JP5137229B2 - 加速度計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、２軸又は３軸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に関する。

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）。

図３６は、従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略構成を示す斜視図で、図中符号２０１はシリコン基板、２０１ａは支持部、２０１ｂは錘部、２０１ｃは変位部を示している。シリコン基板２０１には、変位部２０１ｃと、この変位部２０１ｃを支持するための支持部２０１ａと、変位部２０１ｃを変形させるための錘部２０１ｂがエッチングによって形成されている。

また、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ１２は、変位部２０１ｃ上に形成されている。シリコン基板２０１に加速度が加わると、加速度の方向及び大きさに応じて錘部２０１ｂが変位部２０１ｃを変形させる。すると、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ１２に応力が加わり、抵抗値が変化する。

図３７Ａ乃至図３７Ｃは、従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図である。加速度を検出する軸方向別に、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ１２から構成されるホイーストンブリッジ回路をそれぞれ構成する。出力電圧Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚがそれぞれ加速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向成分に比例した値となる。

図３７Ａ乃至図３７Ｃに示した回路図における実際のＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚは、次式のように表される。

ここで、Ａｘ，Ａｙ，Ａｚは、加速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向成分、β_ｘ，β_ｙ，β_ｚは、Ａｘ，Ａｙ，Ａｚに対する感度、Ｖ_ｏｘ，Ｖ_ｏｙ，Ｖ_ｏｚは、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚに存在するオフセットを示している。

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。

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）。
つまり、工場出荷時において、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。

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。

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。
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。

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。
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。

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）。
加速度計測装置使用の都度、例えば、図３８Ａ乃至図３８Ｆ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。

Ｖ_ｘ１： 図３８Ａの姿勢におけるＶ_ｘ測定値
Ｖ_ｘ２： 図３８Ｂの姿勢におけるＶ_ｘ測定値
Ｖ_ｙ１： 図３８Ｃの姿勢におけるＶ_ｙ測定値
Ｖ_ｙ２： 図３８Ｄの姿勢におけるＶ_ｙ測定値
Ｖ_ｚ１： 図３８Ｅの姿勢におけるＶ_ｚ測定値
Ｖ_ｚ２： 図３８Ｆの姿勢におけるＶ_ｚ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。

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。
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。

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。

特開２００３−１０１０３３号公報 特開平６−３３１６４７号公報 特開２００４−９３５５２号公報

W.H.Press, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B. P. Flannery, "Numerical Recipies in C, Second Edition", Cambridge University Press, USA, 1992, pp.394-455 W.H.Press, S.A.Teukolsky, W.T.Vetterling and B.P.Flannery, "Numerical Recipies in C, Second Edition", Cambridge University Press, USA, 1992, pp.32-104

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、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を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、姿勢を特定の方向に向けることなく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において、２軸又は３軸方向の加速度を検出する加速度センサと、該加速度センサの２軸又は３軸の出力データを取得する出力データ取得手段と、前記出力データ取得手段が取得した出力データを基準として、前記出力データ取得手段が出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、当該差分値とその差分の連続状態を調べることによって、前記加速度センサが静止状態または等速運動状態になっているかどうかを判断し、前記出力データ取得手段が取得した出力データの中から静止状態又は等速運動状態時の出力データを選択する出力データ選択手段と、前記出力データ選択手段によって選択された前記静止状態又は等速運動状態時の出力データを蓄積する出力データ蓄積手段と、該出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の前記静止状態又は等速運動状態時の出力データの、各軸成分を座標値としたときの２次元又は３次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定手段と、該基準点推定手段により推定された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正するオフセット補正手段とを備え、前記出力データ蓄積手段は、前記加速度センサの測定軸と線形関係となる線形軸をあらかじめ定め、前記出力データ選択手段が選択した出力データと、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの中で、前記加速度センサの測定軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる出力データを選択的に蓄積することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出力データ選択手段は、直前に取得された出力データを基準となる出力データとして、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、該差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段が取得した所定の出力データを基準として、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に、基準となる出力データとの差分を計算し、基準となる出力データと新たに取得された出力データとの差分が所定値を超えるまでの時間が所定の閾値以上である場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記出力データ選択手段は、前記差分が連続して所定値以内であった回数又は時間情報を、前記出力データ選択手段によって選択された出力データに付加することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって付加された回数又は時間情報に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データと、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのうちのいずれかを廃棄することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって取得された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの２次元又は３次元直交座標空間における分布に基づいて円又は球面を推定し、該円又は球面から所定距離以内にある出力データを適当と判断して選択することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記出力データ選択手段は、前記円又は球面の半径を所定値として該円又は球面を推定することを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出力データ選択手段によって選択された出力データが、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データと比較して所定値以上変化したか否かを判定するデータ変化判定手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記データ変化判定手段の判定結果に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データか、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのどちらか一方を廃棄することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出力データ蓄積手段は、前記加速度センサの測定軸と線形関係となる線形軸をあらかじめ定め、前記出力データ選択手段が選択した出力データと、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの中で、前記加速度センサの測定軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる出力データを選択的に蓄積することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記出力データ蓄積手段に蓄積される出力データは、前記測定軸又は前記線形軸の成分が最大又は最小となる出力データと、その他の一つ以上の出力データを蓄積することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている３軸の出力データの個数又は３次元直交座標空間における分布およびその両方から、前記基準点推定手段において球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記所定の温度区分別に蓄積し、前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された当該温度区分の所定数の出力データから前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値と該当する前記所定の温度区分との関係に基づいて補正した後に、前記所定の温度区分別に蓄積することを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを蓄積する時に前記温度検出手段によって検出された温度値を一緒に蓄積し、前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された出力データから対応する前記温度値が当該温度区分にあるものを所定数選択して前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１２，１３又は１４に記載の発明において、前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセット若しくは感度及びオフセットを補正することを特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の３軸の出力データの前記３次元直交座標空間における分布について各座標軸に対するばらつきを計算し、前記各座標軸に対するばらつきの最小値が所定値以下であるときは、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の３軸の出力データから前記ばらつきが最小値となる座標軸の出力データを除いた残りの２軸の出力データについて、各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面における分布から、前記２次元直交座標平面上に定める基準点の座標値若しくは楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、前記オフセット補正手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの２軸の出力データのオフセット若しくは感度とオフセットを補正することを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基準点推定手段は、該基準点推定手段によって推定された直近の所定数の基準点の座標値若しくは楕円又は楕円面の中心座標値のばらつきを算出し、前記ばらつきが所定値よりも大きい場合は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の中心座標値を破棄することを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基準点推定手段は、前記２次元又は３次元直交座標空間において推定された前記基準点から前記所定数の出力データの各々までの距離若しくは推定された楕円又は楕円面の各主軸の長さが所定範囲外であった場合、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を破棄することを特徴とする。

本発明によれば、加速度計測装置の使用時において、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。

また、加速度計測装置の使用時において、既知の一姿勢に置かれている状態、例えば充電器にセットしている状態で２軸又は３軸加速度センサの出力データを取得することで、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を取得することができる。

さらに、工場出荷時において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記憶する必要が無くなる。出力補正回路において感度及びオフセットの温度特性を演算する必要が無くなる。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も無くなる。

なお、本発明は、３軸地磁気検出手段を持つ方位角センサと組み合わせて５軸又は６軸センサとすることができ、この場合も同様の効果を得ることができる。

本発明の加速度計測装置の実施形態１を説明するための構成図である。 本発明の実施形態１における基準点の概念図である。 本発明の実施形態１における基準点推定の概念図である。 本発明の実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法（その１）の概念図である。 本発明の実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法（その１）を示す構成図である。 本発明の実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法（その２）の概念図である。 本発明の実施形態１におけるデータ変化判定部の具体的な構成図である。 本発明の実施形態１における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その１）である。 本発明の実施形態１における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その２）である。 本発明の実施形態１における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その３）である。 本発明の加速度計測装置の実施形態２を説明するための構成図である。 本発明の実施形態２における楕円面主軸長さ・中心座標の概念図である。 本発明の実施形態２における楕円面主軸長さ・中心座標推定の概念図である。 本発明の実施形態２における楕円面主軸長さ・中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その１）である。 本発明の実施形態２における楕円面主軸長さ・中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その２）である。 本発明の実施形態２における楕円面主軸長さ・中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その３）である。 本発明の加速度計測装置の実施形態３を説明するための構成図である。 本発明の実施形態３を説明するための概念図（その１）である。 本発明の実施形態３を説明するための概念図（その２）である。 本発明の実施形態３における基準点推定の概念図である。 本発明の加速度計測装置の実施形態４を説明するための構成図である。 本発明の実施形態４における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その１）である。 本発明の実施形態４における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その２）である。 本発明の加速度計測装置の実施形態５を説明するための構成図である。 本発明の実施形態５における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その１）である。 本発明の実施形態５における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図（その２）である。 温度特性への対応についての第１の解決手段を説明するための構成図である。 温度特性への対応についての第２の解決手段を説明するための構成図である。 温度特性への対応についての第３の解決手段を説明するための構成図である。 本発明の実施形態６における３軸出力データの概念図（その１）である。 本発明の実施形態６におけるデータを選択する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態６における３軸出力データの概念図である。 本発明の実施形態６におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態７におけるデータ変化判定部の具体的な構成図である。 本発明の実施形態７におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態８における球体当てはめと楕円体当てはめの切り替えの具体的方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略構成を示す斜視図である。 従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その１）である。 従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その２）である。 従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサにおけるピエゾ抵抗の結線構成を示す回路図（その３）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その１）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その２）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その３）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その４）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その５）である。 従来の加速度計測装置において出力補正を行うための感度・オフセットデータを得る一方法を説明するための図（その６）である。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
なお、図１に示す実施形態１は、本発明に係る加速度計測装置の基本的な構成を示したのもので、３軸加速度センサから取得したデータから適正なデータを選択し、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することによってオフセットの補正を行うものである。

これに対して、図１１に示す実施形態２は、基準点の推定として、３次元直交座標空間上に楕円面を定めて主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうことによって感度とオフセットの補正を行うものである。

また、図１７に示す実施形態３は、基準点の推定を、３軸加速度センサが検知していると予想される重力加速度の各軸成分の値から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定するものである。

また、図２０に示す実施形態４は、基準点の推定を、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

また、図２３に示す実施形態５は、基準点の推定を、３次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の３軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定するものである。

また、図２９乃至図３２に示す実施形態６は、３軸加速度センサにおいて、加速度センサが重力加速度のみを受ける場合、すなわち、静止している場合の加速度センサの出力データ（測定データ）の分布が、３次元直交座標系において球面又は楕円面を形成するため、静止判定を行なって、この球面又は楕円面の中心値を求めることでオフセットを推定するようにしたものである。

また、図３３及び図３４に示す実施形態７は、加速度センサの測定軸及びそれらと線形関係にある軸を規定し、その軸上で最大又は最小となる出力データを優先的に蓄積することで、楕円面当てはめ計算において推定誤差が小さくなるようなデータ群を得るものである。

さらに、図３５に示す実施形態８は、出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの個数又は３次元直交座標空間における分布から、球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定するものである。

［実施形態１］
図１は、本発明の加速度計測装置の実施形態１を説明するための構成図で、３軸加速度センサから取得したデータから適正なデータを選択し、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定することによってオフセットの補正を行うものである。

図中符号１は３軸加速度センサ、２は３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路、３は３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路、４は３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路、５Ａはデータ取得部（出力データ取得手段）、５はマルチプレクサ部、６は加速度センサ駆動電源部、７は増幅部、８はＡ／Ｄ変換部、９は温度検出部、１０は感度補正情報記憶部、１１は感度補正計算部、１２はデータ記憶部、１３はデータ選択部（出力データ選択手段）、１４はデータ蓄積部（出力データ蓄積手段）、１５は基準点推定部（基準点推定手段）、１６はオフセット情報記憶部、１７はオフセット補正計算部（オフセット補正手段）、１８はデータ変化判定部（データ変化判定手段）を示している。

本実施形態１の加速度計測装置は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサ１と、この加速度センサ１の３軸出力データを取得するデータ取得部５Ａと、このデータ取得部５Ａによって繰り返し取得された３軸出力データが適当であるか否かを判断して選択するデータ選択部１３と、このデータ選択部１３によって選択された３軸出力データを蓄積するデータ蓄積部１４と、このデータ蓄積部１４によって蓄積された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定部１５と、この基準点推定部１５により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサ１の３軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部１７とを備えている。また、データ取得部５Ａは、マルチプレクサ部５と加速度センサ駆動電源部６と増幅部７とＡ／Ｄ変換部８から構成されている。

３軸加速度センサ１は、ｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４を備えている。ｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４は、それぞれ加速度のｘ軸方向とｙ軸方向及びｚ軸方向成分を検出する。マルチプレクサ部５は、加速度センサ駆動電源部６と増幅部７を時分割で、ｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４に接続されている。

加速度センサ駆動電源部６は、マルチプレクサ部５を通して、時分割でｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４に電源を供給する。増幅部７は、マルチプレクサ部５を通して、時分割でｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４の出力電圧を増幅する。

Ａ／Ｄ変換部８は、増幅部７によって増幅されたｘ軸方向検出回路２とｙ軸方向検出回路３とｚ軸方向検出回路４の出力電圧をＡ／Ｄ変換し、３軸出力データとして出力する。温度検出部９は、３軸加速度センサ１の温度を検出する。感度補正情報記憶部１０は、所定の感度補正情報を記憶する。感度補正計算部１１は、温度検出部９より取得した温度データ及び感度補正情報記憶部１０に記憶されている感度補正情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部８から出力された３軸出力データの感度補正を行う。

データ記憶部１２は、感度補正計算部１１から逐次出力される３軸出力データを所定数保持するＦＩＦＯ型データバッファである。データ選択部１３は、データ記憶部１２に保持されている３軸出力データから、基準点推定部１５において実施する基準点座標の推定に適したデータを選択する。

データ蓄積部１４は、データ選択部１３において選択された３軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部１５は、データ蓄積部１４に蓄積された所定数の３軸出力データに基づいて基準点の座標を推定して基準点座標データを出力する。

オフセット情報記憶部１６は、基準点推定部１５から出力された基準点座標データを記憶する。オフセット補正計算部１７は、オフセット情報記憶部１６において記憶されている基準点座標データに基づいて、感度補正計算部１１から出力された３軸出力データのオフセット補正を行う。

次に、基準点推定部１５における基準点の座標を推定する方法について説明する。
感度補正計算部１１から出力される、感度補正された３軸出力データＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、次式のように表される。

ここで、ａは、補正された感度、Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚは、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚに存在するオフセットである。加速度計測装置が静止しているか、等速運動を行っている場合、３軸加速度センサ１が受けている加速度は重力加速度ｇのみである。したがって、重力加速度ｇのｘ，ｙ，ｚ軸方向成分をＧｘ，Ｇｙ，Ｇｚとすれば、以下のようになる。

一方、

従って、

上式（２０）によれば、図２に示すように、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｐ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）は、３軸出力データの各軸成分のオフセット値を座標値とする基準点Ｃ１（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）から必ず一定の距離ａｇを置いて位置することになる。

今度は、Ｎ個の異なる３軸加速度センサ１の姿勢においてそれぞれ感度補正計算部１１から出力される３軸出力データを取得し、各軸成分のデータをそれぞれ
Ｓ_１ｘ，Ｓ_２ｘ，…，Ｓ_Ｎｘ
Ｓ_１ｙ，Ｓ_２ｙ，…，Ｓ_Ｎｙ
Ｓ_１ｚ，Ｓ_２ｚ，…，Ｓ_Ｎｚ
と表記する。次に、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において、取得した３軸出力データを
Ｐ_１（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），Ｐ_２（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ，Ｓ_２ｚ），…，Ｐ_Ｎ（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）
なるＮ個の点として表すものとする。

すると図３に示すように、Ｐ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_Ｎのいずれからも距離が一定となる点Ｃ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定すれば、点Ｃ１’は基準点Ｃ１に相当することが期待され、点Ｃ１’の座標値Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を以って各軸成分のオフセット値Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚを推定することができる。

＜Ｃ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定する具体的方法（その１）＞
基準点推定部１５は、基準点の座標値を、所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定する。

Ｐ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_ＮからＣ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定するには種々の方法があり、最低Ｎ＝４で推定可能である。

しかしながら、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサの感度は数百μＶ／Ｇ／Ｖ程度しかないため、出力電圧は非常に微弱であり、取得された３軸出力データには相当のノイズが重畳する。

３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｉ番目の３軸出力データの点Ｐ_ｉ（Ｓ_ｉｘ，Ｓ_ｉｙ，Ｓ_ｉｚ）からＣ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）までの距離ｄ_ｉは次の通りとなる。

上式（２１）と上式（２０）を比較することにより、理想的にはＰ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_Ｎの全てについてｄ_ｉ＝ａｇの一定値となる筈である。

しかしながら、取得された３軸出力データには相当のノイズが重畳しているのでｄ_ｉ＝ａｇとはならない。

そこでＮを増やし、ｄ_ｉのばらつきが最小になるよう統計的手法を用いてＣ１’（Ｃｘ’Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定すれば、相当のノイズが重畳していても精度の良い推定が可能となる。

ｄ_ｉのばらつきを示す値として、次式に示すようなＺ_１を定義する。

ここで、ｒ^２はｄ_ｉ ^２の平均値であり次式で表される。

このＺ_１が最小になるようにＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を決めてやればよい。

上式（２３）に対して最適化手法（例えば、非特許文献１参照）を用いて直接Ｃｘ’Ｃｙ’，Ｃｚ’を計算してもよいが、解が収束するまで反復計算することになるので、以下の方法を用いれば計算時間等の点で有利である。

上式（２３）をＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’で偏微分し、いずれの偏微分値も零となった場合、すなわち

が成立した時にＳが最小になると見做す。

上式（２４）乃至（２６）を展開すると、Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’に関して次式に示すような連立１次方程式が導出される。したがって、コレスキー分解等の良く知られた連立１次方程式の解法（例えば、非特許文献２参照）を用いてＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を計算することができる。

ただし、

＜Ｃ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定する具体的方法（その２）＞
基準点推定部１５は、基準点の座標値を、所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離が所定の代表値に最も近づくよう統計的手法によって推定する。

前述のように、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）においてＰ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_ＮからＣ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）までの距離は理想的には一定値ａｇとなる。

そこで、上式（２２）においてｒを所定の値ａｇに置き換え、ａｇに対するｄｉのばらつきを示す値として次式によりＺ_２を定義し、この値が最小になるようにＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を決めてもよい。

または次式によりＺ_３を定義し、この値が最小になるようにＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を決めてもよい。

上式（３１）及び（３２）に対しては最適化手法（例えば、非特許文献１参照）を用いてＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を計算することができる。

この方法は、例えば、補正された感度ａが明確に定まる場合において、ノイズによる誤った基準点座標の推定をより確実に防ぐことができるメリットを有する。

次に、データ選択部１３における３軸出力データの選択を行う方法について説明する。

３軸出力データ取得中に加速度計測装置が動いている場合、３軸加速度センサ１は重力加速度ｇの他に運動加速度も受ける。すなわち、

ここで、Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚは、運動加速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向成分を示している。

この場合、上式（２０）は成立しない。したがって、基準点推定部１５における基準点座標の推定はできない。

したがって、加速度計測装置が動いている状態でも３軸出力データが取得される可能性がある場合は、取得された３軸出力データの中から、加速度計測装置が静止しているか等速運動状態にある時に取得されたと推定される３軸出力データを選択する必要がある。

＜具体的方法（その１）＞
データ選択部１３は、データ取得部５Ａによって３軸出力データを取得する毎に直前に取得された３軸出力データとの差分を計算し、その差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、３軸出力データを適当と判断して選択する。

加速度計測装置が普通に携帯されるような場合か、若しくはそのような機器に組み込まれる場合、加速度計測装置が動いている時の運動加速度が一定になることは起こりにくい。

したがって、３軸加速度センサ１が受ける加速度がほぼ一定になるような期間があれば、その期間中は、加速度計測装置は静止していて３軸加速度センサ１は重力加速度のみを受けていると見做すことができる。

図４は、実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法（その１）の概念図で、ここでは説明を簡単にするために１次元で表している。

曲線２０は、３軸加速度センサ１が受ける加速度の時間変化を示し、黒点２１は、３軸出力データ取得のタイミングを示している。区間２２では加速度ほぼ一定であるので加速度計測装置は静止していると見做すことができるので、この区間において取得された出力データを選択すればよい。

図５は、実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法（その１）を示すブロック図で、データ記憶部１２とデータ選択部１３の詳細を表したものである。図中符号２３は２段ＦＩＦＯ型データバッファ、２４は比較部、２５はカウンタ、２６は出力部を示している。

２段ＦＩＦＯ型データバッファ２３は、データ記憶部１２に相当し、感度補正計算部１１から逐次出力される３軸出力データを記憶する。比較部２４は、２段ＦＩＦＯ型データバッファ２３の各段に記憶されている３軸出力データ同士の差分を計算し、所定値以上ならばカウンタ２５をクリア、所定値未満ならカウンタ２５の値を１つ増やす。

カウンタ２５の値が所定値、例えば、３以上になったら出力部２６が起動し、２段ＦＩＦＯ型データバッファ２３の初段に格納されている３軸出力データを選択された３軸出力データとして出力する。

＜具体的方法（その２）＞
データ選択部１３は、データ取得部５Ａによって繰り返し取得された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布に基づいて球面を推定し、この球面から所定距離以内にある３軸出力データを適当と判断して選択する。

加速度計測装置が運動加速度を受けている間に取得された３軸出力データは、図２のように、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｐ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）として表した場合、運動加速度が大きくなるほど基準点Ｃ１（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）からの距離がａｇから外れる可能性が高くなる。

基準点推定部１５における基準点座標の推定では、基準点Ｃ１（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）から点Ｐ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）までの距離がａｇから大きく外れるような３軸出力データが含まれると推定誤差が大きくなる。

図６は、実施形態１における３軸出力データ選択の具体的方法２の概念図で、上述の傾向に基づく３軸出力データの具体的選択方法を説明するためのものである。ここでは説明を簡単にするために２次元で表している。

データ記憶部１２に保持されている最新の所定数、例えば、８個の３軸出力データを、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）においてそれぞれ３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｐ_１（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），Ｐ_２（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ，Ｓ_２ｚ），…，Ｐ_８（Ｓ_８ｘ，Ｓ_８ｙ，Ｓ_８ｚ）として表した時、これらの点の分布に当てはまる球面Ｑ１を推定する。

球面Ｑ１から、所定距離Δｒ以内に存在するＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８に対応する３軸出力データを、選択された３軸出力データとして出力する。

球面Ｑ１を推定する具体的方法については、例えば、後述の方法を適用することができる。また、例えば、補正された感度ａが明確に定まる場合には、球面Ｑ１の半径ｒを所定値として球面Ｑ１を推定してもよい。

次に、データ蓄積部１４とデータ変化判定部１８について説明する。
データ選択部１３によって選択された３軸出力データが、データ蓄積部１４によって既に蓄積された３軸出力データと比較して所定値以上変化したか否かを判定するデータ変化判定部１８を備え、データ蓄積部１４は、データ変化判定部１８の判定結果に基づいて、データ選択部１３によって選択された３軸出力データを蓄積せず廃棄する。

データ蓄積部１４に蓄積された３軸加速度データを、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｐ_１（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），Ｐ_２（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ，Ｓ_２ｚ），…，Ｐ_Ｎ（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）として表した時に、各点が狭い領域に集中していると、基準点推定部１５において基準点座標の推定誤差が非常に大きくなる問題が生じる。

これは、３軸加速度センサ１が同じような姿勢にあるときに取得された３軸加速度データだけがデータ蓄積部１４に蓄積されていることに相当する。

上述した問題を避けるために、データ選択部１３において選択された３軸出力データをデータ蓄積部１４に蓄積する前に、既にデータ蓄積部１４に蓄積されている３軸出力データと比較して、所定値以上変化していなければどちらか一方を蓄積せずに廃棄するようにすればよい。

これは、データ選択部１３において選択された３軸出力データが取得されたときの３軸加速度センサ１の姿勢が、既にデータ蓄積部１４に蓄積されている３軸出力データが取得されたときの３軸加速度センサ１の姿勢と比べてあまり変化していなければ、どちらか一方の３軸出力データを蓄積せず廃棄することに相当する。

図７は、実施形態１におけるデータ変化判定部の具体的な構成図で、データ蓄積部１４を表したものである。図中符号２７は入力部、２８は比較部、２９はデータバッファ、３０は出力部を示している。

データ選択部１３において選択された３軸出力データは一旦入力部２７にて一時記憶される。比較部２８は入力部２７にて一時記憶されている３軸出力データと、データバッファ２９に蓄積されている３軸出力データと比較して、両者の差分が所定値以上であるかどうか判断する。なお比較対象となるデータバッファ２９に蓄積されている３軸出力データは、状況に応じて、最後に蓄積された３軸出力データのみでもよいし、全ての３軸出力データとそれぞれ比較することにしてもよい。

比較部２８での３軸出力データの比較の結果、その差分が所定値以上であれば入力部２７にて一時記憶されている３軸出力データをデータバッファ２９に蓄積し、その差分が所定値未満であれば入力部２７にて一時記憶されている３軸出力データは破棄される。あるいは、比較対象になったデータバッファ２９に蓄積されている３軸出力データを削除して、入力部２７にて一時記憶されている３軸出力データをデータバッファ２９に蓄積してもよい。出力部３０は、データバッファ２９に蓄積されている３軸出力データを基準点推定部１５に向けて出力する。

図８乃至図１０は、本発明の実施形態１における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。なお、ここでは、データ変化判定部１８において、データ選択部１３において選択された３軸出力データとデータ蓄積部１４に最後に蓄積されている３軸出力データとを比較して、両者の差分が所定値未満であれば前者が破棄されることとしている。

まず、初期設定として以下の操作を行う（Ｓ１０１）。データ記憶部１２のカウンタｋ１（図５のカウンタ２５に相当）をクリアする。次に、データ蓄積部１４に蓄積されている３軸出力データの数ｋ２をクリアする。次に、感度補正計算部１７より３軸出力データＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚを取得し、データ記憶部１２の１段目Ｓ_ｘ１，Ｓ_ｙ１，Ｓ_ｚ１に記憶する。

次に、感度補正計算部１７よりＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚを取得する（Ｓ１０２）。次に、データ記憶部１２のＳ_ｘ１，Ｓ_ｙ１，Ｓ_ｚ１に記憶されている３軸出力データをデータ記憶部１２の２段目Ｓ_ｘ２，Ｓ_ｙ２，Ｓ_ｚ２に送り、Ｓｘ，Ｓｙ，ＳｚをＳ_ｘ１，Ｓ_ｙ１，Ｓ_ｚ１に記憶する（Ｓ１０３）。

次に、データ記憶部１２内の１段目と２段目にそれぞれ記憶されている３軸出力データの差分が所定値ｅ１以上である場合はｋ１をクリアしてステップＳ１０２に戻る（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。次に、ｋ１の値を１つ増やし（Ｓ１０６）、ｋ１の値が所定値ｍ１未満である場合は、Ｓ１０２に戻る（Ｓ１０７）。

次に、ｋ１をクリアし、Ｓ_ｘ１，Ｓ_ｙ１，Ｓ_ｚ１をデータ選択部１３の出力Ｓ_ｘｏ，Ｓ_ｙｏ，Ｓ_ｚｏ（図５の出力部２６に送ることに相当）とする（Ｓ１０８）。次に、Ｓ_ｘｏ，Ｓ_ｙｏ，Ｓ_ｚｏとデータ蓄積部１４の１段目に記憶されている３軸出力データＳ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚの差分が所定値ｅ２未満である場合はＳ１０２に戻る（Ｓ１０９）。ｋ２の値が所定値Ｎ以上である場合は、Ｓ１１３に進む（Ｓ１１０）。ｋ２の値を１つ増やし（Ｓ１１１）、ｋ２の値が１である場合は、Ｓ１１７に進む（Ｓ１１２）。

次に、指標ｉをｋ２の値に設定する（Ｓ１１３）。指標ｊをｉ−１に設定し、データ蓄積部１４のｊ段目Ｓ_ｊｘ，Ｓ_ｊｙ，Ｓ_ｊｚに記憶されている３軸出力データをｉ段目Ｓ_ｉｘ，Ｓ_ｉｙ，Ｓ_ｉｚに送る（Ｓ１１４）。ｉの値を１つ減らし（Ｓ１１５）、ｉの値が１を超える場合は、Ｓ１１４に戻る（Ｓ１１６）。

次に、Ｓ_ｘｏ，Ｓ_ｙｏ，Ｓ_ｚｏをＳ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚに記憶する（Ｓ１１７）。ｋ２の値がＮ未満である場合は、Ｓ１０２に戻る（Ｓ１１８）。（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），…，（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）からＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を推定する（Ｓ１１９）。Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’の推定を繰り返す場合は、Ｓ１０２に戻る（Ｓ１２０）。

［実施形態２］
図１１は、本発明の加速度計測装置の実施形態２を説明するための構成図で、基準点の推定として、３次元直交座標空間上に楕円面を定めて主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうことによって感度とオフセットの補正を行うものである。

図中符号３１は３軸加速度センサ、３２は３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路、３３は３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路、３４は３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路、３５Ａはデータ取得部、３５はマルチプレクサ部、３６は加速度センサ駆動電源部、３７は増幅部、３８はＡ／Ｄ変換部、３９はデータ記憶部、４０はデータ選択部、４１はデータ蓄積部、４１ａはデータ変化判定部、４１ｂは温度検出部、４２は基準点推定部、４３は感度・オフセット情報記憶部、４４は感度・オフセット補正計算部を示している。

本実施形態２の加速度計測装置は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサ３１と、この加速度センサ３１の３軸出力データを取得するデータ取得部３５Ａと、このデータ取得部３５Ａによって繰り返し取得された３軸出力データが適当であるか否かを判断して選択するデータ選択部４０と、このデータ選択部４０によって選択された３軸出力データを蓄積するデータ蓄積部４１と、このデータ蓄積部４１によって蓄積された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布から、この３次元直交座標空間上に楕円面を定め、楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する基準点推定部４２と、この基準点推定部４２により推定された楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、加速度センサ３１の３軸出力データの感度及びオフセットを補正する感度・オフセット補正計算部４４とを備えている。また、データ取得部３５Ａは、マルチプレクサ部３５と加速度センサ駆動電源部３６と増幅部３７とＡ／Ｄ変換部３８とから構成されている。

３軸加速度センサ３１とｘ軸方向検出回路３２とｙ軸方向検出回路３３とｚ軸方向検出回路３４とマルチプレクサ部３５と加速度センサ駆動電源部３６と増幅部３７とＡ／Ｄ変換部３８は、上述した実施形態１と同様である。

データ記憶部３９は、Ａ／Ｄ変換部３８から逐次出力される３軸出力データを所定数保持するＦＩＦＯ型のデータバッファである。データ選択部４０とデータ蓄積部４１は、上述した実施形態１と同様である。

基準点推定部４２は、データ蓄積部４１に蓄積された所定数の３軸出力データに基づいて楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定して楕円面主軸長さ・中心座標データを出力する。感度・オフセット情報記憶部４３は、基準点推定部４２から出力された楕円面主軸長さ・中心座標データを記憶する。

感度・オフセット補正計算部４４は、感度・オフセット情報記憶部４３において記憶されている楕円面主軸長さ・中心座標データに基づいて、Ａ／Ｄ変換部３８から出力された３軸出力データの感度及びオフセット補正を行う。

次に、基準点推定部４２における楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する方法について説明する。
Ａ／Ｄ変換部３８から出力される３軸出力データＳｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚは、次式のように表される。

ここで、ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚは各軸方向の感度、Ｃｒｘ，Ｃｒｙ，Ｃｒｚは、Ｓｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚに存在するオフセットを示している。

加速度計測装置が静止しているか、等速運動を行っている場合、３軸加速度センサ１が受けている加速度は重力加速度ｇのみである。したがって、

従って、上式（１９）より

上式（４２）によれば、図１２に示すように、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｑ（Ｓｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚ）は、ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚを各主軸の長さ、Ｃｒｘ，Ｃｒｙ，Ｃｒｚを中心Ｃ２の座標値とし、各主軸の方向が３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）の各軸に平行な楕円面Ｅ１上に位置することになる。

今度は、Ｎ個の異なる３軸加速度センサ３１の姿勢においてそれぞれＡ／Ｄ変換部３８から出力される３軸出力データを取得し、各軸成分のデータをそれぞれ
Ｓ_１ｒｘ，Ｓ_２ｒｘ，…，Ｓ_Ｎｒｘ
Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_２ｒｙ，…，Ｓ_Ｎｒｙ
Ｓ_１ｒｚ，Ｓ_２ｒｚ，…，Ｓ_Ｎｒｚ
と表記する。次に、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において、取得した３軸出力データを
Ｑ_１（Ｓ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚ），Ｑ_２（Ｓ_２ｒｘ，Ｓ_２ｒｙ，Ｓ_２ｒｚ），…，Ｑ_Ｎ（Ｓ_Ｎｒｘ，Ｓ_Ｎｒｙ，Ｓ_Ｎｒｚ）
なるＮ個の点として表すものとする。

すると、図１３に示すように、各主軸の方向が３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）の各軸に平行で、Ｑ_１，Ｑ_２，…，Ｑ_Ｎのいずれも面上に位置するような楕円面Ｅ１’を推定すればＥ１’はＥ１に相当することが期待され、Ｅ１’の各主軸の長さａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’を以ってａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚを、中心Ｃ２’の座標値Ｃｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を以ってＣｒｘ，Ｃｒｙ，Ｃｒｚを推定することができる。

＜ａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を推定する具体的方法＞
基準点推定部４２は、楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を、所定数の３軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定する。

Ｑ_１，Ｑ_２，…，Ｑ_Ｎから楕円又は楕円面Ｅ１’を推定するには種々の方法があり、最低Ｎ＝６で推定可能である。しかしながら、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサの感度は数百μＶ／Ｇ／Ｖ程度しかないため出力電圧は非常に微弱であり、取得された３軸出力データには相当のノイズが重畳する。

３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｉ番目の３軸出力データの点Ｑ_ｉ（Ｓ_ｉｒｘ，Ｓ_ｉｒｙ，Ｓ_ｉｒｚ）からＥ１’までの距離ε_ｉは次の通りとなる。

理想的にはＱ_１，Ｑ_２，…，Ｑ_Ｎの全てについてε_ｉ＝０となる筈である。しかしながら、取得された３軸出力データには相当のノイズが重畳しているのでε_ｉ＝０とはならない。

そこでＮを増やし、ε_ｉの２乗総和値が最小になるよう統計的手法を用いてａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を推定すれば、相当のノイズが重畳していても精度の良い推定が可能となる。ε_ｉの２乗総和値Ｚ_４は次式のようになる。

あるいは、ε_ｉの２乗総和値に類似な値として、次式によりＺ_５を定義する。

上式（４４）及び（４５）に対しては最適化手法（例えば、非特許文献１参照）を用いてａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を計算することができる。なお、上述した実施形態１の説明における次の部分は、全て実施形態２においても同様に適用可能である。

次に、データ選択部４０における３軸出力データの選択を行う方法について説明する。
＜具体的方法（その１）＞
データ選択部４０は、データ取得部３５Ａによって３軸出力データを取得する毎に直前に取得された３軸出力データとの差分を計算し、その差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、３軸出力データを適当と判断して選択する。
＜具体的方法（その２）＞
データ選択部４０は、データ取得部３５Ａによって繰り返し取得された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布に基づいて球面を推定し、この球面から所定距離以内にある３軸出力データを適当と判断して選択する。また、データ選択部４０は、球面の半径を所定値として球面を推定する。

次に、データ蓄積部４１とデータ変化判定部４１ａについて説明する。
データ選択部４０によって選択された３軸出力データが、データ蓄積部４１によって既に蓄積された３軸出力データと比較して所定値以上変化したか否かを判定するデータ変化判定部４１ａを備え、データ蓄積部４１は、データ変化判定部４１ａの判定結果に基づいて、データ選択部４０によって選択された３軸出力データを蓄積せず廃棄する。

図１４乃至図１６は、本発明の実施形態２において楕円面主軸長さ・中心座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。なお、ここでは、データ変化判定部４１ａにおいて、データ選択部４０において選択された３軸出力データとデータ蓄積部４１に最後に蓄積されている３軸出力データとを比較して、両者の差分が所定値未満であれば前者が破棄されることとしている。

まず、初期設定として以下の操作を行う（Ｓ２０１）。データ記憶部３９のカウンタｋ３（図５のカウンタ２５に相当）をクリアする。次に、データ蓄積部４１に蓄積されている３軸出力データの数ｋ４をクリアする。次に、Ａ／Ｄ変換部３８より３軸出力データＳｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚを取得し、データ記憶部３９の１段目Ｓ_ｒｘ１，Ｓ_ｒｙ１，Ｓ_ｒｚ１に記憶する。

次に、Ａ／Ｄ変換部３８よりＳｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚを取得する（Ｓ２０２）。次に、データ記憶部３９のＳ_ｒｘ１，Ｓ_ｒｙ１，Ｓ_ｒｚ１に記憶されている３軸出力データをデータ記憶部３９の２段目Ｓ_ｒｘ２，Ｓ_ｒｙ２，Ｓ_ｒｚ２に送り、Ｓｒｘ，Ｓｒｙ，ＳｒｚをＳ_ｒｘ１，Ｓ_ｒｙ１，Ｓ_ｒｚ１に記憶する（Ｓ２０３）。

次に、データ記憶部３９内の１段目と２段目にそれぞれ記憶されている３軸出力データの差分が所定値ｅ３以上である場合は、ｋ３をクリアしてステップＳ２０２に戻る（Ｓ２０４，Ｓ２０５）。ｋ３の値を１つ増やし（Ｓ２０６）、ｋ３の値が所定値ｍ２未満である場合は、Ｓ２０２に戻る（Ｓ２０７）。ｋ３をクリアし、Ｓ_ｒｘ１，Ｓ_ｒｙ１，Ｓ_ｒｚ１をデータ選択部４０の出力Ｓ_ｒｘｏ，Ｓ_ｒｙｏ，Ｓ_ｒｚｏ（図５の出力部２６に送ることに相当）とする（Ｓ２０８）。

次に、Ｓ_ｒｘｏ，Ｓ_ｒｙｏ，Ｓ_ｒｚｏとデータ蓄積部４１の１段目に記憶されている３軸出力データＳ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚの差分が所定値ｅ４未満である場合は、Ｓ２０２に戻る（Ｓ２０９）。ｋ４の値が所定値Ｎ以上である場合は、Ｓ２１３に進む（Ｓ２１０）。ｋ４の値を１つ増やし（Ｓ２１１）、ｋ４の値が１である場合は、Ｓ２１７に進む（Ｓ２１２）。

次に、指標ｉをｋ４の値に設定する（Ｓ２１３）。指標ｊをｉ−１に設定し、データ蓄積部４１のｊ段目Ｓ_ｊｒｘ，Ｓ_ｊｒｙ，Ｓ_ｊｒｚに記憶されている３軸出力データをｉ段目Ｓ_ｉｒｘ，Ｓ_ｉｒｙ，Ｓ_ｉｒｚに送る（Ｓ２１４）。ｉの値を１つ減らし（Ｓ２１５）、ｉの値が１を超える場合は、Ｓ２１４に戻る（Ｓ２１６）。

次に、Ｓ_ｒｘｏ，Ｓ_ｒｙｏ，Ｓ_ｒｚｏをＳ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚに記憶する（Ｓ２１７）。ｋ４の値がＮ未満である場合は、Ｓ２０２に戻る（Ｓ２１８）。（Ｓ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚ），…，（Ｓ_Ｎｒｘ，Ｓ_Ｎｒｙ，Ｓ_Ｎｒｚ）からａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を推定する（Ｓ２１９）。ａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’の推定を繰り返す場合は、Ｓ２０２に戻る（Ｓ２２０）。

［実施形態３］
図１７は、本発明の加速度計測装置の実施形態３を説明するための構成図で、基準点の推定を、３軸加速度センサが検知していると予想される重力加速度の各軸成分の値から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定するものである。

図中符号４５は３軸加速度センサ、４６は３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路、４７は３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路、４８は３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路、４９Ａはデータ取得部、４９はマルチプレクサ部、５０は加速度センサ駆動電源部、５１は増幅部、５２はＡ／Ｄ変換部、５３は温度検出部、５４は感度補正情報記憶部、５５は感度補正計算部、５６は基準点推定部、５７はオフセット情報記憶部、５８はオフセット補正計算部を示している。なお、上述した実施形態１と重複する部分は説明を省略する。

本実施形態３の加速度計測装置は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサ４５と、この加速度センサ４５の３軸出力データを取得するデータ取得部４９Ａと、加速度センサ４５が所定の一姿勢を保持している状態においてデータ取得部４９Ａによって３軸出力データを取得し、３軸出力データの各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における位置及び所定の一姿勢を保持している状態において加速度センサ４５が検知していると予想される重力加速度の各軸成分の値から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定部５６と、この基準点推定部５６により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサ４５の３軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部５８とを備えている。また、データ取得部４９Ａは、マルチプレクサ部４９と加速度センサ駆動電源部５０と増幅部５１とＡ／Ｄ変換部５２とから構成されている。

３軸加速度センサ４５とｘ軸方向検出回路４６とｙ軸方向検出回路４７とｚ軸方向検出回路４８とマルチプレクサ部４９と加速度センサ駆動電源部５０と増幅部５１とＡ／Ｄ変換部５２と温度検出部５３と感度補正情報記憶部５４と感度補正計算部５５とオフセット情報記憶部５７とオフセット補正計算部５８は、上述した実施形態１と同様である。

基準点推定部５６は、感度補正情報記憶部５５から出力される３軸出力データに基づいて基準点の座標を推定して基準点座標データを出力する。

次に、基準点推定部５６における基準点の座標を推定する方法について説明する。
３軸加速度センサ４５が既知の姿勢で静止している場合、３軸加速度センサ４５が受ける加速度の各方向成分は一意に決まる。例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、充電器６０が水平に置かれ、加速度計測装置５９が所定の姿勢で充電器６０にセットされている状態において、３軸加速度センサ４５のｘ軸検出方向が重力加速度ｇの方向に対して垂直、ｙ軸検出方向が重力加速度ｇの反対の方向に対して角度φ傾いているとすれば、重力加速度ｇのｘ，ｙ，ｚ軸方向成分Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚは次の通りとなる。

したがって、次の通り基準点Ｃ１の座標値Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚを計算することができる。

つまり、加速度計測装置が既知の姿勢で静止している状態があるのならば、その状態において３軸出力データを取得すれば簡単に３軸加速度センサのオフセットデータを得ることができる。

［実施形態４］
本実施形態４は、上述した実施形態１から次の手段を省いたものとなっている。つまり、データ選択部１３における３軸出力データの選択とデータ蓄積部１４におけるデータ変化判定部１８を省略したものである。加速度計測装置の利用分野によっては、例えば、以下のケースも考えられ、上述した手段が省略可能となるので実施形態４を設けている。

傾斜センサのように重力加速度の検出が主体であり、かつ計測中は加速度計測装置があまり動かず３軸加速度センサが受ける運動加速度が重力加速度に比べてごく小さい。または、運動加速度を検出する手段が別途設けられており、運動加速度が検出された場合は３軸加速度データを取得しないようになっている。基準点座標データを得るための３軸加速度データ取得に際しては、個々の３軸加速度データを取得する度に使用者が加速度計測装置を静止させた状態で３軸加速度データの取得指示を出す操作を行うことになっている。

図２０は、本発明の加速度計測装置の実施形態４を説明するための構成図で、基準点の推定を、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するもので、また、基準点の推定を、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離が所定の代表値に最も近づくよう統計的手法によって推定するものである。

図中符号６１は３軸加速度センサ、６２は３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路、６３は３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路、６４は３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路、６５Ａはデータ取得部、６５はマルチプレクサ部、６６は加速度センサ駆動電源部、６７は増幅部、６８はＡ／Ｄ変換部、６９は温度検出部、７０は感度補正情報記憶部、７１は感度補正計算部、７２はデータ蓄積部、７３は基準点推定部、７４はオフセット情報記憶部、７５はオフセット補正計算部を示している。

本実施形態４の加速度計測装置は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサ６１と、この加速度センサ６１の３軸出力データを取得するデータ取得部６５Ａと、このデータ取得部６５Ａによって繰り返し取得された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布から、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定する基準点推定部７３と、この基準点推定部７３により推定された基準点の座標値に基づいて、加速度センサの３軸出力データのオフセットを補正するオフセット補正計算部７５とを備えている。また、データ取得部６５Ａは、マルチプレクサ部６５と加速度センサ駆動電源部６６と増幅部６７とＡ／Ｄ変換部６８とから構成されている。

３軸加速度センサ６１とｘ軸方向検出回路６２とｙ軸方向検出回路６３とｚ軸方向検出回路６４とマルチプレクサ部６５と加速度センサ駆動電源部６６と増幅部６７とＡ／Ｄ変換部６８と温度検出部６９と感度補正情報記憶部７０と感度補正計算部７１とオフセット情報記憶部７４とオフセット補正計算部７５は、上述した実施形態１と同様である。

データ蓄積部７２は、感度補正情報記憶部７１から逐次出力される３軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部７３は、データ蓄積部７２に蓄積された所定数の３軸出力データに基づいて基準点の座標を推定し基準点座標データを出力する。

基準点推定部７３における基準点の座標を推定する方法についは、上述した実施形態１の場合と同様である。
また、＜Ｃ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定する具体的方法（その１）＞についても、上述した実施形態１の場合と同様である。つまり、基準点推定部７３は、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離のばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

また、＜Ｃ１’（Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’）を推定する具体的方法（その２）＞についても、上述した実施形態１の場合と同様である。つまり、基準点推定部７３は、３次元直交座標空間上に定める基準点の座標値を所定数の３軸出力データの各々から基準点までの距離の所定の代表値に対するばらつきが最小になるように統計的手法によって推定するものである。

図２１及び２２は、本発明の実施形態４における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

まず、初期設定として以下の操作を行う（Ｓ３０１）。感度補正計算部７１より３軸出力データＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚを取得し、データ蓄積部７２の１段目Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚに記憶する。次に、データ蓄積部７２に蓄積されている３軸出力データの数ｋ５を１にする。

次に、感度補正計算部７１よりＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚを取得する（Ｓ３０２）。ｋ５の値が所定値Ｎ未満である場合はｋ５の値を１つ増やす（Ｓ３０３，Ｓ３０４）。指標ｉをｋ５の値に設定する（Ｓ３０５）。指標ｊをｉ−１に設定し、データ蓄積部７２のｊ段目Ｓ_ｊｘ，Ｓ_ｊｙ，Ｓ_ｊｚに記憶されている３軸出力データをｉ段目Ｓ_ｉｘ，Ｓ_ｉｙ，Ｓ_ｉｚに送る（Ｓ３０６）。ｉの値を１つ減らし（Ｓ３０７）、ｉの値が１を超える場合は、Ｓ３０６に戻る（Ｓ３０８）。

次に、Ｓｘ，Ｓｙ，ＳｚをＳ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚに記憶する（Ｓ３０９）。ｋ５の値がＮ未満である場合は、Ｓ３０２に戻る（Ｓ３１０）。（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），…，（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）からＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’を推定する（Ｓ３１１）。Ｃｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’の推定を繰り返す場合は、Ｓ３０２に戻る（Ｓ３１２）。

［実施形態５］
本実施形態５は、上述した実施形態２から次の手段を省いたものとなっている。つまり、データ選択部４０における３軸出力データの選択とデータ蓄積部４１におけるデータ変化判定部４１ａを省略したものである。

実施形態４の説明で述べたように、加速度計測装置の利用分野によっては、上述した手段が省略可能となることも考えられるので、実施形態５を設けている。

図２３は、本発明の加速度計測装置の実施形態５を説明するための構成図で、基準点の推定を、３次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の３軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定するものである。

図中符号７６は３軸加速度センサ、７７は３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路、７８は３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路、７９は３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路、８０Ａはデータ取得部、８０はマルチプレクサ部、８１は加速度センサ駆動電源部、８２は増幅部、８３はＡ／Ｄ変換部、８４はデータ蓄積部、８５は基準点推定部、８６は感度・オフセット情報記憶部、８７は感度・オフセット補正計算部を示している。

本実施形態５の加速度計測装置は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサ７６と、この加速度センサ７６の３軸出力データを取得するデータ取得部８０Ａと、このデータ取得部８０Ａによって繰り返し取得された所定数の３軸出力データの、各軸成分を座標値としたときの３次元直交座標空間における分布から、３次元直交座標空間上に定める楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定数の３軸出力データの各々が楕円面に最も近づくよう統計的手法によって推定する基準点推定部８５と、この基準点推定部８５により推定された楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、加速度センサの３軸出力データの感度及びオフセットを補正する感度・オフセット補正計算部８７とを備えている。また、データ取得部８０Ａは、マルチプレクサ部８０と加速度センサ駆動電源部８１と増幅部８２とＡ／Ｄ変換部８３とから構成されている。

３軸加速度センサ７６とｘ軸方向検出回路７７とｙ軸方向検出回路７８とｚ軸方向検出回路７９とマルチプレクサ部８０と加速度センサ駆動電源部８１と増幅部８２とＡ／Ｄ変換部８３は、上述した実施形態１と同様である。

データ蓄積部８４は、Ａ／Ｄ変換部８３から逐次出力される３軸出力データを所定数蓄積するデータバッファである。基準点推定部８５は、データ蓄積部８４に蓄積された所定数の３軸出力データに基づいて楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定して楕円面主軸長さ・中心座標データを出力する。感度・オフセット情報記憶部８６と感度・オフセット補正計算部８７については、上述した実施形態２の場合と同様である。

また、基準点推定部８５における楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定する方法についても、上述した実施形態２の場合と同様である。
また、＜ａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を推定する具体的方法＞についても、上述した実施形態２の場合と同様である。

図２４及び図２５は、本発明の実施形態５における基準点座標データを取得する手順を説明するためのフローチャートを示す図である。

まず、初期設定として以下の操作を行う（Ｓ４０１）。Ａ／Ｄ変換部８３より３軸出力データＳｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚを取得し、データ蓄積部８４の１段目Ｓ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚに記憶する。次に、データ蓄積部８４に蓄積されている３軸出力データの数ｋ６を１にする。

次に、Ａ／Ｄ変換部８３よりＳｒｘ，Ｓｒｙ，Ｓｒｚを取得する（Ｓ４０２）。ｋ６の値が所定値Ｎ未満である場合はｋ６の値を１つ増やす（Ｓ４０３，Ｓ４０４）。指標ｉをｋ６の値に設定する（Ｓ４０５）。指標ｊをｉ−１に設定し、データ蓄積部８４のｊ段目Ｓ_ｊｒｘ，Ｓ_ｊｒｙ，Ｓ_ｊｒｚに記憶されている３軸出力データをｉ段目Ｓ_ｉｒｘ，Ｓ_ｉｒｙ，Ｓ_ｉｒｚに送る（Ｓ４０６）。ｉの値を１つ減らし（Ｓ４０７）、ｉの値が１を超える場合はステップＳ４０６に戻る（Ｓ４０８）。

次に、Ｓｒｘ，Ｓｒｙ，ＳｒｚをＳ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚに記憶する（Ｓ４０９）。ｋ６の値がＮ未満である場合は、Ｓ４０２に戻る（Ｓ４１０）。（Ｓ_１ｒｘ，Ｓ_１ｒｙ，Ｓ_１ｒｚ），…，（Ｓ_Ｎｒｘ，Ｓ_Ｎｒｙ，Ｓ_Ｎｒｚ）からａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｒｘ’，Ｃｒｙ’，Ｃｒｚ’を推定する（Ｓ４１１）。ａ_ｘ’，ａ_ｙ’，ａ_ｚ’及びＣｘ’，Ｃｙ’，Ｃｚ’の推定を繰り返す場合は、Ｓ４０２に戻る（Ｓ４１２）。

次に、温度特性への対応について説明する。
上述したように、ピエゾ抵抗型の加速度センサにおいては感度及びオフセットは著しい温度特性を有する。したがって、加速度計測装置の置かれている環境の温度変化が大きい場合は、オフセット情報記憶部に記憶された基準点座標データの推定に用いられた３軸加速度データが取得された時の温度、若しくは感度・オフセット情報記憶部に記憶された楕円面主軸長さ・中心座標データの推定に用いられた３軸加速度データが取得された時の温度と、オフセット補正計算部若しくは感度・オフセット補正計算部にて補正の対象となる３軸加速度データが取得された時の温度が大きく異なり、オフセット補正若しくは感度・オフセット補正の誤差が大きくなる可能性がある。

また、基準点座標データの推定に用いられる所定数の３軸加速度データがそれぞれ取得された時の温度のばらつき、若しくは楕円面主軸長さ・中心座標データの推定に用いられる所定数の３軸加速度データがそれぞれ取得された時の温度のばらつきが大きくなり、基準点座標データ若しくは楕円面主軸長さ・中心座標データの誤差が大きくなる可能性もある。

以下、上述した実施形態１から実施形態５において適用可能な、上述の温度特性への対応に対する各解決手段について説明する。
＜解決手段１＞
本解決手段１は、上述した実施形態１，２，４及び５において適用可能である。
以下、実施形態１へ適用する場合について説明する。

図２６は、温度特性への対応についての解決手段１を示すブロック図で、図中符号８８は入力部、８９は比較部、９０は第１のデータバッファ、９１は第２のデータバッファ、９２はデータバッファＬ、９３は選択部、９４は基準点推定部、９５は分配部、９６は第１の基準点座標記憶、９７は第２の基準点座標記憶、９８は基準点座標記憶Ｌを示している。つまり、図２６は、本解決手段を適用した場合の、データ蓄積部１４と基準点推定部１５及びオフセット情報記憶部１６に相当する詳細構成の一例を表したものである。

加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめＬ個に区分されており、それぞれ温度区分１，温度区分２，…，温度区分Ｌと称するものとする。データ選択部１３において選択された３軸出力データは、一旦入力部８８にて一時記憶される。入力部８８は、温度検出部９より取得された温度データを基に、一時記憶された３軸出力データがどの温度区分に属するかを決定する。

第１のデータバッファ９０と第２のデータバッファ９１，…，データバッファＬ９２は、それぞれ温度区分１，温度区分２，…，温度区分Ｌに属する３軸出力データを蓄積する。

比較部８９は、第１のデータバッファ９０と第２のデータバッファ１，…，データバッファＬ９２の中から、入力部８８にて一時記憶された３軸出力データが属する温度区分と同じものを選択する。その後、上述した実施形態１の説明と同様に、入力部８８にて一時記憶された３軸出力データを選択されたデータバッファに蓄積するか破棄する。

選択部９３は、入力部８８にて一時記憶された３軸出力データが比較部８９によって選択されたデータバッファに蓄積された時、選択されたデータバッファに蓄積されたデータ数が所定数に達していれば、選択されたデータバッファに蓄積されている３軸出力データと温度区分情報を基準点推定部９４に向けて出力する。

基準点推定部９４は、選択部９３から出力された３軸出力データに基づき基準点の座標値を推定する。分配部９５は、選択部９３から出力された温度区分情報に基づき、基準点推定部９４から出力された基準点座標データを対応する第１の基準点座標記憶９６と第２の基準点座標記憶９７，…，基準点座標記憶Ｌ９８のいずれかに記憶する。

なお、入力部８８にて一時記憶された３軸出力データを比較部８９によって選択されたデータバッファに蓄積する際、温度検出部９より取得された温度データが決定された温度区分のどこに位置するかによって３軸出力データを補正してもよい。これは、感度及びオフセットの温度依存性が概ね把握されており、しかも、温度区分内での感度及びオフセットの温度変化が比較的大きい場合に有効である。

その後、オフセット補正計算部１７は、感度補正計算部１１から出力される３軸出力データに対して、温度検出部９より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第１の基準点座標記憶９６と第２の基準点座標記憶９７，…，基準点座標記憶Ｌ９８のいずれかに記憶されている基準点座標データを用いてオフセット補正を行う。

＜解決手段２＞
本解決手段２は、上述した実施形態１，２，４及び５において適用可能である。
以下、実施形態１へ適用する場合について説明する。
図２７は、温度特性への対応についての解決手段２を示すブロック図で、本解決手段を適用した場合の、データ蓄積部１４，４０と基準点推定部１５，４２及びオフセット情報記憶部１６、感度・オフセット情報記憶部４３に相当する詳細構成の一例を表したものである。図中符号９９は入力部、１００は比較部、１０１はデータバッファＡ、１０２はデータバッファＢ、１０３は選択部、１０４は基準点推定部、１０５は分配部、１０６は第１の基準点座標記憶、１０７は第２の基準点座標記憶、１０８は基準点座標記憶Ｌを示している。

加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめＬ個に区分されており、それぞれ温度区分１，温度区分２，…，温度区分Ｌと称するものとする。

データ選択部１３において選択された３軸出力データは、一旦入力部９９にて一時記憶される。入力部９９は、温度検出部９より取得された温度データを基に、一時記憶された３軸出力データがどの温度区分に属するかを決定する。

データバッファＡ１０１は、３軸出力データを蓄積し、データバッファＢ１０２は、データバッファＡ１０１に蓄積された３軸出力データが入力部９９にて一時記憶された時に温度検出部９より取得された温度データを同じ順序で蓄積する。この結果、データバッファＡ１０１に蓄積されたそれぞれの３軸出力データは、データバッファＢ１０２に蓄積された温度データを参照することにより、どの温度区分に属するかが判るようになっている。

比較部１００は、入力部９９にて一時記憶された３軸出力データに対して、データバッファＡ１０１に蓄積された３軸出力データの中から温度区分が同じものと比較することにより、上述した実施形態１の説明と同様に、データバッファＡ１０１に蓄積するか破棄する。

入力部９９にて一時記憶された３軸出力データが、データバッファＡ１０１に蓄積される場合、データバッファＡ１０１に既に蓄積された３軸出力データの中で、今回蓄積されようとする３軸出力データと温度区分が同じものが所定数に達している場合、該当する３軸出力データの中で最も古いものとデータバッファＢ１０２において対応する温度データを破棄する。

入力部９９にて一時記憶された３軸出力データが、データバッファＡ１０１に蓄積される場合、先に取得された温度データをデータバッファＢ１０２に同時に蓄積する。

選択部１０３は、入力部９９にて一時記憶された３軸出力データが、データバッファＡ１０１に蓄積された時、データバッファＡ１０１に蓄積された３軸出力データの中で今回蓄積された３軸出力データと温度区分が同じものが所定数に達している場合、該当する３軸出力データと温度区分情報を基準点推定部１０４に向けて出力する。

基準点推定部１０４は、選択部１０３から出力された３軸出力データに基づき基準点の座標値を推定する。分配部１０５は、選択部１０３から出力された温度区分情報に基づき、基準点推定部１０４から出力された基準点座標データを対応する第１の基準点座標記憶１０６と第２の基準点座標記憶１０７，…，基準点座標記憶Ｌ１０８のいずれかに記憶する。

その後、オフセット補正計算部１７は、感度補正計算部１１から出力される３軸出力データに対して、温度検出部９より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第１の基準点座標記憶１０６と第２の基準点座標記憶１０７，…，基準点座標記憶Ｌ１０８のいずれかに記憶されている基準点座標データを用いてオフセット補正を行う。

＜解決手段３＞
本解決手段３は、上述した実施形態３において適用可能である。
図２８は、温度特性への対応についての解決手段３を示すブロック図で、本解決手段を適用した場合の、オフセット情報記憶部５７に相当する詳細構成の一例を表したものである。図中符号１０９は分配部、１１０は第１の基準点座標記憶、１１１は第２の基準点座標記憶、１１２は基準点座標記憶Ｌを示している。

加速度計測装置の使用温度範囲は、あらかじめＬ個に区分されており、それぞれ温度区分１，温度区分２，…，温度区分Ｌと称するものとする。分配部１０９は、温度検出部５３より取得された温度データに基づき、基準点推定部５６から出力された基準点座標データを対応する第１の基準点座標記憶１１０と第２の基準点座標記憶１１１，…，基準点座標記憶Ｌ１１２のいずれかに記憶する。

その後、オフセット補正計算部５８は、感度補正計算部５５から出力される３軸出力データに対して、温度検出部５３より取得した温度データを基にどの温度区分に属するかを決定し、対応する第１の基準点座標記憶１１０と第２の基準点座標記憶１１１，…，基準点座標記憶Ｌ１１２のいずれかに記憶されている基準点座標データを用いてオフセット補正を行う。

次に、不良データへの対応に対する各解決手段について説明する。

＜解決手段１＞
本解決手段１は、上述した実施形態１、実施形態２、実施形態４、実施形態５において適用可能である。
以下、上述した実施形態１へ適用する場合について説明する。
良好な基準点推定結果を得るためには、取得したＮ個の３軸出力データの３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）における点Ｐ_１（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），Ｐ_２（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ，Ｓ_２ｚ），…，Ｐ_Ｎ（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）はなるべく様々な位置にまんべんなく分布しているのが望ましい。一方、各点の位置は３軸加速度センサ１の姿勢によって決まるため、Ｎ個の３軸出力データの取得に際しては加速度計測装置の向きをなるべく様々な方向にまんべんなく向けるのが望ましいということになる。

ところが、使用者によっては加速度計測装置の向きの変化が限定的になる傾向があり、この場合は点Ｐ_１（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ，Ｓ_１ｚ），Ｐ_２（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ，Ｓ_２ｚ），…，Ｐ_Ｎ（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ，Ｓ_Ｎｚ）の分布も偏り良好な基準点推定結果が得られない。

この場合、３軸出力データの各軸成分の中で最も値の変化の少ない軸の成分を除き、残りの２軸成分から成る２軸出力データについて基準点座標の推定を行い、この２軸に対してオフセット補正を行うことが可能である。

具体的には、以下の手順で行う。
まず、取得したＮ個の３軸出力データについて、各軸成分別にばらつきを計算する。
ここでは計算の結果、ｚ軸成分のばらつきｖ（ｚ）がｘ軸成分のばらつきｖ（ｘ），ｙ軸成分のばらつきｖ（ｙ）のいずれからも小さくなったと仮定する。

次に、ｖ（ｚ）が所定値を超えていたら通常通りの基準点座標の推定を行う。次に、ｖ（ｚ）が所定値以下の場合、Ｎ個の３軸出力データからｚ軸成分のデータＳ_１ｚ，Ｓ_２ｚ，…，Ｓ_Ｎｚを除き、残りのｘ軸成分データＳ_１ｘ，Ｓ_２ｘ，…，Ｓ_Ｎｘ及びｙ軸成分のデータＳ_１ｙ，Ｓ_２ｙ，…，Ｓ_Ｎｙで２軸出力データを構成する。

次に、２次元直交座標空間（ｘ，ｙ）において、上述の２軸出力データを
Ｐ_１’（Ｓ_１ｘ，Ｓ_１ｙ），Ｐ_２’（Ｓ_２ｘ，Ｓ_２ｙ），…，Ｐ_Ｎ’（Ｓ_Ｎｘ，Ｓ_Ｎｙ）
なるＮ個の点として表す。

次に、２次元直交座標空間（ｘ，ｙ）において、Ｐ_１’，…，Ｐ_Ｎ’のいずれからも距離が一定となる点Ｃ１’’（Ｃｘ’’，Ｃｙ’’）を推定する。次に、点Ｃ１’’の座標値Ｃｘ’’，Ｃｙ’’を以って３軸出力データ中のｘ軸成分及びｘ軸成分に対してオフセット補正を行う。

＜解決手段２＞
本解決手段２は、上述した実施形態１から実施形態５において適用可能である。
以下、実施形態１へ適用する場合について説明する。
上述したように、取得したＮ個の３軸出力データの３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）における点の分布から推定される基準点の座標値は３軸出力データのオフセットに相当する。

ピエゾ抵抗型の加速度センサにおいては、オフセットは著しい温度特性を持つので、加速度計測装置の置かれている環境の温度変化が大きい場合はオフセットも時間変動する。しかし、短時間で急激にオフセットが時間変動することはピエゾ抵抗型加速度センサの特性上考えにくい。

このため、基準点座標の推定を逐次行っていて、推定された基準点座標が短時間で大きな変動を起こした場合は、３軸出力データに比較的大きなノイズが混入したか、３軸出力データ取得中の加速度計測装置の姿勢の変化が限定的になって基準点座標の推定が良好に行われなくなった可能性が高い。

また、このような基準点座標を用いれば、誤ったオフセット補正をしてしまうことになる。そこで、基準点座標の推定においては、直近の所定数の基準点座標値のばらつきを計算し、このばらつきが所定値よりも大きくなった場合は基準点座標の推定が良好に行われなかったと見做し、推定された基準点座標値を破棄すれば、誤ったオフセット補正を防ぐことができる。

＜解決手段３＞
本解決手段３は、上述した実施形態１から実施形態５において適用可能である。
以下、上述した実施形態１へ適用する場合について説明する。
上式（２０）より、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において３軸出力データの各軸成分を座標値とする点Ｐ（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）から基準点Ｃ１（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）までの距離は補正された感度ａと重力加速度ｇの積となる。

ピエゾ抵抗型の加速度センサにおいては、感度は著しい温度特性を持つので、加速度計測装置の置かれている環境の温度変化が大きい場合は感度も時間変動するが、短時間で急激に感度が時間変動することはピエゾ抵抗型加速度センサの特性上考えにくい。しかも、実施形態１においては感度補正計算部１１において感度補正され、補正された感度ａは一定に近い。

重力加速度ｇは通常の利用分野において一定値と見做してよい。したがって、ａｇはあらかじめ予測できる値であり、３次元直交座標空間（ｘ，ｙ，ｚ）において推定された基準点から各３軸出力データを示す点までの距離もあらかじめ予測される値に収斂するはずである。

そこで、基準点座標の推定においては、推定された基準点から各３軸出力データを示す点までの距離の平均値等を計算し、この値が所定範囲外であった場合は感度補正計算部１１における感度補正か基準点座標の推定のどちらか若しくは両方が良好に行われなかったと見做し、推定された基準点座標値を破棄すれば、誤ったオフセット補正を防ぐことができる。

次に、２軸加速度センサへの適用について説明する。
上述した実施形態１から実施形態５は、３軸方向の加速度を検出する加速度センサの代わりに２軸方向の加速度を検出する加速度センサを備えた加速度計測装置についても適用可能である。

このとき、実施形態１，４における基準点推定手段では、出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の２軸出力データの各軸成分を座標値としたときの２次元直交空間における分布から、当該２次元直交空間上に定める基準点の座標を推定することになる。

また、実施形態２，５における基準点推定手段では、出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の２軸出力データの各軸成分を座標値としたときの２次元直交空間における分布から、当該２次元直交空間上に定める楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定することになる。

また、実施形態１，２，４，５の適用においては、基準点の座標又は楕円の各主軸の長さ及び中心座標値の推定を行なうための２軸出力データを取得している間は、加速度を検出する２軸方向のいずれかにも垂直な軸の方向と重力加速度の方向との間になす角度が一定となるように加速度計測装置の姿勢を制御する。

［実施形態６］
３軸加速度センサにおいて、加速度センサが重力加速度のみを受ける場合、すなわち、静止している場合の加速度センサの出力データ（以下、測定データという）の分布は、３次元直交座標系において球面又は楕円面を形成する。そのため、この球面又は楕円面の中心値を求めることでオフセットを推定することが可能である。

加速度センサの球面又は楕円面当てはめ計算を行うには、例えば、測定データを有限長のバッファに蓄積し、蓄積された測定値から球体の中心を推定する方法を用いることができる。この際に精度良く球体の中心を推定するためには、測定データが球面上又は楕円面上に信頼度が高く分布されている必要がある。すなわち、測定データは確実に静止した時のデータでなければならない。

静止時の測定データを取得するためには、加速度センサが静止しているか否かの判定を行うことが必要となる。静止判定を行うには、ある閾値で設定された時間の間、測定データが変化していないことを判定するのが簡単である。

この設定時間の閾値が小さい場合は、偶然にも等加速度運動となった瞬間の値を取り込んだ可能性がある。動いていない期間の閾値を長くすると、このような偶然の可能性を低くすることができるが、静止時の測定データを取得するまでに時間がかかってしまい、データ取得の効率が落ちてしまう。そこで、静止していた時間が何秒間であったかという静止時間情報を静止時の測定データに付加しておくのがよい。

この静止時間情報は、蓄積された測定データが静止時のデータとして、どの程度信頼できるかを示す一つの指標として利用することができる。静止していた時間が短いことは、データ取得時に加速度センサが静止していた確率が低いことを示し、逆に時間が長いことは静止していた確率が高いことを示す。この静止時間情報の使い方としては、例えば、以下のようなことが考えられる。

有限長のバッファを用いた計算を行う場合、３次元空間内で近い距離にあるデータを排除することで、バッファ内のデータの冗長がなくなり、バッファを効率よく使うことができる。近い距離にあるデータどうしを比較するときに、どちらのデータがより確からしいかを判定する基準が問題となる。ここで、付加された静止時間情報を比較することで、統計的な計算等を行うことなく、簡単にどちらが確からしいかを判定することができるようになる。

上述した例では、測定データに静止時間情報を付加したが、一定間隔で測定を行っている場合には、静止していると判定されてから次に静止していないと判定されるまでの間に何回測定を行ったかという回数を情報として付加しても良い。

つまり、本実施形態６において、データ選択部１３，４０は、データ取得部５Ａ，３５Ａによって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、その差分が所定値を超えた場合に、基準となる出力データ、所定値を超える直前に取得された出力データ、又は基準となる出力データを取得してから差分が所定値を超える直前までの間に取得された出力データの内の任意の１つの出力データ、又はその平均値を選択し、データ蓄積部１４，４１は、基準となる出力データを取得してから所定値を越える直前にデータを取得するまでの時間を、データ選択部１３，４０によって選択された出力データに付加するものである。

＜具体的手法＞
図２９は、本発明の実施形態６における３軸出力データの概念図（その１）である。ここでは説明を簡単にするために１次元で表している。

曲線２１１は、加速度センサが受ける加速度の時間変化を示し、黒点２１２は、３軸加速度センサの出力データ取得のタイミングを示している。区間２１３はｍ秒間、区間２１４はｎ秒間だけ加速度センサの出力値が一定であることを示している。また、この場合、ｍ＜ｎである。これらの区間では出力値が一定であることより加速度センサは静止していると見做すことができる。したがって、両データとも静止時の測定データとして用いることができる。

しかしながら、これらの測定データのうちどちらかを排除しなければならない場合、測定時間を比較し、静止時間の長い区間２１４の測定データの方が確からしいとして区間２１４の測定データを採用すればよい。出力値が一定であるかどうかを判定する閾値は、任意に設定することができる。

図３０は、本発明の実施形態６におけるデータを選択する手順を説明するためのフローチャートを示す図で、オフセット情報を取得するためのフローチャートである。

図３０において、Ｓｃｕｒ、Ｓｂａｓｅ、Ｓｓｔａｔは３軸加速度測定データを表し、これらはＸ、Ｙ、Ｚ、ｔを成分とする構造体である。ここでＳｃｕｒは最新の測定データ、Ｓｂａｓｅは静止判定を行う基準点、Ｓｓｔａｔは静止していると判定された測定データを示す。Ｓｃｕｒ（ｘ）、Ｓｃｕｒ（ｙ）、Ｓｃｕｒ（ｚ）、Ｓｃｕｒ（ｔ）はそれぞれ測定データＳｃｕｒのＸ、Ｙ、Ｚ成分を表すものとする。また、Ｓｃｕｒ（ｔ）はある基準点Ｓｂａｓｅを測定した時刻からＳｃｕｒを測定した時刻までに経過した時間（継続時間情報）を示すものとする。Ｓｃｕｒが測定されるまでのＳｂｕｆは３軸加速度測定データの配列を表し、Ｓｂｕｆ[ｉ]は配列内のｉ番目の要素を表すものとする。

図３０において、初期設定として３軸加速度測定データを取得してＳｂａｓｅに蓄積し、それと同時に現在の時刻を取得してTｂａｓｅに蓄積する。この初期設定の時にかぎりＳｓｔａｔにＳｂａｓｅの値を代入し、Ｓｓｔａｔ（ｔ）には０を代入しておく（Ｓ４２１）。次に、再度３軸加速度測定データと現在の時刻を取得し、それぞれＳｃｕｒとTｃｕｒに蓄積する（Ｓ４２２）。

次に、ＳｂａｓｅとＳｃｕｒの３次元空間内での距離を計算する。このことを簡単にするためにマイナス演算子を用いて表記する（Ｓ４２３）。算出された距離が所定値（ｄｔｈ）より小さければ最新の測定値ＳｃｕｒをＳｓｔａｔに代入し、Ｓｓｔａｔ（ｔ）には時刻Tｂａｓｅと時刻Tｃｕｒの差分、すなわち、Ｓｂａｓｅを測定してからＳｃｕｒを測定するまでの時間を蓄積する（Ｓ４２４）。一方、算出された距離が所定値以上であれば、加速度センサが動いたと見做しＳｓｔａｔ（ｔ）の値を調べる（Ｓ４２５）。

図３１は、図３０におけるＳ４２５の処理を実行する時点における各変数に蓄積された測定データの概念を表わす図である。ここでは説明を簡単にするために１次元で表している。

区間２１５は加速度センサが静止していたことを示し、その時間はＰ秒であったとする。Ｓｃｕｒ２１８を最新の測定データとすると、Ｓｂａｓｅ２１６はその区間の開始時の測定データを示し、ＳｓｔａｔはＳｃｕｒが測定される一つ前の測定データを保持することとなる。さらに、Ｓｓｔａｔ（ｔ）には静止していた時間Ｐ秒が保持されている。

Ｓｓｔａｔ（ｔ）の値が所定値（ｔｔｈ）以下であればＳｂａｓｅとＳｓｔａｔをＳｃｕｒで、TｂａｓｅをTｃｕｒで、Ｓｓｔａｔ（ｔ）を０で上書きする（Ｓ４２６）。

Ｓｓｔａｔ（ｔ）の値が所定値より大きい場合、データバッファＳｂｕｆ内の測定データとＳｓｔａｔの入れ替えを試みる（Ｓ４２７）。最後に、データバッファの更新が行われたかどうかを判定し（Ｓ４２８）、データバッファ内の個々の測定データからの距離のばらつきが最小になるような球体中心座標を求め、オフセットを推定する（Ｓ４２９）。データの測定が終了したかどうか判断し（Ｓ４３０）、終了していなければ上述した処理を繰り返す。

図３２は、本発明の実施形態６におけるデータバッファ内の測定データを入れ替える手順を説明するためのフローチャートを示す図で、図３０におけるＳ４２７の処理を詳細に説明したフローチャートである。

最初に、データバッファＳｂｕｆ内の測定データＳｂｕｆ［ｉ］とＳｓｔａｔの３次元空間内での距離を計算する（Ｓ４３１）。測定データＳｓｔａｔとデータバッファＳｂｕｆ内の全ての測定データとの空間距離が所定値よりも大きい場合（Ｓ４３２）、データバッファＳｂｕｆ内の適当な１個のデータをＳｓｔａｔで置き換える（Ｓ４３３〜Ｓ４３５）。

一方でデータＳｂｕｆ［ｉ］とＳｓｔａｔの空間距離が所定値以下の場合（Ｓ４３２）、それらの測定データの継続時間情報Ｓｂｕｆ［ｉ］（ｔ）と、Ｓｓｔａｔ（ｔ）を比較する（Ｓ４３６）。Ｓｓｔａｔ（ｔ）の方がＳｂｕｆ［ｉ］（ｔ）以上の場合、Ｓｂｕｆ［ｉ］をＳｓｔａｔで置き換える（Ｓ４３７）。Ｓｂｕｆ［ｉ］（ｔ）がＳｓｔａｔ（ｔ）より小さければ、データバッファＳｂｕｆは更新せず、図３０におけるＳ４２７の処理を終了する。

バッファ内から削除する測定データの選定方法の例として、継続時間情報を用いることも考えられる。データバッファ内の測定データのうち一番小さな時間を持つ測定データを削除しても良い。またはＳｓｔａｔとの空間距離が最も近い測定データ、又は最も古く取得された測定データ、または推定された球面又は楕円面からの距離が最も離れている測定データを削除しても良い。

［実施形態７］
球面又は楕円面当てはめ計算において、加速度センサの出力データ（測定データ）が、３次元空間内で正確に球面上又は楕円面上にあるならば、各測定点が球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。

この測定データは、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。

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。すなわち、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データが分布するようにデータ蓄積を工夫すればよい。さらに、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、その出力データはその各測定方向成分すなわち測定軸のどれかを長軸又は短軸とするような楕円体上を分布するので、加速度センサの測定軸上での最大値、最小値となる成分を持つデータを用いることで、楕円面当てはめ計算の精度を高くすることができる。

本実施形態７では、加速度センサの測定軸及びそれらと線形関係にある軸を規定し、その軸上で最大又は最小となる出力データを優先的に蓄積することで、楕円面当てはめ計算において推定誤差が小さくなるようなデータ群を得ることを目的とする。

例えば、推定する楕円体の長軸と短軸が３次元直交座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸に一致する場合、測定データが各軸の最大と最小であるかを判定し蓄積してやればよい。ここで測定データを蓄積するバッファの数に注意する必要がある。

軸上で最大と最小となる測定データを蓄積するだけならば軸の数の２倍のデータバッファ長で足りるが、軸の数のちょうど２倍だけのデータバッファ長しか持たない場合、データバッファが一度最大と最小の測定データで満たされてしまうとデータバッファ内の測定データは入れ替わることが無くなってしまう。

球体当てはめ及び楕円体当てはめ演算を行うことでオフセットと感度を推定する手法において、演算結果が信頼できるものであるかどうかを判断するには、同一でない測定データ群を用いたそれぞれの演算結果が十分近い値であるかどうかを判定すればよい。

しかしながら、データバッファ内の測定データが入れ替わらなければ球体及び楕円体当てはめ演算は常に同じ結果を返してしまうことになり、その演算結果が信頼できるものであるかどうかを判断することが困難となってしまう。

そこで、軸上の最大と最小以外の測定データを蓄積できるようにデータバッファに冗長性を持たせ、どの軸の最大でも最小でもないと判定された測定データをこの冗長部に蓄積するようにすればよい。この冗長なデータバッファは、ＦＩＦＯ方式で測定データを蓄積する。この結果、データバッファ全体としては静止時の測定データを得る毎に更新され、常に同一でない測定データ群を得ることができる。つまり、データ群が更新されるたびに毎回球体又は楕円体当てはめ計算を行い、その結果を評価することで、演算結果が信頼できるものかどうかを判断することができる。

＜具体的手法＞
図３３は、本発明の実施形態７におけるデータ変化判定部の具体的な構成図で、測定データ選択の具体的方法を示すものである。図１におけるデータ記憶部１２とデータ選択部１３の詳細を表したものである。図中符号２２０はデータ入力部、２２１は軸比較部、２２２は最大最小値用データバッファ、２２３はＦＩＦＯ型データバッファ、２２４は出力部を示している。

感度補正計算部１１から出力された測定データは入力部２２０にいったん蓄積される。軸比較部２２１は、入力部２２０に記憶されている測定データと最大最小用データバッファ２２２に蓄積されている測定データを比較し、入力部２２０のデータがいずれかの軸上で最大又は最小であると判定したならば、その測定データを該当する最大最小用データバッファ２２２内のデータと入れ替える。

この場合、入力部２２０には最大最小データバッファ２２２内に蓄積されていた測定データが新たに記憶される。最大最小用データバッファ内の全ての測定データと比較し終わると、結果として入力部２２０にはどの軸上でも最大又は最小にならないデータが記憶されることとなる。入力部２２０に記憶された最大又は最小でない測定データは、ＦＩＦＯデータバッファ２２３の初段に格納され、最後段に蓄積されていた測定データは破棄される。

以上の手順が終了すると、出力部２２４は、最大最小用データバッファ２２２とＦＩＦＯ型データバッファ２２３に蓄積されている測定データを基準点推定部１５に向けて出力する。

図３４は、本実施形態７において、データバッファ内の各測定データが３軸加速度センサの各軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のどれか一つに対して最大または最小となるデータを優先的に格納する手順を説明するためのフローチャートを示す図で、図３０に示したＳ４２７の処理を詳細に説明したフローチャートである。

ここでは３軸加速度センサの測定軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に対して最大と最小の測定データを一つずつデータバッファ内に持ち、冗長なデータバッファを一つとする。その結果、データバッファ長は７となる。

最初に、データバッファＳｂｕｆ内の測定データＳｂｕｆ［ｉ］とＳｓｔａｔの３次元空間内での距離を計算する（Ｓ４４２）。測定データＳｓｔａｔとデータバッファＳｂｕｆ内の全ての測定データとの空間距離が所定値よりも大きい場合（Ｓ４４３）、カウンタの値に基づいて条件判定を行う（Ｓ４４４）。

ここでカウンタの値に基づく条件とはｉ＝０の場合はＸ軸の最大、ｉ＝１の場合はＸ軸の最小、以下Ｙ軸最大、Ｙ軸最小、Ｚ軸最大、Ｚ軸最小とする。例えば、ｉ＝０の場合、Ｓｂｕｆ［０］（ｘ）とＳｓｔａｔ（ｘ）を比較し、Ｓｓｔａｔ（ｘ）の方が大きいならばＳｂｕｆ［０］とＳｓｔａｔの値を入れ替える（Ｓ４４５）。したがって、Ｓｂｕｆ［０］には常にＸ軸最大の測定データが蓄積される。

バッファ内の全てのデータを比較し終わると（Ｓ４４３〜Ｓ４４９）、Ｓｂｕｆ［０］にはＸ軸最大の測定データが、Ｓｂｕｆ［１］にはＸ軸最小の測定データが、以下Ｙ軸最大、Ｙ軸最小、Ｚ軸最大、Ｚ軸最小の測定データがバッファに蓄積される。

ただし、ここで示した条件とカウンタの対応は一例であり、その対応の順序はどのようにしてもよい。なぜならば、新たな測定データを得るごとにこれらのステップは繰り返されるため、ある軸の条件に当てはまった測定データでも、新たな最大又は最小のデータが入ってくることにより他の軸の条件で判定されるため、ある一つの測定データはバッファから削除されるまでの間に全ての条件において判定されるからである。

本実施例７では説明を簡単化するためにバッファ長を６としたが、各軸の最大方向、最小方向に複数個の測定データを格納しても良い。複数個の測定データを格納した場合、軸付近における測定データを平均化することと同様の効果が期待できる。また、冗長なデータバッファについても、必ずしもひとつである必要はなく、２つ以上を持つようにしてもよい。

また、３軸加速度センサの測定軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の線形結合で表される軸を新たに定義し、その上で最大、最小となる測定データを蓄積しても良い。この場合、バッファ内の測定データを球面又は楕円面上に広く分布させるように蓄積できることが期待できる。

［実施形態８］
球体又は楕円体当てはめ計算を行うことで３軸加速度センサのオフセットと感度を推定する手法において、３軸加速度センサの各測定軸の感度にばらつきがある場合、加速度センサが静止している時の測定データは３次元空間内で楕円体を形成するため、楕円体当てはめ計算の方が球体当てはめ計算よりも正確なオフセットと感度を推定できることが期待される。

しかしながら、楕円体当てはめ計算は、球体当てはめ計算よりも自由度が大きいため、データバッファ内の測定データが十分に分布していて、かつ十分な個数がないと精度のよい推定計算が行えない。特に加速度センサの出力に対して楕円体の当てはめ計算を行う場合、加速度センサが静止した時にしかデータを取得できないという制約のため、楕円体を形成するのに十分な数の測定データを得るまでには長い時間がかかってしまう。そのため、加速度センサが携帯機器に搭載されているような場合に、早期にオフセットと感度の推定値を得るためには携帯機器を動かしては止め、また別方向に動かしては止めるといった意図的動作をユーザーに強いらない限り早期に精度の良いオフセット推定を行うことは困難である。

そこで、データバッファ内の測定データ数が少ない場合や分布が楕円体当てはめ計算を行うには不十分な場合には球体当てはめ計算を行い、測定データ群の個数・分布共に楕円体当てはめ計算を行うのに十分と判断した場合に楕円体当てはめ計算に切り替える。その結果、ユーザーは早期にオフセットと感度の概略の値を得ることが可能となり、楕円体当てはめ計算を行うのに十分な測定データが得られた時には、さらに正確なオフセットと感度の値を得られることが期待できる。

つまり、本実施形態８において、基準点推定部１５，４２は、データ蓄積部１４，４１に蓄積されている出力データの個数又は３次元直交座標空間における分布及びその両方から、基準点推定部１５，４２において球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定するものである。なお、球面及び楕円面の両方を計算し、その結果に基づいてどちらか一方を選択するようにしても良い。

＜具体的手法＞
図３５は、実施形態８における球体当てはめと楕円体当てはめの切り替えの具体的方法を説明するためのフローチャートを示す図で、図３０に示したＳ４２９の処理を詳細に説明したフローチャートである。

最初に、データバッファ内に蓄積されている測定データ数とその分布を調べる（Ｓ４５０）。その結果、楕円体当てはめ演算を行うのに十分な測定データがあり、かつ測定データの分布が十分広いと判断したら楕円体当てはめ演算を行い（Ｓ４５１）、そうでなければ球体当てはめ演算を行う（Ｓ４５２）。どちらか一方の計算手法により推定されたオフセットと感度は確からしさを判定される（Ｓ４５３）。

確からしさを判定する手法としては、例えば、実施形態７で述べたように、異なる測定データ群から複数回推定計算を行い、それぞれの演算結果が十分近い値であることを判定しても良い。または加速度センサの製造ばらつきを考慮して、解の範囲を限定しても良い。

確からしいと判定した場合は、オフセットと感度の値を更新する（Ｓ４５４）。

本実施形態８では、無駄な計算を省くために最初に球体あてはめか楕円体あてはめかを判断してから推定計算を実行しているが、もし演算能力に余裕があるならば球体と楕円体の両方のあてはめ演算を行い確からしい演算結果の方を選択してもよい。

演算結果の確からしさを求める手法は、推定された球面又は楕円面と実際のデータ分布との距離を再計算し、その距離の総和又は最大最小値の差を用いるなど、様々な方法が考えられる。

なお、上述した実施形態６乃至８における温度特性への対応については、上述した実施形態１乃至５における温度特性への対応と同様に適用可能である。

本発明は、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に関するもので、加速度計測装置の使用時において、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。

１，３１，４５，６１，７６ ３軸加速度センサ
２，３２，４６，６２，７７ ３軸加速度センサのｘ軸方向成分検出回路
３，３３，４７，６３，７８ ３軸加速度センサのｙ軸方向成分検出回路
４，３４，４８，６４，７９ ３軸加速度センサのｚ軸方向成分検出回路
５Ａ，３５Ａ，４９Ａ，６５Ａ，８０Ａ データ取得部（出力データ取得手段）
５，５，４９，６５，８０ マルチプレクサ部
６，３６，５０，６６，８１ 加速度センサ駆動電源部
７，３７，５１，６７，８２ 増幅部
８，３８，５２，６８，８３ Ａ／Ｄ変換部
９，４１ｂ，５３，６９，８４ａ 温度検出部
１０，５４，７０ 感度補正情報記憶部
１１，５５，７１ 感度補正計算部
１２，３９ データ記憶部
１３，４０ データ選択部（出力データ選択手段）
１４，４１，７２，８４ データ蓄積部（出力データ蓄積手段）
１５，４２，５６，７３，８５ 基準点推定部（基準点推定手段）
１６，５７，７４ オフセット情報記憶部
１７，５８，７５ オフセット補正計算部（オフセット補正手段）
１８，４１ａ データ変化判定部（データ変化判定手段）
２３ ２段ＦＩＦＯ型データバッファ
２４ 比較部
２５ カウンタ
２６ 出力部
２７ 入力部
２８ 比較部
２９ データバッファ
３０ 出力部
４３，８６ 感度・オフセット情報記憶部
４４，８７ 感度・オフセット補正計算部
５９ 加速度計測装置
６０ 充電器
８８，９９ 入力部
８９，１００ 比較部
９０ 第１のデータバッファ
９１ 第２のデータバッファ
９２ データバッファＬ
９３，１０３ 選択部
９４，１０４ 基準点推定部
９５，１０５，１０９ 分配部
９６，１０６，１１０ 第１の基準点座標記憶１
９７，１０７，１１１ 第２の基準点座標記憶２
９８，１０８，１１２ 基準点座標記憶Ｌ
１０１ データバッファＡ
１０２ データバッファＢ
２０１ シリコン基板
２０１ａ 支持部
２０１ｂ 錘部
２０１ｃ 変位部
２０２ ３軸加速度センサ
２０３ 加速度計測装置
２２０ データ入力部
２２１ 軸比較部
２２２ 最大最小値用データバッファ
２２３ ＦＩＦＯ型データバッファ
２２４ 出力部

Claims (17)

1. 姿勢を特定の方向に向けることなく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において、
   ２軸又は３軸方向の加速度を検出する加速度センサと、
   該加速度センサの２軸又は３軸の出力データを取得する出力データ取得手段と、
   前記出力データ取得手段が取得した出力データを基準として、前記出力データ取得手段が出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、当該差分値とその差分の連続状態を調べることによって、前記加速度センサが静止状態または等速運動状態になっているかどうかを判断し、前記出力データ取得手段が取得した出力データの中から静止状態又は等速運動状態時の出力データを選択する出力データ選択手段と、
   前記出力データ選択手段によって選択された前記静止状態又は等速運動状態時の出力データを蓄積する出力データ蓄積手段と、
   該出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の前記静止状態又は等速運動状態時の出力データの、各軸成分を座標値としたときの２次元又は３次元直交座標空間における分布から、該直交座標空間上に定める基準点の座標値を推定する基準点推定手段と、
   該基準点推定手段により推定された前記基準点の座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセットを補正するオフセット補正手段と
   を備え、
   前記出力データ蓄積手段は、前記加速度センサの測定軸と線形関係となる線形軸をあらかじめ定め、前記出力データ選択手段が選択した出力データと、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている出力データの中で、前記加速度センサの測定軸又は線形軸の成分が、最大又は最小となる出力データを選択的に蓄積することを特徴とする加速度計測装置。
2. 前記出力データ選択手段は、直前に取得された出力データを基準となる出力データとして、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に基準となる出力データとの差分を計算し、該差分が所定回数以上連続して所定値以内であった場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
3. 前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段が取得した所定の出力データを基準として、前記出力データ取得手段によって出力データを取得する毎に、基準となる出力データとの差分を計算し、基準となる出力データと新たに取得された出力データとの差分が所定値を超えるまでの時間が所定の閾値以上である場合に、前記出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
4. 前記出力データ選択手段は、前記差分が連続して所定値以内であった回数又は時間情報を、前記出力データ選択手段によって選択された出力データに付加することを特徴とする請求項２又は３に記載の加速度計測装置。
5. 前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって付加された回数又は時間情報に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データと、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのうちのいずれかを廃棄することを特徴とする請求項４に記載の加速度計測装置。
6. 前記出力データ選択手段は、前記出力データ取得手段によって取得された所定数の出力データの、各軸成分を座標値としたときの２次元又は３次元直交座標空間における分布に基づいて円又は球面を推定し、該円又は球面から所定距離以内にある出力データを適当と判断して選択することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
7. 前記出力データ選択手段は、前記円又は球面の半径を所定値として該円又は球面を推定することを特徴とする請求項６に記載の加速度計測装置。
8. 前記出力データ選択手段によって選択された出力データが、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データと比較して所定値以上変化したか否かを判定するデータ変化判定手段を備え、
   前記出力データ蓄積手段は、前記データ変化判定手段の判定結果に基づいて、前記出力データ選択手段によって選択された出力データか、前記出力データ蓄積手段によって既に蓄積された出力データのどちらか一方を廃棄することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
9. 前記出力データ蓄積手段に蓄積される出力データは、前記測定軸又は前記線形軸の成分が最大又は最小となる出力データと、その他の一つ以上の出力データを蓄積することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
10. 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段に蓄積されている３軸の出力データの個数又は３次元直交座標空間における分布およびその両方から、前記基準点推定手段において球面又は楕円面を推定するかを予め判定し、どちらか一方を選択して推定することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
11. 前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、
    前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、
    前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値に基づいて前記所定の温度区分別に蓄積し、
    前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された当該温度区分の所定数の出力データから前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、
    前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
12. 前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを、前記温度検出手段によって検出された温度値と該当する前記所定の温度区分との関係に基づいて補正した後に、前記所定の温度区分別に蓄積することを特徴とする請求項１１に記載の加速度計測装置。
13. 前記加速度センサの温度を検出する温度検出手段と、
    前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を所定の温度区分毎に記憶する温度別補正データ記憶手段を備え、
    前記出力データ蓄積手段は、前記出力データ選択手段によって選択された出力データを蓄積する時に前記温度検出手段によって検出された温度値を一緒に蓄積し、
    前記基準点推定手段は、前記所定の温度区分毎に、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された出力データから対応する前記温度値が当該温度区分にあるものを所定数選択して前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、
    前記温度別補正データ記憶手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を前記所定の温度区分別に記憶することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
14. 前記オフセット補正手段は、前記温度検出手段によって検出された温度値、及び前記温度別補正データ記憶手段によって前記所定の温度区分別に記憶された前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの出力データのオフセット若しくは感度及びオフセットを補正することを特徴とする請求項１１，１２又は１３に記載の加速度計測装置。
15. 前記基準点推定手段は、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の３軸の出力データの前記３次元直交座標空間における分布について各座標軸に対するばらつきを計算し、前記各座標軸に対するばらつきの最小値が所定値以下であるときは、前記出力データ蓄積手段によって蓄積された所定数の３軸の出力データから前記ばらつきが最小値となる座標軸の出力データを除いた残りの２軸の出力データについて、各軸成分を座標値としたときの２次元直交座標平面における分布から、前記２次元直交座標平面上に定める基準点の座標値若しくは楕円の各主軸の長さ及び中心座標値を推定し、
    前記オフセット補正手段は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円の各主軸の長さ及び中心座標値に基づいて、前記加速度センサの２軸の出力データのオフセット若しくは感度とオフセットを補正することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
16. 前記基準点推定手段は、該基準点推定手段によって推定された直近の所定数の基準点の座標値若しくは楕円又は楕円面の中心座標値のばらつきを算出し、前記ばらつきが所定値よりも大きい場合は、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の中心座標値を破棄することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。
17. 前記基準点推定手段は、前記２次元又は３次元直交座標空間において推定された前記基準点から前記所定数の出力データの各々までの距離若しくは推定された楕円又は楕円面の各主軸の長さが所定範囲外であった場合、前記基準点の座標値若しくは前記楕円又は楕円面の各主軸の長さ及び中心座標値を破棄することを特徴とする請求項１に記載の加速度計測装置。

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