(57)【要約】【課題】機器が静止状態にない場合であっても正確にオフセットを算出することのできる、新規かつ改良されたオフセット算出装置、オフセット算出方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】オフセット算出装置は、角速度データを出力するジャイロセンサと、加速度データを出力する加速度センサと、上記加速度データから求められる姿勢に基づいて、上記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、を有する。【選択図】図１
2013217793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、
を備える、オフセット算出装置。
【請求項２】
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる姿勢が前記加速度データから求められる前記姿勢に近づくように、前記オフセットを算出する、
請求項１に記載のオフセット算出装置。
【請求項３】
前記オフセット算出部は、当該オフセット算出装置が静止していないときに前記加速度データを用いて前記オフセットを算出する、
請求項１に記載のオフセット算出装置。
【請求項４】
前記オフセット算出部は、現在のオフセットに印加オフセットを加えたときの前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異を評価し、評価結果に基づいて前記印加オフセットを選択することによって、前記オフセットを算出する、
請求項１に記載のオフセット算出装置。
【請求項５】
前記印加オフセットは、オフセットの温度特性に基づいて決定される、
請求項４に記載のオフセット算出装置。
【請求項６】
前記オフセットの温度変化に対する変動が軸ごとに異なるとき、
前記印加オフセットは、温度変化に対して前記オフセットの変動が大きい軸に対して大きい値が与えられる、
請求項５に記載のオフセット算出装置。
【請求項７】
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異が最も小さくなる前記印加オフセットを選択する、
請求項４に記載のオフセット算出装置。
【請求項８】
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異の時間変化が最も小さくなる前記印加オフセットを選択する、
請求項４に記載のオフセット算出装置。
【請求項９】
磁気データを出力する地磁気センサ、
をさらに備え、
前記オフセット算出部は、前記磁気データから求められる姿勢にさらに基づいて、前記ジャイロセンサの前記オフセットを算出する、
請求項１に記載のオフセット算出装置。
【請求項１０】
角速度データを出力することと、
加速度データを出力することと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記角速度データを出力するジャイロセンサのオフセットを算出することと、
を含む、オフセット算出方法。
【請求項１１】
コンピュータを、
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、
を備える、オフセット算出装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１２】
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
コンピュータを、前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部として機能させるためのプログラムを記憶する記憶部と、
前記プログラムを実行するプロセッサと、
ユーザからの操作を受け付ける操作部と、
を備える、情報処理装置。
【請求項１３】
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる姿勢が前記加速度データから求められる前記姿勢に近づくように、前記オフセットを算出する、
請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１４】
前記オフセット算出部は、当該情報処理装置が静止していないときに前記加速度データを用いて前記オフセットを算出する、
請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１５】
前記オフセット算出部は、現在のオフセットに印加オフセットを加えたときの前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異を評価し、評価結果に基づいて前記印加オフセットを選択することによって、前記オフセットを算出する、
請求項１２に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、オフセット算出装置、オフセット算出方法、プログラム、及び情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物体の角速度を検出するジャイロセンサを搭載する装置が普及している。このジャイロセンサは、例えば航空機やロボットなどの姿勢制御、撮像装置の手振れ補正、ゲームコントローラなど広範囲に利用されている。
【０００３】
物体が回転していないとき、例えば静止しているときには、角速度はゼロとなるはずである。ところがジャイロセンサは、静止しているときであっても出力される電圧値はゼロとならず、オフセットを含んでいる。またこのオフセットは主に環境の温度変化に伴って変動する。そこで、ジャイロセンサから出力される角速度データはオフセットを補正して用いられる。
【０００４】
例えば特許文献１には、ジャイロセンサを有し車両に取付けられた角度算出装置において、車両が走行中であるか停止中であるかを判別し、停止中であると判断されたときの角速度信号を平均化してオフセットを算出する方法が記載されている。このように車両に搭載された装置であれば、車両が停止中のときや直線の道路を走行しているときなど、筐体が回転しない状態のときの出力をオフセットとすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０６９３６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、モバイル機器について考えると、静止している状態は、机上に置かれた状態など特殊な場合に限られる。したがって、静止している状態の出力をオフセットとする方法を用いる場合には、オフセットを更新する機会が極めて少なくなってしまう。一方、モバイル機器は、様々な場所に持ち歩くことができる性質上、温度変化にさらされる機会は増える。
【０００７】
そこで、本開示では、機器が静止状態にない場合であっても正確にオフセットを算出することのできる、新規かつ改良されたオフセット算出装置、オフセット算出方法、及びプログラムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、角速度データを出力するジャイロセンサと、加速度データを出力する加速度センサと、上記加速度データから求められる姿勢に基づいて、上記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、を有するオフセット算出装置が提供される。
【０００９】
また、本開示によれば、角速度データを出力することと、加速度データを出力することと、上記加速度データから求められる姿勢に基づいて、上記ジャイロセンサのオフセットを算出することと、を含む、オフセット算出方法が提供される。
【００１０】
また、本開示によれば、コンピュータを、角速度データを出力するジャイロセンサと、加速度データを出力する加速度センサと、上記加速度データから求められる姿勢に基づいて、上記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、を有するオフセット算出装置として機能させるためのプログラムが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、角速度データを出力するジャイロセンサと、加速度データを出力する加速度センサと、コンピュータを、上記加速度データから求められる姿勢に基づいて、上記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部として機能させるためのプログラムを記憶する記憶部と、上記プログラムを実行するプロセッサと、ユーザからの操作を受け付ける操作部と、を有する情報処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本開示によれば、機器が静止状態にない場合であっても正確にオフセットを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末の機能構成例を示すブロック図である。
【図２】同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出処理において用いられる座標系の定義と機器姿勢の表現について説明するための説明図である。
【図３】同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出処理において用いられる、角速度データから算出される情報と加速度データから算出される情報との比較図である。
【図４】同実施形態にかかるオフセット算出の具体的手法を概略的に示す説明図である。
【図５】同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出動作例を示すフローチャートである。
【図６】同実施形態にかかる携帯端末のｗ軸がＺ軸と一致する場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】同実施形態にかかる携帯端末のｖ軸がＺ軸と一致する場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】同実施形態にかかる携帯端末の機器座標系のいずれの軸もＺ軸と一致しない場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本開示の第２の実施形態にかかる携帯端末の機能構成の例を示すブロック図である。
【図１０】同実施形態に係る携帯端末のハードウェア構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態（加速度センサをリファレンスとする例）
１−１．機能構成例
１−２．オフセット算出処理の概要
１−３．オフセット算出動作例
１−４．効果の検証
２．第２の実施形態（加速度センサと地磁気センサをリファレンスとする例）
３．ハードウェア構成例
【００１６】
＜１．第１の実施形態＞
〔１−１．機能構成例〕
まず図１を参照しながら、本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａの機能構成例について説明する。図１は、本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末の機能構成例を示すブロック図である。
【００１７】
なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて携帯端末１０ａ、および携帯端末１０ｂのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、携帯端末１０ａ、および携帯端末１０ｂなどを特に区別する必要が無い場合には、単に携帯端末１０と称する。
【００１８】
本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａは、ジャイロセンサ１０５と、オフセット補正部１１０ａと、加速度センサ１１５と、アプリケーション動作部１２０とを主に有する。
【００１９】
（ジャイロセンサ１０５）
ジャイロセンサ１０５は、物体の角度や角速度を検出する計測器の一種である。このジャイロセンサ１０５は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転角の変化する速度（角速度）を電圧値として検出する３軸ジャイロセンサである。ジャイロセンサ１０５は、検出した角速度データを出力する。
【００２０】
（オフセット補正部１１０ａ）
オフセット補正部１１０ａは、ジャイロセンサ１０５から出力される角速度データに含まれるオフセットを算出し、オフセット補正した角速度データを出力する機能を有する。オフセット補正部１１０ａは、加速度センサ１１５をリファレンスとして用いることができる。またオフセット補正部１１０ａは、携帯端末１０ａが静止状態にあるときには、そのときのジャイロセンサ１０５の出力値に基づいてオフセットを算出することができる。またオフセット補正部１１０ａは、携帯端末１０ａが静止状態にないときには、加速度センサ１１５をリファレンスとして、オフセットを算出することができる。具体的には、オフセット補正部１１０ａは、角速度データから求めた機器姿勢が加速度データから求めた機器姿勢に近づくようにオフセットを算出することができる。このオフセット算出の詳細については後述される。オフセット補正部１１０ａは、算出したオフセットを用いて補正した角速度データを出力することができる。
【００２１】
なお、このオフセット補正部１１０ａは、上記の動的なオフセット補正に加えて、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）などによるオフセット算出ブロック（以下、ＨＰＦブロックと称する。）を有してもよい。ＨＰＦブロックで算出されるオフセットは、フィルタの時定数より長い時間周期の動きは除去することができず影響を受ける。このためオフセットに誤差が生じることがある。そこで、オフセット補正部１１０ａは、ＨＰＦブロックで算出した３軸のオフセットに基づいて、動的オフセット補正によりさらに高精度なオフセットを算出してもよい。かかる構成とすることにより、オフセット補正処理が簡素化されるとともに、ジャイロセンサ１０５の出力に基づいて算出される角速度データの精度が向上することが期待される。
【００２２】
（加速度センサ１１５）
加速度センサ１１５は、加速度を電圧値として検出するセンサである。加速度センサ８３１は、Ｘ軸方向に沿った加速度、Ｙ軸方向に沿った加速度、及びＺ軸方向に沿った加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサである。加速度センサ１１５は、検出した加速度データをオフセット補正部１１０ａに供給することができる。
【００２３】
（アプリケーション動作部１２０）
アプリケーション動作部１２０は、ジャイロセンサ１０５の出力する角速度データを用いるアプリケーションの動作を制御する機能を有する。例えばアプリケーション動作部１２０は、システムアプリケーション、又はゲームアプリケーションなどであってよい。
【００２４】
以上、本実施形態に係る携帯端末１０ａの機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置がこれらの機能を実現する処理手順を記述した制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体から制御プログラムを読出し、そのプログラムを解釈して実行することにより行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００２５】
なお、上述のような本実施形態に係る携帯端末１０ａの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作成し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００２６】
〔１−２．オフセット算出処理の概要〕
ここで図２及び図３を参照しながら、本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａのオフセット算出処理の概要について説明する。図２は、同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出処理において用いられる座標系の定義と機器姿勢の表現について説明するための説明図である。図３は、同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出処理において用いられる、角速度データから算出される情報と加速度データから算出される情報との比較図である。
【００２７】
（理論）
まず、以下の説明中において用いられる座標系の定義とこれを用いた機器姿勢の表現について、図２を参照しながら説明する。ジャイロセンサ１０５が出力する角速度データは、ジャイロセンサ１０５の機器座標系（ｕ，ｖ，ｗ）を基準として表現される。これを絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表現するためには、回転行列Ｒが用いられる。
【００２８】
まず図２を参照すると、絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各軸方向が示される。東方向がＸ軸方向、北方向がＹ軸方向、天空方向がＺ軸方向と定義される。ここで機器座標系（ｕ，ｖ，ｗ）の各軸方向は、例えば機器筐体の短手方向がｕ軸方向、筐体の長手方向がｖ軸方向、そしてｕ軸方向及びｖ軸方向と直交する方向がｗ軸方向と定義される。ここでｕ軸回りの角速度をωｕ、ｖ軸回りの角速度をωｖ、ｗ軸回りの角速度をωｗとする。そして携帯端末１０ａの姿勢角が（θ，φ，ψ）であるとき、絶対座標系への座標変換は以下の数式（１）〜（３）で示される。
【００２９】
【数１】
2013217793.tif 000003
【００３０】
【数２】
2013217793.tif 000004
【００３１】
【数３】
2013217793.tif 000005
【００３２】
【数４】
2013217793.tif 000006
【００３３】
【数５】
2013217793.tif 000007
【００３４】
ここで行列Ｒの各要素は、絶対座標系に対する機器座標系単位ベクトルの方向余弦を示している。そこで、行列Ｒのことを方向余弦行列ともいう。
【００３５】
【数６】
2013217793.tif 000008
なお、ここで簡略記載のために余弦を示す“cos”の記号を“C"、正弦を示す“sin”の記号を“S”とした。
【００３６】
したがって、初期位置からの回転を表す行列は、サンプルごとに得られる機器の回転行列Ｒｎを右から掛けることにより求められる。したがって初期位置からの回転を示す回転行列Ｒは、以下の数式（９）で示される。
Ｒ＝Ｒ０Ｒ１Ｒ２・・・Ｒｎ
・・・数式（９）
【００３７】
【数７】
2013217793.tif 000009
【００３８】
ここで方向余弦行列Ｒは、絶対座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸に対する機器座標系のｕ，ｖ，ｗ軸成分の投影（余弦）を表している。３×３行列のなかで、行はＸ，Ｙ，Ｚ軸を、列はｕ，ｖ，ｗ軸成分を意味している。したがって、方向余弦行列Ｒを用いて絶対座標系に対する機器姿勢を表現することができる。
【００３９】
なお方向余弦行列Ｒの３行目は、Ｚ軸に対するｕ，ｖ，ｗ軸の方向余弦を表しているので、これは３軸加速度センサの出力値を重力で規準化した値と同じ値となる。このＺ軸に対するｕ，ｖ，ｗ軸の方向余弦と加速度センサの規準化出力値とが図３に示される。この図３の上図は、Ｚ軸に対するｕ，ｖ，ｗ軸の方向余弦の経時変化を示した図である。横軸は経過時間を示し、縦軸は方向余弦を示す。また図３の下図は、加速度センサの出力を重力で規準化した重力加速度の経時変化を示した図である。この上図と下図とを比較すると、点線で囲った部分では縦軸の値に差異が生じていることがわかる。これは、ジャイロセンサのオフセット変動による姿勢誤差に起因する。そこで、本実施形態では、この誤差が小さくなるように、ジャイロセンサに基づいて算出された姿勢が加速度センサに基づいて算出された姿勢に近づくように、オフセットを算出する。
【００４０】
（具体的手法）
以上、本実施形態にかかる携帯端末１０ａのオフセット算出の理論についてその概要を説明してきた。以下に、このオフセット算出を具体的に実現するための手法の一例について図４を参照しながら説明する。図４は、同実施形態にかかるオフセット算出の具体的手法を概略的に示す説明図である。
【００４１】
ここでは、ジャイロセンサから出力される角速度データに基づいて算出される姿勢角データと、加速度センサの出力を重力で規準化した規準化出力値との差異を、誤差評価関数ｅを用いて評価し、誤差が小さくなるようにオフセットを微調整し続ける。
【００４２】
具体的には、現在のオフセットに、調整用の微小量の印加オフセットを加えてこのときの誤差が評価される。この印加オフセットの値を様々に変化させてそれぞれ誤差の評価を行い、誤差が小さい印加オフセットの組合せを選択することにより、ジャイロセンサの出力する角速度データに基づいて算出される姿勢が加速度センサに基づいて算出される姿勢に近づくようにオフセットを算出することができる。なお、この現在のオフセットの初期値としてＨＰＦブロックで算出されたオフセットが用いられてもよい。
【００４３】
ここで用いられる印加オフセットの値は、例えば全ての軸に対して同じ値αであってもよい。例えばｕ軸のオフセットＯｕに微小量αを加算したＯｕ＋αと、ｕ軸のオフセットＯｕに微小量αを減算したＯｕ−αを用意する。ｖ軸及びｗ軸についても同様に用意し、２の３乗＝８通りのオフセット値を用意する。用意されるオフセット値は、以下の通りである。
【００４４】
（Ｏｕ＋α，Ｏｖ＋α，Ｏｗ＋α）
（Ｏｕ＋α，Ｏｖ＋α，Ｏｗ−α）
（Ｏｕ＋α，Ｏｖ−α，Ｏｗ＋α）
（Ｏｕ＋α，Ｏｖ−α，Ｏｗ−α）
（Ｏｕ−α，Ｏｖ＋α，Ｏｗ＋α）
（Ｏｕ−α，Ｏｖ＋α，Ｏｗ−α）
（Ｏｕ−α，Ｏｖ−α，Ｏｗ＋α）
（Ｏｕ−α，Ｏｖ−α，Ｏｗ−α）
【００４５】
また、これら８通りの組合せに微小量が０の場合を加えた２７通りとしてもよい。あるいは、上記８通りの組合せに（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）だけを加えた９通りであってもよい。
【００４６】
またこの印加オフセットの値は、それぞれの軸に対して異なる値が用いられてもよい。このときの印加オフセットの値は、例えば以下の表１に示す組合せであってよい。
【００４７】
【表１】
2013217793.tif 000010
【００４８】
また、この各軸に対する印加オフセットの値は、それぞれのジャイロセンサのオフセット温度特性に基づいて値が決定されてもよい。例えば温度変化に対してオフセットが大きく変化する軸がある場合には、その軸に対する印加オフセットの値を大きくしてもよい。
【００４９】
図４を参照して上記の処理の流れをもう一度整理する。まずオフセット補正部１１０ａは、現在のオフセット値に対して、印加オフセット（例えば表１の組合せ）を１つ選んで加える。そして印加オフセットを加えたオフセット値により補正した角速度データを３次元座標変換することにより、オフセット補正部１１０ａは、機器各軸成分で示されていた角速度データを絶対座標系の３軸成分に展開する。そして、オフセット補正部１１０ａは、この角速度データから姿勢角を算出する。一方、オフセット補正部１１０ａは、加速度センサ１１５の加速度データを重力で規準化した重力加速度値を取得する。
【００５０】
そしてオフセット補正部１１０ａは、この角速度データから算出された姿勢と加速度センサ１１５から取得された姿勢との誤差を評価する誤差評価関数ｅを計算する。オフセット補正部１１０ａは、ここまで説明した処理を印加オフセットの組合せの数だけ繰り返すことができる。そしてオフセット補正部１１０ａは、印加オフセットの組合せごとに算出された誤差評価関数の値を用いて、誤差ｅの小さい印加オフセットの組合せを選択する。オフセット補正部１１０ａは、現在のオフセット値に対して、選択された印加オフセットの組合せを加算することによって、新たな現在のオフセット値とすることができる。
【００５１】
ここで誤差評価関数ｅについて説明する。この誤差評価関数ｅは、方向余弦行列による機器姿勢の誤差を評価する関数であり、例えば加速度センサ規準化出力による機器姿勢と方向余弦行列による機器姿勢との差分を評価する関数である。例えば時刻ｔにおけるＺ軸方向余弦をそれぞれ（ｌｇｔ，ｍｇｔ，ｎｇｔ）とし、同様に加速度センサの値をそれぞれ（ｌａｔ，ｍａｔ，ｎａｔ）とすると、誤差は以下の数式（１１）で表される。
ｅ＝（ｌｇｔ−ｌａｔ）２＋（ｍｇｔ−ｍａｔ）２＋（ｎｇｔ−ｎａｔ）２
・・・数式（１１）
【００５２】
この数式（１１）に示される評価関数を用いて、オフセット補正部１１０ａは、方向余弦行列による機器姿勢と加速度センサの規準化出力による機器姿勢との差分が最小となる印加オフセットの組合せを選択することができる。
【００５３】
また、オフセット補正部１１０ａは、方向余弦行列による機器姿勢と加速度センサの規準化出力による機器姿勢との差分の「時間変化」が最小となるように、印加オフセットを選択してもよい。このときの評価関数ｅは、例えば以下の数式（１２）で表される。
ｅ＝｛（ｌｇｔ−ｌａｔ）２＋（ｍｇｔ−ｍａｔ）２＋（ｎｇｔ−ｎａｔ）２｝−｛（ｌｇｔ−１−ｌａｔ−１）２＋（ｍｇｔ−１−ｍａｔ−１）２＋（ｎｇｔ−１−ｎａｔ−１）２｝
・・・数式（１２）
【００５４】
〔１−３．オフセット算出動作例〕
次に、図５を参照しながら本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａのオフセット算出動作例について説明する。図５は、同実施形態にかかる携帯端末のオフセット算出動作例を示すフローチャートである。
【００５５】
まずオフセット補正部１１０ａは、ジャイロセンサ１０５及び加速度センサ１１５の値を取得する（Ｓ１００）。そして、オフセット補正部１１０ａは、ジャイロセンサ１０５の現在のオフセットを取得する（Ｓ１０５）。
【００５６】
そしてオフセット補正部１１０ａは、印加オフセットの組合せを選択する（Ｓ１１０）。オフセット補正部１１０ａは、現在のオフセット値に印加オフセットを加える（Ｓ１１５）。そしてオフセット補正部１１０ａは、印加オフセットが加えられた現在のオフセット値を用いて、ジャイロセンサの出力する角速度データを補正し、この角速度データを３次元座標変換する（Ｓ１２０）。
【００５７】
そしてオフセット補正部１１０ａは、ジャイロセンサ１０５の取得データからの姿勢角を算出する（Ｓ１２５）。またオフセット補正部１１０ａは、ジャイロセンサ１０５の取得データから算出される方向余弦行列による機器姿勢と、加速度センサの規準化出力による機器姿勢と間の誤差を評価関数ｅで評価する（Ｓ１３０）。
【００５８】
次にオフセット補正部１１０ａは、印加オフセットの全ての組合せについて、評価関数ｅによる評価が済んだか否かを判断する（Ｓ１３５）。そして、このステップＳ１３５の判断において全ての印加オフセットの組合せについて評価済であると判断されるまで、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０の処理が繰り返される。
【００５９】
なお、ステップＳ１３５において全ての印加オフセットの組合せについて評価済であると判断されると、次にオフセット補正部１１０ａは、誤差の小さい印加オフセットの組合せを評価関数ｅに基づいて選択する（Ｓ１４０）。そして、オフセット補正部１１０ａは、現在のオフセットに、選択された印加オフセットの組合せを加算して、新たな現在のオフセットとする（Ｓ１４５）。そして、オフセット補正部１１０ａは、処理が終了したか否かを判断する（Ｓ１５０）。このステップＳ１５０の判断において、処理が終了したと判断されるまでステップＳ１００〜ステップＳ１４５の処理が繰り返される。
【００６０】
〔１−４．効果の検証〕
次に図６〜図８を参照しながら、本開示の第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａのオフセット算出動作の効果について検証する。図６は、同実施形態にかかる携帯端末のｗ軸がＺ軸と一致する場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。図７は、同実施形態にかかる携帯端末のｖ軸がＺ軸と一致する場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。図８は、同実施形態にかかる携帯端末の機器座標系のいずれの軸もＺ軸と一致しない場合のオフセット算出シミュレーション結果を示すグラフである。
【００６１】
携帯端末１０ａの機器座標系のいずれかの軸がＺ軸と一致している場合には、本技術の方法では、Ｚ軸と一致する軸以外についてはオフセットを正確に求めることができる。一方、Ｚ軸と一致する軸については、オフセットを正確に求めることができない。また携帯端末１０ａの機器座標系のいずれの軸もＺ軸と一致していない状態では、オフセット補正部１１０ａは、３軸ともにオフセットを正確に求めることができる。
【００６２】
同実施形態にかかる携帯端末１０ａのオフセット微調整の効果について、図６〜図８のシミュレーション結果に示す。図６〜図８の下図は、正しいオフセット値が３軸それぞれ示される。また図６〜図８の上図は、補正シミュレーション結果のオフセット値が３軸それぞれ示される。図６は、Ｚ軸とｗ軸が一致する場合について示される。このとき、ｗ軸について正確にオフセットの調整が行われていないのに対して、ｕ軸とｖ軸については正確にオフセットの調整が行われていることがわかる。また図７は、Ｚ軸とｖ軸が一致する場合について示される。このときｖ軸について正確にオフセットの調整が行われていないのに対して、ｕ軸とｗ軸については正確にオフセットの調整が行われていることがわかる。また図８は、いずれの軸もＺ軸と一致していない場合について示される。このとき３軸ともに正確にオフセットがリファレンス値に追従して調整が行われていることがわかる。
【００６３】
したがって、本開示の方法は、携帯型の情報処理装置のように、静止状態を検出することが困難な装置について、オフセットを正確に求める有効な方法であるといえる。この方法においては、静止状態でなくとも、加速度センサの出力をリファレンスとして、オフセットを正確に算出することができる。したがって、ジャイロセンサを用いて取得する情報の精度を向上させることができる。
【００６４】
＜２．第２の実施形態＞
次に図９を参照しながら、本開示の第２の実施形態について説明する。図９は、本開示の第２の実施形態にかかる携帯端末の機能構成の例を示すブロック図である。
【００６５】
本開示の第２の実施形態にかかる携帯端末１０ｂは、ジャイロセンサ１０５と、オフセット補正部１１０ｂと、加速度センサ１１５と、アプリケーション動作部１２０と、地磁気センサ１２５とを主に有する。
【００６６】
ここで、本開示の第２の実施形態にかかる携帯端末１０ｂは、第１の実施形態にかかる携帯端末１０ａと比較して、さらに地磁気センサ１２５を有する点でことなり、またオフセット補正部１１０ｂが地磁気センサ１２５の出力をオフセット算出に用いる点において異なる。またこれ以外の点については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、以下、主に差異点について説明する。
【００６７】
地磁気センサ１２５は、地磁気を電圧値として検出するセンサである。地磁気センサ１２５は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の地磁気をそれぞれ検出する３軸地磁気センサであってよい。地磁気センサ１２５は、検出した地磁気データをオフセット補正部１１０ｂに供給することができる。
【００６８】
オフセット補正部１１０ｂは、加速度センサ１１５の出力に加えて、地磁気センサ１２５の出力もリファレンスとして用いることができる。上記第１の実施形態において、加速度センサ１１５と重力の関係に着目したのと同様に、地磁気センサ１２５と地磁気の関係に着目すれば、オフセット補正部１１０ｂは、同様の方法によりジャイロセンサのオフセットを調整することができる。
【００６９】
なお、ここではオフセット補正部１１０ｂは、加速度センサ１１５の出力に加えて、地磁気センサ１２５の出力を用いることとしたが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。例えばオフセット補正部１１０ｂは、加速度センサ１１５の出力に代えて、地磁気センサ１２５の出力を用いることができる。本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成は変更されてよい。
【００７０】
以上、本実施形態に係る携帯端末１０ｂの機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの演算装置がこれらの機能を実現する処理手順を記述した制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体から制御プログラムを読出し、そのプログラムを解釈して実行することにより行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００７１】
なお、上述のような本実施形態に係る携帯端末１０ｂの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作成し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【００７２】
＜３．ハードウェア構成例＞
次に、図１０を参照しながら、本開示の一実施形態に係る携帯端末１０のハードウェア構成例について説明する。図１０は、同実施形態に係る携帯端末のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００７３】
ここで、携帯端末１０の構成の一例について説明する。図９を参照すると、携帯端末１０は、例えば、電話網アンテナ８１７と、電話処理部８１９と、ＧＰＳアンテナ８２１と、ＧＰＳ処理部８２３と、Ｗｉｆｉアンテナ８２５と、Ｗｉｆｉ処理部８２７と、地磁気センサ８２９と、加速度センサ８３１と、ジャイロセンサ８３３と、気圧センサ８３５と、撮像部８３７と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８３９と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）８４１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）８４３と、操作部８４７と、表示部８４９と、デコーダ８５１と、スピーカ８５３と、エンコーダ８５５と、マイク８５７と、記憶部８５９とを有する。なお、ここで示すハードウェア構成は一例であり、構成要素の一部が省略されてもよい。また、ここで示される構成要素以外の構成要素をさらに含んでもよいことは言うまでもない。
【００７４】
（電話網アンテナ８１７）
電話網アンテナ８１７は、通話及び通信用の携帯電話網と無線で接続する機能を有するアンテナの一例である。電話網アンテナ８１７は、携帯電話網を介して受信される通話信号を電話処理部８１９に供給することができる。
【００７５】
（電話処理部８１９）
電話処理部８１９は、電話網アンテナ８１７により送受信される信号に対する各種の信号処理を行う機能を有する。電話処理部８１９は、例えばマイク８５７を介して入力され、エンコーダ８５５によりエンコードされた音声信号に対して各種の信号処理を行い、電話網アンテナ８１７に供給することができる。また電話処理部８１９は、電話網アンテナ８１９から供給される音声信号に対して各種の信号処理を行い、デコーダ８５１に供給することができる。
【００７６】
（ＧＰＳアンテナ８２１）
ＧＰＳアンテナ８２１は、測位衛星からの信号を受信するアンテナの一例である。ＧＰＳアンテナ８２１は、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信することができ、受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ処理部８２３に入力する。
【００７７】
（ＧＰＳ処理部８２３）
ＧＰＳ処理部８２３は、測位衛星から受信された信号に基づいて位置情報を算出する算出部の一例である。ＧＰＳ処理部８２３は、ＧＰＳアンテナ８２１から入力された複数のＧＰＳ信号に基づいて現在の位置情報を算出し、算出した位置情報を出力する。具体的には、ＧＰＳ処理部８２３は、ＧＰＳ衛星の軌道データからそれぞれのＧＰＳ衛星の位置を算出し、ＧＰＳ信号の送信時刻と受信時刻との差分時間に基づいて、各ＧＰＳ衛星から当該携帯端末１０までの距離をそれぞれ算出する。そして、算出された各ＧＰＳ衛星の位置と、各ＧＰＳ衛星から当該携帯端末１０までの距離とに基づいて、現在の３次元位置を算出することができる。なお、ここで用いられるＧＰＳ衛星の軌道データは、例えばＧＰＳ信号に含まれていてもよい。或いは、ＧＰＳ衛星の軌道データは、通信アンテナ８２５を介して外部のサーバから取得されてもよい。
【００７８】
（Ｗｉｆｉアンテナ８２５）
Ｗｉｆｉアンテナ８２５は、例えば無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信網との通信信号をＷｉｆｉの仕様に従って送受信する機能を有するアンテナである。Ｗｉｆｉアンテナ８２５は、受信した信号を通信処理部８２７に供給することができる。
【００７９】
（Ｗｉｆｉ処理部８２７）
Ｗｉｆｉ処理部８２７は、Ｗｉｆｉアンテナ８２５から供給された信号に各種の信号処理を行う機能を有する。Ｗｉｆｉ処理部８２７は、供給されたアナログ信号から生成したデジタル信号をＣＰＵ８３９に供給することができる。
【００８０】
（地磁気センサ８２９）
地磁気センサ８２９は、地磁気を電圧値として検出するセンサである。地磁気センサ８２９は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の地磁気をそれぞれ検出する３軸地磁気センサであってよい。地磁気センサ８２９は、検出した地磁気データをＣＰＵ８３９に供給することができる。
【００８１】
（加速度センサ８３１）
加速度センサ８３１は、加速度を電圧値として検出するセンサである。加速度センサ８３１は、Ｘ軸方向に沿った加速度、Ｙ軸方向に沿った加速度、及びＺ軸方向に沿った加速度をそれぞれ検出する３軸加速度センサであってよい。加速度センサ８３１は、検出した加速度データをＣＰＵ８３９に供給することができる。
【００８２】
（ジャイロセンサ８３３）
ジャイロセンサ８３３は、物体の角度や角速度を検出する計測器の一種である。このジャイロセンサ８３３は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転角の変化する速度（角速度）を電圧値として検出する３軸ジャイロセンサであってよい。ジャイロセンサ８３３は、検出した角速度データをＣＰＵ８３９に供給することができる。
【００８３】
（気圧センサ８３５）
気圧センサ８３５は、周囲の気圧を電圧値として検出するセンサである。気圧センサ８３５は、気圧を所定のサンプリング周波数で検出し、検出した気圧データをＣＰＵ８３９に供給することができる。
【００８４】
（撮像部８３７）
撮像部８３７は、ＣＰＵ８３９の制御に従い、レンズを介して静止画像又は動画像を撮影する機能を有する。撮像部８３７は、撮影した画像を記憶部８５９に記憶させてもよい。
【００８５】
（ＣＰＵ８３９）
ＣＰＵ８３９は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って携帯端末１０内の動作全般を制御する。またＣＰＵ８３９は、マイクロプロセッサであってもよい。このＣＰＵ８３９は、各種プログラムに従って様々な機能を実現することができる。
【００８６】
（ＲＯＭ８４１，ＲＡＭ８４３）
ＲＯＭ８４１は、ＣＰＵ８３９が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶することができる。ＲＡＭ８４３は、ＣＰＵ８３９の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶することができる。
【００８７】
（操作部８４７）
操作部８４７は、ユーザが所望の操作をするための入力信号を生成する機能を有する。操作部８４７は、例えばタッチセンサ、マウス、キーボード、ボタン、マイク、スイッチ及びレバーなどユーザが情報を入力するための入力部と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ８３９に出力する入力制御回路などから構成されてよい。
【００８８】
（表示部８４９）
表示部８４９は、出力装置の一例であり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）装置、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ装置などの表示装置であってよい。表示部８４９は、ユーザに対して画面を表示することにより情報を提供することができる。
【００８９】
（デコーダ８５１，スピーカ８５３）
デコーダ８５１は、ＣＰＵ８３９の制御に従い、入力されたデータのデコード及びアナログ変換などを行う機能を有する。デコーダ８５１は、例えば電話網アンテナ８１７及び電話処理部８１９を介して入力された音声データのデコード及びアナログ変換などを行い、音声信号をスピーカ８５３に出力することができる。またデコーダ８５１は、例えばＷｉｆｉアンテナ８２５及びＷｉｆｉ処理部８２７を介して入力された音声データのデコード及びアナログ変換などを行い、音声信号をスピーカ８５３に出力することができる。スピーカ８５３は、デコーダ８５１から供給される音声信号に基づいて音声を出力することができる。
【００９０】
（エンコーダ８５５，マイク８５７）
エンコーダ８５５は、ＣＰＵ８３９の制御に従い、入力されたデータのデジタル変換及びエンコードなどを行う機能を有する。エンコーダ８５５は、マイク８５７から入力される音声信号のデジタル変換及びエンコードなどを行い、音声データを出力することができる。マイク８５７は、音声を集音し、音声信号として出力することができる。
【００９１】
（記憶部８５９）
記憶部８５９は、データ格納用の装置であり、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置、および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含むことができる。ここで記憶媒体としては、例えばフラッシュメモリ、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive  Random  Access  Memory）、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric  Random  Access  Memory）、ＰＲＡＭ（Phase  change  Random  Access  Memory）、及びＥＥＰＲＯＭ（Electronically  Erasable  and  Programmable  Read  Only  Memory）などの不揮発性メモリや、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記録媒体などが用いられてよい。
【００９２】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９３】
例えば、上記実施形態では、ハードウェア構成の一例としてスマートホンに本技術を適用した例を示したが、本技術はかかる例に限定されない。ジャイロセンサを搭載するあらゆる情報処理装置に本技術を適用することができる。例えば、ジャイロセンサを搭載する情報処理装置の一例としては、撮像装置、映像処理装置、ゲーム機器、ロボットなどが挙げられる。
【００９４】
尚、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。
【００９５】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、
を備える、オフセット算出装置。
（２）
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる姿勢が前記加速度データから求められる前記姿勢に近づくように、前記オフセットを算出する、
前記（１）に記載のオフセット算出装置。
（３）
前記オフセット算出部は、当該オフセット算出装置が静止していないときに前記加速度データを用いて前記オフセットを算出する、
前記（１）または（２）のいずれかに記載のオフセット算出装置。
（４）
前記オフセット算出部は、現在のオフセットに印加オフセットを加えたときの前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異を評価し、評価結果に基づいて前記印加オフセットを選択することによって、前記オフセットを算出する、
前記（１）〜（３）のいずれかに記載のオフセット算出装置。
（５）
前記印加オフセットは、オフセットの温度特性に基づいて決定される、
前記（４）に記載のオフセット算出装置。
（６）
前記オフセットの温度変化に対する変動が軸ごとに異なるとき、
前記印加オフセットは、温度変化に対して前記オフセットの変動が大きい軸に対して大きい値が与えられる、
前記（５）に記載のオフセット算出装置。
（７）
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異が最も小さくなる前記印加オフセットを選択する、
前記（４）〜（６）のいずれかに記載のオフセット算出装置。
（８）
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異の時間変化が最も小さくなる前記印加オフセットを選択する、
前記（４）〜（６）のいずれかに記載のオフセット算出装置。
（９）
磁気データを出力する地磁気センサ、
をさらに備え、
前記オフセット算出部は、前記磁気データから求められる姿勢にさらに基づいて、前記ジャイロセンサの前記オフセットを算出する、
前記（１）〜（８）のいずれかに記載のオフセット算出装置。
（１０）
角速度データを出力することと、
加速度データを出力することと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記角速度データを出力するジャイロセンサのオフセットを算出することと、
を含む、オフセット算出方法。
（１１）
コンピュータを、
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部と、
を備える、オフセット算出装置として機能させるためのプログラム。
（１２）
角速度データを出力するジャイロセンサと、
加速度データを出力する加速度センサと、
コンピュータを、前記加速度データから求められる姿勢に基づいて、前記ジャイロセンサのオフセットを算出するオフセット算出部として機能させるためのプログラムを記憶する記憶部と、
前記プログラムを実行するプロセッサと、
ユーザからの操作を受け付ける操作部と、
を備える、情報処理装置。
（１３）
前記オフセット算出部は、前記角速度データから求められる姿勢が前記加速度データから求められる前記姿勢に近づくように、前記オフセットを算出する、
前記（１２）に記載の情報処理装置。
（１４）
前記オフセット算出部は、当該情報処理装置が静止していないときに前記加速度データを用いて前記オフセットを算出する、
前記（１２）または（１３）のいずれかに記載の情報処理装置。
（１５）
前記オフセット算出部は、現在のオフセットに印加オフセットを加えたときの前記角速度データから求められる前記姿勢と前記加速度データから求められる前記姿勢との差異を評価し、評価結果に基づいて前記印加オフセットを選択することによって、前記オフセットを算出する、
前記（１２）〜（１４）のいずれかに記載の情報処理装置。
【符号の説明】
【００９６】
１０      携帯端末（オフセット算出装置）
１０５    ジャイロセンサ
１１０    オフセット補正部
１１５    加速度センサ
１２０    アプリケーション動作部
１２５    地磁気センサ
【図１】
2013217793.tif 000011
【図２】
2013217793.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013217793.tif 000017
【図８】
2013217793.tif 000018
【図９】
2013217793.tif 000019
【図１０】
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