(57)【要約】【課題】  一つの慣性センサーのダイナミックレンジを可変として、緩やかな動き及び急激な動きを共に高精度な信号として検出することができる電子機器を提供すること。【解決手段】  電子機器５００は、慣性センサー１０と、慣性センサーからの入力信号を処理して物理量を表す出力信号を生成する信号処理部６０と、を有し、信号処理部６０（８０，１３０）は、出力信号ＱＳＶに基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成し、
前記生成された出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更することを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記出力信号を判定するための第１閾値及び前記第１閾値よりも小さい第２閾値が予め設定され、
前記出力信号が前記第１閾値よりも大きいと判定した場合、前記ダイナミックレンジを拡げ、
前記出力信号が前記第２閾値より小さいと判定した場合、前記ダイナミックレンジを狭めることを特徴とする信号処理方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記ダイナミックレンジから第１の基準範囲及び前記第１の基準範囲よりも狭い第２の基準範囲を設定し、
前記出力信号の標準偏差σを算出し、
−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が前記第１の基準範囲よりも広い場合、前記ダイナミックレンジを拡げ、
−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が前記第２の基準範囲よりも狭い場合、前記ダイナミックレンジを狭めることを特徴とする信号処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
第１のダイナミックレンジと対応付けられている第１の校正データと、
第２のダイナミックレンジと対応付けられている第２の校正データと、
を予め記憶し、
前記第１のダイナミックレンジに変更する場合、前記第１の校正データを用いて、信号処理の設定を変更し、
前記第２のダイナミックレンジに変更する場合、前記第２の校正データを用いて、信号処理の設定を変更することを特徴とする信号処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記出力信号をデジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号をデジタルフィルタリング処理し、
前記第１の校正データ及び前記第２の校正データは、前記デジタルフィルタリング処理の設定データを含む、ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項６】
慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成する信号処理部を含み、
前記信号処理部は、前記出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更することを特徴とする信号処理装置。
【請求項７】
慣性センサーと、
前記慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成する信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、前記出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更することを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項７において、
第１のダイナミックレンジ及び第１の判定動作を有する第１動作モードと、
前記第１のダイナミックレンジと異なる第２のダイナミックレンジ及び前記第１の判定動作と異なる第２の判定動作を有する第２動作モードと、
があらかじめ設定され、
前記出力信号により算出された動作が、前記第１の判定動作に含まれる場合、
前記第１モードに切り替わると同時に、前記第１のダイナミックレンジへ変更し、
前記出力信号により算出された動作が、前記第２の判定動作に含まれる場合、
前記第２モードに切り替わると同時に、前記第２のダイナミックレンジへ変更する、
ことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
請求項７において、
前記信号処理部はオペアンプを含み、前記オペアンプのゲインを前記出力信号に基づいて変更することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項７または８において、
前記信号処理部はアナログ−デジタル変換部を含み、前記出力信号に基づいて、量子化単位当たりの電圧値を変更すことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれか一項において、
第１のダイナミックレンジと対応付けられた第１の校正データと、
第２のダイナミックレンジと対応付けられた第２の校正データと、
を予め記憶している記憶部を含み、
前記信号処理部は、
前記第１のダイナミックレンジに変更する場合、前記第１の校正データを用いて、信号処理の設定を変更し、
前記第２のダイナミックレンジに変更する場合、前記第２の校正データを用いて、信号処理の設定を変更することを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記出力信号をデジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号をデジタルフィルタリング処理するフィルター処理部を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理方法、信号処理装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサー、角速度センサー等の慣性センサーが、ゴルフ、野球、テニス、歩行、ランニング等の広い用途でモーションセンサーとして用いられている。従来、慣性センサーは、特定の用途に使用されることを前提として製造されることが多かった。
【０００３】
一方、特許文献１，２には、ダイナミックレンジの異なる２つの加速度センサーを切り換えて使用することが開示されている。こうすると、緩やかな動きに対しては狭いダイナミックレンジの加速度センサーを用い、急激な動きに対しては広いダイナミックレンジの加速度センサーを用いることで、用途を拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５７７１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４２３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、センサーユニット内にダイナミックレンジの異なる２種類の慣性センサーを使用することは、部品点数の増加に伴う製品コストの上昇を招くという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、部品点数を増加することなく、一つの慣性センサーのダイナミックレンジを可変にすることにより、緩やかな動き及び急激な動きを共に高精度な信号として検出することができる信号処理方法、信号処理装置及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一態様は、
慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成し、
前記生成された出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更する信号処理方法に関する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、出力信号によりフィードバックがかけられて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更することができる。従って、一つの慣性センサーのダイナミックレンジを出力信号に基づいて自動的に変更して、緩やかな動き及び急激な動きを共に高精度な信号として検出することができる
【０００９】
（２）本発明の一態様では、前記出力信号を判定するための第１閾値及び前記第１閾値よりも小さい第２閾値が予め設定され、前記出力信号が前記第１閾値よりも大きいと判定した場合、前記ダイナミックレンジを拡げ、前記出力信号が前記第２閾値より小さいと判定した場合、前記ダイナミックレンジを狭めることができる。それにより、出力信号が第１閾値よりも大きい場合でも出力レンジを飽和することがなく、出力信号が第２閾値よりも小さい場合には出力レンジを有効に利用して信号の分解能を高めることができる。
【００１０】
（３）本発明の一態様では、前記ダイナミックレンジから第１の基準範囲及び前記第１の基準範囲よりも狭い第２の基準範囲を設定し、前記出力信号の標準偏差σを算出し、−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が前記第１の基準範囲よりも広い場合、前記ダイナミックレンジを拡げ、−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が前記第２の基準範囲よりも狭い場合、前記ダイナミックレンジを狭めることができる。±２σ乃至±４σの範囲には、収集される出力信号群の９５．４５％〜９９．９９％であるためほぼカバーされる。±２σ乃至±４σの範囲に基づいてダイナミックレンジを変更することで、出力レンジを飽和することなく分解能が高い信号を収集することができる。
【００１１】
（４）本発明の一態様では、第１のダイナミックレンジと対応付けられている第１の校正データと、第２のダイナミックレンジと対応付けられている第２の校正データと、
を予め記憶し、前記第１のダイナミックレンジに変更する場合、前記第１の校正データを用いて、信号処理の設定を変更し、前記第２のダイナミックレンジに変更する場合、前記第２の校正データを用いて、信号処理の設定を変更することができる。
ダイナミックレンジを変更すると、オフセット電圧補償がやり直しになるという相関がある。
そこで、変更されるダイナミックレンジと相関のある校正データを予め記憶しておき、ダイナミックレンジの変更時に合わせて校正データに基づいて校正が実施される。
それにより、ダインミックレンジ変更毎の校正が簡易となる。なお、予め記憶された校正データを用いて校正を実施した後に得られた出力信号等に基づいて、再度校正を実施しても良い。
【００１２】
（５）本発明の一態様では、前記出力信号をデジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号をデジタルフィルタリング処理し、前記第１の校正データ及び前記第２の校正データは、前記デジタルフィルタリング処理の設定データを含むことができる。
ダイナミックレンジを変更することによりフィルター特性を変更する必要がある。フィルタリング処理はアナログ信号に対して行っても良いが、デジタルフィルタリングではソフトウェアによりフィルター特性を容易に変更することができる。
【００１３】
（６）本発明の他の態様は、
慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成する信号処理部を含み、
前記信号処理部は、前記出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更する信号処理装置に関する。
本発明の他の態様では、本発明の一態様に係る信号処理方法が実施されるＩＣ等の信号処理装置が定義されている。
【００１４】
（７）本発明のさらに他の態様は、
慣性センサーと、
前記慣性センサーからの入力信号に基づいて、物理量を表す出力信号を生成する信号処理部と、
を含み、
前記信号処理部は、前記出力信号に基づいて、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジを変更する電子機器に関する。本発明のさらに他の態様では、慣性センサーと信号処理装置とを内蔵する携帯機器等の電子機器が定義されている。
【００１５】
（８）本発明のさらに他の態様では、
第１のダイナミックレンジ及び第１の判定動作を有する第１動作モードと、
前記第１のダイナミックレンジと異なる第２のダイナミックレンジ及び前記第１の判定動作と異なる第２の判定動作を有する第２動作モードと、
があらかじめ設定され、
前記出力信号により算出された動作が、前記第１の判定動作に含まれる場合、
前記第１モードに切り替わると同時に、前記第１のダイナミックレンジへ変更し、
前記出力信号により算出された動作が、前記第２の判定動作に含まれる場合、
前記第２モードに切り替わると同時に、前記第２のダイナミックレンジへ変更する、
ことができる。
そうすることにより、電子機器の信号処理部のダイナミックレンジを最適なダイナミックレンジに変更することができるので、飽和することなく分解能が高い信号を収集することができる。
【００１６】
（９）本発明のさらに他の態様では、前記信号処理部はオペアンプを含み、前記オペアンプのゲインを前記出力信号に基づいて変更することができる。こうして、アナログ回路によりダイナミックレンジを変更することができる。
【００１７】
（１０）本発明のさらに他の態様では、前記信号処理部はアナログ−デジタル変換部を含み、前記出力信号に基づいて、量子化単位当たりの電圧値を変更すことができる。こうして、デジタル回路によりダイナミックレンジを変更することができる。
【００１８】
（１１）本発明のさらに他の態様では、
第１のダイナミックレンジと対応付けられた第１の校正データと、
第２のダイナミックレンジと対応付けられた第２の校正データと、
を予め記憶している記憶部を含み、
前記信号処理部は、
前記第１のダイナミックレンジに変更する場合、前記第１の校正データを用いて、信号処理の設定を変更し、
前記第２のダイナミックレンジに変更する場合、前記第２の校正データを用いて、信号処理の設定を変更することができる。こうして、ダインミックレンジ変更毎の校正が簡易となる。
【００１９】
（１２）本発明のさらに他の態様では、前記出力信号をデジタル信号に変換することにより、前記デジタル信号をデジタルフィルタリング処理するフィルター処理部を含むことができる。このように、フィルター部は、アナログフィルターに限らずデジタルフィルタリング処理するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子機器のブロック図である。
【図２】図１に示す検出装置の検出回路（信号処理部）のブロック図である。
【図３】広いダイナミックレンジと狭いダイナミックレンジとを示す図である。
【図４】ダイナミックレンジ調整回路の一例を示す回路図である。
【図５】同期検波回路に接続される校正回路を示す図である。
【図６】電子機器をヘッドマウントディスプレイで構成した一例を示す図である。
【図７】電子機器をリスト型端末で構成した一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２２】
１．慣性センサーを内蔵する電子機器
慣性センサーを内蔵する電子機器は、例えば歩行、ランニング、その他の運動時にリストまたは頭部等の身体に装着されるウェアラブル型電子機器、携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、ロボット、ゲーム機、携帯型情報端末等の種々のものが知られている。
【００２３】
図１は、そのような電子機器のブロック図である。電子機器５００はセンサーユニット５１０と演算部５２０を含む。またメモリ５３０、操作部５４０、表示部５５０を含むことができる。演算部（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）５２０はセンサーユニット５１０等の制御や電子機器５００の全体制御を行う。また演算部５２０は、センサーユニット（物理量トランスデューサ）５１０により検出された角速度情報（物理量）に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、電子機器５００に求められる必要な処理として、手ぶれ補正、姿勢制御、ＧＰＳ自律航法などのための処理を行う。メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）５３０は、制御プログラムや各種データを記憶し、ワーク領域やデータ格納領域として機能する。操作部５４０はユーザーが電子機器５００を操作するためのものであり、表示部５５０は種々の情報をユーザーに表示する。
【００２４】
センサーユニット５１０は振動子１０と検出装置３０とを含む。図１の慣性センサーである振動子１０は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される音叉型の圧電振動子であり、駆動用振動子１１、１２と、検出用振動子１６、１７を含む。駆動用振動子１１、１２には駆動端子２、４が設けられ、検出用振動子１６、１７には検出端子６、８が設けられている。
【００２５】
検出装置３０が含む駆動回路４０は、駆動信号（駆動電圧）を出力して振動子１０（広義には物理量トランスデューサ）を駆動し、振動子１０からフィードバック信号を受ける。これにより振動子１０を励振させる。検出軸１９を中心に振動子１０（ジャイロセンサー）が回転すると、振動速度ｖの振動方向と直交する方向にコリオリ力Ｆｃが発生する。信号処理部である検出回路６０は、駆動信号により駆動される振動子１０から入力信号（検出電流、電荷）を受け、入力信号から所望信号（コリオリ力信号）を検出（抽出）して、物理量を表す出力信号を出力する処理を行う。
【００２６】
なお図１では、振動子１０が音叉型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動子１０はこのような構造に限定されない。例えばＴ字型やダブルＴ字型等であってもよい。また振動子１０の圧電材料は水晶以外であってもよい。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。
【００２７】
また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いてＭＥＭＳ型振動子を形成することもできる。また、振動子の振動（駆動）方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
【００２８】
２．検出装置の検出回路（信号処理部、信号処理装置）
図２に本実施形態の検出装置３０の構成例を示す。なお検出装置３０は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略し、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００２９】
検出装置３０に設けられる検出回路６０は、増幅回路７０、ダイナミックレンジ調整回路８０、同期検波回路１００、フィルター部１１０を含む。なおこれらの一部を省略する構成としてもよい。
【００３０】
２．１．増幅回路
増幅回路７０は、振動子１０から入力される入力信号ＩＳＰ、ＩＳＭを増幅する。この増幅回路７０は、Ｑ／Ｖ変換回路７２、７４、差動増幅回路７６を含む。
【００３１】
Ｑ／Ｖ変換回路７２、７４は、振動子１０からの入力信号ＩＳＰ、ＩＳＭを受け、振動子１０で発生した電荷（電流）を電圧に変換する。差動増幅回路７６は、Ｑ／Ｖ変換回路７２、７４からの信号ＶＳ１Ｐ、ＶＳ１Ｍの差動増幅を行う。
【００３２】
差動増幅回路７６は、振動子１０からの入力信号ＩＳＰ、ＩＳＭに対応する差動信号の差動増幅を行う。この差動信号は、第１の信号（正相入力信号）ＶＳ１Ｐと第２の信号（逆相入力信号）ＶＳ１Ｍにより構成される。この差動増幅回路７６の差動増幅により、センサー信号（出力信号）と同相の不要信号（妨害信号）である静電結合漏れ信号を除去できる。
【００３３】
２．２．ダイナミックレンジ調整回路
ダイナミックレンジ調整回路８０は、感度を調整することでダイナミックレンジを可変する。図３に示すように、一定の出力電圧幅（出力レンジ）で、出力電圧の傾き（＝感度）を急にすると物理量（角速度）のダイナミックレンジは広がり、逆に、出力電圧の傾きを緩やかにすると物理量（角速度）のダイナミックレンジは狭まる。換言すれば、単位物理量当たりの電圧値を変更することにより、ダイナミックレンジは変更される。
【００３４】
ダイナミックレンジ調整回路８０の一例を図４に示す。図４では、ダイナミックレンジ調整回路８０が、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ）として動作すると共にハイパスフィルターとして動作する。またアクティブフィルターであるハイパスフィルターと可変ゲインアンプとで、オペアンプが共用される。
【００３５】
図４に示す非反転増幅型のダイナミックレンジ調整回路８０は、オペアンプＯＰＤ１を含む。また、入力ノードＮＤ１とノードＮＤ２との間に設けられるキャパシタＣＤ１と、ノードＮＤ２と基準電源電圧ＡＧＮＤ（第１の電源電圧）のノードとの間に設けられる抵抗ＲＤ１を含む。また、出力ノードＮＤ３とＡＧＮＤのノードとの間に設けられる可変抵抗ＲＤ２、ＲＤ３を含む。また、オペアンプＯＰＤ１の非反転入力端子にノードＮＤ２が接続され、オペアンプＯＰＤ１の反転入力端子に可変抵抗ＲＤ２、ＲＤ３の出力タップＱＴ（ノードＮＤ４）が接続され、オペアンプＯＰＤ１の出力端子に出力ノードＮＤ３が接続される。
【００３６】
図４では、出力ノードＮＤ３と出力タップＱＴ（ＮＤ４）との間の可変抵抗ＲＤ３の抵抗値と、出力タップＱＴ（ＮＤ４）とＡＧＮＤのノードの間の可変抵抗ＲＤ２の抵抗値が、感度の調整データＤＰＧＡ［ｍ：０］に基づいて可変に制御される。これにより、ダイナミックレンジ調整回路８０のゲインが調整されて、感度調整によりダイナミックレンジが調整される。
【００３７】
例えば可変抵抗ＲＤ２、ＲＤ３の抵抗値をＲ２、Ｒ３とすると、ＰＧＡであるダイナミックレンジ調整回路８０のゲインはＧ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２になる。具体的には、可変抵抗に対して複数の出力タップを設けておき、その複数の出力タップの中から調整データＤＰＧＡ［ｍ：０］に対応する出力タップＱＴを選択することで、可変抵抗ＲＤ２、ＲＤ３の抵抗値Ｒ２、Ｒ３が決定され、ゲインＧ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２が決定される。
【００３８】
同期検波回路（検波回路、検波器）１００は、増幅後の信号ＶＳ５に対して、参照信号（参照クロック）ＲＳに基づいて同期検波を行う。この同期検波により、センサー信号に対して９０度の位相差がある不要信号である機械振動漏れ信号を除去できる。
【００３９】
２．３．フィルター部及びアナログ−デジタル変換回路
フィルター部１１０は、同期検波後の信号ＶＳＱのフィルター処理を行う。具体的には、高周波成分を除去するローパスフィルター処理を行う。フィルター部１１０の出力ＶＳＱが、検出回路６０のアナログ出力信号（これを出力信号とも称する）。
【００４０】
アナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ）１２０は、フィルター部１１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号が検出回路５０のデジタル出力信号となる。
【００４１】
２．４．判定回路
判定回路１３０は、出力信号（アナログ出力信号、デジタル出力信号のいずれでも可）に基づいて、校正の要否を判定し、必要な情報を出力する（詳細は後述する）。判定回路１３０は、ダイナミックレンジを変更するか否かの判定にも兼用される。判定方法としては、出力信号から算出される一連の動作を比較するものと、出力信号と閾値とを比較するものと、出力信号の母集団（信号群）の標準偏差を基準範囲と比較するものとがある。
例えば、出力信号から算出される一連の動作が、ある動作モードへ切り替えるための予め設定された一連の動作に合致する場合、その動作モードへ切り替えると同時に、その動作モードに最適なダイナミックレンジへ切り替えることができる。例えば歩行又はランニングするユーザーに電子機器が装着される場合、上述した動作モードとは、歩行モード、ジョギングモードまたはランニングモード等、加速度及び角速度の少なくとも一方の大きさが異なる動作モードである。ゴルフクラブに装着される電子機器の場合、上述した動作モードとは、パター、アイアン、ウッドの各スイングモード等、加速度及び角速度の少なくとも一方の大きさが異なるモードである。
【００４２】
あるいは出力信号が第１閾値よりも大きいと判定した場合、ダイナミックレンジを狭め、出力信号が、第１閾値よりも小さい第２閾値より小さいと判定した場合、ダイナミックレンジを広めることができる。この場合の出力信号は、一連の動作の中で例えば絶対値が最大の出力信号等とすることができる。それにより、出力信号が第１閾値よりも大きい場合でも出力レンジを飽和することがなく、出力信号が第２閾値よりも小さい場合には出力レンジを有効に利用して信号の分解能を高めることができる。
【００４３】
あるいは、ダイナミックレンジについて、第１の基準範囲及び第１の基準範囲よりも狭い第２の基準範囲を設定しておく。そして、出力信号の標準偏差σを算出し、−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が第１の基準範囲よりも広い場合、ダイナミックレンジを拡げ、−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σの範囲が第２の基準範囲よりも狭い場合、ダイナミックレンジを狭めることができる。
【００４４】
なお、基準範囲は、例えば、速度の遅い歩行、速度の速い歩行、ジョギングおよびランニング、のそれぞれについて、例えば加速度計で計測して得た加速度に係るデータの母集団から予め作成することができる。各母集団について標準偏差σを算出し、そのσを用いて各母集団毎に求められる−２σから＋２σの範囲乃至−４σから＋４σのそれぞれの範囲を、基準範囲１〜基準範囲４とすることができる。
【００４５】
±２σ乃至±４σの範囲には、収集される出力信号群の９５．４５％〜９９．９９％であるためほぼカバーされる。±２σ乃至±４σの範囲に基づいてダイナミックレンジを変更することで、出力レンジを飽和することなく分解能が高い信号を収集することができる。
【００４６】
２．５．校正回路及び記憶部
校正回路１４０は、オフセット補償及び温度補償によって出力信号を校正する。図５は、例えば同期検波回路１００に接続される校正回路１４０を示している。なお、校正回路１４０が接続される回路は、同期検波回路１００以外であっても良い。先ず、同期検波回路１００は、入力信号のレベルを反転せずに伝達する第１の信号経路（以下、正転経路という）と、反転アンプによって反転して伝達する第２の信号経路（以下、反転経路という）とを有する。正転経路には、抵抗ＲＤ１４と、第１のスイッチＳＷ１とが設けられる。反転経路には、反転アンプ（入力抵抗ＲＤ１１と、オペアンプＯＰＤ２と、帰還抵抗ＲＤ１３とにより構成される）と、第２のスイッチＳＷ２と、を有する。
【００４７】
第１および第２のスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）は、例えばＮＭＯＳトランジスタで構成される。第１のスイッチＳＷ１は、参照信号ＳＤＥＴによってオン／オフされる。第２のスイッチＳＷ２は、参照信号ＳＤＥＴをインバータＩＮＶ１でレベル反転した信号／ＳＤＥＴによってオン／オフ駆動される。
【００４８】
また、オフセット補償回路１４１は、フィルター部１１０の出力ＶＳＱに重畳されるオフセット電圧Ｖｏｆｆをキャンセルするためのオフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍを発生するＶｏｆｆｍ電圧発生部１４１Ａを有する。オフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍは、加算回路１４１Ｂによって、ＡＧＮＤ発生部１４２が生成したアナログ基準電圧ＡＧＮＤに加算される。これによって、ＶＡｏｆｆ（＝Ｖｏｆｆｍ＋ＡＧＮＤ）が生成される。ＶＡｏｆｆは、抵抗ＲＤ１２を経由して、同期検波回路１００内のノードＸに印加される。すなわち、ＶＡｏｆｆは、同期検波回路１００の反転経路に設けられる反転アンプＯＰＤ２の反転入力端子に印加される。
【００４９】
ここで、Ｖｏｆｆｍ＝−Ｖｏｆｆである。つまり、オフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍとアナログ基準電圧ＡＧＮＤとの電位差は、オフセット電圧Ｖｏｆｆとアナログ基準電圧ＡＧＮＤとの電位差と同じであり、かつ、オフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍのアナログ基準電圧ＡＧＮＤを基準とした極性は、オフセット電圧Ｖｏｆｆのアナログ基準電圧ＡＧＮＤを基準とした極性と反対である。なお、以下の説明において「極性」というとき、基準となる電圧はＡＧＮＤである。図６の場合、オフセット補償回路１４１から出力されるＶｏｆｆｍが、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に加えられる。例えば、オフセット電圧Ｖｏｆｆが正極性（Ｖｏｆｆ＞０）である場合、オフセット補償回路１４１から出力されるオフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍも正極性（Ｖｏｆｆｍ＞０）であるが、ＶｏｆｆｍはオペアンプＯＰ１の反転入力端子に印加されるため、結果的に、オフセット電圧（＋Ｖｏｆｆ）とは逆の極性の−Ｖｏｆｆｍが、信号伝送路に加えられたことになる。
【００５０】
すなわち、ＶＡｏｆｆ（＝Ｖｏｆｆｍ＋ＡＧＮＤ）の印加によって、同期検波後の信号（直流電圧）のレベルが低下（あるいは上昇）する。この変動分の電圧値を、検波出力に重畳されるオフセット電圧Ｖｏｆｆの電圧値に一致させれば、検波出力Ｖｏｕｔに重畳されるオフセット電圧Ｖｏｆｆを除去することができる。
【００５１】
オフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍの電圧値は、判定回路１３０から入力される調整信号ＱＸによって、調整することができる。すなわち、判定回路１３０は、ＡＧＮＤ発生部１４２が生成したＡＧＮＤと、フィルター部１１０からの出力ＶＳＱとを比較し、出力ＶＳＱに重畳されるオフセット電圧Ｖｏｆｆの有無を判定する。判定回路１３０から調整信号ＱＸが入力されると、その調整信号ＱＸによって、ＲＯＭ等の記憶部１５０内の調整テーブルがアクセスされ、その結果、調整テーブル３０２から校正データＱＤが出力される。この校正データＱＤによって、オフセット補償回路１４１の電圧発生部１４１Ａがオフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍの電圧値を決定する。
【００５２】
また、温度補償回路１４３は、例えば、ＶＴＳ発生部１４３Ａと加算回路１４３Ｂとを有する。ＶＴＳ発生部１４３Ａから温度補償電圧ＶＴＳが生成される。この温度補償電圧ＶＴＳは、加算回路１４３Ｂによって、ＡＧＮＤ発生部１４２が生成したＡＧＮＤに加算される。アナログ基準電圧ＡＧＮＤの電圧レベルは、環境温度によって変動する（例えば、温度が高くなるにつれて、ＡＧＮＤの電圧レベルは減少する）。これによって、温度補償後のアナログ基準電圧Ｖｔｅｍｐ（＝ＶＴＳ＋ＡＧＮＤ）が生成される。Ｖｔｅｍｐは、同期検波回路１００の反転経路に設けられる反転アンプＯＰＤ２の非反転入力端子（第２の入力ノード）に印加される。
【００５３】
このオフセット補償回路１４１と温度補償回路１４３は、ダイナミックレンジ調整回路８０が、ダイナミックレンジを変更する時と同期させてオフセット補償と温度補償を行うこともできる。例えば、第１のダイナミックレンジと対応付けられた第１の校正データＱＤ１と、第２のダイナミックレンジと対応付けられた第２の校正データＱＤ２とを記憶部１５０に記憶しておく。判定回路１３０からの調整信号ＱＸに基づき第１のダイナミックレンジに変更する場合、第１の校正データＱＤが記憶部から読み出される。判定回路１３０からの調整信号ＱＸに基づき第２のダイナミックレンジに変更する場合、第２の校正データＱＤ２が記憶部から読み出される。
【００５４】
ダイナミックレンジを変更すると、オフセット電圧補償がやり直しになるという相関がある。そこで、変更されるダイナミックレンジと相関のある校正データを予め記憶しておき、ダイナミックレンジの変更時に合わせて校正データに基づいて校正が実施される。それにより、ダインミックレンジ変更毎の校正が簡易となる。なお、予め記憶された校正データを用いて校正を実施した後に得られた出力信号等に基づいて、再度校正を実施しても良い。
【００５５】
また、同期検波回路１００には、高い増福率のアンプは設けられない。よって、交流信号が直流信号に変換されるとき（つまり、同期検波のとき）に、オフセット補償電圧Ｖｏｆｆｍと温度補償電圧ＶＴＳを、同じ箇所に加算することによって、回路の１／ｆノイズの影響を最小限化することができ、検出回路のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５６】
３．頭部装着型電子機器及びリスト装着型電子機器
図６は図１に示す電子機器５００として頭部装着型電子機器（ＨＭＤ：ヘッドマウントディスプレイ）を示している。
【００５７】
図６に示すように、ＨＭＤ５００は、ユーザーの頭部に装着される眼鏡本体５０１を有する。眼鏡本体５０１には、表示部５０２（図１の表示部５５０に相当）が設けられている。表示部５０２は、画像表示部５０３から射出した光束を、外界からユーザーの眼に向かう光束に統合することで、ユーザーから見た外界の実像に画像表示部５０３の虚像を重畳させる。
【００５８】
表示部５０２には、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレー）等の画像表示部５０３と、第１ビームスプリッター５０４と、第２ビームスプリッター５０５と、第１凹状反射ミラー５０６と、第２凹状反射ミラー５０７と、シャッター５０８と、凸状レンズ５０９とが備えられる。
【００５９】
第１ビームスプリッター５０４は、ユーザーの左眼の正面に配置され、画像表示部５０３から射出した光を、部分透過及び部分反射させる。
第２ビームスプリッター５０５は、ユーザーの右眼の正面に配置され、第１ビームスプリッター５０４からの部分透過光を、部分透過及び部分反射させる。
第１凹状反射ミラー５０６は、第１ビームスプリッター５０４の正面に配置され、第１ビームスプリッター５０４の部分反射光を部分反射させて、第１ビームスプリッター５０４を透過させてユーザーの左眼に導く。
第２凹状反射ミラー５０７は、第２ビームスプリッター５０５の正面に配置され、第２ビームスプリッター５０５の部分反射光を部分反射させて、第２ビームスプリッター５０５を透過させてユーザーの右眼に導く。
凸状レンズ５０９は、シャッター５０８が開放された時に第２ビームスプリッター５０５の部分透過光をＨＭＤ５００の外部に導く。
【００６０】
以上のＨＭＤ５００によると、ユーザーは、電子機器を手で持たず、しかも視界を遮ることがないので、運動時にも装着することができる。
【００６１】
あるいは、慣性センサーを内蔵した電子機器をリスト型端末とすることができる。図７は、ユーザーのリストに装着されるリスト型端末６００を示し、リスト型端末６００は操作部６０１及び表示部６０２を備え、本体内部に図１に示すセンサーユニット５１０、演算部５２０、メモリ５３０を備えている。
【００６２】
４．変形例
上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００６３】
例えば、慣性センサーはジャイロセンサーに限らず、加速度センサー等であっても良いし、ジャイロセンサーや加速度センサーは多軸のセンサーであっても良い。また、上記の実施形態ではアナログ回路においてダイナミックレンジの調整を実施したが、アナログ−デジタル回路１２０で実施しても良い。アナログの場合には図３の傾きを変えることでダイナミックレンジを調整するが、アナログの傾きに相当するのはデジタルでは量子化単位（ＬＳＢ）である。アナログ−デジタル回路１２０において校正回路１４０が量子化単位（ＬＳＢ）の電圧値を変更することができる。この場合、ダイナミックレンジ調整に伴う校正も、デジタルフィルタやサンプリング周波数等の測定アルゴリズムの変更を、演算部５２０をソフトウェアで制御することで、実施することができる。デジタルフィルタは、FIRフィルターやIIRフィルター等の特定の周波数成分を抽出するフィルターやカルマンフィルター等のノイズ除去を目的としたフィルター等の各種フィルターが含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  振動子（慣性センサー）、６０…検出回路（信号処理部）、８０…ダイナミックレンジ調整回路、１００…同期検波回路、１１０…フィルター部、１２０…アナログ−デジタル変換回路、１３０…判定回路、１４０…校正回路、１４１…オフセット補償回路、１４３…温度補償回路、１５０…記憶部、５００，６００…電子機器、５１０…センサーユニット
【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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【図７】
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