キャリブレーション装置、キャリブレーション方法、及び電子機器の製造方法
【課題】一定の回転速度での回転制御を実現可能なモーターの数をセンサが回転速度を検出する基準軸の数よりも減らしつつ、複数の基準軸のそれぞれを回転中心として電子機器を一定速度で回転させることのできるセンサのキャリブレーション装置を提供する。
【解決手段】電子機器２が固定されるホルダーと、第１回転軸を中心としてホルダーを回転させる第１モーターと、第１回転軸と直交する第２回転軸を中心としてホルダーを回転させる第２モーターと、ホルダーの第２回転軸回りの回転位置を、基準位置と、当該基準位置から９０度回転した直交位置と、の間に制限するストッパーと、を備え、第１モーターは、電子機器２が固定されたホルダーの第２回転軸回りの回転位置が、基準位置にある状態、及び直交位置にある状態のそれぞれにおいて、ホルダーを所定の回転速度で回転させるキャリブレーション装置である。
【解決手段】電子機器２が固定されるホルダーと、第１回転軸を中心としてホルダーを回転させる第１モーターと、第１回転軸と直交する第２回転軸を中心としてホルダーを回転させる第２モーターと、ホルダーの第２回転軸回りの回転位置を、基準位置と、当該基準位置から９０度回転した直交位置と、の間に制限するストッパーと、を備え、第１モーターは、電子機器２が固定されたホルダーの第２回転軸回りの回転位置が、基準位置にある状態、及び直交位置にある状態のそれぞれにおいて、ホルダーを所定の回転速度で回転させるキャリブレーション装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転速度を検出するセンサのキャリブレーションに使用するキャリブレーション装置、当該センサのキャリブレーション方法、及び当該キャリブレーション方法を利用した電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や家庭用ゲーム機のコントローラなど、回転速度を検出するセンサ（ジャイロセンサ等）を備えた各種の電子機器が提案されている。このような電子機器によれば、ユーザが電子機器の向きを変化させるなどの動作を行った際に、センサの出力を用いてその動作を検出することができる。
【０００３】
このようなセンサは、個々のセンサの個体差によってその出力特性が異なる。そのため、センサを内蔵する個々の電子機器に対して、工場出荷時などに、センサの出力特性を調べるキャリブレーションが行われる。具体的に、例えば互いに直交する３つの基準軸それぞれを中心とした回転の角速度を検出する３軸ジャイロセンサの場合、これらの基準軸のそれぞれを中心として電子機器を一定の回転速度で回転させ、そのときのジャイロセンサの出力値を取得することによって、キャリブレーションが行われる。このようなキャリブレーションを行うために、電子機器を保持して、一定速度で回転させることのできるキャリブレーション装置が提供されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"1573P Series Three-AxisPosition and Rate Table System"、[online]、２０１０年、[2010年10月25日検索]、インターネット<http://www.ideal-aerosmith.com/motion/1573P.aspx>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したキャリブレーション装置が、電子機器を一定の回転速度で回転させることのできるモーターを１つしか備えていない場合、センサの複数の基準軸のそれぞれについてキャリブレーションを行うためには、モーターによる回転の回転軸とセンサの複数の基準軸のそれぞれとが一致するように電子機器をキャリブレーション装置に固定する際の向きを変えながら、複数回繰り返して測定を行う必要があり、手間がかかる。一方、非特許文献１のように、キャリブレーション装置が電子機器を一定の回転速度で回転させることのできるモーターを複数備えている場合、センサの複数の基準軸がキャリブレーション装置の複数の回転軸と一致するような向きで電子機器をキャリブレーション装置に固定すれば、その後に電子機器を固定し直すことなく、複数の回転軸のそれぞれを中心として電子機器を一定の回転速度で回転させ、キャリブレーションを行うことができる。しかしながら、このように一定の回転速度での回転制御を精度よく実現できるモーターは、そのような制御を行えないモーターと比較して高価、かつ大型となる傾向があるため、このようなモーターを複数用意することは、キャリブレーション装置の製造コストの増大や装置の大型化などを招くことになる。
【０００６】
本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、一定の回転速度での回転制御を実現可能なモーターの数をセンサが回転速度を検出する基準軸の数よりも減らしつつ、複数の基準軸のそれぞれを回転中心として電子機器を一定速度で回転させることのできるセンサのキャリブレーション装置、センサのキャリブレーション方法、及び当該キャリブレーション方法を用いた電子機器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るキャリブレーション装置は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサのキャリブレーションのために、当該センサを備える電子機器を回転させるキャリブレーション装置であって、前記電子機器が固定されるホルダーと、所定の第１回転軸を中心として前記ホルダーを所定の回転速度で回転させる第１モーターと、前記第１回転軸と直交する第２回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第２モーターと、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置を、第２回転軸基準位置と、当該第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置と、の間に制限する第２回転軸ストッパーと、を備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態、及び前記第２回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させることを特徴とするキャリブレーション装置である。
【０００８】
前記キャリブレーション装置は、前記第２回転軸と直交する第３回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第３モーターと、前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置を、第３回転軸基準位置と、当該第３回転軸基準位置から９０度回転した第３回転軸直交位置との間に制限する第３回転軸ストッパーと、をさらに備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置が、前記第３回転軸基準位置にある状態、及び前記第３回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させることとしてもよい。
【０００９】
また、前記キャリブレーション装置は、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置及び前記第２回転軸直交位置のそれぞれにある状態で、前記ホルダーが前記第２回転軸回りに回転しないよう固定するロック制御部をさらに備えることとしてもよい。
【００１０】
また、前記キャリブレーション装置において、前記電子機器は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに印加される重力加速度の大きさを検出する加速度センサをさらに備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうちの２つの基準軸のそれぞれが鉛直方向と一致する向きに位置決めするとともに、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうち前記２つの基準軸を除いた１つの基準軸が鉛直方向と一致する向きに位置決めすることとしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係るキャリブレーション方法は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器を、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸を中心として回転させるキャリブレーション装置を用いた、前記センサのキャリブレーション方法であって、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、所定の第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第１ステップと、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置を、前記第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置に位置決めする第２ステップと、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに前記所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第３ステップと、前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得された前記センサの出力値を用いて、前記センサのキャリブレーションデータを算出する第４ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電子機器の製造方法は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器の製造方法であって、前記キャリブレーション方法により算出したキャリブレーションデータを、前記電子機器が備える不揮発性メモリに書き込むステップを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るキャリブレーション装置がキャリブレーション対象とする電子機器の外観の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るキャリブレーション装置の外観を示す斜視図である。
【図３】ステージユニットの構成を示す斜視図である。
【図４】ステージとパン軸固定部の構成を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】パン軸回転位置が基準位置にある状態での、位置決めブロックとストッパーとの位置関係を示す平面図である。
【図５Ｂ】パン軸回転位置が直交位置にある状態での、位置決めブロックとストッパーとの位置関係を示す平面図である。
【図６Ａ】ロック制御部の動作を説明する図である。
【図６Ｂ】ロック制御部の動作を説明する図である。
【図７】チルト軸回転部とチルト軸固定部の構成を示す分解斜視図である。
【図８】ロール軸回転位置の位置決め方法を説明する図である。
【図９Ａ】ハッチが閉じられた状態を示す図である。
【図９Ｂ】ハッチが開かれた状態を示す図である。
【図１０Ａ】ハッチ開放時のレバーアームの位置を示す図である。
【図１０Ｂ】ハッチ閉鎖時のレバーアームの位置を示す図である。
【図１１】ジャイロセンサのキャリブレーションの手順を説明する図である。
【図１２Ａ】電子機器のＹ軸がロール軸と一致する状態を示す図である。
【図１２Ｂ】電子機器のＺ軸がロール軸と一致する状態を示す図である。
【図１３】加速度センサのキャリブレーションの手順を説明する図である。
【図１４Ａ】ジャイロセンサと加速度センサ双方のキャリブレーションを一度に行う場合の手順を説明する図である。
【図１４Ｂ】ジャイロセンサと加速度センサ双方のキャリブレーションを一度に行う場合の手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置１がキャリブレーションの対象とする電子機器２の外観の一例を示す斜視図である。本実施形態において、電子機器２はジャイロセンサ３及び加速度センサ４を内蔵しており、キャリブレーション装置１は、電子機器２の姿勢を変化させながら、ジャイロセンサ３及び加速度センサ４のキャリブレーションに必要なセンサ出力値の取得を行う。ここでは一例として、電子機器２は家庭用ゲーム機のコントローラであることとしているが、これに限らず、例えば携帯型ゲーム機や携帯電話など、当該機器の姿勢や動きを検知するセンサを内蔵する各種の機器であってよい。
【００１６】
ジャイロセンサ３は、電子機器２の回転速度を検出するセンサの一種である。本実施形態では、ジャイロセンサ３は３軸ジャイロセンサであるものとする。すなわち、ジャイロセンサ３は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれを回転中心とした回転の角速度を検出し、その検出結果を示す３つの出力値を出力する。
【００１７】
また、加速度センサ４は、電子機器２に生じる加速度を検出するセンサである。加速度センサ４は、重力加速度を検出することによって、電子機器２の鉛直方向に対する傾きを検出するセンサとして機能する。本実施形態では、加速度センサ４は３軸加速度センサであるものとする。すなわち、加速度センサ４は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに平行な方向に生じた加速度の大きさを検出し、その検出結果を示す３つの出力値を出力する。
【００１８】
本実施形態では、ジャイロセンサ３の３つの基準軸と加速度センサ４の３つの基準軸は互いに一致しているものとする。具体的に、ジャイロセンサ３、及び加速度センサ４は、いずれもその基準軸が、電子機器２の高さ方向（以下、Ｘ軸方向とする）、幅方向（以下、Ｙ軸方向とする）、及び奥行き方向（以下、Ｚ軸方向とする）に一致するように電子機器２の筐体内に配置されている。
【００１９】
図２は、キャリブレーション装置１の外観を示す斜視図である。同図に示されるように、キャリブレーション装置１は、電子機器２が固定されるステージユニット１０と、主軸モーター１１と、メカニカルカップリング１２と、駆動回路１３と、ロータリーエンコーダー１４と、支持部１５と、ハッチ１６と、レール１７と、レバーアーム１８と、を含んで構成されている。また、キャリブレーション装置１には、その動作を制御する制御装置５が接続される。
【００２０】
主軸モーター１１は、所定の回転軸（以下、ロール軸Ｒという）を中心としてステージユニット１０の全体を回転させる駆動制御を行う。この主軸モーター１１は、例えばステッピングモーターやＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーターなどであって、その回転軸は、メカニカルカップリング１２を介してステージユニット１０と連結されている。主軸モーター１１は、駆動回路１３が出力する駆動信号に応じて、一定の回転速度でステージユニット１０を回転させる等速回転制御を行う。また、主軸モーター１１は、駆動回路１３が出力する駆動信号に応じて、ステージユニット１０のロール軸Ｒ回りの回転位置（以下、ロール軸回転位置という）を所定の位置に合わせる位置決め制御を行う。なお、キャリブレーション装置１はロール軸Ｒが水平面に平行になるように設置される。
【００２１】
駆動回路１３は、制御装置５からの制御信号に基づいて、主軸モーター１１、後述するパン軸モーター３０、及び後述するチルト軸モーター４０に対して、それぞれのモーターを駆動させる駆動信号を出力する。
【００２２】
ロータリーエンコーダー１４は、主軸モーター１１によるステージユニット１０のロール軸Ｒ回りの回転角及び回転速度をリアルタイムで計測する。ロータリーエンコーダー１４の計測結果を駆動回路１３にフィードバックすることで、駆動回路１３は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を一定の回転速度で回転させる等速回転制御や、ステージユニット１０の回転位置を任意の位置に合わせる位置決め制御を精度よく行うことができる。
【００２３】
支持部１５は、主軸モーター１１が接続されている側と反対側から、ステージユニット１０を回転可能に支持する。なお、後述するように、支持部１５には、貫通孔１５ａが設けられている。
【００２４】
ハッチ１６、レール１７、及びレバーアーム１８は、安全機構を構成している。この安全機構の詳細については、後述する。
【００２５】
制御装置５は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であって、そのメモリに記憶された制御プログラムに従って、キャリブレーション処理を実行する。具体的に、制御装置５は、キャリブレーションの実行時に、電子機器２を回転させる動作を指示する制御信号をキャリブレーション装置１の駆動回路１３に対して出力する。制御装置５によるキャリブレーション装置１の制御内容については、後述する。
【００２６】
また、制御装置５は、有線又は無線により電子機器２と通信可能に接続されており、キャリブレーションの実行中にジャイロセンサ３及び加速度センサ４のそれぞれが出力する検出結果を電子機器２から取得する。そして、取得した検出結果の値を用いて、これらのセンサの出力値を補正するための補正パラメタを算出し、算出した補正パラメタを電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む処理を行う。
【００２７】
次に、ステージユニット１０の構成について説明する。ステージユニット１０は、図３に示すように、ステージ（ホルダー）２０と、サポート部材２１と、パン軸固定部２２と、内側アーム２３と、チルト軸回転部２４と、チルト軸固定部２５と、外側アーム２６と、を含んで構成されている。
【００２８】
ステージ２０は円盤状の形状をしており、キャリブレーションを行う際には、サポート部材２１を介してこのステージ２０に電子機器２が固定される。そして、ステージ２０は、所定の回転軸（以下、パン軸Ｐという）を中心としてパン軸固定部２２に対して相対的に回転するよう構成されている。本実施形態では、パン軸Ｐはステージ２０の上面に直交し、ステージ２０上面の中心を通る回転軸である。
【００２９】
また、パン軸固定部２２は、ステージ２０より一回り大きな円盤状の形状をしており、内側アーム２３を介してチルト軸回転部２４に固定されている。チルト軸回転部２４はステージ２０などと同様に円盤状の形状をしており、パン軸Ｐに直交する回転軸（以下、チルト軸Ｔという）を中心としてチルト軸固定部２５に対して相対的に回転するように構成されている。この回転に伴って、ステージ２０もチルト軸Ｔを中心として回転する。なお、チルト軸Ｔは、ステージ２０の上面に平行な向きの回転軸である。
【００３０】
さらに、チルト軸固定部２５は２本の外側アーム２６と接続されており、一方の外側アーム２６にはメカニカルカップリング１２が取り付けられている。これにより、主軸モーター１１は、前述したようにロール軸Ｒを中心としてステージユニット１０の全体を回転させることができる。なお、ロール軸Ｒはチルト軸Ｔと直交する回転軸となっている。主軸モーター１１がステージユニット１０全体を回転させることにより、ステージ２０もロール軸Ｒを中心として回転することになる。
【００３１】
すなわち、ステージユニット１０及び主軸モーター１１は３軸ジンバル機構を構成しており、これによりキャリブレーション装置１はパン軸Ｐ、チルト軸Ｔ、及びロール軸Ｒのそれぞれを回転中心としてステージ２０に固定された電子機器２を回転させることができる。なお、本実施形態では、図２及び図３に示すようにステージ２０の上面が水平面と平行な状態において、パン軸Ｐ、チルト軸Ｔ、及びロール軸Ｒは互いに直交し、パン軸Ｐは鉛直方向に沿った向きになり、チルト軸Ｔ及びロール軸Ｒは水平面と平行な向きになる。
【００３２】
さらに本実施形態において、パン軸Ｐを回転中心としたステージ２０の回転は、９０度の範囲に規制されている。より具体的に、ステージ２０のパン軸Ｐ回りの回転位置(以下、パン軸回転位置という）は、所定の位置を０度として、そこから所定方向に９０度回転した位置までの範囲に制限される。以下、このような制限を可能にするステージ２０及びパン軸固定部２２の構成について、説明する。
【００３３】
図４は、ステージ２０とパン軸固定部２２の構成を示す分解斜視図である。同図に示されるように、パン軸固定部２２の中心近傍には、パン軸モーター３０が配置されており、その駆動力によってパン軸固定部２２の中心位置に配置された回転軸３０ａが回転する。この回転軸３０ａの回転がステージ２０に伝達されることにより、ステージ２０はパン軸Ｐを回転中心としてパン軸固定部２２に対して相対的に回転する。
【００３４】
ステージ２０の底面（すなわち、パン軸固定部２２と対向する面）には、その外周に沿って、２つの位置決めブロック（以下、第１パン軸位置決めブロック３１及び第２パン軸位置決めブロック３２という）が突出して設けられている。これらの位置決めブロック３１及び３２は、ステージ２０の中心から見て９０度の角度をなすように、ステージ２０の外周に沿って１／４周だけ離れて配置されている。なお、位置決めブロック３１及び３２のそれぞれには、凹テーパー形状のキー溝３１ｂ及び３２ｂが設けられている。また、ステージ２０の底面には、被検出体３３も突出して設けられている。
【００３５】
一方、パン軸固定部２２の上面（すなわち、ステージ２０と対向する面）には、その外周に沿って、２つのストッパー（以下、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５という）が突出して設けられている。これらのストッパー３４及び３５は、パン軸固定部２２の外周に沿って、パン軸固定部２２の中心から見て略１８０度の角度をなすように配置されている。また、パン軸固定部２２の外周に沿って、ストッパー３４及び３５の中間の位置（すなわち、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５の双方と９０度の角度をなす位置）には、ロック制御部３６が配置されている。ロック制御部３６は、凸テーパー形状のキー３６ａと、キー３６ａを駆動するロックモーター３６ｂと、を含んで構成される。また、パン軸固定部２２の上面には、フォトインタラプタ３７及び３８が配置されている。フォトインタラプタ３７及び３８は、パン軸固定部２２の中心から見て９０度の角度をなすように配置されており、それぞれの検出位置に被検出体３３が移動してきたときに、その存在を検出する。
【００３６】
以上の構成により、ステージ２０がパン軸Ｐ回りに回転可能な範囲は、０度から９０度の範囲に制限される。具体的に、パン軸モーター３０によってステージ２０を上方から見て時計回りに回転させ続けると、第１パン軸位置決めブロック３１の面３１ａが第１パン軸ストッパー３４に当接し、それ以上ステージ２０が時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のパン軸回転位置を、パン軸Ｐの基準位置という。なお、この状態において、被検出体３３はフォトインタラプタ３７の検出位置に移動している。図５Ａは、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態での、位置決めブロック３１及び３２とストッパー３４及び３５との位置関係を示す平面図である。ここでは、両者の位置関係を明確にするために、ステージ２０の底面側に配置された位置決めブロック３１及び３２と、被検出体３３と、を実線で示している。
【００３７】
このパン軸Ｐの基準位置から、パン軸モーター３０によってステージ２０を上方から見て反時計回りに回転させ続けると、ステージ２０が９０度回転したところで、第２パン軸位置決めブロック３２の面３２ａが第２パン軸ストッパー３５に当接し、それ以上ステージ２０が反時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のパン軸回転位置を、パン軸Ｐの直交位置という。なお、この状態において、被検出体３３はフォトインタラプタ３８の検出位置に移動している。図５Ｂは、ステージ２０のパン軸回転位置が直交位置にある状態での、位置決めブロック３１及び３２とストッパー３４及び３５との位置関係を示す平面図である。図５Ａと同様に、この図においても、位置決めブロック３１及び３２、並びに被検出体３３は、実際にはステージ２０の底面側に配置されているが、実線で示されている。
【００３８】
以上のように、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５がステージ２０の回転を規制することによって、ステージ２０のパン軸回転位置は、機械的にこの基準位置と直交位置との間に制限され、それを超える範囲でステージ２０をパン軸Ｐ回りに回転させることはできなくなっている。
【００３９】
本実施形態では、キャリブレーションにおける各センサの出力値の取得は、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置及び直交位置のいずれかにある状態でしか行わないこととする。すなわち、キャリブレーションにおいて、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置と直交位置との間にある状態におけるジャイロセンサ３や加速度センサ４の出力値をキャリブレーションに用いることはない。そのため、パン軸モーター３０の制御によって、ステージ２０の回転位置を精度よく位置決めしたり、ステージ２０をパン軸Ｐ回りに等速回転させたりする制御を行う必要はない。このことから、本実施形態に係るキャリブレーション装置１においては、パン軸モーター３０として大型のサーボモーター等を採用したり、パン軸Ｐ回りの回転量や回転速度を精度よく検出するためのロータリーエンコーダー等を配置したりする必要はないことになる。
【００４０】
ただし、本実施形態でも、ステージ２０のパン軸回転位置を０度（基準位置）及び９０度（直交位置）に精度よく位置決めする必要はある。この位置決め精度は、機械加工の精度に依存することになるが、以下に説明するように、ロック制御部３６によるステージ２０のロック制御を行うことで、通常の機械加工精度でも例えば角度誤差０．００１度以下という十分に高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００４１】
具体的に、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態（すなわち、第１パン軸位置決めブロック３１が第１パン軸ストッパー３４に当接した状態）では、第２パン軸位置決めブロック３２はロック制御部３６に対応する位置に存在することになる。フォトインタラプタ３７がこの状態を検知すると、ロックモーター３６ｂがキー３６ａを押し出す駆動制御を行う。これによって、キー３６ａが第２パン軸位置決めブロック３２に設けられたキー溝３２ｂに嵌合し、ステージ２０のパン軸Ｐ回りの回転が規制される。図６Ａ及び図６Ｂはロック制御部３６の動作を説明する図であって、図６Ａは、キー３６ａがキー溝３２ｂに嵌合する前の状態（すなわち、ステージ２０が固定されていない状態）を示し、図６Ｂは、キー３６ａがキー溝３２ｂに嵌合してステージ２０が固定された状態を示している。なお、キー３６ａはバネ（不図示）によってキー溝３２ｂに嵌合する方向に付勢されており、これによってキー３６ａとキー溝３２ｂとがガタつきなく嵌合する。
【００４２】
また、ステージ２０のパン軸回転位置が直交位置にある状態（すなわち、第２パン軸位置決めブロック３２が第２パン軸ストッパー３５に当接した状態）では、第１パン軸位置決めブロック３１がロック制御部３６に対応する位置に存在することになる。基準位置の位置決めの場合と同様に、この状態をフォトインタラプタ３８が検知すると、ロックモーター３６ｂがキー３６ａを第１パン軸位置決めブロック３１に設けられたキー溝３１ｂに嵌合させる制御を行う。
【００４３】
このように、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態、及び直交位置にある状態のそれぞれにおいて、ロック制御部３６がステージ２０をロックすることにより、ステージ２０のぐらつきを抑え、ステージ２０のパン軸回転位置を精度よく基準位置及び直交位置に位置決めすることができる。さらに本実施形態では、パン軸固定部２２の外周に沿って３箇所にローラー３９ａ、３９ｂ及び３９ｃが配置されており、これらのローラー３９ａ、３９ｂ及び３９ｃがステージ２０の側面を押さえている。これにより、ステージ２０のぐらつきがさらに抑えられている。
【００４４】
パン軸Ｐと同様に、チルト軸Ｔを回転中心としたステージ２０の回転も、９０度の範囲に規制されている。より具体的に、ステージ２０のチルト軸Ｔ回りの回転位置（以下、チルト軸回転位置という）は、所定の位置を０度として、そこから所定方向に９０度回転した位置までの範囲に制限される。このような制限を実現するために、チルト軸回転部２４はステージ２０と、チルト軸固定部２５はパン軸固定部２２と、それぞれ略同等の構造を備えている。
【００４５】
図７は、チルト軸回転部２４とチルト軸固定部２５の構成を示す分解斜視図である。同図に示されるように、チルト軸固定部２５の中心近傍には、チルト軸モーター４０が配置されており、その駆動力によってチルト軸固定部２５の中心位置に配置された回転軸４０ａが回転する。この回転軸４０ａの回転がチルト軸回転部２４に伝達されることにより、チルト軸回転部２４はチルト軸Ｔを回転中心としてチルト軸固定部２５に対して相対的に回転する。これにより、パン軸固定部２２及び内側アーム２３を介してチルト軸回転部２４に連結されたステージ２０も、チルト軸Ｔを回転中心として回転する。
【００４６】
また、チルト軸回転部２４のチルト軸固定部２５と対向する面には、その外周に沿って、９０度の角度をなすように２つの位置決めブロック（以下、第１チルト軸位置決めブロック４１及び第２チルト軸位置決めブロック４２という）が突出して設けられている。また、同じ面に被検出体４３も突出して設けられている。そして、チルト軸固定部２５のチルト軸回転部２４と対向する面には、その外周に沿って、２つのストッパー（以下、第１チルト軸ストッパー４４及び第２チルト軸ストッパー４５という）が互いに対向するように突出して設けられており、チルト軸固定部２５の外周に沿って、ストッパー４４及び４５の中間の位置には、ロック制御部４６が配置されている。また、チルト軸固定部２５のチルト軸回転部２４と対向する面には、チルト軸固定部２５の中心から見て９０度の角度をなすように、フォトインタラプタ４７及び４８が配置されている。
【００４７】
以上の構成により、チルト軸回転部２４がチルト軸Ｔ回りに回転可能な範囲は、０度から９０度の範囲に制限される。具体的に、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転部２４をステージ２０側から見て反時計回りに回転させ続けると、第１チルト軸位置決めブロック４１が第１チルト軸ストッパー４４に当接し、それ以上チルト軸回転部２４が反時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のチルト軸回転位置を、チルト軸Ｔの基準位置という。なお、この状態において、被検出体４３はフォトインタラプタ４７の検出位置に移動している。
【００４８】
このチルト軸Ｔの基準位置から、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転部２４をステージ２０側から見て時計回りに回転させ続けると、チルト軸回転部２４が９０度回転したところで、第２チルト軸位置決めブロック４２が第２チルト軸ストッパー４５に当接し、それ以上チルト軸回転部２４が時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のチルト軸回転位置を、チルト軸Ｔの直交位置という。なお、この状態において、被検出体４３はフォトインタラプタ４８の検出位置に移動している。
【００４９】
以上のように、第１チルト軸ストッパー４４及び第２チルト軸ストッパー４５がチルト軸回転部２４の回転を規制することによって、ステージ２０のチルト軸回転位置は、機械的にこの基準位置と直交位置との間に制限され、それを超える範囲でステージ２０をチルト軸Ｔ回りに回転させることはできなくなっている。
【００５０】
パン軸Ｐの場合と同様に、本実施形態では、キャリブレーションにおける各センサの出力値の取得は、ステージ２０のチルト軸回転位置が基準位置及び直交位置のいずれかにある状態でしか行わないこととする。そのため、チルト軸モーター４０についても、ステージ２０のチルト軸回転位置を精度よく位置決めしたり、ステージ２０をチルト軸Ｔ回りに等速回転させたりする制御が可能なモーターである必要はない。
【００５１】
なお、ステージ２０のチルト軸回転位置についても、パン軸Ｐの場合と同様に、ロック制御部４６によるロック制御によって、０度（基準位置）及び９０度（直交位置）に精度よく位置決めすることができる。また、チルト軸回転部２４のぐらつきを抑えるために、チルト軸固定部２５の外周に沿って３箇所にローラー４９ａ、４９ｂ及び４９ｃが配置されている。
【００５２】
本実施形態では、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０と異なり、主軸モーター１１は任意の回転位置での位置決め制御が可能だが、この位置決め制御の目標位置は初期位置に対する相対的な回転角で決定される。一方、加速度センサ４のキャリブレーションを行う際には、重力が働く鉛直方向に対する電子機器２の傾きが重要となる。そのためキャリブレーション装置１は、ロール軸回転位置の初期位置を、鉛直方向に対する傾きが予め分かっている位置に精度よく設定できる必要がある。そこでキャリブレーション装置１は、ステージ２０のロール軸回転位置を、チルト軸Ｔが鉛直方向と一致するような向きに精度よく位置決めするための機構を備えている。
【００５３】
図８は、このようなロール軸回転位置の位置決め方法を説明する図である。同図に示されるように、支持部１５には貫通孔１５ａが設けられており、支持部１５側の外側アーム２６にも、貫通孔２６ａが設けられている。そして、これらの貫通孔１５ａ及び２６ａは、その両者が一致した際に、チルト軸Ｔが鉛直方向と一致するような位置に設けられている。そのため、貫通孔１５ａ及び２６ａの位置を一致させるようステージユニット１０をロール軸Ｒ回りに回転させ、両者が一致した状態で貫通孔１５ａ及び２６ａを通るようにテーパー状のガイドピン５０を挿入すれば、ステージ２０のロール軸回転位置を位置決めすることができる。ただし、以下では説明の便宜のために、ロール軸回転位置の基準位置は、このようにして位置決めされた初期位置ではなく、この初期位置からステージユニット１０を９０度回転させた位置（すなわち、チルト軸Ｔが水平面と平行になる回転位置）であるものとする。
【００５４】
次に、ハッチ１６、レール１７、及びレバーアーム１８によって構成される安全機構について、説明する。ハッチ１６は、レール１７上を移動可能になっており、ステージユニット１０側に移動した際には、ステージユニット１０を覆って外部と隔てる役割を果たす。図９Ａ及び図９Ｂは、ハッチ１６の移動を示す図であって、キャリブレーション装置１を上方から見た斜視図である。図９Ａは、ハッチ１６が閉じられた状態を示している。一方、キャリブレーション装置１の操作者が電子機器２をステージ２０に固定したり、ステージ２０から取り外したりする際には、ハッチ１６を主軸モーター１１側に移動させることにより、操作者はステージユニット１０にアクセスすることができる。図９Ｂは、このようにハッチ１６が開かれた状態を示している。なお、ハッチ１６にはステージユニット１０を外部と隔てる隔壁が設けられているが、図１、図９Ａ、及び図９Ｂではこの隔壁は透明に描かれている。
【００５５】
さらに、レバーアーム１８は、ハッチ１６を開いた状態では、ステージユニット１０側にせり出してステージユニット１０の回転を阻害する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、このレバーアーム１８の動きを示す図であって、いずれもキャリブレーション装置１の部分平面図である。図１０Ａがハッチ１６開放時のレバーアーム１８の位置を、図１０Ｂがハッチ１６閉鎖時のレバーアーム１８の位置を、それぞれ示している。図１０Ａに示されるように、レバーアーム１８の一端に設けられた干渉部１８ａは、ステージユニット１０側にせり出しており、ステージユニット１０がロール軸回りに回転しようとすると、主軸モーター１１側の外側アーム２６がこの干渉部１８ａと干渉して、ステージユニット１０の回転が停止するようになっている。なお、レバーアーム１８は主軸モーター１１の左右両側に配置されているので、ステージユニット１０がどちらの方向に回転しても、ステージユニット１０の回転は最大でも半回転するまでの間に停止することになる。
【００５６】
ハッチ１６閉鎖時には、図１０Ｂに示されるように、ハッチ１６に設けられた突起部１６ａが、レバーアーム１８の干渉部１８ａと逆側の端部１８ｂを前方に押し込む。これにより、レバーアーム１８の干渉部１８ａは後方に移動し、ステージユニット１０が干渉部１８ａと干渉しないようになる。すなわち、レバーアーム１８の作用によって、ハッチ１６を閉鎖した状態ではステージユニット１０が回転可能になり、ハッチ１６を解放した状態ではステージユニット１０が回転不能になる。
【００５７】
なお、レバーアーム１８は、これに取り付けられたバネ（不図示）によって、ステージユニット１０側にせり出してその回転を妨げる方向に付勢されている。このバネの弾性力によって、ハッチ１６を閉鎖しても、そのままではハッチ１６が主軸モーター１１側に引き戻され、レバーアーム１８がステージユニット１０の回転を妨げることになる。そのため、キャリブレーション装置１の操作者は、キャリブレーションを実行する際には、ハッチ１６を閉じた状態でクランプによってハッチ１６の位置を固定する必要がある。逆に、クランプによる固定が外されると、直ちにレバーアーム１８の干渉部１８ａがせり出してステージユニット１０の回転が停止する。そのため、例えば誤ってステージユニット１０の回転動作中に操作者がハッチ１６を開放しようとした場合、ステージユニット１０の回転はすぐに停止することになる。
【００５８】
次に、キャリブレーション装置１を用いた電子機器２のキャリブレーション方法のいくつかの具体例について、説明する。これらの具体例に示されるキャリブレーション方法は、例えば電子機器２の製造時に、個々の電子機器２に内蔵されたジャイロセンサ３や加速度センサ４の出力特性を反映したキャリブレーションデータを算出し、個々の電子機器２に書き込むために行われる。
【００５９】
まず第１の例として、ジャイロセンサ３のキャリブレーションだけを行う場合のキャリブレーション処理の手順について、図１１のフロー図を用いて説明する。
【００６０】
ジャイロセンサ３のキャリブレーションにおいては、３つの基準軸のそれぞれを回転中心として、所定の回転角速度ｒで電子機器２を等速回転させた際のジャイロセンサ３の測定結果を取得する。なお、ｒは例えば５４０度／秒などの値であってよい。以下では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれを回転中心として回転角速度ｒで電子機器２を等速回転させた際のジャイロセンサ３によるセンサ出力値を、Ｇ１，Ｇ２及びＧ３と表記する。これらの出力値は、いずれもＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの基準軸についての測定結果を示す３つの出力値の組によって構成され、
【数１】
のように表される。
【００６１】
以下、具体的なジャイロセンサ３のキャリブレーション手順について説明する。最初に、パン軸回転位置及びチルト軸回転位置をそれぞれの基準位置に移動させた状態で、電子機器２をステージ２０に固定する（Ｓ１）。このとき、電子機器２は、そのセンサ基準軸がキャリブレーション装置１の回転軸と一致するようにステージ２０に固定される。以下では具体例として、電子機器２のＸ軸がロール軸Ｒと、Ｙ軸がチルト軸Ｔと、Ｚ軸がパン軸Ｐと、それぞれ一致するように電子機器２が設置されるものとする。なお、図２及び図３は、このように電子機器２が設置された状態を示している。
【００６２】
この状態で制御装置５は、ジャイロセンサ３の各基準軸の出力値を取得する（Ｓ２）。この出力値は、バイアス出力（各基準軸に角速度が印加されていない状態の出力）を示す値である。行列表現によれば、このジャイロセンサ３のバイアス出力ＢＧは
【数２】
と表される。
【００６３】
次に制御装置５は、ステージユニット１０をロール軸Ｒ回りに所定の回転角速度ｒで等速回転させる指示を行う（Ｓ３）。これにより、電子機器２はＸ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転制御中のセンサ出力値Ｇ１を取得する（Ｓ４）。
【００６４】
次に制御装置５は、パン軸モーター３０を動作させてパン軸回転位置を直交位置に移動させる（Ｓ５）。図１２Ａは、この状態の電子機器２の向きを示しており、同図に示されるように、この状態では電子機器２のＹ軸がロール軸Ｒと一致する。その後、制御装置５は、Ｓ３と同様にステージユニット１０を所定の回転角速度ｒで回転させる指示を行う（Ｓ６）。これにより、電子機器２はＹ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転制御中のセンサ出力値Ｇ２を取得する（Ｓ７）。
【００６５】
続いて制御装置５は、パン軸モーター３０を動作させてパン軸回転位置を基準位置に戻すとともに、チルト軸モーター４０を動作させてチルト軸回転位置を直交位置に移動させる（Ｓ８）。図１２Ｂはこの状態の電子機器２の向きを示しており、同図に示されるように、この状態では電子機器２のＺ軸がロール軸Ｒと一致する。その後、制御装置５は、Ｓ３及びＳ６と同様にステージユニット１０を所定の回転角速度ｒで回転させる指示を行う（Ｓ９）。これにより、電子機器２はＺ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転中のセンサ出力値Ｇ３を取得する（Ｓ１０）。
【００６６】
以上説明した処理によって、ジャイロセンサ３の３つの基準軸のそれぞれを回転中心として所定の回転角速度ｒで電子機器２を回転した際のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ１〜Ｇ３が得られたことになる。ジャイロセンサ３の感度係数（単位角速度あたりのセンサ出力）ＳＧは、これらのセンサ出力値を用いて、行列表現により
【数３】
と表される。ジャイロセンサ３の出力が線形であると仮定した場合、任意の回転角速度が電子機器２に対して与えられた際には、そのときのジャイロセンサ３の出力値と、これまで説明した処理によって得られた値と、を用いて電子機器２の回転角速度を算出できる。具体的に、ある角速度ＶＧの回転が電子機器２に生じた場合のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇを
【数４】
とすると、角速度ＶＧの値は、
【数５】
という計算式によって算出できる。
【００６７】
そこで制御装置５は、以上説明した処理によって得られるジャイロセンサ３の感度係数及びバイアス出力を示す情報を、キャリブレーションデータとして電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ１１）。これにより、ジャイロセンサ３のキャリブレーション処理が完了する。このようなキャリブレーション処理は、例えば電子機器２の製造時（すなわち、工場出荷前）に、量産される電子機器２のそれぞれに対して行われる。これにより、出荷される電子機器２のそれぞれは、Ｓ１１で書き込まれたキャリブレーションデータを使用することで、自分自身が内蔵するジャイロセンサ３の出力特性を考慮して補正された角速度の測定結果を得ることができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０自体は回転速度の制御を精度よく行えない場合であっても、一度電子機器２をステージ２０に対して固定させた後、改めて電子機器２のステージ２０に対する向きを手作業で変更してステージ２０に固定させ直す必要なしに、電子機器２の３つのセンサ基準軸のそれぞれを回転中心として、一定の回転速度での回転制御を行うことができる。
【００６９】
なお、以上の例では各センサ基準軸について、１つの回転角速度ｒで等速回転させた際のセンサ出力値を取得することとしたが、例えば複数の回転角速度の値のそれぞれで電子機器２を等速回転させ、その際のセンサ出力値を取得してもよい。こうすれば、より精度よくキャリブレーションを行うことができる。また、センサの温度ドリフトを補正するために、センサの温度が互いに異なる状況で、複数回電子機器２を等速回転させてセンサの出力値を取得してもよい。また、以上の説明では出力値Ｇ１〜Ｇ３をこの順に取得することとしたが、この取得順序は一例であって、これとは異なる順序で各出力値を取得してもよい。
【００７０】
次に、第２の例として、加速度センサ４のキャリブレーション処理だけを行う場合の手順について、図１３のフロー図を用いて説明する。なお、以下では説明の便宜のために、ステージ２０のロール軸Ｒ、チルト軸Ｔ、パン軸Ｐそれぞれの回転位置を、各軸の基準位置からの所定方向への回転角を示す３つの数字の組によって表すこととする。例えば、全ての回転軸の回転位置が基準位置にある状態は、（０，０，０）で表される。また、ロール軸回転位置及びチルト軸回転位置が基準位置にあり、パン軸回転位置が直交位置にある状態は（０，０，９０）で表され、ロール軸回転位置及びパン軸回転位置が基準位置にあり、チルト軸回転位置が直交位置にある状態は（０，９０，０）で表される。なお、ここでは主軸モーター１１側から見て時計回りに回転する方向を、ロール軸回りの回転の正方向とする。
【００７１】
加速度センサ４のキャリブレーションにおいては、電子機器２に対して働く重力加速度の大きさを正確に検知するために、加速度センサ４の３つの基準軸のそれぞれに対して、＋１ｇ、及び−１ｇの重力加速度が印加された状態でのセンサ出力値を取得することとする。ここで、ｇは重力加速度であって、通常は９．８ｍ／ｓ２の値をとる。すなわち、加速度センサ４のキャリブレーションでは、３つの基準軸それぞれの正負方向（つまり、合計６つの方向）が鉛直方向に一致する状態で、加速度センサ４の出力値を取得する。以下では、Ｘ軸負方向、Ｘ軸正方向、Ｙ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｚ軸負方向、及びＺ軸正方向のそれぞれが鉛直方向に一致する状態で取得された加速度センサ４の出力値を、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５及びＡ６と表記する。これらのセンサ出力値は、いずれもＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれについて生じた加速度を示す３つの出力値の組によって構成され、
【数６】
のように表される。
【００７２】
以下、具体的な手順について説明する。まず、電子機器２をステージ２０に固定して、ステージ２０の回転位置を（０，０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２１）。なお、ここでは、ステージ２０の回転位置が（０，０，０）に位置決めされた状態において、電子機器２のＸ軸がロール軸Ｒと、Ｙ軸がチルト軸Ｔと、Ｚ軸がパン軸Ｐと、それぞれ一致するように、電子機器２はステージ２０に固定されるものとする。なお、図２及び図３は、このように電子機器２が設置された状態を示している。この状態で、Ｚ軸には−１ｇの重力加速度が印加される。そして、制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ６を取得する（Ｓ２２）。
【００７３】
次に制御装置５は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を回転させて、ステージ２０を（１８０，０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２３）。この状態で、Ｚ軸には＋１ｇの重力加速度が印加される。制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ５を取得する（Ｓ２４）。
【００７４】
次に制御装置５は、ステージ２０を（９０，０，０）の状態に位置決めして（Ｓ２５）、センサ出力値Ａ４を取得する（Ｓ２６）。このとき、Ｙ軸には−１ｇの重力加速度が印加されている。さらに制御装置５は、ステージ２０を（−９０，０，０）の状態に位置決めして（Ｓ２７）、センサ出力値Ａ３を取得する（Ｓ２８）。このとき、Ｙ軸には＋１ｇの重力加速度が印加されている。こうして、主軸モーター１１を用いた位置決め制御によって、制御装置５は、同一平面上で互いに直交するＹ軸及びＺ軸それぞれの正負方向を鉛直方向とした場合のセンサ出力値を取得することができる。
【００７５】
その後、制御装置５は、主軸モーター１１によってロール軸回転位置を基準位置に戻すとともに、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転位置を直交位置に遷移させることにより、ステージ２０を（０，９０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２９）。この状態で、Ｘ軸には＋１ｇの重力加速度が印加されていることになる。制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ１を取得する（Ｓ３０）。さらに制御装置５は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を半回転させて、ステージ２０を（１８０，９０，０）の状態に位置決めする（Ｓ３１）。この状態で、Ｘ軸には−１ｇの重力加速度が印加されていることになる。制御装置は、このときのセンサ出力値Ａ２を取得する（Ｓ３２）。このように、チルト軸回転位置を直交位置に遷移させることで、制御装置５はＸ軸正負方向を鉛直方向とした場合のセンサ出力値も取得することができる。
【００７６】
以上説明した処理によって取得された加速度センサ４の出力値Ａ１〜Ａ６を用いることによって、加速度センサ４のバイアス出力（加速度が印加されていない状態の出力）ＢＡ、及び感度係数（単位加速度あたりのセンサ出力）ＳＡを算出することができる。具体的に、バイアス出力ＢＡは、
【数７】
で計算され、感度係数ＳＡは
【数８】
で計算される。加速度センサ４の出力が線形であると仮定した場合、任意の加速度が電子機器２に対して与えられた際には、そのときの加速度センサ４の出力値と、これまで説明した処理によって得られた値と、を用いて電子機器２に印加された加速度を算出できる。具体的に、ある加速度ＶＡが印加された際の加速度センサ４の出力値Ａを
【数９】
とすると、加速度ＶＡの値は、
【数１０】
という計算式によって算出できる。
【００７７】
そこで制御装置５は、以上説明した処理によって得られる加速度センサ４の感度係数及びバイアス出力を示す情報を、キャリブレーションデータとして電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ３３）。これにより、加速度センサ４のキャリブレーション処理が完了する。
【００７８】
以上の説明から明らかなように、主軸モーター１１が０度、９０度、−９０度、１８０度の４つの回転位置に位置決めすることができるとともに、この主軸モーター１１の回転軸（ロール軸Ｒ）と直交する回転軸（チルト軸Ｔ）について、０度、９０度の２つの回転位置に位置決めすることができさえすれば、３軸の加速度センサ４をキャリブレーションするために必要な情報を取得することができる。そのため、加速度センサ４のキャリブレーションを行うだけであれば、パン軸Ｐ回りの回転機構は不要となる。なお、本実施形態では主軸モーター１１の回転軸が鉛直方向と直交しているために、主軸モーター１１を用いてセンサ基準軸のそれぞれを鉛直方向と一致させるような位置決め制御が可能になっている。
【００７９】
なお、制御装置５は、以上説明した計算方法に限らず、例えば最小二乗法を用いてバイアス出力を算出するなどして、キャリブレーションの精度を向上させてもよい。また、センサの温度ドリフトを補正するために、センサの温度が互いに異なる状況で、複数回以上説明したようなセンサ出力の測定を行ってもよい。また、以上の説明における各センサ出力値の取得順序は一例であって、これとは異なる順序でセンサ出力値の取得を行ってもよい。
【００８０】
次に、第３の例として、ジャイロセンサ３と加速度センサ４両方のキャリブレーションを行う場合の手順について、図１４Ａ及び図１４Ｂのフロー図を用いて説明する。
【００８１】
ジャイロセンサ３と加速度センサ４両方のキャリブレーションが必要な場合、例えば上述した図１１のフローの制御と、図１３のフローの制御を、互いに独立に順に実行してもよい。しかしながら、ステージ２０の回転と位置決めには、一定の時間が必要となるため、キャリブレーションの時間を短縮するためには、ステージ２０の姿勢の変化が少なくなるような手順でキャリブレーション処理を行うことが望ましい。そこで、以下に例示するように、加速度センサ４のキャリブレーションに必要な出力値を取得するためにステージ２０の向きを変化させる途中に、一定速度での回転を行い、その間のジャイロセンサ３の出力値を取得することによって、キャリブレーションの手順を簡略化でき、時間短縮を図ることができる。
【００８２】
具体的に、まず図１３のフローの場合と同様に、ステージ２０の回転位置を（０，０，０）の状態とし、センサ基準軸がキャリブレーション装置１の回転軸と一致するように電子機器２をステージ２０に固定する（Ｓ４１）。そして、このときの加速度センサ４のセンサ出力値Ａ６、及びジャイロセンサ３のバイアス出力ＢＧを取得する（Ｓ４２）。
【００８３】
次に、制御装置５は、ステージ２０を（９０，０，０）に位置決めして（Ｓ４３）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ４を取得する（Ｓ４４）。さらに、ステージ２０を（１８０，０，０）に位置決めして（Ｓ４５）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ５を取得する（Ｓ４６）。続いて制御装置５は、ステージ２０を（−９０，０，０）に位置決めして（Ｓ４７）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ３を取得する（Ｓ４８）。ここまでの位置決め制御は、ステージ２０をロール軸Ｒ回りに同じ回転方向で回転させ続けることで実現できる。
【００８４】
その後、制御装置５は、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させる（Ｓ４９）。このとき、ロール軸Ｒは電子機器２のＸ軸と一致しているので、回転中のジャイロセンサ３の出力をサンプリングすることで、センサ出力値Ｇ１が得られる（Ｓ５０）。
【００８５】
次に制御装置５は、ステージ２０を（０，０，９０）に位置決めする（Ｓ５１）。このとき、電子機器２のＹ軸がロール軸Ｒと一致する。そして、制御装置５は、Ｓ４９及びＳ５０と同様に、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させ（Ｓ５２）、回転中のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ２を取得する（Ｓ５３）。
【００８６】
次に制御装置５は、ステージ２０を（０，９０，０）に位置決めして（Ｓ５４）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ１を取得する（Ｓ５５）。さらに、ステージ２０を（１８０，９０，０）に位置決めして（Ｓ５６）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ２を取得する（Ｓ５７）。その後、制御装置５は、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させる（Ｓ５８）。このとき、電子機器２のＺ軸がロール軸Ｒと一致している。制御装置５は、この回転中のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ３を取得する（Ｓ５９）。
【００８７】
以上説明した手順により、ジャイロセンサ３のキャリブレーションデータ生成に必要なセンサ出力値Ｇ１〜Ｇ３、及び加速度センサ４のキャリブレーションデータ生成に必要なセンサ出力値Ａ１〜Ａ６が得られたことになる。そこで、制御装置５は、前述した計算式によってキャリブレーションデータを算出し、電子機器２の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ６０）。こうして、自分自身が内蔵するジャイロセンサ３及び加速度センサ４の出力特性を反映したキャリブレーションデータが書き込まれた、電子機器２が完成する。
【００８８】
以上説明した本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０は位置決め制御や等速回転制御の機能を持つ必要がなく、またそれぞれ基準位置及び直交位置への位置決めができさえすればよいので、ステージ２０を高速に回転させる必要もない。そのため、これらのモーターを小型化することができる。また、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０を小型化することができれば、ステージユニット１０全体を軽量化することができる。そのため、ステージユニット１０の位置決め制御や等速回転制御を行う主軸モーター１１についても、従来のものより低トルクのモーターを採用することができる。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、キャリブレーションの対象となるジャイロセンサ３が２軸ジャイロセンサの場合、キャリブレーション装置１は、パン軸の回転機構を備える必要はなく、チルト軸回転位置を基準位置及び直交位置に位置決めするとともに、ロール軸Ｒ回りの等速回転制御が可能であれば、２軸それぞれの等速回転制御を行うことができる。
【００９０】
また、以上の説明においては、円盤状のステージに電子機器２を固定することとしたが、電子機器２を固定するのはこのような形状のものに限らず、電子機器２を保持する各種の形状のホルダーであってよい。
【００９１】
また、以上の説明においては、ステージ２０やチルト軸回転部２４を基準位置及び直交位置で固定するために、キー溝と嵌合するキーを備えるロック機構を採用しているが、これに限らず、例えばガイドピンやプランジャーなど、その他の機構によってステージ２０やチルト軸回転部２４を固定してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１ キャリブレーション装置、２ 電子機器、３ ジャイロセンサ、４ 加速度センサ、５ 制御装置、１０ ステージユニット、１１ 主軸モーター、１２ メカニカルカップリング、１３ 駆動回路、１４ ロータリーエンコーダー、１５ 支持部、１６ ハッチ、１７ レール、１８ レバーアーム、２０ ステージ、２１ サポート部材、２２ パン軸固定部、２３ 内側アーム、２４ チルト軸回転部、２５ チルト軸固定部、２６ 外側アーム、３０ パン軸モーター、３１ 第１パン軸位置決めブロック、３２ 第２パン軸位置決めブロック、３３ 被検出体、３４ 第１パン軸ストッパー、３５ 第２パン軸ストッパー、３６ ロック制御部、３７，３８ フォトインタラプタ、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ ローラー、４０ チルト軸モーター、４１ 第１チルト軸位置決めブロック、４２ 第２チルト軸位置決めブロック、４３ 被検出体、４４ 第１チルト軸ストッパー、４５ 第２チルト軸ストッパー、４６ ロック制御部、４７，４８ フォトインタラプタ、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ ローラー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転速度を検出するセンサのキャリブレーションに使用するキャリブレーション装置、当該センサのキャリブレーション方法、及び当該キャリブレーション方法を利用した電子機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や家庭用ゲーム機のコントローラなど、回転速度を検出するセンサ（ジャイロセンサ等）を備えた各種の電子機器が提案されている。このような電子機器によれば、ユーザが電子機器の向きを変化させるなどの動作を行った際に、センサの出力を用いてその動作を検出することができる。
【０００３】
このようなセンサは、個々のセンサの個体差によってその出力特性が異なる。そのため、センサを内蔵する個々の電子機器に対して、工場出荷時などに、センサの出力特性を調べるキャリブレーションが行われる。具体的に、例えば互いに直交する３つの基準軸それぞれを中心とした回転の角速度を検出する３軸ジャイロセンサの場合、これらの基準軸のそれぞれを中心として電子機器を一定の回転速度で回転させ、そのときのジャイロセンサの出力値を取得することによって、キャリブレーションが行われる。このようなキャリブレーションを行うために、電子機器を保持して、一定速度で回転させることのできるキャリブレーション装置が提供されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"1573P Series Three-AxisPosition and Rate Table System"、[online]、２０１０年、[2010年10月25日検索]、インターネット<http://www.ideal-aerosmith.com/motion/1573P.aspx>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したキャリブレーション装置が、電子機器を一定の回転速度で回転させることのできるモーターを１つしか備えていない場合、センサの複数の基準軸のそれぞれについてキャリブレーションを行うためには、モーターによる回転の回転軸とセンサの複数の基準軸のそれぞれとが一致するように電子機器をキャリブレーション装置に固定する際の向きを変えながら、複数回繰り返して測定を行う必要があり、手間がかかる。一方、非特許文献１のように、キャリブレーション装置が電子機器を一定の回転速度で回転させることのできるモーターを複数備えている場合、センサの複数の基準軸がキャリブレーション装置の複数の回転軸と一致するような向きで電子機器をキャリブレーション装置に固定すれば、その後に電子機器を固定し直すことなく、複数の回転軸のそれぞれを中心として電子機器を一定の回転速度で回転させ、キャリブレーションを行うことができる。しかしながら、このように一定の回転速度での回転制御を精度よく実現できるモーターは、そのような制御を行えないモーターと比較して高価、かつ大型となる傾向があるため、このようなモーターを複数用意することは、キャリブレーション装置の製造コストの増大や装置の大型化などを招くことになる。
【０００６】
本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、一定の回転速度での回転制御を実現可能なモーターの数をセンサが回転速度を検出する基準軸の数よりも減らしつつ、複数の基準軸のそれぞれを回転中心として電子機器を一定速度で回転させることのできるセンサのキャリブレーション装置、センサのキャリブレーション方法、及び当該キャリブレーション方法を用いた電子機器の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るキャリブレーション装置は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサのキャリブレーションのために、当該センサを備える電子機器を回転させるキャリブレーション装置であって、前記電子機器が固定されるホルダーと、所定の第１回転軸を中心として前記ホルダーを所定の回転速度で回転させる第１モーターと、前記第１回転軸と直交する第２回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第２モーターと、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置を、第２回転軸基準位置と、当該第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置と、の間に制限する第２回転軸ストッパーと、を備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態、及び前記第２回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させることを特徴とするキャリブレーション装置である。
【０００８】
前記キャリブレーション装置は、前記第２回転軸と直交する第３回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第３モーターと、前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置を、第３回転軸基準位置と、当該第３回転軸基準位置から９０度回転した第３回転軸直交位置との間に制限する第３回転軸ストッパーと、をさらに備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置が、前記第３回転軸基準位置にある状態、及び前記第３回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させることとしてもよい。
【０００９】
また、前記キャリブレーション装置は、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置及び前記第２回転軸直交位置のそれぞれにある状態で、前記ホルダーが前記第２回転軸回りに回転しないよう固定するロック制御部をさらに備えることとしてもよい。
【００１０】
また、前記キャリブレーション装置において、前記電子機器は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに印加される重力加速度の大きさを検出する加速度センサをさらに備え、前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうちの２つの基準軸のそれぞれが鉛直方向と一致する向きに位置決めするとともに、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうち前記２つの基準軸を除いた１つの基準軸が鉛直方向と一致する向きに位置決めすることとしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係るキャリブレーション方法は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器を、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸を中心として回転させるキャリブレーション装置を用いた、前記センサのキャリブレーション方法であって、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、所定の第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第１ステップと、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置を、前記第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置に位置決めする第２ステップと、前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに前記所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第３ステップと、前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得された前記センサの出力値を用いて、前記センサのキャリブレーションデータを算出する第４ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電子機器の製造方法は、複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器の製造方法であって、前記キャリブレーション方法により算出したキャリブレーションデータを、前記電子機器が備える不揮発性メモリに書き込むステップを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るキャリブレーション装置がキャリブレーション対象とする電子機器の外観の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るキャリブレーション装置の外観を示す斜視図である。
【図３】ステージユニットの構成を示す斜視図である。
【図４】ステージとパン軸固定部の構成を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】パン軸回転位置が基準位置にある状態での、位置決めブロックとストッパーとの位置関係を示す平面図である。
【図５Ｂ】パン軸回転位置が直交位置にある状態での、位置決めブロックとストッパーとの位置関係を示す平面図である。
【図６Ａ】ロック制御部の動作を説明する図である。
【図６Ｂ】ロック制御部の動作を説明する図である。
【図７】チルト軸回転部とチルト軸固定部の構成を示す分解斜視図である。
【図８】ロール軸回転位置の位置決め方法を説明する図である。
【図９Ａ】ハッチが閉じられた状態を示す図である。
【図９Ｂ】ハッチが開かれた状態を示す図である。
【図１０Ａ】ハッチ開放時のレバーアームの位置を示す図である。
【図１０Ｂ】ハッチ閉鎖時のレバーアームの位置を示す図である。
【図１１】ジャイロセンサのキャリブレーションの手順を説明する図である。
【図１２Ａ】電子機器のＹ軸がロール軸と一致する状態を示す図である。
【図１２Ｂ】電子機器のＺ軸がロール軸と一致する状態を示す図である。
【図１３】加速度センサのキャリブレーションの手順を説明する図である。
【図１４Ａ】ジャイロセンサと加速度センサ双方のキャリブレーションを一度に行う場合の手順を説明する図である。
【図１４Ｂ】ジャイロセンサと加速度センサ双方のキャリブレーションを一度に行う場合の手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置１がキャリブレーションの対象とする電子機器２の外観の一例を示す斜視図である。本実施形態において、電子機器２はジャイロセンサ３及び加速度センサ４を内蔵しており、キャリブレーション装置１は、電子機器２の姿勢を変化させながら、ジャイロセンサ３及び加速度センサ４のキャリブレーションに必要なセンサ出力値の取得を行う。ここでは一例として、電子機器２は家庭用ゲーム機のコントローラであることとしているが、これに限らず、例えば携帯型ゲーム機や携帯電話など、当該機器の姿勢や動きを検知するセンサを内蔵する各種の機器であってよい。
【００１６】
ジャイロセンサ３は、電子機器２の回転速度を検出するセンサの一種である。本実施形態では、ジャイロセンサ３は３軸ジャイロセンサであるものとする。すなわち、ジャイロセンサ３は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれを回転中心とした回転の角速度を検出し、その検出結果を示す３つの出力値を出力する。
【００１７】
また、加速度センサ４は、電子機器２に生じる加速度を検出するセンサである。加速度センサ４は、重力加速度を検出することによって、電子機器２の鉛直方向に対する傾きを検出するセンサとして機能する。本実施形態では、加速度センサ４は３軸加速度センサであるものとする。すなわち、加速度センサ４は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに平行な方向に生じた加速度の大きさを検出し、その検出結果を示す３つの出力値を出力する。
【００１８】
本実施形態では、ジャイロセンサ３の３つの基準軸と加速度センサ４の３つの基準軸は互いに一致しているものとする。具体的に、ジャイロセンサ３、及び加速度センサ４は、いずれもその基準軸が、電子機器２の高さ方向（以下、Ｘ軸方向とする）、幅方向（以下、Ｙ軸方向とする）、及び奥行き方向（以下、Ｚ軸方向とする）に一致するように電子機器２の筐体内に配置されている。
【００１９】
図２は、キャリブレーション装置１の外観を示す斜視図である。同図に示されるように、キャリブレーション装置１は、電子機器２が固定されるステージユニット１０と、主軸モーター１１と、メカニカルカップリング１２と、駆動回路１３と、ロータリーエンコーダー１４と、支持部１５と、ハッチ１６と、レール１７と、レバーアーム１８と、を含んで構成されている。また、キャリブレーション装置１には、その動作を制御する制御装置５が接続される。
【００２０】
主軸モーター１１は、所定の回転軸（以下、ロール軸Ｒという）を中心としてステージユニット１０の全体を回転させる駆動制御を行う。この主軸モーター１１は、例えばステッピングモーターやＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーターなどであって、その回転軸は、メカニカルカップリング１２を介してステージユニット１０と連結されている。主軸モーター１１は、駆動回路１３が出力する駆動信号に応じて、一定の回転速度でステージユニット１０を回転させる等速回転制御を行う。また、主軸モーター１１は、駆動回路１３が出力する駆動信号に応じて、ステージユニット１０のロール軸Ｒ回りの回転位置（以下、ロール軸回転位置という）を所定の位置に合わせる位置決め制御を行う。なお、キャリブレーション装置１はロール軸Ｒが水平面に平行になるように設置される。
【００２１】
駆動回路１３は、制御装置５からの制御信号に基づいて、主軸モーター１１、後述するパン軸モーター３０、及び後述するチルト軸モーター４０に対して、それぞれのモーターを駆動させる駆動信号を出力する。
【００２２】
ロータリーエンコーダー１４は、主軸モーター１１によるステージユニット１０のロール軸Ｒ回りの回転角及び回転速度をリアルタイムで計測する。ロータリーエンコーダー１４の計測結果を駆動回路１３にフィードバックすることで、駆動回路１３は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を一定の回転速度で回転させる等速回転制御や、ステージユニット１０の回転位置を任意の位置に合わせる位置決め制御を精度よく行うことができる。
【００２３】
支持部１５は、主軸モーター１１が接続されている側と反対側から、ステージユニット１０を回転可能に支持する。なお、後述するように、支持部１５には、貫通孔１５ａが設けられている。
【００２４】
ハッチ１６、レール１７、及びレバーアーム１８は、安全機構を構成している。この安全機構の詳細については、後述する。
【００２５】
制御装置５は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であって、そのメモリに記憶された制御プログラムに従って、キャリブレーション処理を実行する。具体的に、制御装置５は、キャリブレーションの実行時に、電子機器２を回転させる動作を指示する制御信号をキャリブレーション装置１の駆動回路１３に対して出力する。制御装置５によるキャリブレーション装置１の制御内容については、後述する。
【００２６】
また、制御装置５は、有線又は無線により電子機器２と通信可能に接続されており、キャリブレーションの実行中にジャイロセンサ３及び加速度センサ４のそれぞれが出力する検出結果を電子機器２から取得する。そして、取得した検出結果の値を用いて、これらのセンサの出力値を補正するための補正パラメタを算出し、算出した補正パラメタを電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む処理を行う。
【００２７】
次に、ステージユニット１０の構成について説明する。ステージユニット１０は、図３に示すように、ステージ（ホルダー）２０と、サポート部材２１と、パン軸固定部２２と、内側アーム２３と、チルト軸回転部２４と、チルト軸固定部２５と、外側アーム２６と、を含んで構成されている。
【００２８】
ステージ２０は円盤状の形状をしており、キャリブレーションを行う際には、サポート部材２１を介してこのステージ２０に電子機器２が固定される。そして、ステージ２０は、所定の回転軸（以下、パン軸Ｐという）を中心としてパン軸固定部２２に対して相対的に回転するよう構成されている。本実施形態では、パン軸Ｐはステージ２０の上面に直交し、ステージ２０上面の中心を通る回転軸である。
【００２９】
また、パン軸固定部２２は、ステージ２０より一回り大きな円盤状の形状をしており、内側アーム２３を介してチルト軸回転部２４に固定されている。チルト軸回転部２４はステージ２０などと同様に円盤状の形状をしており、パン軸Ｐに直交する回転軸（以下、チルト軸Ｔという）を中心としてチルト軸固定部２５に対して相対的に回転するように構成されている。この回転に伴って、ステージ２０もチルト軸Ｔを中心として回転する。なお、チルト軸Ｔは、ステージ２０の上面に平行な向きの回転軸である。
【００３０】
さらに、チルト軸固定部２５は２本の外側アーム２６と接続されており、一方の外側アーム２６にはメカニカルカップリング１２が取り付けられている。これにより、主軸モーター１１は、前述したようにロール軸Ｒを中心としてステージユニット１０の全体を回転させることができる。なお、ロール軸Ｒはチルト軸Ｔと直交する回転軸となっている。主軸モーター１１がステージユニット１０全体を回転させることにより、ステージ２０もロール軸Ｒを中心として回転することになる。
【００３１】
すなわち、ステージユニット１０及び主軸モーター１１は３軸ジンバル機構を構成しており、これによりキャリブレーション装置１はパン軸Ｐ、チルト軸Ｔ、及びロール軸Ｒのそれぞれを回転中心としてステージ２０に固定された電子機器２を回転させることができる。なお、本実施形態では、図２及び図３に示すようにステージ２０の上面が水平面と平行な状態において、パン軸Ｐ、チルト軸Ｔ、及びロール軸Ｒは互いに直交し、パン軸Ｐは鉛直方向に沿った向きになり、チルト軸Ｔ及びロール軸Ｒは水平面と平行な向きになる。
【００３２】
さらに本実施形態において、パン軸Ｐを回転中心としたステージ２０の回転は、９０度の範囲に規制されている。より具体的に、ステージ２０のパン軸Ｐ回りの回転位置(以下、パン軸回転位置という）は、所定の位置を０度として、そこから所定方向に９０度回転した位置までの範囲に制限される。以下、このような制限を可能にするステージ２０及びパン軸固定部２２の構成について、説明する。
【００３３】
図４は、ステージ２０とパン軸固定部２２の構成を示す分解斜視図である。同図に示されるように、パン軸固定部２２の中心近傍には、パン軸モーター３０が配置されており、その駆動力によってパン軸固定部２２の中心位置に配置された回転軸３０ａが回転する。この回転軸３０ａの回転がステージ２０に伝達されることにより、ステージ２０はパン軸Ｐを回転中心としてパン軸固定部２２に対して相対的に回転する。
【００３４】
ステージ２０の底面（すなわち、パン軸固定部２２と対向する面）には、その外周に沿って、２つの位置決めブロック（以下、第１パン軸位置決めブロック３１及び第２パン軸位置決めブロック３２という）が突出して設けられている。これらの位置決めブロック３１及び３２は、ステージ２０の中心から見て９０度の角度をなすように、ステージ２０の外周に沿って１／４周だけ離れて配置されている。なお、位置決めブロック３１及び３２のそれぞれには、凹テーパー形状のキー溝３１ｂ及び３２ｂが設けられている。また、ステージ２０の底面には、被検出体３３も突出して設けられている。
【００３５】
一方、パン軸固定部２２の上面（すなわち、ステージ２０と対向する面）には、その外周に沿って、２つのストッパー（以下、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５という）が突出して設けられている。これらのストッパー３４及び３５は、パン軸固定部２２の外周に沿って、パン軸固定部２２の中心から見て略１８０度の角度をなすように配置されている。また、パン軸固定部２２の外周に沿って、ストッパー３４及び３５の中間の位置（すなわち、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５の双方と９０度の角度をなす位置）には、ロック制御部３６が配置されている。ロック制御部３６は、凸テーパー形状のキー３６ａと、キー３６ａを駆動するロックモーター３６ｂと、を含んで構成される。また、パン軸固定部２２の上面には、フォトインタラプタ３７及び３８が配置されている。フォトインタラプタ３７及び３８は、パン軸固定部２２の中心から見て９０度の角度をなすように配置されており、それぞれの検出位置に被検出体３３が移動してきたときに、その存在を検出する。
【００３６】
以上の構成により、ステージ２０がパン軸Ｐ回りに回転可能な範囲は、０度から９０度の範囲に制限される。具体的に、パン軸モーター３０によってステージ２０を上方から見て時計回りに回転させ続けると、第１パン軸位置決めブロック３１の面３１ａが第１パン軸ストッパー３４に当接し、それ以上ステージ２０が時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のパン軸回転位置を、パン軸Ｐの基準位置という。なお、この状態において、被検出体３３はフォトインタラプタ３７の検出位置に移動している。図５Ａは、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態での、位置決めブロック３１及び３２とストッパー３４及び３５との位置関係を示す平面図である。ここでは、両者の位置関係を明確にするために、ステージ２０の底面側に配置された位置決めブロック３１及び３２と、被検出体３３と、を実線で示している。
【００３７】
このパン軸Ｐの基準位置から、パン軸モーター３０によってステージ２０を上方から見て反時計回りに回転させ続けると、ステージ２０が９０度回転したところで、第２パン軸位置決めブロック３２の面３２ａが第２パン軸ストッパー３５に当接し、それ以上ステージ２０が反時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のパン軸回転位置を、パン軸Ｐの直交位置という。なお、この状態において、被検出体３３はフォトインタラプタ３８の検出位置に移動している。図５Ｂは、ステージ２０のパン軸回転位置が直交位置にある状態での、位置決めブロック３１及び３２とストッパー３４及び３５との位置関係を示す平面図である。図５Ａと同様に、この図においても、位置決めブロック３１及び３２、並びに被検出体３３は、実際にはステージ２０の底面側に配置されているが、実線で示されている。
【００３８】
以上のように、第１パン軸ストッパー３４及び第２パン軸ストッパー３５がステージ２０の回転を規制することによって、ステージ２０のパン軸回転位置は、機械的にこの基準位置と直交位置との間に制限され、それを超える範囲でステージ２０をパン軸Ｐ回りに回転させることはできなくなっている。
【００３９】
本実施形態では、キャリブレーションにおける各センサの出力値の取得は、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置及び直交位置のいずれかにある状態でしか行わないこととする。すなわち、キャリブレーションにおいて、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置と直交位置との間にある状態におけるジャイロセンサ３や加速度センサ４の出力値をキャリブレーションに用いることはない。そのため、パン軸モーター３０の制御によって、ステージ２０の回転位置を精度よく位置決めしたり、ステージ２０をパン軸Ｐ回りに等速回転させたりする制御を行う必要はない。このことから、本実施形態に係るキャリブレーション装置１においては、パン軸モーター３０として大型のサーボモーター等を採用したり、パン軸Ｐ回りの回転量や回転速度を精度よく検出するためのロータリーエンコーダー等を配置したりする必要はないことになる。
【００４０】
ただし、本実施形態でも、ステージ２０のパン軸回転位置を０度（基準位置）及び９０度（直交位置）に精度よく位置決めする必要はある。この位置決め精度は、機械加工の精度に依存することになるが、以下に説明するように、ロック制御部３６によるステージ２０のロック制御を行うことで、通常の機械加工精度でも例えば角度誤差０．００１度以下という十分に高精度な位置決め制御を行うことができる。
【００４１】
具体的に、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態（すなわち、第１パン軸位置決めブロック３１が第１パン軸ストッパー３４に当接した状態）では、第２パン軸位置決めブロック３２はロック制御部３６に対応する位置に存在することになる。フォトインタラプタ３７がこの状態を検知すると、ロックモーター３６ｂがキー３６ａを押し出す駆動制御を行う。これによって、キー３６ａが第２パン軸位置決めブロック３２に設けられたキー溝３２ｂに嵌合し、ステージ２０のパン軸Ｐ回りの回転が規制される。図６Ａ及び図６Ｂはロック制御部３６の動作を説明する図であって、図６Ａは、キー３６ａがキー溝３２ｂに嵌合する前の状態（すなわち、ステージ２０が固定されていない状態）を示し、図６Ｂは、キー３６ａがキー溝３２ｂに嵌合してステージ２０が固定された状態を示している。なお、キー３６ａはバネ（不図示）によってキー溝３２ｂに嵌合する方向に付勢されており、これによってキー３６ａとキー溝３２ｂとがガタつきなく嵌合する。
【００４２】
また、ステージ２０のパン軸回転位置が直交位置にある状態（すなわち、第２パン軸位置決めブロック３２が第２パン軸ストッパー３５に当接した状態）では、第１パン軸位置決めブロック３１がロック制御部３６に対応する位置に存在することになる。基準位置の位置決めの場合と同様に、この状態をフォトインタラプタ３８が検知すると、ロックモーター３６ｂがキー３６ａを第１パン軸位置決めブロック３１に設けられたキー溝３１ｂに嵌合させる制御を行う。
【００４３】
このように、ステージ２０のパン軸回転位置が基準位置にある状態、及び直交位置にある状態のそれぞれにおいて、ロック制御部３６がステージ２０をロックすることにより、ステージ２０のぐらつきを抑え、ステージ２０のパン軸回転位置を精度よく基準位置及び直交位置に位置決めすることができる。さらに本実施形態では、パン軸固定部２２の外周に沿って３箇所にローラー３９ａ、３９ｂ及び３９ｃが配置されており、これらのローラー３９ａ、３９ｂ及び３９ｃがステージ２０の側面を押さえている。これにより、ステージ２０のぐらつきがさらに抑えられている。
【００４４】
パン軸Ｐと同様に、チルト軸Ｔを回転中心としたステージ２０の回転も、９０度の範囲に規制されている。より具体的に、ステージ２０のチルト軸Ｔ回りの回転位置（以下、チルト軸回転位置という）は、所定の位置を０度として、そこから所定方向に９０度回転した位置までの範囲に制限される。このような制限を実現するために、チルト軸回転部２４はステージ２０と、チルト軸固定部２５はパン軸固定部２２と、それぞれ略同等の構造を備えている。
【００４５】
図７は、チルト軸回転部２４とチルト軸固定部２５の構成を示す分解斜視図である。同図に示されるように、チルト軸固定部２５の中心近傍には、チルト軸モーター４０が配置されており、その駆動力によってチルト軸固定部２５の中心位置に配置された回転軸４０ａが回転する。この回転軸４０ａの回転がチルト軸回転部２４に伝達されることにより、チルト軸回転部２４はチルト軸Ｔを回転中心としてチルト軸固定部２５に対して相対的に回転する。これにより、パン軸固定部２２及び内側アーム２３を介してチルト軸回転部２４に連結されたステージ２０も、チルト軸Ｔを回転中心として回転する。
【００４６】
また、チルト軸回転部２４のチルト軸固定部２５と対向する面には、その外周に沿って、９０度の角度をなすように２つの位置決めブロック（以下、第１チルト軸位置決めブロック４１及び第２チルト軸位置決めブロック４２という）が突出して設けられている。また、同じ面に被検出体４３も突出して設けられている。そして、チルト軸固定部２５のチルト軸回転部２４と対向する面には、その外周に沿って、２つのストッパー（以下、第１チルト軸ストッパー４４及び第２チルト軸ストッパー４５という）が互いに対向するように突出して設けられており、チルト軸固定部２５の外周に沿って、ストッパー４４及び４５の中間の位置には、ロック制御部４６が配置されている。また、チルト軸固定部２５のチルト軸回転部２４と対向する面には、チルト軸固定部２５の中心から見て９０度の角度をなすように、フォトインタラプタ４７及び４８が配置されている。
【００４７】
以上の構成により、チルト軸回転部２４がチルト軸Ｔ回りに回転可能な範囲は、０度から９０度の範囲に制限される。具体的に、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転部２４をステージ２０側から見て反時計回りに回転させ続けると、第１チルト軸位置決めブロック４１が第１チルト軸ストッパー４４に当接し、それ以上チルト軸回転部２４が反時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のチルト軸回転位置を、チルト軸Ｔの基準位置という。なお、この状態において、被検出体４３はフォトインタラプタ４７の検出位置に移動している。
【００４８】
このチルト軸Ｔの基準位置から、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転部２４をステージ２０側から見て時計回りに回転させ続けると、チルト軸回転部２４が９０度回転したところで、第２チルト軸位置決めブロック４２が第２チルト軸ストッパー４５に当接し、それ以上チルト軸回転部２４が時計回りに回転できない状態に達する。以下では、この状態になったときのステージ２０のチルト軸回転位置を、チルト軸Ｔの直交位置という。なお、この状態において、被検出体４３はフォトインタラプタ４８の検出位置に移動している。
【００４９】
以上のように、第１チルト軸ストッパー４４及び第２チルト軸ストッパー４５がチルト軸回転部２４の回転を規制することによって、ステージ２０のチルト軸回転位置は、機械的にこの基準位置と直交位置との間に制限され、それを超える範囲でステージ２０をチルト軸Ｔ回りに回転させることはできなくなっている。
【００５０】
パン軸Ｐの場合と同様に、本実施形態では、キャリブレーションにおける各センサの出力値の取得は、ステージ２０のチルト軸回転位置が基準位置及び直交位置のいずれかにある状態でしか行わないこととする。そのため、チルト軸モーター４０についても、ステージ２０のチルト軸回転位置を精度よく位置決めしたり、ステージ２０をチルト軸Ｔ回りに等速回転させたりする制御が可能なモーターである必要はない。
【００５１】
なお、ステージ２０のチルト軸回転位置についても、パン軸Ｐの場合と同様に、ロック制御部４６によるロック制御によって、０度（基準位置）及び９０度（直交位置）に精度よく位置決めすることができる。また、チルト軸回転部２４のぐらつきを抑えるために、チルト軸固定部２５の外周に沿って３箇所にローラー４９ａ、４９ｂ及び４９ｃが配置されている。
【００５２】
本実施形態では、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０と異なり、主軸モーター１１は任意の回転位置での位置決め制御が可能だが、この位置決め制御の目標位置は初期位置に対する相対的な回転角で決定される。一方、加速度センサ４のキャリブレーションを行う際には、重力が働く鉛直方向に対する電子機器２の傾きが重要となる。そのためキャリブレーション装置１は、ロール軸回転位置の初期位置を、鉛直方向に対する傾きが予め分かっている位置に精度よく設定できる必要がある。そこでキャリブレーション装置１は、ステージ２０のロール軸回転位置を、チルト軸Ｔが鉛直方向と一致するような向きに精度よく位置決めするための機構を備えている。
【００５３】
図８は、このようなロール軸回転位置の位置決め方法を説明する図である。同図に示されるように、支持部１５には貫通孔１５ａが設けられており、支持部１５側の外側アーム２６にも、貫通孔２６ａが設けられている。そして、これらの貫通孔１５ａ及び２６ａは、その両者が一致した際に、チルト軸Ｔが鉛直方向と一致するような位置に設けられている。そのため、貫通孔１５ａ及び２６ａの位置を一致させるようステージユニット１０をロール軸Ｒ回りに回転させ、両者が一致した状態で貫通孔１５ａ及び２６ａを通るようにテーパー状のガイドピン５０を挿入すれば、ステージ２０のロール軸回転位置を位置決めすることができる。ただし、以下では説明の便宜のために、ロール軸回転位置の基準位置は、このようにして位置決めされた初期位置ではなく、この初期位置からステージユニット１０を９０度回転させた位置（すなわち、チルト軸Ｔが水平面と平行になる回転位置）であるものとする。
【００５４】
次に、ハッチ１６、レール１７、及びレバーアーム１８によって構成される安全機構について、説明する。ハッチ１６は、レール１７上を移動可能になっており、ステージユニット１０側に移動した際には、ステージユニット１０を覆って外部と隔てる役割を果たす。図９Ａ及び図９Ｂは、ハッチ１６の移動を示す図であって、キャリブレーション装置１を上方から見た斜視図である。図９Ａは、ハッチ１６が閉じられた状態を示している。一方、キャリブレーション装置１の操作者が電子機器２をステージ２０に固定したり、ステージ２０から取り外したりする際には、ハッチ１６を主軸モーター１１側に移動させることにより、操作者はステージユニット１０にアクセスすることができる。図９Ｂは、このようにハッチ１６が開かれた状態を示している。なお、ハッチ１６にはステージユニット１０を外部と隔てる隔壁が設けられているが、図１、図９Ａ、及び図９Ｂではこの隔壁は透明に描かれている。
【００５５】
さらに、レバーアーム１８は、ハッチ１６を開いた状態では、ステージユニット１０側にせり出してステージユニット１０の回転を阻害する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、このレバーアーム１８の動きを示す図であって、いずれもキャリブレーション装置１の部分平面図である。図１０Ａがハッチ１６開放時のレバーアーム１８の位置を、図１０Ｂがハッチ１６閉鎖時のレバーアーム１８の位置を、それぞれ示している。図１０Ａに示されるように、レバーアーム１８の一端に設けられた干渉部１８ａは、ステージユニット１０側にせり出しており、ステージユニット１０がロール軸回りに回転しようとすると、主軸モーター１１側の外側アーム２６がこの干渉部１８ａと干渉して、ステージユニット１０の回転が停止するようになっている。なお、レバーアーム１８は主軸モーター１１の左右両側に配置されているので、ステージユニット１０がどちらの方向に回転しても、ステージユニット１０の回転は最大でも半回転するまでの間に停止することになる。
【００５６】
ハッチ１６閉鎖時には、図１０Ｂに示されるように、ハッチ１６に設けられた突起部１６ａが、レバーアーム１８の干渉部１８ａと逆側の端部１８ｂを前方に押し込む。これにより、レバーアーム１８の干渉部１８ａは後方に移動し、ステージユニット１０が干渉部１８ａと干渉しないようになる。すなわち、レバーアーム１８の作用によって、ハッチ１６を閉鎖した状態ではステージユニット１０が回転可能になり、ハッチ１６を解放した状態ではステージユニット１０が回転不能になる。
【００５７】
なお、レバーアーム１８は、これに取り付けられたバネ（不図示）によって、ステージユニット１０側にせり出してその回転を妨げる方向に付勢されている。このバネの弾性力によって、ハッチ１６を閉鎖しても、そのままではハッチ１６が主軸モーター１１側に引き戻され、レバーアーム１８がステージユニット１０の回転を妨げることになる。そのため、キャリブレーション装置１の操作者は、キャリブレーションを実行する際には、ハッチ１６を閉じた状態でクランプによってハッチ１６の位置を固定する必要がある。逆に、クランプによる固定が外されると、直ちにレバーアーム１８の干渉部１８ａがせり出してステージユニット１０の回転が停止する。そのため、例えば誤ってステージユニット１０の回転動作中に操作者がハッチ１６を開放しようとした場合、ステージユニット１０の回転はすぐに停止することになる。
【００５８】
次に、キャリブレーション装置１を用いた電子機器２のキャリブレーション方法のいくつかの具体例について、説明する。これらの具体例に示されるキャリブレーション方法は、例えば電子機器２の製造時に、個々の電子機器２に内蔵されたジャイロセンサ３や加速度センサ４の出力特性を反映したキャリブレーションデータを算出し、個々の電子機器２に書き込むために行われる。
【００５９】
まず第１の例として、ジャイロセンサ３のキャリブレーションだけを行う場合のキャリブレーション処理の手順について、図１１のフロー図を用いて説明する。
【００６０】
ジャイロセンサ３のキャリブレーションにおいては、３つの基準軸のそれぞれを回転中心として、所定の回転角速度ｒで電子機器２を等速回転させた際のジャイロセンサ３の測定結果を取得する。なお、ｒは例えば５４０度／秒などの値であってよい。以下では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれを回転中心として回転角速度ｒで電子機器２を等速回転させた際のジャイロセンサ３によるセンサ出力値を、Ｇ１，Ｇ２及びＧ３と表記する。これらの出力値は、いずれもＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの基準軸についての測定結果を示す３つの出力値の組によって構成され、
【数１】
のように表される。
【００６１】
以下、具体的なジャイロセンサ３のキャリブレーション手順について説明する。最初に、パン軸回転位置及びチルト軸回転位置をそれぞれの基準位置に移動させた状態で、電子機器２をステージ２０に固定する（Ｓ１）。このとき、電子機器２は、そのセンサ基準軸がキャリブレーション装置１の回転軸と一致するようにステージ２０に固定される。以下では具体例として、電子機器２のＸ軸がロール軸Ｒと、Ｙ軸がチルト軸Ｔと、Ｚ軸がパン軸Ｐと、それぞれ一致するように電子機器２が設置されるものとする。なお、図２及び図３は、このように電子機器２が設置された状態を示している。
【００６２】
この状態で制御装置５は、ジャイロセンサ３の各基準軸の出力値を取得する（Ｓ２）。この出力値は、バイアス出力（各基準軸に角速度が印加されていない状態の出力）を示す値である。行列表現によれば、このジャイロセンサ３のバイアス出力ＢＧは
【数２】
と表される。
【００６３】
次に制御装置５は、ステージユニット１０をロール軸Ｒ回りに所定の回転角速度ｒで等速回転させる指示を行う（Ｓ３）。これにより、電子機器２はＸ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転制御中のセンサ出力値Ｇ１を取得する（Ｓ４）。
【００６４】
次に制御装置５は、パン軸モーター３０を動作させてパン軸回転位置を直交位置に移動させる（Ｓ５）。図１２Ａは、この状態の電子機器２の向きを示しており、同図に示されるように、この状態では電子機器２のＹ軸がロール軸Ｒと一致する。その後、制御装置５は、Ｓ３と同様にステージユニット１０を所定の回転角速度ｒで回転させる指示を行う（Ｓ６）。これにより、電子機器２はＹ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転制御中のセンサ出力値Ｇ２を取得する（Ｓ７）。
【００６５】
続いて制御装置５は、パン軸モーター３０を動作させてパン軸回転位置を基準位置に戻すとともに、チルト軸モーター４０を動作させてチルト軸回転位置を直交位置に移動させる（Ｓ８）。図１２Ｂはこの状態の電子機器２の向きを示しており、同図に示されるように、この状態では電子機器２のＺ軸がロール軸Ｒと一致する。その後、制御装置５は、Ｓ３及びＳ６と同様にステージユニット１０を所定の回転角速度ｒで回転させる指示を行う（Ｓ９）。これにより、電子機器２はＺ軸を回転中心として一定速度で回転する。制御装置５は、この回転中のセンサ出力値Ｇ３を取得する（Ｓ１０）。
【００６６】
以上説明した処理によって、ジャイロセンサ３の３つの基準軸のそれぞれを回転中心として所定の回転角速度ｒで電子機器２を回転した際のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ１〜Ｇ３が得られたことになる。ジャイロセンサ３の感度係数（単位角速度あたりのセンサ出力）ＳＧは、これらのセンサ出力値を用いて、行列表現により
【数３】
と表される。ジャイロセンサ３の出力が線形であると仮定した場合、任意の回転角速度が電子機器２に対して与えられた際には、そのときのジャイロセンサ３の出力値と、これまで説明した処理によって得られた値と、を用いて電子機器２の回転角速度を算出できる。具体的に、ある角速度ＶＧの回転が電子機器２に生じた場合のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇを
【数４】
とすると、角速度ＶＧの値は、
【数５】
という計算式によって算出できる。
【００６７】
そこで制御装置５は、以上説明した処理によって得られるジャイロセンサ３の感度係数及びバイアス出力を示す情報を、キャリブレーションデータとして電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ１１）。これにより、ジャイロセンサ３のキャリブレーション処理が完了する。このようなキャリブレーション処理は、例えば電子機器２の製造時（すなわち、工場出荷前）に、量産される電子機器２のそれぞれに対して行われる。これにより、出荷される電子機器２のそれぞれは、Ｓ１１で書き込まれたキャリブレーションデータを使用することで、自分自身が内蔵するジャイロセンサ３の出力特性を考慮して補正された角速度の測定結果を得ることができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０自体は回転速度の制御を精度よく行えない場合であっても、一度電子機器２をステージ２０に対して固定させた後、改めて電子機器２のステージ２０に対する向きを手作業で変更してステージ２０に固定させ直す必要なしに、電子機器２の３つのセンサ基準軸のそれぞれを回転中心として、一定の回転速度での回転制御を行うことができる。
【００６９】
なお、以上の例では各センサ基準軸について、１つの回転角速度ｒで等速回転させた際のセンサ出力値を取得することとしたが、例えば複数の回転角速度の値のそれぞれで電子機器２を等速回転させ、その際のセンサ出力値を取得してもよい。こうすれば、より精度よくキャリブレーションを行うことができる。また、センサの温度ドリフトを補正するために、センサの温度が互いに異なる状況で、複数回電子機器２を等速回転させてセンサの出力値を取得してもよい。また、以上の説明では出力値Ｇ１〜Ｇ３をこの順に取得することとしたが、この取得順序は一例であって、これとは異なる順序で各出力値を取得してもよい。
【００７０】
次に、第２の例として、加速度センサ４のキャリブレーション処理だけを行う場合の手順について、図１３のフロー図を用いて説明する。なお、以下では説明の便宜のために、ステージ２０のロール軸Ｒ、チルト軸Ｔ、パン軸Ｐそれぞれの回転位置を、各軸の基準位置からの所定方向への回転角を示す３つの数字の組によって表すこととする。例えば、全ての回転軸の回転位置が基準位置にある状態は、（０，０，０）で表される。また、ロール軸回転位置及びチルト軸回転位置が基準位置にあり、パン軸回転位置が直交位置にある状態は（０，０，９０）で表され、ロール軸回転位置及びパン軸回転位置が基準位置にあり、チルト軸回転位置が直交位置にある状態は（０，９０，０）で表される。なお、ここでは主軸モーター１１側から見て時計回りに回転する方向を、ロール軸回りの回転の正方向とする。
【００７１】
加速度センサ４のキャリブレーションにおいては、電子機器２に対して働く重力加速度の大きさを正確に検知するために、加速度センサ４の３つの基準軸のそれぞれに対して、＋１ｇ、及び−１ｇの重力加速度が印加された状態でのセンサ出力値を取得することとする。ここで、ｇは重力加速度であって、通常は９．８ｍ／ｓ２の値をとる。すなわち、加速度センサ４のキャリブレーションでは、３つの基準軸それぞれの正負方向（つまり、合計６つの方向）が鉛直方向に一致する状態で、加速度センサ４の出力値を取得する。以下では、Ｘ軸負方向、Ｘ軸正方向、Ｙ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｚ軸負方向、及びＺ軸正方向のそれぞれが鉛直方向に一致する状態で取得された加速度センサ４の出力値を、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５及びＡ６と表記する。これらのセンサ出力値は、いずれもＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれについて生じた加速度を示す３つの出力値の組によって構成され、
【数６】
のように表される。
【００７２】
以下、具体的な手順について説明する。まず、電子機器２をステージ２０に固定して、ステージ２０の回転位置を（０，０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２１）。なお、ここでは、ステージ２０の回転位置が（０，０，０）に位置決めされた状態において、電子機器２のＸ軸がロール軸Ｒと、Ｙ軸がチルト軸Ｔと、Ｚ軸がパン軸Ｐと、それぞれ一致するように、電子機器２はステージ２０に固定されるものとする。なお、図２及び図３は、このように電子機器２が設置された状態を示している。この状態で、Ｚ軸には−１ｇの重力加速度が印加される。そして、制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ６を取得する（Ｓ２２）。
【００７３】
次に制御装置５は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を回転させて、ステージ２０を（１８０，０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２３）。この状態で、Ｚ軸には＋１ｇの重力加速度が印加される。制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ５を取得する（Ｓ２４）。
【００７４】
次に制御装置５は、ステージ２０を（９０，０，０）の状態に位置決めして（Ｓ２５）、センサ出力値Ａ４を取得する（Ｓ２６）。このとき、Ｙ軸には−１ｇの重力加速度が印加されている。さらに制御装置５は、ステージ２０を（−９０，０，０）の状態に位置決めして（Ｓ２７）、センサ出力値Ａ３を取得する（Ｓ２８）。このとき、Ｙ軸には＋１ｇの重力加速度が印加されている。こうして、主軸モーター１１を用いた位置決め制御によって、制御装置５は、同一平面上で互いに直交するＹ軸及びＺ軸それぞれの正負方向を鉛直方向とした場合のセンサ出力値を取得することができる。
【００７５】
その後、制御装置５は、主軸モーター１１によってロール軸回転位置を基準位置に戻すとともに、チルト軸モーター４０によってチルト軸回転位置を直交位置に遷移させることにより、ステージ２０を（０，９０，０）の状態に位置決めする（Ｓ２９）。この状態で、Ｘ軸には＋１ｇの重力加速度が印加されていることになる。制御装置５は、このときのセンサ出力値Ａ１を取得する（Ｓ３０）。さらに制御装置５は、主軸モーター１１によってステージユニット１０を半回転させて、ステージ２０を（１８０，９０，０）の状態に位置決めする（Ｓ３１）。この状態で、Ｘ軸には−１ｇの重力加速度が印加されていることになる。制御装置は、このときのセンサ出力値Ａ２を取得する（Ｓ３２）。このように、チルト軸回転位置を直交位置に遷移させることで、制御装置５はＸ軸正負方向を鉛直方向とした場合のセンサ出力値も取得することができる。
【００７６】
以上説明した処理によって取得された加速度センサ４の出力値Ａ１〜Ａ６を用いることによって、加速度センサ４のバイアス出力（加速度が印加されていない状態の出力）ＢＡ、及び感度係数（単位加速度あたりのセンサ出力）ＳＡを算出することができる。具体的に、バイアス出力ＢＡは、
【数７】
で計算され、感度係数ＳＡは
【数８】
で計算される。加速度センサ４の出力が線形であると仮定した場合、任意の加速度が電子機器２に対して与えられた際には、そのときの加速度センサ４の出力値と、これまで説明した処理によって得られた値と、を用いて電子機器２に印加された加速度を算出できる。具体的に、ある加速度ＶＡが印加された際の加速度センサ４の出力値Ａを
【数９】
とすると、加速度ＶＡの値は、
【数１０】
という計算式によって算出できる。
【００７７】
そこで制御装置５は、以上説明した処理によって得られる加速度センサ４の感度係数及びバイアス出力を示す情報を、キャリブレーションデータとして電子機器２内の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ３３）。これにより、加速度センサ４のキャリブレーション処理が完了する。
【００７８】
以上の説明から明らかなように、主軸モーター１１が０度、９０度、−９０度、１８０度の４つの回転位置に位置決めすることができるとともに、この主軸モーター１１の回転軸（ロール軸Ｒ）と直交する回転軸（チルト軸Ｔ）について、０度、９０度の２つの回転位置に位置決めすることができさえすれば、３軸の加速度センサ４をキャリブレーションするために必要な情報を取得することができる。そのため、加速度センサ４のキャリブレーションを行うだけであれば、パン軸Ｐ回りの回転機構は不要となる。なお、本実施形態では主軸モーター１１の回転軸が鉛直方向と直交しているために、主軸モーター１１を用いてセンサ基準軸のそれぞれを鉛直方向と一致させるような位置決め制御が可能になっている。
【００７９】
なお、制御装置５は、以上説明した計算方法に限らず、例えば最小二乗法を用いてバイアス出力を算出するなどして、キャリブレーションの精度を向上させてもよい。また、センサの温度ドリフトを補正するために、センサの温度が互いに異なる状況で、複数回以上説明したようなセンサ出力の測定を行ってもよい。また、以上の説明における各センサ出力値の取得順序は一例であって、これとは異なる順序でセンサ出力値の取得を行ってもよい。
【００８０】
次に、第３の例として、ジャイロセンサ３と加速度センサ４両方のキャリブレーションを行う場合の手順について、図１４Ａ及び図１４Ｂのフロー図を用いて説明する。
【００８１】
ジャイロセンサ３と加速度センサ４両方のキャリブレーションが必要な場合、例えば上述した図１１のフローの制御と、図１３のフローの制御を、互いに独立に順に実行してもよい。しかしながら、ステージ２０の回転と位置決めには、一定の時間が必要となるため、キャリブレーションの時間を短縮するためには、ステージ２０の姿勢の変化が少なくなるような手順でキャリブレーション処理を行うことが望ましい。そこで、以下に例示するように、加速度センサ４のキャリブレーションに必要な出力値を取得するためにステージ２０の向きを変化させる途中に、一定速度での回転を行い、その間のジャイロセンサ３の出力値を取得することによって、キャリブレーションの手順を簡略化でき、時間短縮を図ることができる。
【００８２】
具体的に、まず図１３のフローの場合と同様に、ステージ２０の回転位置を（０，０，０）の状態とし、センサ基準軸がキャリブレーション装置１の回転軸と一致するように電子機器２をステージ２０に固定する（Ｓ４１）。そして、このときの加速度センサ４のセンサ出力値Ａ６、及びジャイロセンサ３のバイアス出力ＢＧを取得する（Ｓ４２）。
【００８３】
次に、制御装置５は、ステージ２０を（９０，０，０）に位置決めして（Ｓ４３）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ４を取得する（Ｓ４４）。さらに、ステージ２０を（１８０，０，０）に位置決めして（Ｓ４５）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ５を取得する（Ｓ４６）。続いて制御装置５は、ステージ２０を（−９０，０，０）に位置決めして（Ｓ４７）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ３を取得する（Ｓ４８）。ここまでの位置決め制御は、ステージ２０をロール軸Ｒ回りに同じ回転方向で回転させ続けることで実現できる。
【００８４】
その後、制御装置５は、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させる（Ｓ４９）。このとき、ロール軸Ｒは電子機器２のＸ軸と一致しているので、回転中のジャイロセンサ３の出力をサンプリングすることで、センサ出力値Ｇ１が得られる（Ｓ５０）。
【００８５】
次に制御装置５は、ステージ２０を（０，０，９０）に位置決めする（Ｓ５１）。このとき、電子機器２のＹ軸がロール軸Ｒと一致する。そして、制御装置５は、Ｓ４９及びＳ５０と同様に、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させ（Ｓ５２）、回転中のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ２を取得する（Ｓ５３）。
【００８６】
次に制御装置５は、ステージ２０を（０，９０，０）に位置決めして（Ｓ５４）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ１を取得する（Ｓ５５）。さらに、ステージ２０を（１８０，９０，０）に位置決めして（Ｓ５６）、加速度センサ４のセンサ出力値Ａ２を取得する（Ｓ５７）。その後、制御装置５は、ロール軸Ｒを所定の回転角速度ｒで回転させる（Ｓ５８）。このとき、電子機器２のＺ軸がロール軸Ｒと一致している。制御装置５は、この回転中のジャイロセンサ３のセンサ出力値Ｇ３を取得する（Ｓ５９）。
【００８７】
以上説明した手順により、ジャイロセンサ３のキャリブレーションデータ生成に必要なセンサ出力値Ｇ１〜Ｇ３、及び加速度センサ４のキャリブレーションデータ生成に必要なセンサ出力値Ａ１〜Ａ６が得られたことになる。そこで、制御装置５は、前述した計算式によってキャリブレーションデータを算出し、電子機器２の不揮発性メモリに書き込む（Ｓ６０）。こうして、自分自身が内蔵するジャイロセンサ３及び加速度センサ４の出力特性を反映したキャリブレーションデータが書き込まれた、電子機器２が完成する。
【００８８】
以上説明した本実施形態に係るキャリブレーション装置１によれば、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０は位置決め制御や等速回転制御の機能を持つ必要がなく、またそれぞれ基準位置及び直交位置への位置決めができさえすればよいので、ステージ２０を高速に回転させる必要もない。そのため、これらのモーターを小型化することができる。また、パン軸モーター３０及びチルト軸モーター４０を小型化することができれば、ステージユニット１０全体を軽量化することができる。そのため、ステージユニット１０の位置決め制御や等速回転制御を行う主軸モーター１１についても、従来のものより低トルクのモーターを採用することができる。
【００８９】
なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、キャリブレーションの対象となるジャイロセンサ３が２軸ジャイロセンサの場合、キャリブレーション装置１は、パン軸の回転機構を備える必要はなく、チルト軸回転位置を基準位置及び直交位置に位置決めするとともに、ロール軸Ｒ回りの等速回転制御が可能であれば、２軸それぞれの等速回転制御を行うことができる。
【００９０】
また、以上の説明においては、円盤状のステージに電子機器２を固定することとしたが、電子機器２を固定するのはこのような形状のものに限らず、電子機器２を保持する各種の形状のホルダーであってよい。
【００９１】
また、以上の説明においては、ステージ２０やチルト軸回転部２４を基準位置及び直交位置で固定するために、キー溝と嵌合するキーを備えるロック機構を採用しているが、これに限らず、例えばガイドピンやプランジャーなど、その他の機構によってステージ２０やチルト軸回転部２４を固定してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１ キャリブレーション装置、２ 電子機器、３ ジャイロセンサ、４ 加速度センサ、５ 制御装置、１０ ステージユニット、１１ 主軸モーター、１２ メカニカルカップリング、１３ 駆動回路、１４ ロータリーエンコーダー、１５ 支持部、１６ ハッチ、１７ レール、１８ レバーアーム、２０ ステージ、２１ サポート部材、２２ パン軸固定部、２３ 内側アーム、２４ チルト軸回転部、２５ チルト軸固定部、２６ 外側アーム、３０ パン軸モーター、３１ 第１パン軸位置決めブロック、３２ 第２パン軸位置決めブロック、３３ 被検出体、３４ 第１パン軸ストッパー、３５ 第２パン軸ストッパー、３６ ロック制御部、３７，３８ フォトインタラプタ、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ ローラー、４０ チルト軸モーター、４１ 第１チルト軸位置決めブロック、４２ 第２チルト軸位置決めブロック、４３ 被検出体、４４ 第１チルト軸ストッパー、４５ 第２チルト軸ストッパー、４６ ロック制御部、４７，４８ フォトインタラプタ、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ ローラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサのキャリブレーションのために、当該センサを備える電子機器を回転させるキャリブレーション装置であって、
前記電子機器が固定されるホルダーと、
所定の第１回転軸を中心として前記ホルダーを所定の回転速度で回転させる第１モーターと、
前記第１回転軸と直交する第２回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第２モーターと、
前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置を、第２回転軸基準位置と、当該第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置と、の間に制限する第２回転軸ストッパーと、
を備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態、及び前記第２回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させる
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキャリブレーション装置において、
前記第２回転軸と直交する第３回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第３モーターと、
前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置を、第３回転軸基準位置と、当該第３回転軸基準位置から９０度回転した第３回転軸直交位置との間に制限する第３回転軸ストッパーと、
をさらに備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置が、前記第３回転軸基準位置にある状態、及び前記第３回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させる
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のキャリブレーション装置において、
前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置及び前記第２回転軸直交位置のそれぞれにある状態で、前記ホルダーが前記第２回転軸回りに回転しないよう固定するロック制御部をさらに備える
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記電子機器は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに印加される重力加速度の大きさを検出する加速度センサをさらに備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうちの２つの基準軸のそれぞれが鉛直方向と一致する向きに位置決めするとともに、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうち前記２つの基準軸を除いた１つの基準軸が鉛直方向と一致する向きに位置決めする
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項５】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器を、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸を中心として回転させるキャリブレーション装置を用いた、前記センサのキャリブレーション方法であって、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、所定の第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第１ステップと、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置を、前記第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置に位置決めする第２ステップと、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに前記所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第３ステップと、
前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得された前記センサの出力値を用いて、前記センサのキャリブレーションデータを算出する第４ステップと、
を含むことを特徴とするセンサのキャリブレーション方法。
【請求項６】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器の製造方法であって、
請求項５に記載のキャリブレーション方法により算出したキャリブレーションデータを、前記電子機器が備える不揮発性メモリに書き込むステップを含む
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項１】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサのキャリブレーションのために、当該センサを備える電子機器を回転させるキャリブレーション装置であって、
前記電子機器が固定されるホルダーと、
所定の第１回転軸を中心として前記ホルダーを所定の回転速度で回転させる第１モーターと、
前記第１回転軸と直交する第２回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第２モーターと、
前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置を、第２回転軸基準位置と、当該第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置と、の間に制限する第２回転軸ストッパーと、
を備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態、及び前記第２回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させる
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のキャリブレーション装置において、
前記第２回転軸と直交する第３回転軸を中心として前記ホルダーを回転させる第３モーターと、
前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置を、第３回転軸基準位置と、当該第３回転軸基準位置から９０度回転した第３回転軸直交位置との間に制限する第３回転軸ストッパーと、
をさらに備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第３回転軸回りの回転位置が、前記第３回転軸基準位置にある状態、及び前記第３回転軸直交位置にある状態のそれぞれにおいて、前記ホルダーを前記所定の回転速度で回転させる
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のキャリブレーション装置において、
前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置及び前記第２回転軸直交位置のそれぞれにある状態で、前記ホルダーが前記第２回転軸回りに回転しないよう固定するロック制御部をさらに備える
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記電子機器は、互いに直交する３つの基準軸のそれぞれに印加される重力加速度の大きさを検出する加速度センサをさらに備え、
前記第１モーターは、前記電子機器が固定された前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうちの２つの基準軸のそれぞれが鉛直方向と一致する向きに位置決めするとともに、前記ホルダーの前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーの前記第１回転軸回りの回転位置を、前記３つの基準軸のうち前記２つの基準軸を除いた１つの基準軸が鉛直方向と一致する向きに位置決めする
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項５】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器を、互いに直交する第１回転軸及び第２回転軸を中心として回転させるキャリブレーション装置を用いた、前記センサのキャリブレーション方法であって、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、所定の第２回転軸基準位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第１ステップと、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置を、前記第２回転軸基準位置から９０度回転した第２回転軸直交位置に位置決めする第２ステップと、
前記電子機器の前記第２回転軸回りの回転位置が、前記第２回転軸直交位置にある状態において、前記ホルダーを前記第１回転軸回りに前記所定の回転速度で回転させ、当該回転中の前記センサの出力値を取得する第３ステップと、
前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得された前記センサの出力値を用いて、前記センサのキャリブレーションデータを算出する第４ステップと、
を含むことを特徴とするセンサのキャリブレーション方法。
【請求項６】
複数の基準軸のそれぞれを中心とした回転速度を検出するセンサを備える電子機器の製造方法であって、
請求項５に記載のキャリブレーション方法により算出したキャリブレーションデータを、前記電子機器が備える不揮発性メモリに書き込むステップを含む
ことを特徴とする電子機器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１１２７８９（Ｐ２０１２−１１２７８９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１７８５（Ｐ２０１０−２６１７８５）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（３１００２１７６６）株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント (417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（３１００２１７６６）株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント (417)
【Ｆターム（参考）】
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