 여기에서, 본 실시예 1 의 3 축 가속도 센서 (111) 는, 피에조 저항 소자를 갖는 가속도 센서로서 설명하지만, 이것으로 한정되지 않고, 주어진 가속도를 3 축 방향으로 각각 분해하여 출력 가능한 3 축 가속도 센서이면 된다. 예를 들면, 이간된 전극간의 용량에 의해 가속도를 검지하는, 이른바 용량형 3 축 가속도 센서나, 압전형 3 축 가속도 센서와 같이 가속도의 검지 수단이 상이한 것이어도 된다. 또, 센서부는, 제 1 출력부 (112), 제 2 출력부 (113), 및 제 3 출력부 (114) 로부터의 신호를 각각 증폭시키는 앰프부를 가져도 된다.
연산부 (120) 는, 제 1 입력부 (121) 와, 제 2 입력부 (122) 와, 제 3 입력부 (123) 와, 경사각 연산부 (124) 를 가지고 있다. 제 1 입력부 (121) 는 제 1 출력부 (112) 에 전기적으로 접속되고, 제 2 입력부 (122) 는 제 2 출력부 (113) 에 전기적으로 접속되며, 제 3 입력부 (123) 는 제 3 출력부 (114) 에 전기적으로 접속된다. 경사각 연산부 (124) 는, 제 1 입력부 (121), 제 2 입력부 (122), 및 제 3 입력부 (123) 의 각각과 전기적으로 접속된다. 제 1 입력부 (121), 제 2 입력부 (122), 및 제 3 입력부 (123) 로부터의 신호를 증폭시켜 경사각 연산부 (124) 에 주기 위한 앰프부를 가져도 된다.
여기에서 경사각의 연산에 대해 설명한다. 설명의 간략화를 위해, xyz 공간의 x 축 정 방향, y 축 정 방향 또한 z 축 정 방향에 경사각 연산 장치 (100) 를 탑재하는 피탑재물의 자세가 변화하는 경우에 대해 설명한다. xyz 공간 전체에 대한 적용은 X 축, Y 축, Z 축에 주어지는 중력 가속도 성분의 부호의 정부로부터 용이하게 확장할 수 있으므로, 여기에서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
먼저, X 축 방향의 중력 가속도 성분 AX 의 절대값｜AX｜와 Z 축 방향의 중력 가속도 성분 AZ 의 절대값｜AZ｜를 이용하여 롤 각 R 을 ATAN (아크탄젠트) 함수를 이용하여, R=ATAN (｜AX｜/｜AZ｜) 에 의해 계산한다. 이 때｜AX｜＞｜AZ｜ 인 경우에는, R=90－ATAN (｜AZ｜/｜AX｜) 에 의해 롤 각 R 의 계산을 실시한다.
다음으로, Y 축 방향의 중력 가속도 성분 AY 의 절대값과｜AZ｜를 이용하여 피치각 P 를 ATAN 함수를 이용하여, P=ATAN (｜AY｜/｜AZ｜) 에 의해 계산한다. 이 때 ｜AY｜＞｜AZ｜ 인 경우에는, P=90－ATAN (｜AZ｜/｜AY｜) 에 의해 피치각을 계산한다.
또한, 롤 각 R 이 45 도 이상이 되는 경우에는, 피치각 P 를 재계산한다. 피치각 P 의 재계산은, P=ATAN (｜AY｜/｜AX｜) 에 의해 계산된다. 즉, 피치각 P 를, X 축 방향의 중력 가속도 성분과, Y 축 방향의 중력 가속도 성분으로부터 재계산된다.
또, 피치각 P 가 45 도 이상이 되는 경우에는, 롤 각 R 을 재계산한다. 롤 각 R 의 재계산은, R=ATAN (｜AY｜/｜AX｜) 에 의해 계산된다. 즉, 롤 각 R 을, X 축 방향의 중력 가속도 성분과, Y 축 방향의 중력 가속도 성분으로부터 재계산한다.
여기에서, 본 실시예에서는 경사각의 연산에 ATAN 를 이용하여 계산했지만, 본원 발명은 이것에 한정되지 않고, ASIN (아크싸인), ACOS (아크코사인) 을 이용하여 경사각의 연산을 실시해도 된다.
본원 발명의 경사각 연산 장치 (100) 에 있어서는, 피탑재물이 어느 방향으로 경사져 있는가의 경사에 대해 검지되는 것이기 때문에, 상기 기술한 두 개의 재계산이 동시에 사용되는 경우는 없다. 본원 발명의 재계산의 조건은, 바꾸어 말하면, 각 축의 중력 가속도 성분의 절대값 중 최대값을 갖는 축 이외의 2 축에 의해서 경사각을 연산하는 경우에 오차가 커지므로, 롤 각, 피치각을 연산하는 경우에, 어느 쪽의 경사각을 연산하는 경우에 있어서도 중력 가속도 성분의 절대값 중 최대값을 갖는 축을 이용하여 연산시키기 위한 것이다. 예를 들어, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값이 최대값을 갖는 경우에는, 어느 쪽의 경사각을 연산하는 경우라도 X 축 방향의 중력 가속도를 이용하여 실시하는 것이다. 또한, 예를 들어 2 축이 동일한 값 또한 최대값을 갖는 경우, 또는 3 축 모두 동일한 값이 되는 경우에 있어서는, 어느 하나를 적절하게 선택하면 되는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본원 발명의 경사각 연산 장치 (100) 에 있어서는, 가속도 센서의 경사각과 피탑재물의 경사각이 일치하도록 탑재되는 것이 바람직하고, 가속도 센서의 경사각과 피탑재물의 경사각이 일치하지 않는 경우에는, 그 차분을 연산된 가속도 센서의 경사각에 더하여 출력하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 연산된 피탑재물의 경사각은 출력부 (130) 로부터 출력된다. 여기에서, 출력부 (130) 는 다수 있어도 되고, 연산된 경사각의 수에 따라 형성되어 있어도 된다.
이와 같이, 실시예 1 의 본원 발명의 경사각 연산 장치, 및 경사각 연산 방법에 의하면, 경사각을 몇 개의 영역으로 분할하고, 각각에 적당한 보정 계수를 설정하지 않고 경사각의 연산이 가능하기 때문에, 보정 계수를 이용함으로써 기억 용량의 증가, 연산 속도의 저하를 초래하지 않고, 전체 범위에서의 경사각을 고정밀도로 구할 수 있다. 또, 롤 각은 X 축 방향의 중력 가속도 성분과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분을, 피치각은 Y 축 방향의 중력 가속도와, Z 축 방향의 중력 가속도 성분을 이용하여 각각 계산하는 등과 같이, 경사각을 연산하는 축을 고정시키지 않고, 출력의 정밀도로부터 롤 각, 피치각의 연산에 필요한 축 방향을 결정하기 때문에, 보다 정밀도 높은 경사각을 연산할 수 있다.
실시예 2
도 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 의 본원의 경사각 연산 장치 (200) 는 센서부 (210) 와, 연산부 (220) 와, 출력부 (230) 를 가지고 있다. 경사각 연산 장치 (200) 는, 경사각을 구하는 피탑재물에 탑재된다 (도시 생략). 여기에서, 피탑재물은 실시예 1 과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
센서부 (220) 는, 가속도를 검지하는 3 축 가속도 센서 (211) 와, 3 축 가속도 센서 (211) 가 검지한 X 축 방향의 가속도를 출력하는 제 1 출력부 (212) 와, 3 축 가속도 센서 (211) 가 검지한 Y 축 방향의 가속도를 출력하는 제 2 출력부 (213) 와, 3 축 가속도 센서 (211) 가 검지한 Z 축 방향의 가속도를 출력하는 제 3 출력부 (214) 를 가지고 있다. 센서부 (220) 는, 본원 실시예 1 의 센서부 (110) 와 동일한 구성이기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
연산부 (220) 는, 제 1 입력부 (221) 와, 제 2 입력부 (222) 와, 제 3 입력부 (223) 와, 비교부 (224) 와, 경사각 연산부 (225) 를 가지고 있다. 제 1 입력부 (221), 제 2 입력부 (222), 제 3 입력부 (223) 에 대해서는, 본원 실시예 1 의 제 1 입력부 (121), 제 2 입력부 (122), 제 3 입력부 (123) 와 동일한 구성이므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
비교부 (224) 는, 제 1 입력부 (221), 제 2 입력부 (222), 및 제 3 입력부 (223) 로부터의 신호를 받아, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 비교하여, 각각의 절대값 중의 최대값을 갖는 축을 하나 선택한다. 경사각 연산부 (225) 는, 비교부 (224) 에서 선택된 축의 중력 가속도 성분의 절대값과, 그 외의 일방의 축의 중력 가속도의 절대값에 의해 제 1 경사각을 연산하고, 비교부 (224) 에서 선택된 축의 중력 가속도 성분의 절대값과, 그 외의 타방의 축의 중력 가속도 의 절대값에 의해 제 2 경사각을 연산한다. 예를 들어 X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값이 최대인 경우에는, 비교부 (224) 에서 X 축이 선택되고, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값, 및 X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하여 각각의 경사각을 연산한다.
여기에서, X 축 방향의 중력 가속도의 절대값이 최대인 경우, 롤 각 R 은, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, R=ATAN (｜AZ｜/｜AX｜) 에 의해 계산된다. 피치각 P 는, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, P=ATAN (｜AY｜/｜AX｜) 에 의해 계산된다.
Y 축 방향의 중력 가속도의 절대값이 최대인 경우, 롤 각 R 은, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, R=ATAN (｜AX｜/｜AY｜) 에 의해 계산된다. 피치각 P 는, Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, P=ATAN (｜AZ｜/｜AY｜) 에 의해 계산된다.
Z 축 방향의 중력 가속도의 절대값이 최대인 경우, 롤 각 R 은, X 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, R=ATAN (｜AX｜/｜AZ｜) 에 의해 계산된다. 피치각 P 는, Y 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값과 Z 축 방향의 중력 가속도 성분의 절대값을 이용하고 ATAN 함수를 이용하여, P=ATAN (｜AY｜/｜AZ｜) 에 의해 계산된다.
또한, 실시예 1 의 본원 발명과 마찬가지로, 예를 들어 2 축이 동일한 값 또한 최대값을 갖는 경우, 또는 3 축 모두 동일한 값이 되는 경우에 있어서는, 어느 하나를 적절하게 선택하면 되는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본원 발명의 경사각 연산 장치에 있어서는, 가속도 센서의 경사각과 피탑재물의 경사각이 일치하도록 탑재되는 것이 바람직하고, 가속도 센서의 경사각과 피탑재물의 경사각이 일치하지 않는 경우에는, 그 차분을 연산된 가속도 센서의 경사각에 더하여 출력하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 연산된 피탑재의 경사각은 출력부 (230) 로부터 출력된다. 여기에서, 출력부 (230) 는 다수 있어도 되고, 연산된 경사각의 수에 따라 형성되어 있어도 된다.
이와 같이, 실시예 2 의 본원 발명의 경사각 연산 장치, 및 경사각 연산 방법에 의하면, 실시예 1 과 동일한 효과를 가짐과 함께, 실시예 1 보다 경사각의 연산 횟수를 저감시킬 수 있어, 이로써 보다 고속으로 연산 처리할 수 있다.
본원 발명의 경사각 연산 장치 및 경사각 연산 방법에 의하면, 종래의 연산 장치보다 기억 용량의 증가 및 연산 속도의 저하를 억제시키고, 또한 양호한 정밀도로 가속도 센서가 탑재되는 피탑재물의 경사각을 구할 수 있다.

Claims (9)

  1. 가속도를 제 1 축, 상기 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 상기 제 1 축과 상기 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 3 축 가속도 센서를 갖는 센서부; 및
    상기 가속도의 상기 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분의 절대값과, 상기 가속도의 상기 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분의 절대값과, 상기 가속도의 상기 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분의 절대값을 비교하여, 상기 가속도 성분의 절대값 중 최대 절대값을 갖는 축에 주어진 상기 가속도 성분과 그 이외의 일방의 축에 주어진 상기 가속도 성분으로부터 제 1 경사각을 산출하고, 상기 최대의 상기 가속도 성분의 절대값을 갖는 축에 주어진 상기 가속도 성분과 그 이외의 타방의 축에 주어진 상기 가속도 성분으로부터 제 2 경사각을 산출하는 연산부를 갖는, 경사각 연산 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도는 중력 가속도인, 경사각 연산 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 경사각 연산 장치가 탑재되는 피탑재물의 상기 제 1 경사각 및 상기 제 2 경사각을 산출하는, 경사각 연산 장치.
  4. 피탑재물에 탑재되는 경사각 연산 장치로서, 상기 경사각 연산 장치는,
    xyz 공간 내에서 상기 피탑재물이 받는 중력 가속도를 제 1 축, 상기 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 상기 제 1 축과 상기 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교 하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 3 축 가속도 센서를 갖는 센서부; 및
    상기 가속도의 상기 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분의 절대값과, 상기 가속도의 상기 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분의 절대값과, 상기 가속도의 상기 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분의 절대값을 비교하여, 상기 가속도 성분의 절대값 중 최대 절대값을 갖는 축에 주어진 상기 가속도 성분과 그 이외의 일방의 축에 주어진 상기 가속도 성분으로부터 상기 피탑재물의 제 1 경사각을 산출하고, 상기 최대의 상기 가속도 성분의 절대값을 갖는 축에 주어진 상기 가속도 성분과 그 이외의 타방의 축에 주어진 상기 가속도 성분으로부터 상기 피탑재물의 제 2 경사각을 산출하는 연산부를 갖는, 경사각 연산 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 경사각은 상기 피탑재물의 롤 각이며, 상기 제 2 경사각은 상기 피탑재물의 피치각인, 경사각 연산 장치.
  6. xyz 공간 내의 피탑재물의 경사를 연산하는 경사각 연산 방법으로서, 상기 경사각 연산 방법은,
    상기 피탑재물의 중력 가속도를 제 1 축, 상기 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 상기 제 1 축과 상기 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 상기 피탑재물에 탑재된 3 축 가속도 센서로부터 상기 중력 가속도의 상기 제 1 축 방향으로 분해된 제 1 축 성분, 상기 중력 가속도의 상기 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분, 및 상기 중력 가속도의 상기 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분을 출력하는 제 1 단계;
    상기 제 1 축 성분의 절대값과, 상기 제 2 축 성분의 절대값을 이용하여 제 1 경사각을 연산하고, 상기 제 2 축 성분의 절대값과 상기 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 제 2 경사각을 연산하는 제 2 단계; 및
    상기 제 1 축 성분의 절대값보다 상기 제 2 축 성분의 절대값이 작은 경우에, 상기 제 1 경사각을 상기 제 1 축 성분의 절대값과 상기 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 재차 연산하고, 상기 제 2 축 성분의 절대값보다 상기 제 3 축 성분의 절대값이 작은 경우에, 상기 제 2 경사각을 상기 제 1 축 성분의 절대값과 상기 제 3 축 성분의 절대값을 이용하여 재차 연산하는 제 3 단계를 갖는, 경사각 연산 방법.
  7. 중력 가속도를 제 1 축, 상기 제 1 축에 직교하는 제 2 축, 및 상기 제 1 축과 상기 제 2 축으로 이루어지는 제 1 면에 직교하는 제 3 축의 각각의 성분으로 분해하여 검지하는 3 축 가속도 센서로부터 상기 중력 가속도의 상기 제 1 축 방향 으로 분해된 제 1 축 성분, 상기 중력 가속도의 상기 제 2 축 방향으로 분해된 제 2 축 성분, 및 상기 중력 가속도의 상기 제 3 축 방향으로 분해된 제 3 축 성분을 출력하는 제 1 단계;
    상기 제 1 축 성분의 절대값과, 상기 제 2 축 성분의 절대값과, 상기 제 3 축 성분의 절대값을 각각 비교하여, 최대 절대값을 갖는 축을 선택하는 제 2 단계; 및
    상기 최대 절대값을 갖는 축과 그 이외의 일방의 축에 주어진 상기 중력 가속도 성분을 이용하여 제 1 경사각을 연산하고, 상기 최대 절대값을 갖는 축과 그 이외의 타방의 축에 주어진 상기 중력 가속도 성분을 이용하여 제 2 경사각을 연산하는 제 3 단계를 갖는, 경사각 연산 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는, 상기 가속도 센서가 탑재되는 피탑재물의 상기 제 1 경사각 및 상기 제 2 경사각을 산출하는, 경사각 연산 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 경사각은, 상기 피탑재물의 롤 각이며, 상기 제 2 경사각은, 상기 피탑재물의 피치각인, 경사각 연산 방법.
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