WO2007077859A1

WO2007077859A1 - 加速度計速装置

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Publication number: WO2007077859A1
Application number: PCT/JP2006/326015
Authority: WO
Inventors: Toru Kitamura; Masaya Yamashita
Original assignee: Asahi Kasei Emd Corporation
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2007-07-12
Also published as: US7881900B2; CN101356442B; EP1970713A4; JPWO2007077859A1; KR101012716B1; US20090133466A1; EP1970713A1; JP4663738B2; EP1970713B1; CN101356442A; KR20080055881A

Abstract

　多軸成分を含む複数の加速度データからなる加速度データ群の各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間上における分布と、該加速度データ群に付随する重要度群とから、２次元又は３次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定し、その推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて各加速度データを補正する。

Description

明細書

加速度計速装置

技術分野

[0001] 本発明は、多軸の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、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなぐ 2軸又は 3軸の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軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を速やかに取得することができるようにした加速度計速装置に関する。

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] 加速度を検知し、電圧に変換して出力する 3軸加速度センサにおいて、各軸方向の感度を r , r , r、各軸のオフセットを x , y , zとすると、加速度 a , a , aに対する加速度センサの出力 x, y, zは次式のように表される。

[0004] [数 1]

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しい温度特性を有する。加えてオフセットの温度特性は、ばらつきが大きいことが多い。

[0005] 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)。

[0006] つまり、出荷前の検査工程において、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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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)。

[0013] 加速度計測装置の使用の都度、例えば、図 7A〜図 7F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] X：図 7Aの姿勢における X軸測定値

X：図 7Bの姿勢における X軸測定値

2

y：図 7Cの姿勢における y軸測定値

y：図 7Dの姿勢における y軸測定値

2

z：図 7Eの姿勢における z軸測定値

z：図 7Fの姿勢における z軸測定値

2

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] [数 2]

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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 上記の問題を解決した、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がある (特許文献 4参照)。

[0019] 特許文献 4に記載の加速度計速装置は静止時の加速度データを用いて、オフセットもしくはオフセットと感度との両方を推定する。

[0020] 加速度 aは、運動加速度 kと重力加速度 gに分解できる。重力加速度 gは一定なので、

[0021] [数 3]

|g| = g =const = g_r + g _v + g, 運度加速度が 0の場合 (等速度運動、ある!/、は静止)加速度センサの各軸の感度が同じ (r)なら、加速度センサの測定出力値 (X, y, z)は、球面上に分布する。

[0022] 画

■ゥ ■ゥ .- つつ

_ .ΐ₀ ) + { y - y₀ ) + (二—二。) = r ^g - 上式 (数 4)によれば 4個の異なる測定点力オフセット (X , y , z )、及び感度 (r) が推定可能だが、実際には加速度センサの出力にはノイズが重畳されており、以下のような統計的手法を用いて推定したほうが好ましい。 N個の加速度センサの測定値 (X , y , z、 i=l〜N)【こ対して、

[0023] [数 5]

)' + (ヌ ί - y₀ )— + f~g

を定め、 ε iのばらつきを最小にするようなオフセット、及び感度を推定する。ばらつきを ε の自乗の和と定義すれば、オフセット、及び感度は次式で求められる。

[0024] [数 6] 一

+ iノ： 1 '； A- つ.、，. 一

+ '/ + ^ζί 11 ~

[0025] [数 7]

'"² =— {(^λ' -λ¾)" + (> - >'().)" + )"} ここで、

[0026] 画

X 2ί

運度加速度が 0(等速度運動、あるいは静止）で、加速度センサの各軸に感度差がある場合、測定出力値 (X, y, z)は、楕円体上に分布する。

[0027] [数 9]

[^χ -^χο ) ( 一）'。)— 2

上式 (数 9)によれば 6個の異なる測定点力オフセット、及び感度が推定可能だが、実際には加速度センサの出力にはノイズが重畳されており、以下のような統計的手法を用いて推定したほうが好ましい。 N個の加速度センサの測定値 (X, y, z、 i=l 〜N)に対して、

[数 10]

s_t = X + BY, + CZ_l + DU_t +El) + FW_i-G

を定め、 ε iのばらつきを最小にするようなオフセット、及び感度を推定する。ばらつきを ε の自乗の和と定義すれば、 Β, C, D, Ε, F, Gは次式で求められる。

[数 11]

( - f

χ,-χ

[0030] [数 12]

G = X + BY + CZ +DU + EV + FW

ここで、

[数 13]

X = W =■

Β, C, D, Ε, F, Gが求められた後、次式でオフセット、及び感度が求められる

[0032] [数 14] ' —— [) _ _ E _ _ F

-¾— ~' o— o— ゥぐ，' 2 = G + ¾f + ¾)- +〔 , ？ ² = ^-, r =

し

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

特許文献 4：特願 2005— 056597号公報

発明の開示

[0033] し力しながら、従来のこの種の加速度計速装置は、以下のような欠点を有している。

[0034] 1)加速度計速装置を使用者が自然に操作した場合、静止時の加速度データは一般に取得し難い。

[0035] 2)取得される静止時の加速度データは同じような姿勢で取得されたデータである場合が多ぐ複数の姿勢での静止時の加速度データを取得するには長い時間がかかってしまう。

[0036] 3)温度が変化して明らかにオフセットが変化してしまった場合、今まで取得したデータを破棄して、また、長い時間かけてデータを取得しなおさなくてはならない。あるいは、加速度計測装置に、 EEPROM等の記憶手段を搭載して適当な温度区分毎にそれまでに取得した全測定データ、または、推定されているオフセットおよび感度を記憶しておかなくてはならな、。

[0037] そこで、本発明の目的は、加速度計速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て取得することで、 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もしくはオフセットと感度の両方を速やかに取得することが出来るようにした加速度計測速装置を提供することにある。

[0038] 本発明は、 2軸又は 3軸方向の加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段が検出した 2軸又は 3軸加速度データを取得する加速度データ取得手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データの重要度を算出する重要度算出手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上における分布と、該 2軸又は 3軸加速度データ群に対応する前記重要度算出手段によって算出された異なる値の重要度を含む重要度群とから、前記 2次元又は 3次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する基準点推定手段と、前記推定手段によって推定された前記基準点と前記各軸の基準長とに基づいて、前記加速度データ取得手段によって取得された各加速度データを補正するオフセット補正手段とを具えることによって、加速度計測速装置を構成する。

[0039] 前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、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基準点に基づいて、前記 2軸又は 3軸の加速度データのオフセットを補正してもよ、。

[0040] 前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、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基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正してもよい。

[0041] 前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された所定数 Mの加速度データ群の代表値を算出する代表値算出手段と、前記代表値算出手段によって算出された代表値の第 1の重要度を算出する第 1の重要度算出手段と、前記代表値算出手段によって算出された代表値と、該代表値に対応する前記第 1の重要度および付加情報を蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された前記代表値に対応する第 1の重要度と前記付加情報とから、前記代表値に対応する第 2の重要度を算出する第 2の重要度算出手段とを具え、前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値の、各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度とから、前記 2 次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定してちょい。

[0042] 前記第 2の重要度算出手段は、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された付加情報から算出した重要度と、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された第 1の重要度とから前記第 2の重要度を算出してもよい。

[0043] 前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値群の 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、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基準点に基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度データのオフセットを補正してもよ、。

[0044] 前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値群の 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、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基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正してちよい。

[0045] 前記代表値算出手段は、前記所定数 Mの加速度データ群の平均値を代表値として算出してもよい。

[0046] 前記第 1の重要度算出手段は、前記所定数 Mの加速度データ群のばらつきを算出する手段と、前記ばらつきが小さくなるほど高い重要度 Aを算出する手段とを含んでもよい。

[0047] 前記ばらつきは、前記所定数 Mの加速度データ群の各軸の分散の和、又は前記各軸の分散の最大値としてもょ、。

[0048] 前記ばらつきは、前記所定数 Mの加速度データ群の各軸の最大値と最小値との差の 2乗和、又は前記各軸の最大値と最小値との差の最大値の 2乗としてもよい。

[0049] 前記付加情報の 1つは、前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記加速度データ群を前記加速度検出手段が検出したときの温度であり、前記第 2 の重要度算出手段は、前記付加情報としての 1つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での温度と、該第 2の重要度算出手段により重要度算出中の時点での温度との差が大きくなるほど低い重要度 Bを算出する手段を具えてもよい。

[0050] 前記付加情報の 1つは、前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記データ群を前記加速度検出手段が検出したときの時間であり、前記第 2の重要度算出手段は、前記付加情報としての 1つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での時間と、該第 2の重要度算出手段により重要度算出中の時点での時間との差が大きくなるほど低い重要度 Cを算出する手段を具えてもよい。

[0051] 前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当である力否かを選択する選択手段をさらに具え、前記選択手段は、前記第 1の重要度算出手段によって算出された第 1の重要度が、所定値より高い場合に、前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であると判断して選択してもよい。

[0052] 前記蓄積手段は、前記加速度検出手段の検出軸と線形関係となる線形軸を予め定め、最大値を比較するときは、前記代表値から該代表値に対応する前記第 2の重要度を引いた値同士で比較し、最小値を比較するときは、前記代表値と該代表値に対応する前記第 2の重要度を足した値同士で比較し、前記選択手段が新たに選択した代表値と、前記蓄積手段に蓄積されている代表値の中で、前記加速度検出手段の検出軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる代表値を選択的に蓄積するようにしてもよい。

[0053] 前記加速度データ取得手段によって得られた加速度データ群の前記重要度で重み付けした個数と、該加速度データ群の前記重要度で重み付けした各軸成分の和と、該加速度データ群の各軸成分の自乗を前記重要度で重み付けした値の和と、前記基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、前記基準点と基準長とを保持する加工データ保持手段と、前記加速度データ取得手段によって得られた最新のデータと該データに対応する前記重要度算出手段によって算出された重要度と、前記加工データ保持手段が保持する直近の各種加工データとから、前記基準点と各軸の基準長とを推定してもよ!/、。

[0054] 本発明によれば、複数の 2軸又は 3軸加速度データ力なる加速度データ群の各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上における分布と、該加速度データ群に付随する重要度群とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定し、その推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて加速度データを補正するようにしたので、カロ速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなぐ 2軸又は 3軸の加速度センサの出力データを繰り返し取得して、 2軸又は 3軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。

[0055] また、本発明によれば、取得された所定数 Mの加速度データ群の代表値を算出し、代表値の第 1の重要度を算出し、代表値が適当である力否かを選択し、該選択された代表値と、該代表値に対応する第 1の重要度および付加情報 (時間や温度等）を蓄積し、蓄積された代表値に対応する第 1の重要度と付加情報とから代表値に対応する第 2の重要度を算出し、蓄積された所定数 Nの代表値の各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する所定数 Nの第 2の重要度とから、 2次元又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定するようにしたので、温度が変化して明らかにォフセットが変化してしまった場合でも、オフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、発明の第 1の実施形態である、加速度計速装置の基本的構成例を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本発明の第 2の実施形態である、有限長基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、検出軸および線形軸の最大値、最小値を蓄積しておくのに適した蓄積部としてのバッファの構成例を示す説明図である。

[図 4]図 4は、蓄積部に格納されているデータを取捨選択するための処理例を示すフローチャートである。

[図 5]図 5は、本発明の第 3の実施形態である、無限長基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 4の実施形態である、有限長および無限長の基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。

[図 7A]図 7Aは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

[図 7B]図 7Bは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

[図 7C]図 7Cは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

[図 7D]図 7Dは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

[図 7E]図 7Eは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

[図 7F]図 7Fは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態 [0057] 以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

[0058] [第 1の例]

本発明の第 1の実施の形態を、図 1に基づいて説明する。

[0059] 本発明に係る加速度計速装置の詳細な説明を行う前に、本例では、加速度計速装置の基本的な構成について概略説明する。

[0060] <概略構成 >

図 1は、本発明に係る加速度計速装置の概略構成を示す。

[0061] 加速度計速装置は、加速度検出部 1と、加速度データ取得部 2と、重要度算出部 5 および基準点推定部 6と、オフセット補正部 4とから構成される。

[0062] <概略動作 >

本加速度計速装置の基本的な動作にっ、て説明する。

[0063] 加速度検出部 1は、 2軸又は 3軸方向の加速度を検出する。

[0064] 加速度データ取得部 2は、加速度検出部 1により検出された加速度を加速度データとして取得する。

[0065] 基準点推定部 3は、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上における分布と、該加速度データ群に付随する重要度群とから、 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。

[0066] ここで、重要度算出部 5は、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データに対応する重要度を算出する。

[0067] 基準点推定部 6は、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データ群の各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上における分布と、該各加速度データに付随する重要度算出部 5によって算出された重要度群とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。

[0068] オフセット補正部 4は、推定部 3によって推定された基準点と各軸の基準長とに基づ、て、加速度データ取得部 2によって取得された各加速度データを補正する。 [0069] このような基本的な動作を行うことができる力さらに、基準点推定部 3では、以下のような動作を行うことも可能である。

[0070] (球当てはめ例）

補正例として、基準点推定部 6において、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データ群の 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に円又は球面を定め、円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された中心座標を基準点とし、半径を各軸の基準長とする。これにより、オフセット補正部 4では、基準点推定部 6により推定された基準点に基づいて、 2軸又は 3軸の加速度データのオフセットを補正することができる。

[0071] (楕円当てはめ例）

他の補正例として、基準点推定部 6において、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データ群の 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する重要度算出部 5によって算出された重要度群とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された中心座標を基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とする。これにより、オフセット補正部 4では、基準点推定部 6により推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて、 2軸又は 3軸の加速度データのオフセットおよび感度を補正することができる。

[0072] 以上のような構成および動作することにより、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなぐ 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して、 2軸又は 3軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。

[0073] 以下、本発明に係る加速度計速装置の詳細な説明を行う。

[0074] [第 2の例]

本発明の第 2の実施の形態を、図 2〜図 4に基づいて説明する。なお、前述した第 1の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。 [0075] (有限長 DOE)

<構成>

図 2は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。

[0076] 加速度計速装置は、加速度検出部 1と、加速度データ取得部 2と、有限長基準点推定部 10と、オフセット補正部 4とから構成される。以下の説明では、有限長基準点推定部 10以外の構成部分についての説明は省略する。

[0077] 有限長基準点推定部 10について説明する。

[0078] 有限長基準点推定部 10は、代表値算出部 11と、第 1の重要度算出部 12と、データ選択部 13と、蓄積部 14と、第 2の重要度算出部 15と、第 1の基準点推定部 16とからなる。

[0079] 代表値算出部 11は、加速度データ取得部 2によって取得された所定数 Mの加速度データ群の代表値を算出する。

[0080] 第 1の重要度算出部 12は、 L個の重要度算出部 (A1〜AL) 12aと、全重要度算出部（1) 12bとを有し、代表値算出部 11によって算出された代表値の第 1の重要度を算出する。

[0081] データ選択部 13は、代表値算出部 11によって算出された代表値が適当であるか否かを選択する。

[0082] 蓄積部 14は、データ選択部 13によって選択された代表値と、該代表値に対応する前記第 1の重要度および付加情報を蓄積する。

[0083] 第 2の重要度算出部 15は、重要度算出部（B) 15aと、重要度算出部（C) 15bと、全重要度算出部 (2) 15cとを有し、蓄積部 14に蓄積された代表値に対応する第 1の重要度と付加情報とから、代表値に対応する第 2の重要度を算出する。

[0084] 第 1の基準点推定部 16は、蓄積部 14によって蓄積された所定数 Nの代表値の、各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する第 2の重要度算出部 15によって算出された所定数 Nの第 2の重要度とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。

[0085] <動作 > 本装置の動作につ!、て説明する。

[0086] 加速度検出部 1では、加速度センサによって加速度を検出し、その検出値を電圧に変換する。

[0087] 電圧に変換された加速度は、加速度データ取得部 2で増幅、フィルタリング等が施され、さらに、 AD変換されて、加速度データとして取得される。加速度データは、主に加速度センサの各軸の感度差およびオフセットの影響で、真の加速度が各測定軸方向に異なる比率で伸縮され、さらに、オフセットが重畳された値となる。また、加速度データには、量子化誤差やノイズが含まれる。

[0088] 代表値算出部 11では、連続して検出された所定数の加速度データ群の代表値が計算される。代表値は、第 1の基準点推定部 16でオフセットおよび感度を推定する際に用いられ、球面上あるいは楕円体面上に分布しているべき値であり、重力加速度データであることが好まし、。

[0089] しかし、通常運動加速度と重力加速度とを分離することはできな、ので、代表値を算出するための効果的な指針はない。

[0090] そこで、代表値は、連続して検出された所定数の加速度データ群の平均値、中央値、あるいは特定の順番の加速度データ等にしておく。所定数力^の場合は、出力データがそのまま代表値となる。代表値に加速度データ群の平均を用いる場合は、もしそれらの加速度データ群が静止時に得られた値であるなら、ノイズの影響を低減することができるので、オフセットおよび感度の推定精度を高めることができる。

[0091] 第 1の重要度算出部 12において、代表値の重要度が計算される。重要度は、 S の重要度算出部 (A1〜AL) 12aにより異なる複数の方法で算出され、全重要度算出部（1) 12bにおいて組み合わされ、結果として全重要度 1が算出される。

[0092] 重要度は、第 1の基準点推定部 16が基準点を推定する際に用いる代表値の重要度を表す値で、重要度が高い代表値ほど基準点推定に優先的に用いられる。加速度は、通常運動加速度と重力加速度との和であるが、加速度センサのオフセットおよび感度を求める際には、前述したように重力加速度が球面上、あるいは楕円体面上に分布することを利用する。従って、運動加速度が小さなデータほど、オフセット及び感度推定には適している、すなわち、重要度が高い。 [0093] 従って、例えば、代表値を計算した所定数のデータ (あるいはそれを含む所定数より多いデータ、あるいは所定数のデータの一部のデータ）の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ代表値には大きな運動加速度が含まれている可能性が大きいとして重要度を低ぐ逆に小さければ代表値は静止時に取得されたデータから計算された可能性が高いので重要度を高くする。重要度は、分散の逆数を基礎とする概念であることを後で示す。重要度として、各軸の分散の最大値の逆数を選ぶことちでさる。

[0094] また、代表値を計算した所定数のデータ (ある!/、はそれを含む所定数より多!、データ、あるいは所定数のデータの一部のデータ）の各軸の最大値と最小値との差の自乗和の逆数、あるいは各軸の最大値と最小値との差の最大値の自乗の逆数としてもょヽ。限られた計算能力しか持たな、システムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値から重要度を計算する方が有利である。

[0095] 重要なことは、重要度を正確に求めることではなくて、素性の良、データ（重力加速度のみを表すデータ）とそうでな、データとの重要度に有意な差を付けることである。

[0096] 具体的には、上述の重要度（ΐΖ σ ²)は次式で求める。

[0097] [数 15]

1

ΐ7_τ" +び — +び _—

1

/· 1 1 1 '

max 1 <7_T び _v - _;び—つ

重要度 =一

1

■ ₍

-½MX^— "nun J + J in; ix ,'.ιιω に）

1

max ■ ¾mi ) ( ina ― J nun ) ( x― ½ii

[0098] ここで、 σ , σ , σ は上記各軸の分散、 χ , x , y , y , z , z はそれぞ

z max mm max mm max min

れ各軸測定値の最大値、最小値である。

[0099] データ選択部 13は、一般に複数の小データ選択部より構成され、全ての小データ選択部で選択された代表値のみが選択される。データ選択部 13では、計算された代表値が基準点推定に適して、るかどうか判断し、適当と判断した代表値を選択する。通常、基準点推定に用いる代表値の数は有限なので、ここで、素性の悪いデータを破棄する。取捨選択の方法としては、例えば、全重要度 1が予め定めた所定値以上である代表値を選択する。全重要度 1があまりにも小さな代表値は、誤ったオフセット及び感度を推定する可能性が大きいので、破棄する。また、直前に選択した代表値

、あるいは蓄積部に蓄積されている全ての代表値と、新たにデータ選択部 13に入力された代表値の距離 (測定値空間上のノルムでもよ!/、し、各軸の座標軸の差の絶対値の最大値でもよ、）を比較し、予め定めた所定値以上であるデータを選択する。

[0100] 蓄積部 14では、データ選択部 13で選択された代表値と、その代表値に付随する全重要度 1と、全重要度 2の算出に必要な付加情報とが蓄積される。

[0101] 付加情報としては、代表値算出に用いた加速度データ群を加速度センサが測定したときの時間や温度を用いることができる。

[0102] 球体又は楕円体への当てはめ計算において、加速度データが、 3次元空間内で正確に球面上又は楕円体面上にあるならば、各測定点が球面上あるいは楕円体面上の狭い範囲に分布していても中心点を精度良く求めることは可能である。しかし、加速度データは、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。

[0103] 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。測定データが 3次元空間内で広い範囲に分布するようデータを取捨選択して蓄積する手法が特許文献 4に提案されている。

[0104] 特許文献 4では、 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、て最大又は最小に近、点のデータを蓄積するようにして、る。

[0105] 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、極めて精度の良い推定計算が行える。互いに直交した 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、加速度データは測定軸のどれかを長軸又は短軸とするような楕円体上に分布するので、加速度センサの測定軸上 (すなわち 3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、楕円体当てはめ計算の精度を高くすることができる。

[0106] 加速度センサの 3軸測定軸を X, Υ, Zとすると、線形軸として、

X+Y+Z, -X+Y+Z, -X-Y+Z, X-Y+Z

を力！]えた 7軸、更に

X+Y, -X+Y, X+Z, -X+Z, Y+Z, -Y+Z

をカロえた 13軸などが効果的である。

[0107] 重要度は、後述するように代表値の分散を基礎とする値であり、代表値が存在しうる範囲に関係する。従って、蓄積部 14に蓄えられたデータの選択をする際に、最大値は、代表値が取り得る最小の値同士で比較し、最小値は代表値が取り得る最大の値同士で比較する。つまり、代表値が存在しうる範囲の最悪値で比較する。このように比較することによって、例えば、ある代表値が運動加速度を含むため大きな値になつたとしても、重要度が低くその代表値が取り得る最小値が、適正な値より小さければ、何れこの代表値は蓄積部から排除されることになる。

[0108] 1例として、 3軸の加速度センサの測定軸 X, Υ, Zの最大値、最小値を選択的に蓄積する場合について述べる。

[0109] 図 3は、検出軸および線形軸の最大値、最小値を蓄積しておくのに適した蓄積部 1

4としてのバッファの構成例を示す。

[0110] 蓄積部 14は、図 3のような代表値を選択的に格納する配列数 6以上のノッファを持つ。すなわち、配列番号 0には、

X軸測定値 1Z全重要度 2

が最大のデータ（代表値 XMAX)、配列番号 1には、

X軸測定値 + 1Z全重要度 2

が最小のデータ（代表値 XMIN)、配列番号 2には、

Y軸測定値 1Z全重要度 2

が最大のデータ（代表値 YMAX)、（以下同様）、に格納されている。バッファの配列数が 6を越える場合、上記以外に自由に代表値を格納して構わない。

[0111] バッファにはそれぞれの代表値に対応する全重要度 1、代表値を計算するために用いられた加速度データが取得された温度、時間も格納しておく。 [0112] 図 4は、蓄積部 14に格納されているデータを取捨選択するための処理例を示す。

[0113] データ選択部 13で新たに代表値が選択された場合 (ステップ S1)、まず、新たな代表値の全重要度 2が計算される (ステップ S2)。そして、各配列の代表値の全重要度

2が再計算される (ステップ S3〜ステップ S5)。新たな代表値と各配列の代表値との大小が比較される。比較は、配列番号の小さな順に行われ、上述のように、配列番号 i=0と比較するときは、

X軸測定値 1Z全重要度 2

で、配列番号 i= lと比較するときは、

X軸測定値 + 1Z全重要度 2

で、（以下同様)比較する (ステップ S6〜ステップ S8)。

[0114] 比較の結果、配列に格納されていた代表値より新たな代表値の方が適していると判断された場合には、配列に格納されていた代表値と新たな代表値とを交換し、次の配列番号の代表値との比較を続ける。配列番号 i= 5まで比較が終わった時点で選択を終了する（ステップ S9〜ステップ S 10)。

[0115] 第 2の重要度算出部 15では、蓄積部 14に蓄積された全重要度 1と、温度および時間とから、重要度算出部 15a, 15bにて算出される重要度を組み合わせて、全重要度 2を算出する。

[0116] 一般に加速度センサのオフセットおよび感度は、温度特性を持つ。球体当てはめや楕円体当てはめでオフセット及び感度を推定するシステムでは、温度が変動したときは、データを始めから収集しなおす必要がある。一度取得したデータを無駄にしないために、蓄積部 14に温度毎にバッファを用意するという方法がある力その分だけ余計に記憶領域を必要とする。温度変動と共に変動後のデータを再取得し、充分速やかにオフセットおよび基準点を再計算できれば、このような手法を用いる必要がない。温度変動による加速度センサのオフセット変動は、一般に加速度センサの仕様で規定されており、 1°Cあたりのオフセット変動の最悪値 (C )はわかる。重要度算出

Te

部 2において、温度から重要度（ΐΖ σ ²)を例えば以下のように算出する。

Te

[0117] [数 16] ここで、 τ , τはそれぞれ、蓄積部に格納されている代表値、現在の温度 (すなわ i 0

ち、重要度算出中の現時点での温度)である。

[0118] 最新の代表値の温度 (すなわち、大抵の場合、現在の温度）と、蓄積部 14に蓄積されている代表値の温度とが、離れれば離れるほど、蓄積部の代表値の重要度は低く見積もられる。重要度の低くなつた蓄積部に蓄積されている代表値は、前述したように (加速度センサの検出軸および線形軸の全重要度 1を加味した最大値、最小値を選択的に蓄積していくようなシステムにおいては)新たな代表値と交換され易くなる。

[0119] 一度蓄積された代表値の重要度を時間と共に低くしていくと、加速度センサを含むシステムの特性の経時変化に対応できる。また、例えば加速度センサが回転しながら自由落下していく場合、取得される加速度データは遠心力のみである（重力加速度は 0)ため、加速度データは重力加速度の測定データが描くべき球面あるいは楕円体面上にのらない。充分に長い時間回転しながら自由落下したときは重要度算出部で算出される分散は 0に近ぐ従って非常に高い重要度となり、取得されたデータは長い間蓄積部に残ってしまう可能性がある。時間と共に、重要度を低くしていくことによって、このようなデータを有限の時間内で排除することができる。また、予想できない要因によりシステムの特性が変化しても、蓄積部に蓄積されている代表値を有限の時間内で入れ換えることができる。

[0120] 第 2の重要度算出部 15において、時間から重要度（ΐΖ σ ²)を、例えば以下のよう

ti

に算出する。

[0121] [数 17]

1 1

⁽- ti \^†i ~ ^†Q ここで、 t i , t 0はそれぞれ、蓄積部に格納されている代表値、現在の時間（すなわち

、重要度算出中の現時点での時間）であり、 c tiは比例係数である。

[0122] 最終的に全重要度 1と温度力も算出される重要度 (数 16)と時間から算出される重要度 (数 17)とを組み合わせて全重要度 2が算出される。 [0123] 例えば、

[0124] [数 18]

1 1

全重要度 2IV 全重要度 σ Te

第 1の基準点推定手段では、蓄積部に蓄積された代表値と、重要度算出手段 2で算出された全重要度 2を用いて、加速度センサのオフセット及び感度が算出される。

[0125] 加速度センサの各軸の感度が同じ (r)場合、 N個の加速度センサの測定値 (X, y, z )を用いて、加速度検出手段のオフセット及び感度は次式で算出される。

[0126] [数 19]

N Ν Ν ^

1

Σュ ) 2 。

§ ' ⁽

Ν

∑ 1 ^ -,

び' .

N

— x + v_;- + r (_Λ- v)

'^^ΑΝ^ΧΝ^^ΒΝ

[0127] [数 20]

[0128] ここで、例えば、

[0129] [数 21]

Ν / Ν は個々の測定値， y., に対して、次式の ε _; (即ち、重力加速度データが描くべき球面と実際の加速度データの間の距離の 2乗)の分散を表す。

[0130] [数 22] ε, = \^χ, -^χ )' +丄び (—)Ί - )Ό )' +(^zi- ^ζο ) -'ー

(数 19)、（数 20)は、分散が大きなデータほど、オフセットおよび感度を求める際の影響度が小さ、ことを示して、る。

[0131] 全ての加速度データの分散を 1にすると、（数 6)、（数 7)の方法と一致する。

[0132] 加速度センサの各測定軸に感度差が存在する場合、 N個の加速度センサの測定値 (X, y, z)を用いて、加速度検出部 1のオフセットおよび感度は、次のように算出される。

[0133] まず、次式でパラメータ B, C, D, E, F, Gを求める。

[0134] [数 23]

^M_NP_N=Q_N

G = X +ΒΫ +CZ + DU+ EF + FJV

A j ― X — }'i L し i— ή ^ /― }'i ^ ^ i—

m a v ■ " '一'リ，

N N

次に、次式でオフセットおよび感度を計算する。

[0135] [数 24] 0

; - = G + ₀-+5y₀- +(；¾", r_v~ =

B C σ iは個々の測定値， y., z)に対して、次式の ε (D

[0136] [数 25] ε_} = X_t + BY_t + CZ_} + DU₁ + EV₁ + FW_t - G

[0137] の分散を表す。（数 23)は、分散が大きなデータほど、オフセット及び感度を求める際の影響度が小さ、ことを示して、る。

[0138] 全ての加速度データの分散を 1にすると、（数 11)、（数 12)の方法と一致する。

[0139] オフセット補正部 4は、加速度データ取得部 2で得られたデータを、第 1の基準点推定部 16で推定されたオフセットおよび感度を用いて補正し、補正された真の加速度を算出する。

[0140] 補正は (数 1)を逆算することにより、

[0141] [数 26]

[0142] 以上説明したように、取得された所定数 Mの加速度データ群の代表値を算出し、代表値の第 1の重要度を算出し、代表値が適当である力否かを選択し、該選択された代表値と、該代表値に対応する第 1の重要度および付加情報 (時間や温度等)を蓄積し、蓄積された代表値に対応する第 1の重要度と付加情報とから代表値に対応する第 2の重要度を算出し、蓄積された所定数 Nの代表値の各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する所定数 Nの第 2の重要度とから、 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定するようにした。

[0143] これにより、温度が変化して明らかにオフセットが変化してしまった場合でも、今まで取得して!/、た全データを破棄させたり、長、時間かけてデータを取得し直す必要がなくなるため、加速度計速装置の温度が変化したときにオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。

[0144] [第 3の例]

本発明の第 3の実施の形態を、図 5に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0145] (無限長 DOE)

<構成>

図 5は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。

[0146] 加速度計速装置は、加速度検出部 1と、加速度データ取得部 2と、無限長基準点推定部 20と、オフセット補正部 4とから構成される。以下の説明では、無限長基準点推定部 20以外の構成部分についての説明は省略する。

[0147] 無限長基準点推定部 20について説明する。

[0148] 無限長基準点推定部 20は、重要度算出部 21と、記憶部 22と、第 2の基準点推定部 23とからなる。

[0149] 重要度算出部 21は、 L個の重要度算出部（1〜L) 21aと、全重要度算出部 21bとを有し、加速度データ取得部 2によって取得された加速度データから、該加速度データ群に付随する重要度を得るために、 2軸又は 3軸の各加速度データの重要度を算出する。

[0150] 記憶部 22は、加速度データ取得部 2によって得られた加速度データ群の重要度で重み付けした個数と、加速度データ群の重要度で重み付けした各軸成分の和と、加速度データ群の各軸成分の自乗を重要度で重み付けした値の和と、基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、基準点と基準長とを保持する

[0151] 第 2の基準点推定部 23は、加速度データ取得部 2によって得られた最新のデータと該データに対応する重要度算出部 21によって算出された重要度と、記憶部 22が保持する直近の各種加工データとから、基準点と各軸の基準長とを推定する。

[0152] <動作 >

本装置の動作につ!、て説明する。

[0153] 加速度センサのオフセットおよび感度は、重力加速度データが球面あるいは楕円体面上に分布することから求められる。

[0154] しかし、通常測定された加速度データには運動加速度も含まれており、オフセットおよび感度推定の際の誤差の要因となっていることは既に述べた。携帯電話や PD A (以後合わせて携帯端末）に加速度センサを組み込んで、歩行者ナビゲーシヨンに使用するアプリケーションにお、ては、携帯端末の運動加速度は端末に対して様々な方向を向き、加速度は重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布することが予想される。つまり、オフセットおよび感度推定に用いる加速度データ数を充分大きくすれば、（数 19)、（数 20)、あるいは、（数 22)〜(数 24)の方法を適用して当てはめられる球面、あるいは楕円体面は、重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布することと同じになることが予想される。

[0155] (数 19)、（数 20)、あるいは、（数 22) (数 24)をそのまま適用するなら、データ数が大きくなると、データの処理時間が長くなり、またデータの記憶領域が大きくなる。特に携帯端末のような、小規模なシステムでは充分なデータ数を処理できない。以下のような工夫をすることで、原理的には有限のデータ処理時間とデータ記憶領域で、無限のデータ数を処理できるようになる（実際には、データ処理のビット長に依存する）

[0156] 球面に当てはめる場合は、例えば N+ 1個のデータで作成される（数 19)の係数行列 A の 2行 1列目の成分 a 、および B の 1行目の成分 b 、および (数 20)

N+ 1 N+ 1 N+ 1 N+ 1

の r ²は次のように変形できる。

[0157] [数 27]

!={ ¹

[0158] [数 28]

[0159] [数 29]

[0160] つまり、 Ν個のデータから作られる加工データ

[0161] [数 30]

Xj一 + Vj~ + z_t

と、 N+1個目のデータ

[0162] [数 31] σΛ^ + 1' ^ΧΜ + 1， >'Ν+1^ ^ΣΝ+1

から、

[0163] [数 32] ^Λ'+ι ^ Β_{Ν + Ι ΐ} i +ι' を求めることができる。

[0164] 楕円体面に当てはめる場合は、例えば N+ 1個のデータで作成される（数 22)の係数列 M の 2行 1列目の成分 m は次のように変形できる。

[0165] [数 33]

σΝ+

1

σ Ν+1

[0166] つまり、 Ν個のデータから作られる加工データ

[0167] [数 34]

[0168] と、 Ν+ 1個目のデータ

[0169] [数 35] σΝ+1 ' -^¾ ΛΓ+1' 】ΛΓ+1，ん Λ'+1，ゾ +1' ^N+l

[0170] から、

[0171] [数 36]

[0172] を求めることができる。

[0173] 上記により、オフセットおよび感度推定に用いるデータ数が増えたとしても、いくつかの加工されたデータ力帰納的に新たなオフセットおよび感度を求め続けることができる。

[0174] 上記の方法は、測定データを保持して、な、ので、例えば、温度変化によりオフセットが変化してしまった場合に温度変化前のデータだけを削除することができない。

[0175] しかし、全ての過去の測定データの重要度を同じ比率で変更することによって、過去の測定データの影響を低減することができる。過去の N個の測定データの重要度を l/ σ ²から l/ (k a ) ²に変更する場合、球体当てはめなら (数 30)の r ², x , y

, z を除ぐ全ての加工データに 1/k²を乗じた値を新たなカ卩ェデータとする（行列の場合は各成分に lZk²を乗ずる)。

[0176] 同様に、楕円体当てはめなら (数 34)の全ての加工データに lZk²を乗じた値を新たな加工データとする（行列の場合は各成分に 1/k²を乗ずる)。

[0177] 記憶部 22は、（数 30)、あるいは (数 34)で表されるデータを保持する。

[0178] 温度変化等の要因により、加速度測定中にオフセットおよび感度が変動する場合がある。このように過去のデータの影響を低減したい場合は、適当な時点で過去のデータの重要度を低くする。重要度を低くする時点は、例えば新たなデータが取得される度にすれば、ある時定数で過去のデータの影響を消すことができる。予め定められた時間が経過する度にしても、同様である。

[0179] 温度が変動したことが明らかな場合は、急激に過去のデータの重要度を下げてもよい。温度変動とは、前回温度変動があった直後の温度を記憶しておき、この温度に対し予め定めた所定値以上温度が変化した場合、あるいは、前回温度変動があった直後から温度の最大値と最小値を記憶しておき、最大値と最小値の差が予め定めた所定値以上変化した場合などとすることが出来る。重要度の低減は温度のような物理的要因ではなぐ数値計算を実現するシステムからの要請の場合もある。つまり、（数 30)、ある、は（数 34)の加工データの中で測定値の和の形をした値は測定データ数が増えるに伴、大きくなる。データの処理を行う CPUも記憶領域もビット長は有限であるので、定期的にカ卩ェデータの値を小さくする必要がある。

[0180] 重要度算出部 21は、取得された加速度データの重要度を計算する。全ての測定データの σ ²を 1にしてオフセット及び感度推定を行ってもよいが、適切に σ ²( = lZ 全重要度）を設定した方が、オフセットおよび感度の収束が速い。

[0181] 重要度は、異なる複数の方法で算出され、全重要度算出部において組み合わされ、結果として全重要度が算出される。 [0182] なるべく早くすなわちなるべく少ない加速度データ数でオフセットおよび感度を求めるためには、運動加速度が多く含まれているデータの重要度は低くした方がよい。加速度データの重要度は、例えば次のように計算できる。所定数の連続して取得された加速度データ群の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ重要度を低ぐ逆に小さければ重要度を高くする。重要度として、各軸の分散の最大値から算出することちでさる。

[0183] また、所定数のデータの各軸の最大値と最小値との差の自乗和、あるいは各軸の最大値と最小値との差の最大値の自乗力算出してもよい。限られた計算能力しか持たないシステムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値とから重要度を計算する方が有利である。例えば、重要度（1Z σ ²)は、

[0184] [数 37]

重要度

[0185] とする。ここで、 σ , σ , σ は上記各軸の分散、 χ , x , y , y , z , z は

x y z max min max min max min それぞれ各軸測定値の最大値、最小値、 r

aは規格化用の定数である。

[0186] 同じ姿勢の静止時の加速度データを多く含む加速度データ群力推定されるオフセットおよび感度は、誤差を多く含む場合が多い。極端な場合、同じ姿勢の静止時の加速度データのみ力なる加速度データ群（姿勢によって決まる重力加速度 +ノィズ）によって推定されるオフセットは、その加速度データ群とほぼ同じ値となる。つまり、求めるべき球面上あるいは楕円体面上にオフセットが推定されてしまう。従って、静止あるいは静止に近い状態で取得された加速度データの重要度は低く設定するべきである。 [0187] 加速度データの重要度は、例えば次のように計算できる。所定数の連続して取得された加速度データ群の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ重要度を高ぐ逆に小さければ重要度を低くする。重要度として、各軸の分散の最大値から算出することちでさる。

[0188] また、所定数のデータの各軸の最大値と最小値との差の自乗和、あるいは各軸の最大値と最小値の差の最大値の自乗力算出してもよい。限られた計算能力しか持たないシステムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値から重要度を計算する方が有利である。所定数を 2とすれば、各軸の分散の自乗和は二つの加速度データ間の測定空間上での距離の 2乗を表す。例えば、重要度（1Z σ ²)は、

2

[0189] [数 38]

[0190] とする。ここで、 σ , σ , σ は上記各軸の分散、 χ , x , y , y , z , z は x y z max min max min max min それぞれ各軸測定値の最大値、最小値、 r

aは規格化用の定数である。

[0191] 実際は、大きな運動加速度が含まれて!/ヽる加速度データと静止時の加速度データとの両方のデータの重要度を低くする必要があり、上記の二つの方法で別々に計算された重要度の和を全重要度とし、オフセット及び感度推定に用いる。

[0192] [数 39]

1 1 1

全重要度全重要度 1 全重要度 2

[0193] 第 2の基準点推定部 23は、記憶部 22で記憶されている加工データと、新たに取得された加速度データ、およびその全重要度を用いて、加速度センサのオフセットおよび感度を推定する。

[0194] [第 4の例] 本発明の第 4の実施の形態を、図 6に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。

[0195] (有限長 +無限長 DOE)

<構成>

図 6は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。

[0196] 加速度計速装置は、加速度検出部 1と、加速度データ取得部 2と、推定部 3と、オフセット補正部 4とから構成される。

[0197] 本例では、推定部 3は、第 2の例（図 2参照)の有限長基準点推定部 10と、第 3の例

(図 5参照)の無限長基準点推定部 20と、第 3の基準点推定部 30とにより構成されている。

[0198] 第 3の基準点推定部は、有限長基準点推定部の第 1の基準点推定部及び、無限長基準点推定部の第 2の基準点推定部でそれぞれ計算された、（数 19)の行列 A ,

N

B、あるいは (数 22)の M , N に基づいて基準点と各軸の基準長とを推定する。

N N N

[0199] <動作 >

本装置の動作につ!、て説明する。

[0200] 無限長基準点推定部 20によって推定されたオフセットおよび感度は、加速度は重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布するという仮定のもとに推定された値であり、その推定が常に正しい保証はない。そのため、無限長基準点推定部 20で推定されるオフセット及び感度の推定時間は非常に短いが、精度は必ずしも保証されな、場合がある。

[0201] これに対して、有限長基準点推定部 10は、データ選択部 13での選択条件を厳しくして、静止時に近い加速度データのみを選択するようにすれば、推定されるオフセットおよび感度の精度は非常に高くなる。反面、静止データを集めるのに時間が力かり、オフセットおよび感度の推定時間が長くなる。

[0202] これら 2つの基準点推定手段 (有限長基準点推定部 10、無限長基準点推定部 20) の長所をそれぞれ取り入れて、補正処理開始後は無限長基準点推定部 20で、静止データが集まってからは有限長基準点推定部 10によってそれぞれ推定されるオフセットおよび感度を用いると、速ぐ最終的には精度のよいオフセットおよび感度を得ることができる。

[0203] これら 2つの基準点推定手段をある時点で切替えてもよ、が、徐々に移行することにより、時間と共に、滑らかに精度のよいオフセットおよび感度に移行していくことができる。

[0204] 球体当てはめの場合、どちらの基準点推定手段も結果的には (数 19)の係数行列 A , Bを求める。無限長基準点推定部 20によって求められた係数行列を A , B

N N Ninf Ni

、有限長基準点推定部 10によって求められた係数行列を A , B と、 kを比率 ( nf Nlim Nlim

0≤k≤l)とする。このとき、第 3の基準点推定部 30において、次の係数行列 A

Nfus B を用いて、オフセットおよび感度を算出すればよい。

Nfus

[0205] [数 40]

[0206] I A Iは Aの行列式を表し、各行列を規格ィ匕するためである。しかし、行列式の計算には時間がかかり、一般にダイナミックレンジが大きいため（小規模のシステムでよくある)整数演算しかサポートされて、な、システムでは不向きである。行列の規格化の方法が若干異なっても、オフセットおよび感度の以降の仕方が異なるだけで、出発点と終着点は同じであり、行列式を厳密に求めるメリットはあまりない。代替方法として例えば、 Aの対角成分の最大値を行列式の代わりに用いればょ、。

[0207] kは、始め 0とし、静止データが集まるにつれ 1に近付ける。 kは、例えば次のように計算する。加速度センサは、各測定軸の感度差に個体差があるものの、型番が決まれば、同じような値となる。有限長基準点推定部 10が、上述したように、加速度センサの 3軸の測定軸 X, Υ, Zの最大値、最小値を選択的に蓄積している場合、 6個の測定データが作る体積が大きければ大き、ほど、測定点が広、領域に分布して、ることを意味している。

[0208] 従って、このような加速度データ群力推定されるオフセットおよび感度の精度は良くなり、各軸の測定値の最大値最小値の最大は、加速度センサの感度の 2倍となる。

[0209] これにより、 kは、

[0210] [数 41]

1

I if i< k

[0211] となる,

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検出手段と、

前記加速度検出手段が検出した 2軸又は 3軸加速度データを取得する加速度データ取得手段と、

前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データの重要度を算出する重要度算出手段と、

前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上における分布と、該 2軸又は 3軸加速度データ群に対応する前記重要度算出手段によって算出された異なる値の重要度を含む重要度群とから、前記 2次元又は 3次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する基準点推定手段と、

前記推定手段によって推定された前記基準点と前記各軸の基準長とに基づいて、前記加速度データ取得手段によって取得された各加速度データを補正するオフセット補正手段と

を具えたことを特徴とする加速度計速装置。

[2] 前記基準点推定手段は、

前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の 2 次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、

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基準点に基づいて、前記 2軸又は 3軸の加速度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記載の加速度計速装置。

[3] 前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された 2軸又は 3軸加速度データ群の 2 次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、

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基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正することを特徴とする請求項 1記載の加速度計速装置。

[4] 前記基準点推定手段は、

前記加速度データ取得手段によって取得された所定数 Mの加速度データ群の代表値を算出する代表値算出手段と、

前記代表値算出手段によって算出された代表値の第 1の重要度を算出する第 1の重要度算出手段と、

前記代表値算出手段によって算出された代表値と、該代表値に対応する前記第 1 の重要度および付加情報を蓄積する蓄積手段と、

前記蓄積手段に蓄積された前記代表値に対応する第 1の重要度と前記付加情報とから、前記代表値に対応する第 2の重要度を算出する第 2の重要度算出手段とを具え、

前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値の、各軸成分を座標値としたときの 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定することを特徴とする請求項 1記載の加速度計速装置。

[5] 前記第 2の重要度算出手段は、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された付加情報から算出した重要度と、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された第 1の重要度とから前記第 2の重要度を算出することを特徴とする請求項 4記載の加速度計速装置。

[6] 前記基準点推定手段は、

前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値群の 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、

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基準点に基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度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 4または 5に記載の加速度計速装置。

[7] 前記基準点推定手段は、

前記蓄積手段によって蓄積された所定数 Nの代表値群の 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第 2の重要度算出手段によって算出された所定数 Nの第 2の重要度群とから、前記 2次元直交座標平面又は 3次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、

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基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記 2軸又は 3軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正することを特徴とする請求項 4または 5に記載の加速度計速装置。

[8] 前記代表値算出手段は、

前記所定数 Mの加速度データ群の平均値を代表値として算出することを特徴とする請求項 4な、し 7の、ずれかに記載の加速度計速装置。

[9] 前記第 1の重要度算出手段は、前記所定数 Mの加速度データ群のばらつきを算出する手段と、

前記ばらつきが小さくなるほど高い重要度 Aを算出する手段と

を含むことを特徴とする請求項 4なヽし 8のヽずれかに記載の加速度計速装置。

[10] 前記ばらつきは、

前記所定数 Mの加速度データ群の各軸の分散の和、又は前記各軸の分散の最大値であることを特徴とする請求項 9記載の加速度計速装置。

[11] 前記ばらつきは、

前記所定数 Mの加速度データ群の各軸の最大値と最小値との差の 2乗和、又は前記各軸の最大値と最小値との差の最大値の 2乗であることを特徴とする請求項 9記載の加速度計速装置。

[12] 前記付加情報の 1つは、

前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記加速度データ群を前記加速度検出手段が検出したときの温度であり、

前記第 2の重要度算出手段は、

前記付加情報としての 1つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での温度と、該第 2の重要度算出手段により重要度算出中の時点での温度との差が大きくなるほど低い重要度 Bを算出する手段を具えたことを特徴とする請求項 4ないし 11の、ずれかに記載の加速度計速装置。

[13] 前記付加情報の 1つは、

前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記データ群を前記カロ速度検出手段が検出したときの時間であり、

前記第 2の重要度算出手段は、

前記付加情報としての 1つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での時間と、該第 2の重要度算出手段により重要度算出中の時点での時間との差が大きくなるほど低い重要度 Cを算出する手段を具えたことを特徴とする請求項 4ないし 11のヽずれかに記載の加速度計速装置。

[14] 前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当である力否かを選択する選択手段をさらに備え、前記選択手段は、

前記第 1の重要度算出手段によって算出された第 1の重要度が、所定値より高い場合に、前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であると判断して選択することを特徴とする請求項 4ないし 13のいずれかに記載の加速度計速装置。

[15] 前記蓄積手段は、

前記加速度検出手段の検出軸と線形関係となる線形軸を予め定め、

最大値を比較するときは、前記代表値から該代表値に対応する前記第 2の重要度を引いた値同士で比較し、最小値を比較するときは、前記代表値と該代表値に対応する前記第 2の重要度を足した値同士で比較し、

前記選択手段が新たに選択した代表値と、前記蓄積手段に蓄積されて!、る代表値の中で、前記加速度検出手段の検出軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる代表値を選択的に蓄積することを特徴とする請求項 4な、し 14の、ずれかに記載の加速度計速装置。

[16] 前記加速度データ取得手段によって得られた加速度データ群の前記重要度で重み付けした個数と、該加速度データ群の前記重要度で重み付けした各軸成分の和と、該加速度データ群の各軸成分の自乗を前記重要度で重み付けした値の和と、前記基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、前記基準点と基準長とを保持する加工データ保持手段と、

前記加速度データ取得手段によって得られた最新のデータと該データに対応する前記重要度算出手段によって算出された重要度と、前記加工データ保持手段が保持する直近の各種加工データとから、前記基準点と各軸の基準長とを推定することを特徴とする請求項 1記載の加速度計速装置。