WO2018012165A1 - センサ装置および自動運転車両 - Google Patents

センサ装置および自動運転車両 Download PDF

Info

Publication number
WO2018012165A1
WO2018012165A1 PCT/JP2017/021567 JP2017021567W WO2018012165A1 WO 2018012165 A1 WO2018012165 A1 WO 2018012165A1 JP 2017021567 W JP2017021567 W JP 2017021567W WO 2018012165 A1 WO2018012165 A1 WO 2018012165A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection
detection axis
sensor
axis
physical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/021567
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
前田　大輔
和夫 小埜
雅秀 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of WO2018012165A1 publication Critical patent/WO2018012165A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device and an autonomous driving vehicle.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the first one uses the fact that gravity is always 1G (9.8m / s 2 ) in the vertical direction, and in which direction is gravity applied from an acceleration sensor with sensitivity in the X, Y and Z directions? This is a method of obtaining the tilt direction, that is, the posture by looking at. This principle causes an error due to the inertial force (disturbance) when the target is accelerating or when the centrifugal force is applied to the acceleration sensor due to rotational movement.
  • Another attitude detection principle is to calculate the amount of angular change from the integration start time by integrating the angular velocity sensor over time. This detection principle is essentially unaffected by the acceleration of the object or the application of centrifugal force due to rotational motion to the sensor. This is a feature not found in the principle of posture detection using an acceleration sensor.
  • the absolute posture cannot be obtained, and only the relative posture from the initial posture can be obtained. It is possible to define the initial posture by some method and obtain the posture by adding the relative posture. However, since there is integration of bias error due to integration, offset drift increases, and the error with respect to the absolute posture increases with time. Therefore, there is a case where a measurement system combining signal processing is used in which absolute posture correction is appropriately performed by an acceleration sensor and posture detection is performed by an angular velocity sensor.
  • Patent Document 1 is a background art in this technical field.
  • the angular velocity sensor in the inertial measurement device that estimates the offset drift of the angular velocity sensor by processing the outputs of the three-axis angular velocity sensor and the acceleration sensor with a Kalman filter, the angular velocity sensor is provided. A method for accurately estimating the offset drift is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a sensor with improved fault tolerance by the function of providing a redundant detection axis having sensitivity to all detection axes and substituting the redundant axis when the detection axis fails. Yes.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving the offset drift of an angular velocity sensor, but does not disclose a technique for improving the accuracy of absolute posture detection. Further, the technique disclosed in Patent Document 2 is to improve the tolerance at the time of occurrence of a failure, and is not a technique related to improving the accuracy of posture detection.
  • MEMS type sensors by developing a detection element with a particularly large detection mass, or by developing a low-noise circuit using a large-sized MOS (Metal-Oxide Semiconductor) transistor as the detection circuit. It is possible to improve the accuracy of the acceleration sensor. However, in addition to the design cost for development, it also takes time for development.
  • MOS Metal-Oxide Semiconductor
  • the present invention has been made in view of the above problems, and aims to improve the detection accuracy of a physical sensor.
  • One of them is a sensor device provided with a plurality of physical sensors that output detection results on a plurality of detection axes, each of the plurality of detection axes having a detection direction along the detection axis,
  • a first physical sensor among the sensors has a first detection axis among a plurality of detection axes of the first physical sensor
  • a second physical sensor among the plurality of physical sensors includes the first physical sensor
  • a second detection axis is included in the plurality of detection axes of the second physical sensor, the first detection axis and the second detection axis overlap, and the detection direction of the first detection axis and the
  • the first physical sensor and the second physical sensor are arranged so that the detection direction of the second detection axis is opposite.
  • the detection accuracy of the physical sensor can be improved.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a top view illustrating an example of a first composite inertial sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a side view showing an example of a first composite inertial sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a top view illustrating an example of a second composite inertial sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a side view showing an example of a second composite inertial sensor in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the example of a signal processing integrated circuit chip. It is a figure which shows the example of the signal processing of difference calculation. It is a figure which shows the example of the signal processing of a Kalman filter.
  • FIG. 6 is a top view illustrating an example of a composite inertial sensor in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a side view showing an example of a composite inertial sensor in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor in Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor in Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor in Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor in Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an automobile in Example 7.
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
  • the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc. when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an inertial sensor.
  • the sensor package unit 101 includes a first composite inertial sensor 102, a second composite inertial sensor 103, a microcontroller (microcomputer or microprocessor) 104, and a power supply regulator IC (Integrated Circuit). ) 105.
  • a microcontroller microcomputer or microprocessor
  • IC Integrated Circuit
  • the first composite inertial sensor 102 includes a first acceleration detection axis 108a having acceleration sensitivity in the X positive direction in FIG. 1, a second acceleration detection axis 108b having acceleration sensitivity in the Y positive direction in FIG.
  • a first angular velocity detection axis 109 having angular velocity sensitivity in the positive direction (Yaw) around one Z axis is provided.
  • the second composite inertial sensor 103 includes a third acceleration detection axis 106a having acceleration sensitivity in the X negative direction in FIG. 1 and a fourth acceleration detection axis 106b having acceleration sensitivity in the Z positive direction in FIG. , A second angular velocity detection axis 107 having angular velocity sensitivity in the positive direction (Roll) around the Y axis in FIG.
  • the first composite inertia sensor 102 and the second composite inertia sensor 103 are so-called three-axis detection sensors each having two acceleration detection axes and one angular velocity detection axis.
  • a state in which a sensor having a plurality of detection axes is sealed with one package by a packaging technique such as a transfer mold package or a pre-mold package may be referred to as a “sensor module”. That is, in this embodiment, two three-axis sensor modules are mounted on the sensor package unit 101. It can be said that the sensor module is the smallest unit on which the sensor is mounted.
  • the power supply regulator IC 105 converts the power supply voltage supplied from the connector 110 into a voltage suitable for the first composite inertial sensor 102 and the second composite inertial sensor 103, and supplies it through the wiring 111. That is, the first composite inertia sensor 102 and the second composite inertia sensor 103 are supplied with power from the same power regulator IC 105.
  • the microcontroller 104 is connected to the first composite inertial sensor 102 and the second composite inertial sensor 103 by wiring (not shown) of a printed circuit board and the like, and is connected to the connector 110. 2, the measurement result (output result) of the composite inertial sensor 103 and information on the attitude of the sensor package unit 101 based on the measurement result are output through the connector 110.
  • the signal processing for calculating the content and posture of the output signal will be described later.
  • FIG. 2 is a top view showing an example of the first composite inertial sensor 102 (sensor module).
  • the first composite inertial sensor 102 includes a package 201, an external electrode 203, a signal processing integrated circuit chip (LSI) 204, an acceleration detection element chip 205, an angular velocity detection element chip 206, a pad 207, and a bonding wire 208.
  • the pad 207 and the angular velocity detection element chip 206 are connected by wiring.
  • FIG. 3 is a side view showing an example of the first composite inertial sensor 102.
  • the package 201 includes a package lid 202 that is omitted in FIG. 1 and is an exterior that protects the semiconductor chip and the like that is included, and is, for example, a pre-mold package.
  • a structure in which a cavity is filled with a thermosetting resin to form a package may be used.
  • the output of the package 201 alone is the output of the biaxial acceleration and the monoaxial angular velocity. Output of the module.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 is fixed to the cavity in the package 201 with an adhesive (not shown) or the like, and the acceleration detection element chip 205 and the angular velocity detection element chip 206 are respectively attached to the signal processing integrated circuit chip 204. (Not shown) or the like.
  • the signal processing integrated circuit chip 204, the acceleration detection element chip 205, and the angular velocity detection element chip 206 fixed in the package 201 are electrically connected through the pads 207.
  • acceleration detection element chip 205 and signal processing integrated circuit chip 204 detect and process acceleration will be described.
  • a first detection element 211 for detecting acceleration and a second detection element 212 are arranged with detection axes orthogonal to each other. For this reason, the acceleration detection element chip 205 can detect biaxial acceleration.
  • the 1st detection element 211 and the 2nd detection element 212 are the parts enclosed with the broken line in FIG.
  • the first detection element 211 is an element that detects the acceleration in the Y direction in FIG. 2, and a spring mass system is constructed in which the detection mass portion 211c is suspended from the anchor portion 211a through the spring portion 211f.
  • a spring mass system is constructed in which the detection mass portion 211c is suspended from the anchor portion 211a through the spring portion 211f.
  • m mass of the detection mass unit 211c
  • a applied acceleration
  • k The spring constant of the spring part 211f
  • x Displacement according to Equation 1 of the displacement amount occurs.
  • the second detection element 212 has the same structure as the first detection element 211, but the detection axis is different, and therefore the arrangement of the detection electrodes is different.
  • a detection element 210 for detecting the angular velocity is arranged in the angular velocity detection element chip 206.
  • the detection element 210 is a part surrounded by a broken line in FIG. 2 and is an element that detects an angular velocity around the Z axis in FIG. 2, and a spring mass in which the detection mass part 210f is suspended from the anchor part 210c through the spring part 210g.
  • a system is constructed.
  • the detection mass unit 210f has a constant frequency and vibration in the Y direction in FIG. 2 by the AC signal applied from the signal processing integrated circuit chip 204 to the capacitor formed by the detection mass unit 210f and the drive electrode 210b. Vibrates with amplitude (drive vibration). In order to maintain a constant vibration frequency and vibration amplitude, a drive monitor electrode 210a is provided separately, and the vibration frequency and vibration amplitude in the Y direction are input to the signal processing integrated circuit chip 204 as capacitance changes. Details of the signal processing integrated circuit chip 204 relating to driving vibration will be described later.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 obtains the displacement in the X direction generated by the Coriolis force as a change in capacitance between the detection mass unit 210f and the detection electrode 210d, and calculates the angular velocity.
  • the amount of displacement generated here is expressed by an expression similar to Expression 1, but in actuality, the expression depends on the sealing pressure of the angular velocity detection element chip 206, the frequency in the driving direction, and the frequency in the detection direction. . Description of the details of this equation is omitted.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 that electrically obtains this change in capacitance will be described later.
  • FIG. 4 is a top view showing an example of the second composite inertial sensor 103 (sensor module).
  • the second composite inertia sensor 103 includes a package 301, an external electrode 303, a signal processing integrated circuit chip 304, an acceleration detection element chip 305, an angular velocity detection element chip 306, a pad 307, and a bonding wire 308.
  • the pad 307 and the angular velocity detection element chip 306 are connected by wiring.
  • FIG. 5 is a side view showing an example of the second composite inertial sensor 103.
  • the package 301 includes a package lid 302 that is omitted in FIG. 4.
  • the structure of the package 301 is the same as the structure of the package 201 shown in FIGS. Since the package 301 includes an acceleration detection element chip 305 and an angular velocity detection element chip 306, the output of the package 301 alone is a biaxial acceleration and a monoaxial angular velocity output, and the output of the triaxial detection module become.
  • a first detection element 311 for detecting acceleration and a second detection element 312 are arranged with orthogonal detection axes. For this reason, the acceleration detection element chip 305 can detect biaxial acceleration. Note that the first detection element 311 and the second detection element 312 are portions surrounded by broken lines in FIG.
  • the first detection element 311 is an element that detects the acceleration in the Y direction in FIG. 4 and has the same structure as the first detection element 211, and thus the description thereof is omitted.
  • the second detection element 312 is an element for detecting the acceleration in the Z direction of FIG. 4, and a spring mass system is constructed in which the detection mass portion 312c is suspended from the anchor portion 312a through the spring portion 312f.
  • the detection mass portion 312c is hidden behind the out-of-plane electrode 312b, and thus is illustrated in FIG.
  • a displacement according to Equation 1 occurs.
  • the second detection element 312 is provided with an out-of-plane electrode 312b in the Z direction of the acceleration detection element chip 305 as shown in FIG. Since a change in the gap between the detection mass unit 312c and the out-of-plane electrode 312b causes a change in capacitance, the signal processing integrated circuit chip 204 electrically obtains this change in capacitance and calculates acceleration. This detailed configuration will be described later.
  • a detection element 310 for detecting the angular velocity is arranged.
  • the detection element 310 is a portion surrounded by a broken line in FIG. 4 and is an element that detects an angular velocity around the X axis in FIG. 4.
  • a system is constructed. Note that FIG. 4 shows the detection mass portion 310f hidden behind the out-of-plane electrode 310d, and thus is shown in FIG.
  • the detection element 310 is provided with an out-of-plane electrode 310d as shown in FIG. 5, and the angular velocity detection element chip 306 is connected to the detection mass portion 310f and the out-of-plane. The change in capacitance between the electrodes 310d is obtained, and the angular velocity is calculated.
  • FIGS. 2 to 4 show examples in which two detection electrodes 211b and 210d and two out-of-plane electrodes 312b and 310d are provided for the detection mass portions 211c, 210f, 312c, and 310f.
  • One electrode may be provided as long as a change in capacitance can be obtained.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 of the first composite inertial sensor 102 is supplied with the power supplied to the sensor package unit 101 via the connector 110 adjusted to a predetermined voltage by the power regulator IC 105.
  • one power regulator IC 105 supplies power to the second composite inertia sensor 103 in addition to the first composite inertia sensor 102 through the same wiring 111 as shown in FIG.
  • the voltage of the supplied power is further adjusted by the LSI regulator unit 502 in the signal processing integrated circuit chip 204 and used as an analog unit reference voltage of the signal processing integrated circuit chip 204.
  • the analog unit reference voltage includes, for example, an oscillator 503, a carrier generation unit 504, a drive signal generation unit 505, a drive side CV conversion unit 508, a drive side ADC unit 509, a detection side CV conversion unit 513, a detection side ADC unit 514, and Y 6 is supplied to the side CV conversion unit 516, the Y side ADC unit 517, the X side CV conversion unit 518, the X side ADC unit 519, the temperature sensor 522, and the carrier generation unit 524 as indicated by the bold lines in FIG. preferable.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 of the first composite inertial sensor 102 does not include the LSI regulator unit 502, and the power supplied from the power regulator IC 105 may be directly supplied to each unit in the signal processing integrated circuit chip 204. Good.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 generates an AC signal having a frequency of about several hundreds KHz by the oscillator 503.
  • the AC signal is adjusted to a predetermined voltage level by the carrier generation unit 524, and is applied to the detection mass unit 211c of the acceleration detection element chip 205 through the pad 207 and the bonding wire 208.
  • This AC signal is called a carrier signal.
  • the carrier signal applied to the detection mass unit 211c is an AC signal
  • the capacitance between the detection mass unit 211c and the detection electrodes 211b-1 and 211b-2 changes due to the application of acceleration
  • the detection electrode 211b- A change occurs in the alternating current of 1,211b-2.
  • the capacitance is converted into a voltage signal by the CV conversion unit 516 and converted into a digital signal through the ADC (Analog-Digital Converter) unit 517.
  • a carrier signal is also applied to the detection mass unit 212c of the acceleration detection element chip 205 from the carrier generation unit 524, and it is assumed that the change in the alternating current of the detection electrodes 212b-1 and 212b-2 is a change in capacitance.
  • the capacitance is converted into a voltage signal by the CV conversion unit 518 and converted into a digital signal through the ADC unit 519.
  • the digital signal converted by the ADC unit 517 and the ADC unit 519 is input to the correction circuit 521.
  • the correction content is stored in the memory 520 in advance, and the correction circuit 521 corrects offset and sensitivity according to the correction content of the memory 520 or performs temperature dependence compensation according to the output of the temperature sensor 522.
  • Information of acceleration detected outside the first composite inertial sensor 102 is output through a digital communication circuit 523 such as SPI (Serial Peripheral Interface) communication.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • signal processing for angular velocity detection in the signal processing integrated circuit chip 204 will be described.
  • To detect the angular velocity it is necessary to vibrate the detection mass unit 210f with a constant frequency and amplitude.
  • the signal processing integrated circuit chip 204 uses the oscillator 503 to generate an AC signal that is a drive signal for vibrating the detection mass unit 210f.
  • the oscillator 503 output to the carrier generation unit 524 for acceleration detection is also used to generate an AC signal for angular velocity detection, but is a separate body independent of the oscillator for acceleration detection. It may be an oscillator.
  • a frequency divider or a multiplier may be provided at the output of the oscillator 503 to generate each AC signal.
  • the AC signal output from the oscillator 503 is amplified to a predetermined voltage by the drive signal generation unit 505 and further applied to the drive electrode 210b-2 of the angular velocity detection element chip 206 through the gain adjustment unit 506. Further, the AC signal obtained by inverting the phase of the output of the gain adjusting unit 506 by the phase inverter 507 is applied to the drive electrode 210b-1. By applying these AC signals, electrostatic force is generated, and the detection mass unit 210f vibrates.
  • the oscillator 503 In order to detect the amplitude and frequency of this vibration, the oscillator 503 generates an AC signal having a frequency of about several hundreds KHz. This frequency may be the same as or different from the carrier signal for capacitance detection. When the frequencies are the same, the circuit configuration becomes simple, but signal coupling may occur. Therefore, it is preferable to use different frequencies.
  • the AC signal output from the oscillator 503 is adjusted to a predetermined voltage level by the carrier generation unit 504 and applied to the detection mass unit 210f of the angular velocity detection element chip 206 through the pad 207 and the bonding wire 208.
  • This AC voltage signal is called a carrier signal. Since the carrier signal applied to the detection mass unit 210f is an AC signal, the capacitance between the detection mass unit 210f and the drive monitor electrodes 210a-1 and 210a-2 changes when the detection mass unit 210f is displaced. A change occurs in the alternating current of the drive monitor electrodes 210a-1 and 210a-2.
  • the capacitance is converted into a voltage signal by the CV conversion unit 508 and sent to the synchronous detection unit 510 via the ADC unit 509.
  • the synchronous detection unit 510 extracts two of the phase difference between the driving vibration of the detection mass unit 210f and a predetermined frequency, and the amplitude component of the displacement of the detection mass unit 210f, and outputs the extracted phase difference to the frequency control unit 511. Then, the extracted amplitude component is output to the amplitude control unit 512.
  • the frequency control unit 511 outputs a control signal to the oscillator 503 so that the frequency of the drive vibration matches a predetermined frequency based on the phase difference from the drive vibration of the detection mass unit 210f.
  • the amplitude control unit 512 outputs a control signal to the gain adjustment unit 506 so as to maintain a predetermined drive amplitude of the detection mass unit 210f. With these two control signals, the driving vibration of the detection mass unit 210f maintains a constant amplitude and a constant frequency.
  • the displacement of the detection mass portion 210f with respect to the detection electrodes 210d-1 and 210d-2 occurs due to the Coriolis force.
  • the capacitance of the detection mass unit 210f and the detection electrodes 210d-1 and 210d-2 is changed. Since the carrier signal is applied from the carrier generation unit 504 to the detection mass unit 210f, the electrostatic capacity is converted into a voltage signal by the CV conversion unit 513 and sent to the detection unit 515 through the ADC unit 514.
  • the detection unit 515 extracts the amplitude component of the displacement of the detection mass unit 210f by the synchronous detection process, and calculates the force applied to the detection mass unit 210f, that is, the Coriolis force.
  • the calculated Coriolis force is a force proportional to the applied angular velocity as shown in Equation 2, and the other coefficients are constants, and may be referred to as the detected applied angular velocity.
  • the detected applied angular velocity is offset / gain adjusted by the correction circuit 521 or compensated for the temperature dependence according to the output of the temperature sensor 522, and then out of the first composite inertial sensor 102 through the digital communication circuit 523. Is output.
  • the frequency control unit 511 controls the drive signal so that the resonance frequency of the detection mass unit 210f is generally the same as the natural frequency.
  • the first composite inertial sensor 102 may be a circuit that operates with a single power source, or may be a circuit that operates with a plurality of voltage power sources. In the case of a circuit that operates with a single power supply, the power supply regulator IC 105 and the LSI regulator unit 502 may output one voltage as a power supply.
  • an analog signal in a state where no acceleration or angular velocity is applied is half of the power supply voltage. It may be a voltage.
  • the analog signal representing the positive direction may be a voltage larger than half the power supply voltage, and the analog signal representing the negative direction may be a voltage smaller than the half of the power supply voltage.
  • the information on the acceleration and angular velocity of the digital communication circuit 523 includes information on the positive direction and information on the negative direction. For example, based on the two's complement expression, the polarity has a positive value as a positive value and a negative direction as a negative value. May be included. Further, the digital communication circuit 523 may receive a data request from outside the first composite inertial sensor 102 and transmit data on acceleration or angular velocity information at the time of receiving the data request. In particular, it may receive a data request from the microcontroller 104 and send data to the microcontroller 104.
  • the microcontroller 104 outputs a total biaxial angular velocity output obtained from the first composite inertial sensor 102 and the second composite inertial sensor 103, and a triaxial acceleration output (however, the uniaxial acceleration in the three axes is two composites). Obtained from the inertial sensor), and the attitude of the sensor package unit 101 is calculated from these pieces of information.
  • the microcontroller 104 calculates the initial posture using the acceleration sensor output and the inverse trigonometric function, for example, and the subsequent posture change is a relative change obtained by the time integral of the angular velocity.
  • Signal processing using is performed.
  • a filtering technology that always uses acceleration and angular velocity values such as the so-called Kalman filter (Kalman filter) is implemented, and the sensor error corresponding to an application called a complementary filter (Complemental filter) is directly estimated.
  • the signal processing for obtaining the posture may be performed by estimating.
  • each of the two three-axis compound inertial sensors has a common detection axis. That is, in the example of FIG. 1, the first acceleration detection axis 108a of the first composite inertial sensor 102 and the third acceleration detection axis 106a of the second composite inertial sensor 103 are overlapped with different detection axes (X).
  • the first composite inertia sensor 102 and the second composite inertia sensor 103 are arranged so as to be an axis.
  • the signal of the first acceleration detection axis 108a and the signal of the third acceleration detection axis 106a are combined to improve the signal quality (SNR, Signal Noise Ratio) calculated as the X-axis acceleration.
  • the microcontroller 104 performs, for example, a difference calculation between the signal of the first acceleration detection axis 108a and the signal of the third acceleration detection axis 106a. As shown in FIG. 7, the difference calculation is performed by setting the output of the first acceleration detection axis 108a and the output of the third acceleration detection axis 106a as a signal XG + and a signal XG-, respectively, and inverting the polarity of the signal XG-. Two signals may be added and halved to obtain signal XG + ′.
  • the noise factor (common noise) common to the first acceleration detection axis 108a and the third acceleration detection axis 106a is in phase with the signal XG + and the signal XG- which are the respective sensor outputs. Appears (common mode noise).
  • the microcontroller 104 adds one of the signals of the axes measuring the same physical quantity having the opposite sensitivity while inverting the polarity, a signal with the common noise canceled can be obtained as the signal XG + ′.
  • An example of common noise in this embodiment is that the power supply regulator IC 105 is common to the first composite inertial sensor 102 and the second composite inertial sensor 103, and therefore, when the voltage output from the power supply regulator IC 105 varies, This noise appears in the output of the first composite inertial sensor 102 and the output of the second composite inertial sensor 103.
  • Voltage is a voltage of a single power supply, and when the voltage temporarily decreases, the voltage of the signal XG + that is an analog signal also decreases according to the power supply voltage. Since “0” of the signal XG ⁇ that is an analog signal is a voltage that is half of the power supply voltage, the voltage of the signal XG ⁇ changes so that the difference from “0” becomes large, as shown in FIG.
  • the influence of external electromagnetic waves or the like generated according to the installation environment of the sensor package unit 101 appears as common noise at the outputs of the first composite inertia sensor 102 and the second composite inertia sensor 103 that are close to each other in physical distance. Canceling these common noises is suitable for improving the signal quality of the acceleration sensor, and is therefore beneficial for improving the accuracy of posture calculation.
  • the output of the first composite inertial sensor 102 and the output of the second composite inertial sensor 103 are not limited to the power source, the external electromagnetic wave, etc.
  • Circuit noise related to displacement and detection occurs as uncorrelated noise.
  • the microcontroller 104 reverses the polarity of one of the signals of the same physical quantity that have the opposite sensitivity and adds the signals, so the signal component is doubled and the noise component is The signal quality of the signal XG + 'is improved by a factor of ⁇ 2 (3dB).
  • the first acceleration detection axis 108a and the third acceleration detection axis 106a are configured to measure the same physical quantity (including the axis) having opposite sensitivities, but have the same sensitivity and common noise. 7 appears in the opposite polarity direction, or when there is uncorrelated noise with the same sensitivity, the process shown in FIG. May be replaced. Furthermore, the same signal processing may be applied to the temperature sensor 522 mounted on the first composite inertial sensor 102 shown in FIG. 6, and the same signal processing is performed for the temperature sensors of other composite inertial sensors. You may give it.
  • the same physical quantity (including the axis) with the opposite sensitivity is measured even when performing signal processing to detect the posture of the target by always using the output of the acceleration sensor and the output of the angular velocity sensor as filter inputs as in the Kalman filter.
  • the filter By inputting the outputs of both the first acceleration detection axis 108a and the third acceleration detection axis 106a to the filter, it is possible to improve posture detection accuracy.
  • ⁇ Gyro is a posture calculated by time integration of the angular velocity sensor
  • ⁇ XG + and ⁇ XG ⁇ are postures calculated from the output of the acceleration sensor by an inverse trigonometric function.
  • This complementary filter estimates and compensates for the time integration error of the angular velocity sensor.
  • the signals ( ⁇ Gyro, ⁇ XG ⁇ ) input to the complementary filter can be increased.
  • a plausible ⁇ Gyro error is estimated from a plurality of input signals. If independent signal components are included in ⁇ XG + and ⁇ XG ⁇ , the error estimation accuracy of the complementary filter can be improved.
  • the microcontroller 104 uses a sample rate that is twice or more faster than the band of the acceleration signal detected on each of the first acceleration detection axis 108a and the third acceleration detection axis 106a that measure the same physical quantity (including the axis).
  • data is read from each of the first composite inertial sensor 102 and the second composite inertial sensor 103.
  • FIG. 11 shows a frequency response graph when the acceleration signal detected by the third acceleration detection axis 106a has a 100 Hz band as an example. That is, a frequency of 100 Hz at which a response decrease of at least ⁇ 3 dB is set as an upper limit of a band of a signal detected by the third acceleration detection axis 106a.
  • the sampling rate (reading speed, output to the composite inertial sensor) in the microcontroller 104 is included. If the data request transmission interval is less than 200 Hz, the signal components representing acceleration, common noise, and uncorrelated noise signal waveforms may be distorted by the aliasing phenomenon, and the operation described above may not be achieved. There is. For this reason, it is desirable that the sample rate be 200 Hz or more indicated by an arrow 701 in FIG.
  • the signal quality improvement utilizing the first acceleration detection axis 108a and the third acceleration detection axis 106a that measure the same physical quantity (including the axis) having the opposite sensitivity obtained in this embodiment is particularly new.
  • a detection axis that necessarily overlaps in a configuration using two three-axis sensor modules that provide functions as an acceleration / angular velocity sensor alone is not obtained. It may be used.
  • highly accurate acceleration sensor output that is, detection of the absolute posture without adding special costs (hardware cost, development period, installation area).
  • FIG. 12 is a top view illustrating an example of the composite inertial sensor of the second embodiment
  • FIG. 13 is a side view illustrating an example of the composite inertial sensor of the second embodiment.
  • the spring part 211f has a degree of freedom by which the detection mass part 211c can be displaced on both the X axis and the Y axis in FIG. 12, and the displacement when a static linear acceleration in the X direction in FIG. 12 is applied is detected.
  • the displacement detected by the electrode 211e and when a static linear acceleration in the Y direction in FIG. 12 is applied is detected by the detection electrode 211b.
  • the first detection element 211 performs biaxial acceleration detection.
  • the first composite inertial sensor 102 of the sensor package unit 101 shown in FIG. 1 has the structure shown in FIGS.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the inertial sensor of the third embodiment.
  • the inertial sensor according to the third embodiment includes a first composite inertia sensor 402, a second composite inertia sensor 403, a microcontroller 404, and a power supply regulator IC 405 in a sensor package unit 401.
  • the power regulator IC 405 supplies power to the first composite inertia sensor 402 and the second composite inertia sensor 403.
  • the inertial sensor of the third embodiment is different from the inertial sensor of the first embodiment, and the first composite inertial sensor 402 and the second composite inertial sensor 403 are substantially rectangular parallelepipeds having the same shape, and the same A composite inertial sensor having the same detection axis with respect to the surface and having the same specifications physically and electrically, but the surface on which the first composite inertial sensor 402, the microcontroller 404, and the power supply regulator IC 405 are arranged (XY plane)
  • the second composite inertial sensor 403 is disposed at a step 411 (XZ plane) that is substantially perpendicular to ().
  • the first composite inertial sensor 402 includes a first acceleration detection axis 407a having acceleration sensitivity in the X positive direction in FIG. 14 and a second acceleration detection having acceleration sensitivity in the Y positive direction in FIG.
  • the shaft 407b and the first angular velocity detection shaft 408 having angular velocity sensitivity in the positive direction (Yaw) around the Z-axis in FIG. 14 are provided
  • the second composite inertial sensor 403 has a negative X direction in FIG. 14 has a third acceleration detection axis 408a having an acceleration sensitivity, a fourth acceleration detection axis 408b having an acceleration sensitivity in the positive Z direction in FIG. 14, and an angular velocity sensitivity in the positive direction (Roll) around the Y axis in FIG.
  • the second angular velocity detection axis 409 is provided.
  • the inertial sensor shown in FIG. 14 can detect accelerations in the X direction, Y direction, and Z direction, can detect the angular velocities of Yew and Roll, and is in the X positive direction as in the example of the inertial sensor shown in FIG. And the negative X-direction acceleration can be detected independently.
  • the signal quality improvement effect shown in the first embodiment can be obtained by calculating the difference between the first acceleration detection axis 407a and the third acceleration detection axis 408a that measure the same physical quantity having the opposite sensitivity. .
  • first compound inertia sensor 402 and the second compound inertia sensor 403 are three-axis sensor modules having the same specifications, the amount of variation in common noise generated following the variation of the power supply regulator IC 405 and the sensitivity are affected.
  • temperature dependence bias, sensitivity
  • a useful effect as Example 3 can be obtained.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the inertial sensor of the fourth embodiment.
  • the inertial sensor of the fourth embodiment includes a first composite inertial sensor 601, a second composite inertial sensor 602, a third composite inertial sensor 603, a microcontroller (not shown), a power source, and the like.
  • a regulator IC 605 is included. The power regulator IC 605 supplies power to the first composite inertia sensor 601, the second composite inertia sensor 602, and the third composite inertia sensor 603.
  • the board 610 is a double-sided board arranged so as to be the XY plane in the sensor package unit 101, and the second composite inertia sensor 602 and the third composite inertia sensor 603 are mounted on the same face of the board 610.
  • the first combined inertial sensor 601 is mounted on the back side of the substrate 610 on which the second combined inertial sensor 602 and the third combined inertial sensor 603 are mounted.
  • the first compound inertia sensor 601 is a compound inertia sensor, that is, a sensor module having the same specifications as the third compound inertia sensor 603.
  • the first acceleration detection shaft 604a of the first composite inertial sensor 601 and the second acceleration detection shaft 605b of the second composite inertial sensor 602 have opposite sensitivities. This corresponds to the acceleration detection axis that measures the same physical quantity. Further, the second acceleration detection axis 604b of the first composite inertial sensor 601 and the second acceleration detection axis 606b of the third composite inertial sensor 603 correspond to the acceleration detection axis that measures the same physical quantity having opposite sensitivities. .
  • first acceleration detection axis 605a of the second composite inertial sensor 602 and the first acceleration detection axis 606a of the third composite inertial sensor 603 correspond to the acceleration detection axis that measures the same physical quantity having the opposite sensitivity. .
  • the power regulator IC 605 supplies a voltage to the composite inertial sensor related to the three axes, the effect of canceling the common noise against the power fluctuation can be obtained for the acceleration of the three axes.
  • a step (not shown) is provided in the sensor package unit 101, and the first composite inertia sensor 601 and the third composite inertia are used instead of the second composite inertia sensor 602.
  • a compound inertia sensor having the same specifications as the sensor 603 may be mounted on the step.
  • the composite inertial sensor may have a structure of, for example, biaxial angular velocity detection and triaxial acceleration detection.
  • the same effect that is, improvement in signal quality by synthesizing acceleration detection axes that measure the same physical quantity having opposite sensitivity can be obtained for three-axis acceleration.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the inertial sensor of the fifth embodiment.
  • Each of the sensor package units 1010a and 1010b is connected to a communication IC 1103 installed on the substrate 1102 via a communication bus 1101 connected to the connectors 1100a and 1100b.
  • the microcontroller 1104 includes an MPU (Micro Processing Unit) having a higher calculation capacity than the microcontrollers 104 and 404 of the first to fourth embodiments, and mainly measures acceleration for measuring the same physical quantity in order to improve the signal quality described in the first embodiment. Signal processing using the detection axis is executed. Thereby, even if the signal processing for posture detection is a complicated procedure, it can be processed, and the advantages shown in the first embodiment can be continuously obtained.
  • MPU Micro Processing Unit
  • the position information acquisition module 1106 may be a module for a system that obtains absolute coordinates on the earth such as a GPS (Global Positioning System) receiver. In this case, the posture detection accuracy can be improved by correcting the gravity that varies depending on the latitude on the earth by the microcontroller 1104.
  • the sensor package units 1010a and 1010b may be any of the sensor package units 101 and 401 described in the first to fourth embodiments.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the inertial sensor according to the sixth embodiment.
  • the inertial sensor of the sixth embodiment includes a first inertial sensor 1202, a second inertial sensor 1203, a microcontroller 1204, and a power supply regulator IC 1205 in the sensor package unit 1201.
  • the first inertial sensor 1202 includes a first acceleration detection axis 1206 having acceleration sensitivity in the X positive direction in FIG. 17, and the second inertial sensor 1203 has a second acceleration sensitivity in the X negative direction in FIG.
  • the acceleration detection axis 1207 is provided.
  • a power supply IC 1205 supplies power to the first inertial sensor 1202 and the second inertial sensor 1203.
  • the inertial sensor of this embodiment is an angular velocity sensor
  • the initial inclination cannot be obtained.
  • two outputs for measuring the same angular velocity having opposite sensitivities can be obtained.
  • the relative inclination can be calculated with high accuracy.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an automobile 1301.
  • the automobile 1301 of the seventh embodiment includes a first sensor package part 1302, a second sensor package part 1303, and a communication path 1304 that connects them in the automobile 1301.
  • the first sensor package unit 1302 includes the first composite inertial sensor 102 shown in FIG. 1, the microcontroller 104, and the power supply regulator IC 105.
  • the first composite inertial sensor 102 of the first sensor package unit 1302 includes , A first acceleration detection axis 108a having acceleration sensitivity in the X positive direction in FIG. 1, a second acceleration detection axis 108b having acceleration sensitivity in the Y positive direction in FIG. 1, and a positive direction around the Z axis in FIG. Yaw) includes a first angular velocity detection axis 109 having angular velocity sensitivity.
  • the second sensor package unit 1303 is an inertial sensor installed in the automobile 1301 and intended for uses other than the attitude detection of the automobile. Then, at least one acceleration detection axis of the inertial sensor of the second sensor package unit 1303 includes an inertial sensor that measures the same physical quantity having a sensitivity opposite to that of the first acceleration detection axis 108a or the second acceleration detection axis 108b. .
  • the microcontroller 104 of the first sensor package unit 1302 acquires the acceleration detected from the second sensor package unit 1303 via the communication path 1304, and detects the acceleration detected in the first sensor package unit 1302. Improve signal quality by combining.
  • the obtained acceleration may be used for controlling driving of the automobile 1301.
  • the present embodiment can be used for an apparatus that performs posture control using an inertial sensor, such as a robot or a drone, other than a car.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

複数の検出軸での検出結果を出力する物理センサを複数備えたセンサ装置であって、複数の検出軸のそれぞれは、検出軸にそった検出方向があり、複数の前記物理センサの中の第１の物理センサは、前記第１の物理センサの複数の検出軸の中に第１の検出軸を有し、複数の前記物理センサの中の第２の物理センサは、前記第２の物理センサの複数の検出軸の中に第２の検出軸を有し、前記第１の検出軸と前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置される。

Description

センサ装置および自動運転車両
　本発明は、センサ装置および自動運転車両に関するものである。
　近年、自動車の安全支援・自動運転、ロボットの制御、そしていわゆるドローン等と呼ばれる自律飛行装置等のアプリケーションが普及しつつある。これらのアプリケーションでは、対象の姿勢や角度を検出することがその制御に重要である。このため、角速度・加速度を検出する慣性センサがこれらのアプリケーションで重要なコンポーネントとなっている。
　さらに今日ではＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれる、半導体の微細加工技術を用いて作製される微小機械デバイスによって、実用レベルの確度・精度を有する慣性センサが市販されるようになってきた。ＭＥＭＳで作製される慣性センサは、半導体プロセスによって作製されるため、センサエレメント(慣性力を検出する機械構造)を並列かつ大量に作ることができる。このことが、従来高価格であった慣性センサの低価格化をもたらし、前述のようなアプリケーションを一般的にする原動力となっている。
　一般に、慣性センサを用いた姿勢の検出原理は大きく２つある。１つ目は、重力が垂直方向に常に１Ｇ(9.8m/s2)であることを利用し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向それぞれの感度を持つ加速度センサから、どちらの方向に重力がかかっているかをみることで、傾き方向、すなわち姿勢を得る方法である。この原理は、対象が加速していたり、回転運動をして遠心力が加速度センサにかかるような状態であったりする場合は、その慣性力(外乱)によって、誤差を生じる。
　もうひとつ姿勢検出原理として、角速度センサを時間積分して、積分開始時点からの角度変化量を計算するものがある。この検出原理には、対象が加速していたり、回転運動による遠心力がセンサに印加されたりしていても、本質的にこれらの影響を受けない。これは、加速度センサを用いた姿勢の検出原理にはない特徴である。
　しかし、時間積分によって姿勢を検出する原理では、絶対姿勢を得ることができず、得られるのは初期姿勢からの相対姿勢に留まる。何らかの方法で初期姿勢を定義し、相対姿勢を加算することで姿勢を得ることは可能である。しかし、積分によるバイアス誤差の積算があるため、オフセットのドリフトが大きくなり、絶対姿勢に対する誤差が時間と共に大きくなってしまう。そこで、加速度センサによって絶対姿勢の補正を適宜行う共に、角速度センサによって姿勢検出を行う、信号処理を組み合わせた計測システムが用いられることがある。
　本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、３軸の角速度センサと、加速度センサの、それぞれの出力をカルマンフィルタで処理し、角速度センサのオフセットドリフトを推定する慣性計測装置において、第４の角速度センサを設けることで、角速度センサのオフセットドリフトを精度よく推定する手法が開示されている。また、特許文献２では全ての検出軸に対して感度を持つ冗長な検出軸を設け、検出軸が故障した際には冗長軸で代用するという機能によって、故障耐性を高めたセンサが開示されている。
特開２０１２－５２９０４号公報 特開２００１－２６４３５１号公報
　特許文献１に示されるような、角速度の積分と、加速度から姿勢角を得る構成の慣性センサについて検討した結果、以下の課題が明らかとなった。すなわち、角速度センサでは絶対姿勢を得ることができないため、角速度センサを用いて絶対姿勢を精度良く求めるには、初期姿勢を精度良く得ることが重要であり、加速度センサの高精度化が必要となる。
　特許文献１に、角速度センサのオフセットドリフト等を向上する技術は開示されているが、絶対姿勢検出の精度向上に関する技術は開示されていない。また、特許文献２に開示された技術は、故障発生時の耐性を高めるものであって、やはり姿勢検出の精度向上に関する技術ではない。
　例えば、加速度センサの精度向上に関しては、ＭＥＭＳ型に対していわゆるバルク型と呼ばれる、質量のある検出マスを有する加速度センサを用いる技術がある。しかしながら、コスト・サイズ面での負担を強いることとなるため、背景技術に記載のような、コストが原因で従来普及していなかったアプリケーションを実現するという観点においては、現実的ではない。
　また、ＭＥＭＳ型センサにおいて、特別に検出マスの質量を大きくした検出エレメントを開発したり、大きなサイズのＭＯＳ(Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタを検出回路に利用した低ノイズ回路を開発したりすることで、加速度センサの精度向上を図ることは可能である。しかしながら、開発のための設計コストがかかるほか、開発のための時間もかかってしまう。
　本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、物理センサの検出精度向上を目的とする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、請求項に記載の構成の通りである。その１つは、複数の検出軸での検出結果を出力する物理センサを複数備えたセンサ装置であって、複数の検出軸のそれぞれは、検出軸にそった検出方向があり、複数の前記物理センサの中の第１の物理センサは、前記第１の物理センサの複数の検出軸の中に第１の検出軸を有し、複数の前記物理センサの中の第２の物理センサは、前記第２の物理センサの複数の検出軸の中に第２の検出軸を有し、前記第１の検出軸と前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置されたことを特徴とする。
　本発明によれば、物理センサの検出精度を向上することが可能になる。
実施例１における、慣性センサの例を示す図である。 実施例１における、第１の複合慣性センサの例を示す上面図である。 実施例１における、第１の複合慣性センサの例を示す側面図である。 実施例１における、第２の複合慣性センサの例を示す上面図である。 実施例１における、第２の複合慣性センサの例を示す側面図である。 信号処理集積回路チップの例を示す図である。 差分計算の信号処理の例を示す図である。 カルマンフィルタの信号処理の例を示す図である。 センサ出力に同相ノイズが存在する例を示す図である。 センサ出力に無相関ノイズが存在する例を示す図である。 センサ出力の帯域と、サンプリングレートの関係を示す図である。 実施例２における、複合慣性センサの例を示す上面図である。 実施例２における、複合慣性センサの例を示す側面図である。 実施例３における、慣性センサの例を示す図である。 実施例４における、慣性センサの例を示す図である。 実施例５における、慣性センサの例を示す図である。 実施例６における、慣性センサの例を示す図である。 実施例７における、自動車の例を示す図である。
　以下の実施の形態（実施例）においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　以下の実施において、特に断りのない限り「加速度」と「角速度」は相互に入れ替え可能であるが、説明を簡単にするために、「加速度」と「角速度」の組み合わせとして１通りの実施例を示すこととする。
　図１は、慣性センサの例を示す図である。実施例１の慣性センサでは、センサパッケージ部１０１に、第１の複合慣性センサ１０２と、第２の複合慣性センサ１０３と、マイクロコントローラ(マイコン、ないしはマイクロプロセッサ)１０４と、電源レギュレータＩＣ（Integrated Circuit）１０５を有する。
　第１の複合慣性センサ１０２は、図１のＸ正方向に加速度感度を持つ第１の加速度検出軸１０８ａと、図１のＹ正方向に加速度感度を持つ第２の加速度検出軸１０８ｂと、図１のＺ軸回り正方向(Yaw)に角速度感度を持つ第１の角速度検出軸１０９を備えている。
　また、第２の複合慣性センサ１０３は、図１のＸ負方向に加速度感度を持つ第３の加速度検出軸１０６ａと、図１のＺ正方向に加速度感度を持つ第４の加速度検出軸１０６ｂと、図１のＹ軸回り正方向(Roll)に角速度感度を持つ第２の角速度検出軸１０７を備えている。
　従って、第１の複合慣性センサ１０２と、第２の複合慣性センサ１０３は、いずれも２つの加速度検出軸と、１つの角速度検出軸を有する、いわゆる３軸検出のセンサである。このように複数の検出軸を有するセンサが、トランスファーモールドパッケージやプリモールドパッケージといったパッケージング技術によって、１つのパッケージで封止されている状態を「センサモジュール」と呼ぶこともある。すなわち、本実施例では、センサパッケージ部１０１に、２つの３軸センサモジュールが実装される。なお、センサモジュールはセンサの実装される最小の単位であるとも言える。
　ここで、電源レギュレータＩＣ１０５は、コネクタ１１０から供給された電源電圧を、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３に適した電圧へ変換し、配線１１１を通じて供給する。すなわち、第１の複合慣性センサ１０２と、第２の複合慣性センサ１０３は、同一の電源レギュレータＩＣ１０５から電源の供給を受ける。
　マイクロコントローラ１０４は、第１の複合慣性センサ１０２および第２の複合慣性センサ１０３とプリント基板の配線(図示省略)等によって接続されるとともにコネクタ１１０に接続され、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３の測定結果（出力結果）や、その測定結果に基づくセンサパッケージ部１０１の姿勢に関する情報を、コネクタ１１０を通じて出力する。この出力する信号の内容や姿勢を計算する信号処理については後述する。
　図２は、第１の複合慣性センサ１０２(センサモジュール)の例を示す上面図である。ここで、図２のＺ正方向と上とする。第１の複合慣性センサ１０２は、パッケージ２０１、外部電極２０３、信号処理集積回路チップ(LSI)２０４、加速度検出エレメントチップ２０５、角速度検出エレメントチップ２０６、パッド２０７、ボンディングワイヤ２０８からなる。そして、例えばパッド２０７と角速度検出エレメントチップ２０６は配線で接続される。
　図３は、第１の複合慣性センサ１０２の例を示す側面図である。ここで、図３のＹ負方向を側方とする。パッケージ２０１は、図１では省略したパッケージふた２０２を含み、内包する半導体チップ等を保護する外装であり、例えばプリモールドパッケージである。図２に示すように、パッケージ２０１内に空洞(チャンバー)を有する構造の他、熱硬化樹脂によって空洞が埋められてパッケージが形成される構造であってもよい。なお、図２において、図１に示した物と同じ物には同じ符号を付す。
　このように、パッケージ２０１には加速度検出エレメントチップ２０５と角速度検出エレメントチップ２０６が含まれるため、パッケージ２０１が単体でもその出力は、２軸の加速度と１軸の角速度の出力であり、３軸検出モジュールの出力となる。
　パッケージ２０１内の空洞に、信号処理集積回路チップ２０４は接着剤(図示省略)等によって固定され、さらに、加速度検出エレメントチップ２０５と角速度検出エレメントチップ２０６は、信号処理集積回路チップ２０４にそれぞれ接着剤(図示省略)等で固定される。そして、パッケージ２０１内に固定された信号処理集積回路チップ２０４、加速度検出エレメントチップ２０５、角速度検出エレメントチップ２０６は、パッド２０７を通じて電気的に接続される。
　まず、加速度検出エレメントチップ２０５と信号処理集積回路チップ２０４がどのように加速度を検出して処理するかについて述べる。加速度検出エレメントチップ２０５には、加速度を検出する第１の検出エレメント２１１と、第２の検出エレメント２１２が、直交する検出軸を有して配置されている。このため、加速度検出エレメントチップ２０５は２軸の加速度検出が可能である。なお、第１の検出エレメント２１１と第２の検出エレメント２１２は、図２においてそれぞれ破線で囲まれた部分である。
　第１の検出エレメント２１１は図２のＹ方向の加速度を検出するエレメントであり、アンカー部２１１ａにばね部２１１ｆを通じて検出マス部２１１ｃが懸架されるバネマス系が構築される。ここで、静的な線形の加速度が印加されると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　ｍ：検出マス部２１１ｃの質量、ａ：印加された加速度、
　　ｋ：ばね部２１１ｆのばね定数、ｘ：変位量
の式１に従った変位が発生する。
　この変位は、検出マス部２１１ｃと検出電極２１１ｂとのギャップ変化をもたらし、静電容量を変化させる。信号処理集積回路チップ２０４は電気的にこの静電容量変化を得て、加速度を算出する。この詳細な構成については、後述する。また、第２の検出エレメント２１２も第１の検出エレメント２１１と同じ構造であるが、検出軸が異なるため、検出電極の配置が異なる。
　次に、角速度検出エレメントチップ２０６と信号処理集積回路チップ２０４がどのように角速度を検出して処理するかの原理について述べる。角速度検出エレメントチップ２０６には、角速度を検出する検出エレメント２１０が配置されている。検出エレメント２１０は、図２において破線で囲まれた部分であって、図２のＺ軸周りの角速度を検出するエレメントであり、アンカー部２１０ｃにばね部２１０ｇを通じて検出マス部２１０ｆが懸架されるバネマス系が構築される。
　ここで、検出マス部２１０ｆは、検出マス部２１０ｆと駆動電極２１０ｂで構成されるコンデンサに信号処理集積回路チップ２０４から印加された交流信号によって、図２のＹ方向に、一定の振動数と振動振幅で振動する(駆動振動)。一定の振動数と振動振幅を維持するために、駆動モニタ電極２１０ａが別途設けられ、Ｙ方向の振動数と振動振幅が静電容量変化として信号処理集積回路チップ２０４に入力される。駆動振動に関する信号処理集積回路チップ２０４の詳細については後述する。
　ここで、検出マス部２１０ｆのＹ方向の振動によって生じる変位速度をｖと置くとき、Ｚ軸周りの角速度Ωが印加されると、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　Ｆ：コリオリ力、ｍ：検出マス部２１０ｆの質量、
　　Ω:印加角速度、ｖ： 検出マス部２１０ｆの変位速度
の式に従ったコリオリ力が図２のＸ方向に発生する。
　信号処理集積回路チップ２０４が、このコリオリ力によって発生するＸ方向の変位を検出マス部２１０ｆと検出電極２１０ｄ間の静電容量変化として得て、角速度を算出する。なお、ここで発生する変位量は、式１に類似した式で表現されるが、実際は角速度検出エレメントチップ２０６の封止圧力および駆動方向の振動数、検出方向の振動数に依存した式となる。この式の詳細については説明を省略する。また、この静電容量変化を電気的に得る信号処理集積回路チップ２０４については後述する。
　図４は、第２の複合慣性センサ１０３(センサモジュール)の例を示す上面図である。ここで、図４のＺ正方向と上とする。第２の複合慣性センサ１０３は、パッケージ３０１、外部電極３０３、信号処理集積回路チップ３０４、加速度検出エレメントチップ３０５、角速度検出エレメントチップ３０６、パッド３０７、ボンディングワイヤ３０８からなる。そして、例えばパッド３０７と角速度検出エレメントチップ３０６は配線で接続される。
　図５は、第２の複合慣性センサ１０３の例を示す側面図である。ここで、図５のＹ負方向を側方とする。パッケージ３０１は、図４では省略したパッケージふた３０２を含み、パッケージ３０１の構造は、図２、３に示したパッケージ２０１の構造と同じであるので、説明を省略する。パッケージ３０１には加速度検出エレメントチップ３０５と角速度検出エレメントチップ３０６が含まれるため、パッケージ３０１が単体でもその出力は、２軸の加速度と１軸の角速度の出力であり、３軸検出モジュールの出力となる。
　加速度検出エレメントチップ３０５には、加速度を検出する第１の検出エレメント３１１と、第２の検出エレメント３１２が、直交する検出軸を有して配置されている。このため、加速度検出エレメントチップ３０５は２軸の加速度検出が可能である。なお、第１の検出エレメント３１１と第２の検出エレメント３１２は、図４においてそれぞれ破線で囲まれた部分である。第１の検出エレメント３１１は図４のＹ方向の加速度を検出するエレメントであり、第１の検出エレメント２１１と同じ構造であるため、説明を省略する。
　第２の検出エレメント３１２は、図４のＺ方向の加速度を検出するエレメントであり、アンカー部３１２aにばね部３１２ｆを通じて検出マス部３１２ｃが懸架されるバネマス系が構築される。なお、図４では、検出マス部３１２ｃが面外電極３１２ｂに隠れるため、図５に示す。ここで、静的な線形の加速度が印加されると、式１に従った変位が発生する。
　この変位を静電容量の変化として得るため、第２の検出エレメント３１２では、図５に示すように、加速度検出エレメントチップ３０５のＺ方向に面外電極３１２ｂが設けられている。検出マス部３１２ｃと面外電極３１２ｂとのギャップ変化が静電容量の変化をもたらすので、信号処理集積回路チップ２０４は電気的にこの静電容量変化を得て、加速度を算出する。この詳細な構成については、後述する。
　また、図４に示す角速度検出エレメントチップ３０６には、角速度を検出する検出エレメント３１０が配置されている。検出エレメント３１０は、図４において破線で囲まれた部分であって、図４のＸ軸周りの角速度を検出するエレメントであり、アンカー部３１０ｃにばね部３１０ｇを通じて検出マス部３１０ｆが懸架されるバネマス系が構築される。なお、図４では、検出マス部３１０ｆが面外電極３１０ｄに隠れるため、図５に示す。
　そして、検出マス部３１０ｆのＹ方向の振動によって生じる変位速度をｖと置くとき、Ｘ軸周りの角速度Ωが印加されると、式２に従った力が図５のＺ方向に発生する。このコリオリ力によって発生するＺ方向の変位を検出するため、検出エレメント３１０では、図５に示すように、面外電極３１０ｄが設けられており、角速度検出エレメントチップ３０６は検出マス部３１０ｆと面外電極３１０ｄ間の静電容量変化を得て、角速度を算出する。
　なお、図２～４では、検出マス部２１１ｃ、２１０ｆ、３１２ｃ、３１０ｆに対して、検出電極２１１ｂ、２１０ｄと面外電極３１２ｂ、３１０ｄをそれぞれ２つ備える例を示したが、加速度に対して十分な容量変化が得られるのであれば、各電極は１つであってもよい。
　次に、第１の複合慣性センサ１０２の信号処理集積回路チップ２０４の例について図６を用いて説明する。信号処理集積回路チップ２０４は、コネクタ１１０経由でセンサパッケージ部１０１に供給された電源を、電源レギュレータＩＣ１０５で所定の電圧に調整されて供給される。ここで、１つの電源レギュレータＩＣ１０５は、図１で示したとおり同じ配線１１１を通じて、第１の複合慣性センサ１０２に加えて第２の複合慣性センサ１０３へも電源を供給する。
　供給された電源は、信号処理集積回路チップ２０４内のＬＳＩレギュレータ部５０２により電圧がさらに調整され、信号処理集積回路チップ２０４のアナログ部基準電圧として用いられる。このアナログ部基準電圧は、例えば、発振器５０３、キャリア生成部５０４、駆動信号生成部５０５、駆動側ＣＶ変換部５０８、駆動側ＡＤＣ部５０９、検出側ＣＶ変換部５１３、検出側ＡＤＣ部５１４、Ｙ側ＣＶ変換部５１６、Ｙ側ＡＤＣ部５１７、Ｘ側ＣＶ変換部５１８、Ｘ側ＡＤＣ部５１９、温度センサ５２２、キャリア生成部５２４に対して、図６の太線で示すように供給されることが好ましい。
　なお、第１の複合慣性センサ１０２の信号処理集積回路チップ２０４はＬＳＩレギュレータ部５０２を備えず、電源レギュレータＩＣ１０５から供給される電源が信号処理集積回路チップ２０４内の各部へ直接に供給されてもよい。
　以下に、信号処理集積回路チップ２０４における加速度検出の信号処理について述べる。信号処理集積回路チップ２０４は、発振器５０３で周波数数100KHz程度の交流信号を生成する。この交流信号はキャリア生成部５２４で所定の電圧レベルに調整され、加速度検出エレメントチップ２０５の検出マス部２１１ｃに、パッド２０７とボンディングワイヤ２０８を通じて印加される。この交流信号をキャリア信号と呼ぶ。
　検出マス部２１１ｃに印加されるキャリア信号は交流信号であるので、検出マス部２１１ｃと検出電極２１１ｂ－１、２１１ｂ－２との静電容量に加速度の印加による変化があると、検出電極２１１ｂ－１、２１１ｂ－２の交流電流に変化が生じる。この交流電流の変化を静電容量の変化であるとして、この静電容量はＣＶ変換部５１６で電圧信号に変換され、ＡＤＣ(Analog-Digital Convertor)部５１７を通じてデジタル信号へと変換される。
　また、加速度検出エレメントチップ２０５の検出マス部２１２ｃにもキャリア信号がキャリア生成部５２４から印加され、検出電極２１２ｂ－１、２１２ｂ－２の交流電流の変化を静電容量の変化であるとして、この静電容量はＣＶ変換部５１８で電圧信号に変換され、ＡＤＣ部５１９を通じてデジタル信号へと変換される。そして、ＡＤＣ部５１７とＡＤＣ部５１９で変換されたデジタル信号は補正回路５２１に入力される。
　メモリ５２０には補正内容があらかじめ格納されており、補正回路５２１はメモリ５２０の補正内容に従ってオフセットや感度の補正を行ったり、温度センサ５２２の出力に応じた温度依存性補償を行ったりした後、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)通信等のデジタル通信回路５２３を通じて第１の複合慣性センサ１０２外へ検出した加速度の情報を出力する。
　次に、信号処理集積回路チップ２０４における角速度検出の信号処理について述べる。角速度の検出には、検出マス部２１０ｆを一定の周波数および振幅で振動させる必要がある。これを実現するため、信号処理集積回路チップ２０４は、発振器５０３を用いて、検出マス部２１０ｆを振動させるための駆動信号となる交流信号を生成する。
　図６の例では、加速度検出のためにキャリア生成部５２４へ出力する発振器５０３を、角速度検出のための交流信号の生成にも兼用するが、加速度検出のための発振器とは独立な別個体の発振器であってもよい。加速度検出と角速度検出とで異なる周波数の交流信号が使用される場合は、発振器５０３の出力に図示を省略した分周器や逓倍器が備えられて、それぞれの交流信号が生成されてもよい。
　発振器５０３から出力された交流信号は、駆動信号生成部５０５にて所定の電圧に増幅され、さらにゲイン調整部５０６を通じて、角速度検出エレメントチップ２０６の駆動電極２１０ｂ－２へ印加される。また、ゲイン調整部５０６の出力が位相反転器５０７で位相反転された交流信号は、駆動電極２１０ｂ－１へ印加される。これらの交流信号の印加によって静電力が生じ、検出マス部２１０ｆは振動する。
　この振動の振幅と周波数を検出するため、発振器５０３は周波数が数100KHz程度の交流信号を生成する。この周波数は静電容量検出のためのキャリア信号と同じであっても、異なっていてもよい。周波数が同じである場合は、回路構成が単純になるものの、信号カップリングの発生する可能性があるため、異なる周波数を用いる方が好ましい。
　発振器５０３から出力された交流信号はキャリア生成部５０４で所定の電圧レベルに調整され、角速度検出エレメントチップ２０６の検出マス部２１０ｆに、パッド２０７とボンディングワイヤ２０８を通じて印加される。この交流電圧信号をキャリア信号と呼ぶ。検出マス部２１０ｆに印加されるキャリア信号は交流信号であるので、検出マス部２１０ｆに変位があると、検出マス部２１０ｆと駆動モニタ電極２１０a－１、２１０ａ－２との静電容量が変化し、駆動モニタ電極２１０ａ－１、２１０ａ－２の交流電流に変化が生じる。
　この交流電流の変化を静電容量の変化であるとして、この静電容量はＣＶ変換部５０８で電圧信号に変換され、ＡＤＣ部５０９を経て同期検波部５１０に送られる。同期検波部５１０は、検出マス部２１０ｆの駆動振動と所定の周波数との位相差と、検出マス部２１０ｆ変位の振幅成分の２つを抽出し、抽出された位相差を周波数制御部５１１へ出力し、抽出された振幅成分を振幅制御部５１２へ出力する。
　周波数制御部５１１は、検出マス部２１０ｆの駆動振動との位相差に基づいて、駆動振動の周波数と所定の周波数とが一致するよう、発振器５０３へ制御信号を出力する。また、振幅制御部５１２は、あらかじめ定められた検出マス部２１０ｆの駆動振幅を維持するよう、ゲイン調整部５０６へ制御信号を出力する。これら２つの制御信号によって、検出マス部２１０ｆの駆動振動は一定の振幅と一定の周波数が維持される。
　角速度検出エレメントチップ２０６の検出マス部２１０ｆの駆動振動が維持されている状態で、角速度が印加されると、コリオリ力によって検出電極２１０ｄ－１、２１０ｄ－２に対する検出マス部２１０ｆの変位が発生し、検出マス部２１０ｆと検出電極２１０ｄ－１、２１０ｄ－２との静電容量に変化をもたらす。キャリア生成部５０４から検出マス部２１０ｆにキャリア信号が印加されているため、静電容量はＣＶ変換部５１３で電圧信号に変換され、ＡＤＣ部５１４を通じて検出部５１５へ送られる。
　検出部５１５は、同期検波処理によって検出マス部２１０ｆの変位が持つ振幅成分を抽出して、検出マス部２１０ｆに加わった力すなわちコリオリ力を算出する。算出されたコリオリ力は、式２に示すとおり印加角速度に比例する力であり、他の係数は定数であるので、検出した印加角速度と言ってよい。検出した印加角速度は、補正回路５２１でオフセット・ゲイン調整を行ったり、温度センサ５２２の出力に応じた温度依存性補償を行ったりした後、デジタル通信回路５２３を通じて第１の複合慣性センサ１０２外へ出力される。
　ところで、駆動振幅が大きくなり駆動方向の速度も大きくなると、式２に示す通り、角速度によって発生するコリオリ力もこれに比例して大きくなる。従って、センサの感度(Scale Factor)を大きくするという観点では、駆動振幅を最大化することが望ましい。限られた電圧範囲内で最大の駆動振幅を得るためには、検出マス部２１０ｆの共振周波数で駆動することが効率上、好適である。従って、周波数制御部５１１は、駆動信号を、検出マス部２１０ｆの共振周波数（一般に、固有振動数とほぼ同一）にするように制御することが好ましい。
　第１の複合慣性センサ１０２は単一電源で動作する回路であってもよいし、複数の電圧の電源で動作する回路であってもよい。単一電源で動作する回路である場合、電源レギュレータＩＣ１０５とＬＳＩレギュレータ部５０２は電源として１つの電圧を出力してもよい。
　１つの電源電圧を用いて、正方向の加速度または角速度と、負方向の加速度または角速度をアナログ信号で表すために、例えば、加速度または角速度が印加されていない状態のアナログ信号は電源電圧の半分の電圧であってもよい。そして、正方向を表すアナログ信号は電源電圧の半分の電圧より大きい電圧であり、負方向を表すアナログ信号は電源電圧の半部の電圧より小さい電圧であってもよい。
　デジタル通信回路５２３の加速度および角速度の情報は、正方向の情報と負方向の情報を含み、例えば２の補数表現に基づいて、正方向を正の値、負方向を負の値とする極性が含まれてもよい。また、デジタル通信回路５２３は第１の複合慣性センサ１０２の外からデータ要求を受信し、データ要求を受信した時点での加速度または角速度の情報のデータを送信してもよい。特に、マイクロコントローラ１０４からデータ要求を受信し、マイクロコントローラ１０４へデータを送信してもよい。
　次に、マイクロコントローラ１０４の信号処理について説明する。マイクロコントローラ１０４は、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３から得られた合計２軸角速度出力と、３軸加速度出力（ただし、３軸の中の１軸加速度は２つの複合慣性センサから得られる）を得て、これらの情報からセンサパッケージ部１０１の姿勢を計算する。
　加速度と角速度を用いて姿勢が計算される場合、マイクロコントローラ１０４は、例えば、初期姿勢を加速度センサ出力と逆三角関数を用いて計算し、それ以降の姿勢変化は角速度の時間積分によって得る相対変化を用いる信号処理を行う。また、いわゆるカルマンフィルタ(Kalman Filter)のような常に加速度と角速度の値を用いるフィルタリング技術を実装し、直接対象の姿勢を推定したり、相補フィルタ(Complemental Filter)と呼ばれる応用に相当する、センサの誤差を推定したりすることで、姿勢を求める信号処理をしていてもよい。
　いずれの信号処理であっても、絶対姿勢を検出するための加速度が必要になるため、加速度センサの高精度化が、姿勢を推定する上で重要である。そこで、本実施例では、２つの３軸複合慣性センサの各１軸を共通の検出軸とする。すなわち、図１の例では、第１の複合慣性センサ１０２の第１の加速度検出軸１０８ａと第２の複合慣性センサ１０３の第３の加速度検出軸１０６ａを検出方向の異なる重複した検出軸（Ｘ軸）とするように、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３が配置される。
　そして、第１の加速度検出軸１０８ａの信号と第３の加速度検出軸１０６ａの信号とが合成され、Ｘ軸の加速度として算出される信号品質(SNR、Signal to Noise Ratio)が改善される。このために、マイクロコントローラ１０４は、第１の加速度検出軸１０８ａの信号と第３の加速度検出軸１０６ａの信号の例えば差分計算を行う。この差分計算は図７に示すように、第１の加速度検出軸１０８ａの出力と第３の加速度検出軸１０６ａの出力のそれぞれを信号XG+と信号XG-とし、信号XG-を極性反転して２つの信号を加算し、半分にして信号XG+’を得てもよい。
　例えば、図９に示すように、第１の加速度検出軸１０８aと第３の加速度検出軸１０６aに共通のノイズ要因(コモンノイズ)は、それぞれのセンサ出力である信号XG+と信号XG-に同相で現れる（同相ノイズ）。これに対してマイクロコントローラ１０４は、逆の感度を有する同一物理量を測る軸同士の信号の一方を極性反転して加算しているため、信号XG+’としてコモンノイズがキャンセルされた信号を得られる。
　本実施例におけるコモンノイズの例は、電源レギュレータＩＣ１０５が、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３に共通であるので、電源レギュレータＩＣ１０５の出力する電圧に変動が生じると、第１の複合慣性センサ１０２の出力と第２の複合慣性センサ１０３の出力に現れるノイズである。
　この電圧の変動の場合、図９において、「Voltage」は単一電源の電圧であって、電圧が一時的に低下すると、アナログ信号である信号XG+の電圧も電源電圧に従って低下する。アナログ信号である信号XG-の「０」は電源電圧の半分の電圧であるから、信号XG-の電圧は「０」からの差が大きくなるように変化し、図９のようになる。
　また、センサパッケージ部１０１の設置環境に応じて生じる外来電磁波等による影響も、物理的距離が近い第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３の出力においては、コモンノイズとして現れる。これらのコモンノイズをキャンセルすることは、加速度センサの信号品質改善に好適であり、ひいては姿勢計算の高精度化に有益である。
　さらに、図１０に示すように、電源や外来電磁波等に限らず、第１の複合慣性センサ１０２の出力と第２の複合慣性センサ１０３の出力には、例えばブラウン運動による検出マス部のランダムな変位や検出に関わる回路の熱雑音等が、無相関なノイズとして発生する。このような無相関なノイズについても、マイクロコントローラ１０４は、逆の感度を有する同一物理量を測る軸同士の信号の一方を極性反転して加算しているため、信号成分は２倍、ノイズ成分は√２倍となり、信号XG+’の信号品質は√２倍(3dB)の改善となる。
　本実施例においては、第１の加速度検出軸１０８ａと第３の加速度検出軸１０６ａが逆の感度を有する同一物理量（軸を含む）を測る構成としているが、同一の感度を有してコモンノイズが逆の極性方向に出る場合、あるいは同一の感度を有して無相関なノイズが出る場合は、図７に示した一方を極性反転して加算する処理を、極性反転せずに加算する処理に置き換えてもよい。さらに、図６に示した第１の複合慣性センサ１０２に搭載された温度センサ５２２についても、同様の信号処理を施してもよく、他の複合慣性センサの温度センサについても、同様の信号処理を施してもよい。
　また、カルマンフィルタのように加速度センサの出力と角速度センサの出力を常にフィルタ入力に用いて対象の姿勢を検出する信号処理を行う場合においても、逆の感度を有する同一物理量(軸を含む)を測る第１の加速度検出軸１０８aと第３の加速度検出軸１０６aの両方の出力をフィルタに入力することで、姿勢検出の精度向上が得られる。
　例えば、図８に示すようなカルマンフィルタの一種である相補フィルタを用いる例を説明する。ここで、θGyroは角速度センサの時間積分によって計算された姿勢、θXG+、θXG-はそれぞれ加速度センサの出力から逆三角関数によって計算された姿勢である。この相補フィルタは、角速度センサの時間積分の誤差を推定し、これを補償する。
　このとき、本実施例の構成であれば、図８のように、相補フィルタに入力する信号(θGyro、θXG-)を増やすことができる。相補フィルタでは、入力された複数の信号によりもっともらしいθGyroの誤差を推定するので、θXG+とθXG-に独立した信号成分が含まれていれば、相補フィルタの誤差推定精度を向上することができる。
　なお、マイクロコントローラ１０４は、同一物理量(軸を含む)を測る第１の加速度検出軸１０８ａと第３の加速度検出軸１０６ａのそれぞれにおいて検出される加速度の信号の帯域よりも２倍以上早いサンプルレートで、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３のそれぞれからデータを読み出す。図１１に、一例として第３の加速度検出軸１０６aにおいて検出される加速度の信号が100Hzの帯域を有している際の周波数応答グラフを示す。すなわち、少なくとも-3dBの応答低下がある周波数100Hzを、第３の加速度検出軸１０６aにおいて検出される信号の帯域の上限としている。
　そして、この帯域である少なくとも直流から100Hzまでには、加速度を表す信号成分、コモンノイズ、および相関のないノイズが含まれており、マイクロコントローラ１０４でのサンプリングレート(読み出し速度、複合慣性センサへのデータ要求の送信間隔)が200Hz未満であると、加速度を表す信号成分、コモンノイズ、および相関のないノイズの信号波形をエイリアシング現象によって歪ませ、以上で説明したとおりの動作を得られない可能性がある。このため、図１１の矢印７０１で示す200Hz以上すなわち２倍以上早いサンプルレートであることが望ましい。
　以上のように、本実施例において得られる逆の感度を有する同一物理量(軸を含む)を測る第１の加速度検出軸１０８ａと第３の加速度検出軸１０６ａを活用した信号品質改善は、特に新たな加速度検出軸を追加して得るものではなく、それ単体で加速度・角速度センサとしての機能を提供する３軸センサモジュールを２つ使う構成において必然的に重複する検出軸を、信号処理の入力として活用してもよい。これにより、特別なコスト(ハード費用、開発期間、設置面積)を追加することなく、精度の良い加速度センサ出力、すなわち絶対姿勢の検出を実現すること可能となる。
　実施例１では、第１の複合慣性センサ１０２が第１の検出エレメント２１１と第２の検出エレメント２１２を備えて、２つの検出軸とする例を説明したが、実施例２では、２つの検出軸を有する第１の検出エレメント２１１の例を説明する。図１２は実施例２の複合慣性センサの例を示す上面図であり、図１３は実施例２の複合慣性センサの例を示す側面図である。図２、３を用いて既に説明した構造は、説明を省略する。
　ばね部２１１ｆは、図１２のＸ軸とＹ軸の両方に検出マス部２１１ｃが変位できる自由度を有し、図１２のＸ方向への静的な線形加速度が印加された際の変位は検出電極２１１eで検出され、図１２のＹ方向への静的な線形加速度が印加された際の変位は検出電極２１１ｂで検出される。これにより、第１の検出エレメント２１１は２軸の加速度検出を行う。そして、図１に示したセンサパッケージ部１０１の第１の複合慣性センサ１０２を図１２、１３に示した構造とする。
　かかる構成とすることで、実施の形態１と同様の長所を活かしつつ、加速度検出エレメントチップ２０５の面積縮小等、より小型化・低価格化を実現できる。
　実施例１では、第１の複合慣性センサ１０２と第２の複合慣性センサ１０３を図１に示す配置とする例を説明したが、実施例３では、第１の複合慣性センサ４０２と第２の複合慣性センサ４０３を図１４に示す配置とする例を説明する。図１４は実施例３の慣性センサの例を示す図である。実施例３の慣性センサは、センサパッケージ部４０１に、第１の複合慣性センサ４０２と、第２の複合慣性センサ４０３と、マイクロコントローラ４０４と、電源レギュレータＩＣ４０５を有する。電源レギュレータＩＣ４０５は第１の複合慣性センサ４０２と第２の複合慣性センサ４０３に電源を供給する。
　ここで、実施例３の慣性センサは、実施例１の慣性センサと異なり、第１の複合慣性センサ４０２と第２の複合慣性センサ４０３が、同一形状の略直方体であって、それらの同一の面に対して同一の検出軸を有する、物理的および電気的に同一仕様の複合慣性センサであるが、第１の複合慣性センサ４０２とマイクロコントローラ４０４と電源レギュレータＩＣ４０５の配置された面（ＸＹ面）に対して略垂直の段差４１１（ＸＺ面）に第２の複合慣性センサ４０３は配置される。
　このため、例えば、第１の複合慣性センサ４０２は、図１４のＸ正方向に加速度感度を持つ第１の加速度検出軸４０７ａと、図１４のＹ正方向に加速度感度を持つ第２の加速度検出軸４０７ｂと、図１４のＺ軸回り正方向(Yaw)に角速度感度を持つ第１の角速度検出軸４０８を備えているのに対し、第２の複合慣性センサ４０３は、図１４のＸ負方向に加速度感度を持つ第３の加速度検出軸４０８ａと、図１４のＺ正方向に加速度感度を持つ第４の加速度検出軸４０８ｂと、図１４のＹ軸回り正方向(Roll)に角速度感度を持つ第２の角速度検出軸４０９を備えることとなる。
　これにより、図１４に示した慣性センサは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の加速度を検出でき、YewとRollの角速度を検出できるとともに、図１に示した慣性センサの例と同じくＸ正方向の加速度とＸ負方向の加速度を独立して検出できる。
　かかる構成とすることは、実施例１に比較して以下のような利点がある。すなわち、逆の感度を有する同一物理量を測る第１の加速度検出軸４０７ａと第３の加速度検出軸４０８ａの差分計算を行うことで、実施例１で示した信号品質の改善効果を得ることができる。
　さらに、第１の複合慣性センサ４０２と第２の複合慣性センサ４０３は、同一仕様の３軸センサモジュールであるので、電源レギュレータＩＣ４０５の変動に追従して発生するコモンノイズの変動量や、感度に加え、温度依存性(バイアス、感度)も２つの３軸センサモジュール間で極めて近い特性を有することが期待される。これらは差動でキャンセルされることが期待されるので、実施例３として有用な効果を得られる。
　実施例１～３では２つの複合慣性センサを用いる例を説明したが、実施例４では３つの複合慣性センサを用いる例を説明する。図１５は実施例４の慣性センサの例を示す図である。実施例４の慣性センサは、センサパッケージ部１０１に、第１の複合慣性センサ６０１と、第２の複合慣性センサ６０２と、第３の複合慣性センサ６０３と、マイクロコントローラ（図示省略）と、電源レギュレータＩＣ６０５を有する。電源レギュレータＩＣ６０５は第１の複合慣性センサ６０１と第２の複合慣性センサ６０２と第３の複合慣性センサ６０３に電源を供給する。
　ここで、基板６１０がセンサパッケージ部１０１内でＸＹ面となるように配置された両面基板であり、第２の複合慣性センサ６０２と第３の複合慣性センサ６０３は、基板６１０の同一面に実装され、第１の複合慣性センサ６０１は、第２の複合慣性センサ６０２と第３の複合慣性センサ６０３が実装されている基板６１０の裏側に実装されている。また、第1の複合慣性センサ６０１は、第３の複合慣性センサ６０３と同一仕様の複合慣性センサすなわちセンサモジュールである。
　本実施例においては、図１５に示すように、第１の複合慣性センサ６０１の第１の加速度検出軸６０４ａと、第２の複合慣性センサ６０２の第２の加速度検出軸６０５ｂが逆の感度を有する同一物理量を測る加速度検出軸に該当する。また、第１の複合慣性センサ６０１の第２の加速度検出軸６０４ｂと、第３の複合慣性センサ６０３の第２の加速度検出軸６０６ｂが逆の感度を有する同一物理量を測る加速度検出軸に該当する。また、第２の複合慣性センサ６０２の第１の加速度検出軸６０５ａと、第３の複合慣性センサ６０３の第１の加速度検出軸６０６ａが逆の感度を有する同一物理量を測る加速度検出軸に該当する。
　そして、本実施例において、電源レギュレータＩＣ６０５が３軸に関わる複合慣性センサへ電圧を供給しているため、電源変動に対するコモンノイズのキャンセル効果は、３軸の加速度について得ることができ、実施例１で示した逆の感度を有する同一物理量を測る加速度検出軸の合成による信号品質の改善を、３軸の加速度について得ることができる。
　なお、実施例３で説明したように、センサパッケージ部１０１内に段差（図示省略）が設けられ、第２の複合慣性センサ６０２の代わりに、第１の複合慣性センサ６０１および第３の複合慣性センサ６０３と同一仕様の複合慣性センサが段差に実装されてもよい。これにより、３つの複合慣性センサが同一仕様となるため、３軸において実施例３で説明した効果が得られる。
　さらに、同様の効果を得るために、複合慣性センサが、例えば２軸角速度検出、３軸加速度検出の構造を有するものであってもよい。この５軸複合慣性センサを２つ用いることで同様の効果、すなわち逆の感度を有する同一物理量を測る加速度検出軸の合成による信号品質の改善を、３軸の加速度について得ることができる。
　実施例１～４ではセンサパッケージ部１０１、４０１の中にマイクロコントローラ１０４、４０４が備えられる例を説明したが、実施例５ではマイクロコントローラ１１０４がセンサパッケージ部１０１０ａ、１０１０ｂの外に備えられる例を説明する。図１６は実施例５の慣性センサの例を示す図である。センサパッケージ部１０１０ａ、１０１０ｂのそれぞれはコネクタ１１００ａ、１１００ｂに接続された通信バス１１０１を介して、基板１１０２上に設置された通信ＩＣ１１０３に接続される。
　基板１１０２上で、通信ＩＣ１１０３は通信線１１０５を介してマイクロコントローラ１１０４と位置情報取得モジュール１１０６に接続される。マイクロコントローラ１１０４は、実施例１～４のマイクロコントローラ１０４、４０４より計算能力の高いＭＰＵ(Micro Processing Unit)を含み、主に実施例１で説明した信号品質の改善を図るため同一物理量を測る加速度検出軸を用いる信号処理を実行する。これにより、姿勢検出のための信号処理が複雑な手順であっても、これを処理することができる上、実施例１に示した利点も引き続き得ることができる。
　位置情報取得モジュール１１０６はＧＰＳ(Global Positioning System)受信機のような地球上の絶対座標を得るシステムのためのモジュールであってもよい。この場合、マイクロコントローラ１１０４で地球上の緯度によって異なる重力を補正することで、姿勢検出精度の向上が見込める。なお、センサパッケージ部１０１０ａ、１０１０ｂは実施例１～４で説明したセンサパッケージ部１０１、４０１のいずれかであってもよい。
　実施例１～５では１つの複合慣性センサが複数の検出軸を有する例を説明したが、実施例６では１つの複合慣性センサが１つの検出軸を有する例を説明する。図１７は実施例６の慣性センサの例を示す図である。実施例６の慣性センサは、センサパッケージ部１２０１に、第１の慣性センサ１２０２と、第２の慣性センサ１２０３と、マイクロコントローラ１２０４と、電源レギュレータＩＣ１２０５を有する。
　第１の慣性センサ１２０２は、図１７のＸ正方向に加速度感度を持つ第１の加速度検出軸１２０６を備え、第２の慣性センサ１２０３は、図１７のＸ負方向に加速度感度を持つ第２の加速度検出軸１２０７を備えている。電源ＩＣ１２０５は第１の慣性センサ１２０２と第２の慣性センサ１２０３に電源を供給する。
　かかる構成においても、傾きを１つの検出軸で計測することは可能である。すなわち、Ｘ正方向の加速度出力をXoutとすると、値域の限定こそあるが、Sin-1(Xout)で１つの検出軸の傾きを得られる。従って、実施例１で示した信号処理を適用することで、逆の感度を有する同一角速度を測る２つの出力を合成し、傾きを精度良く算出することが可能である。
　また、本実施の慣性センサが角速度センサである場合は、初期傾きは得られないものの、実施例１で示した信号処理を適用することで、逆の感度を有する同一角速度を測る２つの出力を合成し、相対的な傾きを精度良く算出することができる。
　実施例１～６では慣性センサの例を説明したが、実施例７では慣性センサの応用の例を説明する。図１８は自動車１３０１の例を示す図である。実施例７の自動車１３０１は、第１のセンサパッケージ部１３０２と、第２のセンサパッケージ部１３０３と、それらを接続する通信路１３０４を、自動車１３０１内に含む。
　第１のセンサパッケージ部１３０２は、図１に示す第１の複合慣性センサ１０２と、マイクロコントローラ１０４と、電源レギュレータＩＣ１０５を有し、第１のセンサパッケージ部１３０２の第１の複合慣性センサ１０２は、図１のＸ正方向に加速度感度を持つ第１の加速度検出軸１０８ａと、図１のＹ正方向に加速度感度を持つ第２の加速度検出軸１０８ｂと、図１のＺ軸回り正方向(Yaw)に角速度感度を持つ第１の角速度検出軸１０９を備える。
　第２のセンサパッケージ部１３０３は、自動車１３０１内に設置され、自動車の姿勢検出以外の用途向けの慣性センサである。そして、第２のセンサパッケージ部１３０３の慣性センサの少なくとも１つの加速度検出軸は、第１の加速度検出軸１０８ａあるいは第２の加速度検出軸１０８ｂと逆の感度を有する同一物理量を測る慣性センサを含む。
　そして、第１のセンサパッケージ部１３０２のマイクロコントローラ１０４は通信路１３０４を介して第２のセンサパッケージ部１３０３から検出された加速度を取得し、第１のセンサパッケージ部１３０２内で検出された加速度と合成することにより信号品質を改善する。得られた加速度は、自動車１３０１の運転の制御に用いられてもよい。
　かかる構成によって、あらかじめ自動車に設置されている慣性センサを利用し、信号品質を改善することができる。このことは、自動運転や安全運転支援システムといった車両姿勢検出が重要なアプリケーションを、低コストで実現し得るために好適である。また、本実施例は、自動車以外であっても、ロボットやドローン等、慣性センサを用いて姿勢制御を行う装置に活用可能である。
１０１　センサパッケージ部
１０２　第１の複合慣性センサ
１０３　第２の複合慣性センサ
１０４　マイクロコントローラ
１０５　電源レギュレータＩＣ
１０６ａ　第３の加速度検出軸
１０８ａ　第１の加速度検出軸
１１１　配線

Claims (15)

  1. 　複数の検出軸での検出結果を出力する物理センサを複数備えたセンサ装置であって、
    　複数の検出軸のそれぞれは、検出軸にそった検出方向があり、
    　複数の前記物理センサの中の第１の物理センサは、前記第１の物理センサの複数の検出軸の中に第１の検出軸を有し、
    　複数の前記物理センサの中の第２の物理センサは、前記第２の物理センサの複数の検出軸の中に第２の検出軸を有し、
    　前記第１の検出軸と前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置されたこと
    を特徴とするセンサ装置。
  2. 　請求項１に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果を合成し、前記第１の検出軸での結果として出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  3. 　請求項２に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果の合成として差を算出し、前記第１の検出軸の結果として出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  4. 　請求項３に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の物理センサと前記第２の物理センサは共通の電源が供給されること
    を特徴とするセンサ装置。
  5. 　請求項１に記載のセンサ装置であって、
    　少なくとも前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果から、前記センサ装置の姿勢を求め、姿勢の情報を出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  6. 　請求項２に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の物理センサは、前記第１の物理センサの複数の検出軸の中に、第１の検出軸と直交する第３の検出軸をさらに有し、
    　前記第２の物理センサは、前記第２の物理センサの複数の検出軸の中に、第２の検出軸と直交する第４の検出軸をさらに有し、
    　さらに前記第３の検出軸と前記第４の検出軸は直交するように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置され、前記第１の検出軸と前記第３の検出軸と前記第４の検出軸により３軸物理センサとなること
    を特徴とするセンサ装置。
  7. 　請求項６に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の物理センサは、
    　前記第１の検出軸と前記第３の検出軸のいずれとも直交する第５の検出軸をさらに有し、
    　前記第１の検出軸と前記第３の検出軸で加速度を検出し、
    　前記第５の検出軸で角速度を検出し、
    　前記第２の物理センサは、
    　前記第２の検出軸と前記第４の検出軸のいずれとも直交する第６の検出軸をさらに有し、
    　前記第２の検出軸と前記第４の検出軸で加速度を検出し、
    　前記第６の検出軸で角速度を検出すること
    を特徴とするセンサ装置。
  8. 　請求項２に記載のセンサ装置であって、
    　互いに直交する第１の基板と第２の基板を有し、
    　前記第１の物理センサと前記第２の物理センサは、同じ形状であり、
    　前記第１の物理センサの第１の面と前記第２の物理センサの第２の面は同じ形状であり、
    　前記第１の面と直交する前記第１の物理センサの第３の面と、前記第２の面と直交する前記第２の物理センサの第４の面は同じ形状であり、
    　前記第１の基板に前記第１の面が接し、前記第２の基板に前記第２の面が接し、前記第３の面を通過する前記第１の検出軸と、前記第４の面を通過する前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置されたこと
    を特徴とするセンサ装置。
  9. 　請求項２に記載のセンサ装置であって、
    　表と裏のある両面基板を有し、
    　前記第１の物理センサと前記第２の物理センサは、同じ形状であり、
    　前記第１の物理センサの第１の面と前記第２の物理センサの第２の面は同じ形状であり、
    　前記第１の物理センサの第３の面と、前記第２の物理センサの第４の面は同じ形状であり、
    　前記両面基板の表に前記第１の面が接し、前記両面基板の裏に前記第２の面が接し、前記第３の面を通過する前記第１の検出軸と、前記第４の面を通過する前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置されたこと
    を特徴とするセンサ装置。
  10. 　請求項２に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果をカルマンフィルタで合成し、前記第１の検出軸の結果として出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  11. 　複数の検出軸での検出結果を出力する物理センサを複数備えたセンサ装置であって、
    　複数の検出軸のそれぞれは、検出軸にそった検出方向があり、
    　複数の前記物理センサの中の第１の物理センサは、前記第１の物理センサの複数の検出軸の中に第１の検出軸を有し、
    　複数の前記物理センサの中の第２の物理センサは、前記第２の物理センサの複数の検出軸の中に第２の検出軸を有し、
    　前記第１の検出軸と前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は同じ方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置されたこと
    を特徴とするセンサ装置。
  12. 　請求項１１に記載のセンサ装置であって、
    　前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果の合成として和を算出し、前記第１の検出軸の結果として出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  13. 　請求項２に記載のセンサ装置において、
    　前記物理センサそれぞれから検出結果が読み出されるサンプルレートは、
    　前記物理センサの信号帯域の２倍以上であること
    を特徴とするセンサ装置。
  14. 　第１の検出軸を有する第１の物理センサと、第２の検出軸を第２の物理センサを備えたセンサ装置であって、
    　前記第１の検出軸と前記第２の検出軸のそれぞれは、検出軸にそった検出方向があり、
    　前記第１の検出軸と前記第２の検出軸は重複し、前記第１の検出軸の検出方向と前記第２の検出軸の検出方向は逆方向となるように、前記第１の物理センサと前記第２の物理センサが配置され、
    　前記第１の検出軸での検出結果と前記第２の検出軸での検出結果を合成し、前記第１の検出軸での結果として出力すること
    を特徴とするセンサ装置。
  15. 　請求項１に記載のセンサ装置を備えた自動運転車両であって、
    　前記第１の検出軸は加速度を検出する検出軸であり、
    　前記第２の検出軸は加速度を検出する検出軸であり、
    　前記第１の検出軸での加速度の検出結果と前記第２の検出軸での加速度の検出結果を合成し、前記第１の検出軸での加速度の結果とし、
    　前記第１の検出軸での加速度の結果を用いて運転を制御すること
    を特徴とする自動運転車両。
PCT/JP2017/021567 2016-07-15 2017-06-12 センサ装置および自動運転車両 Ceased WO2018012165A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016139877A JP6629691B2 (ja) 2016-07-15 2016-07-15 センサパッケージおよび自動運転車両
JP2016-139877 2016-07-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018012165A1 true WO2018012165A1 (ja) 2018-01-18

Family

ID=60952970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/021567 Ceased WO2018012165A1 (ja) 2016-07-15 2017-06-12 センサ装置および自動運転車両

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6629691B2 (ja)
WO (1) WO2018012165A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110147109A (zh) * 2019-05-21 2019-08-20 重庆长安汽车股份有限公司 一种自动驾驶系统的原始模型开发系统
CN113776522A (zh) * 2020-06-10 2021-12-10 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置以及惯性传感器装置的制造方法
CN114088089A (zh) * 2020-08-24 2022-02-25 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置及惯性计测单元
CN116892927A (zh) * 2022-04-08 2023-10-17 精工爱普生株式会社 惯性测量装置
US20230384344A1 (en) * 2022-05-30 2023-11-30 Seiko Epson Corporation Inertial Measurement Device

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12436170B2 (en) 2020-01-31 2025-10-07 Sony Group Corporation Sensor apparatus
JP7552377B2 (ja) * 2021-01-20 2024-09-18 セイコーエプソン株式会社 センサーモジュール
JP2023153487A (ja) * 2022-04-05 2023-10-18 セイコーエプソン株式会社 センサーユニット
JP2023175165A (ja) * 2022-05-30 2023-12-12 セイコーエプソン株式会社 慣性計測装置、および慣性計測装置の自己診断方法
JP2024057708A (ja) * 2022-10-13 2024-04-25 セイコーエプソン株式会社 センサーユニット

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60143713A (ja) * 1983-09-02 1985-07-30 サンドストランド・デ−タ・コントロ−ル・インコ−ポレ−テツド 角速度信号発生・計測装置
JP2005106727A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 Honda Motor Co Ltd 慣性センサユニット
US20120303220A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electronic Control System for a Safety Device of a Motor Vehicle
WO2015145489A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 Imv株式会社 加速度センサ、および加速度または振動検出方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60143713A (ja) * 1983-09-02 1985-07-30 サンドストランド・デ−タ・コントロ−ル・インコ−ポレ−テツド 角速度信号発生・計測装置
JP2005106727A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 Honda Motor Co Ltd 慣性センサユニット
US20120303220A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electronic Control System for a Safety Device of a Motor Vehicle
WO2015145489A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 Imv株式会社 加速度センサ、および加速度または振動検出方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110147109A (zh) * 2019-05-21 2019-08-20 重庆长安汽车股份有限公司 一种自动驾驶系统的原始模型开发系统
CN113776522A (zh) * 2020-06-10 2021-12-10 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置以及惯性传感器装置的制造方法
US20210389344A1 (en) * 2020-06-10 2021-12-16 Seiko Epson Corporation Inertia Sensor Apparatus And Method For Manufacturing Inertia Sensor Apparatus
CN113776522B (zh) * 2020-06-10 2024-12-10 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置以及惯性传感器装置的制造方法
CN114088089A (zh) * 2020-08-24 2022-02-25 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置及惯性计测单元
US11754588B2 (en) 2020-08-24 2023-09-12 Seiko Epson Corporation Inertial sensor device and inertial measurement unit
CN114088089B (zh) * 2020-08-24 2024-03-05 精工爱普生株式会社 惯性传感器装置及惯性计测单元
CN116892927A (zh) * 2022-04-08 2023-10-17 精工爱普生株式会社 惯性测量装置
US20230384344A1 (en) * 2022-05-30 2023-11-30 Seiko Epson Corporation Inertial Measurement Device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018009908A (ja) 2018-01-18
JP6629691B2 (ja) 2020-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6629691B2 (ja) センサパッケージおよび自動運転車両
JP7718456B2 (ja) センサーモジュール、計測システム、電子機器、及び移動体
JP7218512B2 (ja) センサーモジュール、電子機器及び移動体
CN109579810B (zh) 物理量测量装置、电子设备和移动体
US7844397B2 (en) Method and apparatus for high accuracy relative motion determination using inertial sensors
US8794047B2 (en) Method for the precise measuring operation of a micromechanical rotation rate sensor
CN101799479A (zh) 用于转速传感器的振动补偿
CN113009183B (zh) 传感器单元、电子设备以及移动体
US20150276404A1 (en) Physical quantity detection circuit, physical quantity detecting device, electronic apparatus, and moving object
CN104634338A (zh) 振动稳健的转速传感器
US20230099359A1 (en) Inertial Sensor Module
JP2019164443A (ja) センサーモジュール、計測システム、電子機器、及び移動体
WO2016194524A1 (ja) 慣性センサ
CN108681239B (zh) 一种两轴一体陀螺加速度计解耦伺服控制回路系统及方法
JP2013246180A (ja) 角速度センサ
CN102331512B (zh) 二维/三维角速度检测装置、方法、姿态感知设备
US7861588B2 (en) Force rebalance control system and method using automatic gain control loop
CN107152927A (zh) 角速度检测电路、角速度检测装置、电子设备以及移动体
JP2021032801A (ja) 慣性センサーユニット、電子機器、及び移動体
TW479131B (en) Processing method for motion measurement
US11268975B2 (en) Accelerometer sensitivity self-calibration with duty cycle control of drive signal
CN108332734B (zh) 测量微机械单振子三轴陀螺仪的三轴角速度的方法
JP2010534823A (ja) 自動利得制御ループを使用した力平衡制御システム及び制御方法
Zega et al. Towards 3-axis FM mems gyroscopes: Mechanical design and experimental validation
JP2019039832A (ja) 角速度検出回路、角速度検出装置、慣性計測装置、センサーモジュール、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器及び移動体

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17827297

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17827297

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1