角速度検出方法及びその装置
【課題】角速度計測装置が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出装置を提供すること。
【解決手段】第１補正部１０２は、３軸磁気信号α１及び３軸加速度信号β１が入力されて第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２を出力する。第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２が入力されて第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３を出力する。回転軸情報演算部１０４は、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３が入力されて回転軸情報ｃを出力する。回転量情報演算部１０５は、回転軸情報ｃと第１補正磁気信号α２とが入力されて回転量情報ｄを出力する。角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力されて角速度ベクトル情報ｅを出力する。
【解決手段】第１補正部１０２は、３軸磁気信号α１及び３軸加速度信号β１が入力されて第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２を出力する。第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２が入力されて第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３を出力する。回転軸情報演算部１０４は、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３が入力されて回転軸情報ｃを出力する。回転量情報演算部１０５は、回転軸情報ｃと第１補正磁気信号α２とが入力されて回転量情報ｄを出力する。角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力されて角速度ベクトル情報ｅを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出方法及びその装置に関し、より詳細には、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の検出が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ジャイロスコープ（ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）とは、物体の角度や角速度（物体や質点の回転の速さを表す量であり、角度と時間の商で定義される。）を検出する計測器で、ジャイロと略されることもあり、また、ジャイロセンサと呼ばれることもある。従来から船や航空機やロケットの自律航法に使用され、最近ではカーナビゲーションシステムや自動運転システム、ロボット、デジタルカメラ、無人偵察機などでも用いられている。
【０００３】
このジャイロスコープの種類としては、機械式（回転型，振動型）、流体式（ガス型）、光学式（光ファイバ，リングレーザー）などが一般的である。一方、これらのジャイロスコープを用いずに、携帯機器の分野において既に広く搭載されている磁気センサや加速度センサの出力から演算によって角速度を推定して求めるジャイロ技術がある。
【０００４】
磁気センサと加速度センサを用いてジャイロスコープの機能を代替するものとしては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術によれば、地磁気に対応する大きさの電圧値を出力する地磁気センサと、傾斜を検出する加速度センサ、地磁気センサから出力される電圧値に基づいて方位角を演算し、以前の方位角と比較することにより回転程度を算出した後、回転の傾斜が所定条件を満たすと、回転程度に対応する入力信号を生成する制御部と、を含む。これにより、入力装置が一定角の以上に斜めになると、回転がなかったにも係わらず入力信号が発生する事態を抑えることができる。
【０００５】
また、磁気センサと加速度センサを用いて角速度を検出（推定）するものとしては、例えば、特許文献２に記載の角速度センサがある。この角速度センサは、直流及び低周波領域の信号を出力する地磁気センサと、この地磁気センサの出力を電圧変換する変換回路と、高周波領域の信号を出力する加速度センサと、この加速度センサの出力を積分する積分回路と、変換回路の出力と積分回路の出力とから角速度を算出する角速度算出手段とを備えたものである。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の方位角計測装置は、磁気センサのみを用いた角速度推定を行なうものである。この従来の方位角計測装置は、３軸磁気センサと、磁気センサ駆動電源部と、マルチプレクサ部と、磁気センサ増幅部と、磁気センサＡ／Ｄ変換部と、感度・オフセット補正部と回転角度算出部とが設けられている。３軸磁気センサには、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサが設けられている。マルチプレクサ部は、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部から出力された駆動電圧を、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサにそれぞれ印加し、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部に出力する。磁気センサ増幅部は、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサからのセンサ信号を増幅させて、磁気センサＡ／Ｄ変換部に出力する。磁気センサＡ／Ｄ変換部は、磁気センサ増幅部によって増幅されたｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したディジタルデータをそれぞれｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部に出力する。感度・オフセット補正部は、磁気センサＡ／Ｄ変換部からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データに基づいて、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサのオフセット及び感度補正係数を算出し、算出したオフセット及び感度補正係数に基づいて、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データを補正する。回転角度算出部は、感度・オフセット補正部からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データに基づいて、回転軸の周りの回転角を算出するものである。
【０００７】
図１は、従来の磁気式ジャイロを説明するための構成図で、特許文献４に記載されているものである。この従来の磁気式ジャイロ１は、３軸磁気センサ２１と、３軸加速度センサ２２と、メモリ３と、第１回転軸決定手段４１と、第２回転軸決定手段４２と、第１回転角度算出手段５１と、第２回転角度算出手段５２と、回転速度判別手段６と、角速度算出手段７と、出力手段８とを有している。
【０００８】
３軸磁気センサ２１は、被測定体に固定された３軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する。３軸加速度センサ２２は、３軸直交座標系における加速度ベクトルとして重力加速度を検出する。メモリ３は、３軸磁気センサ２１によって時系列的に検出される磁気ベクトルのデータ、及び３軸加速度センサ２２によって時系列的に検出される加速度ベクトルのデータを測定した瞬間の時刻情報とともに、蓄積する。
【０００９】
第１回転軸決定手段４１は、メモリ３に蓄積された異なる２時点以上の磁気ベクトルのデータを基に、３軸直交座標系の原点を通ると共に被測定体の回転運動の基準とする回転軸を決定する。第２回転軸決定手段４２は、メモリ３に蓄積された異なる２時点以上の磁気ベクトルのデータ及び加速度ベクトルのデータを基に、３軸直交座標系の原点を通ると共に被測定体の回転運動の基準とする回転軸を決定する。
【００１０】
第１回転角度算出手段５１は、第１回転軸決定手段４１によって決定された回転軸を中心とした被測定体の回転角度を、磁気ベクトルのデータを基に算出する。第２回転角度算出手段５２は、第２回転軸決定手段４２によって決定された回転軸を中心とした被測定体の回転角度を、磁気ベクトルのデータ及び加速度ベクトルのデータを基に算出する。回転速度判別手段６は、３軸磁気センサ２１によって時系列的に検出される磁気ベクトルのデータを基に、被測定体が、基準となる回転速度以上の高速回転を行っているか、あるいは、基準となる回転速度未満の低速回転を行っているかを判別する。
【００１１】
角速度算出手段７は、第１回転角度算出手段５１又は第２回転角度算出手段５２によって算出された異なる２時点間における被測定体の回転角度と、その２時点における磁気ベクトルのデータの採取時刻の差とを基に、回転軸を中心とする被測定体の回転角速度を算出する。出力手段８は、回転速度判別手段６によって、被測定体が高速回転を行っていると判断された高速モードのとき、第１回転角度算出手段５１による被測定体の回転角度の算出結果を出力し、回転速度判別手段６によって、被測定体が低速回転を行っていると判断された低速モードのとき、第２回転角度算出手段５２による被測定体の回転角度の算出結果を出力する。なお、符号１１はコンピュータを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１９６７９７号公報
【特許文献２】特開平６−２９４８０５号公報
【特許文献３】特開２００５―６１９６９号公報
【特許文献４】特許４５９９５０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、１）加速度センサを用いない構成の場合、装置の保持姿勢が制限される、２）加速度センサによる傾斜補正を用いる構成の場合、運動加速度の影響を受けるため正しい出力を得られない、３）どちらの場合も水平面内での回転の検出に限られているという問題点があった。
【００１４】
また、上述した特許文献２に記載の磁気センサと加速度センサで角速度推定する場合では、１）回転運動の際に複数の加速度センサにかかる加速度が異なる事を利用しているため、加速度センサを離れた位置に搭載する必要があり、構成が複雑になる。２）角速度を推定できるのは加速度センサの配置に依存した特定の軸の周りの回転のみに限定される。
【００１５】
また、上述した特許文献３に記載のものは、磁気センサのデータから回転軸を求めて角速度を導出しているが、不感軸がある（回転軸と磁気の方向が平行だと回転しても出力が変わらない）という問題があった。
【００１６】
また、上述した特許文献４のものは、磁気センサのデータから求まる回転軸と、加速度センサのデータから求まる回転軸とのどちらかを選択して使用しているが、データの連続性が悪い（切り替え時に不連続点が発生する）という問題があった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、角速度計測装置が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、３軸磁気センサが検出した３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データを取得する磁気データ取得ステップと、３軸加速度センサが検出した３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、前記３軸磁気データと、前記３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算ステップと、前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算ステップと、前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算ステップとを有し、前記回転軸情報演算ステップは、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記算出される平面が、前記３軸磁気データの前記第１の平面からの距離の２乗と、前記３軸加速度データの前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記３軸磁気データ、前記３軸加速度データ、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて角速度ベクトル情報の信頼性を評価し信頼性指標を演算する信頼性指標演算ステップを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とに基づいて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御ステップを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、３軸磁気センサ信号を出力する３軸磁気センサと、３軸加速度センサ信号を出力する３軸加速度センサと、前記３軸磁気センサにより検出された前記３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データと、前記３軸加速度センサにより検出された前記３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算部と、前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算部と、前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算部とを備え、前記回転軸情報演算部は、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の平面と第２の平面とが互いに平行となることの条件が、前記磁気データを構成する各信号の前記第１の平面からの距離の２乗と、前記加速度データを構成する各信号の前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記３軸磁気センサ信号、前記３軸加速度センサ信号、前記第１補正磁気信号、前記第１補正加速度信号、前記第２補正磁気信号、前記第２補正加速度信号、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて、角速度ベクトル情報の信頼性を評価して信頼性指標を演算する信頼性指標演算部を備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とが入力されて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御部を備えていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、前記３軸磁気センサから取得された３軸磁気センサ信号と、前記３軸加速度センサから取得された３軸加速度センサ信号とをコンピュータを用いて請求項１乃至４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムである。
【００２７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、携帯機器の分野において既に広く搭載されている磁気センサや加速度センサを用いる事で、新たに角速度を計測するためのジャイロセンサを搭載する必要が無いため、新規にジャイロセンサを搭載する場合と比較してコストや実装の面積を必要とする事無く角速度を計測する事が可能となる。
【００２９】
また、角速度計測装置が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置が実現できる。
【００３０】
また、磁気センサからのデータと加速度センサのからのデータの両方から一つの回転軸を求めるため、磁気センサからのデータまたは加速度センサからのデータのみを用いて回転軸を求める方法に比べ、より正確かつ安定した回転軸を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の磁気式ジャイロを説明するための構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみで演算可能な場合を示している。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみでは演算できない場合を示している。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気データと加速度データを用いた場合を示している。
【図５】本発明に係る角速度検出装置の実施例１を説明するための構成図である。
【図６】実施例１における回転軸を求めるための第１の平面を示す図である。
【図７】実施例１における回転軸を求めるための第２の平面を示す図である。
【図８】実施例１における回転軸を求めるための法線方向を示す図である。
【図９】本発明に係る角速度検出装置の実施例２を説明するための構成図である。
【図１０】本発明に係る角速度検出装置の実施例３を説明するための構成図である。
【図１１】本発明に係る角速度検出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
まず、図２（ａ），（ｂ）乃至図４（ａ），（ｂ）に基づいて、本発明に係る角速度推定について以下に説明する。
【００３３】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみで演算可能な場合を示している。図２（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して平行で、角速度ベクトルが垂直である場合において測定される磁気データの分布を示している。一方、図２（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して傾斜して、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データの分布を示している。このような状況下においては、角速度と磁場（加速度）のベクトルが平行でなく、磁場の強さが十分であり、磁場分布が均一であるので、角速度推定が可能である。
【００３４】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみでは演算できない場合を示している。図３（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して傾斜しており、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データの分布を示している。一方、図３（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して垂直で、角速度ベクトルが平行である場合において測定される磁気データの分布を示している。このような状況下においては、角速度を正確に推定することはできない。また、角速度推定の精度が低下するという問題がある。
【００３５】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気データと加速度データを用いた場合を示している。図４（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトル及び加速度ベクトルに対して傾斜しており、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データと加速度データの分布を示している。一方、図４（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して垂直で、加速度ベクトルに対して平行であり、角速度ベクトルが磁場ベクイトルと一致している場合において測定される磁気データ及び加速度データの分布を示している。このような状況下においては、どちらのベクトルと回転軸とが一致してしまっていても、一方のベクトルと一致していなければ回転軸が得られる。したがって、本発明は、上述した図４（ａ），（ｂ）の場合における角速度検出を可能としたものである。
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
【実施例１】
【００３７】
図５は、本発明に係る角速度検出装置の実施例１を説明するための構成図で、図中符号１０１ａは３軸磁気センサ、１０１ｂは３軸加速度センサ、１０２は第１補正部、１０３は第２補正部、１０４は回転軸情報演算部、１０５は回転量情報演算部、１０６は角速度ベクトル情報演算部、１１０は演算処理部（ＣＰＵ）を示している。
【００３８】
本発明に係る実施例１の角速度検出装置は、３軸磁気センサ１０１ａと３軸加速度センサ１０１ｂと、これらのセンサからのデータを演算処理する演算処理部１１０とから構成されている。この演算処理部１１０は、第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６とで構成され、具体的にはコンピュータ処理されるＣＰＵである。
【００３９】
３軸磁気センサ１０１ａは３軸磁気センサ信号（磁気センサ信号）α１を出力するもので、３軸加速度センサ１０１ｂは３軸加速度センサ信号（加速度センサ信号）β１を出力するものである。また、第１補正部１０２は、磁気センサ信号α１及び加速度センサ信号β１が入力され、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２を出力するものである。また、第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２が入力され、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３を出力するものである。また、回転軸情報演算部１０４は、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３が入力され、回転軸情報ｃを出力するものである。また、回転量情報演算部１０５は、回転軸情報ｃと、第１補正磁気信号α２とが入力され、回転量情報ｄを出力するものである。また、角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力され、角速度ベクトル情報ｅを出力するものである。
【００４０】
本発明において回転軸情報ｃとは、任意の３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの回転軸を直接示す信号またはデータや、回転軸と一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。また本発明において回転量情報ｄとは、３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの単位時間当たりの回転量を直接示す信号またはデータや、回転量と一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。また本発明において角速度ベクトル情報ｅとは、３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの角速度ベクトルを直接示す信号またはデータや、角速度ベクトルと一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。
【００４１】
本発明において、信号とは、ある情報を伝達するための符号であれば特に制限されず、アナログ信号であっても良いし、ディジタル信号であっても良い。
【００４２】
以下、磁気センサ信号α１と第１補正磁気信号α２と第２補正磁気信号α３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸磁気データｈ、加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸加速度データａと表す。
【００４３】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち、第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００４４】
以下に、各構成要素についてさらに具体的に説明する。
【００４５】
＜３軸磁気センサ＞
３軸磁気センサ１０１ａは、任意の３次元空間を構成する３つの軸各々の方向の磁気に応じた磁気センサ信号α１を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子を用いたものなど既存の磁気センサが挙げられるがこれに制限されない。また、測定される磁気としては、地磁気であってもよいし、人為的に発生させた磁場による磁気であってもよい。
【００４６】
また、３軸磁気センサにおける任意の３次元空間を構成する３軸としては、３軸が全て同一平面に存在する軸の組み合わせでなければ特に制限されない。３軸が構成する座標系は、直交座標系であってもよいし、斜交座標系であってもよい。
【００４７】
なお、斜交座標系の場合、後述の角速度ベクトル情報が出力される以前に直交座標系に座標変換を行えばよい。
【００４８】
＜３軸加速度センサ＞
３軸加速度センサ１０１ｂは、任意の３次元空間を構成する３つの軸各々の方向の加速度に応じた加速度センサ信号β１を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、コイルバネや板バネを用いた機械式加速度センサや、光学式加速度センサや、静電容量型、ピエゾ抵抗型、ガス温度分布型等の半導体式加速度センサなど、既存の加速度センサが挙げられるがこれらに制限されない。
【００４９】
また、３軸加速度センサにおける任意の３次元空間を構成する３軸としては、３軸が全て同一平面に存在する軸の組み合わせでなければ特に制限されない。３軸が構成する座標系は、直交座標系であってもよいし、斜交座標系であってもよい。なお、斜交座標系の場合、後述する角速度ベクトル情報が出力される以前に直交座標系に座標変換を行えばよい。
【００５０】
また、３軸加速度センサにおける任意の３次元空間を構成する３つの軸は、３軸磁気センサにおける任意の３次元空間を構成する３つの軸と同じ軸であっても良いし、異なる軸であっても良い。異なる軸である場合は、後述する回転軸演算部にて回転軸を演算する以前に同軸になるように座標変換を行えばよい。
【００５１】
＜第１補正部＞
第１補正部１０２は、磁気センサ信号α１及び／又は加速度センサ信号β１を、例えば、感度やオフセットの観点から補正し、第１補正磁気信号α２及び／又は第１補正加速度信号β２を出力する。第１補正部１０２によって、磁気センサの感度ばらつきを低減させたり、オフセット量を加減算して正味の磁気及び加速度を示す信号に近づけることにより、高精度に回転軸、回転量及び角速度ベクトル情報を演算することが可能になる。
【００５２】
例えば、３軸磁気センサ１０１ａや３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有する場合（例えば、補正ＩＣを内蔵している場合）は、第１補正部１０２を設ける必要は無い。この様に、３軸磁気センサ１０１ａ及び３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有している場合は、磁気センサ信号α１及び加速度センサ信号β１を以下の説明における第１補正磁気信号α２，第１補正加速度信号β２として扱う。
【００５３】
＜第２補正部＞
第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２のそれぞれからなる一定量の群の分布のバラツキを低減する補正をして出力する機能を有するものである。分布のバラツキを低減する手段としては、例えば、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均などの線形フィルタによる平均化処理や中間値フィルタ、最頻値フィルタなどの非線形フィルタによる選択処理が挙げられるがこれらに限定はされない。
【００５４】
例えば、本発明に係る角速度検出装置の回転に伴う第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２の変化と比較して第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２に含まれるノイズが十分に小さい場合、第２補正部１０３を設ける必要は無い。この様に、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２に含まれるノイズが十分に小さい場合は、磁気信号α２及び加速度信号β２を以下の説明における第２補正磁気信号α３，第２補正加速度信号β３として扱う。
【００５５】
＜回転軸情報演算部＞
回転軸情報演算部１０４は、前記３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａに基づいて回転軸情報ｃを演算する。
【００５６】
本発明の実施例１における回転軸情報演算部１０４は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３に基づく時系列データを用いているが、第２補正部１０３が存在しない場合は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして第１補正磁気信号α２と第１補正加速度信号β２に基づく時系列データを用いて回転軸情報ｃを演算することも可能である。また、３軸磁気センサ１０１ａや３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有している場合は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして磁気センサ信号α１と加速度センサ信号β１に基づく時系列データを用いて回転軸情報ｃを演算することも可能である。
【００５７】
回転軸を求めるための具体的な方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、３軸磁気データｈの分布から求まる第１の平面（図６のＡ）と、３軸加速度データａの分布から求まる第２の平面（図７のＢ）とが平行になることを条件として算出される平面（図８のＣ）の法線方向（図８のＤ）を回転軸として演算する方法である。このとき、第１の平面Ａと第２の平面Ｂとが平行となることの条件としては、例えば、３軸磁気データｈの第１の平面Ａからのずれ量の２乗と、３軸加速度データａの第２の平面Ｂからのずれ量の２乗の和が最小となる平面を求める方法が適用可能である。
【００５８】
＜回転量情報演算部＞
回転量情報演算部１０５は、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、３軸磁気データｈ及び／又は３軸加速度データａとに基づいて回転量情報ｄを演算する。
【００５９】
本発明の実施例１における回転量情報演算部１０５は、角速度ベクトル情報の精度と応答性の観点から３軸磁気データｈとして第１補正磁気信号α２に基づく時系列データを用いているが、３軸磁気データｈとして磁気センサ信号α１または第２補正磁気信号α３に基づく３軸の時系列データを用いる事も可能である。また、３軸加速度データａとしては加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを用いることが可能である。
【００６０】
＜角速度ベクトル情報演算部＞
角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、回転量情報演算部１０５により演算された回転量情報ｄとに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算する。
【００６１】
つまり、角速度ベクトル情報演算部１０６には、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力され、それらに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算している。角速度ベクトル情報ｅは、回転軸情報ｃと回転量情報ｄの積を回転に要した時間で割る事で得られる。また、角速度ベクトル情報ｅを演算する際に、回転量情報ｄの過去の値を時系列データとして保持しておきその平均を回転量情報ｄの代わりに用いて角速度ベクトル情報ｅを演算して用いても良い。
【実施例２】
【００６２】
図９は、本発明に係る角速度検出装置の実施例２を説明するための構成図で、図中符号１０７は信頼性指標演算部を示している。なお、図５に示した構成要素と同じ機能を有する構成要素には同一も符号を付してある。
【００６３】
本発明の実施例２における角速度検出装置は、上述した実施例１の角速度検出装置に加えて、信頼性指標演算部１０７を更に備えている。なお、信頼性指標演算部１０７は、上述した演算処理部１１０に組み込まれている。
【００６４】
信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆは、角速度ベクトル情報ｅの信頼性の指標として用いることができ、例えば、角速度検出装置外の装置やプログラムにより、出力された角速度ベクトル情報ｅを実際に使用するかどうかの判断や、角速度ベクトル情報ｅの補正に用いることができる。
【００６５】
以下、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａを実施例１と同様に定義する。
【００６６】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６と信頼性指標演算部１０７は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００６７】
＜信頼性指標演算部＞
信頼性指標演算部１０７には、上述した実施例１の角速度ベクトル情報演算部１０６を構成する要素の出力信号である磁気センサ信号α１、加速度センサ信号β１、第１補正磁気信号α２、第１補正加速度信号β２、第２補正磁気信号α３、第２補正加速度信号β３、回転軸情報ｃ、回転量情報ｄ、角速度ベクトル情報ｅから信頼性を評価するうえで有効な信号が適宜入力されて信頼性指標ｆを演算する。
【００６８】
信頼性を評価する方法としては、例えば、磁気ベクトルの絶対値の変動を信頼性の指標とする方法が挙げられる。磁気ベクトルの絶対値の変動が大きい場合、周囲の磁場強度が均一でないことを示しており、この場合の信頼性は低いと判断できる。反対に磁気ベクトルの絶対値の変動が小さい場合、周囲の磁場強度は均一であることを示しており、この場合の信頼性は高いと判断できる。
【００６９】
また、磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角を信頼性の指標とする方法が挙げられる。磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角がいずれも０°又は１８０°に近い場合、磁気データと加速度データの分布範囲が狭い事を示しており、この場合の信頼性は低いと判断できる。反対に磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角のいずれかが９０°に近い場合、磁気データまたは加速度データの分布範囲が広い事を示しており、この場合の信頼性は高いと判断できる。
【００７０】
その他、加速度ベクトルの絶対値から重力加速度に相当する１Ｇを差し引いた値を信頼性の指標とする方法や磁気ベクトルと加速度ベクトルのなす角を信頼性の指標とする方法、上述した信頼性の指標を複数組み合わせたものを最終的な信頼性の指標とする方法などが挙げられる。
【実施例３】
【００７１】
図１０は、本発明に係る角速度検出装置の実施例３を説明するための構成図で、図中符号１０８は角速度ベクトル情報出力制御部を示している。なお、図９に示した構成要素と同じ機能を有する構成要素には同一も符号を付してある。
【００７２】
本発明の実施例３における角速度検出装置は、上述した実施例２の角速度検出装置に加えて、角速度ベクトル情報出力制御部１０８を更に備えている。なお、角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、上述した演算処理装置１１０に組み込まれている。
【００７３】
以下、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａを実施例１と同様に定義する。
【００７４】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６と信頼性指標演算部１０７と角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００７５】
＜角速度ベクトル情報出力制御部＞
角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、角速度ベクトル情報ｅと信頼性指標ｆが入力され、制御角速度ベクトル情報ｇを出力している。角速度ベクトル情報出力制御部１０８では、信頼性指標ｆに基づいて制御角速度ベクトル情報ｇを出力するか否かを制御したり、制御角速度ベクトル情報ｇを補正制御したりすることが可能である。
【００７６】
制御角速度ベクトル情報ｇを生成する方法としては、例えば、信頼性指標ｆにより角速度ベクトル情報ｅの信頼性が低いと判断された際に、信頼性が高い過去の値を制御角速度ベクトル情報ｇとして採用する方法や、信頼性指標ｆにより角速度ベクトル情報ｅの信頼性が低いと判断された際は、予め指定したエラー値を制御角速度ベクトル情報ｇとして採用するといった方法が挙げられる。
【００７７】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出装置が実現できる。
【００７８】
次に、本発明に係る角速度検出方法について以下に説明する。
【００７９】
図１１は、本発明に係る角速度検出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、３軸磁気センサ信号α１を取得する（磁気センサ信号取得ステップ；Ｓ１）とともに、３軸加速度センサ信号β１を取得する（加速度センサ信号取得ステップ；Ｓ２）。
【００８０】
次に、磁気信号取得ステップＳ１で取得された３軸磁気センサ信号α１及び／又は加速度信号取得ステップＳ２で取得された３軸加速度センサ信号β１を、感度やオフセットを補正して第１補正磁気信号α２及び／又は第１補正加速度信号β２を出力する（第１補正ステップ；Ｓ３）と、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２のそれぞれからなる一定量の群の分布のバラツキを補正して第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３を出力する（第２補正ステップ；Ｓ４）とを選択的に使用する。
【００８１】
次に、磁気センサ信号α１と第１補正磁気信号α２と第２補正磁気信号α３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸磁気データｈと、加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸加速度データａとに基づいて回転軸情報ｃを演算する（回転軸情報演算ステップ；Ｓ５）。次に、回転軸情報演算ステップで演算された回転軸情報ｃと、３軸磁気データｈ及び／又は３軸加速度データａとに基づいて回転量情報ｄを演算する（回転量情報演算ステップ；Ｓ６）。
【００８２】
次に、回転軸情報演算ステップにより演算された回転軸情報ｃと、回転量情報演算ステップにより演算された回転量情報ｄとに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算する（角速度ベクトル情報演算ステップ；Ｓ７）。
【００８３】
上述した回転軸情報演算ステップは、３軸磁気データｈの分布から求まる第１の平面と、３軸加速度データａの分布から求まる第２の平面とが互いに平行になることを条件として算出される平面の法線を回転軸情報ｃとして演算する。
【００８４】
また、前記算出される平面が、３軸磁気データｈを構成する各３軸磁気信号の前記第１の平面からのずれ量の２乗と、３軸加速度データａを構成する各３軸加速度信号の前記第２の平面からのずれ量の２乗の和が最小となる平面である。
【００８５】
次に、角速度ベクトル情報演算ステップを構成する要素の出力信号である３軸磁気センサ信号α１と３軸加速度センサ信号β１と第１補正磁気信号α２と第１補正加速度信号β２と第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３と回転軸情報ｃと回転量情報ｄと角速度ベクトル情報ｅのいずれかから信頼性を評価して信頼性指標ｆを演算する（信頼性指標演算ステップ；Ｓ８）。次に、角速度ベクトル情報ｅと信頼性指標ｆとが入力されて制御角速度ベクトル情報ｇを出力する（角速度ベクトル情報出力制御ステップ；Ｓ９）。
【００８６】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法が実現できる。
【００８７】
次に、上述した実施例１に示した角速度検出装置を用いて本発明の角速度ベクトル情報演算方法について具体的に説明する。
【００８８】
＜角速度ベクトル情報の演算方法＞
３次元空間内に分布する、各々ｎ（ｎは３以上）個の点からなる２つの点の集合χおよび集合ρを、互いに平行な第１の平面と第２の平面によって最小二乗当てはめし、前記第１の平面及び前記第２の平面の法線ベクトルを求めるための演算方法を説明する。
【００８９】
３次元空間内の平面は、一般に下記式（２）で表される。
【００９０】
【数１】
【００９１】
ここで、ｗは平面の法線ベクトルである。法線ベクトルｗは長さが１の単位ベクトルであると仮定しても一般性を失わないので、以下の説明では下記式（３）の条件の下で説明をする。
【００９２】
｜ｗ｜＝１ ・・・（３）
前記第１の平面を前記式（２）で表される法線ｗ及びδχを用いて表し、前記第２の平面を前記式（２）で表される法線ｗ及びδρを用いて表すと下記式（４）となる。
【００９３】
【数２】
【００９４】
以下、ｉ＝1〜ｎとして集合χの元をχi（χix、χiy、χiz）、集合ρの元をρi（ρix、ρiy、ρiz）と表すことにし、前記式（４）で表される前記第１の平面からのχiのずれをＳχi、前記式（４）で表される前記第２の平面からのρiのずれをＳρiと表す事にすると、Ｓχi及びＳρiは下記式（５）となる。
【００９５】
【数３】
【００９６】
従って、集合χの各元と第１の平面のずれと集合ρの各元と第２の平面のずれの総和が最小二乗となる平面の条件を求めるには、下記式（６）が最小値を取る条件を求めれば良い事になる。
【００９７】
【数４】
【００９８】
ここで、ラグランジュの未定乗数λを導入して前記式（３）の条件を取り込むと、下記式（７）及び（８）が最小二乗平面の条件である。
【００９９】
【数５】
【０１００】
【数６】
【０１０１】
まずαについての偏微分を計算すると下記式（９）が得られる。
【０１０２】
【数７】
【０１０３】
同様にしてβ、γによる偏微分を計算し、ベクトル・行列形式に書き直すと、下記式（１０）が得られる。
【０１０４】
【数８】
【０１０５】
また、δによる偏微分の項は、下記式（１１）となる。
【０１０６】
【数９】
【０１０７】
ここで、集合χの元の平均値χ（上付き−）および集合ρの元の平均値ρ（上付き−）を下記式（１２）で、集合χの各々の元の平均値からのずれχ（上付き〜）、および集合ρの各々の元の平均値からのずれρ（上付き〜）を下記式（１３）で表すことにする。
【０１０８】
【数１０】
【０１０９】
【数１１】
【０１１０】
前記式（１１）は、前記式（１２）（１３）より、下記式（１４）に変形できる。
【０１１１】
【数１２】
【０１１２】
ここで、前記式（８）の条件から、下記式（１５）が得られる。
【０１１３】
【数１３】
【０１１４】
上記式（１５）を用いて前記式（１０）の後ろの項を計算すると、下記式（１６）となる。
【０１１５】
【数１４】
【０１１６】
ここで、下記式（１７）および（１８）から、下記式（１９）となる。
【０１１７】
【数１５】
【０１１８】
【数１６】
【０１１９】
【数１７】
【０１２０】
上記式（１９）を用いて、前記式（１０）を整理すると、下記式（２０）となる。
【０１２１】
【数１８】
【０１２２】
従って、前記式（８）の条件は下記式（２１）とまとめることが出来る。
【０１２３】
【数１９】
【０１２４】
ここで、前記式（２１）を簡潔に表すため、前記式（２０）に含まれる行列を下記式（２２）で表される記号Ｇを導入して書き直すと下記式（２３）が得られる。
【０１２５】
【数２０】
【０１２６】
【数２１】
【０１２７】
つまり、行列Ｇの固有ベクトルを求めれば所望の法線ベクトルｗを得ることができる。ただし、法線ベクトルｗは下記式（２４）を満たす必要がある。
【０１２８】
【数２２】
【０１２９】
行列Ｇは実対称行列であるので、既知のＱＲ法などを用いて簡単に固有値・固有ベクトルを求める事ができる。
【０１３０】
本実施例では回転軸情報演算部１０４に入力される３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａが集合χおよび集合ρに相当する。また、以上の演算により得られる法線ベクトルｗが回転軸情報演算部１０４により演算される回転軸情報ｃに相当する。
【０１３１】
＜回転量の演算方法＞
3次元空間内の任意の２点間の、任意の回転軸周りの回転量を求めるには、前記任意の２点を前記任意の回転軸に垂直な平面へ射影し、射影された２点と前記任意の回転軸が前記垂直な平面上でなす角を求めれば良い。
【０１３２】
従って、前記任意の２点をｒ１、ｒ２、前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０と表すと、ｒ１をｒ１’、ｒ２’は下記式（２５）で与えられ、前記回転量をＱで表すと下記式（２６）のようになる。
【０１３３】
【数２３】
【０１３４】
【数２４】
【０１３５】
本実施例では回転量情報演算部１０５に入力される３軸磁気データｈを構成するデータのうち、時系列において隣り合った２データが前記任意の２点ｒ１、ｒ２に相当し、回転軸情報演算部１０４により演算される回転軸情報ｃが前記回転軸Ｒ０に相当する。また、前記式（２６）で表される回転量Ｑが回転量情報演算部１０５により演算される回転量情報ｄに相当する。
【０１３６】
回転量情報ｄとしては前記式（２６）で表される回転量Ｑをそのまま用いても良いし、回転量Ｑに対し平均化処理などを行ったものを用いても良い事は前述の通りである。
【０１３７】
＜角速度ベクトル情報の演算方法＞
角速度ベクトルはその向きが回転軸の向きであり、その大きさが単位時間当たりの回転量であるベクトルである。
【０１３８】
従って、前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０と表し、前記回転量をＱと表し、前記回転量に要した時間をＴと表し、前記角速度ベクトルをＲと表すと下記式（２７）のようになる。
【０１３９】
【数２５】
【０１４０】
本実施例では、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃが前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０に相当し、回転量情報演算部１０５により演算された回転量情報ｄが前記回転量Ｑに相当し、回転量情報ｄを演算する際に用いた前記３軸磁気データｈを構成するデータのうち時系列において隣り合った２データ間の時間差が前記時間をＴに相当する。また、前記式（２７）により演算された角速度ベクトルＲが角速度ベクトル演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅに相当する。
【０１４１】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法が実現できる。
【０１４２】
＜信頼性指標の演算方法＞
次に、上述した実施例３に示した角速度検出装置を用いて本発明の信頼性指標演算方法ついて具体的に説明する。
【０１４３】
具体的には、第２補正部１０３により演算された第２補正磁気信号α３からなる時系列の３軸磁気データｈと、第２補正加速度信号β３からなる時系列の３軸加速度データａと、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、角速度ベクトル情報演算部１０５により演算された角速度ベクトル情報ｅを用いて信頼性指標を演算する方法である。
【０１４４】
回転軸の向きを表す単位ベクトルと磁気ベクトルの平行度を表す指標をｑ、回転軸の向きを表す単位ベクトルと加速度ベクトルの平行度を表す指標をｐと表すこととし、下記式（２８）で定義する。
【０１４５】
【数２６】
【０１４６】
前記式（２８）で定義される指標をｑ及びｐの時刻ｊにおける値を各々ｑj、ｐjと表し、さらに、各々の平均値をｑj（上付き−）、ｐj（上付き−）で表すこととする。下記式（２９）で与えられる第１の信頼性指標ｆ１を算出する。下記式（２９）内の第１の信頼性指標ｆ１に付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示す。
【０１４７】
【数２７】
【０１４８】
続いて、回転軸の向きを表す単位ベクトルと磁気ベクトルの平行度ｑおよび角速度ベクトルＲを用いて、下記式（３０）で与えられる第2の信頼性指標ｆ２を算出する。ただし、ＫおよびＣは重み付けの定数であり、例えばＫ＝７２０、Ｃ＝１０００を用いる。下記式（３０）内の角速度ベクトルＲ及び第２の信頼性指標ｆ２に付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示す。
【０１４９】
【数２８】
【０１５０】
前記式（２９）により演算されたｆ１及び前記式（３０）により演算されたｆ２が信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆに相当する。
【０１５１】
＜制御角速度ベクトル情報の生成方法＞
次に、上述した実施例3に示した角速度検出装置を用いて本発明の制御角速度ベクトル情報の生成方法について具体的に説明する。
【０１５２】
具体的には、信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆと角速度ベクトル情報演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅを用いて制御角速度ベクトル情報ｇを生成する方法である。
【０１５３】
以下の説明では、信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆとして、例えば、前記式（２９）により演算された第１の信頼性指標ｆ１及び前記式（３０）により演算された第２の信頼性指標ｆ２を、角速度ベクトル情報演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅとして、例えば、前記式（２７）により演算された角速度ベクトルＲを用いた場合の演算を示す。
【０１５４】
前記式（２９）により演算された第１の信頼性指標ｆ１の値が第１の信頼性指標の閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝０．２５を用いる）以上、または、前記式（３０）により演算された第２の信頼性指標ｆ２の値が第２の信頼性指標の閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝０．９８を用いる）以上の場合、下記式（３１）に従い制御角速度ベクトル情報ｇを生成する。ただし、下記式中のＵは制御角速度ベクトル情報ｇの補正のための定数であり、例えば
Ｕ＝０．９を用いる。下記式（３１）内の角速度ベクトルＲ及び制御角速度ベクトル情報ｇに付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示し、添え字ｊ−１は時刻ｊよりも１つ過去の値である事を示す。
【０１５５】
【数２９】
【０１５６】
前記式（３１）により演算されたｇiが角速度ベクトル情報出力制御部１０８により演算される制御角速度ベクトル情報ｇに相当する。
【０１５７】
なお、上述した各ステップは、コンピュータを用いて実行させるためのプログラムとして構成することが可能である。また、上述した各ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成することも可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１ 磁気式ジャイロ
３ メモリ
６ 回転速度判別手段
７ 角速度算出手段
８ 出力手段
１１ コンピュータ
２１ ３軸磁気センサ
２２ ３軸加速度センサ
４１ 第１回転軸決定手段
４２ 第２回転軸決定手段
５１ 第１回転角度算出手段
５２ 第２回転角度算出手段
１０１ａ ３軸磁気センサ
１０１ｂ ３軸加速度センサ
１０２ 第１補正部
１０３ 第２補正部
１０４ 回転軸情報演算部
１０５ 回転量情報演算部
１０６ 角速度ベクトル情報演算部
１０７ 信頼性指標演算部
１０８ 角速度ベクトル情報出力制御部
１１０ 演算処理部（ＣＰＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出方法及びその装置に関し、より詳細には、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の検出が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ジャイロスコープ（ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ）とは、物体の角度や角速度（物体や質点の回転の速さを表す量であり、角度と時間の商で定義される。）を検出する計測器で、ジャイロと略されることもあり、また、ジャイロセンサと呼ばれることもある。従来から船や航空機やロケットの自律航法に使用され、最近ではカーナビゲーションシステムや自動運転システム、ロボット、デジタルカメラ、無人偵察機などでも用いられている。
【０００３】
このジャイロスコープの種類としては、機械式（回転型，振動型）、流体式（ガス型）、光学式（光ファイバ，リングレーザー）などが一般的である。一方、これらのジャイロスコープを用いずに、携帯機器の分野において既に広く搭載されている磁気センサや加速度センサの出力から演算によって角速度を推定して求めるジャイロ技術がある。
【０００４】
磁気センサと加速度センサを用いてジャイロスコープの機能を代替するものとしては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術によれば、地磁気に対応する大きさの電圧値を出力する地磁気センサと、傾斜を検出する加速度センサ、地磁気センサから出力される電圧値に基づいて方位角を演算し、以前の方位角と比較することにより回転程度を算出した後、回転の傾斜が所定条件を満たすと、回転程度に対応する入力信号を生成する制御部と、を含む。これにより、入力装置が一定角の以上に斜めになると、回転がなかったにも係わらず入力信号が発生する事態を抑えることができる。
【０００５】
また、磁気センサと加速度センサを用いて角速度を検出（推定）するものとしては、例えば、特許文献２に記載の角速度センサがある。この角速度センサは、直流及び低周波領域の信号を出力する地磁気センサと、この地磁気センサの出力を電圧変換する変換回路と、高周波領域の信号を出力する加速度センサと、この加速度センサの出力を積分する積分回路と、変換回路の出力と積分回路の出力とから角速度を算出する角速度算出手段とを備えたものである。
【０００６】
また、特許文献３に記載されている従来の方位角計測装置は、磁気センサのみを用いた角速度推定を行なうものである。この従来の方位角計測装置は、３軸磁気センサと、磁気センサ駆動電源部と、マルチプレクサ部と、磁気センサ増幅部と、磁気センサＡ／Ｄ変換部と、感度・オフセット補正部と回転角度算出部とが設けられている。３軸磁気センサには、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサが設けられている。マルチプレクサ部は、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部から出力された駆動電圧を、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサにそれぞれ印加し、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部に出力する。磁気センサ増幅部は、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサからのセンサ信号を増幅させて、磁気センサＡ／Ｄ変換部に出力する。磁気センサＡ／Ｄ変換部は、磁気センサ増幅部によって増幅されたｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したディジタルデータをそれぞれｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部に出力する。感度・オフセット補正部は、磁気センサＡ／Ｄ変換部からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データに基づいて、ｘ軸磁気センサ、ｙ軸磁気センサ及びｚ軸磁気センサのオフセット及び感度補正係数を算出し、算出したオフセット及び感度補正係数に基づいて、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データを補正する。回転角度算出部は、感度・オフセット補正部からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データ及びｚ軸地磁気測定データに基づいて、回転軸の周りの回転角を算出するものである。
【０００７】
図１は、従来の磁気式ジャイロを説明するための構成図で、特許文献４に記載されているものである。この従来の磁気式ジャイロ１は、３軸磁気センサ２１と、３軸加速度センサ２２と、メモリ３と、第１回転軸決定手段４１と、第２回転軸決定手段４２と、第１回転角度算出手段５１と、第２回転角度算出手段５２と、回転速度判別手段６と、角速度算出手段７と、出力手段８とを有している。
【０００８】
３軸磁気センサ２１は、被測定体に固定された３軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する。３軸加速度センサ２２は、３軸直交座標系における加速度ベクトルとして重力加速度を検出する。メモリ３は、３軸磁気センサ２１によって時系列的に検出される磁気ベクトルのデータ、及び３軸加速度センサ２２によって時系列的に検出される加速度ベクトルのデータを測定した瞬間の時刻情報とともに、蓄積する。
【０００９】
第１回転軸決定手段４１は、メモリ３に蓄積された異なる２時点以上の磁気ベクトルのデータを基に、３軸直交座標系の原点を通ると共に被測定体の回転運動の基準とする回転軸を決定する。第２回転軸決定手段４２は、メモリ３に蓄積された異なる２時点以上の磁気ベクトルのデータ及び加速度ベクトルのデータを基に、３軸直交座標系の原点を通ると共に被測定体の回転運動の基準とする回転軸を決定する。
【００１０】
第１回転角度算出手段５１は、第１回転軸決定手段４１によって決定された回転軸を中心とした被測定体の回転角度を、磁気ベクトルのデータを基に算出する。第２回転角度算出手段５２は、第２回転軸決定手段４２によって決定された回転軸を中心とした被測定体の回転角度を、磁気ベクトルのデータ及び加速度ベクトルのデータを基に算出する。回転速度判別手段６は、３軸磁気センサ２１によって時系列的に検出される磁気ベクトルのデータを基に、被測定体が、基準となる回転速度以上の高速回転を行っているか、あるいは、基準となる回転速度未満の低速回転を行っているかを判別する。
【００１１】
角速度算出手段７は、第１回転角度算出手段５１又は第２回転角度算出手段５２によって算出された異なる２時点間における被測定体の回転角度と、その２時点における磁気ベクトルのデータの採取時刻の差とを基に、回転軸を中心とする被測定体の回転角速度を算出する。出力手段８は、回転速度判別手段６によって、被測定体が高速回転を行っていると判断された高速モードのとき、第１回転角度算出手段５１による被測定体の回転角度の算出結果を出力し、回転速度判別手段６によって、被測定体が低速回転を行っていると判断された低速モードのとき、第２回転角度算出手段５２による被測定体の回転角度の算出結果を出力する。なお、符号１１はコンピュータを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１９６７９７号公報
【特許文献２】特開平６−２９４８０５号公報
【特許文献３】特開２００５―６１９６９号公報
【特許文献４】特許４５９９５０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、１）加速度センサを用いない構成の場合、装置の保持姿勢が制限される、２）加速度センサによる傾斜補正を用いる構成の場合、運動加速度の影響を受けるため正しい出力を得られない、３）どちらの場合も水平面内での回転の検出に限られているという問題点があった。
【００１４】
また、上述した特許文献２に記載の磁気センサと加速度センサで角速度推定する場合では、１）回転運動の際に複数の加速度センサにかかる加速度が異なる事を利用しているため、加速度センサを離れた位置に搭載する必要があり、構成が複雑になる。２）角速度を推定できるのは加速度センサの配置に依存した特定の軸の周りの回転のみに限定される。
【００１５】
また、上述した特許文献３に記載のものは、磁気センサのデータから回転軸を求めて角速度を導出しているが、不感軸がある（回転軸と磁気の方向が平行だと回転しても出力が変わらない）という問題があった。
【００１６】
また、上述した特許文献４のものは、磁気センサのデータから求まる回転軸と、加速度センサのデータから求まる回転軸とのどちらかを選択して使用しているが、データの連続性が悪い（切り替え時に不連続点が発生する）という問題があった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、角速度計測装置が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、３軸磁気センサが検出した３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データを取得する磁気データ取得ステップと、３軸加速度センサが検出した３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、前記３軸磁気データと、前記３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算ステップと、前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算ステップと、前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算ステップとを有し、前記回転軸情報演算ステップは、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記算出される平面が、前記３軸磁気データの前記第１の平面からの距離の２乗と、前記３軸加速度データの前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記３軸磁気データ、前記３軸加速度データ、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて角速度ベクトル情報の信頼性を評価し信頼性指標を演算する信頼性指標演算ステップを有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とに基づいて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御ステップを有することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、３軸磁気センサ信号を出力する３軸磁気センサと、３軸加速度センサ信号を出力する３軸加速度センサと、前記３軸磁気センサにより検出された前記３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データと、前記３軸加速度センサにより検出された前記３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算部と、前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算部と、前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算部とを備え、前記回転軸情報演算部は、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の平面と第２の平面とが互いに平行となることの条件が、前記磁気データを構成する各信号の前記第１の平面からの距離の２乗と、前記加速度データを構成する各信号の前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記３軸磁気センサ信号、前記３軸加速度センサ信号、前記第１補正磁気信号、前記第１補正加速度信号、前記第２補正磁気信号、前記第２補正加速度信号、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて、角速度ベクトル情報の信頼性を評価して信頼性指標を演算する信頼性指標演算部を備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とが入力されて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御部を備えていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、前記３軸磁気センサから取得された３軸磁気センサ信号と、前記３軸加速度センサから取得された３軸加速度センサ信号とをコンピュータを用いて請求項１乃至４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムである。
【００２７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、携帯機器の分野において既に広く搭載されている磁気センサや加速度センサを用いる事で、新たに角速度を計測するためのジャイロセンサを搭載する必要が無いため、新規にジャイロセンサを搭載する場合と比較してコストや実装の面積を必要とする事無く角速度を計測する事が可能となる。
【００２９】
また、角速度計測装置が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法及びその装置が実現できる。
【００３０】
また、磁気センサからのデータと加速度センサのからのデータの両方から一つの回転軸を求めるため、磁気センサからのデータまたは加速度センサからのデータのみを用いて回転軸を求める方法に比べ、より正確かつ安定した回転軸を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の磁気式ジャイロを説明するための構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみで演算可能な場合を示している。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみでは演算できない場合を示している。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気データと加速度データを用いた場合を示している。
【図５】本発明に係る角速度検出装置の実施例１を説明するための構成図である。
【図６】実施例１における回転軸を求めるための第１の平面を示す図である。
【図７】実施例１における回転軸を求めるための第２の平面を示す図である。
【図８】実施例１における回転軸を求めるための法線方向を示す図である。
【図９】本発明に係る角速度検出装置の実施例２を説明するための構成図である。
【図１０】本発明に係る角速度検出装置の実施例３を説明するための構成図である。
【図１１】本発明に係る角速度検出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
まず、図２（ａ），（ｂ）乃至図４（ａ），（ｂ）に基づいて、本発明に係る角速度推定について以下に説明する。
【００３３】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみで演算可能な場合を示している。図２（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して平行で、角速度ベクトルが垂直である場合において測定される磁気データの分布を示している。一方、図２（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して傾斜して、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データの分布を示している。このような状況下においては、角速度と磁場（加速度）のベクトルが平行でなく、磁場の強さが十分であり、磁場分布が均一であるので、角速度推定が可能である。
【００３４】
図３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気（加速度）データのみでは演算できない場合を示している。図３（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して傾斜しており、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データの分布を示している。一方、図３（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して垂直で、角速度ベクトルが平行である場合において測定される磁気データの分布を示している。このような状況下においては、角速度を正確に推定することはできない。また、角速度推定の精度が低下するという問題がある。
【００３５】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係る角速度推定についての説明図で、磁気データと加速度データを用いた場合を示している。図４（ａ）は、携帯端末が磁場ベクトル及び加速度ベクトルに対して傾斜しており、角速度ベクトルが傾斜している場合において測定される磁気データと加速度データの分布を示している。一方、図４（ｂ）は、携帯端末が磁場ベクトルに対して垂直で、加速度ベクトルに対して平行であり、角速度ベクトルが磁場ベクイトルと一致している場合において測定される磁気データ及び加速度データの分布を示している。このような状況下においては、どちらのベクトルと回転軸とが一致してしまっていても、一方のベクトルと一致していなければ回転軸が得られる。したがって、本発明は、上述した図４（ａ），（ｂ）の場合における角速度検出を可能としたものである。
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
【実施例１】
【００３７】
図５は、本発明に係る角速度検出装置の実施例１を説明するための構成図で、図中符号１０１ａは３軸磁気センサ、１０１ｂは３軸加速度センサ、１０２は第１補正部、１０３は第２補正部、１０４は回転軸情報演算部、１０５は回転量情報演算部、１０６は角速度ベクトル情報演算部、１１０は演算処理部（ＣＰＵ）を示している。
【００３８】
本発明に係る実施例１の角速度検出装置は、３軸磁気センサ１０１ａと３軸加速度センサ１０１ｂと、これらのセンサからのデータを演算処理する演算処理部１１０とから構成されている。この演算処理部１１０は、第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６とで構成され、具体的にはコンピュータ処理されるＣＰＵである。
【００３９】
３軸磁気センサ１０１ａは３軸磁気センサ信号（磁気センサ信号）α１を出力するもので、３軸加速度センサ１０１ｂは３軸加速度センサ信号（加速度センサ信号）β１を出力するものである。また、第１補正部１０２は、磁気センサ信号α１及び加速度センサ信号β１が入力され、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２を出力するものである。また、第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２及び第１補正加速度信号β２が入力され、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３を出力するものである。また、回転軸情報演算部１０４は、第２補正磁気信号α３及び第２補正加速度信号β３が入力され、回転軸情報ｃを出力するものである。また、回転量情報演算部１０５は、回転軸情報ｃと、第１補正磁気信号α２とが入力され、回転量情報ｄを出力するものである。また、角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力され、角速度ベクトル情報ｅを出力するものである。
【００４０】
本発明において回転軸情報ｃとは、任意の３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの回転軸を直接示す信号またはデータや、回転軸と一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。また本発明において回転量情報ｄとは、３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの単位時間当たりの回転量を直接示す信号またはデータや、回転量と一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。また本発明において角速度ベクトル情報ｅとは、３次元空間において角速度検出装置が回転運動したときの角速度ベクトルを直接示す信号またはデータや、角速度ベクトルと一定の対応関係を示す信号またはデータを意味する。
【００４１】
本発明において、信号とは、ある情報を伝達するための符号であれば特に制限されず、アナログ信号であっても良いし、ディジタル信号であっても良い。
【００４２】
以下、磁気センサ信号α１と第１補正磁気信号α２と第２補正磁気信号α３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸磁気データｈ、加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸加速度データａと表す。
【００４３】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち、第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００４４】
以下に、各構成要素についてさらに具体的に説明する。
【００４５】
＜３軸磁気センサ＞
３軸磁気センサ１０１ａは、任意の３次元空間を構成する３つの軸各々の方向の磁気に応じた磁気センサ信号α１を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子や磁気インピーダンス素子を用いたものなど既存の磁気センサが挙げられるがこれに制限されない。また、測定される磁気としては、地磁気であってもよいし、人為的に発生させた磁場による磁気であってもよい。
【００４６】
また、３軸磁気センサにおける任意の３次元空間を構成する３軸としては、３軸が全て同一平面に存在する軸の組み合わせでなければ特に制限されない。３軸が構成する座標系は、直交座標系であってもよいし、斜交座標系であってもよい。
【００４７】
なお、斜交座標系の場合、後述の角速度ベクトル情報が出力される以前に直交座標系に座標変換を行えばよい。
【００４８】
＜３軸加速度センサ＞
３軸加速度センサ１０１ｂは、任意の３次元空間を構成する３つの軸各々の方向の加速度に応じた加速度センサ信号β１を出力することが可能なセンサであれば特に制限されず、例えば、コイルバネや板バネを用いた機械式加速度センサや、光学式加速度センサや、静電容量型、ピエゾ抵抗型、ガス温度分布型等の半導体式加速度センサなど、既存の加速度センサが挙げられるがこれらに制限されない。
【００４９】
また、３軸加速度センサにおける任意の３次元空間を構成する３軸としては、３軸が全て同一平面に存在する軸の組み合わせでなければ特に制限されない。３軸が構成する座標系は、直交座標系であってもよいし、斜交座標系であってもよい。なお、斜交座標系の場合、後述する角速度ベクトル情報が出力される以前に直交座標系に座標変換を行えばよい。
【００５０】
また、３軸加速度センサにおける任意の３次元空間を構成する３つの軸は、３軸磁気センサにおける任意の３次元空間を構成する３つの軸と同じ軸であっても良いし、異なる軸であっても良い。異なる軸である場合は、後述する回転軸演算部にて回転軸を演算する以前に同軸になるように座標変換を行えばよい。
【００５１】
＜第１補正部＞
第１補正部１０２は、磁気センサ信号α１及び／又は加速度センサ信号β１を、例えば、感度やオフセットの観点から補正し、第１補正磁気信号α２及び／又は第１補正加速度信号β２を出力する。第１補正部１０２によって、磁気センサの感度ばらつきを低減させたり、オフセット量を加減算して正味の磁気及び加速度を示す信号に近づけることにより、高精度に回転軸、回転量及び角速度ベクトル情報を演算することが可能になる。
【００５２】
例えば、３軸磁気センサ１０１ａや３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有する場合（例えば、補正ＩＣを内蔵している場合）は、第１補正部１０２を設ける必要は無い。この様に、３軸磁気センサ１０１ａ及び３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有している場合は、磁気センサ信号α１及び加速度センサ信号β１を以下の説明における第１補正磁気信号α２，第１補正加速度信号β２として扱う。
【００５３】
＜第２補正部＞
第２補正部１０３は、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２のそれぞれからなる一定量の群の分布のバラツキを低減する補正をして出力する機能を有するものである。分布のバラツキを低減する手段としては、例えば、単純移動平均、加重移動平均、指数移動平均などの線形フィルタによる平均化処理や中間値フィルタ、最頻値フィルタなどの非線形フィルタによる選択処理が挙げられるがこれらに限定はされない。
【００５４】
例えば、本発明に係る角速度検出装置の回転に伴う第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２の変化と比較して第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２に含まれるノイズが十分に小さい場合、第２補正部１０３を設ける必要は無い。この様に、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２に含まれるノイズが十分に小さい場合は、磁気信号α２及び加速度信号β２を以下の説明における第２補正磁気信号α３，第２補正加速度信号β３として扱う。
【００５５】
＜回転軸情報演算部＞
回転軸情報演算部１０４は、前記３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａに基づいて回転軸情報ｃを演算する。
【００５６】
本発明の実施例１における回転軸情報演算部１０４は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３に基づく時系列データを用いているが、第２補正部１０３が存在しない場合は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして第１補正磁気信号α２と第１補正加速度信号β２に基づく時系列データを用いて回転軸情報ｃを演算することも可能である。また、３軸磁気センサ１０１ａや３軸加速度センサ１０１ｂ自体が信号を補正する機能を有している場合は、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａとして磁気センサ信号α１と加速度センサ信号β１に基づく時系列データを用いて回転軸情報ｃを演算することも可能である。
【００５７】
回転軸を求めるための具体的な方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、３軸磁気データｈの分布から求まる第１の平面（図６のＡ）と、３軸加速度データａの分布から求まる第２の平面（図７のＢ）とが平行になることを条件として算出される平面（図８のＣ）の法線方向（図８のＤ）を回転軸として演算する方法である。このとき、第１の平面Ａと第２の平面Ｂとが平行となることの条件としては、例えば、３軸磁気データｈの第１の平面Ａからのずれ量の２乗と、３軸加速度データａの第２の平面Ｂからのずれ量の２乗の和が最小となる平面を求める方法が適用可能である。
【００５８】
＜回転量情報演算部＞
回転量情報演算部１０５は、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、３軸磁気データｈ及び／又は３軸加速度データａとに基づいて回転量情報ｄを演算する。
【００５９】
本発明の実施例１における回転量情報演算部１０５は、角速度ベクトル情報の精度と応答性の観点から３軸磁気データｈとして第１補正磁気信号α２に基づく時系列データを用いているが、３軸磁気データｈとして磁気センサ信号α１または第２補正磁気信号α３に基づく３軸の時系列データを用いる事も可能である。また、３軸加速度データａとしては加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを用いることが可能である。
【００６０】
＜角速度ベクトル情報演算部＞
角速度ベクトル情報演算部１０６は、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、回転量情報演算部１０５により演算された回転量情報ｄとに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算する。
【００６１】
つまり、角速度ベクトル情報演算部１０６には、回転軸情報ｃと回転量情報ｄとが入力され、それらに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算している。角速度ベクトル情報ｅは、回転軸情報ｃと回転量情報ｄの積を回転に要した時間で割る事で得られる。また、角速度ベクトル情報ｅを演算する際に、回転量情報ｄの過去の値を時系列データとして保持しておきその平均を回転量情報ｄの代わりに用いて角速度ベクトル情報ｅを演算して用いても良い。
【実施例２】
【００６２】
図９は、本発明に係る角速度検出装置の実施例２を説明するための構成図で、図中符号１０７は信頼性指標演算部を示している。なお、図５に示した構成要素と同じ機能を有する構成要素には同一も符号を付してある。
【００６３】
本発明の実施例２における角速度検出装置は、上述した実施例１の角速度検出装置に加えて、信頼性指標演算部１０７を更に備えている。なお、信頼性指標演算部１０７は、上述した演算処理部１１０に組み込まれている。
【００６４】
信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆは、角速度ベクトル情報ｅの信頼性の指標として用いることができ、例えば、角速度検出装置外の装置やプログラムにより、出力された角速度ベクトル情報ｅを実際に使用するかどうかの判断や、角速度ベクトル情報ｅの補正に用いることができる。
【００６５】
以下、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａを実施例１と同様に定義する。
【００６６】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６と信頼性指標演算部１０７は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００６７】
＜信頼性指標演算部＞
信頼性指標演算部１０７には、上述した実施例１の角速度ベクトル情報演算部１０６を構成する要素の出力信号である磁気センサ信号α１、加速度センサ信号β１、第１補正磁気信号α２、第１補正加速度信号β２、第２補正磁気信号α３、第２補正加速度信号β３、回転軸情報ｃ、回転量情報ｄ、角速度ベクトル情報ｅから信頼性を評価するうえで有効な信号が適宜入力されて信頼性指標ｆを演算する。
【００６８】
信頼性を評価する方法としては、例えば、磁気ベクトルの絶対値の変動を信頼性の指標とする方法が挙げられる。磁気ベクトルの絶対値の変動が大きい場合、周囲の磁場強度が均一でないことを示しており、この場合の信頼性は低いと判断できる。反対に磁気ベクトルの絶対値の変動が小さい場合、周囲の磁場強度は均一であることを示しており、この場合の信頼性は高いと判断できる。
【００６９】
また、磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角を信頼性の指標とする方法が挙げられる。磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角がいずれも０°又は１８０°に近い場合、磁気データと加速度データの分布範囲が狭い事を示しており、この場合の信頼性は低いと判断できる。反対に磁気ベクトルと回転軸ベクトルのなす角及び加速度ベクトルと回転軸ベクトルのなす角のいずれかが９０°に近い場合、磁気データまたは加速度データの分布範囲が広い事を示しており、この場合の信頼性は高いと判断できる。
【００７０】
その他、加速度ベクトルの絶対値から重力加速度に相当する１Ｇを差し引いた値を信頼性の指標とする方法や磁気ベクトルと加速度ベクトルのなす角を信頼性の指標とする方法、上述した信頼性の指標を複数組み合わせたものを最終的な信頼性の指標とする方法などが挙げられる。
【実施例３】
【００７１】
図１０は、本発明に係る角速度検出装置の実施例３を説明するための構成図で、図中符号１０８は角速度ベクトル情報出力制御部を示している。なお、図９に示した構成要素と同じ機能を有する構成要素には同一も符号を付してある。
【００７２】
本発明の実施例３における角速度検出装置は、上述した実施例２の角速度検出装置に加えて、角速度ベクトル情報出力制御部１０８を更に備えている。なお、角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、上述した演算処理装置１１０に組み込まれている。
【００７３】
以下、３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａを実施例１と同様に定義する。
【００７４】
また、本実施例における演算処理部１１０の各部、すなわち第１補正部１０２と第２補正部１０３と回転軸情報演算部１０４と回転量情報演算部１０５と角速度ベクトル情報演算部１０６と信頼性指標演算部１０７と角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、各々必要に応じて時系列データの過去の値を記憶する記憶手段を有しているものとする。
【００７５】
＜角速度ベクトル情報出力制御部＞
角速度ベクトル情報出力制御部１０８は、角速度ベクトル情報ｅと信頼性指標ｆが入力され、制御角速度ベクトル情報ｇを出力している。角速度ベクトル情報出力制御部１０８では、信頼性指標ｆに基づいて制御角速度ベクトル情報ｇを出力するか否かを制御したり、制御角速度ベクトル情報ｇを補正制御したりすることが可能である。
【００７６】
制御角速度ベクトル情報ｇを生成する方法としては、例えば、信頼性指標ｆにより角速度ベクトル情報ｅの信頼性が低いと判断された際に、信頼性が高い過去の値を制御角速度ベクトル情報ｇとして採用する方法や、信頼性指標ｆにより角速度ベクトル情報ｅの信頼性が低いと判断された際は、予め指定したエラー値を制御角速度ベクトル情報ｇとして採用するといった方法が挙げられる。
【００７７】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出装置が実現できる。
【００７８】
次に、本発明に係る角速度検出方法について以下に説明する。
【００７９】
図１１は、本発明に係る角速度検出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、３軸磁気センサ信号α１を取得する（磁気センサ信号取得ステップ；Ｓ１）とともに、３軸加速度センサ信号β１を取得する（加速度センサ信号取得ステップ；Ｓ２）。
【００８０】
次に、磁気信号取得ステップＳ１で取得された３軸磁気センサ信号α１及び／又は加速度信号取得ステップＳ２で取得された３軸加速度センサ信号β１を、感度やオフセットを補正して第１補正磁気信号α２及び／又は第１補正加速度信号β２を出力する（第１補正ステップ；Ｓ３）と、第１補正磁気信号α２や第１補正加速度信号β２のそれぞれからなる一定量の群の分布のバラツキを補正して第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３を出力する（第２補正ステップ；Ｓ４）とを選択的に使用する。
【００８１】
次に、磁気センサ信号α１と第１補正磁気信号α２と第２補正磁気信号α３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸磁気データｈと、加速度センサ信号β１と第１補正加速度信号β２と第２補正加速度信号β３のいずれかに基づく３軸の時系列データを３軸加速度データａとに基づいて回転軸情報ｃを演算する（回転軸情報演算ステップ；Ｓ５）。次に、回転軸情報演算ステップで演算された回転軸情報ｃと、３軸磁気データｈ及び／又は３軸加速度データａとに基づいて回転量情報ｄを演算する（回転量情報演算ステップ；Ｓ６）。
【００８２】
次に、回転軸情報演算ステップにより演算された回転軸情報ｃと、回転量情報演算ステップにより演算された回転量情報ｄとに基づいて角速度ベクトル情報ｅを演算する（角速度ベクトル情報演算ステップ；Ｓ７）。
【００８３】
上述した回転軸情報演算ステップは、３軸磁気データｈの分布から求まる第１の平面と、３軸加速度データａの分布から求まる第２の平面とが互いに平行になることを条件として算出される平面の法線を回転軸情報ｃとして演算する。
【００８４】
また、前記算出される平面が、３軸磁気データｈを構成する各３軸磁気信号の前記第１の平面からのずれ量の２乗と、３軸加速度データａを構成する各３軸加速度信号の前記第２の平面からのずれ量の２乗の和が最小となる平面である。
【００８５】
次に、角速度ベクトル情報演算ステップを構成する要素の出力信号である３軸磁気センサ信号α１と３軸加速度センサ信号β１と第１補正磁気信号α２と第１補正加速度信号β２と第２補正磁気信号α３と第２補正加速度信号β３と回転軸情報ｃと回転量情報ｄと角速度ベクトル情報ｅのいずれかから信頼性を評価して信頼性指標ｆを演算する（信頼性指標演算ステップ；Ｓ８）。次に、角速度ベクトル情報ｅと信頼性指標ｆとが入力されて制御角速度ベクトル情報ｇを出力する（角速度ベクトル情報出力制御ステップ；Ｓ９）。
【００８６】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法が実現できる。
【００８７】
次に、上述した実施例１に示した角速度検出装置を用いて本発明の角速度ベクトル情報演算方法について具体的に説明する。
【００８８】
＜角速度ベクトル情報の演算方法＞
３次元空間内に分布する、各々ｎ（ｎは３以上）個の点からなる２つの点の集合χおよび集合ρを、互いに平行な第１の平面と第２の平面によって最小二乗当てはめし、前記第１の平面及び前記第２の平面の法線ベクトルを求めるための演算方法を説明する。
【００８９】
３次元空間内の平面は、一般に下記式（２）で表される。
【００９０】
【数１】
【００９１】
ここで、ｗは平面の法線ベクトルである。法線ベクトルｗは長さが１の単位ベクトルであると仮定しても一般性を失わないので、以下の説明では下記式（３）の条件の下で説明をする。
【００９２】
｜ｗ｜＝１ ・・・（３）
前記第１の平面を前記式（２）で表される法線ｗ及びδχを用いて表し、前記第２の平面を前記式（２）で表される法線ｗ及びδρを用いて表すと下記式（４）となる。
【００９３】
【数２】
【００９４】
以下、ｉ＝1〜ｎとして集合χの元をχi（χix、χiy、χiz）、集合ρの元をρi（ρix、ρiy、ρiz）と表すことにし、前記式（４）で表される前記第１の平面からのχiのずれをＳχi、前記式（４）で表される前記第２の平面からのρiのずれをＳρiと表す事にすると、Ｓχi及びＳρiは下記式（５）となる。
【００９５】
【数３】
【００９６】
従って、集合χの各元と第１の平面のずれと集合ρの各元と第２の平面のずれの総和が最小二乗となる平面の条件を求めるには、下記式（６）が最小値を取る条件を求めれば良い事になる。
【００９７】
【数４】
【００９８】
ここで、ラグランジュの未定乗数λを導入して前記式（３）の条件を取り込むと、下記式（７）及び（８）が最小二乗平面の条件である。
【００９９】
【数５】
【０１００】
【数６】
【０１０１】
まずαについての偏微分を計算すると下記式（９）が得られる。
【０１０２】
【数７】
【０１０３】
同様にしてβ、γによる偏微分を計算し、ベクトル・行列形式に書き直すと、下記式（１０）が得られる。
【０１０４】
【数８】
【０１０５】
また、δによる偏微分の項は、下記式（１１）となる。
【０１０６】
【数９】
【０１０７】
ここで、集合χの元の平均値χ（上付き−）および集合ρの元の平均値ρ（上付き−）を下記式（１２）で、集合χの各々の元の平均値からのずれχ（上付き〜）、および集合ρの各々の元の平均値からのずれρ（上付き〜）を下記式（１３）で表すことにする。
【０１０８】
【数１０】
【０１０９】
【数１１】
【０１１０】
前記式（１１）は、前記式（１２）（１３）より、下記式（１４）に変形できる。
【０１１１】
【数１２】
【０１１２】
ここで、前記式（８）の条件から、下記式（１５）が得られる。
【０１１３】
【数１３】
【０１１４】
上記式（１５）を用いて前記式（１０）の後ろの項を計算すると、下記式（１６）となる。
【０１１５】
【数１４】
【０１１６】
ここで、下記式（１７）および（１８）から、下記式（１９）となる。
【０１１７】
【数１５】
【０１１８】
【数１６】
【０１１９】
【数１７】
【０１２０】
上記式（１９）を用いて、前記式（１０）を整理すると、下記式（２０）となる。
【０１２１】
【数１８】
【０１２２】
従って、前記式（８）の条件は下記式（２１）とまとめることが出来る。
【０１２３】
【数１９】
【０１２４】
ここで、前記式（２１）を簡潔に表すため、前記式（２０）に含まれる行列を下記式（２２）で表される記号Ｇを導入して書き直すと下記式（２３）が得られる。
【０１２５】
【数２０】
【０１２６】
【数２１】
【０１２７】
つまり、行列Ｇの固有ベクトルを求めれば所望の法線ベクトルｗを得ることができる。ただし、法線ベクトルｗは下記式（２４）を満たす必要がある。
【０１２８】
【数２２】
【０１２９】
行列Ｇは実対称行列であるので、既知のＱＲ法などを用いて簡単に固有値・固有ベクトルを求める事ができる。
【０１３０】
本実施例では回転軸情報演算部１０４に入力される３軸磁気データｈ及び３軸加速度データａが集合χおよび集合ρに相当する。また、以上の演算により得られる法線ベクトルｗが回転軸情報演算部１０４により演算される回転軸情報ｃに相当する。
【０１３１】
＜回転量の演算方法＞
3次元空間内の任意の２点間の、任意の回転軸周りの回転量を求めるには、前記任意の２点を前記任意の回転軸に垂直な平面へ射影し、射影された２点と前記任意の回転軸が前記垂直な平面上でなす角を求めれば良い。
【０１３２】
従って、前記任意の２点をｒ１、ｒ２、前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０と表すと、ｒ１をｒ１’、ｒ２’は下記式（２５）で与えられ、前記回転量をＱで表すと下記式（２６）のようになる。
【０１３３】
【数２３】
【０１３４】
【数２４】
【０１３５】
本実施例では回転量情報演算部１０５に入力される３軸磁気データｈを構成するデータのうち、時系列において隣り合った２データが前記任意の２点ｒ１、ｒ２に相当し、回転軸情報演算部１０４により演算される回転軸情報ｃが前記回転軸Ｒ０に相当する。また、前記式（２６）で表される回転量Ｑが回転量情報演算部１０５により演算される回転量情報ｄに相当する。
【０１３６】
回転量情報ｄとしては前記式（２６）で表される回転量Ｑをそのまま用いても良いし、回転量Ｑに対し平均化処理などを行ったものを用いても良い事は前述の通りである。
【０１３７】
＜角速度ベクトル情報の演算方法＞
角速度ベクトルはその向きが回転軸の向きであり、その大きさが単位時間当たりの回転量であるベクトルである。
【０１３８】
従って、前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０と表し、前記回転量をＱと表し、前記回転量に要した時間をＴと表し、前記角速度ベクトルをＲと表すと下記式（２７）のようになる。
【０１３９】
【数２５】
【０１４０】
本実施例では、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃが前記回転軸の向きを表す単位ベクトルをＲ０に相当し、回転量情報演算部１０５により演算された回転量情報ｄが前記回転量Ｑに相当し、回転量情報ｄを演算する際に用いた前記３軸磁気データｈを構成するデータのうち時系列において隣り合った２データ間の時間差が前記時間をＴに相当する。また、前記式（２７）により演算された角速度ベクトルＲが角速度ベクトル演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅに相当する。
【０１４１】
このようにして、角速度計測装置（携帯端末）が如何なる姿勢であっても角速度の計測が可能で、かつ連続データで検出可能な角速度検出方法が実現できる。
【０１４２】
＜信頼性指標の演算方法＞
次に、上述した実施例３に示した角速度検出装置を用いて本発明の信頼性指標演算方法ついて具体的に説明する。
【０１４３】
具体的には、第２補正部１０３により演算された第２補正磁気信号α３からなる時系列の３軸磁気データｈと、第２補正加速度信号β３からなる時系列の３軸加速度データａと、回転軸情報演算部１０４により演算された回転軸情報ｃと、角速度ベクトル情報演算部１０５により演算された角速度ベクトル情報ｅを用いて信頼性指標を演算する方法である。
【０１４４】
回転軸の向きを表す単位ベクトルと磁気ベクトルの平行度を表す指標をｑ、回転軸の向きを表す単位ベクトルと加速度ベクトルの平行度を表す指標をｐと表すこととし、下記式（２８）で定義する。
【０１４５】
【数２６】
【０１４６】
前記式（２８）で定義される指標をｑ及びｐの時刻ｊにおける値を各々ｑj、ｐjと表し、さらに、各々の平均値をｑj（上付き−）、ｐj（上付き−）で表すこととする。下記式（２９）で与えられる第１の信頼性指標ｆ１を算出する。下記式（２９）内の第１の信頼性指標ｆ１に付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示す。
【０１４７】
【数２７】
【０１４８】
続いて、回転軸の向きを表す単位ベクトルと磁気ベクトルの平行度ｑおよび角速度ベクトルＲを用いて、下記式（３０）で与えられる第2の信頼性指標ｆ２を算出する。ただし、ＫおよびＣは重み付けの定数であり、例えばＫ＝７２０、Ｃ＝１０００を用いる。下記式（３０）内の角速度ベクトルＲ及び第２の信頼性指標ｆ２に付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示す。
【０１４９】
【数２８】
【０１５０】
前記式（２９）により演算されたｆ１及び前記式（３０）により演算されたｆ２が信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆに相当する。
【０１５１】
＜制御角速度ベクトル情報の生成方法＞
次に、上述した実施例3に示した角速度検出装置を用いて本発明の制御角速度ベクトル情報の生成方法について具体的に説明する。
【０１５２】
具体的には、信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆと角速度ベクトル情報演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅを用いて制御角速度ベクトル情報ｇを生成する方法である。
【０１５３】
以下の説明では、信頼性指標演算部１０７により演算される信頼性指標ｆとして、例えば、前記式（２９）により演算された第１の信頼性指標ｆ１及び前記式（３０）により演算された第２の信頼性指標ｆ２を、角速度ベクトル情報演算部１０６により演算される角速度ベクトル情報ｅとして、例えば、前記式（２７）により演算された角速度ベクトルＲを用いた場合の演算を示す。
【０１５４】
前記式（２９）により演算された第１の信頼性指標ｆ１の値が第１の信頼性指標の閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝０．２５を用いる）以上、または、前記式（３０）により演算された第２の信頼性指標ｆ２の値が第２の信頼性指標の閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝０．９８を用いる）以上の場合、下記式（３１）に従い制御角速度ベクトル情報ｇを生成する。ただし、下記式中のＵは制御角速度ベクトル情報ｇの補正のための定数であり、例えば
Ｕ＝０．９を用いる。下記式（３１）内の角速度ベクトルＲ及び制御角速度ベクトル情報ｇに付けられた添え字ｊは時刻ｊにおける値である事を示し、添え字ｊ−１は時刻ｊよりも１つ過去の値である事を示す。
【０１５５】
【数２９】
【０１５６】
前記式（３１）により演算されたｇiが角速度ベクトル情報出力制御部１０８により演算される制御角速度ベクトル情報ｇに相当する。
【０１５７】
なお、上述した各ステップは、コンピュータを用いて実行させるためのプログラムとして構成することが可能である。また、上述した各ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成することも可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１ 磁気式ジャイロ
３ メモリ
６ 回転速度判別手段
７ 角速度算出手段
８ 出力手段
１１ コンピュータ
２１ ３軸磁気センサ
２２ ３軸加速度センサ
４１ 第１回転軸決定手段
４２ 第２回転軸決定手段
５１ 第１回転角度算出手段
５２ 第２回転角度算出手段
１０１ａ ３軸磁気センサ
１０１ｂ ３軸加速度センサ
１０２ 第１補正部
１０３ 第２補正部
１０４ 回転軸情報演算部
１０５ 回転量情報演算部
１０６ 角速度ベクトル情報演算部
１０７ 信頼性指標演算部
１０８ 角速度ベクトル情報出力制御部
１１０ 演算処理部（ＣＰＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸磁気センサが検出した３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データを取得する磁気データ取得ステップと、
３軸加速度センサが検出した３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、
前記３軸磁気データと、前記３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算ステップとを有し、
前記回転軸情報演算ステップは、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出方法。
【請求項２】
前記算出される平面が、前記３軸磁気データの前記第１の平面からの距離の２乗と、前記３軸加速度データの前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項１に記載の角速度検出方法。
【請求項３】
前記３軸磁気データ、前記３軸加速度データ、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて角速度ベクトル情報の信頼性を評価し信頼性指標を演算する信頼性指標演算ステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の角速度検出方法。
【請求項４】
前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とに基づいて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の角速度検出方法。
【請求項５】
３軸磁気センサ信号を出力する３軸磁気センサと、
３軸加速度センサ信号を出力する３軸加速度センサと、
前記３軸磁気センサにより検出された前記３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データと、前記３軸加速度センサにより検出された前記３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算部とを備え、
前記回転軸情報演算部は、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項６】
前記第１の平面と第２の平面とが互いに平行となることの条件が、前記磁気データを構成する各信号の前記第１の平面からの距離の２乗と、前記加速度データを構成する各信号の前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項５に記載の角速度検出装置。
【請求項７】
前記３軸磁気センサ信号、前記３軸加速度センサ信号、前記第１補正磁気信号、前記第１補正加速度信号、前記第２補正磁気信号、前記第２補正加速度信号、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて、角速度ベクトル情報の信頼性を評価して信頼性指標を演算する信頼性指標演算部を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の角速度検出装置。
【請求項８】
前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とが入力されて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の角速度検出装置。
【請求項９】
前記３軸磁気センサから取得された３軸磁気センサ信号と、前記３軸加速度センサから取得された３軸加速度センサ信号とをコンピュータを用いて請求項１乃至４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
３軸磁気センサが検出した３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データを取得する磁気データ取得ステップと、
３軸加速度センサが検出した３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データを取得する加速度データ取得ステップと、
前記３軸磁気データと、前記３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算ステップと、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算ステップとを有し、
前記回転軸情報演算ステップは、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出方法。
【請求項２】
前記算出される平面が、前記３軸磁気データの前記第１の平面からの距離の２乗と、前記３軸加速度データの前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項１に記載の角速度検出方法。
【請求項３】
前記３軸磁気データ、前記３軸加速度データ、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて角速度ベクトル情報の信頼性を評価し信頼性指標を演算する信頼性指標演算ステップを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の角速度検出方法。
【請求項４】
前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とに基づいて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御ステップを有することを特徴とする請求項３に記載の角速度検出方法。
【請求項５】
３軸磁気センサ信号を出力する３軸磁気センサと、
３軸加速度センサ信号を出力する３軸加速度センサと、
前記３軸磁気センサにより検出された前記３軸磁気センサ信号に基づく３軸磁気データと、前記３軸加速度センサにより検出された前記３軸加速度センサ信号に基づく３軸加速度データとに基づいて回転軸情報を演算する回転軸情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記３軸磁気データ及び／又は前記３軸加速度データとに基づいて回転量情報を演算する回転量情報演算部と、
前記回転軸情報と、前記回転量情報とに基づいて角速度ベクトル情報を演算する角速度ベクトル情報演算部とを備え、
前記回転軸情報演算部は、前記３軸磁気データの分布から求まる第１の平面と前記３軸加速度データの分布から求まる第２の平面とが互いに平行となることを条件として算出される平面の法線を前記回転軸情報として演算することを特徴とする角速度検出装置。
【請求項６】
前記第１の平面と第２の平面とが互いに平行となることの条件が、前記磁気データを構成する各信号の前記第１の平面からの距離の２乗と、前記加速度データを構成する各信号の前記第２の平面からの距離の２乗の和が最小となる平面であることを特徴とする請求項５に記載の角速度検出装置。
【請求項７】
前記３軸磁気センサ信号、前記３軸加速度センサ信号、前記第１補正磁気信号、前記第１補正加速度信号、前記第２補正磁気信号、前記第２補正加速度信号、前記回転軸情報、前記回転量情報及び前記角速度ベクトル情報のうち少なくとも１つに基づいて、角速度ベクトル情報の信頼性を評価して信頼性指標を演算する信頼性指標演算部を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の角速度検出装置。
【請求項８】
前記角速度ベクトル情報と前記信頼性指標とが入力されて制御角速度ベクトル情報を出力する角速度ベクトル情報出力制御部を備えていることを特徴とする請求項７に記載の角速度検出装置。
【請求項９】
前記３軸磁気センサから取得された３軸磁気センサ信号と、前記３軸加速度センサから取得された３軸加速度センサ信号とをコンピュータを用いて請求項１乃至４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２５１８７０（Ｐ２０１２−２５１８７０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４６２９（Ｐ２０１１−１２４６２９）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【復代理人】
【識別番号】１００１１５６２４
【弁理士】
【氏名又は名称】濱中 淳宏
【復代理人】
【識別番号】１００１３０５２４
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 英治
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【復代理人】
【識別番号】１００１１５６２４
【弁理士】
【氏名又は名称】濱中 淳宏
【復代理人】
【識別番号】１００１３０５２４
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 英治
【Ｆターム（参考）】
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