(57)【要約】【課題】角速度検出装置において、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する場合に高い応答性で逸脱時間帯の振動信号を推定する。【解決手段】実施形態の角速度検出装置は、駆動部によって第１の方向に振動している振動体に対して角速度が印加された場合に、前記振動体における前記第１の方向とは異なる第２の方向での所定の周波数での振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、ダイナミックレンジから逸脱する前の前記振動信号の変遷と前記所定の周波数に基いて、前記ダイナミックレンジから逸脱した場合の前記振動信号を予測する予測部と、前記予測部によって予測された前記振動信号に基いて、前記角速度を検出する角速度検出部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部によって第１の方向に振動している振動体に対して角速度が印加された場合に、前記振動体における前記第１の方向とは異なる第２の方向での所定の周波数での振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、
ダイナミックレンジから逸脱する前の前記振動信号の変遷と前記所定の周波数に基いて、前記ダイナミックレンジから逸脱した場合の前記振動信号を予測する予測部と、
前記予測部によって予測された前記振動信号に基いて、前記角速度を検出する角速度検出部と、
を備える角速度検出装置。
【請求項２】
前記角速度検出装置は、
前記ダイナミックレンジから逸脱した後の復帰後の実際の前記振動信号である実信号と、前記予測部によって予測された、前記ダイナミックレンジに復帰後の前記振動信号である予測信号と、を比較し、両者が所定値以上ずれている場合に異常と判定する異常判定部を、さらに備える、請求項１に記載の角速度検出装置。
【請求項３】
前記予測部は、
前記振動信号が前記ダイナミックレンジ内の所定の閾値に到達したか否かを判定する閾値判定部と、
前記閾値判定部によって前記振動信号が前記所定の閾値に到達したと判定された場合、前記振動信号が前記所定の閾値内における任意の閾値である、第１取得閾値から第２取得閾値に到達するまでの所要時間を算出する算出部と、
前記所要時間に基いて、前記振動信号が前記ダイナミックレンジから逸脱するか否かを判定する逸脱判定部と、
前記逸脱判定部によって前記振動信号が前記ダイナミックレンジから逸脱すると判定された場合、前記所要時間と前記所定の周波数に基いて、前記ダイナミックレンジから逸脱後の前記振動信号を推定して補正する補正部と、を備え、
前記角速度検出部は、前記補正部によって補正された前記振動信号に基いて、前記角速度を検出する、請求項１に記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ジャイロセンサ等の角速度検出装置では、例えば、駆動部によって所定方向に振動している振動体に対して角速度が印加された場合に、その所定方向の垂直方向にコリオリ力が発生して振動体がその垂直方向に振動し、その垂直方向の振動を検出することで角速度を算出する。そして、そのような角速度検出装置では、その垂直方向の振動を検出する際のダイナミックレンジ（検出可能範囲）が設定されている。
【０００３】
ダイナミックレンジを広くすると、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する可能性は下がるが、分解能も下がってしまう。逆に、ダイナミックレンジを狭くすると、分解能は上がるが、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する可能性も上がる。このようなトレードオフの関係があるので、振動信号がダイナミックレンジから逸脱することを回避するためだけにダイナミックレンジを広くすることはできない。
【０００４】
そこで、例えば、振動信号がダイナミックレンジから逸脱した場合に、逸脱からの復帰後の振動信号に基いて、ダイナミックレンジから逸脱していた時間帯の振動信号を推定する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７８６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術では、ダイナミックレンジから逸脱した後の復帰後の振動信号に基いて逸脱時間帯の振動信号を推定するので、応答性の点で改善の余地がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する場合に高い応答性で逸脱時間帯の振動信号を推定することができる角速度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の角速度検出装置は、駆動部によって第１の方向に振動している振動体に対して角速度が印加された場合に、前記振動体における前記第１の方向とは異なる第２の方向での所定の周波数での振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、ダイナミックレンジから逸脱する前の前記振動信号の変遷と前記所定の周波数に基いて、前記ダイナミックレンジから逸脱した場合の前記振動信号を予測する予測部と、前記予測部によって予測された前記振動信号に基いて、前記角速度を検出する角速度検出部と、を備える。
【０００９】
ダイナミックレンジから逸脱する前の振動信号の変遷と所定の周波数に基いてダイナミックレンジから逸脱した場合の振動信号を予測することで、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する場合に高い応答性で逸脱時間帯の振動信号を推定することができる。この振動信号を基に角速度を検出することで、角速度の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態のジャイロセンサと情報処理装置の構成の概要を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態の振動体の構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態における振動信号の例を示すグラフである。
【図４】図４は、実施形態のジャイロセンサと情報処理装置における処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。なお、以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
【００１２】
まず、図１、図２を参照して、実施形態のジャイロセンサ１（角速度検出装置）と情報処理装置２（角速度検出装置）の構成について説明する。図１は、実施形態のジャイロセンサ１と情報処理装置２の構成の概要を示すブロック図である。図２は、実施形態の振動体１１の構成例を示す模式図である。
【００１３】
ジャイロセンサ１は、主な構成として、振動体１１と、駆動部１２と、振動検出部１３と、処理部１４と、を備える。
【００１４】
振動体１１は、駆動部１２から付与される駆動力によって第１の方向（図２の方向Ｄ１）に振動する。また、振動体１１は、第１の方向に振動している場合に、角速度が印加されると、コリオリ力によって第１の方向とは異なる第２の方向（図２の方向Ｄ２：第１の方向に垂直な方向）に振動する。なお、振動体１１の重さをｍ、振動体１１が第１の方向に振動するときの速さをｖ、振動体１１に印加される角速度をΩとすると、コリオリ力Ｆ＝２ｍｖΩとなる。
【００１５】
駆動部１２は、例えば、所定の駆動回路によって構成され、振動体１１に対して、第１の方向に振動させるための駆動力を付与する。
【００１６】
振動検出部１３は、振動体１１における第２の方向での所定の周波数での振動を検出して振動信号を出力する。なお、所定の周波数は、振動体１１の構造によって一意に決まる値である。
【００１７】
処理部１４は、主な機能構成として、増幅部１４１と、同期検波部１４２と、ＬＰＦ（Low  Pass  Filter）処理部１４３と、を備える。増幅部１４１は、例えば、アンプであり、振動検出部１３から入力した振動信号を増幅する。同期検波部１４２は、駆動部１２からの参照信号を基準とし、増幅部１４１から入力する振動信号に対して同期検波を行う。
【００１８】
ＬＰＦ処理部１４３は、同期検波部１４２によって同期検波された振動信号を入力し、ＬＰＦ処理を行う。
【００１９】
情報処理装置２は、主な構成として、記憶部２１と、処理部２２と、を備える。記憶部２１は、例えば、各種ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、各種ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ等から構成され、角速度検出のための情報を記憶する。その情報とは、例えば、動作プログラムや、振動体１１の第２の方向での振動を検出する際のダイナミックレンジ、各種閾値等である。
【００２０】
処理部２２は、予測部２３と、異常判定部２４と、同期検波部２５と、ＬＰＦ処理部２６と、信号処理部２７と、を備える。
【００２１】
予測部２３は、ダイナミックレンジから逸脱する前の振動信号の変遷と所定の周波数に基いて、ダイナミックレンジから逸脱した場合の振動信号を予測する。
【００２２】
ここで、図３は、実施形態における振動信号の例を示すグラフである。図３において、縦軸は信号値で、横軸は時間である。また、縦軸におけるＤＲ（ダイナミックレンジ）下限値からＤＲ上限値までの範囲がダイナミックレンジである。また、ダイナミックレンジ内に、所定の閾値として、第１閾値と第２閾値が設定されている。以下、代表して第１閾値の場合について説明する。
【００２３】
振動信号の所定の周波数は一意に決まっているので、例えば、振動信号が時刻ｔ２に第１閾値に到達した場合、その直前のゼロ点における時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所要時間Ｔ１の長さによって、時刻ｔ２の直後に振動信号がダイナミックレンジから逸脱するか否かを判定することができる。例えば、ここでは、所要時間Ｔ１の長さが所定の時間閾値よりも長いため、振動信号がダイナミックレンジから逸脱しないと判定できる。
【００２４】
また、例えば、振動信号が時刻ｔ４に第１閾値に到達した場合、その直前のゼロ点における時刻ｔ３から時刻ｔ４までの所要時間Ｔ２の長さによって、時刻ｔ４の直後に振動信号がダイナミックレンジから逸脱するか否かを判定することができる。例えば、ここでは、所要時間Ｔ２の長さが所定の時間閾値以下のため、振動信号がダイナミックレンジから逸脱すると判定できる。そして、振動信号は、時刻ｔ４の直後、時刻ｔ５でダイナミックレンジから逸脱し、時刻ｔ６でダイナミックレンジに復帰する。
【００２５】
このような処理を行うために、予測部２３は、閾値判定部２３１と、算出部２３２と、逸脱判定部２３３と、補正部２３４と、を備える。
【００２６】
閾値判定部２３１は、振動信号がダイナミックレンジ内の所定の閾値に到達したか否かを判定する。
【００２７】
算出部２３２は、閾値判定部２３１によって振動信号が所定の閾値に到達したと判定された場合、振動信号がゼロ点から所定の閾値に到達するまでの所要時間を算出する。
【００２８】
逸脱判定部２３３は、算出部２３２によって算出された所要時間に基いて、振動信号がダイナミックレンジから逸脱するか否かを判定する。
【００２９】
補正部２３４は、逸脱判定部２３３によって振動信号がダイナミックレンジから逸脱すると判定された場合、所要時間と所定の周波数に基いて、ダイナミックレンジから逸脱後の振動信号を推定して補正する。
【００３０】
異常判定部２４は、ダイナミックレンジから逸脱してからの復帰後の実際の振動信号である実信号と、予測部２３によって予測された、ダイナミックレンジに復帰後の振動信号である予測信号と、を比較し、両者が所定値以上ずれている場合は異常と判定する。
【００３１】
同期検波部２５は、同期検波部１４２と同様にして、補正部２３４から入力する振動信号に対して同期検波を行う。
【００３２】
ＬＰＦ処理部２６は、同期検波部２５によって同期検波された振動信号を入力し、ＬＰＦ処理を行う。
【００３３】
信号処理部２７（角速度検出部）は、ＬＰＦ処理部１４３から入力した振動信号や、ＬＰＦ処理部２６から入力した振動信号に基いて、角速度を検出する。
【００３４】
次に、図４を参照して、実施形態のジャイロセンサ１と情報処理装置２における処理について説明する。図４は、実施形態のジャイロセンサ１と情報処理装置２における処理を示すフローチャートである。なお、図１の構成では、信号処理部２７は、ＬＰＦ処理部１４３から振動信号を常時入力しつつ、予測部２３で振動信号の補正を行った場合はＬＰＦ処理部２６から入力した振動信号を優先的に使用するが、以下では、説明を簡潔にするために、閾値判定部２３１の判定結果によって処理が分岐するものとする。
【００３５】
ステップＳ１において、閾値判定部２３１は、振動信号がダイナミックレンジ内の所定の閾値に到達したか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ５に進み、Ｎｏの場合はステップＳ２に進む。
【００３６】
ステップＳ２において、同期検波部１４２は、駆動部１２からの参照信号を基準とし、増幅部１４１から入力する振動信号に対して同期検波を行う。
【００３７】
次に、ステップＳ３において、ＬＰＦ処理部１４３は、ステップＳ２で同期検波された振動信号を入力し、ＬＰＦ処理を行う。
【００３８】
次に、ステップＳ４において、信号処理部２７は、ＬＰＦ処理部１４３から入力した振動信号に基いて、角速度を検出する。
【００３９】
一方、ステップＳ５において、算出部２３２は、振動信号がゼロ点から所定の閾値に到達するまでの所要時間（図３の所要時間Ｔ１、Ｔ２）を算出する。
【００４０】
次に、ステップＳ６において、逸脱判定部２３３は、ステップＳ５で算出された所要時間に基いて、振動信号がダイナミックレンジから逸脱するか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ７に進み、Ｎｏの場合はステップＳ２に進む。
【００４１】
ステップＳ７において、補正部２３４は、ステップＳ５で算出された所要時間と所定の周波数に基いて、ダイナミックレンジから逸脱後の振動信号を推定して補正する。
【００４２】
次に、ステップＳ８において、同期検波部２５は、補正部２３４から入力する振動信号に対して同期検波を行う。
【００４３】
次に、ステップＳ９において、ＬＰＦ処理部２６は、ステップＳ８で同期検波された振動信号を入力し、ＬＰＦ処理を行う。
【００４４】
次に、ステップＳ４において、信号処理部２７は、ＬＰＦ処理部２６から入力した振動信号に基いて、角速度を検出する。
【００４５】
このようにして、本実施形態のジャイロセンサ１、情報処理装置２によれば、ダイナミックレンジから逸脱する前の振動信号の変遷と所定の周波数に基いてフィードフォワード方式でダイナミックレンジから逸脱した場合の振動信号を予測することで、振動信号がダイナミックレンジから逸脱する場合に高い応答性で逸脱時間帯の振動信号を推定することができる。
【００４６】
具体的には、まず、閾値判定部２３１によって振動信号が所定の閾値に到達したと判定された場合に、算出部２３２は、振動信号がゼロ点から所定の閾値に到達するまでの所要時間を算出する。
【００４７】
そして、逸脱判定部２３３によって振動信号がダイナミックレンジから逸脱すると判定された場合に、補正部２３４は、所要時間と所定の周波数に基いて、ダイナミックレンジから逸脱後の振動信号を推定して補正する。これによって、高い応答性を実現できる。したがって、高い応答性が求められるアプリケーションに好適である。
【００４８】
また、所定の周波数は振動体１１の構造によって一意に決まる値であるため、所要時間と所定の周波数を用いることで、ダイナミックレンジから逸脱する振動信号を正確に予測することができる。
【００４９】
また、異常判定部２４によって、上述の実信号と予測信号を比較し、例えば、両者の復帰のタイミングや同時刻での信号値が所定値以上ずれている場合に異常と判定することで、ジャイロセンサ１や情報処理装置２の異常を早期発見することができる。つまり、ジャイロセンサ１と情報処理装置２が正常である場合は、実信号と予測信号が一致する。また、振動信号は高周波であることから、高速な異常判定が可能となる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、または変更を行うことができる。また、上述した実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５１】
例えば、算出部で算出される所要時間は、振動信号がゼロ点から所定の閾値まで到達するまでの時間に限定されない。所定の閾値内における任意の閾値である、第１取得閾値から第２取得閾値まで振動信号が到達する時間を所要時間としてもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、ジャイロセンサ１と情報処理装置２の２つの装置で角速度検出装置を実現するものとしたが、これに限定されず、１つの装置で角速度検出装置を実現してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…ジャイロセンサ、２…情報処理装置、１１…振動体、１２…駆動部、１３…振動検出部、１４…処理部、２１…記憶部、２２…処理部、２３…予測部、２４…異常判定部、２５…同期検波部、２６…ＬＰＦ処理部、２７…信号処理部、１４１…増幅部、１４２…同期検波部、１４３…ＬＰＦ処理部、２３１…閾値判定部、２３２…算出部、２３３…逸脱判定部、２３４…補正部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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