WO2006016671A1

WO2006016671A1 - 加速度計測装置

Info

Publication number: WO2006016671A1
Application number: PCT/JP2005/014817
Authority: WO
Inventors: Rikita Yamada; Koichi Hikida; Hiroyuki Sasaki; Masaya Yamashita
Original assignee: Asahi Kasei Emd Corporation
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2006-02-16
Also published as: EP1788396B1; JPWO2006016671A1; KR20070044006A; US20080033679A1; JP5137229B2; CN101031803B; US7653507B2; EP1788396A1; KR101215677B1; CN101031803A; EP1788396A4

Abstract

　本発明は、３軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができる加速度計測装置に関する。３軸方向の加速度を検出する加速度センサ１と、３軸出力データを取得するデータ取得部５Ａと、繰り返し取得された３軸出力データが適当であるか否かを判断して選択するデータ選択部１３と、選択された３軸出力データを蓄積するデータ蓄積部１４と、蓄積された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定部１５と、基準点の座標値に基づいて、加速度センサ１の３軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部１７とを備えている。

Description

明細書

加速度計測装置

技術分野

[0001] 本発明は、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正を行う加速度計測装置に関し、より詳細には、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく 2軸又は 3軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができるようにした加速度計測装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、携帯機器に組込み可能な軽量小型の 3軸加速度センサとして MEMS (Mic ro Electro Mechanical Systems)技術を用いた半導体デバイスのピエゾ抵抗型 3軸加速度センサが開発されている（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] 図 36は、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサの概略構成を示す斜視図で、図中符号 201はシリコン基板、 201aは支持部、 201bは錘部、 201cは変位部を示している。シリコン基板 201には、変位部 201cと、この変位部 201cを支持するための支持部 201aと、変位部 201cを変形させるための錘部 201bがエッチングによって形成されている。

[0004] また、ピエゾ抵抗 R1〜R12は、変位部 201c上に形成されている。シリコン基板 20 1に加速度が加わると、加速度の方向及び大きさに応じて錘部 201bが変位部 201c を変形させる。すると、ピエゾ抵抗 R1〜R12に応力が加わり、抵抗値が変化する。

[0005] 図 37A乃至図 37Cは、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図である。加速度を検出する軸方向別に、ピエゾ抵抗 Rl〜 R12から構成されるホイーストンブリッジ回路をそれぞれ構成する。出力電圧 Vx, Vy , Vzがそれぞれ加速度の χ, y, z軸方向成分に比例した値となる。

[0006] 図 37A乃至図 37Cに示した回路図における実際の Vx, Vy, Vzは、次式のように表される。 [0007] ν_χ = β_χΑ_χ W_ox (1)

v_y = βΑ + · '(²)

V_z = βΛ +V_0Z (3) ここで、 Ax, Ay, Αζは、カロ速度の χ, y, z軸方向成分、 β , β , β は、 Ax, Ay,

x y z

Azに対する感度、 V , V , V は、 Vx, Vy, Vzに存在するオフセットを示している。

ox oy oz

[0008] 一般に感度及びオフセットにはばらつきがあり、特にオフセットのばらつきは無視できない場合が多い。さらにピエゾ抵抗型の加速度センサの場合、感度及びオフセットは著、温度特性を有する。加えてオフセットの温度特性はばらつきが大き、こと力 S 多い。

[0009] このような問題を解決するために、従来の加速度計測装置においては、次のような解決手段を採っている (例えば、特許文献 2参照)。

つまり、工場出荷時において、例えば、 0°C ' 25°C ' 60°Cといった異なる複数の温度雰囲気の中で感度 ·オフセットを計測し、加速度計測装置に EEPROM等の記憶手段を搭載してこれらの測定データを記憶する。

[0010] また、加速度計測装置使用時において、加速度計測装置に出力補正回路を搭載し、現在の温度データと先に記憶された測定データを基に、加速度センサ出力電圧に含まれる感度及びオフセットのばらつきと温度特性を演算して補正する。

[0011] し力しながら、従来のこの種の加速度計測装置は、以下のような欠点を有して、る。

1)異なる複数の温度雰囲気での測定、及び感度の測定は工程数'測定時間'設備コストを非常にアップさせる。

[0012] 2)出力補正回路における感度とオフセットの温度特性の演算は回路構成を複雑にさせコストアップになる。

3)感度とオフセットの温度特性の計算精度を高めるためには測定温度を増やし、かつ出力補正回路における温度特性演算部分をさらに複雑にする必要があり、現実は困難である。

[0013] また、従来の加速度計測装置においては、さらに次のような解決手段を採っている

(例えば、特許文献 3参照)。

加速度計測装置使用の都度、例えば、図 38A乃至図 38Fに示すように、 3軸加速度センサ 202の加速度検出軸方向が重力加速度 gの方向と平行になるよう、加速度計測装置 203の姿勢を 6通りに合わせてそれぞれ 3軸加速度センサ 202の出力電圧を測定し、次の出力電圧データを得る。

[0014] V ：図 38Aの姿勢における V測定値

xl X

V ：図 38Bの姿勢における V測定値

x2

V 図 38Cの姿勢における V測定値

yi y

V 図 38Dの姿勢における V測定値

y2 y

V 図 38Eの姿勢における V測定値

zl z

V 図 38Fの姿勢における V測定値

z2 z

3軸加速度センサの出力補正に必要な感度とオフセットのデータは、次式により算出される。

[0015]

y 2

( 5； = 十 ( 8 )

し力しながら、従来のこの種の加速度計測装置は、以下のような欠点を有している。

1)使用の都度、加速度計測装置の姿勢を複数の特定の方向にそれぞれ合わせる必要があることは使用者にとって非常に煩わしく不便である。

[0016] 2)さらに、使用者が手で加速度計測装置を支持しながら方向を正確に合わせることは困難であり、上式によって算出される感度及びオフセットは誤差が大きくなりやすい。

[0017] 本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく 2軸又は 3軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができるようにした加速度計測装置を提供することにある。

[0018] 特許文献 1 :特開 2003— 101033号公報特許文献 2：特開平 6— 331647号公報

特許文献 3：特開 2004— 93552号公報

非特許文献1 :\^.1"1 33, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B. P. Flannery,年 um erical Recipies in C, Second Edition · Cambridge University Press, USA, 1992, pp.3 94-455

非特許文献 2 : W.H. Press, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B. P. Flannery,年 ume rical Recipies in C, Second Edition · Cambridge University Press, USA, 1992, pp.32 -104

発明の開示

[0019] 本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、 2軸又は 3軸方向の加速度を検出する加速度センサと、該加速度センサの 2軸又は 3軸の出力データを取得する出力データ取得手段と、該出力データ取得手段によって取得された出力データを蓄積する出力データ蓄積手段と、該出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定手段と、該基準点推定手段により推定された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正するオフセット補正手段とを備えることを特徴とする。（図 1、実施形態 1に対応）

また、前記出力データ取得手段によって取得された出力データが適当である力否かを判断して選択する出力データ選択手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを蓄積することを特徴とする。

[0020] また、前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に直前に取得された出力データとの差分を計算し、該差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。

[0021] また、前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、該差分が所定値を超えた場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。 [0022] また、前記出力データ選択手段は、前記差分が連続して所定値以内であった回数又は時間情報を、前記出力データ選択手段によって選択された出力データに付カロすることを特徴とする。（図 29乃至図 32、実施形態 6に対応）

また、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって付加された回数又は時間情報に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データと、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのうちのいずれかを廃棄することを特徴とする。

[0023] また、前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって取得された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布に基づいて円又は球面を推定し、該円又は球面力所定距離以内にある出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。

[0024] また、前記出力データ選択手段は、前記円又は球面の半径を所定値として該円又は球面を推定することを特徴とする。

[0025] また、前記出力データ選択手段によって選択された出力データが、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データと比較して所定値以上変化した力否かを判定するデータ変化判定手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記データ変化判定手段の判定結果に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データか、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのどちらか一方を廃棄することを特徴とする。

[0026] また、前記出力データ蓄積手段は、前記加速度センサの測定軸と線形関係となる線形軸をあらかじめ定め、前記出力データ選択手段が選択した出力データと、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの中で、前記加速度センサの測定軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる出力データを選択的に蓄積することを特徴とする。（図 33,図 34、実施形態 7に対応）

また、前記出力データ蓄積手段に蓄積される出力データは、前記測定軸又は前記線形軸の成分が最大又は最小となる出力データと、その他の一つ以上の出力データを蓄積することを特徴とする。

[0027] また、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に円または球面を定め、該円または球面の中心座標を前記基準点として推定するもので、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記円又は球面の中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正することを特徴とする。

[0028] また、前記基準点推定手段は、前記基準点の座標値を、前記所定数の出力データの各々力前記基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によつて推定することを特徴とする。（図 20、実施形態 4に対応）

また、前記基準点推定手段は、前記所定数の出力データの各々力前記基準点までの距離のばらつきを、所定の代表値に対するばらつきとすることを特徴とする。

[0029] また、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める楕円または楕円面を定め、該楕円または楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定するもので、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記楕円または楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データの感度及びオフセットを補正することを特徴とする。（図 11、実施形態 2に対応）

また、前記基準点推定手段は、前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を、前記所定数の出力データの各々が前記楕円又は楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定することを特徴とする。（図 23、実施形態 5に対応）

また、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている 3軸の出力データの個数又は 3次元直交座標空間における分布およびその両方から、前記基準点推定手段において球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定することを特徴とする。（図 35、実施形態 8に対応）

また、前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記所定の温度区分別に蓄積し、前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された当該温度区分の所定数の出力データから前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする。

[0030] また、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値と該当する前記所定の温度区分との関係に基づ、て補正した後に、前記所定の温度区分別に蓄積することを特徴とする。

[0031] また、前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを蓄積する時に前記温度検出手段によって検出された温度値を一緒に蓄積し、前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によつて蓄積された出力データ力対応する前記温度値が当該温度区分にあるものを所定数選択して前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする。

[0032] また、前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づ!/、て、前記加速度センサの出力データのオフセット若しくは感度及びオフセットを補正することを特徴とする。

[0033] また、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の 3軸の出力データの前記 3次元直交座標空間における分布について各座標軸に対するばらつきを計算し、前記各座標軸に対するばらつきの最小値が所定値以下であるときは、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の 3軸の出力デ一タカ前記ばらつきが最小値となる座標軸の出力データを除いた残りの 2軸の出力データについて、各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面における分布から、前記 2次元直交座標平面上に定める基準点の座標値若しくは楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記オフセット補正手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの 2軸の出力データのオフセット若しくは感度とオフセットを補正することを特徴とする。

[0034] また、前記基準点推定手段は、前記加速度センサが所定の一姿勢を保持して!/、る状態において前記出力データ取得手段によって出力データを取得し、前記出力デ一タの各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における位置、及び前記所定の一姿勢を保持して!/、る状態にお!、て前記加速度センサが検知していると予想される重力加速度の各軸成分の値から、前記直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することを特徴とする。（図 17、実施形態 3に対応）

また、前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、前記基準点の座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、該温度別補正データ記憶手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記基準点の座標値を前記所定の温度区分別に記憶し、前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正することを特徴とする。

[0035] また、前記基準点推定手段は、該基準点推定手段によって推定された直近の所定数の基準点の座標値若しくは楕円又は楕円面の中心座標値のばらつきを算出し、前記ばらつきが所定値よりも大きい場合は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の中心座標値を破棄することを特徴とする。

[0036] また、前記基準点推定手段は、前記 2次元又は 3次元直交座標空間において推定された前記基準点力前記所定数の出力データの各々までの距離若しくは推定された楕円又は楕円面の各主軸の長さが所定範囲外であった場合、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を破棄することを特徴とする。

[0037] 本発明によれば、加速度計測装置の使用時において、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく 2軸又は 3軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができる。

[0038] また、加速度計測装置の使用時において、既知の一姿勢に置かれている状態、例えば充電器にセットしている状態で 2軸又は 3軸加速度センサの出力データを取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセットを取得することができる。

[0039] さらに、工場出荷時において異なる複数の温度雰囲気の中で感度 ·オフセットを計測し記憶する必要が無くなる。出力補正回路にぉ、て感度及びオフセットの温度特性を演算する必要が無くなる。使用の都度、加速度計測装置の姿勢を複数の特定の方向にそれぞれ合わせる必要も無くなる。

[0040] なお、本発明は、 3軸地磁気検出手段を持つ方位角センサと組み合わせて 5軸又は 6軸センサとすることができ、この場合も同様の効果を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0041] [図 1]図 1は、本発明の加速度計測装置の実施形態 1を説明するための構成図である。

[0042] [図 2]図 2は、本発明の実施形態 1における基準点の概念図である。

[0043] [図 3]図 3は、本発明の実施形態 1における基準点推定の概念図である。

[0044] [図 4]図 4は、本発明の実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 (その 1)の概念図である。

[0045] [図 5]図 5は、本発明の実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 (その

1)を示す構成図である。

[0046] [図 6]図 6は、本発明の実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 (その 2)の概念図である。

[0047] [図 7]図 7は、本発明の実施形態 1におけるデータ変化判定部の具体的な構成図である。

[0048] [図 8]図 8は、本発明の実施形態 1における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 1)である。

[0049] [図 9]図 9は、本発明の実施形態 1における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 2)である。

[0050] [図 10]図 10は、本発明の実施形態 1における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 3)である。

[0051] [図 11]図 11は、本発明の加速度計測装置の実施形態 2を説明するための構成図である。

[0052] [図 12]図 12は、本発明の実施形態 2における楕円面主軸長さ'中心座標の概念図である。

[0053] [図 13]図 13は、本発明の実施形態 2における楕円面主軸長さ'中心座標推定の概念図である。

[0054] [図 14]図 14は、本発明の実施形態 2における楕円面主軸長さ'中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 1)である。

[0055] [図 15]図 15は、本発明の実施形態 2における楕円面主軸長さ'中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 2)である。

[0056] [図 16]図 16は、本発明の実施形態 2における楕円面主軸長さ'中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 3)である。

[0057] [図 17]図 17は、本発明の加速度計測装置の実施形態 3を説明するための構成図である。

[0058] [図 18A]図 18Aは、本発明の実施形態 3を説明するための概念図（その 1)である。

[0059] [図 18B]図 18Bは、本発明の実施形態 3を説明するための概念図（その 2)である。

[0060] [図 19]図 19は、本発明の実施形態 3における基準点推定の概念図である。

[0061] [図 20]図 20は、本発明の加速度計測装置の実施形態 4を説明するための構成図である。 [0062] [図 21]図 21は、本発明の実施形態 4における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 1)である。

[0063] [図 22]図 22は、本発明の実施形態 4における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 2)である。

[0064] [図 23]図 23は、本発明の加速度計測装置の実施形態 5を説明するための構成図である。

[0065] [図 24]図 24は、本発明の実施形態 5における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 1)である。

[0066] [図 25]図 25は、本発明の実施形態 5における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その 2)である。

[0067] [図 26]図 26は、温度特性への対応についての第 1の解決手段を説明するための構成図である。

[0068] [図 27]図 27は、温度特性への対応についての第 2の解決手段を説明するための構成図である。

[0069] [図 28]図 28は、温度特性への対応についての第 3の解決手段を説明するための構成図である。

[0070] [図 29]図 29は、本発明の実施形態 6における 3軸出力データの概念図（その 1)である。

[0071] [図 30]図 30は、本発明の実施形態 6におけるデータを選択する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

[0072] [図 31]図 31は、本発明の実施形態 6における 3軸出力データの概念図（その 2)である。

[0073] [図 32]図 32は、本発明の実施形態 6におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

[0074] [図 33]図 33は、本発明の実施形態 7におけるデータ変化判定部の具体的な構成図である。

[0075] [図 34]図 34は、本発明の実施形態 7におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図である。 [0076] [図 35]図 35は、本発明の実施形態 8における球体当てはめと楕円体当てはめの切り替えの具体的方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

[0077] [図 36]図 36は、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサの概略構成を示す斜視図である。

[0078] [図 37A]図 37Aは、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その 1)である。

[0079] [図 37B]図 37Bは、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その 2)である。

[0080] [図 37C]図 37Cは、従来のピエゾ抵抗型 3軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その 3)である。

[0081] [図 38A]図 38Aは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 1)である。

[0082] [図 38B]図 38Bは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 2)である。

[0083] [図 38C]図 38Cは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 3)である。

[0084] [図 38D]図 38Dは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 4)である。

[0085] [図 38E]図 38Eは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 5)である。

[0086] [図 38F]図 38Fは、従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度'ォフセットデータを得る一方法を説明するための図（その 6)である。

発明を実施するための最良の形態

[0087] 以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。

なお、図 1に示す実施形態 1は、本発明に係る加速度計測装置の基本的な構成を示したのもので、 3軸加速度センサから取得したデータ力も適正なデータを選択し、 3 次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することによってオフセットの補正を行うものである。 [0088] これに対して、図 11に示す実施形態 2は、基準点の推定として、 3次元直交座標空間上に楕円面を定めて主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうことによって感度とオフセットの補正を行うものである。

[0089] また、図 17に示す実施形態 3は、基準点の推定を、 3軸加速度センサが検知していると予想される重力加速度の各軸成分の値から、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定するものである。

[0090] また、図 20に示す実施形態 4は、基準点の推定を、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

[0091] また、図 23に示す実施形態 5は、基準点の推定を、 3次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の 3軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定するものである。

[0092] また、図 29乃至図 32に示す実施形態 6は、 3軸加速度センサにおいて、加速度センサが重力加速度のみを受ける場合、すなわち、静止している場合の加速度センサの出力データ (測定データ）の分布が、 3次元直交座標系において球面又は楕円面を形成するため、静止判定を行なって、この球面又は楕円面の中心値を求めることでオフセットを推定するようにしたものである。

[0093] また、図 33及び図 34に示す実施形態 7は、加速度センサの測定軸及びそれらと線形関係にある軸を規定し、その軸上で最大又は最小となる出力データを優先的に蓄積することで、楕円面当てはめ計算において推定誤差が小さくなるようなデータ群を得るものである。

[0094] さらに、図 35に示す実施形態 8は、出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの個数又は 3次元直交座標空間における分布から、球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定するものである。

(実施形態 1)

[0095] 図 1は、本発明の加速度計測装置の実施形態 1を説明するための構成図で、 3軸加速度センサから取得したデータから適正なデータを選択し、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することによってオフセットの補正を行うものである。

[0096] 図中符号 1は 3軸加速度センサ、 2は 3軸加速度センサの X軸方向成分検出回路、 3は 3軸加速度センサの y軸方向成分検出回路、 4は 3軸加速度センサの z軸方向成分検出回路、 5Aはデータ取得部（出力データ取得手段）、 5はマルチプレクサ部、 6 は加速度センサ駆動電源部、 7は増幅部、 8は AZD変換部、 9は温度検出部、 10 は感度補正情報記憶部、 11は感度補正計算部、 12はデータ記憶部、 13はデータ選択部（出力データ選択手段）、 14はデータ蓄積部（出力データ蓄積手段）、 15は基準点推定部 (基準点推定手段)、 16はオフセット情報記憶部、 17はオフセット補正計算部 (オフセット補正手段)、 18はデータ変化判定部 (データ変化判定手段)を示している。

[0097] 本実施形態 1の加速度計測装置は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサ 1 と、この加速度センサ 1の 3軸出力データを取得するデータ取得部 5Aと、このデータ取得部 5Aによって繰り返し取得された 3軸出力データが適当である力否かを判断して選択するデータ選択部 13と、このデータ選択部 13によって選択された 3軸出力データを蓄積するデータ蓄積部 14と、このデータ蓄積部 14によって蓄積された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布から、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定部 1 5と、この基準点推定部 15により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサ 1の 3軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部 17とを備えている。また、データ取得部 5Aは、マルチプレクサ部 5と加速度センサ駆動電源部 6と増幅部 7と AZD変換部 8から構成されて、る。

[0098] 3軸加速度センサ 1は、 X軸方向検出回路 2と y軸方向検出回路 3と z軸方向検出回路 4を備えている。 X軸方向検出回路 2と y軸方向検出回路 3と z軸方向検出回路 4は、それぞれ加速度の X軸方向と y軸方向及び z軸方向成分を検出する。マルチプレクサ部 5は、加速度センサ駆動電源部 6と増幅部 7を時分割で、 X軸方向検出回路 2と y 軸方向検出回路 3と z軸方向検出回路 4に接続されている。

[0099] 加速度センサ駆動電源部 6は、マルチプレクサ部 5を通して、時分割で X軸方向検出回路 2と y軸方向検出回路 3と z軸方向検出回路 4に電源を供給する。増幅部 7は、マルチプレクサ部 5を通して、時分割で X軸方向検出回路 2と y軸方向検出回路 3と z 軸方向検出回路 4の出力電圧を増幅する。

[0100] AZD変換部 8は、増幅部 7によって増幅された X軸方向検出回路 2と y軸方向検出回路 3と z軸方向検出回路 4の出力電圧を AZD変換し、 3軸出力データとして出力する。温度検出部 9は、 3軸加速度センサ 1の温度を検出する。感度補正情報記憶部 10は、所定の感度補正情報を記憶する。感度補正計算部 11は、温度検出部 9より取得した温度データ及び感度補正情報記憶部 10に記憶されている感度補正情報に基づいて、 AZD変換部 8から出力された 3軸出力データの感度補正を行う。

[0101] データ記憶部 12は、感度補正計算部 11から逐次出力される 3軸出力データを所定数保持する FIFO型データバッファである。データ選択部 13は、データ記憶部 12 に保持されている 3軸出力データから、基準点推定部 15において実施する基準点座標の推定に適したデータを選択する。

[0102] データ蓄積部 14は、データ選択部 13において選択された 3軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部 15は、データ蓄積部 14に蓄積された所定数の 3軸出力データに基づいて基準点の座標を推定して基準点座標データを出力する。

[0103] オフセット情報記憶部 16は、基準点推定部 15から出力された基準点座標データを記憶する。オフセット補正計算部 17は、オフセット情報記憶部 16において記憶されている基準点座標データに基づいて、感度補正計算部 11から出力された 3軸出力データのオフセット補正を行う。

[0104] 次に、基準点推定部 15における基準点の座標を推定する方法について説明する感度補正計算部 11から出力される、感度補正された 3軸出力データ Sx, Sy, Szは、次式のように表される。

[0105] s_x = aA_x + C_x (10 )

S_y = aA_y +C_y ' ' · (11)

S_ = aA_z +C_∑ (12) ここで、 aは、補正された感度、 Cx, Cy, Czは、 Sx, Sy, Szに存在するオフセットである。加速度計測装置が静止している力、等速運動を行っている場合、 3軸加速度センサ 1が受けている加速度は重力加速度 gのみである。したがって、重力加速度 gの X , y, z軸方向成分を Gx, Gy, Gzとすれば、以下のようになる。

S_x = aG_x + C (16)

S_y = aG _y + C (17)

S， = aG, + C (18)

従って、

[0108]

s.. -c..Y + is,.- C + {S -C )² =a²g² (20) 上式（20)によれば、図 2に示すように、 3次元直交座標空間（X, y, z)において 3軸出力データの各軸成分を座標値とする点 P(Sx, Sy, Sz)は、 3軸出力データの各軸成分のオフセット値を座標値とする基準点 Cl(Cx, Cy, Cz)力必ず一定の距離 ag を置、て位置することになる。

[0109] 今度は、 N個の異なる 3軸加速度センサ 1の姿勢においてそれぞれ感度補正計算部 11から出力される 3軸出力データを取得し、各軸成分のデータをそれぞれ lx , s 2x , · ··, s Nx

, s , ·

ly 2y ··, s Ny

lz , s 2z , · ··, s Nz

と表記する。次に、 3次元直交座標空間（x, y, z)において、取得した 3軸出力データを

P (S , S , S ), P (S , S , S ), ···, P (S , S , S )

1 lx ly lz 2 2x 2y 2z N Nx Ny Nz

なる N個の点として表すものとする。

[0110] すると図 3に示すように、 P , P , ···, P のいずれからも距離が一定となる点 CI' (C

1 2 N

χ', Cy', Cz')を推定すれば、点 C1'は基準点 C1に相当することが期待され、点じ 1，の座標値じ，， Cy，， Cz，を以つて各軸成分のオフセット値 Cx, Cy, Czを推定することがでさる。

<C1' (Cx', Cy', Cz')を推定する具体的方法 (その 1)>

基準点推定部 15は、基準点の座標値を、所定数の 3軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定する。

[0111] P , P , ···, Pから Cl， (Cx', Cy', Cz')を推定するには種々の方法があり、最低

1 2 N

N= 4で推定可能である。

[0112] しカゝしながら、ピエゾ抵抗型 3軸加速度センサの感度は数百/ z VZGZV程度しかないため、出力電圧は非常に微弱であり、取得された 3軸出力データには相当のノィズが重畳する。

[0113] 3次元直交座標空間（X, y, z)において、 i番目の 3軸出力データの点 P (S , S ,

S )力 Cl，（Cx，， Cy', Cz，）までの距離は次の通りとなる。

[0114]

d; = -C;)²+(S_y-C;)²+ (S_i∑― C_z' · · - (21) 上式（21)と上式（20)を比較することにより、理想的には P , P , ···, Pの全てにつ

1 2 N いて d =agの一定値となる答である。

[0115] しかしながら、取得された 3軸出力データには相当のノイズが重畳しているので d = agとはならない。

[0116] そこで Nを増やし、 dのばらつきが最小になるよう統計的手法を用いて CI' (Cx'Cy

' , Cz ' )を推定すれば、相当のノイズが重畳して、ても精度の良、推定が可能となる

[0117] dのばらつきを示す値として、次式に示すような Zを定義する。

：で、 r²は d ²の平均値であり次式で表される _c

[0119]

= ∑ k_x -a_xf ₊ (s,_y -a_yy ₊ (s_z-a_z f J (23)

N' の Zが最小になるように Cx', Cy', Cz'を決めてやればよい [0120] 上式（23)に対して最適化手法 (例えば、非特許文献 1参照）を用いて直接 Cx'Cy ', Cz'を計算してもよいが、解が収束するまで反復計算することになるので、以下の方法を用いれば計算時間等の点で有利である。

[0121] 上式（23)を Cx', Cy', Cz'で偏微分し、いずれの偏微分値も零となった場合、すなわち

[0122] 3

=0 24)

=0 (25)

=0 26) が成立した時に Sが最小になると見做す。

[0123] 上式（24)乃至（26)を展開すると、 Cx', Cy', Cz'に関して次式に示すような連立 1次方程式が導出される。したがって、コレスキー分解等の良く知られた連立 1次方程式の解法 (例えば、非特許文献 2参照）を用いて Cx', Cy', Cz'を計算することができる。

s„²)

• · · (27) ただし、

s =—Ts (28) (29)

く CI' (Cx', Cy', Cz')を推定する具体的方法 (その 2) >

基準点推定部 15は、基準点の座標値を、所定数の 3軸出力データの各々から基準点までの距離が所定の代表値に最も近づくよう統計的手法によって推定する。

[0126] 前述のように、 3次元直交座標空間（X, y, z)において P , P , ···, P力ら Cl， (Cx Cy', Cz')までの距離は理想的には一定値 agとなる。

[0127] そこで、上式（22)において rを所定の値 agに置き換え、 agに対する diのばらつきを示す値として次式により Zを定義し、この値が最小になるように Cx', Cy', Cz'を決

2

めてもよい。

[0128] z₂„― _{a f} . . . (31)

= v{(S_K-C;)² ₊(S, -C;)² ₊(S,₇-C;)²-aV}²

または次式により Zを定義し、この値が最小になるように Cx', Cy', Cz'を決めても

3

よい。

[0129]

Z₃-∑id, -agf ... (32)

=∑i/(^s -C- )² +(S, - C;)² + ( -C_z'f -ag) ' 上式 (31)及び (32)に対しては最適化手法 (例えば、非特許文献 1参照）を用いて

Cx', Cy', Cz'を計算することができる。

[0130] この方法は、例えば、補正された感度 aが明確に定まる場合において、ノイズによる誤った基準点座標の推定をより確実に防ぐことができるメリットを有する。

[0131] 次に、データ選択部 13における 3軸出力データの選択を行う方法について説明する。

[0132] 3軸出力データ取得中に加速度計測装置が動いている場合、 3軸加速度センサ 1 は重力加速度 gの他に運動加速度も受ける。すなわち、

ここで、 Kx, Ky, Kzは、運動加速度の χ, y, z軸方向成分を示している。

[0134] この場合、上式（20)は成立しない。したがって、基準点推定部 15における基準点座標の推定はできない。

[0135] したがって、加速度計測装置が動いている状態でも 3軸出力データが取得される可能性がある場合は、取得された 3軸出力データの中から、加速度計測装置が静止しているか等速運動状態にある時に取得されたと推定される 3軸出力データを選択する必要がある。 <具体的方法 (その 1) >

データ選択部 13は、データ取得部 5Aによって 3軸出力データを取得する毎に直前に取得された 3軸出力データとの差分を計算し、その差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、 3軸出力データを適当と判断して選択する。

[0136] 加速度計測装置が普通に携帯されるような場合力若しくはそのような機器に組み込まれる場合、加速度計測装置が動、て、る時の運動加速度が一定になることは起こりにくい。

[0137] したがって、 3軸加速度センサ 1が受ける加速度がほぼ一定になるような期間があれば、その期間中は、加速度計測装置は静止していて 3軸加速度センサ 1は重力加速度のみを受けて、ると見做すことができる。

[0138] 図 4は、実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 (その 1)の概念図で、ここでは説明を簡単にするために 1次元で表している。

[0139] 曲線 20は、 3軸加速度センサ 1が受ける加速度の時間変化を示し、黒点 21は、 3軸出力データ取得のタイミングを示している。区間 22では加速度ほぼ一定であるので加速度計測装置は静止していると見做すことができるので、この区間において取得された出力データを選択すればよ!、。

[0140] 図 5は、実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 (その 1)を示すプロック図で、データ記憶部 12とデータ選択部 13の詳細を表したものである。図中符号 2 3は 2段 FIFO型データバッファ、 24は比較部、 25はカウンタ、 26は出力部を示している。

[0141] 2段 FIFO型データバッファ 23は、データ記憶部 12に相当し、感度補正計算部 11 力も逐次出力される 3軸出力データを記憶する。比較部 24は、 2段 FIFO型データバッファ 23の各段に記憶されている 3軸出力データ同士の差分を計算し、所定値以上ならばカウンタ 25をクリア、所定値未満ならカウンタ 25の値を 1つ増やす。

[0142] カウンタ 25の値が所定値、例えば、 3以上になったら出力部 26が起動し、 2段 FIF O型データバッファ 23の初段に格納されている 3軸出力データを選択された 3軸出力データとして出力する。

<具体的方法 (その 2) > データ選択部 13は、データ取得部 5Aによって繰り返し取得された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布に基づいて球面を推定し、この球面力所定距離以内にある 3軸出力データを適当と判断して選択する。

[0143] 加速度計測装置が運動加速度を受けている間に取得された 3軸出力データは、図 2のように、 3次元直交座標空間（X, y, z)において 3軸出力データの各軸成分を座標値とする点 P (Sx, Sy, Sz)として表した場合、運動加速度が大きくなるほど基準点 Cl (Cx, Cy, Cz)からの距離が ag力も外れる可能性が高くなる。

[0144] 基準点推定部 15における基準点座標の推定では、基準点 CI (Cx, Cy, Cz)から点 P (Sx, Sy, Sz)までの距離が agから大きく外れるような 3軸出力データが含まれると推定誤差が大きくなる。

[0145] 図 6は、実施形態 1における 3軸出力データ選択の具体的方法 2の概念図で、上述の傾向に基づく 3軸出力データの具体的選択方法を説明するためのものである。ここでは説明を簡単にするために 2次元で表して、る。

[0146] データ記憶部 12に保持されている最新の所定数、例えば、 8個の 3軸出力データを、 3次元直交座標空間（X, y, z)においてそれぞれ 3軸出力データの各軸成分を座標値とする点 P (S , S , S ) , P (S , S , S ) , · ··, P (S , S , S )として

1 lx l lz 2 2x 2y 2z 8 8x 8y 8z 表した時、これらの点の分布に当てはまる球面 Qlを推定する。

[0147] 球面 Q1から、所定距離 Ar以内に存在する PI, P2, P3, P5, P7, P8に対応する

3軸出力データを、選択された 3軸出力データとして出力する。

[0148] 球面 Q1を推定する具体的方法については、例えば、後述の方法を適用することができる。また、例えば、補正された感度 aが明確に定まる場合には、球面 Q1の半径 r を所定値として球面 Qlを推定してもよい。

[0149] 次に、データ蓄積部 14とデータ変化判定部 18について説明する。

データ選択部 13によって選択された 3軸出力データが、データ蓄積部 14によって既に蓄積された 3軸出力データと比較して所定値以上変化したカゝ否かを判定するデータ変化判定部 18を備え、データ蓄積部 14は、データ変化判定部 18の判定結果に基づいて、データ選択部 13によって選択された 3軸出力データを蓄積せず廃棄する。

[0150] データ蓄積部 14に蓄積された 3軸加速度データを、 3次元直交座標空間（X, y, z) において 3軸出力データの各軸成分を座標値とする点 P (S , S , S ) , P (S , S

1 lx l lz 2 2x

, S ) , ···, P (s , s , s )として表した時に、各点が狭い領域に集中している

2y 2z N Nx Ny Nz

と、基準点推定部 15において基準点座標の推定誤差が非常に大きくなる問題が生じる。

[0151] これは、 3軸加速度センサ 1が同じような姿勢にあるときに取得された 3軸加速度データだけがデータ蓄積部 14に蓄積されていることに相当する。

[0152] 上述した問題を避けるために、データ選択部 13において選択された 3軸出力データをデータ蓄積部 14に蓄積する前に、既にデータ蓄積部 14に蓄積されている 3軸出力データと比較して、所定値以上変化していなければどちらか一方を蓄積せずに廃棄するようにすればよい。

[0153] これは、データ選択部 13において選択された 3軸出力データが取得されたときの 3 軸加速度センサ 1の姿勢力既にデータ蓄積部 14に蓄積されている 3軸出力データが取得されたときの 3軸加速度センサ 1の姿勢と比べてあまり変化していなければ、どちらか一方の 3軸出力データを蓄積せず廃棄することに相当する。

[0154] 図 7は、実施形態 1におけるデータ変化判定部の具体的な構成図で、データ蓄積部 14を表したものである。図中符号 27は入力部、 28は比較部、 29はデータバッファ、 30は出力部を示している。

[0155] データ選択部 13において選択された 3軸出力データはー且入力部 27にて一時記憶される。比較部 28は入力部 27にて一時記憶されている 3軸出力データと、データノッファ 29に蓄積されている 3軸出力データと比較して、両者の差分が所定値以上であるかどうか判断する。なお比較対象となるデータバッファ 29に蓄積されている 3 軸出力データは、状況に応じて、最後に蓄積された 3軸出力データのみでもよいし、全ての 3軸出力データとそれぞれ比較することにしてもよい。

[0156] 比較部 28での 3軸出力データの比較の結果、その差分が所定値以上であれば入力部 27にて一時記憶されている 3軸出力データをデータバッファ 29に蓄積し、その差分が所定値未満であれば入力部 27にて一時記憶されている 3軸出力データは破棄される。あるいは、比較対象になったデータバッファ 29に蓄積されている 3軸出力データを削除して、入力部 27にて一時記憶されている 3軸出力データをデータバッファ 29に蓄積してもよい。出力部 30は、データバッファ 29に蓄積されている 3軸出力データを基準点推定部 15に向けて出力する。

[0157] 図 8乃至図 10は、本発明の実施形態 1における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。なお、ここでは、データ変化判定部 18において、データ選択部 13において選択された 3軸出力データとデータ蓄積部 14に最後に蓄積されている 3軸出力データとを比較して、両者の差分が所定値未満であれば前者が破棄されることとして、る。

[0158] まず、初期設定として以下の操作を行う（S101)。データ記憶部 12のカウンタ kl ( 図 5のカウンタ 25に相当）をクリアする。次に、データ蓄積部 14に蓄積されている 3軸出力データの数 k2をクリアする。次に、感度補正計算部 17より 3軸出力データ Sx, S y, Szを取得し、データ記憶部 12の 1段目 S , S , S に記憶する。

xi yl zl

[0159] 次に、感度補正計算部 17より Sx, Sy, Szを取得する（S102)。次に、データ記憶部 12の S , S , S に記憶されている 3軸出力データをデータ記憶部 12の 2段目 S xl yl zi x

, S , S 〖こ送り、 Sx, Sy, Szを S , S , S 〖こ記'隐する（S103) _o

2 y2 z2 xl yl zl

[0160] 次に、データ記憶部 12内の 1段目と 2段目にそれぞれ記憶されている 3軸出力データの差分が所定値 el以上である場合は klをクリアしてステップ S102に戻る（S10 4, S105)。次に、 klの値を 1つ増やし（S106)、 klの値が所定値 ml未満である場合 ίま、 S102に戻る（S107)。

[0161] 次に、 klをクリアし、 S , S , S をデータ選択部 13の出力 S , S , S (図 5の出 xl yl zl xo yo zo 力部 26に送ることに相当）とする（S108)。次に、 S , S , S とデータ蓄積部 14の 1 xo yo zo

段目に記憶されている 3軸出力データ S , S , S の差分が所定値 e2未満である場 lx ly lz

合は S102に戻る（S109)。 k2の値が所定値 N以上である場合は、 S113に進む（S1 10)。 k2の値を 1つ増やし（S 111)、 k2の値力 S 1である場合 ίま、 S 117に進む（S 112

) ο

[0162] 次に、指標 iを k2の値に設定する（S 113)。指標 jを i—lに設定し、データ蓄積部 1 4の j段目 S , S , S に記憶されている 3軸出力データを i段目 S , S , S に送る（S 114)。 iの値を 1つ減らし（SI 15)、 iの値が 1を超える場合は、 S114に戻る（S116) [0163] 次に、 S , S , S を S , S , S に記憶する（S 117)。 k2の値が N未満である場

xo yo zo lx ly lz

合は、 S102に戻る（S118)。（S , S , S ) , · ··, (S , S , S )力ら Cx，，Cy，， lx ly lz Nx Ny Nz

Cz，を推定する（SI 19)。 Cx，， Cy' , Cz，の推定を繰り返す場合は、 S102〖こ戻る（S 120)。

(実施形態 2)

[0164] 図 11は、本発明の加速度計測装置の実施形態 2を説明するための構成図で、基準点の推定として、 3次元直交座標空間上に楕円面を定めて主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうことによって感度とオフセットの補正を行うものである。

[0165] 図中符号 31は 3軸加速度センサ、 32は 3軸加速度センサの X軸方向成分検出回路、 33は 3軸加速度センサの y軸方向成分検出回路、 34は 3軸加速度センサの z軸方向成分検出回路、 35Aはデータ取得部、 35はマルチプレクサ部、 36は加速度センサ駆動電源部、 37は増幅部、 38は AZD変換部、 39はデータ記憶部、 40はデータ選択部、 41はデータ蓄積部、 41aはデータ変化判定部、 41bは温度検出部、 42は基準点推定部、 43は感度 'オフセット情報記憶部、 44は感度 ·オフセット補正計算部を示している。

[0166] 本実施形態 2の加速度計測装置は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサ 3 1と、この加速度センサ 31の 3軸出力データを取得するデータ取得部 35Aと、このデータ取得部 35Aによって繰り返し取得された 3軸出力データが適当であるか否かを判断して選択するデータ選択部 40と、このデータ選択部 40によって選択された 3軸出力データを蓄積するデータ蓄積部 41と、このデータ蓄積部 41によって蓄積された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布から、この 3次元直交座標空間上に楕円面を定め、楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する基準点推定部 42と、この基準点推定部 42により推定された楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づ、て、加速度センサ 31の 3軸出力データの感度及びオフセットを補正する感度 'オフセット補正計算部 44とを備えている。また、データ取得部 35Aは、マルチプレクサ部 35と加速度センサ駆動電源部 36と増幅部 37と AZD変換部 38とから構成されている。

[0167] 3軸加速度センサ 31と X軸方向検出回路 32と y軸方向検出回路 33と z軸方向検出回路 34とマルチプレクサ部 35と加速度センサ駆動電源部 36と増幅部 37と AZD変換部 38は、上述した実施形態 1と同様である。

[0168] データ記憶部 39は、 AZD変換部 38から逐次出力される 3軸出力データを所定数保持する FIFO型のデータバッファである。データ選択部 40とデータ蓄積部 41は、上述した実施形態 1と同様である。

[0169] 基準点推定部 42は、データ蓄積部 41に蓄積された所定数の 3軸出力データに基づヽて楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定して楕円面主軸長さ ·中心座標データを出力する。感度'オフセット情報記憶部 43は、基準点推定部 42から出力された楕円面主軸長さ ·中心座標データを記憶する。

[0170] 感度 'オフセット補正計算部 44は、感度 'オフセット情報記憶部 43において記憶されている楕円面主軸長さ'中心座標データに基づいて、 AZD変換部 38から出力された 3軸出力データの感度及びオフセット補正を行う。

[0171] 次に、基準点推定部 42における楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する方法について説明する。

AZD変換部 38から出力される 3軸出力データ Srx, Sry, Srzは、次式のように表される。

[⁰¹⁷²] S_lx = a_xA_x + C_lx ( )

S_v = a_y A_y + C^ · · - (37)

Sd4 + C (38)

ここで、 a , a , aは各軸方向の感度、 Crx, Cry, Crzは、 Srx, Sry, Srzに存在す x y z

るオフセットを示している。

[0173] 加速度計測装置が静止して、る力等速運動を行って、る場合、 3軸加速度センサ 1が受けている加速度は重力加速度 gのみである。したがって、

従って、上式（19)より [0175]

s c s —c

=9' (42)

a, 上式 (42)によれば、図 12に示すように、 3次元直交座標空間（X, y, z)において 3 軸出力データの各軸成分を座標値とする点 Q(Srx, Sry, Srz)は、 a , a , aを各主軸の長さ、 Crx, Cry, Crzを中心 C2の座標値とし、各主軸の方向が 3次元直交座標空間（X, y, z)の各軸に平行な楕円面 El上に位置することになる。

[0176] 今度は、 N個の異なる 3軸加速度センサ 31の姿勢においてそれぞれ AZD変換部 38から出力される 3軸出力データを取得し、各軸成分のデータをそれぞれ s , S , ·· ··, s

lrx 2rx Nrx

S , S , ·· '·, s

lry 2r Nr

s , S , ·· ·, s

lrz 2rz Nrz

Q (S , S , S ), Q (S , S , S ), ···, Q (S , S , S )

1 lrx lry lrz 2 2rx 2r 2rz N Nrx Nry Nrz

なる N個の点として表すものとする。

[0177] すると、図 13に示すように、各主軸の方向が 3次元直交座標空間（X, y, z)の各軸に平行で、 Q , Q , ···, Q のいずれも面上に位置するような楕円面 E1'を推定すれ

1 2 N

ば E1'は E1に相当することが期待され、 E1'の各主軸の長さ a ', a ', a，を以つて a

x y z

, a , aを、中心 C2，の座標値 Crx，， Cry', Crz，を以つて Crx, Cry, Crzを推定す x y z

ることがでさる。

基準点推定部 42は、楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を、所定数の 3軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定する。

[0178] Q , Q , ···, Q力楕円又は楕円面 E1'を推定するには種々の方法があり、最低

1 2 N

N = 6で推定可能である。しかしながら、ピエゾ抵抗型 3軸加速度センサの感度は数百/ z VZGZV程度しかないため出力電圧は非常に微弱であり、取得された 3軸出力データには相当のノイズが重畳する。 [0179] 3次元直交座標空間（ y, z)において、 i番目の 3軸出力データの点 Q (S , S

, S )力 El，までの距離 ε は次の通りとなる。

[0180]

ε, = ― )² + (S_iry -0 ) ² + (S_irz -0 )■

• · 理想的には Q , Q , ···, Q の全てについて ε =0となる答である。しかしながら、

1 2 N i

取得された 3軸出力データには相当のノイズが重畳しているので ε =0とはならない

[0181] そこで Νを増やし、 ε の 2乗総和値が最小になるよう統計的手法を用いて a ', a ', a '及び Crx', Cry', Crz'を推定すれば、相当のノイズが重畳していても精度の良い推定が可能となる。 εの 2乗総和値 Ζは次式のようになる。

i 4

[0182]

あるいは、 εの 2乗総和値に類似な値として、次式により Ζを定義する。

[0183]

- , Γ ~ _(S __{c S} __{c S} __c ~

- - · (45)

上式 (44)及び (45)に対しては最適化手法 (例えば、非特許文献 1参照）を用いて a ', a ', a '及び Crx', Cry', Crz'を計算することができる。なお、上述した実施形態 1の説明における次の部分は、全て実施形態 2においても同様に適用可能である

[0184] 次に、データ選択部 40における 3軸出力データの選択を行う方法について説明する。

<具体的方法 (その 1) >

データ選択部 40は、データ取得部 35Aによって 3軸出力データを取得する毎に直前に取得された 3軸出力データとの差分を計算し、その差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、 3軸出力データを適当と判断して選択する。

<具体的方法 (その 2) >

データ選択部 40は、データ取得部 35Aによって繰り返し取得された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布に基づいて球面を推定し、この球面力所定距離以内にある 3軸出力データを適当と判断して選択する。また、データ選択部 40は、球面の半径を所定値として球面を推定する。

[0185] 次に、データ蓄積部 41とデータ変化判定部 41aについて説明する。

データ選択部 40によって選択された 3軸出力データ力データ蓄積部 41によって既に蓄積された 3軸出力データと比較して所定値以上変化したカゝ否かを判定するデータ変化判定部 41aを備え、データ蓄積部 41は、データ変化判定部 41aの判定結果に基づいて、データ選択部 40によって選択された 3軸出力データを蓄積せず廃棄する。

[0186] 図 14乃至図 16は、本発明の実施形態 2において楕円面主軸長さ'中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。なお、ここでは、データ変化判定部 41aにおいて、データ選択部 40において選択された 3軸出力データとデータ蓄積部 41に最後に蓄積されている 3軸出力データとを比較して、両者の差分が所定値未満であれば前者が破棄されることとしている。

[0187] まず、初期設定として以下の操作を行う（S201)。データ記憶部 39のカウンタ k3 ( 図 5のカウンタ 25に相当）をクリアする。次に、データ蓄積部 41に蓄積されている 3軸出力データの数 k4をクリアする。次に、 AZD変換部 38より 3軸出力データ Srx, Sry , Srzを取得し、データ記憶部 39の 1段目 S , S , S に記憶する。

rxl r l rzl

[0188] 次に、 AZD変換部 38より Srx, Sry, Srzを取得する（S202)。次に、データ記憶部 39の S , S , S に記憶されている 3軸出力データをデータ記憶部 39の 2段目

rxl ryl rzl

S , S , S 〖こ送り、 Srx, Sry, Srzを S , S , S 〖こ記'隐する（S203) _o

rx2 r 2 rz2 rxl ryl rzl

[0189] 次に、データ記憶部 39内の 1段目と 2段目にそれぞれ記憶されている 3軸出力データの差分が所定値 e3以上である場合は、 k3をクリアしてステップ S202に戻る（S2 04, S205)。 k3の値を 1つ増やし（S206)、 k3の値が所定値 m2未満である場合は、 S202に戻る（S207)。 k3をクジァし、 S , S , S をデータ選択咅40の出力 S

rxl r l rzl rxo

, S , S (図 5の出力部 26に送ることに相当）とする（S208)。

r o rzo

[0190] 次に、 S , S , S とデータ蓄積部 41の 1段目に記憶されている 3軸出力データ

rxo ryo rzo

S , S , S の差分が所定値 e4未満である場合は、 S202に戻る（S209)。 k4の lrx lr lrz

値が所定値 N以上である場合は、 S213に進む（S210)。 k4の値を 1つ増やし（S21 1)、 k4の値が 1である場合は、 S217に進む（S212)。

[0191] 次に、指標 iを k4の値に設定する（S213)。指標 jを i— 1に設定し、データ蓄積部 4 1の j段目 S に送る

(S214)。 iの値を 1つ減らし（S215)、 iの値が 1を超える場合は、 S214に戻る（S21 6)。

[0192] 次に、 S , S , S を S , S , S に記憶する（S 217)。 k4の値が N未満である

rxo ryo rzo lrx lry lrz

場合は、 S202に戻る（S218)。（S , S , S ) , · ··, (S , S , S )力ら a，， a

lrx lry lrz Nrx Nr Nrz x y

' , a '及び Crx' , Cry' , Crz，を推定する（S219)。 a ' , a ' , a '及び Cx' , Cy' , Cz z x y z

，の推定を繰り返す場合は、 S202に戻る（S220)。

(実施形態 3)

[0193] 図 17は、本発明の加速度計測装置の実施形態 3を説明するための構成図で、基準点の推定を、 3軸加速度センサが検知して、ると予想される重力加速度の各軸成分の値から、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定するものである

[0194] 図中符号 45は 3軸加速度センサ、 46は 3軸加速度センサの X軸方向成分検出回路、 47は 3軸加速度センサの y軸方向成分検出回路、 48は 3軸加速度センサの z軸方向成分検出回路、 49Aはデータ取得部、 49はマルチプレクサ部、 50は加速度センサ駆動電源部、 51は増幅部、 52は AZD変換部、 53は温度検出部、 54は感度補正情報記憶部、 55は感度補正計算部、 56は基準点推定部、 57はオフセット情報記憶部、 58はオフセット補正計算部を示している。なお、上述した実施形態 1と重複する部分は説明を省略する。

[0195] 本実施形態 3の加速度計測装置は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサ 4 5と、この加速度センサ 45の 3軸出力データを取得するデータ取得部 49Aと、加速度センサ 45が所定の一姿勢を保持して、る状態にぉ、てデータ取得部 49Aによって 3 軸出力データを取得し、 3軸出力データの各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における位置及び所定の一姿勢を保持している状態において加速度センサ 45が検知して、ると予想される重力加速度の各軸成分の値から、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定部 56と、この基準点推定部 56により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサ 45の 3軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部 58とを備えている。また、データ取得部 49Aは、マルチプレクサ部 49と加速度センサ駆動電源部 50と増幅部 51と AZD 変換部 52とから構成されて、る。

[0196] 3軸加速度センサ 45と X軸方向検出回路 46と y軸方向検出回路 47と z軸方向検出回路 48とマルチプレクサ部 49と加速度センサ駆動電源部 50と増幅部 51と AZD変換部 52と温度検出部 53と感度補正情報記憶部 54と感度補正計算部 55とオフセット情報記憶部 57とオフセット補正計算部 58は、上述した実施形態 1と同様である。

[0197] 基準点推定部 56は、感度補正情報記憶部 55から出力される 3軸出力データに基づいて基準点の座標を推定して基準点座標データを出力する。

[0198] 次に、基準点推定部 56における基準点の座標を推定する方法について説明する

3軸加速度センサ 45が既知の姿勢で静止して、る場合、 3軸加速度センサ 45が受ける加速度の各方向成分は一意に決まる。例えば、図 18A及び図 18Bに示すように

、充電器 60が水平に置かれ、加速度計測装置 59が所定の姿勢で充電器 60にセットされている状態において、 3軸加速度センサ 45の X軸検出方向が重力加速度 gの方向に対して垂直、 y軸検出方向が重力加速度 gの反対の方向に対して角度 φ傾、ているとすれば、重力加速度 gの X, y, z軸方向成分 Gx, Gy, Gzは次の通りとなる。

[0199] _{= 0} (46)

G_y = -9∞5 φ . . · (47)

G_z = -g sin (48) また、図 19に示すように、 3次元直交座標空間（X, y, z)において 3軸出力データの各軸成分のオフセット値を座標値とする基準点 CI (Cx, Cy, Cz)から 3軸出力デ一タの各軸成分を座標値とする点 P(Sx, Sy, Sz)に至るベクトル

[0200] ΰ

を考える。

すると、上式（16), (17), (18)から、

[0201] u は次のように表される。

[0202] ΰ = (u ^υ,,,υ .

= (_aG y:: 'aGj + + · (⁴⁹) [0203] 上式 (46), (47), (48)より Gx, Gy, Gzは既知であり、感度補正計算部 55にて補正された感度 aが計算されれば

[0204] ύ も決定される。

[0205] したがって、次の通り基準点 C1の座標値 Cx, Cy, Czを計算することができる。

[0206] C_X = S_X—u_x

(50)

=S_X -aG_x

^Cy = ^Sy ~^Uy (51)

=S_y - aG_y

C_z =S_z-u_z

(52)

= S,-aG,

[0207] つまり、加速度計測装置が既知の姿勢で静止している状態があるのならば、その状態において 3軸出力データを取得すれば簡単に 3軸加速度センサのオフセットデータを得ることがでさる。

(実施形態 4)

[0208] 本実施形態 4は、上述した実施形態 1から次の手段を省いたものとなっている。つまり、データ選択部 13における 3軸出力データの選択とデータ蓄積部 14におけるデータ変化判定部 18を省略したものである。加速度計測装置の利用分野によっては、例えば、以下のケースも考えられ、上述した手段が省略可能となるので実施形態 4を設けている。 [0209] 傾斜センサのように重力加速度の検出が主体であり、かつ計測中は加速度計測装置があまり動かず 3軸加速度センサが受ける運動加速度が重力加速度に比べてごく小さい。または、運動加速度を検出する手段が別途設けられており、運動加速度が検出された場合は 3軸加速度データを取得しな、ようになって、る。基準点座標データを得るための 3軸加速度データ取得に際しては、個々の 3軸加速度データを取得する度に使用者が加速度計測装置を静止させた状態で 3軸加速度データの取得指示を出す操作を行うことになつている。

[0210] 図 20は、本発明の加速度計測装置の実施形態 4を説明するための構成図で、基準点の推定を、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するもので、また、基準点の推定を、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離が所定の代表値に最も近づくよう統計的手法によって推定するものである。

[0211] 図中符号 61は 3軸加速度センサ、 62は 3軸加速度センサの X軸方向成分検出回路、 63は 3軸加速度センサの y軸方向成分検出回路、 64は 3軸加速度センサの z軸方向成分検出回路、 65Aはデータ取得部、 65はマルチプレクサ部、 66は加速度センサ駆動電源部、 67は増幅部、 68は AZD変換部、 69は温度検出部、 70は感度補正情報記憶部、 71は感度補正計算部、 72はデータ蓄積部、 73は基準点推定部、 7 4はオフセット情報記憶部、 75はオフセット補正計算部を示して、る。

[0212] 本実施形態 4の加速度計測装置は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサ 6 1と、この加速度センサ 61の 3軸出力データを取得するデータ取得部 65Aと、このデータ取得部 65Aによって繰り返し取得された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布から、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定する基準点推定部 73と、この基準点推定部 73により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサの 3 軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部 75とを備えている。また、データ取得部 65Aは、マルチプレクサ部 65と加速度センサ駆動電源部 66と増幅部 67と AZD変換部 68とから構成されて、る。

[0213] 3軸加速度センサ 61と X軸方向検出回路 62と y軸方向検出回路 63と z軸方向検出回路 64とマルチプレクサ部 65と加速度センサ駆動電源部 66と増幅部 67と AZD変換部 68と温度検出部 69と感度補正情報記憶部 70と感度補正計算部 71とオフセット情報記憶部 74とオフセット補正計算部 75は、上述した実施形態 1と同様である。

[0214] データ蓄積部 72は、感度補正情報記憶部 71から逐次出力される 3軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部 73は、データ蓄積部 72に蓄積された所定数の 3軸出力データに基づいて基準点の座標を推定し基準点座標データを出力する。

[0215] 基準点推定部 73における基準点の座標を推定する方法についは、上述した実施形態 1の場合と同様である。

また、く CI ' (Cx'， Cy' , Cz' )を推定する具体的方法 (その 1) >についても、上述した実施形態 1の場合と同様である。つまり、基準点推定部 73は、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

[0216] また、く CI ' (Cx'， Cy' , Cz' )を推定する具体的方法 (その 2) >についても、上述した実施形態 1の場合と同様である。つまり、基準点推定部 73は、 3次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の 3軸出力データの各々力基準点までの距離の所定の代表値に対するばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

[0217] 図 21及び 22は、本発明の実施形態 4における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

[0218] まず、初期設定として以下の操作を行う（S301)。感度補正計算部 71より 3軸出力データ Sx, Sy, Szを取得し、データ蓄積部 72の 1段目 S , S , S に記憶する。次

lx ly lz

に、データ蓄積部 72に蓄積されて、る 3軸出力データの数 k5を 1にする。

[0219] 次に、感度補正計算部 71より Sx, Sy, Szを取得する（S302)。 k5の値が所定値 N 未満である場合は k5の値を 1つ増やす (S303, S304)。指標 iを k5の値に設定する (S305)。指標 jを i— 1に設定し、データ蓄積部 72の j段目 S , S , S に記憶されている 3軸出力データを i段目 S , S , S に送る（S306)。iの値を 1つ減らし（S307)、i の値が 1を超える場合は、 S306に戻る（S308)。

[0220] 次に、 Sx, Sy, Szを S , S , S に記'隐する（S309) _o k5の値力N未満である場合は、 S302に戻る（S310)。（S , S , S ) , · ··, (S , S , S )力ら Cx，，Cy，， lx ly lz Nx Ny Nz

Cz，を推定する（S311)。 Cx，， Cy' , Cz，の推定を繰り返す場合は、 S302〖こ戻る（S

312)。

(実施形態 5)

[0221] 本実施形態 5は、上述した実施形態 2から次の手段を省いたものとなっている。つまり、データ選択部 40における 3軸出力データの選択とデータ蓄積部 41におけるデータ変化判定部 41aを省略したものである。

[0222] 実施形態 4の説明で述べたように、加速度計測装置の利用分野によっては、上述した手段が省略可能となることも考えられるので、実施形態 5を設けて、る。

[0223] 図 23は、本発明の加速度計測装置の実施形態 5を説明するための構成図で、基準点の推定を、 3次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の 3軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によつて推定するものである。

[0224] 図中符号 76は 3軸加速度センサ、 77は 3軸加速度センサの X軸方向成分検出回路、 78は 3軸加速度センサの y軸方向成分検出回路、 79は 3軸加速度センサの z軸方向成分検出回路、 80Aはデータ取得部、 80はマルチプレクサ部、 81は加速度センサ駆動電源部、 82は増幅部、 83は AZD変換部、 84はデータ蓄積部、 85は基準点推定部、 86は感度 'オフセット情報記憶部、 87は感度 ·オフセット補正計算部を示している。

[0225] 本実施形態 5の加速度計測装置は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサ 7 6と、この加速度センサ 76の 3軸出力データを取得するデータ取得部 80Aと、このデータ取得部 80Aによって繰り返し取得された所定数の 3軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの 3次元直交座標空間における分布から、 3次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の 3軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定する基準点推定部 85と、この基準点推定部 85により推定された楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、加速度センサの 3軸出力データの感度及びオフセットを補正する感度.オフセット補正計算部 87とを備えている。また、データ取得部 80Aは、マルチプレクサ部 80とカロ速度センサ駆動電源部 81と増幅部 82と AZD変換部 83とから構成されている。

[0226] 3軸加速度センサ 76と X軸方向検出回路 77と y軸方向検出回路 78と z軸方向検出回路 79とマルチプレクサ部 80と加速度センサ駆動電源部 81と増幅部 82と AZD変換部 83は、上述した実施形態 1と同様である。

[0227] データ蓄積部 84は、 AZD変換部 83から逐次出力される 3軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部 85は、データ蓄積部 84に蓄積された所定数の 3軸出力データに基づ、て楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定して楕円面主軸長さ'中心座標データを出力する。感度'オフセット情報記憶部 86と感度'オフセット補正計算部 87については、上述した実施形態 2の場合と同様である

[0228] また、基準点推定部 85における楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する方法についても、上述した実施形態 2の場合と同様である。

また、 < a ' , a ' , a '及び Crx' , Cry' , Crz，を推定する具体的方法 >についても

、上述した実施形態 2の場合と同様である。

[0229] 図 24及び図 25は、本発明の実施形態 5における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

[0230] まず、初期設定として以下の操作を行う（S401)。 AZD変換部 83より 3軸出力データ Srx, Sry, Srzを取得し、データ蓄積部 84の 1段目 S , S , S に記憶する。次に、データ蓄積部 84に蓄積されて、る 3軸出力データの数 k6を 1にする。

[0231] 次に、 AZD変換部 83より Srx, Sry, Srzを取得する（S402)。 k6の値が所定値 N 未満である場合は k6の値を 1つ増やす (S403, S404)。指標 iを k6の値に設定する (S405)。指標 jを i— 1に設定し、データ蓄積部 84の j段目 S , S , S に記憶されている 3軸出力データを i段目 S , S , S に送る（S406)。iの値を 1つ減らし（S40

7)、 iの値が 1を超える場合はステップ S406に戻る（S408)。

[0232] 次に、 Srx, Srv, Srzを S , S , S に記憶する（S409)。 k6の値が N未満である場合は、 S402に戻る（S410)。（S , S , S ) , · ··, (S , S , S )から a，，

lrx lr lrz Nrx Nry Nrz x a ' , a '及び Crx' , Cry' , Crz，を推定する（S411)。 a ' , a ' , a '及び Cx'， Cy，, y z x y z

Cz，の推定を繰り返す場合は、 S402〖こ戻る（S412)。

[0233] 次に、温度特性への対応について説明する。

上述したように、ピエゾ抵抗型の加速度センサにぉヽては感度及びオフセットは著しい温度特性を有する。したがって、加速度計測装置の置かれている環境の温度変化が大きい場合は、オフセット情報記憶部に記憶された基準点座標データの推定に用いられた 3軸加速度データが取得された時の温度、若しくは感度 ·オフセット情報記憶部に記憶された楕円面主軸長さ'中心座標データの推定に用いられた 3軸加速度データが取得された時の温度と、オフセット補正計算部若しくは感度 ·オフセット補正計算部にて補正の対象となる 3軸加速度データが取得された時の温度が大きく異なり、オフセット補正若しくは感度 ·オフセット補正の誤差が大きくなる可能性がある。

[0234] また、基準点座標データの推定に用いられる所定数の 3軸加速度データがそれぞれ取得された時の温度のばらつき、若しくは楕円面主軸長さ'中心座標データの推定に用いられる所定数の 3軸加速度データがそれぞれ取得された時の温度のばらつきが大きくなり、基準点座標データ若しくは楕円面主軸長さ'中心座標データの誤差が大きくなる可能性もある。

[0235] 以下、上述した実施形態 1から実施形態 5において適用可能な、上述の温度特性への対応に対する各解決手段について説明する。

<解決手段 1 >

本解決手段 1は、上述した実施形態 1, 2, 4及び 5において適用可能である。以下、実施形態 1へ適用する場合について説明する。

[0236] 図 26は、温度特性への対応についての解決手段 1を示すブロック図で、図中符号 88は入力部、 89は比較部、 90は第 1のデータバッファ、 91は第 2のデータバッファ、 92はデータバッファ L、 93は選択部、 94は基準点推定部、 95は分配部、 96は第 1 の基準点座標記憶、 97は第 2の基準点座標記憶、 98は基準点座標記憶 Lを示している。つまり、図 26は、本解決手段を適用した場合の、データ蓄積部 14と基準点推定部 15及びオフセット情報記憶部 16に相当する詳細構成の一例を表したものである。

[0237] 加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめ L個に区分されており、それぞれ温度区分 1,温度区分 2, ···,温度区分 Lと称するものとする。データ選択部 13において選択された 3軸出力データは、ー且入力部 88にて一時記憶される。入力部 88 は、温度検出部 9より取得された温度データを基に、一時記憶された 3軸出力データ力 Sどの温度区分に属するかを決定する。

[0238] 第 1のデータバッファ 90と第 2のデータバッファ 91, ···,データバッファ L92は、それぞれ温度区分 1,温度区分 2, ···,温度区分 Lに属する 3軸出力データを蓄積する

[0239] 比較部 89は、第 1のデータバッファ 90と第 2のデータバッファ 1, ···,データバッファ L92の中から、入力部 88にて一時記憶された 3軸出力データが属する温度区分と同じものを選択する。その後、上述した実施形態 1の説明と同様に、入力部 88にて一時記憶された 3軸出力データを選択されたデータバッファに蓄積する力破棄する。

[0240] 選択部 93は、入力部 88にて一時記憶された 3軸出力データが比較部 89によって選択されたデータバッファに蓄積された時、選択されたデータバッファに蓄積されたデータ数が所定数に達して、れば、選択されたデータバッファに蓄積されて、る 3軸出力データと温度区分情報を基準点推定部 94に向けて出力する。

[0241] 基準点推定部 94は、選択部 93から出力された 3軸出力データに基づき基準点の座標値を推定する。分配部 95は、選択部 93から出力された温度区分情報に基づき、基準点推定部 94から出力された基準点座標データを対応する第 1の基準点座標記憶 96と第 2の基準点座標記憶 97, ···,基準点座標記憶 L98のいずれかに記憶する。

[0242] なお、入力部 88にて一時記憶された 3軸出力データを比較部 89によって選択されたデータバッファに蓄積する際、温度検出部 9より取得された温度データが決定された温度区分のどこに位置するかによって 3軸出力データを補正してもよい。これは、感度及びオフセットの温度依存性が概ね把握されており、しかも、温度区分内での感度及びオフセットの温度変化が比較的大きい場合に有効である。

[0243] その後、オフセット補正計算部 17は、感度補正計算部 11から出力される 3軸出力データに対して、温度検出部 9より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第 1の基準点座標記憶 96と第 2の基準点座標記憶 97, ···,基準点座標記憶 L98の、ずれかに記憶されて!、る基準点座標データを用いてオフセッ卜補正を行 c

<解決手段 2>

本解決手段 2は、上述した実施形態 1, 2, 4及び 5において適用可能である。以下、実施形態 1へ適用する場合について説明する。

図 27は、温度特性への対応についての解決手段 2を示すブロック図で、本解決手段を適用した場合の、データ蓄積部 14, 40と基準点推定部 15, 42及びオフセット情報記憶部 16、感度'オフセット情報記憶部 43に相当する詳細構成の一例を表したものである。図中符号 99は入力部、 100は比較部、 101はデータバッファ A、 102はデータバッファ B、 103は選択部、 104は基準点推定部、 105は分配部、 106は第 1 の基準点座標記憶、 107は第 2の基準点座標記憶、 108は基準点座標記憶 Lを示している。

[0244] 加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめ L個に区分されており、それぞれ温度区分 1,温度区分 2, ···,温度区分 Lと称するものとする。

[0245] データ選択部 13において選択された 3軸出力データは、ー且入力部 99にて一時記憶される。入力部 99は、温度検出部 9より取得された温度データを基に、一時記憶された 3軸出力データがどの温度区分に属するかを決定する。

[0246] データバッファ A101は、 3軸出力データを蓄積し、データバッファ B102は、データバッファ A101に蓄積された 3軸出力データが入力部 99にて一時記憶された時に温度検出部 9より取得された温度データを同じ順序で蓄積する。この結果、データバッファ A101に蓄積されたそれぞれの 3軸出力データは、データバッファ B102に蓄積された温度データを参照することにより、どの温度区分に属するかが判るようになっている。

[0247] 比較部 100は、入力部 99にて一時記憶された 3軸出力データに対して、データバッファ A101に蓄積された 3軸出力データの中力も温度区分が同じものと比較することにより、上述した実施形態 1の説明と同様に、データバッファ A101に蓄積する力破棄する。

[0248] 入力部 99にて一時記憶された 3軸出力データ力データバッファ A101に蓄積される場合、データバッファ A101に既に蓄積された 3軸出力データの中で、今回蓄積されようとする 3軸出力データと温度区分が同じものが所定数に達している場合、該当する 3軸出力データの中で最も古いものとデータバッファ B102において対応する温度データを破棄する。

[0249] 入力部 99にて一時記憶された 3軸出力データ力データバッファ A101に蓄積される場合、先に取得された温度データをデータバッファ B102に同時に蓄積する。

[0250] 選択部 103は、入力部 99にて一時記憶された 3軸出力データ力データバッファ A 101に蓄積された時、データバッファ A101に蓄積された 3軸出力データの中で今回蓄積された 3軸出力データと温度区分が同じものが所定数に達している場合、該当する 3軸出力データと温度区分情報を基準点推定部 104に向けて出力する。

[0251] 基準点推定部 104は、選択部 103から出力された 3軸出力データに基づき基準点の座標値を推定する。分配部 105は、選択部 103から出力された温度区分情報に基づき、基準点推定部 104から出力された基準点座標データを対応する第 1の基準点座標記憶 106と第 2の基準点座標記憶 107, ···,基準点座標記憶 L108のいずれか B己 ΐ す 0

[0252] その後、オフセット補正計算部 17は、感度補正計算部 11から出力される 3軸出力データに対して、温度検出部 9より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第 1の基準点座標記憶 106と第 2の基準点座標記憶 107, · ··, 基準点座標記憶 L108の、ずれかに記憶されて!、る基準点座標データを用いてォフセット補正を行う。

<解決手段 3 >

本解決手段 3は、上述した実施形態 3にお、て適用可能である。

図 28は、温度特性への対応についての解決手段 3を示すブロック図で、本解決手段を適用した場合の、オフセット情報記憶部 57に相当する詳細構成の一例を表したものである。図中符号 109は分配部、 110は第 1の基準点座標記憶、 111は第 2の基準点座標記憶、 112は基準点座標記憶 Lを示して、る。 [0253] 加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめ L個に区分されており、それぞれ温度区分 1,温度区分 2, ···,温度区分 Lと称するものとする。分配部 109は、温度検出部 53より取得された温度データに基づき、基準点推定部 56から出力された基準点座標データを対応する第 1の基準点座標記憶 110と第 2の基準点座標記憶 111, ···,基準点座標記憶 LI 12の、ずれかに記憶する。

[0254] その後、オフセット補正計算部 58は、感度補正計算部 55から出力される 3軸出力データに対して、温度検出部 53より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第 1の基準点座標記憶 110と第 2の基準点座標記憶 111, ···,基準点座標記憶 LI 12の、ずれかに記憶されて!、る基準点座標データを用いてオフセット補正を行う。

[0255] 次に、不良データへの対応に対する各解決手段について説明する。

<解決手段 1 >

本解決手段 1は、上述した実施形態 1、実施形態 2、実施形態 4、実施形態 5において適用可能である。

以下、上述した実施形態 1へ適用する場合について説明する。

良好な基準点推定結果を得るためには、取得した N個の 3軸出力データの 3次元直交座標空間（X, y, z)における点 P (S , S , S ) , P (S , S , S ) , · ··, P (S

1 lx l lz 2 2x 2y 2z N

, s , s )はなるべく様々な位置にまんべんなく分布しているのが望ましい。一方

Nx Ny Nz

、各点の位置は 3軸加速度センサ 1の姿勢によって決まるため、 N個の 3軸出力データの取得に際しては加速度計測装置の向きをなるベく様々な方向にまんべんなく向けるのが望まし、と、うことになる。

[0256] ところが、使用者によっては加速度計測装置の向きの変化が限定的になる傾向があり、この場合は点 P (S , S , S ) , P (S , S , S ) , · ··, P (S , S , S )の

1 lx ly lz 2 2x 2y 2z N Nx Ny Nz 分布も偏り良好な基準点推定結果が得られなヽ。

[0257] この場合、 3軸出力データの各軸成分の中で最も値の変化の少ない軸の成分を除き、残りの 2軸成分力も成る 2軸出力データについて基準点座標の推定を行い、この 2軸に対してオフセット補正を行うことが可能である。

[0258] 具体的には、以下の手順で行う。まず、取得した N個の 3軸出力データについて、各軸成分別にばらつきを計算するここでは計算の結果、 z軸成分のばらつき v (z)が X軸成分のばらつき v(x) , y軸成分のばらつき V (y)のいずれからも小さくなつたと仮定する。

[0259] 次に、 v(z)が所定値を超えていたら通常通りの基準点座標の推定を行う。次に、 v ( z)が所定値以下の場合、 N個の 3軸出力データから z軸成分のデータ S , S , · ··, lz 2z

S を除き、残りの x軸成分データ S , S , · ··, S 及び y軸成分のデータ S , S ,

Nz lx 2x Nx ly 2y

· ··, S で 2軸出力データを構成する。

Ny

[0260] 次に、 2次元直交座標空間（X, y)において、上述の 2軸出力データを

P，（S , S ) , P，（S , S ) , · ··, P ，（S , S )

1 lx ly 2 2x 2y N Nx Ny

なる N個の点として表す。

[0261] 次に、 2次元直交座標空間（X, y)において、 P ' , · ··, P ，のいずれからも距離が

1 N

一定となる点 C1，， (Cx， ' , Cy" )を推定する。次に、点 C1，，の座標値 Cx， ' , Cy" を以つて 3軸出力データ中の x軸成分及び x軸成分に対してオフセット補正を行う。 <解決手段 2>

本解決手段 2は、上述した実施形態 1から実施形態 5において適用可能である。以下、実施形態 1へ適用する場合について説明する。

上述したように、取得した N個の 3軸出力データの 3次元直交座標空間（X, y, z)における点の分布力推定される基準点の座標値は 3軸出力データのオフセットに相当する。

[0262] ピエゾ抵抗型の加速度センサにぉ、ては、オフセットは著、温度特性を持つので、加速度計測装置の置かれて、る環境の温度変化が大きヽ場合はオフセットも時間変動する。しかし、短時間で急激にオフセットが時間変動することはピエゾ抵抗型カロ速度センサの特性上考えにくい。

[0263] このため、基準点座標の推定を逐次行っていて、推定された基準点座標が短時間で大きな変動を起こした場合は、 3軸出力データに比較的大きなノイズが混入したか、 3軸出力データ取得中の加速度計測装置の姿勢の変化が限定的になって基準点座標の推定が良好に行われなくなった可能性が高い。 [0264] また、このような基準点座標を用いれば、誤ったオフセット補正をしてしまうことになる。そこで、基準点座標の推定においては、直近の所定数の基準点座標値のばらつきを計算し、このばらつきが所定値よりも大きくなつた場合は基準点座標の推定が良好に行われなカゝつたと見做し、推定された基準点座標値を破棄すれば、誤ったオフセット補正を防ぐことができる。

<解決手段 3 >

本解決手段 3は、上述した実施形態 1から実施形態 5において適用可能である。以下、上述した実施形態 1へ適用する場合について説明する。

上式（20)より、 3次元直交座標空間（X, y, z)において 3軸出力データの各軸成分を座標値とする点 P (Sx, Sy, Sz)力も基準点 Cl (Cx, Cy, Cz)までの距離は補正された感度 aと重力加速度 gの積となる。

[0265] ピエゾ抵抗型の加速度センサにぉ、ては、感度は著、温度特性を持つので、加速度計測装置の置かれて、る環境の温度変化が大きヽ場合は感度も時間変動する力短時間で急激に感度が時間変動することはピエゾ抵抗型加速度センサの特性上考えにくい。し力も、実施形態 1においては感度補正計算部 11において感度補正され、補正された感度 aは一定に近い。

[0266] 重力加速度 gは通常の利用分野にお!、て一定値と見做してょ、。したがって、 agはあらかじめ予測できる値であり、 3次元直交座標空間（X, y, z)において推定された基準点から各 3軸出力データを示す点までの距離もあらかじめ予測される値に収斂するはずである。

[0267] そこで、基準点座標の推定においては、推定された基準点から各 3軸出力データを示す点までの距離の平均値等を計算し、この値が所定範囲外であった場合は感度補正計算部 11における感度補正か基準点座標の推定のどちらか若しくは両方が良好に行われなカゝつたと見做し、推定された基準点座標値を破棄すれば、誤ったオフセット補正を防ぐことができる。

[0268] 次に、 2軸加速度センサへの適用について説明する。

上述した実施形態 1から実施形態 5は、 3軸方向の加速度を検出する加速度センサの代わりに 2軸方向の加速度を検出する加速度センサを備えた加速度計測装置についても適用可能である。

[0269] このとき、実施形態 1, 4における基準点推定手段では、出力データ蓄積手段によつて蓄積された所定数の 2軸出力データの各軸成分を座標値としたときの 2次元直交空間における分布から、当該 2次元直交空間上に定める基準点の座標を推定することになる。

[0270] また、実施形態 2, 5における基準点推定手段では、出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の 2軸出力データの各軸成分を座標値としたときの 2次元直交空間における分布から、当該 2次元直交空間上に定める楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定することになる。

[0271] また、実施形態 1, 2, 4, 5の適用においては、基準点の座標又は楕円の各主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうための 2軸出力データを取得して、る間は、カロ速度を検出する 2軸方向のいずれかにも垂直な軸の方向と重力加速度の方向との間になす角度が一定となるように加速度計測装置の姿勢を制御する。

(実施形態 6)

[0272] 3軸加速度センサにおいて、加速度センサが重力加速度のみを受ける場合、すなわち、静止している場合の加速度センサの出力データ（以下、測定データという）の分布は、 3次元直交座標系において球面又は楕円面を形成する。そのため、この球面又は楕円面の中心値を求めることでオフセットを推定することが可能である。

[0273] 加速度センサの球面又は楕円面当てはめ計算を行うには、例えば、測定データを有限長のバッファに蓄積し、蓄積された測定値力球体の中心を推定する方法を用いることができる。この際に精度良く球体の中心を推定するためには、測定データが球面上又は楕円面上に信頼度が高く分布されている必要がある。すなわち、測定データは確実に静止した時のデータでなければならない。

[0274] 静止時の測定データを取得するためには、加速度センサが静止して、るか否かの判定を行うことが必要となる。静止判定を行うには、ある閾値で設定された時間の間、測定データが変化して、な、ことを判定するのが簡単である。

[0275] この設定時間の閾値が小さい場合は、偶然にも等加速度運動となった瞬間の値を取り込んだ可能性がある。動いていない期間の閾値を長くすると、このような偶然の可能性を低くすることができるが、静止時の測定データを取得するまでに時間がかかつてしまい、データ取得の効率が落ちてしまう。そこで、静止していた時間が何秒間であったかという静止時間情報を静止時の測定データに付加しておくのがよい。

[0276] この静止時間情報は、蓄積された測定データが静止時のデータとして、どの程度信頼できるかを示す一つの指標として利用することができる。静止していた時間が短いことは、データ取得時に加速度センサが静止していた確率が低いことを示し、逆に時間が長、ことは静止して、た確率が高、ことを示す。この静止時間情報の使、方としては、例えば、以下のようなことが考えられる。

[0277] 有限長のバッファを用いた計算を行う場合、 3次元空間内で近、距離にあるデータを排除することで、ノッファ内のデータの冗長がなくなり、ノッファを効率よく使うことができる。近い距離にあるデータどうしを比較するときに、どちらのデータがより確からしいかを判定する基準が問題となる。ここで、付加された静止時間情報を比較することで、統計的な計算等を行うことなぐ簡単にどちらが確力もしいかを判定することがでさるよう〖こなる。

[0278] 上述した例では、測定データに静止時間情報を付加したが、一定間隔で測定を行つて、る場合には、静止して、ると判定されて力も次に静止して、な、と判定されるまでの間に何回測定を行ったかという回数を情報として付加しても良い。

[0279] つまり、本実施形態 6において、データ選択部 13, 40は、データ取得部 5A, 35A によって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、その差分が所定値を超えた場合に、基準となる出力データ、所定値を超える直前に取得された出力データ、又は基準となる出力データを取得して力差分が所定値を超える直前までの間に取得された出力データの内の任意の 1つの出力データ、又はその平均値を選択し、データ蓄積部 14, 41は、基準となる出力データを取得して力所定値を越える直前にデータを取得するまでの時間を、データ選択部 13, 40によって選択された出力データに付加するものである。

<具体的手法 >

図 29は、本発明の実施形態 6における 3軸出力データの概念図（その 1)である。ここでは説明を簡単にするために 1次元で表している。 [0280] 曲線 211は、加速度センサが受ける加速度の時間変化を示し、黒点 212は、 3軸カロ速度センサの出力データ取得のタイミングを示している。区間 213は m秒間、区間 21 4は n秒間だけ加速度センサの出力値が一定であることを示している。また、この場合、 m<nである。これらの区間では出力値が一定であることより加速度センサは静止していると見做すことができる。したがって、両データとも静止時の測定データとして用いることがでさる。

[0281] し力しながら、これらの測定データのうちどちらかを排除しなければならない場合、測定時間を比較し、静止時間の長い区間 214の測定データの方が確からしいとして区間 214の測定データを採用すればよい。出力値が一定であるかどうかを判定する閾値は、任意に設定することができる。

[0282] 図 30は、本発明の実施形態 6におけるデータを選択する手順を説明するためのフローチャートを示す図で、オフセット情報を取得するためのフローチャートである。

[0283] 図 30において、 Scur、 Sbase、 Sstatは 3軸加速度測定データを表し、これらは X、 Y、 Z、 tを成分とする構造体である。ここで Scurは最新の測定データ、 Sbaseは静止判定を行う基準点、 Sstatは静止していると判定された測定データを示す。 Scur(x) 、 Scur (y)、 Scur (z)、 Scur (t)はそれぞれ測定データ Scurの X、 Y、 Ζ成分を表すものとする。また、 Scur (t)はある基準点 Sbaseを測定した時刻から Scurを測定した時刻までに経過した時間 (継続時間情報）を示すものとする。 Scurが測定されるまでの Sbufは 3軸加速度測定データの配列を表し、 Sbuf[i]は配列内の i番目の要素を表すものとする。

[0284] 図 30において、初期設定として 3軸加速度測定データを取得して Sbaseに蓄積し、それと同時に現在の時刻を取得して Tbaseに蓄積する。この初期設定の時にかぎり S statに Sbaseの値を代入し、 Sstat (t)には 0を代入しておく（S421)。次に、再度 3軸加速度測定データと現在の時刻を取得し、それぞれ Scurと Tcurに蓄積する（S422

) o

[0285] 次に、 Sbaseと Scurの 3次元空間内での距離を計算する。このことを簡単にするためにマイナス演算子を用いて表記する（S423)。算出された距離が所定値 (dth)より小さければ最新の測定値 Scurを Sstatに代入し、 Sstat (t)には時刻 Tbaseと時刻 T curの差分、すなわち、 Sbaseを測定してから Scurを測定するまでの時間を蓄積する (S424) ₀一方、算出された距離が所定値以上であれば、加速度センサが動いたと見做し Sstat (t)の値を調べる（S425)。

[0286] 図 31は、図 30における S425の処理を実行する時点における各変数に蓄積された測定データの概念を表わす図である。ここでは説明を簡単にするために 1次元で表している。

[0287] 区間 215は加速度センサが静止していたことを示し、その時間は P秒であったとする。 Scur218を最新の測定データとすると、 Sbase216はその区間の開始時の測定データを示し、 Sstatは Scurが測定される一つ前の測定データを保持することとなる。さらに、 Sstat (t)には静止していた時間 P秒が保持されている。

[0288] Sstat (t)の値が所定値（tth)以下であれば Sbaseと Sstatを Scurで、 Tbaseを Tcu rで、 Sstat (t)を 0で上書きする（S426)。

[0289] Sstat (t)の値が所定値より大きい場合、データバッファ Sbuf内の測定データと Sst atの入れ替えを試みる（S427)。最後に、データバッファの更新が行われたかどうかを判定し（S428)、データバッファ内の個々の測定データからの距離のばらつきが最小になるような球体中心座標を求め、オフセットを推定する（S429)。データの測定が終了したかどうか判断し（S430)、終了していなければ上述した処理を繰り返す。

[0290] 図 32は、本発明の実施形態 6におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図で、図 30における S427の処理を詳細に説明したフローチャートである。

[0291] 最初に、データバッファ Sbuf内の測定データ Sbuf [i]と Sstatの 3次元空間内での距離を計算する（S431)。測定データ Sstatとデータバッファ Sbuf内の全ての測定データとの空間距離が所定値よりも大きい場合（S432)、データバッファ Sbuf内の適当な 1個のデータを Sstatで置き換える（S433〜S435)。

[0292] 一方でデータ Sbuf [i]と Sstatの空間距離が所定値以下の場合（S432)、それらの測定データの継続時間情報 Sbuf [i] (t)と、 Sstat (t)を比較する（S436)。 Sstat (t) の方が Sbuf [i] (t)以上の場合、 Sbuf [i]を Sstatで置き換える（S437)。 Sbuf [i] (t )が Sstat (t)より小さければ、データバッファ Sbufは更新せず、図 30における S427 の処理を終了する。

[0293] バッファ内から削除する測定データの選定方法の例として、継続時間情報を用いることも考えられる。データバッファ内の測定データのうち一番小さな時間を持つ測定データを削除しても良い。または Sstatとの空間距離が最も近い測定データ、又は最も古く取得された測定データ、または推定された球面又は楕円面力もの距離が最も離れている測定データを削除しても良い。

(実施形態 7)

[0294] 球面又は楕円面当てはめ計算において、加速度センサの出力データ（測定データ )が、 3次元空間内で正確に球面上又は楕円面上にあるならば、各測定点が球面上の狭、範囲に分布して、ても中心点を精度良く求めることは可能である。

[0295] この測定データは、ノイズや量子化誤差の影響を受けるため、たとえ加速度センサが静止していてもその測定データが正確に球面上にあることは稀である。測定点の分布が狭!、とこれらの誤差の影響を大きく受け、精度良、推定計算が行えな、と！、う問題がある。

[0296] し力しながら、測定データが 3次元空間内で十分広い範囲に分布していれば、これらの誤差の影響を小さくすることができる。すなわち、 3次元直交座標空間において、任意の線形軸を設定し、その軸上において最大又は最小に近い点データが分布するようにデータ蓄積を工夫すればよい。さらに、楕円面当てはめ計算においては、楕円体の長軸、短軸それぞれの両端に近い位置に一つ以上の測定データがあると、極めて精度の良、推定計算が行える。互、に直交した 3次元方向の加速度を検出するような 3軸加速度センサの出力においては、その出力データはその各測定方向成分すなわち測定軸のどれかを長軸又は短軸とするような楕円体上を分布するので、加速度センサの測定軸上での最大値、最小値となる成分を持つデータを用いることで、楕円面当てはめ計算の精度を高くすることができる。

[0297] 本実施形態 7では、加速度センサの測定軸及びそれらと線形関係にある軸を規定し、その軸上で最大又は最小となる出力データを優先的に蓄積することで、楕円面当てはめ計算において推定誤差が小さくなるようなデータ群を得ることを目的とする。

[0298] 例えば、推定する楕円体の長軸と短軸が 3次元直交座標系の X、 Y、 Ζ軸に一致する場合、測定データが各軸の最大と最小であるかを判定し蓄積してやればよい。ここで測定データを蓄積するバッファの数に注意する必要がある。

[0299] 軸上で最大と最小となる測定データを蓄積するだけならば軸の数の 2倍のデータバッファ長で足りる力軸の数のちょうど 2倍だけのデータノッファ長し力持たない場合、データバッファが一度最大と最小の測定データで満たされてしまうとデータバッファ内の測定データは入れ替わることが無くなってしまう。

[0300] 球体当てはめ及び楕円体当てはめ演算を行うことでオフセットと感度を推定する手法において、演算結果が信頼できるものであるかどうかを判断するには、同一でない測定データ群を用いたそれぞれの演算結果が十分近、値であるかどうかを判定すればよい。

[0301] し力しながら、データバッファ内の測定データが入れ替わらなければ球体及び楕円体当てはめ演算は常に同じ結果を返してしまうことになり、その演算結果が信頼できるものであるかどうかを判断することが困難となってしまう。

[0302] そこで、軸上の最大と最小以外の測定データを蓄積できるようにデータバッファに冗長性を持たせ、どの軸の最大でも最小でもな、と判定された測定データをこの冗長部に蓄積するようにすればよい。この冗長なデータバッファは、 FIFO方式で測定データを蓄積する。この結果、データバッファ全体としては静止時の測定データを得る毎に更新され、常に同一でない測定データ群を得ることができる。つまり、データ群が更新されるたびに毎回球体又は楕円体当てはめ計算を行い、その結果を評価することで、演算結果が信頼できるものかどうかを判断することができる。

<具体的手法 >

図 33は、本発明の実施形態 7におけるデータ変化判定部の具体的な構成図で、測定データ選択の具体的方法を示すものである。図 1におけるデータ記憶部 12とデータ選択部 13の詳細を表したものである。図中符号 220はデータ入力部、 221は軸比較部、 222は最大最小値用データバッファ、 223は FIFO型データバッファ、 224 は出力部を示している。

[0303] 感度補正計算部 11から出力された測定データは入力部 220にいつたん蓄積される。軸比較部 221は、入力部 220に記憶されている測定データと最大最小用データノッファ 222に蓄積されている測定データを比較し、入力部 220のデータがいずれかの軸上で最大又は最小であると判定したならば、その測定データを該当する最大最小用データバッファ 222内のデータと入れ替える。

[0304] この場合、入力部 220には最大最小データバッファ 222内に蓄積されていた測定データが新たに記憶される。最大最小用データバッファ内の全ての測定データと比較し終わると、結果として入力部 220にはどの軸上でも最大又は最小にならないデータが記憶されることとなる。入力部 220に記憶された最大又は最小でな、測定データは、 FIFOデータバッファ 223の初段に格納され、最後段に蓄積されていた測定データは破棄される。

[0305] 以上の手順が終了すると、出力部 224は、最大最小用データノッファ 222と FIFO 型データバッファ 223に蓄積されて、る測定データを基準点推定部 15に向けて出力する。

[0306] 図 34は、本実施形態 7において、データバッファ内の各測定データが 3軸加速度センサの各軸 X、 Υ、 Ζ軸のどれか一つに対して最大または最小となるデータを優先的に格納する手順を説明するためのフローチャートを示す図で、図 30に示した S427 の処理を詳細に説明したフローチャートである。

[0307] ここでは 3軸加速度センサの測定軸 X、 Υ、 Ζ軸に対して最大と最小の測定データを一つずつデータバッファ内に持ち、冗長なデータバッファを一つとする。その結果、データバッファ長は 7となる。

[0308] 最初に、データバッファ Sbuf内の測定データ Sbuf [i]と Sstatの 3次元空間内での距離を計算する（S442)。測定データ Sstatとデータバッファ Sbuf内の全ての測定データとの空間距離が所定値よりも大きい場合 (S443)、カウンタの値に基づいて条件判定を行う（S444)。

[0309] ここでカウンタの値に基づく条件とは i=0の場合は X軸の最大、 i= lの場合は X軸の最小、以下 Y軸最大、 Y軸最小、 Z軸最大、 Z軸最小とする。例えば、 i=0の場合、 Sbuf [0] (X)と Sstat (X)を比較し、 Sstat (x)の方が大きいならば Sbuf [0]と Sstat の値を入れ替える（S445)。したがって、 Sbuf [0]には常に X軸最大の測定データが蓄積される。 [0310] バッファ内の全てのデータを比較し終わると（S443〜S449)、 Sbuf [0]には X軸最大の測定データが、 Sbuf[l]には X軸最小の測定データ力以下 Y軸最大、 Y軸最小、 Z軸最大、 Z軸最小の測定データがバッファに蓄積される。

[0311] ただし、ここで示した条件とカウンタの対応は一例であり、その対応の順序はどのようにしてもよい。なぜならば、新たな測定データを得るごとにこれらのステップは繰り返されるため、ある軸の条件に当てはまった測定データでも、新たな最大又は最小のデータが入ってくることにより他の軸の条件で判定されるため、ある一つの測定データはバッファから削除されるまでの間に全ての条件において判定される力もである。

[0312] 本実施例 7では説明を簡単ィ匕するためにバッファ長を 6としたが、各軸の最大方向、最小方向に複数個の測定データを格納しても良い。複数個の測定データを格納した場合、軸付近における測定データを平均化することと同様の効果が期待できる。また、冗長なデータバッファについても、必ずしもひとつである必要はなぐ 2つ以上を持つようにしてもよい。

[0313] また、 3軸加速度センサの測定軸 X、 Y、 Ζ軸の線形結合で表される軸を新たに定義し、その上で最大、最小となる測定データを蓄積しても良い。この場合、ノッファ内の測定データを球面又は楕円面上に広く分布させるように蓄積できることが期待できる。

(実施形態 8)

[0314] 球体又は楕円体当てはめ計算を行うことで 3軸加速度センサのオフセットと感度を推定する手法において、 3軸加速度センサの各測定軸の感度にばらつきがある場合、加速度センサが静止している時の測定データは 3次元空間内で楕円体を形成するため、楕円体当てはめ計算の方が球体当てはめ計算よりも正確なオフセットと感度を推定できることが期待される。

[0315] し力しながら、楕円体当てはめ計算は、球体当てはめ計算よりも自由度が大きいため、データバッファ内の測定データが十分に分布していて、かつ十分な個数がないと精度のょ、推定計算が行えな、。特に加速度センサの出力に対して楕円体の当てはめ計算を行う場合、加速度センサが静止した時にしかデータを取得できな、と、う制約のため、楕円体を形成するのに十分な数の測定データを得るまでには長い時間がかかってしまう。そのため、加速度センサが携帯機器に搭載されているような場合に、早期にオフセットと感度の推定値を得るためには携帯機器を動力ゝしては止め、また別方向に動力しては止めると、つた意図的動作をユーザーに強、らな、限り早期に精度の良いオフセット推定を行うことは困難である。

[0316] そこで、データバッファ内の測定データ数が少ない場合や分布が楕円体当てはめ計算を行うには不十分な場合には球体当てはめ計算を行い、測定データ群の個数- 分布共に楕円体当てはめ計算を行うのに十分と判断した場合に楕円体当てはめ計算に切り替える。その結果、ユーザーは早期にオフセットと感度の概略の値を得ることが可能となり、楕円体当てはめ計算を行うのに十分な測定データが得られた時には、さらに正確なオフセットと感度の値を得られることが期待できる。

[0317] つまり、本実施形態 8において、基準点推定部 15, 42は、データ蓄積部 14, 41に蓄積されている出力データの個数又は 3次元直交座標空間における分布及びその両方から、基準点推定部 15, 42において球面又は楕円面を推定する力を予め判定し、どちらか一方を選択して推定するものである。なお、球面及び楕円面の両方を計算し、その結果に基づ、てどちらか一方を選択するようにしても良、。

<具体的手法 >

図 35は、実施形態 8における球体当てはめと楕円体当てはめの切り替えの具体的方法を説明するためのフローチャートを示す図で、図 30に示した S429の処理を詳細に説明したフローチャートである。

[0318] 最初に、データバッファ内に蓄積されている測定データ数とその分布を調べる（S4 50)。その結果、楕円体当てはめ演算を行うのに十分な測定データがあり、かつ測定データの分布が十分広いと判断したら楕円体当てはめ演算を行い（S451)、そうでなければ球体当てはめ演算を行う（S452)。どちらか一方の計算手法により推定されたオフセットと感度は確からしさを判定される (S453)。

[0319] 確力しさを判定する手法としては、例えば、実施形態 7で述べたように、異なる測定データ群から複数回推定計算を行、、それぞれの演算結果が十分近、値であることを判定しても良い。または加速度センサの製造ばらつきを考慮して、解の範囲を限定しても良い。 [0320] 確力も、と判定した場合は、オフセットと感度の値を更新する（S454)。

[0321] 本実施形態 8では、無駄な計算を省くために最初に球体あてはめ力楕円体あてはめかを判断して力推定計算を実行しているが、もし演算能力に余裕があるならば球体と楕円体の両方のあてはめ演算を行、確から、演算結果の方を選択してもよ、

[0322] 演算結果の確からしさを求める手法は、推定された球面又は楕円面と実際のデータ分布との距離を再計算し、その距離の総和又は最大最小値の差を用いるなど、様々な方法が考えられる。

[0323] なお、上述した実施形態 6乃至 8における温度特性への対応については、上述した実施形態 1乃至 5における温度特性への対応と同様に適用可能である。

産業上の利用可能性

[0324] 本発明は、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく 2軸又は 3軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができるようにした加速度計測装置に関するもので、加速度計測装置の使用時において、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく 2軸又は 3 軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、 2軸又は 3軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 2軸又は 3軸方向の加速度を検出する加速度センサと、

該加速度センサの 2軸又は 3軸の出力データを取得する出力データ取得手段と、該出力データ取得手段によって取得された出力データを蓄積する出力データ蓄積手段と、

該出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定手段と、

該基準点推定手段により推定された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正するオフセット補正手段と

を備えることを特徴とする加速度計測装置。

[2] 前記出力データ取得手段によって取得された出力データが適当であるか否かを判断して選択する出力データ選択手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを蓄積することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[3] 前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に直前に取得された出力データとの差分を計算し、該差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項 2に記載の加速度計測装置。

[4] 前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、該差分が所定値を超えた場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項 2に記載の加速度計測装置。

[5] 前記出力データ選択手段は、前記差分が連続して所定値以内であった回数又は時間情報を、前記出力データ選択手段によって選択された出力データに付加することを特徴とする請求項 3又は 4に記載の加速度計測装置。

[6] 前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって付加された回数又は時間情報に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データと、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのうちのいずれかを廃棄することを特徴とする請求項 5に記載の加速度計測装置。

[7] 前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって取得された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布に基づいて円又は球面を推定し、該円又は球面力所定距離以内にある出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項 2に記載の加速度計測装置。

[8] 前記出力データ選択手段は、前記円又は球面の半径を所定値として該円又は球面を推定することを特徴とする請求項 7に記載の加速度計測装置。

[9] 前記出力データ選択手段によって選択された出力データが、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データと比較して所定値以上変化したか否かを判定するデータ変化判定手段を備え、

前記出力データ蓄積手段は、前記データ変化判定手段の判定結果に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データか、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのどちらか一方を廃棄することを特徴とする請求項 2に記載の加速度計測装置。

[10] 前記出力データ蓄積手段は、前記加速度センサの測定軸と線形関係となる線形軸をあらかじめ定め、前記出力データ選択手段が選択した出力データと、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの中で、前記加速度センサの測定軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる出力データを選択的に蓄積することを特徴とする請求項 2に記載の加速度計測装置。

[11] 前記出力データ蓄積手段に蓄積される出力データは、前記測定軸又は前記線形軸の成分が最大又は最小となる出力データと、その他の一つ以上の出力データを蓄積することを特徴とする請求項 10に記載の加速度計測装置。

[12] 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に円または球面を定め、該円または球面の中心座標を前記基準点として推定するもので、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記円又は球面の中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[13] 前記基準点推定手段は、前記基準点の座標値を、前記所定数の出力データの各々力前記基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定することを特徴とする請求項 12に記載の加速度計測装置。

[14] 前記基準点推定手段は、前記所定数の出力データの各々から前記基準点までの距離のばらつきを、所定の代表値に対するばらつきとすることを特徴とする請求項 13 に記載の加速度計測装置。

[15] 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める楕円または楕円面を定め、該楕円または楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定するもので、

前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記楕円または楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データの感度及びオフセットを補正することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[16] 前記基準点推定手段は、前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を、前記所定数の出力データの各々が前記楕円又は楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定することを特徴とする請求項 15に記載の加速度計測装置。

[17] 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている 3軸の出力データの個数又は 3次元直交座標空間における分布およびその両方から、前記基準点推定手段において球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[18] 前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、

前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、

前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記所定の温度区分別に蓄積し、

前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された当該温度区分の所定数の出力データ力前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、

前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[19] 前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値と該当する前記所定の温度区分との関係に基づ!、て補正した後に、前記所定の温度区分別に蓄積することを特徴とする 18に記載の加速度計測装置。

[20] 前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、

前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段又は前記出力データ取得手段によって選択された出力データを蓄積する時に前記温度検出手段によって検出された温度値を一緒に蓄積し、

前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された出力データ力対応する前記温度値が当該温度区分にあるものを所定数選択して前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、

[21] 前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセット若しくは感度及びオフセットを補正することを特徴とする請求項 18, 19又は 20に記載に記載の加速度計測装置。

[22] 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の 3 軸の出力データの前記 3次元直交座標空間における分布について各座標軸に対するばらつきを計算し、前記各座標軸に対するばらつきの最小値が所定値以下であるときは、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の 3軸の出力データから前記ばらつきが最小値となる座標軸の出力データを除いた残りの 2軸の出力データについて、各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面における分布から、前記 2次元直交座標平面上に定める基準点の座標値若しくは楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、

前記オフセット補正手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの 2軸の出力データのオフセット若しくは感度とオフセットを補正することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[23] 前記基準点推定手段は、前記加速度センサが所定の一姿勢を保持して!/、る状態において前記出力データ取得手段によって出力データを取得し、前記出力データの各軸成分を座標値としたときの 2次元又は 3次元直交座標空間における位置、及び前記所定の一姿勢を保持して、る状態にぉ、て前記加速度センサが検知して、ると予想される重力加速度の各軸成分の値から、前記直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。

[24] 前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、

前記基準点の座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、

該温度別補正データ記憶手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記基準点の座標値を前記所定の温度区分別に記憶し、

前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正することを特徴とする請求項 23に記載の加速度計測装置。

[25] 前記基準点推定手段は、該基準点推定手段によって推定された直近の所定数の基準点の座標値若しくは楕円又は楕円面の中心座標値のばらつきを算出し、前記ばらつきが所定値よりも大きい場合は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の中心座標値を破棄することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置

[26] 前記基準点推定手段は、前記 2次元又は 3次元直交座標空間において推定された前記基準点から前記所定数の出力データの各々までの距離若しくは推定された楕円又は楕円面の各主軸の長さが所定範囲外であった場合、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を破棄することを特徴とする請求項 1に記載の加速度計測装置。