(57)【要約】    【課題】  温度変化により発生する出力変化による演算誤差の補正において、ＥＥＲＯＭのような小容量の汎用メモリ等の使用であっても十分な情報量を得ることができ、それによって、比較的簡単に、より低コストかつ高精度の補正結果を得ることのできる、慣性センサ使用システムの温度補正構造等を提供すること。    【解決手段】  温度補正構造１００は、慣性センサ２０の温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮し、圧縮データを記憶する記憶領域１２と、記憶領域１２に記憶された圧縮データを読み込み、読み込まれた圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって慣性センサの温度変化に対する補正データへ復調する復調部３０と、復調データを用いて温度補正処理を行う補正処理部４０とを備えた構成である。圧縮ルールおよび復調ルールは共通の演算方法によるものとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性センサを用いたシステムにおける演算誤差の原因となる温度変化を補正するための温度補正構造であって、該慣性センサの温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮し、該圧縮されたデータ（「圧縮データ」という。）を記憶する記憶領域と、記憶領域に記憶された該圧縮データを読み込み、読み込まれた該圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって該慣性センサの温度変化に対する補正データへ復調する復調部と、該復調されたデータ（「復調データ」という。）を用いて温度補正処理を行う補正処理部とを備えてなることを特徴とする、慣性センサ使用システムの温度補正構造。
【請求項２】
前記記憶領域は前記慣性センサに設けられ、前記復調部は該慣性センサ外に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
【請求項３】
前記圧縮ルールおよび復調ルールは共通の演算方法によるものであることを特徴とする、請求項１または２に記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
【請求項４】
前記補正データは、静止時出力および感度の補正データを含み、それぞれ２次以上の多項式で表現できることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造を構成するための、温度補正構造用の慣性センサ。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の温度補正構造を備えた、慣性センサ使用システム。
【請求項７】
下記＜Ｓ＞列挙のいずれかであることを特徴とする、請求項６に記載の慣性センサ使用システム。
＜Ｓ＞  カーナビゲーションシステム、自動車運転システム、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）、慣性計測装置（ＩＭＵ）、ロボット姿勢制御システム
【請求項８】
慣性センサを用いたシステムにおける演算誤差の原因となる温度変化を補正するための温度補正方法であって、該慣性センサの温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮する圧縮処理過程と、該圧縮されたデータ（圧縮データ）を記憶領域に記憶させる記憶過程と、該記憶領域に記憶された該圧縮データを読み込み、読み込まれた該圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって該慣性センサの温度変化に対する補正データへの復調を行う復調過程（復調処理過程）と、該復調されたデータ（「復調データ」という。）を用いて温度補正処理を行う補正処理過程とからなることを特徴とする、慣性センサ使用システムの温度補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は慣性センサ使用システムの温度補正構造、慣性センサ、慣性センサ使用システム、および慣性センサ使用システムの温度補正方法に係り、特に、本発明は、カーナビゲーションや自動車、ロボットの姿勢制御、カメラ等の手ぶれ補正等に使用されている慣性センサ（角速度センサ、加速度センサ）を使用するシステムにおいて、温度変化により発生する出力変化による演算誤差を比較的簡単に、しかも精度良く小さくすることのできる、慣性センサ使用システムの温度補正構造等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
慣性センサ、すなわち加速度センサや角速度センサは回転速度や傾斜角を測定するセンサであり、カーナビゲーションや自動車、ロボットの姿勢制御、さらに、自動運転システムや先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）等にも使用されている。近年これらの慣性センサは、低コスト化などの進展によりアプリケーションが拡大し、市場の拡大とともに安価で高精度を要求するニーズが進んできている。
【０００３】
さて、温度変化により発生する出力変化による演算誤差に対処する方法として、従来いくつかの方法がある。まず、予めセンサにて補正が施してあって、その温度補正値をそのまま使用するという方法である。しかし、それでは補正として不十分であるため、システムを構成した後でシステムにおける各センサ単品の温度特性を把握することによって補正を行うという方法もある。この方法は簡便に行える。
【０００４】
図５は、学習により温度補正を行う従来の方法例をグラフにより示す説明図である。この方法は、図示するように、システム側において真値と誤差を比較して差分を導出し、その差分を記憶し、誤差を小さくするというものであり、システム側において高精度な補正を実現できる。
【０００５】
また図６は、従来の別の温度補正方法をグラフにより示す説明図である。この方式は、センサ単品での補正の簡便さとシステム側での補正の高精度化をともに実現するものであり、センサ側に温度特性データを書き込んでおき、システム側でそのデータを使って補正を行うという方式である。これによって、かなり高度な温度補正を行うことができる。
【０００６】
なお、センサ等における温度変化の影響を解決する手段としては、たとえば後掲特許文献１開示技術がある。これは、角速度検出信号の温度ドリフトの影響を除きつつ、温度補償後の角速度検出信号にリップルが発生しないようにして、従来よりも一層精度良く角速度を検出することが可能なジャイロ装置として、角速度検出素子の温度を検出する温度セ ンサの検出特性曲線に対する温度勾配を補正する補正係数を記憶するメモリ、補正係数に基づいて温度センサの検出出力を調整し、これを温度ドリフト補正信号として生成する温度ドリフト補正信号生成回路、および温度ドリフト補正信号を角速度検出素子で得られる角速度検出信号に加算する加算回路を備えた構成を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５５８９０号公報「ジャイロ装置」
【特許文献２】特開２００７−２４６０１号公報「車両用角速度測定装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
慣性センサを組み込んだシステムにおける温度補償方法には上述のように複数の方式がある。中でも図６により示した方式は、センサ側に温度特性データを書き込んでおき、システム側でそのデータを使って高度な温度補正を行うものであり、メリットのある方式といえる。しかし、センサ側に温度特性データを書き込む必要があるため、センサ側に余剰メモリを備える必要がある。
【０００９】
だが、システム側であれば問題なく具備できるようなＦＲＯＭ等の大容量の不揮発性メモリをセンサＡＳＩＣに搭載することは、センサコストを押し上げることになる。そのため、システムコストを下げることにはならず、安価かつ高精度を要求するニーズに十分応えられるものではない。
【００１０】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を踏まえ、温度変化により発生する出力変化による演算誤差の補正において、ＥＥＲＯＭのような小容量の汎用メモリ等の使用であっても十分な情報量を得ることができ、それによって、比較的簡単に、より低コストかつ高精度の補正結果を得ることのできる、慣性センサ使用システムの温度補正構造等を提供することである。
【００１１】
なお、上記特許文献１開示技術は、角速度センサにおける温度補正方法に関して明示されている。具体的には角速度センサの温度特性を２本の直線からなる折れ線にて補正する方法である。この場合角速度センサの温度特性が曲線である場合、直線の補正線との間で誤差が発生する。
【００１２】
また、特許文献２開示技術は、角速度センサの温度特性を、車両停車時毎にシステム側で記憶し、その記憶データを元にシステム側で温度補正する方法が明示されている。この場合、記憶された温度では精度良く補正ができるが、それ以外の温度では誤差が大きくなり、すべての使用温度を記憶するには、時間がかかり、また多くのメモリを必要とする。後述する本発明では、誤差を小さくかつ比較的容易に使用開始時より温度補正を行える点でより優れている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者は上記課題について検討した結果、
ｉ）センサ側でのリソースに応じた温度特性データの圧縮方法を決めること
ｉｉ）それをセンサ側ＡＳＩＣが持つユーザー領域に書き込むこと
ｉｉｉ）システム（ユーザー）側では、圧縮データを復元すること
ｉｘ）そのデータを使用して高度な温度補正をシステム側で実施すること
といった、センサ側、システム側での圧縮、復調方法について、ルール決めが必要となることに想到した。
【００１４】
そして、これに基づく解決手段として、
ａ）センサ側ＡＳＩＣがユーザー領域を有する記憶領域を持つこと
ｂ）記憶容量に応じて記憶データに意味づけ（計算式など）を行うこと
ｃ）記憶すべきデータを取得（温度特性の取得）し、センサ側ＡＳＩＣの記憶領域に書き込むこと
ｄ）センサシステム側では、ユーザー領域に書き込んだデータを上記意味づけに沿って復調すること
ｅ）上記復調データを用いてシステム側の補正ルーチンを行うこと
という方式を構想した。
【００１５】
つまり、小容量の汎用メモリ等でも十分な情報量を得るために、温度特性データを圧縮すること、そしてシステム側では、予めその圧縮方法に準じた復調方式を備えておき、そのデータを使って温度特性の補正に使用するという方式をとることによって、上記課題を解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１６】
〔１〕  慣性センサを用いたシステムにおける演算誤差の原因となる温度変化を補正するための温度補正構造であって、該慣性センサの温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮し、該圧縮されたデータ（「圧縮データ」という。）を記憶する記憶領域と、記憶領域に記憶された該圧縮データを読み込み、読み込まれた該圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって該慣性センサの温度変化に対する補正データへ復調する復調部と、該復調されたデータ（「復調データ」という。）を用いて温度補正処理を行う補正処理部とを備えてなることを特徴とする、慣性センサ使用システムの温度補正構造。
〔２〕  前記記憶領域は前記慣性センサに設けられ、前記復調部は該慣性センサ外に設けられていることを特徴とする、〔１〕に記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
〔３〕  前記圧縮ルールおよび復調ルールは共通の演算方法によるものであることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
〔４〕  前記補正データは、静止時出力および感度の補正データを含み、それぞれ２次以上の多項式で表現できることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造。
【００１７】
〔５〕  〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載の慣性センサ使用システムの温度補正構造を構成するための、温度補正構造用の慣性センサ。
〔６〕  〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載の温度補正構造を備えた、慣性センサ使用システム。
〔７〕  下記＜Ｓ＞列挙のいずれかであることを特徴とする、〔６〕に記載の慣性センサ使用システム。
＜Ｓ＞  カーナビゲーションシステム、自動車運転システム、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）、慣性計測装置（ＩＭＵ）、ロボット姿勢制御システム
〔８〕  慣性センサを用いたシステムにおける演算誤差の原因となる温度変化を補正するための温度補正方法であって、該慣性センサの温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮する圧縮処理過程と、該圧縮されたデータ（圧縮データ）を記憶領域に記憶させる記憶過程と、該記憶領域に記憶された該圧縮データを読み込み、読み込まれた該圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって該慣性センサの温度変化に対する補正データへの復調を行う復調過程（復調処理過程）と、該復調されたデータ（「復調データ」という。）を用いて温度補正処理を行う補正処理過程とからなることを特徴とする、慣性センサ使用システムの温度補正方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の慣性センサ使用システムの温度補正構造、慣性センサ、慣性センサ使用システム、および慣性センサ使用システムの温度補正方法は上述のように構成されるため、これによれば、小容量の汎用メモリ等の使用であっても十分な情報量を得ることができ、それによって、比較的簡単に、より低コストかつ高精度の補正結果を得ることができる。
【００１９】
本発明によれば、カーナビゲーションシステム、自動車運転システム、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）、慣性計測装置（ＩＭＵ）、ロボット姿勢制御システム、カメラ等の手ぶれ補正機能を有するカメラ等、慣性センサ（角速度センサ、加速度センサ）を使用するシステムにおいて、温度変化により発生する出力変化による演算誤差を比較的簡単、安価に、しかも精度良く小さくすることができる。
【００２０】
特にセンサ側では、アナログ・デジタル混載回路の規模を圧縮することができ、シンプルで、より安価な回路構成とすることができる。またシステム側では、個々の温度特性の測定をすることなくそれに劣らない温度補正処理を行うことができ、システムとしての性能向上やコストダウンに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明慣性センサ使用システムの温度補正構造および当該システムの基本構成を示す概念図である。
【図２】本発明慣性センサ使用システムの温度補正方法の基本構成を示す説明図である。
【図３】温度特性の取得例として別の例を示すグラフである。
【図４】温度特性の測定データから温度補正（オフセット・バイアス）圧縮データへの書き込み例を示すマトリックスである。
【図５】学習により温度補正を行う従来の方法例をグラフにより示す説明図である。
【図６】従来の別の温度補正方法をグラフにより示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明慣性センサ使用システムの温度補正構造および当該システムの基本構成を示す概念図である。図示するように本温度補正構造１００は、慣性センサ２０を用いたシステム５０における演算誤差の原因となる温度変化を補正するための温度補正構造１００であって、慣性センサ２０の温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮し、圧縮されたデータ（圧縮データ）を記憶する記憶領域１２と、記憶領域１２に記憶された圧縮データを読み込み、読み込まれた圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって慣性センサの温度変化に対する補正データへ復調する復調部３０と、復調部３０で復調されたデータ（復調データ）を用いて温度補正処理を行う補正処理部４０とを備えてなることを、主たる構成とする。なお、圧縮ルールおよび復調ルールは共通の演算方法によるものとする。
【００２３】
また、図示するように、本温度補正構造１００を構成する各要素のうち記憶領域１２は慣性センサ２０に設けられ、復調部３０は本システム５０内であって慣性センサ２０の外、すなわちシステム５０側に設けるものとする。なお、補正処理部４０もまた、システム５０側に設けられる。
【００２４】
かかる構成により本発明の温度補正構造１００では、記憶領域１２においては、慣性センサ２０の温度変化に対する補正データが所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮されてなる圧縮データが記憶され、復調部３０においては、記憶領域１２に記憶された圧縮データが読み込まれて、圧縮ルールと共通の演算方法による復調ルールに基づき慣性センサの温度変化に対する補正データへの復調処理がなされ、補正処理部４０においては、復調データを用いて、システム５０における演算誤差の原因となる温度変化補正（温度補正）処理が行われる。
【００２５】
図示するように本発明の慣性センサ使用システムの温度補正方法は、慣性センサ２０を用いたシステム５０における演算誤差の原因となる温度変化を補正するためのものであって、慣性センサ２０の温度変化に対する補正データを所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮する圧縮処理過程Ｐ１と、圧縮されたデータ（圧縮データ）を記憶領域１２に記憶させる記憶過程Ｐ２と、記憶領域１２に記憶された圧縮データを読み込み、読み込まれた圧縮データから所定の演算方法による復調ルールによって慣性センサ２０の温度変化に対する補正データへの復調を行う復調過程（復調処理過程）Ｐ３と、復調されたデータ（復調データ）を用いて温度補正処理を行う補正処理過程Ｐ４とから構成される。なお、補正データには静止時出力および感度の補正データが含まれ、それぞれ２次以上の多項式で表現することができる。
【００２６】
かかる構成により、本発明の慣性センサ使用システムの温度補正方法では、圧縮処理過程Ｐ１において、慣性センサ２０の温度変化に対する補正データが所定の演算方法による圧縮ルールによって圧縮されて圧縮データとなり、ついで記憶過程Ｐ２において、圧縮データが記憶領域１２に記憶させられ、ついで復調過程（復調処理過程）Ｐ３において、記憶領域１２に記憶された圧縮データが読み込まれて所定の演算方法による復調ルールによって慣性センサ２０の温度変化に対する補正データへの復調が行われ、そして補正処理過程Ｐ４において、復調データを用いた温度補正処理が行われる。このようにして、慣性センサ２０を用いたシステム５０における演算誤差の原因となる温度変化が補正される。
【００２７】
なお、温度補正構造を備えたシステム５０自体、および温度補正構造１００を構成するための慣性センサ２０自体もまた、本発明の範囲内である。また、本発明システム５０としては、たとえば、カーナビゲーションシステム、自動車運転システム、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）、慣性計測装置（ＩＭＵ）、ロボット姿勢制御システム等が挙げられる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。
＜１  基本構成＞
図２は、本発明慣性センサ使用システムの温度補正方法の基本構成を示す説明図である。図示するように本補正方法ではまず、センサ温度特性の圧縮処理が行われるが、これは、特性予測に十分な最小数の＜複数温度−出力データ＞が演算されることによってなされる。圧縮データ＜演算された温度−出力データ＞は圧縮処理過程で生成され、その後、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・のようにセンサ内部メモリに書き込まれる（格納される）。
【００２９】
ついで、センサ内部メモリのメモリデータから当該圧縮データが読み込まれ（図では、「復調１」）、さらに圧縮データから多項近似等によって温度特性が復調処理されて（図では、「復調２」）、復調データが得られる。復調データは温度補正処理（温度補正演算）を行う補正処理部へと送られ、所定の補正計算に供される。なお、圧縮処理と復調処理における計算方法（計算ルール）は共通化されたものとすることにより、本方法の構成を簡易化できる。
【００３０】
＜２  温度特性データの取得と特徴量（補正量）の書き込み例＞
データ圧縮を前提とした温度特性データの取得と特徴量（補正量）の書き込み例を示す。
図３は、測定温度範囲における０点(静止時、無負荷時) 出力の変化を角速度換算したグラフである。なお、後掲図４に例を示す圧縮データ書き込みは本図に示す温度特性データに基づくものである。
【００３１】
図４は、温度特性の測定データから温度補正（オフセット・バイアス）圧縮データへの書き込み例を示すマトリックスである。つまり、従来のＩＣ内部補正を行う場合の計算方法に倣い、所定の圧縮ルールに基づいて書き込むデータの最適値の選び方例を示すものである。図では、下記圧縮ルールを元に、任意５点を５℃毎ずらして<５>の計算を実施し、それを表化したものの一部を示している。
【００３２】
データの圧縮ルール例；
<１>  取得した温度特性データを７点の温度・出力で表現する。
<２>  ７点の温度のうち、２点の温度は固定とし、残り５点の温度（Ｖ１〜Ｖ５）を任意に設定する。
<３>  任意の５点の温度（Ｖ１〜Ｖ５）は、たとえば５℃毎の温度（５の倍数の温度）とする。
<４>  ７点の出力データは、出力値で表現するのではなく、たとえば直線式で表現する。
（例．Ｖ１，Ｖ２間の変化量を求め、その変化量をメモリに書き込む。このようにすることで、書き込むデータ量を減らすことができる。）
<５>  ７点のデータは、たとえば７点のデータを元に、指定した次数の式、たとえば５次式
ａｘ５＋ｂｘ４＋ｃｘ３＋ｄｘ２＋ｅｘ＋ｆ  
の近似線を求め、その近似線と実際の測定により取得したデータのミスマッチ（相違）が最も小さい条件（切り替え温度と傾斜）一つを採用し、これをメモリに書き込む。
【００３３】
つまり、基本的には設定した全組み合わせについて計算を行い、その中で最小値をメモリに書き込む条件として選ぶ。なお、少なくとも、
測定データ間隔≦Ｖ１〜Ｖ５設定間隔  
とする必要がある。また、設定間隔は小さくするほどミスマッチを小さくできる可能性があるが、計算時間および温度を表現するためのデータ量が多く必要になるというデメリットもあるため、これらを考慮して設定間隔を決める。
【００３４】
図４に示す例での計算概要を説明する。
測定データは２．５℃毎に抽出する。
−４０℃と（上限温度）は固定とし、Ｖ１〜Ｖ５を５℃毎に切り替え、温度をインクリメントし（増やし）て得る全条件について近似線（切り替え温度と傾斜）を計算し、それと実測との差すなわちミスマッチ最大値を計算させる。
【００３５】
下記は、計算実施する条件の一部である。
条件１  Ｖ１：−３５℃のデータ、Ｖ２：−３０℃データ、Ｖ３：−２５℃データ、Ｖ４：−２０℃データ、Ｖ５：４０℃データ
条件２  Ｖ１：−３５℃のデータ、Ｖ２：−３０℃データ、Ｖ３：−２５℃データ、Ｖ４：−２０℃データ、Ｖ５：４５℃データ
・・・
条件ｎ  Ｖ１：−３５℃のデータ、Ｖ２：−２０℃データ、Ｖ３：−１５℃データ、Ｖ４：２０℃データ、Ｖ５：２５℃データ
・・・
条件ｚ  Ｖ１：７０℃のデータ、Ｖ２：７５℃データ、Ｖ３：８０℃データ、Ｖ４：８５℃データ、Ｖ５：９０℃データ
【００３６】
このような計算を繰り返し行い、総当たりで最もミスマッチの少ない条件を探し出し、これを圧縮データとしてメモリに書き込む。そして、圧縮ルールと共通する復調ルールを用いて圧縮データから温度特性データを復調し、補正処理に供する。
【００３７】
また、その他としては、近似式の係数がわかるようなデータをメモリに書き込む方法もある。たとえば、図４のデータから５次式
ａｘ５＋ｂｘ４＋ｃｘ３＋ｄｘ２＋ｅｘ＋ｆ
を求め、それぞれの係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを算出できるような圧縮／復調ルールを決定し、データを書き込む。圧縮／復調ルールとしては、たとえば各係数毎に定数を決め、書込みデータ×定数で求めるようにする。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の慣性センサ使用システムの温度補正構造、慣性センサ、慣性センサ使用システム、および慣性センサ使用システムの温度補正方法によれば、カーナビゲーションシステム、自動車運転システム、ＡＤＡＳ、ＩＭＵ、ロボット姿勢制御システム、カメラ等の手ぶれ補正機能を有するカメラ等、慣性センサを使用するシステムにおいて、温度変化により発生する出力変化による演算誤差を比較的簡単、安価に、しかも精度良く小さくすることができる。したがって、当該分野および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３９】
１２…記憶領域
２０…慣性センサ
３０…復調部
４０…補正処理部
５０…慣性センサを用いたシステム
１００…慣性センサ使用システムの温度補正構造
Ｐ１…圧縮処理過程
Ｐ２…記憶過程
Ｐ３…復調過程（復調処理過程）
Ｐ４…補正処理過程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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