JP7491140B2 - 慣性センサー装置、及び慣性計測ユニット - Google Patents

Description

本発明は、慣性センサー装置、及び慣性計測ユニットに関する。

近年、電子デバイスとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製造された慣性センサーが開発されている。このような慣性センサーは、出力信号のＳ／Ｎ比が十分ではなく、高精度な計測を必要とする機器やシステムに適用するのが難しい。

特許文献１には、物理量検出回路に複数の物理量検出素子の検出電極を電気的に接続し、各物理量検出素子の検出電極から出力される信号が加算された検出信号を物理量検出回路に入力することで、加算回路を用いずに、ノイズ成分の大きさが物理量検出素子の数の平方根に反比例して小さい物理量信号を生成する物理量検出装置が開示されている。

特開２０１９－６０６８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、物理量検出装置である角速度検出装置及び加速度検出装置の各々から出力された角速度信号及び加速度信号を補正処理したり、角速度検出装置及び加速度検出装置の各々の検出動作を制御するために、信号処理回路や演算処理装置が物理量検出装置とは別に必要であり、慣性計測装置の小型化を図ることが困難であるという課題がある。

慣性センサー装置は、複数の慣性計測ユニットを有する慣性センサー装置であって、複数の慣性計測ユニットのうち１つの慣性計測ユニットは、慣性センサーと、他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部と、前記他の慣性計測ユニット及び当該慣性計測ユニットのデータを演算する合成処理部と、前記合成処理部の出力を送信する第１送信部と、を備える。

慣性計測ユニットは、複数の慣性計測ユニットを有する慣性センサー装置に用いられる慣性計測ユニットであって、慣性センサーと、他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部と、前記他の慣性計測ユニットのデータ及び当該慣性計測ユニットのデータを演算する合成処理部と、前記合成処理部の出力を送信する第１送信部と、を備える。

実施形態１に係る慣性センサー装置の斜視図。 実施形態１に係る慣性センサー装置の内部を示す平面図。 実施形態１に係る慣性センサー装置の基板及び慣性計測ユニットの分解斜視図。 実施形態１に係る第１慣性計測ユニットの分解斜視図。 実施形態１に係る第１慣性計測ユニットが有する回路基板の上面図。 実施形態１に係る第１慣性計測ユニットが有する回路基板の下面図。 実施形態１に係る第２慣性計測ユニットが有する回路基板の上面図。 実施形態１に係る第２慣性計測ユニットが有する回路基板の下面図。 実施形態１に係る慣性センサー装置のブロック図。 実施形態２に係る慣性センサー装置のブロック図。 実施形態３に係る慣性センサー装置のブロック図。

１．実施形態１
実施形態１に係る慣性センサー装置１の概略構成について、図１～図３を参照して説明する。なお、図２は、説明の便宜上、蓋９２の図示を省略してある。また、図２及び図３は、説明の便宜上、配線や端子等の図示を省略してある。また、図中、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。

図面に付記する座標においては、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸として説明する。Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Ｚ方向のプラス方向を「上」又は「上方」、Ｚ方向のマイナス方向を「下」又は「下方」として説明する。また、Ｚ方向から見たときの平面視において、Ｚ方向プラス側の面を上面、これと反対側となるＺ方向マイナス側の面を下面として説明する。

図１～図３に示すように、慣性センサー装置１は、基板１０と、それぞれ基板１０に搭載される第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂと、第３慣性計測ユニット２Ｃと、第４慣性計測ユニット２Ｄと、容器９と、コネクター９３と、通信基板９３１と、内部コネクター１１０と、を備える。

図１及び図２に示すように、容器９は、下方に窪む凹部９１１を有するベース９１と、凹部９１１を塞ぐようにベース９１に固定される蓋９２とを備える。容器９は、概略として直方体形状である。ベース９１及び蓋９２は、蓋９２により封止される凹部９１１の内側に収容空間Ｓを形成する。収容空間Ｓは、基板１０、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ、第４慣性計測ユニット２Ｄ、通信基板９３１、及び内部コネクター１１０等の各部品を収容するための空間である。

コネクター９３は、ベース９１の側壁に取り付けられている。コネクター９３は、容器９の内部と外部との間の電気的な接続を行うレセプタクルである。通信基板９３１は、慣性センサー装置１と他の装置との間の通信を処理する回路を有する。コネクター９３と、通信基板９３１と、は図示しない通信基板９３１に設けられた配線を介して電気的に接続している。また、通信基板９３１と、基板１０と、は基板１０に設けられた内部コネクター１１０及び図示しないケーブル配線を介して、電気的に接続している。

基板１０は、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ、第４慣性計測ユニット２Ｄ、及び内部コネクター１１０等を搭載している。

図２及び図３に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａ及び第２慣性計測ユニット２Ｂは、基板１０の下面においてＸ方向に沿って配列している。第３慣性計測ユニット２Ｃと、第４慣性計測ユニット２Ｄと、内部コネクター１１０と、は基板１０の上面においてＸ方向に沿って配列している。

また、基板１０の第１慣性計測ユニット２Ａが配置される部分には、第１慣性計測ユニット２Ａが有する後述する第１ユニットコネクター２５ａ及び第２ユニットコネクター２５ｂとそれぞれ電気的に接続する図示しないコネクターが設けられている。第１慣性計測ユニット２Ａは、基板１０に設けられた図示しないコネクター及び配線を介して、内部コネクター１１０、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ、第４慣性計測ユニット２Ｄに電気的に接続している。

同様に、基板１０のそれぞれ第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄが配置される部分には、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄが有する後述する第３ユニットコネクター２５ｃと電気的に接続する図示しないコネクターが設けられている。第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄは、基板１０に設けられた図示しないコネクター及び配線を介して、第１慣性計測ユニット２Ａに電気的に接続している。

次に、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄについて説明する。なお、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄと、は一部を除き同様の構成であるため、以下では、まず、第１慣性計測ユニット２Ａについて説明し、次に、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄについて、第１慣性計測ユニット２Ａと重複する説明は省略し、第１慣性計測ユニット２Ａとの相違点を説明する。

第１慣性計測ユニット２Ａについて、図４～図６を参照して説明する。なお、図４～図６は、説明の便宜上、配線や端子等の図示を省略してある。

第１慣性計測ユニット２Ａの説明にあたり、図４～図６に、互いに直交する３軸であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸を図示する。ａ軸、ｂ軸及びｃ軸は、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのそれぞれにおいて、角速度や加速度等の慣性計測の基準となる検出軸として定義される軸であり、慣性センサー装置１に対して設定された軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸とは異なる軸である。また、ａ軸に沿う方向を「ａ方向」、ｂ軸に沿う方向を「ｂ方向」、ｃ軸に沿う方向を「ｃ方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。

図４に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａは、アウターケース２１、インナーケース２２、接合部材２３及び回路基板２４を備える。アウターケース２１は、インナーケース２２が挿入される凹部を有する。アウターケース２１及びインナーケース２２は、回路基板２４を収容及び保持した状態で、接合部材２３により互いに接合される。第１慣性計測ユニット２Ａは、ｃ方向から見て例えば正方形状である。アウターケース２１は、例えば、上面の対角に位置する一対の角部のそれぞれに設けられたねじ孔２１１，２１２を有する。第１慣性計測ユニット２Ａは、ねじ孔２１１，２１２を利用してねじ止めされることにより基板１０に固定されている。

図５及び図６に示すように、回路基板２４には、第１ユニットコネクター２５ａ、第２ユニットコネクター２５ｂ、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ、第３角速度センサー２６ｃ、加速度センサー２７、ユニット制御部２８、マスター制御部１００等が搭載されている。

図５に示すように、回路基板２４は、ｃ方向から見て例えば正方形状である。第１角速度センサー２６ａは、回路基板２４のｂ軸及びｃ軸に沿う側面に配置され、ａ軸回りの角速度ωａを検出する。第２角速度センサー２６ｂは、回路基板２４のａ軸及びｃ軸に沿う側面に配置され、ｂ軸回りの角速度ωｂを検出する。第３角速度センサー２６ｃは、回路基板２４の上面２４１に配置され、ｃ軸回りの角速度ωｃを検出する。加速度センサー２７は、回路基板２４の上面２４１に配置され、ａ軸に沿う方向の加速度Ａａ、ｂ軸に沿う方向の加速度Ａｂ及びｃ軸に沿う方向の加速度Ａｃをそれぞれ検出する。

図６に示すように、ユニット制御部２８及びマスター制御部１００は、回路基板２４の下面２４２に配置される。それぞれ入力側端子及び出力側端子の２つの端子を有する第１ユニットコネクター２５ａ及び第２ユニットコネクター２５ｂは、回路基板２４の上面２４１に配置され、インナーケース２２に設けられる開口２２１を介して基板１０に対して露出している。

ユニット制御部２８は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、第１慣性計測ユニット２Ａの各部を制御する。ユニット制御部２８は、回路基板２４に設けられた図示しない配線を介して、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ、第３角速度センサー２６ｃ及び加速度センサー２７のそれぞれに電気的に接続している。また、ユニット制御部２８は、回路基板２４に設けられた図示しない配線を介して、マスター制御部１００に電気的に接続している。

マスター制御部１００は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、慣性センサー装置１の各部を制御する。マスター制御部１００は、回路基板２４の図示しない配線を介して、第１ユニットコネクター２５ａ及び第２ユニットコネクター２５ｂに電気的に接続している。なお、本実施形態では、ユニット制御部２８と、マスター制御部１００と、はそれぞれ別の回路素子、例えば、ＭＣＵを用いているが、ユニット制御部２８及びマスター制御部１００の両方を共通する回路素子に組み込むことも可能であり、ユニット制御部２８及びマスター制御部１００を、例えば、１つのＭＣＵに組み込むことにしても構わない。

第１ユニットコネクター２５ａは、基板１０に設けられた図示しないコネクター及び配線を介して、内部コネクター１１０に接続している。また、第２ユニットコネクター２５ｂは、基板１０に設けられた図示しないコネクター及び配線を介して、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄが有する後述する第３ユニットコネクター２５ｃに接続している。なお、第２ユニットコネクター２５ｂの形態は、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄと、の接続形態、例えば、スター型配線やバス型配線等に応じて設定される。

次に、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄについて、図７及び図８を参照して説明する。なお、図７及び図８は、説明の便宜上、配線や端子等の図示を省略してある。また、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄは、互いに同様の構成であるため、第２慣性計測ユニット２Ｂを例示して説明し、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの説明は省略する。なお、本実施形態では、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットとして、例えば、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの３個の慣性計測ユニットを使用しているが、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットの数は、３個に限るものでなく、１個以上であれば構わない。

第２慣性計測ユニット２Ｂは、図７及び図８に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａと異なり、マスター制御部１００と、第１ユニットコネクター２５ａと、及び第２ユニットコネクター２５ｂと、を有さない。また、第２慣性計測ユニット２Ｂは、図７及び図８に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａと異なり、第３ユニットコネクター２５ｃを有する。

第２慣性計測ユニット２Ｂでは、ユニット制御部２８は、回路基板２４に設けられた図示しない配線を介して、第３ユニットコネクター２５ｃに接続している。さらに、第３ユニットコネクター２５ｃは、基板１０に設けられた図示しないコネクター及び配線を介して、第１慣性計測ユニット２Ａの第２ユニットコネクター２５ｂに接続している。

次に、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄとの接続形態及び各慣性計測ユニット内部の電気的な構成について、図９を参照し説明する。なお、第３慣性計測ユニット２Ｃと第４慣性計測ユニット２Ｄの内部構成は、第２慣性計測ユニット２Ｂの内部構成と同じなので、図９では、第３慣性計測ユニット２Ｃと第４慣性計測ユニット２Ｄの内部構成の図示を省略する。

図９に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂと、はポイントツーポイント（Point-to-Point）で接続している。同様に、第１慣性計測ユニット２Ａと、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄと、はそれぞれポイントツーポイントで接続している。すなわち、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄは、それぞれ異なる通信線を介して、第１慣性計測ユニット２Ａを中心とするスター型配線により第１慣性計測ユニット２Ａと接続している。

このように、第１慣性計測ユニット２Ａを中心とするスター型配線で接続することにより、第１慣性計測ユニット２Ａは、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄを制御するマスターとして動作し、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄは、第１慣性計測ユニット２Ａに制御されるスレーブとして動作する。なお、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄと、の間の通信方法は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）等のシリアル通信や、ＣＡＮ（Controller Area Network）等、どのような方法を用いても構わない。

第１慣性計測ユニット２Ａを中心とするスター型配線で接続することにより、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄは、それぞれ高速で第１慣性計測ユニット２Ａと通信を行うことができる。

まず、第１慣性計測ユニット２Ａの動作について説明する。第１慣性計測ユニット２Ａは、第１角速度センサー２６ａ、第２角速度センサー２６ｂ、第３角速度センサー２６ｃ及び加速度センサー２７の少なくとも何れかを含む慣性センサー２０と、ユニット制御部２８と、マスター制御部１００と、第１通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、を備える。第１通信Ｉ／Ｆ５１は、第１ユニットコネクター２５ａに電気的に接続しており、第２通信Ｉ／Ｆ５２は、第２ユニットコネクター２５ｂに電気的に接続している。

慣性センサー２０は、複数の検出軸に関する信号をユニット制御部２８に出力する。ユニット制御部２８は、補正部２９を有する。補正部２９は、慣性センサー２０から出力される信号を複数の検出軸が互いに直交するように補正する。その他、補正部２９は、慣性センサー２０からユニット制御部２８に出力された信号に含まれるオフセット誤差及びスケールファクター誤差を補正する。なお、補正部２９における補正に使用する各種パラメーター等は、ユニット制御部２８の図示しない記憶部に格納されている。

補正部２９は、慣性センサー２０からユニット制御部２８に出力された信号を補正し、第１慣性計測ユニット２Ａのデータを生成する。ユニット制御部２８は、補正部２９が生成した第１慣性計測ユニット２Ａのデータを、マスター制御部１００に出力する。なお、補正部２９を省略しても構わない。補正部２９を省略した場合は、慣性センサー２０から出力された信号が、第１慣性計測ユニット２Ａのデータとして、マスター制御部１００に出力される。

マスター制御部１００には、第１慣性計測ユニット２Ａのデータの他、第２通信Ｉ／Ｆ５２を介して、後述する第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのデータが入力される。言い換えると、第２通信Ｉ／Ｆ５２は、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部である。

マスター制御部１００は、整合処理部１０１と、合成処理部１０２と、を有する。

整合処理部１０１は、各慣性計測ユニットの組み立て時のずれ等による検出軸の角度誤差であるミスアライメントを補正する。具体的には、整合処理部１０１は、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのそれぞれのデータに対して、予め決定された回転行列等の補正係数を適用することによって、各慣性計測ユニットのそれぞれの検出軸が共通の基準軸に整合するように回転させ、各慣性計測ユニットのそれぞれのデータを補正する。

ここで、基準軸とは、予め慣性センサー装置１毎に設定される直交座標系である。また、共通の基準軸に整合するとは、例えば、第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの何れかの慣性計測ユニットの検出軸に他の慣性計測ユニットの検出軸を整合することでも構わないし、基板１０に対して設定されるＸ，Ｙ，Ｚの３つの軸に整合することでも構わない。

なお、整合処理部１０１における補正に使用する補正係数等は、マスター制御部１００の図示しない記憶部に格納されている。補正係数は、回転行列、オイラー角、クォータニオンの何れか１種を適用することができる。

第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのそれぞれのデータは、整合処理部１０１において補正され、整合処理部１０１から合成処理部１０２に出力される。合成処理部１０２は、整合処理部１０１において補正された各慣性計測ユニットのデータを合成し、慣性センサー装置１の慣性データとして出力する。合成処理部１０２におけるデータの合成とは、例えば、整合処理部１０１において補正された各慣性計測ユニットのデータをそれぞれ加算し、その平均を演算することである。

なお、本実施形態では、整合処理部１０１を有しているが、整合処理部１０１は省略しても構わない。第１慣性計測ユニット２Ａ、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのそれぞれのデータは、合成処理部１０２により合成されて出力される。

合成処理部１０２が出力した各慣性計測ユニットのデータが合成された慣性データは、マスター制御部１００から第１通信Ｉ／Ｆ５１に出力される。第１通信Ｉ／Ｆ５１に出力された慣性データは、第１ユニットコネクター２５ａを介して、外部の装置に出力される。言い換えると、第１通信Ｉ／Ｆ５１は、合成処理部１０２が出力した慣性データを送信する第１送信部である。

次に、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの動作について説明する。第２慣性計測ユニット２Ｂと、第３慣性計測ユニット２Ｃと、第４慣性計測ユニット２Ｄと、は互いに同様の構成であるため、第２慣性計測ユニット２Ｂを例示して説明し、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの説明は省略する。

第２慣性計測ユニット２Ｂは、慣性センサー２０と、ユニット制御部２８と、第３通信Ｉ／Ｆ５３と、を有する。第３通信Ｉ／Ｆ５３は、第３ユニットコネクター２５ｃに接続している。慣性センサー２０は、複数の検出軸に関する信号をユニット制御部２８に出力する。ユニット制御部２８は、補正部２９を有する。

第２慣性計測ユニット２Ｂでは、ユニット制御部２８は、補正部２９が生成した第２慣性計測ユニット２Ｂのデータを、第３通信Ｉ／Ｆ５３に出力する。第３通信Ｉ／Ｆ５３に出力された第２慣性計測ユニット２Ｂのデータは、第３ユニットコネクター２５ｃ、基板１０に設けられた図示しない配線を介して、第１慣性計測ユニット２Ａの第２ユニットコネクター２５ｂに出力される。言い換えると、第３通信Ｉ／Ｆ５３は、第２慣性計測ユニット２Ｂのデータを第１慣性計測ユニット２Ａに送信する第２送信部である。

以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
第１慣性計測ユニット２Ａは、第１慣性計測ユニット２Ａのデータと、第１慣性計測ユニット２Ａが受信した第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄのそれぞれのデータと、を合成する合成処理部１０２を有するので、合成処理部１０２又は合成処理部１０２を含むマスター制御部１００のための専用の基板を各慣性計測ユニットとは別に設ける必要がない。そのため、各慣性計測ユニットの配置効率が向上し、慣性センサー装置１を小型化することができる。また、各慣性計測ユニットの慣性センサー２０のデータは、合成処理部１０２において合成されるより前に適切に補正することも可能の為、高精度な慣性センサー装置１を得ることができる。

また、本実施形態によれば、慣性センサー装置１の小型化又は高精度化に寄与する第１慣性計測ユニット２Ａを得ることができる。

２．実施形態２
次に、実施形態２に係る慣性センサー装置１ａを、図１０を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態１との相違点を中心に説明し、実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの内部構成は、第２慣性計測ユニット２Ｂの内部構成と同じなので、図１０では、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄの内部構成の図示を省略する。

実施形態２では、実施形態１と同様に、第１慣性計測ユニット２Ａは、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニット、例えば、第２慣性計測ユニット２Ｂ等を制御するマスターとして動作し、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットは、第１慣性計測ユニット２Ａに制御されるスレーブとして動作する。ただし、実施形態２は、第１慣性計測ユニット２Ａと、第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットと、の接続形態が、実施形態１とは異なる。

図１０に示すように、慣性センサー装置１ａでは、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂと、第３慣性計測ユニット２Ｃと、第４慣性計測ユニット２Ｄと、は共通する通信線で接続している。すなわち、第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃと、第４慣性計測ユニット２Ｄと、はバス型配線により接続している。

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第１慣性計測ユニット２Ａと、第２慣性計測ユニット２Ｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃ及び第４慣性計測ユニット２Ｄと、をバス型配線で接続することにより、マスターである第１慣性計測ユニット２Ａの第２通信Ｉ／Ｆ５２を簡単な構成としながら、スレーブとなる第２慣性計測ユニット２Ｂなどの増設を容易に行うことができる。

３．実施形態３
次に、実施形態３に係る慣性センサー装置１ｂを、図１１を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態１との相違点を中心に説明し、実施形態１と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、第３慣性計測ユニット２Ｃｂと第４慣性計測ユニット２Ｄｂの内部構成及び動作は、第２慣性計測ユニット２Ｂｂの内部構成及び動作と同じなので、図１１では、第３慣性計測ユニット２Ｃｂと第４慣性計測ユニット２Ｄｂの内部構成の図示を省略する。

実施形態３では、実施形態１と同様に、第１慣性計測ユニット２Ａｂは、第１慣性計測ユニット２Ａｂ以外の他の慣性計測ユニット、例えば、第２慣性計測ユニット２Ｂｂ等を制御するマスターとして動作し、第１慣性計測ユニット２Ａｂ以外の他の慣性計測ユニットは、第１慣性計測ユニット２Ａｂに制御されるスレーブとして動作する。ただし、第１慣性計測ユニット２Ａｂ、第２慣性計測ユニット２Ｂｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂの内部構成及び動作は、実施形態１とは異なる。

図１１に示すように、第１慣性計測ユニット２Ａｂと、第２慣性計測ユニット２Ｂｂと、第３慣性計測ユニット２Ｃｂと、第４慣性計測ユニット２Ｄｂと、は内部構成が共通し、各慣性計測ユニットは、慣性センサー２０と、ユニット制御部２８と、マスター制御部１００と、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、第３通信Ｉ／Ｆ５３と、設定部１０５と、を有する。

設定部１０５は、例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、第３通信Ｉ／Ｆ５３と、を制御する。設定部１０５は、識別子を格納する図示しない記憶部を有する。識別子は、第１慣性計測ユニット２Ａｂ、第２慣性計測ユニット２Ｂｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂのそれぞれの各慣性計測ユニットがマスター又はスレーブであることを示す。

本実施形態では、例えば、識別子が０であればマスターであり、識別子が０以外の整数であればスレーブである。具体的には、マスターである第１慣性計測ユニット２Ａｂの識別子は０であり、スレーブである第２慣性計測ユニット２Ｂｂの識別子は１、同様に、スレーブである第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂの識別子はそれぞれ２、３である。なお、第１慣性計測ユニット２Ａｂ、第２慣性計測ユニット２Ｂｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂのそれぞれの識別子は、それぞれ異なる値であることが好ましい。

設定部１０５は、識別子に応じて、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、第３通信Ｉ／Ｆ５３を制御する。

まず、マスターである第１慣性計測ユニット２Ａｂを例示して、設定部１０５の動作を説明する。第１慣性計測ユニット２Ａｂの設定部１０５は、第１慣性計測ユニット２Ａｂの識別子がマスターを示す０であるか、スレーブを示す０以外の整数であるか、を判別する。設定部１０５は、第１慣性計測ユニット２Ａｂの識別子が０、すなわち、マスターを示す識別子であると判別すると、第１慣性計測ユニット２Ａが第１慣性計測ユニット２Ａ以外の他の慣性計測ユニットに対してマスターとして動作するように、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、を通信可能に設定し、第３通信Ｉ／Ｆ５３を通信不可に設定する。すなわち、第２通信Ｉ／Ｆ５２は、第１慣性計測ユニット２Ａｂ以外の他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部となり、第１通信Ｉ／Ｆ５１は、合成処理部１０２が出力した慣性データを送信する第１送信部となる。

次に、スレーブである第２慣性計測ユニット２Ｂｂを例示して、設定部１０５の動作を説明する。第２慣性計測ユニット２Ｂｂの設定部１０５は、第２慣性計測ユニット２Ｂｂの識別子を判別する。設定部１０５は、第２慣性計測ユニット２Ｂｂの識別子が１、すなわち、スレーブを示す識別子であると判別すると、第２慣性計測ユニット２Ｂｂが第１慣性計測ユニット２Ａｂに対してスレーブとして動作するように、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、を通信不可に設定し、第３通信Ｉ／Ｆ５３を通信可能に設定する。すなわち、第３通信Ｉ／Ｆ５３は、第２慣性計測ユニット２Ｂｂのデータを第１慣性計測ユニット２Ａｂに送信する第２送信部となる。

第２慣性計測ユニット２Ｂｂと同様に、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂの設定部１０５は、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂの識別子を判別し、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂが第１慣性計測ユニット２Ａｂに対してスレーブとして動作するように、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂのそれぞれの各通信Ｉ／Ｆを設定する。

なお、本実施形態では、設定部１０５は、識別子に応じて、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第２通信Ｉ／Ｆ５２と、第３通信Ｉ／Ｆ５３を制御しているが、設定部１０５は、識別子に応じて、第１通信Ｉ／Ｆ５１又は第３通信Ｉ／Ｆ５３の一方を送信可能に設定することにしても構わない。具体的には、設定部１０５は、第２通信Ｉ／Ｆ５２を識別子に関わらず通信可能とし、識別子がマスターを示す場合は、第１通信Ｉ／Ｆ５１を通信可能に設定し、第３通信Ｉ／Ｆ５３を通信不可に設定し、識別子がスレーブを示す場合は、第１通信Ｉ／Ｆ５１を通信不可に設定し、第３通信Ｉ／Ｆ５３を通信可能に設定するだけでも、実施形態１と同様な動作を行うことができる。

また、本実施形態では、第１通信Ｉ／Ｆ５１、第２通信Ｉ／Ｆ５２及び第３通信Ｉ／Ｆ５３は、それぞれ別のハードウェアとしているが、第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第３通信Ｉ／Ｆ５３と、は同じ送信用ハードウェアを使用することも可能である。第１通信Ｉ／Ｆ５１と、第３通信Ｉ／Ｆ５３と、が同じ送信用ハードウェアを使用する場合は、設定部１０５は、識別子に応じて、当該送信用ハードウェアが送信するデータ及び送信先を切り換える動作を行う。具体的には、設定部１０５は、識別子がマスターを示す場合は、当該送信用ハードウェアを合成処理部１０２が出力した慣性データを外部の装置に送信する第１送信部となるように切り換え、識別子がスレーブを示す場合は、当該送信用ハードウェアを第１慣性計測ユニット２Ａｂ以外の他の慣性計測ユニットのデータを第１慣性計測ユニット２Ａｂに送信する第２送信部となるように切り換える。

また、本実施形態では、設定部１０５は、ユニット制御部２８とは独立して設けられているが、ユニット制御部２８が設定部１０５を含む構成としても構わない。

また、本実施形態では、第１慣性計測ユニット２Ａｂ、第２慣性計測ユニット２Ｂｂ、第３慣性計測ユニット２Ｃｂ及び第４慣性計測ユニット２Ｄｂのそれぞれの設定部１０５の図示しない記憶部には、予め、各慣性計測ユニットに固有の識別子が格納されているものとして説明したが、各慣性計測ユニットの設定部１０５の図示しない記憶部への識別子の書き込みは各慣性計測ユニット又は慣性センサー装置１ｂの製造時に実施しても構わないし、慣性センサー装置１ｂが実装された後に外部の装置から実施しても構わない。

本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
第１慣性計測ユニット２Ａｂと、第２慣性計測ユニット２Ｂｂと、第３慣性計測ユニット２Ｃｂと、第４慣性計測ユニット２Ｄｂと、を共通した内部構成とすることにより、それぞれ内部構成の異なるマスター専用の慣性計測ユニットと、スレーブ専用の慣性計測ユニットと、を別々に製造する必要がないため、低コストな慣性センサー装置１ｂを得ることができる。また、何れかの慣性計測ユニットに不具合が生じた場合でも、不具合の生じた慣性計測ユニットを容易に交換することができるため、保守性に優れた慣性センサー装置１ｂを得ることができる。

また、本実施形態によれば、実施形態１での効果に加えて、慣性センサー装置１ｂの低コスト化に寄与する第１慣性計測ユニット２Ａｂを得ることができる。

なお、慣性センサー装置１，１ａ，１ｂ及び第１慣性計測ユニット２Ａ，２Ａｂは、例えば、車両、ロボット、ドローン等の移動体や、スマートフォン、ヘッドマウントディスプレイ等の電子機器等に適用することができる。

１，１ａ，１ｂ…慣性センサー装置、２Ａ…第１慣性計測ユニット、２Ｂ…第２慣性計測ユニット、２Ｃ…第３慣性計測ユニット、２Ｄ…第４慣性計測ユニット、９…容器、１０…基板、２０…慣性センサー、２１…アウターケース、２２…インナーケース、２３…接合部材、２４…回路基板、２５ａ…第１ユニットコネクター、２５ｂ…第２ユニットコネクター、２５ｃ…第３ユニットコネクター、２６ａ…第１角速度センサー、２６ｂ…第２角速度センサー、２６ｃ…第３角速度センサー、２７…加速度センサー、２８…ユニット制御部、２９…補正部、９１…ベース、９２…蓋、９３…コネクター、１００…マスター制御部、１０１…整合処理部、１０２…合成処理部、１０５…設定部、１１０…内部コネクター、２１１，２１２…ねじ孔、２２１…開口、２４１…上面、２４２…下面、９１１…凹部、９３１…通信基板、５１…第１通信Ｉ／Ｆ、５２…第２通信Ｉ／Ｆ、５３…第３通信Ｉ／Ｆ、Ｓ…収容空間。

Claims (6)

1. それぞれが慣性センサーを有する複数の慣性計測ユニットを備える慣性センサー装置で
   あって、
   前記複数の慣性計測ユニットのうち１つの慣性計測ユニットは、
   前記複数の慣性計測ユニットのうち他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部と
   、
   前記他の慣性計測ユニット及び当該慣性計測ユニットのデータを演算する合成処理部と
   、
   前記合成処理部の出力を送信する第１送信部と、
   を備える、
   慣性センサー装置。
2. 前記当該慣性計測ユニットのデータを送信する第２送信部と、
   前記第１送信部又は前記第２送信部の一方を送信可能にする設定部と、
   を備える、
   請求項１記載の慣性センサー装置。
3. 前記当該慣性計測ユニットと、前記他の慣性計測ユニットと、はスター型配線で接続さ
   れている、
   請求項１又は請求項２記載の慣性センサー装置。
4. 前記当該慣性計測ユニットと、前記他の慣性計測ユニットと、はバス型配線で接続され
   ている、
   請求項１又は請求項２記載の慣性センサー装置。
5. それぞれが慣性センサーを有する複数の慣性計測ユニットを備える慣性センサー装置に
   用いられる慣性計測ユニットであって、
   前記複数の慣性計測ユニットのうち他の慣性計測ユニットのデータを受信する受信部と
   、
   前記他の慣性計測ユニットのデータ及び当該慣性計測ユニットのデータを演算する合成
   処理部と、
   前記合成処理部の出力を送信する第１送信部と、
   を備える、
   慣性計測ユニット。
6. 前記当該慣性計測ユニットのデータを送信する第２送信部と、
   前記第１送信部又は前記第２送信部の一方を送信可能にする設定部と、
   を備える、
   請求項５記載の慣性計測ユニット。

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