(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸又は３軸方向の加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段が検出した２軸又は３軸加速度データを取得する加速度データ取得手段と、
前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データの重要度を算出する重要度算出手段と、
前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上における分布と、該２軸又は３軸加速度データ群に対応する前記重要度算出手段によって算出された異なる値の重要度を含む重要度群とから、前記２次元又は３次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する基準点推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記基準点と前記各軸の基準長とに基づいて、前記加速度データ取得手段によって取得された各加速度データを補正するオフセット補正手段と
を具えたことを特徴とする加速度計速装置。
【請求項２】
前記基準点推定手段は、
前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、
前記オフセット補正手段は、
前記基準点推定手段により推定された前記基準点に基づいて、前記２軸又は３軸の加速度データのオフセットを補正することを特徴とする請求項１記載の加速度計速装置。
【請求項３】
前記基準点推定手段は、
前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、
前記オフセット補正手段は、
前記基準点推定手段により推定された前記基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正することを特徴とする請求項１記載の加速度計速装置。
【請求項４】
前記基準点推定手段は、
前記加速度データ取得手段によって取得された所定数Ｍの加速度データ群の代表値を算出する代表値算出手段と、
前記代表値算出手段によって算出された代表値の第１の重要度を算出する第１の重要度算出手段と、
前記代表値算出手段によって算出された代表値と、該代表値に対応する前記第１の重要度および付加情報を蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積手段に蓄積された前記代表値に対応する第１の重要度と前記付加情報とから、前記代表値に対応する第２の重要度を算出する第２の重要度算出手段とを具え、
前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値の、各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度とから、前記２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定することを特徴とする請求項１記載の加速度計速装置。
【請求項５】
前記第２の重要度算出手段は、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された付加情報から算出した重要度と、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された第１の重要度とから前記第２の重要度を算出することを特徴とする請求項４記載の加速度計速装置。
【請求項６】
前記基準点推定手段は、
前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値群の２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、
前記オフセット補正手段は、
前記基準点推定手段により推定された前記基準点に基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットを補正することを特徴とする請求項４または５に記載の加速度計速装置。
【請求項７】
前記基準点推定手段は、
前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、
前記オフセット補正手段は、
前記基準点推定手段により推定された前記基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正することを特徴とする請求項４または５に記載の加速度計速装置。
【請求項８】
前記代表値算出手段は、
前記所定数Ｍの加速度データ群の平均値を代表値として算出することを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項９】
前記第１の重要度算出手段は、
前記所定数Ｍの加速度データ群のばらつきを算出する手段と、
前記ばらつきが小さくなるほど高い重要度Ａを算出する手段と
を含むことを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項１０】
前記ばらつきは、
前記所定数Ｍの加速度データ群の各軸の分散の和、又は前記各軸の分散の最大値であることを特徴とする請求項９記載の加速度計速装置。
【請求項１１】
前記ばらつきは、
前記所定数Ｍの加速度データ群の各軸の最大値と最小値との差の２乗和、又は前記各軸の最大値と最小値との差の最大値の２乗であることを特徴とする請求項９記載の加速度計速装置。
【請求項１２】
前記付加情報の１つは、
前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記加速度データ群を前記加速度検出手段が検出したときの温度であり、
前記第２の重要度算出手段は、
前記付加情報としての１つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での温度と、該第２の重要度算出手段により重要度算出中の時点での温度との差が大きくなるほど低い重要度Ｂを算出する手段を具えたことを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項１３】
前記付加情報の１つは、
前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記データ群を前記加速度検出手段が検出したときの時間であり、
前記第２の重要度算出手段は、
前記付加情報としての１つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での時間と、該第２の重要度算出手段により重要度算出中の時点での時間との差が大きくなるほど低い重要度Ｃを算出する手段を具えたことを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項１４】
前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であるか否かを選択する選択手段をさらに備え、
前記選択手段は、
前記第１の重要度算出手段によって算出された第１の重要度が、所定値より高い場合に、前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であると判断して選択することを特徴とする請求項４ないし１３のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項１５】
前記蓄積手段は、
前記加速度検出手段の検出軸と線形関係となる線形軸を予め定め、
最大値を比較するときは、前記代表値から該代表値に対応する前記第２の重要度を引いた値同士で比較し、最小値を比較するときは、前記代表値と該代表値に対応する前記第２の重要度を足した値同士で比較し、
前記選択手段が新たに選択した代表値と、前記蓄積手段に蓄積されている代表値の中で、前記加速度検出手段の検出軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる代表値を選択的に蓄積することを特徴とする請求項４ないし１４のいずれかに記載の加速度計速装置。
【請求項１６】
前記加速度データ取得手段によって得られた加速度データ群の前記重要度で重み付けした個数と、該加速度データ群の前記重要度で重み付けした各軸成分の和と、該加速度データ群の各軸成分の自乗を前記重要度で重み付けした値の和と、前記基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、前記基準点と基準長とを保持する加工データ保持手段と、
前記加速度データ取得手段によって得られた最新のデータと該データに対応する前記重要度算出手段によって算出された重要度と、前記加工データ保持手段が保持する直近の各種加工データとから、前記基準点と各軸の基準長とを推定することを特徴とする請求項１記載の加速度計速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸の加速度センサの出力補正を行う加速度計測装置に関し、より詳細には、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく、２軸又は３軸の加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、２軸又は３軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を速やかに取得することができるようにした加速度計速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器に組込み可能な軽量小型の３軸加速度センサとしてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた半導体デバイスのピエゾ抵抗型３軸加速度センサが開発されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
加速度を検知し、電圧に変換して出力する３軸加速度センサにおいて、各軸方向の感度をｒｘ，ｒｙ，ｒｚ、各軸のオフセットをｘｏ，ｙｏ，ｚｏとすると、加速度ａｘ，ａｙ，ａｚに対する加速度センサの出力ｘ，ｙ，ｚは次式のように表される。【０００４】
【数１】
0004663738.tif 000002
一般に感度及びオフセットにはばらつきがあり、特にオフセットのばらつきは無視できない場合が多い。さらにピエゾ抵抗型の加速度センサの場合、感度及びオフセットは著しい温度特性を有する。加えてオフセットの温度特性は、ばらつきが大きいことが多い。【０００５】
このような問題を解決するために、従来の加速度計測装置においては、次のような解決手段を採っている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
つまり、出荷前の検査工程において、例えば、０℃・２５℃・６０℃といった異なる複数の温度雰囲気の中で感度・オフセットを計測し、加速度計測装置にＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段を搭載してこれらの測定データを記憶する。【０００７】
また、加速度計測装置使用時において、加速度計測装置に出力補正回路を搭載し、現在の温度データと先に記憶された測定データを基に、加速度センサ出力電圧に含まれる感度及びオフセットのばらつきと温度特性を演算して補正する。【０００８】
しかしながら、従来のこの種の加速度計測装置は、以下のような欠点を有している。【０００９】
１）異なる複数の温度雰囲気での測定、及び感度の測定は工程数・測定時間・設備コストを非常にアップさせる。【００１０】
２）出力補正回路における感度とオフセットの温度特性の演算は回路構成を複雑にさせコストアップになる。【００１１】
３）感度とオフセットの温度特性の計算精度を高めるためには測定温度を増やし、かつ出力補正回路における温度特性演算部分をさらに複雑にする必要があり、現実は困難である。【００１２】
また、従来の加速度計測装置においては、さらに次のような解決手段を採っている（例えば、特許文献３参照）。【００１３】
加速度計測装置の使用の都度、例えば、図７Ａ〜図７Ｆに示すように、３軸加速度センサ２０２の加速度検出軸方向が重力加速度ｇの方向と平行になるよう、加速度計測装置２０３の姿勢を６通りに合わせてそれぞれ３軸加速度センサ２０２の出力電圧を測定し、次の出力電圧データを得る。【００１４】
ｘ１：  図７Ａの姿勢におけるｘ軸測定値
ｘ２：  図７Ｂの姿勢におけるｘ軸測定値
ｙ１：  図７Ｃの姿勢におけるｙ軸測定値
ｙ２：  図７Ｄの姿勢におけるｙ軸測定値
ｚ１：  図７Ｅの姿勢におけるｚ軸測定値
ｚ２：  図７Ｆの姿勢におけるｚ軸測定値
３軸加速度センサの出力補正に必要な感度とオフセットのデータは、次式により算出される。【００１５】
【数２】
0004663738.tif 000003
しかしながら、従来のこの種の加速度計測装置は、以下のような欠点を有している。【００１６】
１）使用の都度、加速度計測装置の姿勢を複数の特定の方向にそれぞれ合わせる必要があることは使用者にとって非常に煩わしく不便である。【００１７】
２）さらに、使用者が手で加速度計測装置を支持しながら方向を正確に合わせることは困難であり、上式によって算出される感度及びオフセットは誤差が大きくなりやすい。【００１８】
上記の問題を解決した、加速度計測装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく２軸又は３軸加速度センサの出力データを繰り返し取得することで、２軸又は３軸加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくは感度とオフセットの両方を取得することができるようにした加速度計測装置がある（特許文献４参照）。【００１９】
特許文献４に記載の加速度計速装置は静止時の加速度データを用いて、オフセットもしくはオフセットと感度との両方を推定する。【００２０】
加速度ａは、運動加速度ｋと重力加速度ｇに分解できる。重力加速度ｇは一定なので、【００２１】
【数３】
0004663738.tif 000004
運度加速度が０の場合（等速度運動、あるいは静止）加速度センサの各軸の感度が同じ（ｒ）なら、加速度センサの測定出力値（ｘ，ｙ，ｚ）は、球面上に分布する。【００２２】
【数４】
0004663738.tif 000005
上式（数４）によれば４個の異なる測定点からオフセット（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）、及び感度（ｒ）が推定可能だが、実際には加速度センサの出力にはノイズが重畳されており、以下のような統計的手法を用いて推定したほうが好ましい。Ｎ個の加速度センサの測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ、ｉ＝１〜Ｎ）に対して、【００２３】
【数５】
0004663738.tif 000006
を定め、εｉのばらつきを最小にするようなオフセット、及び感度を推定する。ばらつきをεｉの自乗の和と定義すれば、オフセット、及び感度は次式で求められる。【００２４】
【数６】
0004663738.tif 000007
【００２５】
【数７】
0004663738.tif 000008
ここで、【００２６】
【数８】
0004663738.tif 000009
運度加速度が０（等速度運動、あるいは静止）で、加速度センサの各軸に感度差がある場合、測定出力値（ｘ，ｙ，ｚ）は、楕円体上に分布する。【００２７】
【数９】
0004663738.tif 000010
上式（数９）によれば６個の異なる測定点からオフセット、及び感度が推定可能だが、実際には加速度センサの出力にはノイズが重畳されており、以下のような統計的手法を用いて推定したほうが好ましい。Ｎ個の加速度センサの測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ、ｉ＝１〜Ｎ）に対して、【００２８】
【数１０】
0004663738.tif 000011
を定め、εｉのばらつきを最小にするようなオフセット、及び感度を推定する。ばらつきをεｉの自乗の和と定義すれば、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは次式で求められる。【００２９】
【数１１】
0004663738.tif 000012
【００３０】
【数１２】
0004663738.tif 000013
ここで、【００３１】
【数１３】
0004663738.tif 000014
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが求められた後、次式でオフセット、及び感度が求められる。【００３２】
【数１４】
0004663738.tif 000015
【特許文献１】特開２００３−１０１０３３号公報
【特許文献２】特開平６−３３１６４７号公報
【特許文献３】特開２００４−９３５５２号公報
【特許文献４】特願２００５−０５６５９７号公報
【発明の開示】
【００３３】
しかしながら、従来のこの種の加速度計速装置は、以下のような欠点を有している。
【００３４】
１）加速度計速装置を使用者が自然に操作した場合、静止時の加速度データは一般に取得し難い。
【００３５】
２）取得される静止時の加速度データは同じような姿勢で取得されたデータである場合が多く、複数の姿勢での静止時の加速度データを取得するには長い時間がかかってしまう。
【００３６】
３）温度が変化して明らかにオフセットが変化してしまった場合、今まで取得したデータを破棄して、また、長い時間かけてデータを取得しなおさなくてはならない。あるいは、加速度計測装置に、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段を搭載して適当な温度区分毎にそれまでに取得した全測定データ、または、推定されているオフセットおよび感度を記憶しておかなくてはならない。
【００３７】
そこで、本発明の目的は、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく２軸又は３軸加速度センサの出力データを繰り返して取得することで、２軸又は３軸加速度センサの出力補正に必要なオフセットもしくはオフセットと感度の両方を速やかに取得することが出来るようにした加速度計測速装置を提供することにある。
【００３８】
本発明は、２軸又は３軸方向の加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段が検出した２軸又は３軸加速度データを取得する加速度データ取得手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された加速度データの重要度を算出する重要度算出手段と、前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上における分布と、該２軸又は３軸加速度データ群に対応する前記重要度算出手段によって算出された異なる値の重要度を含む重要度群とから、前記２次元又は３次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する基準点推定手段と、前記推定手段によって推定された前記基準点と前記各軸の基準長とに基づいて、前記加速度データ取得手段によって取得された各加速度データを補正するオフセット補正手段とを具えることによって、加速度計測速装置を構成する。
【００３９】
前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記基準点に基づいて、前記２軸又は３軸の加速度データのオフセットを補正してもよい。
【００４０】
前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された２軸又は３軸加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正してもよい。
【００４１】
前記基準点推定手段は、前記加速度データ取得手段によって取得された所定数Ｍの加速度データ群の代表値を算出する代表値算出手段と、前記代表値算出手段によって算出された代表値の第１の重要度を算出する第１の重要度算出手段と、前記代表値算出手段によって算出された代表値と、該代表値に対応する前記第１の重要度および付加情報を蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された前記代表値に対応する第１の重要度と前記付加情報とから、前記代表値に対応する第２の重要度を算出する第２の重要度算出手段とを具え、前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値の、各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度とから、前記２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定してもよい。
【００４２】
前記第２の重要度算出手段は、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された付加情報から算出した重要度と、前記代表値に対応する前記蓄積手段に蓄積された第１の重要度とから前記第２の重要度を算出してもよい。
【００４３】
前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値群の２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に円又は球面を定め、前記円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記半径を各軸の基準長とし、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記基準点に基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットを補正してもよい。
【００４４】
前記基準点推定手段は、前記蓄積手段によって蓄積された所定数Ｎの代表値群の２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間における分布と、該代表値に対応する前記第２の重要度算出手段によって算出された所定数Ｎの第２の重要度群とから、前記２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、前記楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された前記中心座標を前記基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とし、前記オフセット補正手段は、前記基準点推定手段により推定された前記基準点と各軸の基準長とに基づいて、前記２軸又は３軸の各加速度データのオフセットおよび感度を補正してもよい。
【００４５】
前記代表値算出手段は、前記所定数Ｍの加速度データ群の平均値を代表値として算出してもよい。
【００４６】
前記第１の重要度算出手段は、前記所定数Ｍの加速度データ群のばらつきを算出する手段と、前記ばらつきが小さくなるほど高い重要度Ａを算出する手段とを含んでもよい。
【００４７】
前記ばらつきは、前記所定数Ｍの加速度データ群の各軸の分散の和、又は前記各軸の分散の最大値としてもよい。
【００４８】
前記ばらつきは、前記所定数Ｍの加速度データ群の各軸の最大値と最小値との差の２乗和、又は前記各軸の最大値と最小値との差の最大値の２乗としてもよい。
【００４９】
前記付加情報の１つは、前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記加速度データ群を前記加速度検出手段が検出したときの温度であり、前記第２の重要度算出手段は、前記付加情報としての１つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での温度と、該第２の重要度算出手段により重要度算出中の時点での温度との差が大きくなるほど低い重要度Ｂを算出する手段を具えてもよい。
【００５０】
前記付加情報の１つは、前記代表値算出手段が代表値を算出するときに使用した前記データ群を前記加速度検出手段が検出したときの時間であり、前記第２の重要度算出手段は、前記付加情報としての１つである、前記加速度検出手段がデータを検出した時点での時間と、該第２の重要度算出手段により重要度算出中の時点での時間との差が大きくなるほど低い重要度Ｃを算出する手段を具えてもよい。
【００５１】
前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であるか否かを選択する選択手段をさらに具え、前記選択手段は、前記第１の重要度算出手段によって算出された第１の重要度が、所定値より高い場合に、前記代表値算出手段によって算出された代表値が適当であると判断して選択してもよい。
【００５２】
前記蓄積手段は、前記加速度検出手段の検出軸と線形関係となる線形軸を予め定め、最大値を比較するときは、前記代表値から該代表値に対応する前記第２の重要度を引いた値同士で比較し、最小値を比較するときは、前記代表値と該代表値に対応する前記第２の重要度を足した値同士で比較し、前記選択手段が新たに選択した代表値と、前記蓄積手段に蓄積されている代表値の中で、前記加速度検出手段の検出軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる代表値を選択的に蓄積するようにしてもよい。
【００５３】
前記加速度データ取得手段によって得られた加速度データ群の前記重要度で重み付けした個数と、該加速度データ群の前記重要度で重み付けした各軸成分の和と、該加速度データ群の各軸成分の自乗を前記重要度で重み付けした値の和と、前記基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、前記基準点と基準長とを保持する加工データ保持手段と、前記加速度データ取得手段によって得られた最新のデータと該データに対応する前記重要度算出手段によって算出された重要度と、前記加工データ保持手段が保持する直近の各種加工データとから、前記基準点と各軸の基準長とを推定してもよい。
【００５４】
本発明によれば、複数の２軸又は３軸加速度データからなる加速度データ群の各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上における分布と、該加速度データ群に付随する重要度群とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定し、その推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて加速度データを補正するようにしたので、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく、２軸又は３軸の加速度センサの出力データを繰り返し取得して、２軸又は３軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。
【００５５】
また、本発明によれば、取得された所定数Ｍの加速度データ群の代表値を算出し、代表値の第１の重要度を算出し、代表値が適当であるか否かを選択し、該選択された代表値と、該代表値に対応する第１の重要度および付加情報（時間や温度等）を蓄積し、蓄積された代表値に対応する第１の重要度と付加情報とから代表値に対応する第２の重要度を算出し、蓄積された所定数Ｎの代表値の各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する所定数Ｎの第２の重要度とから、２次元又は３次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定するようにしたので、温度が変化して明らかにオフセットが変化してしまった場合でも、オフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、発明の第１の実施形態である、加速度計速装置の基本的構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態である、有限長基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、検出軸および線形軸の最大値、最小値を蓄積しておくのに適した蓄積部としてのバッファの構成例を示す説明図である。
【図４】図４は、蓄積部に格納されているデータを取捨選択するための処理例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態である、無限長基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態である、有限長および無限長の基準点推定部を有する加速度計速装置の構成例を示すブロック図である。
【図７Ａ】図７Ａは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、従来の加速度測定装置における所定の軸方向成分を測定する方法を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。【００５８】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１に基づいて説明する。【００５９】
本発明に係る加速度計速装置の詳細な説明を行う前に、本例では、加速度計速装置の基本的な構成について概略説明する。【００６０】
＜概略構成＞
図１は、本発明に係る加速度計速装置の概略構成を示す。【００６１】
加速度計速装置は、加速度検出部１と、加速度データ取得部２と、重要度算出部５および基準点推定部６と、オフセット補正部４とから構成される。【００６２】
＜概略動作＞
本加速度計速装置の基本的な動作について説明する。【００６３】
加速度検出部１は、２軸又は３軸方向の加速度を検出する。【００６４】
加速度データ取得部２は、加速度検出部１により検出された加速度を加速度データとして取得する。【００６５】
基準点推定部３は、加速度データ取得部２によって取得された加速度データ群の各加速度データの各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上における分布と、該加速度データ群に付随する重要度群とから、２次元直交座標平面又は３次元の直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。【００６６】
ここで、重要度算出部５は、加速度データ取得部２によって取得された加速度データに対応する重要度を算出する。【００６７】
基準点推定部６は、加速度データ取得部２によって取得された加速度データ群の各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上における分布と、該各加速度データに付随する重要度算出部５によって算出された重要度群とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。【００６８】
オフセット補正部４は、推定部３によって推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて、加速度データ取得部２によって取得された各加速度データを補正する。【００６９】
このような基本的な動作を行うことができるが、さらに、基準点推定部３では、以下のような動作を行うことも可能である。【００７０】
（球当てはめ例）
補正例として、基準点推定部６において、加速度データ取得部２によって取得された加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する前記重要度算出手段によって算出された重要度群とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に円又は球面を定め、円又は球面の中心座標と半径とを推定し、推定された中心座標を基準点とし、半径を各軸の基準長とする。これにより、オフセット補正部４では、基準点推定部６により推定された基準点に基づいて、２軸又は３軸の加速度データのオフセットを補正することができる。【００７１】
（楕円当てはめ例）
他の補正例として、基準点推定部６において、加速度データ取得部２によって取得された加速度データ群の２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該加速度データ群に付随する重要度算出部５によって算出された重要度群とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に楕円又は楕円体面を定め、楕円又は楕円体面の中心座標と各主軸の半径とを推定し、推定された中心座標を基準点とし、前記各主軸の半径を各軸の基準長とする。これにより、オフセット補正部４では、基準点推定部６により推定された基準点と各軸の基準長とに基づいて、２軸又は３軸の加速度データのオフセットおよび感度を補正することができる。【００７２】
以上のような構成および動作することにより、加速度計速装置の姿勢を特定の方向に向けるよう意識することなく、２軸又は３軸加速度センサの出力データを繰り返し取得して、２軸又は３軸の加速度センサの出力補正に必要なオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。【００７３】
以下、本発明に係る加速度計速装置の詳細な説明を行う。【００７４】
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図２〜図４に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【００７５】
（有限長ＤＯＥ）
＜構成＞
図２は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。【００７６】
加速度計速装置は、加速度検出部１と、加速度データ取得部２と、有限長基準点推定部１０と、オフセット補正部４とから構成される。以下の説明では、有限長基準点推定部１０以外の構成部分についての説明は省略する。【００７７】
有限長基準点推定部１０について説明する。【００７８】
有限長基準点推定部１０は、代表値算出部１１と、第１の重要度算出部１２と、データ選択部１３と、蓄積部１４と、第２の重要度算出部１５と、第１の基準点推定部１６とからなる。【００７９】
代表値算出部１１は、加速度データ取得部２によって取得された所定数Ｍの加速度データ群の代表値を算出する。【００８０】
第１の重要度算出部１２は、Ｌ個の重要度算出部（Ａ１〜ＡＬ）１２ａと、全重要度算出部（１）１２ｂとを有し、代表値算出部１１によって算出された代表値の第１の重要度を算出する。【００８１】
データ選択部１３は、代表値算出部１１によって算出された代表値が適当であるか否かを選択する。【００８２】
蓄積部１４は、データ選択部１３によって選択された代表値と、該代表値に対応する前記第１の重要度および付加情報を蓄積する。【００８３】
第２の重要度算出部１５は、重要度算出部（Ｂ）１５ａと、重要度算出部（Ｃ）１５ｂと、全重要度算出部（２）１５ｃとを有し、蓄積部１４に蓄積された代表値に対応する第１の重要度と付加情報とから、代表値に対応する第２の重要度を算出する。【００８４】
第１の基準点推定部１６は、蓄積部１４によって蓄積された所定数Ｎの代表値の、各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する第２の重要度算出部１５によって算出された所定数Ｎの第２の重要度とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と、各軸の基準長とを推定する。【００８５】
＜動作＞
本装置の動作について説明する。【００８６】
加速度検出部１では、加速度センサによって加速度を検出し、その検出値を電圧に変換する。【００８７】
電圧に変換された加速度は、加速度データ取得部２で増幅、フィルタリング等が施され、さらに、ＡＤ変換されて、加速度データとして取得される。加速度データは、主に加速度センサの各軸の感度差およびオフセットの影響で、真の加速度が各測定軸方向に異なる比率で伸縮され、さらに、オフセットが重畳された値となる。また、加速度データには、量子化誤差やノイズが含まれる。【００８８】
代表値算出部１１では、連続して検出された所定数の加速度データ群の代表値が計算される。代表値は、第１の基準点推定部１６でオフセットおよび感度を推定する際に用いられ、球面上あるいは楕円体面上に分布しているべき値であり、重力加速度データであることが好ましい。【００８９】
しかし、通常運動加速度と重力加速度とを分離することはできないので、代表値を算出するための効果的な指針はない。【００９０】
そこで、代表値は、連続して検出された所定数の加速度データ群の平均値、中央値、あるいは特定の順番の加速度データ等にしておく。所定数が１の場合は、出力データがそのまま代表値となる。代表値に加速度データ群の平均を用いる場合は、もしそれらの加速度データ群が静止時に得られた値であるなら、ノイズの影響を低減することができるので、オフセットおよび感度の推定精度を高めることができる。【００９１】
第１の重要度算出部１２において、代表値の重要度が計算される。重要度は、Ｌ個の重要度算出部（Ａ１〜ＡＬ）１２ａにより異なる複数の方法で算出され、全重要度算出部（１）１２ｂにおいて組み合わされ、結果として全重要度１が算出される。【００９２】
重要度は、第１の基準点推定部１６が基準点を推定する際に用いる代表値の重要度を表す値で、重要度が高い代表値ほど基準点推定に優先的に用いられる。加速度は、通常運動加速度と重力加速度との和であるが、加速度センサのオフセットおよび感度を求める際には、前述したように重力加速度が球面上、あるいは楕円体面上に分布することを利用する。従って、運動加速度が小さなデータほど、オフセット及び感度推定には適している、すなわち、重要度が高い。【００９３】
従って、例えば、代表値を計算した所定数のデータ（あるいはそれを含む所定数より多いデータ、あるいは所定数のデータの一部のデータ）の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ代表値には大きな運動加速度が含まれている可能性が大きいとして重要度を低く、逆に小さければ代表値は静止時に取得されたデータから計算された可能性が高いので重要度を高くする。重要度は、分散の逆数を基礎とする概念であることを後で示す。重要度として、各軸の分散の最大値の逆数を選ぶこともできる。【００９４】
また、代表値を計算した所定数のデータ（あるいはそれを含む所定数より多いデータ、あるいは所定数のデータの一部のデータ）の各軸の最大値と最小値との差の自乗和の逆数、あるいは各軸の最大値と最小値との差の最大値の自乗の逆数としてもよい。限られた計算能力しか持たないシステムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値から重要度を計算する方が有利である。【００９５】
重要なことは、重要度を正確に求めることではなくて、素性の良いデータ（重力加速度のみを表すデータ）とそうでないデータとの重要度に有意な差を付けることである。【００９６】
具体的には、上述の重要度（１／σｍ２）は次式で求める。【００９７】
【数１５】
0004663738.tif 000016
【００９８】
ここで、σｘ，σｙ，σｚは上記各軸の分散、ｘｍａｘ，ｘｍｉｎ，ｙｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｚｍａｘ，ｚｍｉｎはそれぞれ各軸測定値の最大値、最小値である。【００９９】
データ選択部１３は、一般に複数の小データ選択部より構成され、全ての小データ選択部で選択された代表値のみが選択される。データ選択部１３では、計算された代表値が基準点推定に適しているかどうか判断し、適当と判断した代表値を選択する。通常、基準点推定に用いる代表値の数は有限なので、ここで、素性の悪いデータを破棄する。取捨選択の方法としては、例えば、全重要度１が予め定めた所定値以上である代表値を選択する。全重要度１があまりにも小さな代表値は、誤ったオフセット及び感度を推定する可能性が大きいので、破棄する。また、直前に選択した代表値、あるいは蓄積部に蓄積されている全ての代表値と、新たにデータ選択部１３に入力された代表値の距離（測定値空間上のノルムでもよいし、各軸の座標軸の差の絶対値の最大値でもよい）を比較し、予め定めた所定値以上であるデータを選択する。【０１００】
蓄積部１４では、データ選択部１３で選択された代表値と、その代表値に付随する全重要度１と、全重要度２の算出に必要な付加情報とが蓄積される。【０１０１】
付加情報としては、代表値算出に用いた加速度データ群を加速度センサが測定したときの時間や温度を用いることができる。【０１０２】
球体又は楕円体への当てはめ計算において、加速度データが、３次元空間内で正確に球面上又は楕円体面上にあるならば、各測定点が球面上あるいは楕円体面上の狭い範囲に分布していても中心点を精度良く求めることは可能である。しかし、加速度データは、ノイズや量子化誤差の影響を受けるため、たとえ加速度センサが静止していてもその測定データが正確に球面上にあることは稀である。測定点の分布が狭いとこれらの誤差の影響を大きく受け、精度良い推定計算が行えないという問題がある。【０１０３】
しかしながら、測定データが３次元空間内で十分広い範囲に分布していれば、これらの誤差の影響を小さくすることができる。測定データが３次元空間内で広い範囲に分布するようデータを取捨選択して蓄積する手法が特許文献４に提案されている。【０１０４】
特許文献４では、３次元直交座標空間において、任意の線形軸を設定し、その軸上において最大又は最小に近い点のデータを蓄積するようにしている。【０１０５】
楕円面当てはめ計算においては、楕円体の長軸、短軸それぞれの両端に近い位置に一つ以上の測定データがあると、極めて精度の良い推定計算が行える。互いに直交した３次元方向の加速度を検出するような３軸加速度センサの出力においては、加速度データは測定軸のどれかを長軸又は短軸とするような楕円体上に分布するので、加速度センサの測定軸上（すなわち３軸上）での最大値、最小値となる成分を持つデータを用いることで、楕円体当てはめ計算の精度を高くすることができる。【０１０６】
加速度センサの３軸測定軸をＸ，Ｙ，Ｚとすると、線形軸として、
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ，−Ｘ＋Ｙ＋Ｚ，−Ｘ−Ｙ＋Ｚ，Ｘ−Ｙ＋Ｚ
を加えた７軸、更に
Ｘ＋Ｙ，−Ｘ＋Ｙ，Ｘ＋Ｚ，−Ｘ＋Ｚ，Ｙ＋Ｚ，−Ｙ＋Ｚ
を加えた１３軸などが効果的である。【０１０７】
重要度は、後述するように代表値の分散を基礎とする値であり、代表値が存在しうる範囲に関係する。従って、蓄積部１４に蓄えられたデータの選択をする際に、最大値は、代表値が取り得る最小の値同士で比較し、最小値は代表値が取り得る最大の値同士で比較する。つまり、代表値が存在しうる範囲の最悪値で比較する。このように比較することによって、例えば、ある代表値が運動加速度を含むため大きな値になったとしても、重要度が低くその代表値が取り得る最小値が、適正な値より小さければ、何れこの代表値は蓄積部から排除されることになる。【０１０８】
１例として、３軸の加速度センサの測定軸Ｘ，Ｙ，Ｚの最大値、最小値を選択的に蓄積する場合について述べる。【０１０９】
図３は、検出軸および線形軸の最大値、最小値を蓄積しておくのに適した蓄積部１４としてのバッファの構成例を示す。【０１１０】
蓄積部１４は、図３のような代表値を選択的に格納する配列数６以上のバッファを持つ。すなわち、配列番号０には、
Ｘ軸測定値−１／全重要度２
が最大のデータ（代表値ＸＭＡＸ）、配列番号１には、
Ｘ軸測定値＋１／全重要度２
が最小のデータ（代表値ＸＭＩＮ）、配列番号２には、
Ｙ軸測定値−１／全重要度２
が最大のデータ（代表値ＹＭＡＸ）、（以下同様）、に格納されている。バッファの配列数が６を越える場合、上記以外に自由に代表値を格納して構わない。【０１１１】
バッファにはそれぞれの代表値に対応する全重要度１、代表値を計算するために用いられた加速度データが取得された温度、時間も格納しておく。【０１１２】
図４は、蓄積部１４に格納されているデータを取捨選択するための処理例を示す。【０１１３】
データ選択部１３で新たに代表値が選択された場合（ステップＳ１）、まず、新たな代表値の全重要度２が計算される（ステップＳ２）。そして、各配列の代表値の全重要度２が再計算される（ステップＳ３〜ステップＳ５）。新たな代表値と各配列の代表値との大小が比較される。比較は、配列番号の小さな順に行われ、上述のように、配列番号ｉ＝０と比較するときは、
Ｘ軸測定値−１／全重要度２
で、配列番号ｉ＝１と比較するときは、
Ｘ軸測定値＋１／全重要度２
で、（以下同様）比較する（ステップＳ６〜ステップＳ８）。【０１１４】
比較の結果、配列に格納されていた代表値より新たな代表値の方が適していると判断された場合には、配列に格納されていた代表値と新たな代表値とを交換し、次の配列番号の代表値との比較を続ける。配列番号ｉ＝５まで比較が終わった時点で選択を終了する（ステップＳ９〜ステップＳ１０）。【０１１５】
第２の重要度算出部１５では、蓄積部１４に蓄積された全重要度１と、温度および時間とから、重要度算出部１５ａ，１５ｂにて算出される重要度を組み合わせて、全重要度２を算出する。【０１１６】
一般に加速度センサのオフセットおよび感度は、温度特性を持つ。球体当てはめや楕円体当てはめでオフセット及び感度を推定するシステムでは、温度が変動したときは、データを始めから収集しなおす必要がある。一度取得したデータを無駄にしないために、蓄積部１４に温度毎にバッファを用意するという方法があるが、その分だけ余計に記憶領域を必要とする。温度変動と共に変動後のデータを再取得し、充分速やかにオフセットおよび基準点を再計算できれば、このような手法を用いる必要がない。温度変動による加速度センサのオフセット変動は、一般に加速度センサの仕様で規定されており、１℃あたりのオフセット変動の最悪値（ＣＴｅ）はわかる。重要度算出部２において、温度から重要度（１／σＴｅ２）を例えば以下のように算出する。【０１１７】
【数１６】
0004663738.tif 000017
ここで、Ｔｉ ，Ｔ０はそれぞれ、蓄積部に格納されている代表値、現在の温度（すなわち、重要度算出中の現時点での温度）である。【０１１８】
最新の代表値の温度（すなわち、大抵の場合、現在の温度）と、蓄積部１４に蓄積されている代表値の温度とが、離れれば離れるほど、蓄積部の代表値の重要度は低く見積もられる。重要度の低くなった蓄積部に蓄積されている代表値は、前述したように（加速度センサの検出軸および線形軸の全重要度１を加味した最大値、最小値を選択的に蓄積していくようなシステムにおいては）新たな代表値と交換され易くなる。【０１１９】
一度蓄積された代表値の重要度を時間と共に低くしていくと、加速度センサを含むシステムの特性の経時変化に対応できる。また、例えば加速度センサが回転しながら自由落下していく場合、取得される加速度データは遠心力のみである（重力加速度は０）ため、加速度データは重力加速度の測定データが描くべき球面あるいは楕円体面上にのらない。充分に長い時間回転しながら自由落下したときは重要度算出部で算出される分散は０に近く、従って非常に高い重要度となり、取得されたデータは長い間蓄積部に残ってしまう可能性がある。時間と共に、重要度を低くしていくことによって、このようなデータを有限の時間内で排除することができる。また、予想できない要因によりシステムの特性が変化しても、蓄積部に蓄積されている代表値を有限の時間内で入れ換えることができる。【０１２０】
第２の重要度算出部１５において、時間から重要度（１／σｔｉ２）を、例えば以下のように算出する。【０１２１】
【数１７】
0004663738.tif 000018
ここで、ｔｉ ，ｔ０はそれぞれ、蓄積部に格納されている代表値、現在の時間（すなわち、重要度算出中の現時点での時間）であり、Ｃｔｉは比例係数である。【０１２２】
最終的に全重要度１と温度から算出される重要度（数１６）と時間から算出される重要度（数１７）とを組み合わせて全重要度２が算出される。【０１２３】
例えば、【０１２４】
【数１８】
0004663738.tif 000019
第１の基準点推定手段では、蓄積部に蓄積された代表値と、重要度算出手段２で算出された全重要度２を用いて、加速度センサのオフセット及び感度が算出される。【０１２５】
加速度センサの各軸の感度が同じ（ｒ）場合、Ｎ個の加速度センサの測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いて、加速度検出手段のオフセット及び感度は次式で算出される。【０１２６】
【数１９】
0004663738.tif 000020
【０１２７】
【数２０】
0004663738.tif 000021
【０１２８】
ここで、例えば、【０１２９】
【数２１】
0004663738.tif 000022
σｉ２は個々の測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に対して、次式のεｉ（即ち、重力加速度データが描くべき球面と実際の加速度データの間の距離の２乗）の分散を表す。【０１３０】
【数２２】
0004663738.tif 000023
（数１９）、（数２０）は、分散が大きなデータほど、オフセットおよび感度を求める際の影響度が小さいことを示している。【０１３１】
全ての加速度データの分散を１にすると、（数６）、（数７）の方法と一致する。【０１３２】
加速度センサの各測定軸に感度差が存在する場合、Ｎ個の加速度センサの測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を用いて、加速度検出部１のオフセットおよび感度は、次のように算出される。【０１３３】
まず、次式でパラメータＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを求める。【０１３４】
【数２３】
0004663738.tif 000024
次に、次式でオフセットおよび感度を計算する。【０１３５】
【数２４】
0004663738.tif 000025
σｉ２は個々の測定値（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に対して、次式のεｉの【０１３６】
【数２５】
0004663738.tif 000026
【０１３７】
の分散を表す。（数２３）は、分散が大きなデータほど、オフセット及び感度を求める際の影響度が小さいことを示している。【０１３８】
全ての加速度データの分散を１にすると、（数１１）、（数１２）の方法と一致する。【０１３９】
オフセット補正部４は、加速度データ取得部２で得られたデータを、第１の基準点推定部１６で推定されたオフセットおよび感度を用いて補正し、補正された真の加速度を算出する。【０１４０】
補正は（数１）を逆算することにより、【０１４１】
【数２６】
0004663738.tif 000027
【０１４２】
以上説明したように、取得された所定数Ｍの加速度データ群の代表値を算出し、代表値の第１の重要度を算出し、代表値が適当であるか否かを選択し、該選択された代表値と、該代表値に対応する第１の重要度および付加情報（時間や温度等）を蓄積し、蓄積された代表値に対応する第１の重要度と付加情報とから代表値に対応する第２の重要度を算出し、蓄積された所定数Ｎの代表値の各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間における分布と、該代表値に対応する所定数Ｎの第２の重要度とから、２次元直交座標平面又は３次元直交座標空間上に定める基準点と各軸の基準長とを推定するようにした。【０１４３】
これにより、温度が変化して明らかにオフセットが変化してしまった場合でも、今まで取得していた全データを破棄させたり、長い時間かけてデータを取得し直す必要がなくなるため、加速度計速装置の温度が変化したときにオフセット若しくはオフセットと感度との両方を迅速に推定することが可能となる。【０１４４】
［第３の例］
本発明の第３の実施の形態を、図５に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１４５】
（無限長ＤＯＥ）
＜構成＞
図５は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。【０１４６】
加速度計速装置は、加速度検出部１と、加速度データ取得部２と、無限長基準点推定部２０と、オフセット補正部４とから構成される。以下の説明では、無限長基準点推定部２０以外の構成部分についての説明は省略する。【０１４７】
無限長基準点推定部２０について説明する。【０１４８】
無限長基準点推定部２０は、重要度算出部２１と、記憶部２２と、第２の基準点推定部２３とからなる。【０１４９】
重要度算出部２１は、Ｌ個の重要度算出部（１〜Ｌ）２１ａと、全重要度算出部２１ｂとを有し、加速度データ取得部２によって取得された加速度データから、該加速度データ群に付随する重要度を得るために、２軸又は３軸の各加速度データの重要度を算出する。【０１５０】
記憶部２２は、加速度データ取得部２によって得られた加速度データ群の重要度で重み付けした個数と、加速度データ群の重要度で重み付けした各軸成分の和と、加速度データ群の各軸成分の自乗を重要度で重み付けした値の和と、基準点と各軸の基準長とを算出するための連立方程式の係数群と、基準点と基準長とを保持する。【０１５１】
第２の基準点推定部２３は、加速度データ取得部２によって得られた最新のデータと該データに対応する重要度算出部２１によって算出された重要度と、記憶部２２が保持する直近の各種加工データとから、基準点と各軸の基準長とを推定する。【０１５２】
＜動作＞
本装置の動作について説明する。【０１５３】
加速度センサのオフセットおよび感度は、重力加速度データが球面あるいは楕円体面上に分布することから求められる。【０１５４】
しかし、通常測定された加速度データには運動加速度も含まれており、オフセットおよび感度推定の際の誤差の要因となっていることは既に述べた。携帯電話やＰＤＡ（以後合わせて携帯端末）に加速度センサを組み込んで、歩行者ナビゲーションに使用するアプリケーションにおいては、携帯端末の運動加速度は端末に対して様々な方向を向き、加速度は重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布することが予想される。つまり、オフセットおよび感度推定に用いる加速度データ数を充分大きくすれば、（数１９）、（数２０）、あるいは、（数２２）〜（数２４）の方法を適用して当てはめられる球面、あるいは楕円体面は、重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布することと同じになることが予想される。【０１５５】
（数１９）、（数２０）、あるいは、（数２２）（数２４）をそのまま適用するなら、データ数が大きくなると、データの処理時間が長くなり、またデータの記憶領域が大きくなる。特に携帯端末のような、小規模なシステムでは充分なデータ数を処理できない。以下のような工夫をすることで、原理的には有限のデータ処理時間とデータ記憶領域で、無限のデータ数を処理できるようになる（実際には、データ処理のビット長に依存する）。【０１５６】
球面に当てはめる場合は、例えばＮ＋１個のデータで作成される（数１９）の係数行列ＡＮ＋１の２行１列目の成分ａＮ＋１、およびＢＮ＋１の１行目の成分ｂＮ＋１、および（数２０）のｒＮ＋１２は次のように変形できる。【０１５７】
【数２７】
0004663738.tif 000028
【０１５８】
【数２８】
0004663738.tif 000029
【０１５９】
【数２９】
0004663738.tif 000030
【０１６０】
つまり、Ｎ個のデータから作られる加工データ【０１６１】
【数３０】
0004663738.tif 000031
と、Ｎ＋１個目のデータ【０１６２】
【数３１】
0004663738.tif 000032
から、【０１６３】
【数３２】
0004663738.tif 000033
を求めることができる。【０１６４】
楕円体面に当てはめる場合は、例えばＮ＋１個のデータで作成される（数２２）の係数列ＭＮ＋１の２行１列目の成分ｍＮ＋１は次のように変形できる。【０１６５】
【数３３】
0004663738.tif 000034
【０１６６】
つまり、Ｎ個のデータから作られる加工データ【０１６７】
【数３４】
0004663738.tif 000035
【０１６８】
と、Ｎ＋１個目のデータ【０１６９】
【数３５】
0004663738.tif 000036
【０１７０】
から、【０１７１】
【数３６】
0004663738.tif 000037
【０１７２】
を求めることができる。【０１７３】
上記により、オフセットおよび感度推定に用いるデータ数が増えたとしても、いくつかの加工されたデータから帰納的に新たなオフセットおよび感度を求め続けることができる。【０１７４】
上記の方法は、測定データを保持していないので、例えば、温度変化によりオフセットが変化してしまった場合に温度変化前のデータだけを削除することができない。【０１７５】
しかし、全ての過去の測定データの重要度を同じ比率で変更することによって、過去の測定データの影響を低減することができる。過去のＮ個の測定データの重要度を１／σ２から１／（ｋσ）２に変更する場合、球体当てはめなら（数３０）のｒＮ２，ｘｏＮ，ｙｏＮ，ｚｏＮを除く、全ての加工データに１／ｋ２を乗じた値を新たな加工データとする（行列の場合は各成分に１／ｋ２を乗ずる）。【０１７６】
同様に、楕円体当てはめなら（数３４）の全ての加工データに１／ｋ２を乗じた値を新たな加工データとする（行列の場合は各成分に１／ｋ２を乗ずる）。【０１７７】
記憶部２２は、（数３０）、あるいは（数３４）で表されるデータを保持する。【０１７８】
温度変化等の要因により、加速度測定中にオフセットおよび感度が変動する場合がある。このように過去のデータの影響を低減したい場合は、適当な時点で過去のデータの重要度を低くする。重要度を低くする時点は、例えば新たなデータが取得される度にすれば、ある時定数で過去のデータの影響を消すことができる。予め定められた時間が経過する度にしても、同様である。【０１７９】
温度が変動したことが明らかな場合は、急激に過去のデータの重要度を下げてもよい。温度変動とは、前回温度変動があった直後の温度を記憶しておき、この温度に対し予め定めた所定値以上温度が変化した場合、あるいは、前回温度変動があった直後から温度の最大値と最小値を記憶しておき、最大値と最小値の差が予め定めた所定値以上変化した場合などとすることが出来る。重要度の低減は温度のような物理的要因ではなく、数値計算を実現するシステムからの要請の場合もある。つまり、（数３０）、あるいは（数３４）の加工データの中で測定値の和の形をした値は測定データ数が増えるに伴い大きくなる。データの処理を行うＣＰＵも記憶領域もビット長は有限であるので、定期的に加工データの値を小さくする必要がある。【０１８０】
重要度算出部２１は、取得された加速度データの重要度を計算する。全ての測定データのσ２を１にしてオフセット及び感度推定を行ってもよいが、適切にσ２（＝１／全重要度）を設定した方が、オフセットおよび感度の収束が速い。【０１８１】
重要度は、異なる複数の方法で算出され、全重要度算出部において組み合わされ、結果として全重要度が算出される。【０１８２】
なるべく早くすなわちなるべく少ない加速度データ数でオフセットおよび感度を求めるためには、運動加速度が多く含まれているデータの重要度は低くした方がよい。加速度データの重要度は、例えば次のように計算できる。所定数の連続して取得された加速度データ群の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ重要度を低く、逆に小さければ重要度を高くする。重要度として、各軸の分散の最大値から算出することもできる。【０１８３】
また、所定数のデータの各軸の最大値と最小値との差の自乗和、あるいは各軸の最大値と最小値との差の最大値の自乗から算出してもよい。限られた計算能力しか持たないシステムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値とから重要度を計算する方が有利である。例えば、重要度（１／σ１２）は、【０１８４】
【数３７】
0004663738.tif 000038
【０１８５】
とする。ここで、σｘ，σｙ，σｚは上記各軸の分散、ｘｍａｘ，ｘｍｉｎ，ｙｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｚｍａｘ，ｚｍｉｎはそれぞれ各軸測定値の最大値、最小値、ｒａは規格化用の定数である。【０１８６】
同じ姿勢の静止時の加速度データを多く含む加速度データ群から推定されるオフセットおよび感度は、誤差を多く含む場合が多い。極端な場合、同じ姿勢の静止時の加速度データのみからなる加速度データ群（姿勢によって決まる重力加速度＋ノイズ）によって推定されるオフセットは、その加速度データ群とほぼ同じ値となる。つまり、求めるべき球面上あるいは楕円体面上にオフセットが推定されてしまう。従って、静止あるいは静止に近い状態で取得された加速度データの重要度は低く設定するべきである。【０１８７】
加速度データの重要度は、例えば次のように計算できる。所定数の連続して取得された加速度データ群の各軸の分散を計算し、各軸の分散の和が大きければ重要度を高く、逆に小さければ重要度を低くする。重要度として、各軸の分散の最大値から算出することもできる。【０１８８】
また、所定数のデータの各軸の最大値と最小値との差の自乗和、あるいは各軸の最大値と最小値の差の最大値の自乗から算出してもよい。限られた計算能力しか持たないシステムに本発明を組み込む場合は分散を計算するより、最大値と最小値から重要度を計算する方が有利である。所定数を２とすれば、各軸の分散の自乗和は二つの加速度データ間の測定空間上での距離の２乗を表す。例えば、重要度（１／σ２２）は、【０１８９】
【数３８】
0004663738.tif 000039
【０１９０】
とする。ここで、σｘ，σｙ，σｚは上記各軸の分散、ｘｍａｘ，ｘｍｉｎ，ｙｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｚｍａｘ，ｚｍｉｎはそれぞれ各軸測定値の最大値、最小値、ｒａは規格化用の定数である。【０１９１】
実際は、大きな運動加速度が含まれている加速度データと静止時の加速度データとの両方のデータの重要度を低くする必要があり、上記の二つの方法で別々に計算された重要度の和を全重要度とし、オフセット及び感度推定に用いる。【０１９２】
【数３９】
0004663738.tif 000040
【０１９３】
第２の基準点推定部２３は、記憶部２２で記憶されている加工データと、新たに取得された加速度データ、およびその全重要度を用いて、加速度センサのオフセットおよび感度を推定する。【０１９４】
［第４の例］
本発明の第４の実施の形態を、図６に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１９５】
（有限長＋無限長ＤＯＥ）
＜構成＞
図６は、本発明に係る加速度計速装置の構成例を示す。【０１９６】
加速度計速装置は、加速度検出部１と、加速度データ取得部２と、推定部３と、オフセット補正部４とから構成される。【０１９７】
本例では、推定部３は、第２の例（図２参照）の有限長基準点推定部１０と、第３の例（図５参照）の無限長基準点推定部２０と、第３の基準点推定部３０とにより構成されている。【０１９８】
第３の基準点推定部は、有限長基準点推定部の第１の基準点推定部及び、無限長基準点推定部の第２の基準点推定部でそれぞれ計算された、（数１９）の行列ＡＮ，ＢＮ、あるいは（数２２）のＭＮ，ＮＮに基づいて基準点と各軸の基準長とを推定する。【０１９９】
＜動作＞
本装置の動作について説明する。【０２００】
無限長基準点推定部２０によって推定されたオフセットおよび感度は、加速度は重力加速度の分布する球面あるいは楕円体面を中心として分布するという仮定のもとに推定された値であり、その推定が常に正しい保証はない。そのため、無限長基準点推定部２０で推定されるオフセット及び感度の推定時間は非常に短いが、精度は必ずしも保証されない場合がある。【０２０１】
これに対して、有限長基準点推定部１０は、データ選択部１３での選択条件を厳しくして、静止時に近い加速度データのみを選択するようにすれば、推定されるオフセットおよび感度の精度は非常に高くなる。反面、静止データを集めるのに時間がかかり、オフセットおよび感度の推定時間が長くなる。【０２０２】
これら２つの基準点推定手段（有限長基準点推定部１０、無限長基準点推定部２０）の長所をそれぞれ取り入れて、補正処理開始後は無限長基準点推定部２０で、静止データが集まってからは有限長基準点推定部１０によってそれぞれ推定されるオフセットおよび感度を用いると、速く、最終的には精度のよいオフセットおよび感度を得ることができる。【０２０３】
これら２つの基準点推定手段をある時点で切替えてもよいが、徐々に移行することにより、時間と共に、滑らかに精度のよいオフセットおよび感度に移行していくことができる。【０２０４】
球体当てはめの場合、どちらの基準点推定手段も結果的には（数１９）の係数行列ＡＮ，ＢＮを求める。無限長基準点推定部２０によって求められた係数行列をＡＮｉｎｆ，ＢＮｉｎｆ、有限長基準点推定部１０によって求められた係数行列をＡＮｌｉｍ，ＢＮｌｉｍと、ｋを比率（０≦ｋ≦１）とする。このとき、第３の基準点推定部３０において、次の係数行列ＡＮｆｕｓ，ＢＮｆｕｓを用いて、オフセットおよび感度を算出すればよい。【０２０５】
【数４０】
0004663738.tif 000041
【０２０６】
｜Ａ｜はＡの行列式を表し、各行列を規格化するためである。しかし、行列式の計算には時間がかかり、一般にダイナミックレンジが大きいため（小規模のシステムでよくある）整数演算しかサポートされていないシステムでは不向きである。行列の規格化の方法が若干異なっても、オフセットおよび感度の以降の仕方が異なるだけで、出発点と終着点は同じであり、行列式を厳密に求めるメリットはあまりない。代替方法として例えば、Ａの対角成分の最大値を行列式の代わりに用いればよい。【０２０７】
ｋは、始め０とし、静止データが集まるにつれ１に近付ける。ｋは、例えば次のように計算する。加速度センサは、各測定軸の感度差に個体差があるものの、型番が決まれば、同じような値となる。有限長基準点推定部１０が、上述したように、加速度センサの３軸の測定軸Ｘ，Ｙ，Ｚの最大値、最小値を選択的に蓄積している場合、６個の測定データが作る体積が大きければ大きいほど、測定点が広い領域に分布していることを意味している。【０２０８】
従って、このような加速度データ群から推定されるオフセットおよび感度の精度は良くなり、各軸の測定値の最大値−最小値の最大は、加速度センサの感度の２倍となる。【０２０９】
これにより、ｋは、【０２１０】
【数４１】
0004663738.tif 000042
【０２１１】
となる。
【図１】
0004663738.tif 000043
【図２】
0004663738.tif 000044
【図３】
0004663738.tif 000045
【図４】
0004663738.tif 000046
【図５】
0004663738.tif 000047
【図６】
0004663738.tif 000048
【図７Ａ】
0004663738.tif 000049
【図７Ｂ】
0004663738.tif 000050
【図７Ｃ】
0004663738.tif 000051
【図７Ｄ】
0004663738.tif 000052
【図７Ｅ】
0004663738.tif 000053
【図７Ｆ】
0004663738.tif 000054