校正データ取得方法、加速度センサー出力補正方法及び校正データ取得システム
【課題】ミスアライメント誤差を考慮しつつ、慣性センサーの温度特性を適切に求めるための新たな手法を提案すること。
【解決手段】試験システム１において、加速度センサー５２０を具備するセンサーモジュール５の特性判定処理が行われる。すなわち、試験装置３において、絶対軸が定められた被検体固定装置３４０に、加速度センサー５２０の検出軸の方向を絶対軸方向とするようにセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢及び恒温槽３２０内部の温度を変化させながら、加速度センサー５２０の出力値を記録するデータ取得処理が行われる。そして、記録された加速度センサー５２０の出力値を用いて、補正係数算出装置２により温度依存成分の温度係数及びミスアライメント係数が補正係数として算出される。
【解決手段】試験システム１において、加速度センサー５２０を具備するセンサーモジュール５の特性判定処理が行われる。すなわち、試験装置３において、絶対軸が定められた被検体固定装置３４０に、加速度センサー５２０の検出軸の方向を絶対軸方向とするようにセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢及び恒温槽３２０内部の温度を変化させながら、加速度センサー５２０の出力値を記録するデータ取得処理が行われる。そして、記録された加速度センサー５２０の出力値を用いて、補正係数算出装置２により温度依存成分の温度係数及びミスアライメント係数が補正係数として算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、校正データ取得方法、加速度センサー出力補正方法及び校正データ取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるシームレス測位やモーションセンシング、姿勢制御など様々な分野において、慣性センサーの活用が注目されている。慣性センサーとしては、加速度センサーやジャイロセンサー、圧力センサー、地磁気センサーなどが広く知られている。
【０００３】
近年では、多軸の慣性センサーを搭載したセンサーモジュールが開発されている。この多軸のセンサーモジュールは、直交する複数の軸上に慣性センサーが取り付けられ、三次元空間でのセンシングを行うことができるように構成されている。しかし、センサーモジュールに対する慣性センサーの取り付け姿勢が正確でないことに起因して、慣性センサーの出力に取り付け誤差や他軸感度誤差に起因するミスアライメント誤差が含まれ得ることが問題となっていた。
【０００４】
かかる問題に鑑み、例えば特許文献１には、センサーモジュールに対する加速度センサーの取り付け誤差を考慮し、加速度センサーにより検出される重力加速度の他軸感度を計算して、加速度センサーの出力値を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、特許文献１の技術によれば、ミスアライメント誤差は補正できるかもしれない。しかし、慣性センサーの出力には、他の成分も含まれ得る。典型的には、ゼロ点バイアスやスケールファクターといった成分である。ゼロ点バイアスとは、定常的に付加される誤差値を意味し、スケールファクターとは、センサーの感度、すなわち計測すべき入力値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。
【０００７】
厄介であるのは、これらの成分が、温度依存性を有することである。これらの成分が温度依存性を有しているため、慣性センサーの出力も温度依存性を有する。そのため、ミスアライメント誤差を考慮するのみでは足りず、慣性センサーの温度特性も考慮しなければ、慣性センサーの出力を正しく補正することはできない。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、ミスアライメント誤差を考慮しつつ、慣性センサーの温度特性を適切に求めるための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理を行うことと、前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出することと、を含む校正データ取得方法である。
【００１０】
また、他の形態として、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理部と、前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出する温度依存特性算出部と、を備えた校正データ取得システムを構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録する。そして、当該出力値に基づいて加速度センサーの温度依存特性を算出する。
【００１２】
加速度センサーは、慣性センサーの一種である。絶対軸方向が定められた環境下で、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させて各検出軸の出力値を計測・記録することで、当該加速度センサーの検出値（すなわち加速度の検出値）からミスアライメント誤差を分離可能である。また、加速度センサーの動作環境温度を変化させながら出力値を計測・記録する。これにより、加速度センサーの温度特性をも適切に求めることができる。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の校正データ取得方法であって、前記出力値と前記温度依存特性とを用いて、前記加速度センサーのミスアライメント誤差を算出すること、を更に含む校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、加速度センサーの各検出軸の出力値と、算出した加速度センサーの温度依存特性とを用いて、加速度センサーのミスアライメント誤差を算出する。
【００１５】
所定の動作環境温度における加速度センサーの各検出軸の出力値と、加速度センサーの温度依存特性とから、温度依存性の成分が分離された加速度を計算することができる。この温度依存性の成分が分離された加速度にはミスアライメント誤差が含まれ得るが、複数の動作環境温度における加速度を利用することで、ミスアライメント誤差を適切に求めることができる。
【００１６】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の校正データ取得方法であって、前記温度依存特性を算出することは、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の前記出力値を用いて、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することを含む、校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１７】
この第３の形態によれば、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の加速度センサーの出力値を用いて、加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することができる。
【００１８】
また、第４の形態として、第３の形態の校正データ取得方法であって、前記温度依存特性を算出することは、更に、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性を算出することを含む、校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１９】
この第４の形態によれば、ゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性ばかりでなく、加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性をも算出することができる。
【００２０】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法を構成してもよい。
【００２１】
さらには、第６の形態として、第２の形態の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度と、ミスアライメント誤差とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法を構成してもよい。
【００２２】
この第５又は第６の形態によれば、上述した形態の校正データ取得方法によって取得された校正データを用いて、加速度センサーの出力値を正しく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】試験システムの機能構成の一例を示す図。
【図２】試験装置の機能構成の一例を示す図。
【図３】センサーモジュールの機能構成の一例を示す図。
【図４】試験データベースのデータ構成の一例を示す図。
【図５】温度係数テーブルのテーブル構成の一例を示す図。
【図６】特性判定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】試験処理の流れを示すフローチャート。
【図８】温度係数算出処理の流れを示すフローチャート。
【図９】ミスアライメント係数算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】補正出力処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面を参照して、加速度センサーを具備するセンサーモジュールの試験を行って加速度センサーの校正データを取得する校正データ取得システムとしての試験システムに本発明を適用した実施形態について説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではないことは勿論である。
【００２５】
１．機能構成
１−１．試験システムの機能構成
図１は、本実施形態における試験システム１の機能構成の一例を示すブロック図である。試験システム１は、加速度センサー５２０を搭載したモジュールの一種であるセンサーモジュール５（図３参照）の試験（テスト）を行って、当該センサーモジュール５の校正データを取得する校正データ取得システムの一種であり、例えば、補正係数算出装置２と、試験装置３とを備えて構成される。
【００２６】
（１）補正係数算出装置２の機能構成
補正係数算出装置２は、センサーモジュール５に搭載された加速度センサー５２０の出力値を補正するための補正係数を算出する装置である。図１に示すように、補正係数算出装置２は、処理部１０と、入力部２０と、表示部３０と、通信部４０と、記憶部５０とを備えて構成され、各部がバス６０を介して接続されるコンピューターシステムである。
【００２７】
処理部１０は、記憶部５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、補正係数算出装置２の各部や試験装置３を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。
【００２８】
主要な処理ブロックとして、処理部１０は、試験プログラム５１１に従って試験処理を行う試験実行制御部１１と、温度係数算出プログラム５１３に従って温度係数算出処理を行う温度係数算出部１３と、ミスアライメント係数算出プログラム５１５に従ってミスアライメント係数算出処理を行うミスアライメント係数算出部１５とを有する。また、温度係数算出部１３及びミスアライメント係数算出部１５により算出された温度係数及びミスアライメント係数を用いて、補正係数が格納されたテーブルである補正係数テーブル５５を作成する補正係数テーブル作成部１７を有する。
【００２９】
入力部２０は、例えばキーボードやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部１０に出力する。この入力部２０の操作により、各種データの入力や、センサーモジュール５の試験開始要求等の各種指示入力がなされる。
【００３０】
表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部１０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部３０には、処理部１０により算出されたセンサーモジュール５の補正係数等の情報が表示される。
【００３１】
通信部４０は、補正係数算出装置２が外部装置との間で有線通信又は無線通信を行うための通信装置である。この機能は、例えば、有線ケーブルを介して通信を行う有線通信モジュールや、無線ＬＡＮやスペクトラム拡散通信等を行う無線通信モジュール等により実現される。
【００３２】
記憶部５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリー）によって構成され、補正係数算出装置２のシステムプログラムや、試験機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、各種データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００３３】
記憶部５０には、プログラムとして、処理部１０により読み出され、特性判定処理（図６参照）として実行される特性判定プログラム５１が記憶されている。また、特性判定プログラム５１には、試験処理（図７参照）として実行される試験プログラム５１１と、温度係数算出処理（図８参照）として実行される温度係数算出プログラム５１３と、ミスアライメント係数算出処理（図９参照）として実行されるミスアライメント係数算出プログラム５１５とがサブルーチンとして含まれている。
【００３４】
特性判定処理は、センサーモジュール５の特性を判定する処理である。すなわち、処理部１０は、センサーモジュール５を試験装置３に様々な姿勢で固定するとともに、試験装置３の温度を変化させて加速度センサー５２０の各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理としての試験処理を行う。そして、試験装置３により取得された試験データを用いて、加速度センサー５２０の補正係数を算出する処理を行う。
【００３５】
本実施形態では、温度依存性を有し、慣性センサーの出力に含まれる成分の温度係数と、ミスアライメント係数との２種類の係数を補正係数と定義する。温度依存性を有し、慣性センサーの出力に含まれる成分には、ゼロ点バイアスやスケールファクター、二次感度といったミスアライメントに依存しないパラメーターが含まれる。
【００３６】
ゼロ点バイアスとは、加速度センサー５２０の出力値に定常的に付加される誤差値を意味する。スケールファクターとは、センサーの感度、すなわち計測すべき入力値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。また、二次感度は、計測すべき入力値の二乗値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。
【００３７】
ミスアライメント係数とは、加速度センサー５２０の検出軸として定められた各検出軸の他の検出軸に対する感度を表す係数である。本実施形態では、加速度センサー５２０の検出軸を、互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸（直交３軸）とし、加速度センサー５２０は各検出軸の加速度を検出するものとする。
【００３８】
この場合、ミスアライメント係数として、ｘ軸のｙ軸に対する感度を表す係数「ｍxy」と、ｘ軸のｚ軸に対する感度を表す係数「ｍxz」と、ｙ軸のｘ軸に対する感度を表す係数「ｍyx」と、ｙ軸のｚ軸に対する感度を表す係数「ｍyz」と、ｚ軸のｘ軸に対する感度を表す係数「ｍzx」と、ｚ軸のｙ軸に対する感度を表す係数「ｍzy」とが定義される。また、各検出軸の自身の軸に対する感度を表す係数として「ｍxx＝ｍyy＝ｍzz＝１」が定義される。
【００３９】
ここで、加速度センサー５２０の出力モデルを定式化する。加速度センサー５２０の出力値「ｐ」は、ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」、二次感度「ｑ」及びミスアライメント誤差を含んで、次式（１）でモデル化される。
【数１】
但し、「ｗ」はホワイトノイズである。このホワイトノイズは無視できるほど小さな値であるため、本実施形態では考慮しないこととする。
【００４０】
ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」は、温度「ｔ」に依存する成分であり、温度「ｔ」によって値が変化する。そのため、本実施形態では、これらの成分のことを「温度依存成分」と称する。
【００４１】
温度に依存する成分であることを明確にするため、ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」には、それぞれ下付きの添え字「ｔ」を付している。また、式（１）の右辺には温度依存成分が含まれるため、左辺の出力値「ｐ」も温度に依存することになる。そのため、出力値「ｐ」にも下付きの添え字「ｔ」を付している。
【００４２】
各温度依存成分は、温度「ｔ」の多項式で、次式（２）〜（４）で近似される。
【数２】
【数３】
【数４】
【００４３】
式（２）における「ｂ0，ｂ1，ｂ2，・・・」はゼロ点バイアスの温度の次数に応じた温度係数を示している。同様に、式（３）における「ｓ0，ｓ1，ｓ2，・・・」はスケールファクターの温度の次数に応じた温度係数を示しており、式（４）における「ｑ0，ｑ1，ｑ2，・・・」は二次感度の温度の次数に応じた温度係数を示している。
【００４４】
また、式（１）において、「ｒ」はミスアライメント誤差を含む加速度センサー５２０の各検出軸の加速度の値（この加速度「ｒ」のことを「ミスアライメント誤差を含む加速度」と定義する。）を示しており、次式（５）で定式化される。
【数５】
【００４５】
式（５）において、「ｒx，ｒy，ｒz」は、それぞれミスアライメント誤差を含むｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度を示している。一方、「ａx，ａy，ａz」は、それぞれミスアライメント誤差を含まないｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度を示している。ミスアライメント誤差を含まないということは、加速度センサー５２０の取り付け誤差や他軸感度誤差を含まない加速度ということであり「加速度の真値」であると言える。また、「Ｍ」はミスアライメント係数を成分とするミスアライメント係数行列であり、「Ｇa」は各検出軸の加速度の真値を成分とする加速度行列である。
【００４６】
原理については詳細後述するが、本実施形態では、試験装置３を用いてセンサーモジュール５の試験を行い、その試験データを用いて、上記のモデル式に従って補正係数を算出する。そして、算出した補正係数を格納した補正係数テーブル５５を作成し、当該補正係数テーブル５５を用いて上記の加速度の真値を求めることで、加速度センサー５２０の出力値を補正することが本実施形態の目的である。
【００４７】
図１の機能ブロックの説明に戻って、記憶部５０には、データとして、試験データベース５３と、補正係数テーブル５５とが格納される。
【００４８】
図４は、試験データベース５３のデータ構成の一例を示す図である。試験データベース５３は、複数の試験データ５４（５４−１，５４−２，５４−３，・・・）が蓄積記憶されたデータベースである。試験データ５４は、試験装置３を用いて、加速度センサー５２０の姿勢及び動作環境温度を変化させながら、加速度センサー５２０の各検出軸の出力値が記録されたデータである。
【００４９】
各試験データ５４には、試験が行われた温度を表す試験温度５４１と、当該試験温度５４１で取得された加速度センサー５２０の出力値データ５４３とが対応付けて記憶されている。また、出力値データ５４３には、加速度センサー５２０が試験装置３に固定された姿勢を試験姿勢として、各試験姿勢別の各検出軸の出力値のデータが記憶されている。
【００５０】
温度係数テーブル５５３は、各温度依存成分の温度係数が格納されたテーブルであり、そのテーブル構成例を図５に示す。温度係数テーブル５５３には、加速度センサー５２０の各検出軸５５３１と、当該検出軸５５３１について算出された各温度依存成分の温度係数５５３３とが対応付けて記憶されている。
【００５１】
ミスアライメント係数テーブル５５５は、ミスアライメント係数が格納されたテーブルであり、例えば式（５）のミスアライメント係数行列「Ｍ」が記憶される。
【００５２】
（２）試験装置３の機能構成
図２は、試験装置３の機能構成の一例を示すブロック図である。
試験装置３は、少なくとも鉛直方向が正確に位置決めされた（絶対軸が定められた）載置台を絶対平面として有する被検体固定装置３４０と、ヒーター装置及び冷却装置を有する温度調整部３５０と、温度センサー３６０とが恒温槽３２０内に設置されて構成されている。また、試験装置３は、試験制御装置３１０を有し、試験制御装置３１０が、温度調整部３５０を制御することによって、任意の試験環境温度で被検体を試験することが可能となっている。
【００５３】
センサーモジュール５は、被検体固定装置３４０の載置台に定められた鉛直下方向（絶対軸正方向）を加速度センサー５２０の何れかの検出軸の方向とする姿勢で固定される。具体的には、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）、ｙ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｙ軸 正）、ｙ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｙ軸 負）、ｚ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｚ軸 正）、ｚ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｚ軸 負）の合計６姿勢の試験を行うため、これら６姿勢それぞれに応じた姿勢でセンサーモジュール５が固定される。
【００５４】
被検体固定装置３４０は、センサーモジュール５を上述した６姿勢の１つに固定した後、残余の何れかの姿勢に自動的に変位させることが可能な装置であってもよいし、固定した状態で手動で姿勢を変位させる（例えば、載置台の中心に任意の面を下向きにして設置可能な正立方体状の固定具の一側面にセンサーモジュール５を固定し、その固定具の載置台への取り付け向きを変化させる）等の機構を備えた装置としてもよい。
【００５５】
温度センサー３６０は、恒温槽３２０内部の温度を検出する接触式又は非接触式のセンサーであり、検出した温度を試験制御装置３１０に出力するように構成されている。
【００５６】
試験制御装置３１０は、処理部１０からの指示信号に従って、試験装置３の各部を制御する制御装置であり、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーを有して構成される。試験制御装置３１０は、恒温槽３２０内部の温度を処理部１０から指示された温度とするように温度調整部３５０を制御する。また、試験制御装置３１０はセンサーモジュール５と接続され、試験中の加速度センサー５２０の出力値を計測・記録するよう構成されている。
【００５７】
試験の手順としては、ある１つの姿勢でセンサーモジュール５を被検体固定装置３４０に固定して、恒温槽３２０を密閉した後、温度を変化させる。そして、温度が所定の一定温度となった段階で加速度センサー５２０の試験を行う。試験中は、加速度センサー５２０の出力値が記録される。これを、全ての温度及び全ての姿勢について行う。
【００５８】
１−２．センサーモジュールの機能構成
図３は、センサーモジュール５の機能構成の一例を示すブロック図である。センサーモジュール５は、処理部５１０と、加速度センサー５２０と、温度センサー５３０と、出力部５４０と、記憶部５５０とを備えて構成されるモジュールである。
【００５９】
処理部５１０は、記憶部５５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、センサーモジュール５の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサーを有して構成される。
【００６０】
加速度センサー５２０は、直交３軸（ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸）の加速度を検出可能に設計された慣性センサーの一種であり、その検出結果を処理部５１０に出力する。加速度センサー５２０は、検出方向の軸がセンサーモジュール５に対する予め定められた方向となるようにセンサーモジュール５に取り付けられる。本実施形態の試験の目的の１つが、この取り付け角度（姿勢）の誤差を判定することである。
【００６１】
温度センサー５３０は、外界の気温を検出する接触式又は非接触式のセンサーであり、検出した温度を処理部５１０に出力する。
【００６２】
出力部５４０は、処理部５１０が加速度センサー５２０の出力値を補正することで得られた補正出力値を外部出力するインターフェース（Ｉ／Ｆ）部である。但し、試験中においては、例えば補正係数が全てゼロに設定される等して、補正が行われずに加速度センサー５２０の出力値がそのまま出力される。
【００６３】
記憶部５５０は、ＲＯＭやフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置（メモリー）によって構成され、加速度センサー５２０の出力値を補正出力するためのプログラム等を記憶している。
【００６４】
本実施形態では、記憶部５５０には、プログラムとして、処理部５１０により読み出され、補正出力処理（図１０参照）として実行される補正出力プログラム５５１が格納されている。また、データとして、補正係数算出装置２により作成された温度係数テーブル５５３及びミスアライメント係数テーブル５５５を含む補正係数テーブル５５が格納される。
【００６５】
２．原理
２−１．補正係数算出の原理
（１）温度依存成分の温度係数の算出
試験温度「ｔ」における加速度センサー５２０の各検出軸の出力値「ｐt」は、式（１）に従って次式（６）で定式化される。
【数６】
【００６６】
説明を分かり易くするため、例えば「ｘ軸」に着目して考える。試験温度「ｔ」とした状態で、ｘ軸正方向を絶対軸正方向（本実施形態では鉛直下向き）とする姿勢（ｘ軸 正）での加速度センサー５２０の出力値を「ｐx1t」とし、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）での出力値を「ｐx2t」とし、その平均出力値を「ｐx3t」として、「（ｐx1t，ｐx2t，ｐx3t）」と表す。また、絶対軸正方向の重力加速度（鉛直下向きの重力加速度）を「ｇ」とすると、絶対軸負方向の重力加速度は「−ｇ」となり、これらの平均値は「０」である。
【００６７】
このとき、式（１）に従って、次式（７）のような連立方程式を立てることができる。
【数７】
但し、（ｒx1t，ｒx2t，ｒx3t）＝（ｇ，−ｇ，０）である。ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢や、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢で加速度センサー５２０の出力値を取得することにより、ミスアライメント誤差を含まない出力値を取得することができる。
【００６８】
式（７）の連立方程式から、次式（８）のように試験温度「ｔ」における温度依存成分の値「ｂxt，ｓxt，ｑxt」を求めることができる。
【数８】
【００６９】
なお、ここでは、「（ｐx1t，ｐx2t，ｐx3t）」及び「（ｒx1t，ｒx2t，ｒx3t）＝（ｇ，−ｇ，０）」の３パターンの出力値及び重力加速度のサンプルデータを用いて温度依存成分の値を算出するものとして説明したが、サンプルデータのパターン数を増やして計算を行うことも可能である。
【００７０】
例えば、ｙ軸及びｚ軸を固定した状態で、加速度センサー５２０をｘ軸周りに回転させるように、載置台を所定の回転速度「ｎ」で回転させる。そして、その場合の加速度センサー５２０の出力値「ｐx4t」を計測して出力値のサンプルデータに加える。また、この場合における重力加速度のサンプルデータは「ｇ・ｓｉｎθ」とする。但し、「θ」は回転角であり、載置台の回転速度「ｎ」から求められる角速度「ω＝２πｎ」を積分した値である。
【００７１】
載置台を回転させることで、複数種類の出力値及び重力加速度のサンプルデータを取得することができる。この場合、式（７）は過決定方程式となるため、例えば最小二乗法を利用することで、温度依存成分の値を精度良く求めることができる。
【００７２】
Ｎ通りの試験温度「ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔＮ」で試験を行うことで、各温度依存成分それぞれについて、試験温度の異なるＮ個の温度依存成分の値を取得することができる。すなわち、Ｎ個のゼロ点バイアス「ｂxt1，ｂxt2，ｂxt3，・・・，ｂxtN」と、Ｎ個のスケールファクター「ｓxt1，ｓxt2，ｓxt3，・・・，ｓxtN」と、Ｎ個の二次感度「ｑxt1，ｑxt2，ｑxt3，・・・，ｑxtN」とを取得することができる。
【００７３】
ここで、説明を分かり易くするため、例えばゼロ点バイアス「ｂ」に着目して考える。この場合、各試験温度「ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔＮ」と、各試験温度におけるゼロ点バイアス値「ｂxt1，ｂxt2，ｂxt3，・・・，ｂxtN」とを用いて、式（２）に従ってＮ個の連立方程式を立てることができる。
【００７４】
「Ｎ」が十分大きければ、式（２）は過決定方程式となるため、例えば最小二乗法を利用して解くことができる。よって、ゼロ点バイアスの温度係数「ｂx0，ｂx1，ｂx2，・・・」を近似的に求めることができる。但し、下付きの添え字について、１番目の添え字は検出軸を、２番目の添え字は温度の次数をそれぞれ示している。
【００７５】
同様に、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」についても、それぞれ式（３）及び（４）に従ってＮ個の連立方程式を立式する。そして、例えば最小二乗法を利用することで、スケールファクターの温度係数「ｓx0，ｓx1，ｓx2，・・・」及び二次感度の温度係数「ｑx0，ｑx1，ｑx2，・・・」をそれぞれ近似的に求めることができる。
【００７６】
分かり易いようにｘ軸に着目して各温度依存成分の温度係数の算出方法について説明したが、ｙ軸及びｚ軸についても同様の手順により、各温度依存成分の温度係数を算出することができる。
【００７７】
（２）ミスアライメント係数の算出
最初に、ある試験温度「ｔ」に試験温度を固定する。この場合、当該試験温度「ｔ」における各温度依存成分の温度係数を用いて、次式（９）〜（１１）に従って当該試験温度「ｔ」における各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を算出することができる。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【００７８】
次に、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を算出する。説明を簡単にするため、ｘ軸を絶対軸と一致させた場合に着目して考える。加速度センサー５２０を、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）で固定した場合と、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）で固定した場合とのそれぞれについて、加速度センサー５２０の出力値を計測する。
【００７９】
さらに、各々の姿勢（ｘ軸 正，ｘ軸 負）で固定した場合について、加速度センサー５２０の向きが東西南北それぞれの向きとなるように載置台に対する加速度センサー５２０の設置向きを変化させ、それぞれの設置向きで計測された出力値の平均値を計算する。設置向きを変えて計測した出力値の平均をとるのは、載置台の傾きに起因する出力値の誤差を排斥するためである。
【００８０】
このような条件で計測した出力値の平均値を計算したら、この平均値を「ｐxt」として、先に算出しておいた試験温度「ｔ」における各温度依存成分の値「（ｂxt，ｓxt，ｑxt）」を用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含むｘ軸の加速度「ｒx」を逆算する。
【００８１】
なお、ｘ軸を絶対軸と一致させた場合に着目して説明したが、ｙ軸及びｚ軸を絶対軸と一致させた場合についても同様に、加速度センサー５２０の姿勢及び設置向きを変化させながら出力値を計測し、上記の手順で、ミスアライメント誤差を含むｙ軸及びｚ軸の加速度「ｒy」及び「ｒz」を逆算する。
【００８２】
さて、その一方で、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」は、重力加速度「ｇ」を用いて、次のように表すことができる。すなわち、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）で加速度センサー５２０を固定した場合について、ミスアライメント誤差を含む加速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」は、絶対軸正方向の重力加速度（鉛直下向きの重力加速度）「ｇ」を用いて、「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）＝（ｇ，ｍyxｇ，ｍzxｇ）」で表すことができる。
【００８３】
一方で、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）で加速度センサー５２０を固定した場合について、ミスアライメント誤差を含む加速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」は、絶対軸負方向の重力加速度（鉛直上向きの重力加速度）「−ｇ」を用いて、「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）＝（−ｇ，−ｍyxｇ，−ｍzxｇ）」で表すことができる。
【００８４】
なお、ｙ軸及びｚ軸を絶対軸と一致させるように加速度センサー５２０を固定した場合についても同様に、正負の重力加速度「ｇ」及び「−ｇ」を用いて、ミスアライメント誤差を含む角速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」を表現することができる。
【００８５】
この場合、式（５）に従って連立方程式を立てると、次式（１２）が導かれる。
【数１２】
【００８６】
最終的に、重力加速度「ｇ」と、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」とを用いて、ミスアライメント係数行列「Ｍ」を、次式（１３）のように近似的に求めることができる。
【数１３】
【００８７】
２−２．加速度センサー５２０の出力値の補正
次に、加速度センサー５２０の出力値の補正の原理について説明する。センサーモジュール５において、記憶部５０に記憶された温度係数テーブル５５３を参照して、温度センサー５３０の検出温度「ｔｄ」に対応する各温度依存成分の温度係数を読み出す。そして、式（９）〜（１１）に従って、検出温度「ｔｄ」における各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」を算出する。
【００８８】
次いで、検出温度「ｔｄ」における加速度センサー５２０の出力値「ｐtd」と、検出温度「ｔｄ」における各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」とを用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含む各検出軸の加速度「ｒ」を逆算する。
【００８９】
そして、算出したミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」と、記憶部５０のミスアライメント係数テーブル５５５に格納されているミスアライメント係数行列「Ｍ」とを用いて、式（５）に従って加速度の真値「ａ」を算出し、その値を補正出力値として出力する。
【００９０】
３．処理の流れ
３−１．補正係数算出装置２の処理
図６は、記憶部５０に記憶されている特性判定プログラム５１が処理部１０により読み出されて実行されることで、補正係数算出装置２において実行される特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【００９１】
最初に、試験実行制御部１１は、記憶部５０に記憶されている試験プログラム５１１を読み出して実行することで、試験処理を行う（ステップＡ１）。その後、温度係数算出部１３は、記憶部５０に記憶されている温度係数算出プログラム５１３を読み出して実行することで、温度係数算出処理を行う（ステップＡ３）。
【００９２】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５が、記憶部５０に記憶されているミスアライメント係数算出プログラム５１５を読み出して実行することで、ミスアライメント係数算出処理を行う（ステップＡ５）。そして、特性判定処理を終了する。以下、ステップＡ１〜Ａ５の各処理についてフローチャートを用いて説明する。
【００９３】
図７は、試験処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、試験実行制御部１１は、センサーモジュール５の初期試験姿勢を設定する（ステップＢ１）。例えば、加速度センサー５２０のｘ軸正方向が絶対軸正方向と一致するような姿勢（ｘ軸 正）でセンサーモジュール５を被検体固定装置３４０に固定させる。そして、試験実行制御部１１は、予め定められた各試験温度それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＢ３〜Ｂ７）。
【００９４】
ループＡの処理では、試験実行制御部１１は、試験制御装置３１０から試験データ５４を取得し、記憶部５０の試験データベース５３に記憶させる（ステップＢ５）。そして、試験実行制御部１１は、次の試験温度へと処理を移行する。予め定められた全ての試験温度についてステップＢ５の処理を行った後、試験実行制御部１１は、ループＡの処理を終了する（ステップＢ７）。
【００９５】
次いで、試験実行制御部１１は、予め定められた全ての試験姿勢（例えば６姿勢）についてセンサーモジュール５の試験が終了したか否かを判定し（ステップＢ９）、まだ終了していないと判定した場合は（ステップＢ９；Ｎｏ）、試験姿勢を変更する制御を行う（ステップＢ１１）。すなわち、センサーモジュール５の姿勢を自動的に変位させることが可能である場合には試験姿勢を変化させるように試験制御装置３１０が指示制御する。また、手動で変化させる場合には、センサーモジュール５の姿勢を変える設定を行う。
【００９６】
一方、全ての試験姿勢について試験が終了したと判定した場合は（ステップＢ９；Ｙｅｓ）、試験実行制御部１１は、試験処理を終了する。
【００９７】
図８は、温度係数算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、温度係数算出部１３は、各試験温度それぞれについて、ループＣの処理を実行する（ステップＣ１〜Ｃ９）。
【００９８】
ループＣの処理では、温度係数算出部１３は、当該試験温度「ｔ」についての加速度センサー５２０の出力値「ｐt」のサンプルデータを試験データベース５３から読み出す（ステップＣ３）。そして、温度係数算出部１３は、出力値「ｐt」のサンプルデータと、重力加速度のサンプルデータ「（ｇ，−ｇ，０）」とを用いて、当該試験温度における各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を、例えば最小二乗法を利用して算出する（ステップＣ７）。
【００９９】
そして、温度係数算出部１３は、次の試験温度へと処理を移行する。全ての試験温度についてステップＣ３〜Ｃ７の処理を行った後、温度係数算出部１３は、ループＣの処理を終了する（ステップＣ９）。
【０１００】
その後、温度係数算出部１３は、各試験温度と、各試験温度における各温度依存成分の値とを用いて、各温度依存成分の温度係数を、例えば最小二乗法を利用して算出する（ステップＣ１１）。そして、温度係数算出部１３は、温度係数算出処理を終了する。
【０１０１】
図９は、ミスアライメント係数算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ミスアライメント係数算出部１５は、試験温度を選択する（ステップＤ１）。すなわち、複数の試験温度の中から試験温度を任意に１つ選択する。
【０１０２】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、ステップＤ１で選択した試験温度「ｔ」と、温度係数算出処理で算出した各温度依存成分の温度係数とを用いて、各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を算出する（ステップＤ３）。
【０１０３】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、ステップＤ３で算出した各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」と、加速度センサー５２０の出力値「ｐt」とを用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を逆算する（ステップＤ５）。
【０１０４】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、重力加速度「ｇ」と、ステップＤ７で算出したミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」とを用いて、例えば最小二乗法を利用してミスアライメント係数を算出する（ステップＤ７）。そして、ミスアライメント係数算出部１５は、ミスアライメント係数算出処理を終了する。
【０１０５】
特性判定処理が終了すると、補正係数テーブル作成部１７は、温度係数算出処理で算出された各温度依存成分の温度係数を検出軸別に対応付けて格納した温度係数テーブル５５３を作成する。また、ミスアライメント係数算出処理で算出されたミスアライメント係数行列を格納したミスアライメント係数テーブル５５５を作成する。そして、これらのテーブルを補正係数テーブル５５として記憶部５０に記憶させる。
【０１０６】
補正係数テーブル作成部１７により作成された補正係数テーブル５５は、センサーモジュール５に搭載される。すなわち、試験システム１において、センサーモジュール５の試験及び特性判定が終了すると、当該センサーモジュール５について作成された補正係数テーブル５５が、当該センサーモジュール５の記憶部５５０に書き込まれる。センサーモジュール５は、その後製品として出荷されることになる。
【０１０７】
３−２．センサーモジュール５の処理
図１０は、記憶部５５０に記憶されている補正出力プログラム５５１が処理部５１０により読み出されて実行されることで、センサーモジュール５において実行される補正出力処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０８】
先ず、処理部５１０は、記憶部５５０に記憶されている補正係数テーブル５５の温度係数テーブル５５３から、各温度依存成分の温度係数を読み出す（ステップＥ１）。また、処理部５１０は、補正係数テーブル５５のミスアライメント係数テーブル５５５からミスアライメント係数を読み出す（ステップＥ３）。
【０１０９】
次いで、処理部５１０は、温度センサー５３０の検出温度「ｔｄ」と、ステップＥ１で読み出した各温度依存成分の温度係数とを用いて、各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」を算出する（ステップＥ５）。
【０１１０】
そして、処理部５１０は、加速度センサー５２０の出力値「ｐtd」と、ステップＥ５で算出した各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」とを用いて、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を逆算する（ステップＥ７）。
【０１１１】
次いで、処理部５１０は、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」及びミスアライメント係数行列を用いて、ミスアライメント誤差を補正し（ステップＥ９）、その補正出力値「ａ」を出力部５４０から出力させる（ステップＥ１１）。これら一連の処理を行った後、処理部５１０は、補正出力処理を終了する。
【０１１２】
４．作用効果
本実施形態によれば、試験システム１において、加速度センサー５２０を具備するセンサーモジュール５の特性判定処理が行われる。すなわち、試験装置３において、絶対軸が定められた被検体固定装置３４０に、加速度センサー５２０の検出軸の方向を絶対軸方向とするようにセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢及び恒温槽３２０内部の温度を変化させながら、加速度センサー５２０の出力値を記録するデータ取得処理が行われる。そして、記録された加速度センサー５２０の出力値を用いて、補正係数算出装置２により温度依存成分の温度係数及びミスアライメント係数が補正係数として算出される。
【０１１３】
加速度センサー５２０は、慣性センサーの一種である。絶対軸方向が定められた試験装置３において、加速度センサー５２０の各検出軸が絶対軸方向と一致するような姿勢でセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢を変化させて、各姿勢について加速度センサー５２０の出力値を記録することで、加速度センサー５２０の検出結果からミスアライメント誤差が分離可能となる。さらに、恒温槽３２０内部の温度を変化させて、複数の試験温度で同様の試験を行い、ミスアライメント誤差を分離する。そして、加速度センサー５２０の出力値と、重力加速度とを利用した近似計算を行うことで、温度依存成分の温度係数を適切に算出することができる。
【０１１４】
また、所定の試験温度と、温度依存成分の温度係数とから、当該試験温度における温度依存成分の値を算出することができる。そして、当該試験温度における加速度センサー５２０の各検出軸の出力値と、当該試験温度における温度依存成分の値とを用いることで、温度依存性の誤差が分離されたミスアライメント誤差を含む加速度が逆算できる。そして、ミスアライメント誤差を含む加速度と、重力加速度とを利用した近似計算を行うことで、ミスアライメント係数を適切に算出することができる。
【０１１５】
ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各検出軸のうちの１軸のみを絶対軸方向と一致させ、出力値を取得すると、その軸に取り付けられた加速度センサーの温度係数を求めることができるが、ミスアライメント係数としては、一部分しか求められない。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各検出軸を絶対軸方向と一致させ、各検出軸それぞれの加速度を検出することによって、各軸の温度係数および３軸ミスアライメントのすべての係数（３×３行列）を求めることができる。
【０１１６】
５．適用例
上述したセンサーモジュール５は、各種の電子機器に搭載して利用することができる。また、センサーモジュール５を電子機器に搭載するのではなく、加速度センサー５２０を電子機器或いは電子機器内の基板上に搭載することとしてもよい。この場合は、センサーモジュール５に対して試験処理（図７）を含む特性判定処理を行うのではなく、加速度センサー５２０を搭載した状態の電子機器に対して処理を行うこととする。この際の試験環境温度は、その電子機器の動作温度仕様に応じて定めればより好適である。
【０１１７】
また、図１０の補正出力処理は、センサーモジュール５の処理部５１０が行うのではなく、電子機器のプロセッサーが行うこととする。すなわち、温度センサーを電子機器に搭載させておき、電子機器のプロセッサーが、加速度センサー５２０から出力される加速度の出力値を補正する処理を行う。
【０１１８】
電子機器の具体例としては、例えば携帯型ナビゲーション装置が挙げられる。携帯型ナビゲーション装置において、加速度の出力補正値は、主として位置算出に利用される。この場合は、加速度センサーの他に、ジャイロセンサーを携帯型ナビゲーション装置に搭載させればより好適である。なお、加速度センサー及びジャイロセンサーを具備するセンサーモジュールとして、慣性計測ユニットとして知られるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を搭載させることとしてもよい。
【０１１９】
携帯型ナビゲーション装置は、加速度センサーの加速度の出力補正値と、ジャイロセンサーの角速度の出力値とを用いて、慣性航法演算処理を行って位置を算出する。具体的には、加速度の出力補正値を積分することで移動速度を算出するとともに、角速度の出力値を積分することで移動方向を算出する。そして、算出した移動速度及び移動方向でなる移動速度ベクトルを用いて、携帯型ナビゲーション装置の位置を随時算出する処理を行う。
【０１２０】
なお、携帯型ナビゲーション装置が、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムを利用した位置算出も併せて行うこととしてもよい。この場合は、衛星測位システムを利用して算出した絶対的な位置（絶対位置）と、慣性航法演算処理で算出した相対的な位置（相対位置）とを用いて、最終的な出力位置を決定するようにすれば好適である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 試験システム、 ２ 補正係数算出装置、 ３ 試験装置、 ５ センサーモジュール、 ２０ 入力部、 ３０ 表示部、 ４０ 通信部、 ５０ 記憶部、 ６０ バス、 ３１０ 試験制御装置、 ３２０ 恒温槽、 ３４０ 被検体固定装置、 ３５０ 温度調整部、 ３６０ 温度センサー、 ５１０ 処理部、 ５２０ 加速度センサー、 ５３０ 温度センサー、 ５４０ 出力部、 ５５０ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、校正データ取得方法、加速度センサー出力補正方法及び校正データ取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるシームレス測位やモーションセンシング、姿勢制御など様々な分野において、慣性センサーの活用が注目されている。慣性センサーとしては、加速度センサーやジャイロセンサー、圧力センサー、地磁気センサーなどが広く知られている。
【０００３】
近年では、多軸の慣性センサーを搭載したセンサーモジュールが開発されている。この多軸のセンサーモジュールは、直交する複数の軸上に慣性センサーが取り付けられ、三次元空間でのセンシングを行うことができるように構成されている。しかし、センサーモジュールに対する慣性センサーの取り付け姿勢が正確でないことに起因して、慣性センサーの出力に取り付け誤差や他軸感度誤差に起因するミスアライメント誤差が含まれ得ることが問題となっていた。
【０００４】
かかる問題に鑑み、例えば特許文献１には、センサーモジュールに対する加速度センサーの取り付け誤差を考慮し、加速度センサーにより検出される重力加速度の他軸感度を計算して、加速度センサーの出力値を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、特許文献１の技術によれば、ミスアライメント誤差は補正できるかもしれない。しかし、慣性センサーの出力には、他の成分も含まれ得る。典型的には、ゼロ点バイアスやスケールファクターといった成分である。ゼロ点バイアスとは、定常的に付加される誤差値を意味し、スケールファクターとは、センサーの感度、すなわち計測すべき入力値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。
【０００７】
厄介であるのは、これらの成分が、温度依存性を有することである。これらの成分が温度依存性を有しているため、慣性センサーの出力も温度依存性を有する。そのため、ミスアライメント誤差を考慮するのみでは足りず、慣性センサーの温度特性も考慮しなければ、慣性センサーの出力を正しく補正することはできない。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、ミスアライメント誤差を考慮しつつ、慣性センサーの温度特性を適切に求めるための新たな手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための第１の形態は、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理を行うことと、前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出することと、を含む校正データ取得方法である。
【００１０】
また、他の形態として、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理部と、前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出する温度依存特性算出部と、を備えた校正データ取得システムを構成してもよい。
【００１１】
この第１の形態等によれば、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録する。そして、当該出力値に基づいて加速度センサーの温度依存特性を算出する。
【００１２】
加速度センサーは、慣性センサーの一種である。絶対軸方向が定められた環境下で、加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させて各検出軸の出力値を計測・記録することで、当該加速度センサーの検出値（すなわち加速度の検出値）からミスアライメント誤差を分離可能である。また、加速度センサーの動作環境温度を変化させながら出力値を計測・記録する。これにより、加速度センサーの温度特性をも適切に求めることができる。
【００１３】
また、第２の形態として、第１の形態の校正データ取得方法であって、前記出力値と前記温度依存特性とを用いて、前記加速度センサーのミスアライメント誤差を算出すること、を更に含む校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１４】
この第２の形態によれば、加速度センサーの各検出軸の出力値と、算出した加速度センサーの温度依存特性とを用いて、加速度センサーのミスアライメント誤差を算出する。
【００１５】
所定の動作環境温度における加速度センサーの各検出軸の出力値と、加速度センサーの温度依存特性とから、温度依存性の成分が分離された加速度を計算することができる。この温度依存性の成分が分離された加速度にはミスアライメント誤差が含まれ得るが、複数の動作環境温度における加速度を利用することで、ミスアライメント誤差を適切に求めることができる。
【００１６】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の校正データ取得方法であって、前記温度依存特性を算出することは、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の前記出力値を用いて、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することを含む、校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１７】
この第３の形態によれば、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の加速度センサーの出力値を用いて、加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することができる。
【００１８】
また、第４の形態として、第３の形態の校正データ取得方法であって、前記温度依存特性を算出することは、更に、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性を算出することを含む、校正データ取得方法を構成してもよい。
【００１９】
この第４の形態によれば、ゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性ばかりでなく、加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性をも算出することができる。
【００２０】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法を構成してもよい。
【００２１】
さらには、第６の形態として、第２の形態の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度と、ミスアライメント誤差とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法を構成してもよい。
【００２２】
この第５又は第６の形態によれば、上述した形態の校正データ取得方法によって取得された校正データを用いて、加速度センサーの出力値を正しく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】試験システムの機能構成の一例を示す図。
【図２】試験装置の機能構成の一例を示す図。
【図３】センサーモジュールの機能構成の一例を示す図。
【図４】試験データベースのデータ構成の一例を示す図。
【図５】温度係数テーブルのテーブル構成の一例を示す図。
【図６】特性判定処理の流れを示すフローチャート。
【図７】試験処理の流れを示すフローチャート。
【図８】温度係数算出処理の流れを示すフローチャート。
【図９】ミスアライメント係数算出処理の流れを示すフローチャート。
【図１０】補正出力処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面を参照して、加速度センサーを具備するセンサーモジュールの試験を行って加速度センサーの校正データを取得する校正データ取得システムとしての試験システムに本発明を適用した実施形態について説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではないことは勿論である。
【００２５】
１．機能構成
１−１．試験システムの機能構成
図１は、本実施形態における試験システム１の機能構成の一例を示すブロック図である。試験システム１は、加速度センサー５２０を搭載したモジュールの一種であるセンサーモジュール５（図３参照）の試験（テスト）を行って、当該センサーモジュール５の校正データを取得する校正データ取得システムの一種であり、例えば、補正係数算出装置２と、試験装置３とを備えて構成される。
【００２６】
（１）補正係数算出装置２の機能構成
補正係数算出装置２は、センサーモジュール５に搭載された加速度センサー５２０の出力値を補正するための補正係数を算出する装置である。図１に示すように、補正係数算出装置２は、処理部１０と、入力部２０と、表示部３０と、通信部４０と、記憶部５０とを備えて構成され、各部がバス６０を介して接続されるコンピューターシステムである。
【００２７】
処理部１０は、記憶部５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、補正係数算出装置２の各部や試験装置３を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成される。
【００２８】
主要な処理ブロックとして、処理部１０は、試験プログラム５１１に従って試験処理を行う試験実行制御部１１と、温度係数算出プログラム５１３に従って温度係数算出処理を行う温度係数算出部１３と、ミスアライメント係数算出プログラム５１５に従ってミスアライメント係数算出処理を行うミスアライメント係数算出部１５とを有する。また、温度係数算出部１３及びミスアライメント係数算出部１５により算出された温度係数及びミスアライメント係数を用いて、補正係数が格納されたテーブルである補正係数テーブル５５を作成する補正係数テーブル作成部１７を有する。
【００２９】
入力部２０は、例えばキーボードやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、押下されたキーやボタンの信号を処理部１０に出力する。この入力部２０の操作により、各種データの入力や、センサーモジュール５の試験開始要求等の各種指示入力がなされる。
【００３０】
表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成され、処理部１０から入力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置である。表示部３０には、処理部１０により算出されたセンサーモジュール５の補正係数等の情報が表示される。
【００３１】
通信部４０は、補正係数算出装置２が外部装置との間で有線通信又は無線通信を行うための通信装置である。この機能は、例えば、有線ケーブルを介して通信を行う有線通信モジュールや、無線ＬＡＮやスペクトラム拡散通信等を行う無線通信モジュール等により実現される。
【００３２】
記憶部５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリー）によって構成され、補正係数算出装置２のシステムプログラムや、試験機能等の各種機能を実現するための各種プログラム、各種データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００３３】
記憶部５０には、プログラムとして、処理部１０により読み出され、特性判定処理（図６参照）として実行される特性判定プログラム５１が記憶されている。また、特性判定プログラム５１には、試験処理（図７参照）として実行される試験プログラム５１１と、温度係数算出処理（図８参照）として実行される温度係数算出プログラム５１３と、ミスアライメント係数算出処理（図９参照）として実行されるミスアライメント係数算出プログラム５１５とがサブルーチンとして含まれている。
【００３４】
特性判定処理は、センサーモジュール５の特性を判定する処理である。すなわち、処理部１０は、センサーモジュール５を試験装置３に様々な姿勢で固定するとともに、試験装置３の温度を変化させて加速度センサー５２０の各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理としての試験処理を行う。そして、試験装置３により取得された試験データを用いて、加速度センサー５２０の補正係数を算出する処理を行う。
【００３５】
本実施形態では、温度依存性を有し、慣性センサーの出力に含まれる成分の温度係数と、ミスアライメント係数との２種類の係数を補正係数と定義する。温度依存性を有し、慣性センサーの出力に含まれる成分には、ゼロ点バイアスやスケールファクター、二次感度といったミスアライメントに依存しないパラメーターが含まれる。
【００３６】
ゼロ点バイアスとは、加速度センサー５２０の出力値に定常的に付加される誤差値を意味する。スケールファクターとは、センサーの感度、すなわち計測すべき入力値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。また、二次感度は、計測すべき入力値の二乗値の変化に対する出力値の変化の割合を意味する。
【００３７】
ミスアライメント係数とは、加速度センサー５２０の検出軸として定められた各検出軸の他の検出軸に対する感度を表す係数である。本実施形態では、加速度センサー５２０の検出軸を、互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸（直交３軸）とし、加速度センサー５２０は各検出軸の加速度を検出するものとする。
【００３８】
この場合、ミスアライメント係数として、ｘ軸のｙ軸に対する感度を表す係数「ｍxy」と、ｘ軸のｚ軸に対する感度を表す係数「ｍxz」と、ｙ軸のｘ軸に対する感度を表す係数「ｍyx」と、ｙ軸のｚ軸に対する感度を表す係数「ｍyz」と、ｚ軸のｘ軸に対する感度を表す係数「ｍzx」と、ｚ軸のｙ軸に対する感度を表す係数「ｍzy」とが定義される。また、各検出軸の自身の軸に対する感度を表す係数として「ｍxx＝ｍyy＝ｍzz＝１」が定義される。
【００３９】
ここで、加速度センサー５２０の出力モデルを定式化する。加速度センサー５２０の出力値「ｐ」は、ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」、二次感度「ｑ」及びミスアライメント誤差を含んで、次式（１）でモデル化される。
【数１】
但し、「ｗ」はホワイトノイズである。このホワイトノイズは無視できるほど小さな値であるため、本実施形態では考慮しないこととする。
【００４０】
ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」は、温度「ｔ」に依存する成分であり、温度「ｔ」によって値が変化する。そのため、本実施形態では、これらの成分のことを「温度依存成分」と称する。
【００４１】
温度に依存する成分であることを明確にするため、ゼロ点バイアス「ｂ」、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」には、それぞれ下付きの添え字「ｔ」を付している。また、式（１）の右辺には温度依存成分が含まれるため、左辺の出力値「ｐ」も温度に依存することになる。そのため、出力値「ｐ」にも下付きの添え字「ｔ」を付している。
【００４２】
各温度依存成分は、温度「ｔ」の多項式で、次式（２）〜（４）で近似される。
【数２】
【数３】
【数４】
【００４３】
式（２）における「ｂ0，ｂ1，ｂ2，・・・」はゼロ点バイアスの温度の次数に応じた温度係数を示している。同様に、式（３）における「ｓ0，ｓ1，ｓ2，・・・」はスケールファクターの温度の次数に応じた温度係数を示しており、式（４）における「ｑ0，ｑ1，ｑ2，・・・」は二次感度の温度の次数に応じた温度係数を示している。
【００４４】
また、式（１）において、「ｒ」はミスアライメント誤差を含む加速度センサー５２０の各検出軸の加速度の値（この加速度「ｒ」のことを「ミスアライメント誤差を含む加速度」と定義する。）を示しており、次式（５）で定式化される。
【数５】
【００４５】
式（５）において、「ｒx，ｒy，ｒz」は、それぞれミスアライメント誤差を含むｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度を示している。一方、「ａx，ａy，ａz」は、それぞれミスアライメント誤差を含まないｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の加速度を示している。ミスアライメント誤差を含まないということは、加速度センサー５２０の取り付け誤差や他軸感度誤差を含まない加速度ということであり「加速度の真値」であると言える。また、「Ｍ」はミスアライメント係数を成分とするミスアライメント係数行列であり、「Ｇa」は各検出軸の加速度の真値を成分とする加速度行列である。
【００４６】
原理については詳細後述するが、本実施形態では、試験装置３を用いてセンサーモジュール５の試験を行い、その試験データを用いて、上記のモデル式に従って補正係数を算出する。そして、算出した補正係数を格納した補正係数テーブル５５を作成し、当該補正係数テーブル５５を用いて上記の加速度の真値を求めることで、加速度センサー５２０の出力値を補正することが本実施形態の目的である。
【００４７】
図１の機能ブロックの説明に戻って、記憶部５０には、データとして、試験データベース５３と、補正係数テーブル５５とが格納される。
【００４８】
図４は、試験データベース５３のデータ構成の一例を示す図である。試験データベース５３は、複数の試験データ５４（５４−１，５４−２，５４−３，・・・）が蓄積記憶されたデータベースである。試験データ５４は、試験装置３を用いて、加速度センサー５２０の姿勢及び動作環境温度を変化させながら、加速度センサー５２０の各検出軸の出力値が記録されたデータである。
【００４９】
各試験データ５４には、試験が行われた温度を表す試験温度５４１と、当該試験温度５４１で取得された加速度センサー５２０の出力値データ５４３とが対応付けて記憶されている。また、出力値データ５４３には、加速度センサー５２０が試験装置３に固定された姿勢を試験姿勢として、各試験姿勢別の各検出軸の出力値のデータが記憶されている。
【００５０】
温度係数テーブル５５３は、各温度依存成分の温度係数が格納されたテーブルであり、そのテーブル構成例を図５に示す。温度係数テーブル５５３には、加速度センサー５２０の各検出軸５５３１と、当該検出軸５５３１について算出された各温度依存成分の温度係数５５３３とが対応付けて記憶されている。
【００５１】
ミスアライメント係数テーブル５５５は、ミスアライメント係数が格納されたテーブルであり、例えば式（５）のミスアライメント係数行列「Ｍ」が記憶される。
【００５２】
（２）試験装置３の機能構成
図２は、試験装置３の機能構成の一例を示すブロック図である。
試験装置３は、少なくとも鉛直方向が正確に位置決めされた（絶対軸が定められた）載置台を絶対平面として有する被検体固定装置３４０と、ヒーター装置及び冷却装置を有する温度調整部３５０と、温度センサー３６０とが恒温槽３２０内に設置されて構成されている。また、試験装置３は、試験制御装置３１０を有し、試験制御装置３１０が、温度調整部３５０を制御することによって、任意の試験環境温度で被検体を試験することが可能となっている。
【００５３】
センサーモジュール５は、被検体固定装置３４０の載置台に定められた鉛直下方向（絶対軸正方向）を加速度センサー５２０の何れかの検出軸の方向とする姿勢で固定される。具体的には、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）、ｙ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｙ軸 正）、ｙ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｙ軸 負）、ｚ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｚ軸 正）、ｚ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｚ軸 負）の合計６姿勢の試験を行うため、これら６姿勢それぞれに応じた姿勢でセンサーモジュール５が固定される。
【００５４】
被検体固定装置３４０は、センサーモジュール５を上述した６姿勢の１つに固定した後、残余の何れかの姿勢に自動的に変位させることが可能な装置であってもよいし、固定した状態で手動で姿勢を変位させる（例えば、載置台の中心に任意の面を下向きにして設置可能な正立方体状の固定具の一側面にセンサーモジュール５を固定し、その固定具の載置台への取り付け向きを変化させる）等の機構を備えた装置としてもよい。
【００５５】
温度センサー３６０は、恒温槽３２０内部の温度を検出する接触式又は非接触式のセンサーであり、検出した温度を試験制御装置３１０に出力するように構成されている。
【００５６】
試験制御装置３１０は、処理部１０からの指示信号に従って、試験装置３の各部を制御する制御装置であり、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーを有して構成される。試験制御装置３１０は、恒温槽３２０内部の温度を処理部１０から指示された温度とするように温度調整部３５０を制御する。また、試験制御装置３１０はセンサーモジュール５と接続され、試験中の加速度センサー５２０の出力値を計測・記録するよう構成されている。
【００５７】
試験の手順としては、ある１つの姿勢でセンサーモジュール５を被検体固定装置３４０に固定して、恒温槽３２０を密閉した後、温度を変化させる。そして、温度が所定の一定温度となった段階で加速度センサー５２０の試験を行う。試験中は、加速度センサー５２０の出力値が記録される。これを、全ての温度及び全ての姿勢について行う。
【００５８】
１−２．センサーモジュールの機能構成
図３は、センサーモジュール５の機能構成の一例を示すブロック図である。センサーモジュール５は、処理部５１０と、加速度センサー５２０と、温度センサー５３０と、出力部５４０と、記憶部５５０とを備えて構成されるモジュールである。
【００５９】
処理部５１０は、記憶部５５０に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、センサーモジュール５の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサーを有して構成される。
【００６０】
加速度センサー５２０は、直交３軸（ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸）の加速度を検出可能に設計された慣性センサーの一種であり、その検出結果を処理部５１０に出力する。加速度センサー５２０は、検出方向の軸がセンサーモジュール５に対する予め定められた方向となるようにセンサーモジュール５に取り付けられる。本実施形態の試験の目的の１つが、この取り付け角度（姿勢）の誤差を判定することである。
【００６１】
温度センサー５３０は、外界の気温を検出する接触式又は非接触式のセンサーであり、検出した温度を処理部５１０に出力する。
【００６２】
出力部５４０は、処理部５１０が加速度センサー５２０の出力値を補正することで得られた補正出力値を外部出力するインターフェース（Ｉ／Ｆ）部である。但し、試験中においては、例えば補正係数が全てゼロに設定される等して、補正が行われずに加速度センサー５２０の出力値がそのまま出力される。
【００６３】
記憶部５５０は、ＲＯＭやフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置（メモリー）によって構成され、加速度センサー５２０の出力値を補正出力するためのプログラム等を記憶している。
【００６４】
本実施形態では、記憶部５５０には、プログラムとして、処理部５１０により読み出され、補正出力処理（図１０参照）として実行される補正出力プログラム５５１が格納されている。また、データとして、補正係数算出装置２により作成された温度係数テーブル５５３及びミスアライメント係数テーブル５５５を含む補正係数テーブル５５が格納される。
【００６５】
２．原理
２−１．補正係数算出の原理
（１）温度依存成分の温度係数の算出
試験温度「ｔ」における加速度センサー５２０の各検出軸の出力値「ｐt」は、式（１）に従って次式（６）で定式化される。
【数６】
【００６６】
説明を分かり易くするため、例えば「ｘ軸」に着目して考える。試験温度「ｔ」とした状態で、ｘ軸正方向を絶対軸正方向（本実施形態では鉛直下向き）とする姿勢（ｘ軸 正）での加速度センサー５２０の出力値を「ｐx1t」とし、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）での出力値を「ｐx2t」とし、その平均出力値を「ｐx3t」として、「（ｐx1t，ｐx2t，ｐx3t）」と表す。また、絶対軸正方向の重力加速度（鉛直下向きの重力加速度）を「ｇ」とすると、絶対軸負方向の重力加速度は「−ｇ」となり、これらの平均値は「０」である。
【００６７】
このとき、式（１）に従って、次式（７）のような連立方程式を立てることができる。
【数７】
但し、（ｒx1t，ｒx2t，ｒx3t）＝（ｇ，−ｇ，０）である。ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢や、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢で加速度センサー５２０の出力値を取得することにより、ミスアライメント誤差を含まない出力値を取得することができる。
【００６８】
式（７）の連立方程式から、次式（８）のように試験温度「ｔ」における温度依存成分の値「ｂxt，ｓxt，ｑxt」を求めることができる。
【数８】
【００６９】
なお、ここでは、「（ｐx1t，ｐx2t，ｐx3t）」及び「（ｒx1t，ｒx2t，ｒx3t）＝（ｇ，−ｇ，０）」の３パターンの出力値及び重力加速度のサンプルデータを用いて温度依存成分の値を算出するものとして説明したが、サンプルデータのパターン数を増やして計算を行うことも可能である。
【００７０】
例えば、ｙ軸及びｚ軸を固定した状態で、加速度センサー５２０をｘ軸周りに回転させるように、載置台を所定の回転速度「ｎ」で回転させる。そして、その場合の加速度センサー５２０の出力値「ｐx4t」を計測して出力値のサンプルデータに加える。また、この場合における重力加速度のサンプルデータは「ｇ・ｓｉｎθ」とする。但し、「θ」は回転角であり、載置台の回転速度「ｎ」から求められる角速度「ω＝２πｎ」を積分した値である。
【００７１】
載置台を回転させることで、複数種類の出力値及び重力加速度のサンプルデータを取得することができる。この場合、式（７）は過決定方程式となるため、例えば最小二乗法を利用することで、温度依存成分の値を精度良く求めることができる。
【００７２】
Ｎ通りの試験温度「ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔＮ」で試験を行うことで、各温度依存成分それぞれについて、試験温度の異なるＮ個の温度依存成分の値を取得することができる。すなわち、Ｎ個のゼロ点バイアス「ｂxt1，ｂxt2，ｂxt3，・・・，ｂxtN」と、Ｎ個のスケールファクター「ｓxt1，ｓxt2，ｓxt3，・・・，ｓxtN」と、Ｎ個の二次感度「ｑxt1，ｑxt2，ｑxt3，・・・，ｑxtN」とを取得することができる。
【００７３】
ここで、説明を分かり易くするため、例えばゼロ点バイアス「ｂ」に着目して考える。この場合、各試験温度「ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔＮ」と、各試験温度におけるゼロ点バイアス値「ｂxt1，ｂxt2，ｂxt3，・・・，ｂxtN」とを用いて、式（２）に従ってＮ個の連立方程式を立てることができる。
【００７４】
「Ｎ」が十分大きければ、式（２）は過決定方程式となるため、例えば最小二乗法を利用して解くことができる。よって、ゼロ点バイアスの温度係数「ｂx0，ｂx1，ｂx2，・・・」を近似的に求めることができる。但し、下付きの添え字について、１番目の添え字は検出軸を、２番目の添え字は温度の次数をそれぞれ示している。
【００７５】
同様に、スケールファクター「ｓ」及び二次感度「ｑ」についても、それぞれ式（３）及び（４）に従ってＮ個の連立方程式を立式する。そして、例えば最小二乗法を利用することで、スケールファクターの温度係数「ｓx0，ｓx1，ｓx2，・・・」及び二次感度の温度係数「ｑx0，ｑx1，ｑx2，・・・」をそれぞれ近似的に求めることができる。
【００７６】
分かり易いようにｘ軸に着目して各温度依存成分の温度係数の算出方法について説明したが、ｙ軸及びｚ軸についても同様の手順により、各温度依存成分の温度係数を算出することができる。
【００７７】
（２）ミスアライメント係数の算出
最初に、ある試験温度「ｔ」に試験温度を固定する。この場合、当該試験温度「ｔ」における各温度依存成分の温度係数を用いて、次式（９）〜（１１）に従って当該試験温度「ｔ」における各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を算出することができる。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【００７８】
次に、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を算出する。説明を簡単にするため、ｘ軸を絶対軸と一致させた場合に着目して考える。加速度センサー５２０を、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）で固定した場合と、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）で固定した場合とのそれぞれについて、加速度センサー５２０の出力値を計測する。
【００７９】
さらに、各々の姿勢（ｘ軸 正，ｘ軸 負）で固定した場合について、加速度センサー５２０の向きが東西南北それぞれの向きとなるように載置台に対する加速度センサー５２０の設置向きを変化させ、それぞれの設置向きで計測された出力値の平均値を計算する。設置向きを変えて計測した出力値の平均をとるのは、載置台の傾きに起因する出力値の誤差を排斥するためである。
【００８０】
このような条件で計測した出力値の平均値を計算したら、この平均値を「ｐxt」として、先に算出しておいた試験温度「ｔ」における各温度依存成分の値「（ｂxt，ｓxt，ｑxt）」を用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含むｘ軸の加速度「ｒx」を逆算する。
【００８１】
なお、ｘ軸を絶対軸と一致させた場合に着目して説明したが、ｙ軸及びｚ軸を絶対軸と一致させた場合についても同様に、加速度センサー５２０の姿勢及び設置向きを変化させながら出力値を計測し、上記の手順で、ミスアライメント誤差を含むｙ軸及びｚ軸の加速度「ｒy」及び「ｒz」を逆算する。
【００８２】
さて、その一方で、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」は、重力加速度「ｇ」を用いて、次のように表すことができる。すなわち、ｘ軸正方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 正）で加速度センサー５２０を固定した場合について、ミスアライメント誤差を含む加速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」は、絶対軸正方向の重力加速度（鉛直下向きの重力加速度）「ｇ」を用いて、「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）＝（ｇ，ｍyxｇ，ｍzxｇ）」で表すことができる。
【００８３】
一方で、ｘ軸負方向を絶対軸正方向とする姿勢（ｘ軸 負）で加速度センサー５２０を固定した場合について、ミスアライメント誤差を含む加速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」は、絶対軸負方向の重力加速度（鉛直上向きの重力加速度）「−ｇ」を用いて、「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）＝（−ｇ，−ｍyxｇ，−ｍzxｇ）」で表すことができる。
【００８４】
なお、ｙ軸及びｚ軸を絶対軸と一致させるように加速度センサー５２０を固定した場合についても同様に、正負の重力加速度「ｇ」及び「−ｇ」を用いて、ミスアライメント誤差を含む角速度「（ｒxt，ｒyt，ｒzt）」を表現することができる。
【００８５】
この場合、式（５）に従って連立方程式を立てると、次式（１２）が導かれる。
【数１２】
【００８６】
最終的に、重力加速度「ｇ」と、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」とを用いて、ミスアライメント係数行列「Ｍ」を、次式（１３）のように近似的に求めることができる。
【数１３】
【００８７】
２−２．加速度センサー５２０の出力値の補正
次に、加速度センサー５２０の出力値の補正の原理について説明する。センサーモジュール５において、記憶部５０に記憶された温度係数テーブル５５３を参照して、温度センサー５３０の検出温度「ｔｄ」に対応する各温度依存成分の温度係数を読み出す。そして、式（９）〜（１１）に従って、検出温度「ｔｄ」における各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」を算出する。
【００８８】
次いで、検出温度「ｔｄ」における加速度センサー５２０の出力値「ｐtd」と、検出温度「ｔｄ」における各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」とを用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含む各検出軸の加速度「ｒ」を逆算する。
【００８９】
そして、算出したミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」と、記憶部５０のミスアライメント係数テーブル５５５に格納されているミスアライメント係数行列「Ｍ」とを用いて、式（５）に従って加速度の真値「ａ」を算出し、その値を補正出力値として出力する。
【００９０】
３．処理の流れ
３−１．補正係数算出装置２の処理
図６は、記憶部５０に記憶されている特性判定プログラム５１が処理部１０により読み出されて実行されることで、補正係数算出装置２において実行される特性判定処理の流れを示すフローチャートである。
【００９１】
最初に、試験実行制御部１１は、記憶部５０に記憶されている試験プログラム５１１を読み出して実行することで、試験処理を行う（ステップＡ１）。その後、温度係数算出部１３は、記憶部５０に記憶されている温度係数算出プログラム５１３を読み出して実行することで、温度係数算出処理を行う（ステップＡ３）。
【００９２】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５が、記憶部５０に記憶されているミスアライメント係数算出プログラム５１５を読み出して実行することで、ミスアライメント係数算出処理を行う（ステップＡ５）。そして、特性判定処理を終了する。以下、ステップＡ１〜Ａ５の各処理についてフローチャートを用いて説明する。
【００９３】
図７は、試験処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、試験実行制御部１１は、センサーモジュール５の初期試験姿勢を設定する（ステップＢ１）。例えば、加速度センサー５２０のｘ軸正方向が絶対軸正方向と一致するような姿勢（ｘ軸 正）でセンサーモジュール５を被検体固定装置３４０に固定させる。そして、試験実行制御部１１は、予め定められた各試験温度それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＢ３〜Ｂ７）。
【００９４】
ループＡの処理では、試験実行制御部１１は、試験制御装置３１０から試験データ５４を取得し、記憶部５０の試験データベース５３に記憶させる（ステップＢ５）。そして、試験実行制御部１１は、次の試験温度へと処理を移行する。予め定められた全ての試験温度についてステップＢ５の処理を行った後、試験実行制御部１１は、ループＡの処理を終了する（ステップＢ７）。
【００９５】
次いで、試験実行制御部１１は、予め定められた全ての試験姿勢（例えば６姿勢）についてセンサーモジュール５の試験が終了したか否かを判定し（ステップＢ９）、まだ終了していないと判定した場合は（ステップＢ９；Ｎｏ）、試験姿勢を変更する制御を行う（ステップＢ１１）。すなわち、センサーモジュール５の姿勢を自動的に変位させることが可能である場合には試験姿勢を変化させるように試験制御装置３１０が指示制御する。また、手動で変化させる場合には、センサーモジュール５の姿勢を変える設定を行う。
【００９６】
一方、全ての試験姿勢について試験が終了したと判定した場合は（ステップＢ９；Ｙｅｓ）、試験実行制御部１１は、試験処理を終了する。
【００９７】
図８は、温度係数算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、温度係数算出部１３は、各試験温度それぞれについて、ループＣの処理を実行する（ステップＣ１〜Ｃ９）。
【００９８】
ループＣの処理では、温度係数算出部１３は、当該試験温度「ｔ」についての加速度センサー５２０の出力値「ｐt」のサンプルデータを試験データベース５３から読み出す（ステップＣ３）。そして、温度係数算出部１３は、出力値「ｐt」のサンプルデータと、重力加速度のサンプルデータ「（ｇ，−ｇ，０）」とを用いて、当該試験温度における各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を、例えば最小二乗法を利用して算出する（ステップＣ７）。
【００９９】
そして、温度係数算出部１３は、次の試験温度へと処理を移行する。全ての試験温度についてステップＣ３〜Ｃ７の処理を行った後、温度係数算出部１３は、ループＣの処理を終了する（ステップＣ９）。
【０１００】
その後、温度係数算出部１３は、各試験温度と、各試験温度における各温度依存成分の値とを用いて、各温度依存成分の温度係数を、例えば最小二乗法を利用して算出する（ステップＣ１１）。そして、温度係数算出部１３は、温度係数算出処理を終了する。
【０１０１】
図９は、ミスアライメント係数算出処理の流れを示すフローチャートである。
先ず、ミスアライメント係数算出部１５は、試験温度を選択する（ステップＤ１）。すなわち、複数の試験温度の中から試験温度を任意に１つ選択する。
【０１０２】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、ステップＤ１で選択した試験温度「ｔ」と、温度係数算出処理で算出した各温度依存成分の温度係数とを用いて、各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」を算出する（ステップＤ３）。
【０１０３】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、ステップＤ３で算出した各温度依存成分の値「（ｂt，ｓt，ｑt）」と、加速度センサー５２０の出力値「ｐt」とを用いて、式（１）に従ってミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を逆算する（ステップＤ５）。
【０１０４】
次いで、ミスアライメント係数算出部１５は、重力加速度「ｇ」と、ステップＤ７で算出したミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」とを用いて、例えば最小二乗法を利用してミスアライメント係数を算出する（ステップＤ７）。そして、ミスアライメント係数算出部１５は、ミスアライメント係数算出処理を終了する。
【０１０５】
特性判定処理が終了すると、補正係数テーブル作成部１７は、温度係数算出処理で算出された各温度依存成分の温度係数を検出軸別に対応付けて格納した温度係数テーブル５５３を作成する。また、ミスアライメント係数算出処理で算出されたミスアライメント係数行列を格納したミスアライメント係数テーブル５５５を作成する。そして、これらのテーブルを補正係数テーブル５５として記憶部５０に記憶させる。
【０１０６】
補正係数テーブル作成部１７により作成された補正係数テーブル５５は、センサーモジュール５に搭載される。すなわち、試験システム１において、センサーモジュール５の試験及び特性判定が終了すると、当該センサーモジュール５について作成された補正係数テーブル５５が、当該センサーモジュール５の記憶部５５０に書き込まれる。センサーモジュール５は、その後製品として出荷されることになる。
【０１０７】
３−２．センサーモジュール５の処理
図１０は、記憶部５５０に記憶されている補正出力プログラム５５１が処理部５１０により読み出されて実行されることで、センサーモジュール５において実行される補正出力処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０８】
先ず、処理部５１０は、記憶部５５０に記憶されている補正係数テーブル５５の温度係数テーブル５５３から、各温度依存成分の温度係数を読み出す（ステップＥ１）。また、処理部５１０は、補正係数テーブル５５のミスアライメント係数テーブル５５５からミスアライメント係数を読み出す（ステップＥ３）。
【０１０９】
次いで、処理部５１０は、温度センサー５３０の検出温度「ｔｄ」と、ステップＥ１で読み出した各温度依存成分の温度係数とを用いて、各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」を算出する（ステップＥ５）。
【０１１０】
そして、処理部５１０は、加速度センサー５２０の出力値「ｐtd」と、ステップＥ５で算出した各温度依存成分の値「（ｂtd，ｓtd，ｑtd）」とを用いて、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」を逆算する（ステップＥ７）。
【０１１１】
次いで、処理部５１０は、ミスアライメント誤差を含む加速度「ｒ」及びミスアライメント係数行列を用いて、ミスアライメント誤差を補正し（ステップＥ９）、その補正出力値「ａ」を出力部５４０から出力させる（ステップＥ１１）。これら一連の処理を行った後、処理部５１０は、補正出力処理を終了する。
【０１１２】
４．作用効果
本実施形態によれば、試験システム１において、加速度センサー５２０を具備するセンサーモジュール５の特性判定処理が行われる。すなわち、試験装置３において、絶対軸が定められた被検体固定装置３４０に、加速度センサー５２０の検出軸の方向を絶対軸方向とするようにセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢及び恒温槽３２０内部の温度を変化させながら、加速度センサー５２０の出力値を記録するデータ取得処理が行われる。そして、記録された加速度センサー５２０の出力値を用いて、補正係数算出装置２により温度依存成分の温度係数及びミスアライメント係数が補正係数として算出される。
【０１１３】
加速度センサー５２０は、慣性センサーの一種である。絶対軸方向が定められた試験装置３において、加速度センサー５２０の各検出軸が絶対軸方向と一致するような姿勢でセンサーモジュール５が固定される。そして、センサーモジュール５の姿勢を変化させて、各姿勢について加速度センサー５２０の出力値を記録することで、加速度センサー５２０の検出結果からミスアライメント誤差が分離可能となる。さらに、恒温槽３２０内部の温度を変化させて、複数の試験温度で同様の試験を行い、ミスアライメント誤差を分離する。そして、加速度センサー５２０の出力値と、重力加速度とを利用した近似計算を行うことで、温度依存成分の温度係数を適切に算出することができる。
【０１１４】
また、所定の試験温度と、温度依存成分の温度係数とから、当該試験温度における温度依存成分の値を算出することができる。そして、当該試験温度における加速度センサー５２０の各検出軸の出力値と、当該試験温度における温度依存成分の値とを用いることで、温度依存性の誤差が分離されたミスアライメント誤差を含む加速度が逆算できる。そして、ミスアライメント誤差を含む加速度と、重力加速度とを利用した近似計算を行うことで、ミスアライメント係数を適切に算出することができる。
【０１１５】
ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各検出軸のうちの１軸のみを絶対軸方向と一致させ、出力値を取得すると、その軸に取り付けられた加速度センサーの温度係数を求めることができるが、ミスアライメント係数としては、一部分しか求められない。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各検出軸を絶対軸方向と一致させ、各検出軸それぞれの加速度を検出することによって、各軸の温度係数および３軸ミスアライメントのすべての係数（３×３行列）を求めることができる。
【０１１６】
５．適用例
上述したセンサーモジュール５は、各種の電子機器に搭載して利用することができる。また、センサーモジュール５を電子機器に搭載するのではなく、加速度センサー５２０を電子機器或いは電子機器内の基板上に搭載することとしてもよい。この場合は、センサーモジュール５に対して試験処理（図７）を含む特性判定処理を行うのではなく、加速度センサー５２０を搭載した状態の電子機器に対して処理を行うこととする。この際の試験環境温度は、その電子機器の動作温度仕様に応じて定めればより好適である。
【０１１７】
また、図１０の補正出力処理は、センサーモジュール５の処理部５１０が行うのではなく、電子機器のプロセッサーが行うこととする。すなわち、温度センサーを電子機器に搭載させておき、電子機器のプロセッサーが、加速度センサー５２０から出力される加速度の出力値を補正する処理を行う。
【０１１８】
電子機器の具体例としては、例えば携帯型ナビゲーション装置が挙げられる。携帯型ナビゲーション装置において、加速度の出力補正値は、主として位置算出に利用される。この場合は、加速度センサーの他に、ジャイロセンサーを携帯型ナビゲーション装置に搭載させればより好適である。なお、加速度センサー及びジャイロセンサーを具備するセンサーモジュールとして、慣性計測ユニットとして知られるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を搭載させることとしてもよい。
【０１１９】
携帯型ナビゲーション装置は、加速度センサーの加速度の出力補正値と、ジャイロセンサーの角速度の出力値とを用いて、慣性航法演算処理を行って位置を算出する。具体的には、加速度の出力補正値を積分することで移動速度を算出するとともに、角速度の出力値を積分することで移動方向を算出する。そして、算出した移動速度及び移動方向でなる移動速度ベクトルを用いて、携帯型ナビゲーション装置の位置を随時算出する処理を行う。
【０１２０】
なお、携帯型ナビゲーション装置が、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の衛星測位システムを利用した位置算出も併せて行うこととしてもよい。この場合は、衛星測位システムを利用して算出した絶対的な位置（絶対位置）と、慣性航法演算処理で算出した相対的な位置（相対位置）とを用いて、最終的な出力位置を決定するようにすれば好適である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 試験システム、 ２ 補正係数算出装置、 ３ 試験装置、 ５ センサーモジュール、 ２０ 入力部、 ３０ 表示部、 ４０ 通信部、 ５０ 記憶部、 ６０ バス、 ３１０ 試験制御装置、 ３２０ 恒温槽、 ３４０ 被検体固定装置、 ３５０ 温度調整部、 ３６０ 温度センサー、 ５１０ 処理部、 ５２０ 加速度センサー、 ５３０ 温度センサー、 ５４０ 出力部、 ５５０ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理を行うことと、
前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出することと、
を含む校正データ取得方法。
【請求項２】
前記出力値と前記温度依存特性とを用いて、前記加速度センサーのミスアライメント誤差を算出すること、
を更に含む請求項１に記載の校正データ取得方法。
【請求項３】
前記温度依存特性を算出することは、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の前記出力値を用いて、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することを含む、
請求項１又は２に記載の校正データ取得方法。
【請求項４】
前記温度依存特性を算出することは、更に、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性を算出することを含む、
請求項３に記載の校正データ取得方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法。
【請求項６】
請求項２に記載の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度と、ミスアライメント誤差とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法。
【請求項７】
加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理部と、
前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出する温度依存特性算出部と、
を備えた校正データ取得システム。
【請求項１】
加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理を行うことと、
前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出することと、
を含む校正データ取得方法。
【請求項２】
前記出力値と前記温度依存特性とを用いて、前記加速度センサーのミスアライメント誤差を算出すること、
を更に含む請求項１に記載の校正データ取得方法。
【請求項３】
前記温度依存特性を算出することは、姿勢及び動作環境温度を変化させたそれぞれの場合の前記出力値を用いて、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれるゼロ点バイアス及びスケールファクターの温度依存特性を算出することを含む、
請求項１又は２に記載の校正データ取得方法。
【請求項４】
前記温度依存特性を算出することは、更に、前記加速度センサーの検出結果の値に含まれる二次感度の温度依存特性を算出することを含む、
請求項３に記載の校正データ取得方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法。
【請求項６】
請求項２に記載の校正データ取得方法によって取得された温度依存特性と、動作環境温度と、ミスアライメント誤差とを用いて、前記加速度センサーの出力値を補正する加速度センサー出力補正方法。
【請求項７】
加速度センサーの各検出軸の方向を絶対軸方向とし、各絶対軸方向それぞれの加速度を検出するように当該加速度センサーの姿勢を変化させるとともに、動作環境温度を変化させて、当該加速度センサーの各検出軸の出力値を記録するデータ取得処理部と、
前記出力値に基づいて前記加速度センサーの温度依存特性を算出する温度依存特性算出部と、
を備えた校正データ取得システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０９００１（Ｐ２０１１−２０９００１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４９８２（Ｐ２０１０−７４９８２）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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