JP2021192012A - センサ及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度を向上できるセンサ及び電子装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、センサは、処理部を含む。前記処理部は、角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、角速度ジャイロセンサから得られる第１角速度値と、の取得と、第１処理と、が可能である。前記第１処理は、前記第１角速度値を処理して得られる処理後角度値と、前記第１角度値と、の差をフィルタ処理して得られた値を用いて前記第１角速度値を補正した第２角速度値を出力することを含む。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、センサ及び電子装置に関する。

ジャイロセンサなどのセンサがある。センサ及び電子装置において、検出精度の向上が望まれる。

特開２０１８−１６３１４１号公報

本発明の実施形態は、精度を向上できるセンサ及び電子装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、センサは、処理部を含む。前記処理部は、角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、角速度ジャイロセンサから得られる第１角速度値と、の取得と、第１処理と、が可能である。前記第１処理は、前記第１角速度値を処理して得られる処理後角度値と、前記第１角度値と、の差をフィルタ処理して得られた値を用いて前記第１角速度値を補正した第２角速度値を出力することを含む。

図１は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図２は、センサの動作を例示する模式図である。 図３は、センサの動作を例示する模式図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、センサの出力を例示する模式図である。 図５は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図６は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。 図７は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。 図８は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。 図１０は、第３実施形態に係る電子装置を例示する模式図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｈ）は、電子装置の応用を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図１に示すように、第１実施形態に係るセンサ１１０は、処理部６０Ｕを含む。処理部６０Ｕは、第１角度値θ１及び第１角速度値Ω１を取得し、後述する第１処理を行う。

例えば、処理部６０Ｕは、電子回路（コンピュータなどを含む）である。例えば、処理部６０Ｕに取得部６５及び第１処理部６１などが設けられる。取得部６５は、第１角度値θ１及び第１角速度値Ω１を取得可能である。取得部６５は、例えば、入力ポート（入出力ポート）でも良い。第１処理部６１は、第１処理を行う機能ブロックである。処理部６０Ｕは、第１処理を行った結果に対応する信号を出力可能である。信号は、例えば、取得部６５（例えば、入出力ポート）から外部に出力されても良い。

第１角度値θ１は、角度ジャイロセンサ１０から得られる。角度ジャイロセンサ１０は、例えば、ＲＩＧ（Rate Integrating Gyroscope）である。角度ジャイロセンサ１０は、例えば、検出対象の角度を直接計測することが可能である。角度ジャイロセンサ１０は、例えば、検出対象の角度を、積分演算なしで計測できる。このように、第１角度値θ１は、検出対象の角度を角度ジャイロセンサ１０で直接計測して得られる。

第１角速度値Ω１は、角速度ジャイロセンサ２０から得られる。角速度ジャイロセンサ２０は、例えば、ＲＧ（Rate Gyroscope）である。角速度ジャイロセンサ２０は、例えば、検出対象の角速度を含む値を検出可能である。角速度ジャイロセンサ２０から得られる第１角速度値Ω１は、検出対象の角速度（例えば、真の角速度）に加えて、回路などの影響によるオフセット、及び、回路などの影響によるランダムノイズなどを含んでも良い。

角度ジャイロセンサ１０は、センサ１１０とは別に設けられても良い。角度ジャイロセンサ１０は、センサ２１０に含まれても良い。角速度ジャイロセンサ２０は、センサ１１０とは別に設けられても良い。角速度ジャイロセンサ２０は、センサ２１０に含まれても良い。センサ２１０は、角度ジャイロセンサ１０、及び、角速度ジャイロセンサ２０の少なくともいずれかと、センサ１１０と、を含む。センサ２１０は、例えばＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）である。後述するように、センサ２１０は、加速度センサを含んでも良い。

第１処理は、処理部６０Ｕに含まれる演算部で実施される。演算部で第１処理が行われる場合、演算部の少なくとも一部が、第１処理部６１（図１参照）に対応する。以下、第１処理が第１処理部６１で行われる場合として説明する。

第１処理は、第２角速度値Ω２を出力することを含む。すなわち、第１処理部６１は、第２角速度値Ω２を出力可能である。第２角速度値Ω２は、第１角速度値Ω１を補正した値である。

図１に示すように、例えば、第１処理部６１は、第１角速度値Ω１を処理して得られる処理後角度値θ１ｐと、第１角度値θ１と、の差θ１ｑを導出する。第１処理部６１は、差θ１ｑをフィルタ処理して得られた値θ１ｒを用いて、第１角速度値Ω１を補正した第２角速度値Ω２を出力する。例えば、処理後角度値θ１ｐは、第１角速度値Ω１を積分して得られる。

例えば、第１処理部６１に、積分処理部６１ａ、差処理部６１ｂ（相補誤差算出部ＤＦ）、第１フィルタ処理部６１ｃ（相補的フィルタＦＬ１）、及び、補正処理部６１ｄ（補正部ＣＯＭ１）が設けられる。これらの処理部は、第１処理部６１（処理部６０Ｕ）に設けられる機能ブロックである。

例えば、積分処理部６１ａは、第１角速度値Ω１を積分処理して、処理後角度値θ１ｐを導出する。差処理部６１ｂに、処理後角度値θ１ｐ及び第１角度値θ１が入力される。差処理部６１ｂは、それらの差の角度として、差θ１ｑを導出する。導出された差θ１ｑが、第１フィルタ処理部６１ｃに入力される。第１フィルタ処理部６１ｃは、差θ１ｑをフィルタ処理する。

第１フィルタ処理部６１ｃで行われるフィルタ処理は、例えば、差θ１ｑをカルマンフィルタ処理（相補的なカルマンフィルタ処理を含む）することを含む。相補的なカルマンフィルタ処理では、互いに異なる誤差特性をもつ複数のセンサ（例えば、角度ジャイロセンサ１０及び角速度ジャイロセンサ２０）の出力の差分で得られるセンサ誤差を観測値として、動的システムとして複数のセンサ誤差の状態を推定することが可能である。

カルマンフィルタ処理において、例えば、対象とする系の現在の観測量と、１ステップの前の状態推定値と、から、現在の状態推定値、及び、１ステップ先の状態予測値が導出可能である。カルマンフィルタ処理では、例えば、１つの時間ステップを進める際に、予測と更新とが行われる。予測においては、例えば、前の時刻の推定状態から、今の時刻の推定状態が計算される。更新においては、今の時刻の観測値を用いて、推定値を補正してより正確な状態が推定される。

差θ１ｑをカルマンフィルタ処理することで、例えば、第１角速度値Ω１に含まれる、検出対象の角速度以外の要素（例えば、オフセット及びランダムノイズなど）を導出できる。第１フィルタ処理部６１ｃで行われるフィルタ処理は、第一原理モデルに基づく処理を含んでも良い。

差θ１ｑをフィルタ処理して得られた値θ１ｒと、第１角速度値Ω１と、が、補正処理部６１ｄに入力される。補正処理部６１ｄでは、値θ１ｒと、第１角速度値Ω１と、を用いて、第１角速度値Ω１を補正した第２角速度値Ω２を出力する。

第２角速度値Ω２においては、第１角速度値Ω１に含まれていた他の要素（例えば、オフセット及びランダムノイズなど）が除去されている。第２角速度値Ω２は、正確である。実施形態によれば、精度を向上できるセンサを提供できる。

センサ１１０（またはセンサ２１０）によれば、角度ジャイロセンサ１０から得られる第１角度値θ１において、積分誤差が生じない。例えば、高精度で、温度特性が良く、高帯域の角度の検出結果が得られる。さらに、角度ジャイロセンサ１０及び角速度ジャイロセンサ２０を用いた処理により得られる第２角速度値Ω２において、オフセットが除去される。高精度で、温度特性が良い角速度の検出結果が得られる。実施形態においては、ＲＩＧとＲＧとを融合・補完させることで、高精度の角速度が得られる。

以下、角速度ジャイロセンサ２０から得られる第１角速度値Ω１の例について説明する。

図２は、センサの動作を例示する模式図である。
図２は、角速度ジャイロセンサ２０から得られる角速度（第１角速度値Ω１）を積分して角度を導出する参考例に対応する。図２の横軸は、時間ｔｍである。縦軸は、角度変化Δθである。図２には、第１角速度値Ω１を積分して得られる角度θｐ（演算出力）、及び、「真の角度」θｔが、模式的に示されている。図２の例において、時間ｔｍが０のときに、角度変化Δθは０とされている。

図２に示すように、時間ｔｍの経過と共に、真の角度θｔ、及び、角度θｐは、増大する。既に説明したように、角速度ジャイロセンサ２０から得られる第１角速度値Ω１は、検出対象の角速度（例えば、「真の角速度」）に加えて、回路などの影響によるオフセット、及び、回路などの影響によるランダムノイズなどを含む。このため、図２に示すように、第１角速度値Ω１を積分して得られた角度θｐが、真の角度θｔと一致しない場合がある。図２に示すように、角度θｐは、回路バイアスに基づく成分（オフセットθｏ）と、回路ノイズに基づく成分（ランダムノイズθｎ）と、の影響を受ける。真の角速度に基づく角度（真の角度θｔ）だけではなく、オフセットθｏ及びランダムノイズθｎも、時間と共に増大する。このため、参考例においては、角速度を積分して得られた角度は、大きな誤差を含む場合がある。

図３は、センサの動作を例示する模式図である。
図３は、角度ジャイロセンサ１０から得られる角度（第１角度値θ１）を例示している。図３の横軸は、時間ｔｍである。縦軸は、角度変化Δθである。図３には、第１角度値θ１、及び、真の角度θｔが、模式的に示されている。図３の例において、時間ｔｍが０のときに、角度変化Δθは０とされている。

図３に示すように、第１角度値θ１は、真の角度θｔと、回路バイアスに基づく成分（オフセットθｏ）と、回路ノイズに基づく成分（ランダムノイズθｎ)と、を含む。上記の参考例とは異なり、オフセットθｏ及びランダムノイズθｎは、時間ｔｍに対して増大しない。角度ジャイロセンサ１０から得られる角度（第１角度値θ１）においては、上記の参考例で生じるオフセットθｏ及びランダムノイズθｎの時間加算を回避できる。

したがって、第１角速度値Ω１を処理（積分処理）して得られる処理後角度値θ１ｐと、第１角度値θ１と、の差θ１ｑを導出することで、オフセットθｏ及びランダムノイズθｎの時間加算の成分を導出できる。そして、差θ１ｑをフィルタ処理して得られた値θ１ｒを用いて、第１角速度値Ω１を補正して、高い精度の第２角速度値Ω２が得られる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、センサの出力を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間ｔｍである。図４（ａ）の縦軸は、角速度ジャイロセンサ２０から得られる第１角速度値Ω１である。図４（ｂ）の縦軸は、第１角速度値Ω１を上記の方法で補正した第２角速度値Ω２である。これらの図には、「真の角速度Ωｒ」が示されている。図４（ａ）に示すように、第１角速度値Ω１は、「真の角速度Ωｒ」に対して、オフセットを有している。一方、図４（ｂ）に示すように、第２角速度値Ω２は、時間ｔｍが経過して補正が反映されると、オフセットが除去され、「真の角速度Ωｒ」の値になる。

図５は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図５に示すように、第１実施形態に係るセンサ１１１も、処理部６０Ｕを含む。センサ１１１において、処理部６０Ｕは、第１角度値θ１及び第１角速度値Ω１の取得と、上記の第１処理を行う。第１角度値θ１及び第１角速度値Ω１は、互いに直交する３つの軸についての値を含んで良い。角度及び角速度に関する第１処理は、３次元の系について実施されて良い。

例えば、第１角度値θ１は、Ｘ軸に関するＸ軸角度値θ１ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸角度値θ１ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角度値θ１ｚと、を含む。第１角速度値Ω１は、Ｘ軸に関するＸ軸角速度値Ω１ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸角速度値Ω１ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角速度値Ω１ｚと、を含む。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する。

例えば、Ｘ軸角速度値Ω１ｘ、Ｙ軸角速度値Ω１ｙ及びＺ軸角速度値Ω１ｚがそれぞれ補正される。例えば、第２角速度値Ω２は、Ｘ軸に関するＸ軸角速度値Ω２ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸角速度値Ω２ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角速度値Ω２ｚと、を含む。

図５に示すように、センサ１１１において、処理部６０Ｕは、第１加速度値Ｇ１をさらに取得し、後述する第２処理がさらに可能である。

第１加速度値Ｇ１は、加速度センサ３０から得られる。加速度センサ３０は、例えば、並進に関する加速度センサＡｃｃ（Accelerometer）である。加速度センサ３０は、センサ１１０とは別に設けられても良い。加速度センサ３０は、センサ２１０（例えば、ＩＭＵ）に含まれても良い。

第１加速度値Ｇ１は、Ｘ軸に関するＸ軸加速度値Ｇ１ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸加速度値Ｇ１ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸加速度値Ｇ１ｚと、を含んで良い。

第２処理は、処理部６０Ｕに含まれる演算部で実施される。演算部で第２処理が行われる場合、演算部の少なくとも一部が、第２処理部６２（図５参照）に対応する。以下、第２処理が第２処理部６２で行われる場合として説明する。

第２処理は、第１加速度値Ｇ１を補正した第２加速度値Ｇ２を導出することを含む。第２加速度値Ｇ２が出力されても良い。処理部６０Ｕは、第２処理を行った結果（第２加速度値Ｇ２）を処理（例えば積分処理）して得られる結果（速度）を出力可能である。結果（例えば、信号）は、例えば、取得部６５（例えば、入出力ポート）から外部に出力されても良い。

例えば、３つの軸に関する第１加速度値Ｇ１がそれぞれ補正され、３つの軸に関する第２加速度値Ｇ２が得られる。例えば、第２加速度値Ｇ２は、Ｘ軸に関するＸ軸加速度値Ｇ２ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸加速度値Ｇ２ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸加速度値Ｇ２ｚを含む。

第２処理において、第２加速度値Ｇ２は、第１角度値θ１と重力とに基づく補正値に基づいて、第１加速度値Ｇ１を補正して得られる。

例えば、処理部６０Ｕは、第２処理部６２を含む。第２処理は、第２処理部６２で行われる。第２処理部６２は、処理部６０Ｕに含まれる演算部の少なくとも一部に対応する。第２処理部６２で行われる動作が、第１処理部６１の少なくとも一部で実施されても良い。

例えば、第２処理部６２に、第２フィルタ処理部６２ａ（加速度分離フィルタＦＬ２）、及び、積分処理部６２ｂが設けられる。これらの処理部は、第２処理部６２（処理部６０Ｕ）に設けられる機能ブロックである。

例えば、第２フィルタ処理部６２ａに、第１角度値θ１及び第１加速度値Ｇ１が入力される。第２フィルタ処理部６２ａにおいて、第１角度値θ１と重力Ｇｅとに基づく補正値が導出される。補正値は、第１角度値θ１の正弦と、重力Ｇｅと、の積に基づく。

例えば、加速度センサ３０で検出される値は、検出対象の加速度（「真の加速度Ｇｒ」）に加えて、重力の成分を含む。すなわち、第１加速度値Ｇ１は、ｓｉｎ（θ１）×Ｇｅ＋Ｇｒで表される。例えば、「ｓｉｎ（θ１）×Ｇｅ」を補正値として用いて、第１加速度値Ｇ１を補正して、第２加速度値Ｇ２が得られる。第２加速度値Ｇ２において、回転に応じて生じる重力の影響が除去されている。第２加速度値Ｇ２は、高精度である。実施形態によれば、精度を向上できるセンサを提供する。

上記のように、第２処理は、直線運動の加速度と、回転に基づく重力変化と、を分離することを含む。

第２処理は、第２加速度値Ｇ２を積分処理した速度値Ｖ２を出力することを含んでも良い。例えば、補正後の第２加速度値Ｇ２が、積分処理部６２ｂに入力される。積分処理部６２ｂは、第２加速度値Ｇ２を積分処理して得られる速度値Ｖ２を出力する。

この処理は、３つの軸に関して実施されても良い。例えば、速度値Ｖ２は、Ｘ軸に関するＸ軸速度値Ｖ２ｘ、Ｙ軸に関するＹ軸速度値Ｖ２ｙ、及び、Ｚ軸に関するＺ軸速度値Ｖ２ｚと、を含んで良い。

センサ１１１（またはセンサ２１１）においては、高精度（温度特性が良く、高帯域）の角度の検出結果、及び、高精度（オフセット抑制、温度特性）の角速度の検出結果に加えて、高精度の速度値Ｖ２が得られる。速度値Ｖ２においては、積分誤差が抑制され、重力及び回転の影響が抑制される。実施形態においては、ＲＩＧとＡｃｃとを融合させることで、直線運動の加速度と、重力による加速度と、を分離でき、高精度の速度が得られる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図６に示すように、第２実施形態に係るセンサ１２０は、処理部６０Ｕを含む。処理部６０Ｕは、第１角度値θ１及び第１加速度値Ｇ１を取得し、第２処理を行う。第１角度値θ１は、角度ジャイロセンサ１０（ＲＩＧ）から得られる。第１加速度値Ｇ１は、加速度センサ３０（Ａｃｃ）から得られる。センサ１２０における第２処理は、センサ１１１（センサ２１１）に関して説明した第２処理と同様で良い。例えば、処理部６０Ｕに第２処理部６２が設けられて良い。第２処理部６２に、第２フィルタ処理部６２ａ（加速度分離フィルタＦＬ２）、及び、積分処理部６２ｂが設けられる。これらの処理部は、センサ１１１（センサ２１１）に関して説明した処理と同様の処理を行ってよい。

例えば、第２処理は、第１角度値θ１と重力Ｇｅとに基づく補正値に基づいて、第１加速度値Ｇ１を補正した第２加速度値Ｇ２を導出することを含む。第２処理は、第２加速度値Ｇ２を出力することを含んでも良い。補正値は、第１角度値θ１の正弦と、重力Ｇｅと、の積（ｓｉｎ（θ１）×Ｇｅ）に基づく。第２処理は、例えば、直線運動の加速度と、回転に基づく重力変化と、を分離することを含む。第２処理は、第２加速度値Ｇ２を積分処理した速度値Ｖ２を出力することを含んでも良い。

センサ１２０（またはセンサ２２０）においては、高精度（温度特性が良く、高帯域）の角度の検出結果に加えて、高精度の速度値Ｖ２が得られる。速度値Ｖ２においては、積分誤差が抑制され、重力及び回転の影響が抑制される。実施形態においては、ＲＩＧとＡｃｃとを融合させることで、直線運動の加速度と、重力による加速度と、を分離でき、高精度の速度が得られる。

図７は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
図７は、角度ジャイロセンサ１０を例示している。角度ジャイロセンサ１０は、第１基体１０Ｆと、第１可動体１０Ｍと、第１支持体１０Ｓと、第１制御回路１７Ｃと、を含む。第１支持体１０Ｓは、第１基体１０Ｆに固定される。第１支持体１０Ｓは、第１可動体１０Ｍを振動させることが可能なように、第１可動体１０Ｍを第１基体１０Ｆから離して支持する。

例えば、第１可動体１０Ｍは、第１基体１０Ｆに対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において変位可能である。

例えば、第１可動体１０Ｍは、第１電極１１Ｅ、第２電極１２Ｅ、第１検出電極１１ｓＥ、及び、第２検出電極１２ｓＥを含む。この例では、第１電極１１Ｅから第１検出電極１１ｓＥへの方向は、Ｘ軸方向に沿う。この例では、第２電極１２Ｅから第２検出電極１２ｓＥへの方向は、Ｙ軸方向に沿う。第１基体１０Ｆは、第１対向電極１１ＣＥ、第２対向電極１２ＣＥ、第１対向検出電極１１ＣｓＥ、及び、第２対向検出電極１２ＣｓＥを含む。第１対向電極１１ＣＥ、第２対向電極１２ＣＥ、第１対向検出電極１１ＣｓＥ、及び、第２対向検出電極１２ＣｓＥは、第１電極１１Ｅ、第２電極１２Ｅ、第１検出電極１１ｓＥ、及び、第２検出電極１２ｓＥとそれぞれ対向する。例えば、これらの電極と対向電極とにより、櫛歯電極ペアが形成される。

例えば、第１対向電極１１ＣＥ及び第２対向電極１２ＣＥに交流電圧が印加される。これにより、第１可動体１０Ｍは、振動する。この状態において、第１可動体１０Ｍが回転すると、第１対向検出電極１１ＣｓＥ及び第２対向検出電極１２ＣｓＥに、回転に応じた信号（第１検出信号Ｖｓ１及び第２検出信号Ｖｓ２）が生じる。第１検出信号Ｖｓ１が、第１制御回路１７Ｃに設けられる回路１７ａにより検出される。第２検出信号Ｖｓ２が、第１制御回路１７Ｃに設けられる回路１７ｂにより検出される。

振動している第１可動体１０Ｍに外力などが加わり回転が生じると、振動状態が変化する。振動状態の変化は、例えば、コリオリ力の作用によると考えられる。例えば、第１可動体１０Ｍは、バネ機構（例えば支持体１０Ｓ）により振動する。例えば、第１方向（例えばＸ軸方向）に振動している第１可動体１０Ｍに、回転の角速度Ωによるコリオリ力が作用する。これにより、第１可動体１０Ｍに第２方向（例えばＹ軸方向）に沿う振動の成分が生じる。回路１７ｂは、第２方向に沿う振動の振幅を検出する。一方、第２方向に振動している第１可動体１０Ｍに、回転の角速度Ωによるコリオリ力が作用する。これにより、第１可動体１０Ｍに第１方向に沿う振動の成分が生じる。回路１７ｂは、第１方向に沿う振動の振幅を検出する。例えば、第１方向の第１成分の振幅を「Ａｘ」とし、第２方向の第２成分の振幅を「Ａｙ」としたとき、回転角度（第１角度値θ１）は、例えば、ｔａｎ^−１（−Ａｙ／Ａｘ）に対応する。このようにして、角度ジャイロセンサ１０において、第１角度値θ１が検出できる。

角度ジャイロセンサ１０において、第１制御回路１７Ｃは、第１可動体１０Ｍが振動する方向と交差する方向の振動に応じた信号（第１検出信号Ｖｓ１及び第２検出信号Ｖｓ２）を処理した信号（例えば、−Ａｙ／Ａｘ）を第１角度値θ１として出力可能である。

図７に示すように、第１対向電極１１ＣＥに第１抵抗Ｒ１が接続されても良い。第２対向電極１２ＣＥに第２抵抗Ｒ２が接続されても良い。第１抵抗Ｒ１の端子に、直流電圧成分を有する交流電圧が印加されても良い。第２抵抗Ｒ２の端子に、直流電圧成分を有する交流電圧が印加されても良い。直流電圧成分を調整することで、振動及び検出の対称性を向上でき、より高精度の検出が可能になる。第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、可変抵抗でも良い。第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２を制御することで、振動及び検出の対称性を向上でき、より高い精度が得られる。これらの抵抗は、例えば、第１検出信号Ｖｓ１及び第２検出信号Ｖｓ２の時定数の差が小さくなるように調整される。これらの抵抗は、例えば、第１検出信号Ｖｓ１及び第２検出信号Ｖｓ２における共振周波数の差が小さくなるように調整されても良い。調整は、例えば、第１制御回路１７Ｃに設けられる調整部１７ｃなどにより行われても良い。

図７に示すように、第１可動体１０Ｍは、第３電極１３Ｅ、及び、第４電極１４Ｅをさらに含んでも良い。第１基体１０Ｆは、第３対向電極１３ＣＥ及び第４対向電極１４ＣＥをさらに含んでも良い。第３対向電極１３ＣＥ及び第４対向電極１４ＣＥは、第３電極１３Ｅ及び第４電極１４Ｅとそれぞれ対向する。例えば、これらの電極と対向電極とにより、櫛歯電極対が形成される。第３対向電極１３ＣＥに第３抵抗Ｒ３が接続され、第４対向電極１４ＣＥに第４抵抗Ｒ４が接続されても良い。第３抵抗Ｒ３の端子に調整用の直流電圧が印加されても良い。第４抵抗Ｒ４の端子に調整用の直流電圧が印加されても良い。

図７に示すように、第１可動体１０Ｍは、第１〜第４導電部１１Ｃ〜１４Ｃをさらに含んでも良い。第１基体１０Ｆは、第１〜第４対向導電部１１ＣＣ〜１４ＣＣをさらに含んでも良い。第１〜第４対向導電部１１ＣＣ〜１４ＣＣは、第１〜第４導電部１１Ｃ〜１４Ｃとそれぞれ対向する。１つの導電部と、１つの対向導電部と、により、平行平板電極ペアが形成される。第１〜第４対向導電部１１ＣＣ〜１４ＣＣに電気信号（電圧Ｖｐ１〜Ｖｐ４）が入力可能である。平行平板電極ペアは、例えば、可変電気ばねに対応する。複数の可変電気ばねにより、例えば、任意の方向における共振周波数を制御できる。

図７に示すように、別の電極１８Ｅが設けられても良い。第１制御回路１７Ｃにより、別の電極１８Ｅに電圧が印加されても良い。別の電極１８Ｅにより、特性を向上させる種々の動作が実施されても良い。

図８は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
図８は、角速度ジャイロセンサ２０を例示している。角速度ジャイロセンサ２０は、第２基体２０Ｆと、第２可動体２０Ｍと、第２支持体２０Ｓと、第２制御回路２７Ｃと、を含む。第２支持体２０Ｓは、第２基体２０Ｆに固定される。第２支持体２０Ｓは、第２可動体２０Ｍを振動させることが可能なように、第２可動体２０Ｍを第２基体２０Ｆから離して支持する。

第２可動体２０Ｍは、導電部２１Ｅ及び導電部２２Ｅを含む。この例では、第２支持体２０Ｓは、第２可動体２０Ｍの導電部２１Ｅを支持する。第２可動体２０Ｍは、可動支持体２０ＭＳを含む。可動支持体２０ＭＳは、導電部２１Ｅ及び導電部２２Ｅと接続される。可動支持体２０ＭＳは、導電部２２Ｅを支持する。

第２基体２０Ｆは、対向導電部２１ＣＥ及び対向導電部２２ＣＥを含む。対向導電部２１ＣＥは、導電部２１Ｅの突起部と対向する。対向導電部２１ＣＥ及び導電部２１Ｅにより櫛歯状電極ペアが形成される。対向導電部２２ＣＥは、導電部２２Ｅと対向する。

第２制御回路２７Ｃに、駆動回路２７ａが設けられる。例えば、駆動回路２７ａにより、対向導電部２１ＣＥに交流電圧が印加される。これにより、第２可動体２０Ｍは振動する。この例では、振動は、Ｙ軸方向に沿う。

振動している第２可動体２０Ｍに外力などが加わり角速度が生じると、振動状態が変化する。振動状態の変化は、例えば、コリオリ力の作用によると考えられる。例えば、導電部２１Ｅ及び導電部２２Ｅの少なくともいずれかにおいて、Ｘ軸方向に沿う成分を有する振動が生じる。Ｘ軸方向に沿う成分を有する振動の程度が、対向導電部２２ＣＥと導電部２２Ｅとの間に生じる信号（例えば電気容量の変化）として検出可能である。

この例では、導電部２２Ｅに複数の部分が設けられ、複数の対向導電部２２ＣＥが設けられる。例えば、導電部２２Ｅの複数の部分の１つと、複数の対向導電部２２ＣＥの１つと、の間の電位差と、導電部２２Ｅの複数の部分の別の１つと、複数の対向導電部２２ＣＥの別の１つと、の間の電位差と、が、第２制御回路２７Ｃの検出部２７ｂにより検出される。検出部２７ｂで検出された結果が、第２制御回路２７Ｃの角速度算出部２７ｃで処理され、角速度（第１角速度値Ω１）が導出される。導出された角速度値が、第２制御回路２７Ｃから出力される。

このように、第２制御回路２７Ｃは、第２可動体２０Ｍが振動する方向と交差する方向の振動に応じた信号を、第１角速度値Ω１として出力可能である。

図８に示す構造が、軸の方向を変えて、複数設けられても良い。図８に示すように、この例では、第２基体２０Ｆにストッパ２０Ｆｓが設けられても良い。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。 図９（ａ）は、加速度センサ３０を例示する模式的平面図である。図９（ｂ）は、回路図である。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、加速度センサ３０は、第３基体３０Ｆと、第３可動体３０Ｍと、第３支持体３０Ｓと、第３制御回路３７Ｃと、を含む。第３支持体３０Ｓは、第３基体３０Ｆに固定される。第３支持体３０Ｓは、第３可動体３０Ｍを第３基体３０Ｆから離して支持する。第３可動体３０Ｍは、第３基体３０Ｆに対して相対的に変位可能である。

この例では、第３基体３０Ｆは、複数の対向電極３０ＣＥを含む。複数の対向電極３０ＣＥの間に、第３可動体３０Ｍが設けられる。第３可動体３０Ｍは、複数の対向電極３０ＣＥの１つと対向する部分、及び、複数の対向電極３０ＣＥの別の１つと対向する部分と、を含む。これらの部分が、電極３１Ｅとして機能する。複数の対向電極３０ＣＥの１つと対向する部分（電極３１Ｅ）と、複数の対向電極３０ＣＥのその１つと、の間に、第１容量Ｃ１が形成される。複数の対向電極３０ＣＥの別の１つと対向する部分（電極３１Ｅ）と、複数の対向電極３０ＣＥのその別の１つと、の間に、第２容量Ｃ２が形成される。第１容量Ｃ１の増減と、第２容量Ｃ２の増減とは、互いに逆の関係になる。

例えば、第３制御回路３７Ｃは、駆動回路３７ａを含む。例えば、駆動回路３７ａにより交流電圧が、第３可動体３０Ｍに供給される。これにより、第３可動体３０Ｍが、振動する。この例では、振動の方向は、Ｘ軸方向である。このような第３可動体３０Ｍに加速度が加わると、この加速度により、第１容量Ｃ１の変化と、第２容量Ｃ２の変化とが、加速度が加わらない場合から変化する。

図９（ｂ）に示すように、第３制御回路３７Ｃにおいて、第１容量Ｃ１の電圧と、第２容量Ｃ２の電圧と、が差動増幅される。差動増幅して得られる電圧に対応する信号が、第１加速度値Ｇ１として出力される。図９に示す構造が、軸の方向を変えて、複数設けられても良い。

（第３実施形態）
第３実施形態は、電子装置に係る。
図１０は、第３実施形態に係る電子装置を例示する模式図である。
図１０に示すように、第３実施形態に係る電子装置３１０は、第１実施形態または第２実施形態に係るセンサと、回路制御部１７０と、を含む。図１０の例では、センサとして、センサ１１０（またはセンサ２１０）が用いられている。回路制御部１７０は、センサから得られる信号Ｓ１に基づいて回路１８０を制御可能である。回路１８０は、例えば駆動装置１８５の制御回路などである。実施形態によれば、高精度の検出結果に基づいて、駆動装置１８５を制御するための回路１８０などを高精度で制御できる。

図１１（ａ）〜図１１（ｈ）は、電子装置の応用を例示する模式図である。
図１１（ａ）に示すように、電子装置３１０は、ロボットの少なくとも一部でも良い。図１１（ｂ）に示すように、電子装置３１０は、製造工場などに設けられる工作ロボットの少なくとも一部でも良い。図１１（ｃ）に示すように、電子装置３１０は、工場内などの自動搬送車の少なくとも一部でも良い。図１１（ｄ）に示すように、電子装置３１０は、ドローン（無人航空機）の少なくとも一部でも良い。図１１（ｅ）に示すように、電子装置３１０は、飛行機の少なくとも一部でも良い。図１１（ｆ）に示すように、電子装置３１０は、船舶の少なくとも一部でも良い。図１１（ｇ）に示すように、電子装置３１０は、潜水艦の少なくとも一部でも良い。図１１（ｈ）に示すように、電子装置３１０は、自動車の少なくとも一部でも良い。第３実施形態に係る電子装置３１０は、例えば、ロボット及び移動体の少なくともいずれかを含んでも良い。

実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、角速度ジャイロセンサから得られる第１角速度値と、の取得と、
第１処理と、
が可能な処理部を備え、
前記第１処理は、前記第１角速度値を処理して得られる処理後角度値と、前記第１角度値と、の差をフィルタ処理して得られた値を用いて前記第１角速度値を補正した第２角速度値を出力することを含む、センサ。

（構成２）
前記処理後角度値は、前記第１角速度値を積分して得られる、構成１記載のセンサ。

（構成３）
前記フィルタ処理は、前記差をカルマンフィルタ処理することを含む、構成１または２に記載のセンサ。

（構成４）
前記フィルタ処理は、第一原理モデルに基づく処理を含む、構成１または２に記載のセンサ。

（構成５）
前記取得は、加速度センサから得られる第１加速度値を取得することをさらに含み、
前記処理部は、第２処理が可能であり、
前記第２処理は、前記第１角度値と重力とに基づく補正値に基づいて、前記第１加速度値を補正した第２加速度値を導出することを含む、構成１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成６）
前記補正値は、前記第１角度値の正弦と、前記重力と、の積に基づく、構成５記載のセンサ。

（構成７）
前記第２処理は、直線運動の加速度と、回転に基づく重力変化と、を分離することを含む、構成５または６に記載のセンサ。

（構成８）
前記第２処理は、前記第２加速度値を積分処理した速度値を出力することを含む、構成５〜７のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成９）
前記加速度センサをさらに備えた、構成５〜８のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１０）
前記第１角度値は、Ｘ軸に関するＸ軸角度値、Ｙ軸に関するＹ軸角度値、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角度値と、を含み、
前記第１加速度値は、前記Ｘ軸に関するＸ軸加速度値、前記Ｙ軸に関するＹ軸加速度値、及び、前記Ｚ軸に関するＺ軸加速度値と、を含み、
前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸は、互いに直交する、構成４〜９のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１１）
前記第１角度値は、Ｘ軸に関するＸ軸角度値、Ｙ軸に関するＹ軸角度値、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角度値と、を含み、
前記第１角速度値は、前記Ｘ軸に関するＸ軸角速度値、前記Ｙ軸に関するＹ軸角速度値、及び、前記Ｚ軸に関するＺ軸角速度値と、を含み、
前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸は、互いに直交する、構成１〜９のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１２）
前記第１角度値は、検出対象の角度を前記角度ジャイロセンサで直接計測して得られる、構成１〜１１のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１３）
前記角度ジャイロセンサをさらに備え、
前記角度ジャイロセンサは、
第１基体と、
第１可動体と、
前記第１基体に固定され、前記第１可動体を振動させることが可能なように、前記第１可動体を前記第１基体から離して支持する第１支持体と、
第１制御回路と、
を備え、
前記第１制御回路は、前記第１可動体が振動する方向と交差する方向の振動に応じた信号を処理した信号を前記第１角度値として出力可能である、構成１〜１２のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１４）
前記角速度ジャイロセンサをさらに備え、
前記角速度ジャイロセンサは、
第２基体と、
第２可動体と、
前記第２基体に固定され、前記第２可動体を振動させることが可能なように、前記第２可動体を前記第２基体から離して支持する支持体と、
第２制御回路と、
を備え、
前記第２制御回路は、前記第２可動体が振動する方向と交差する方向の振動に応じた信号を前記第１角速度値として出力可能である、構成１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１５）
角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、加速度センサから得られる第１加速度値と、の取得と、
第２処理と、
が可能な処理部を備え、
前記第２処理は、前記第１角度値と重力とに基づく補正値に基づいて、前記第１加速度値を補正した第２加速度値を導出することを含む、センサ。

（構成１６）
前記補正値は、前記第１角度値の正弦と、前記重力と、の積に基づく、構成１５記載のセンサ。

（構成１７）
前記第２処理は、直線運動の加速度と、回転に基づく重力変化と、を分離することを含む、構成１５または１６に記載のセンサ。

（構成１８）
前記第２処理は、前記第２加速度値を積分処理した速度値を出力することを含む、構成１５〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１９）
構成１〜１８のいずれか１つに記載のセンサと、
前記センサから得られる信号に基づいて回路を制御可能な回路制御部と、
を備えた電子装置。

（構成２０）
前記電子装置は、ロボット及び移動体の少なくともいずれかを含む、構成１９記載の電子装置。

実施形態によれば、精度を向上できるセンサ及び電子装置が提供できる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれる角度ジャイロセンサ、角速度ジャイロセンサ、加速度センサ、及び処理部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…角度ジャイロセンサ、 １０Ｆ…第１基体、 １０Ｍ…第１可動体、 １０Ｓ…第１支持体、 １１ＣＣ〜１４ＣＣ…第１〜第４対向導電部、 １１ＣＥ…第１対向電極、 １１ＣｓＥ…第１対向検出電極、 １１Ｃ〜１４Ｃ…第１〜第４導電部、 １１Ｅ…第１電極、 １１ｓＥ…第１検出電極、 １２ＣＥ…第２対向電極、 １２ＣｓＥ…第２対向検出電極、 １２Ｅ…第２電極、 １２ｓＥ…第２検出電極、 １３ＣＥ…第３対向電極、 １３Ｅ…第３電極、 １４ＣＥ…第４対向電極、 １４Ｅ…第４電極、 １７Ｃ…第１制御回路、 １７ａ、１７ｂ…回路、 １７ｃ…調整部、 １８Ｅ…電極、 ２０…角速度ジャイロセンサ、 ２０Ｆ…第２基体、 ２０Ｆｓ…ストッパ、 ２０Ｍ…第２可動体、 ２０ＭＳ…可動支持体、 ２０Ｓ…第２支持体、 ２１ＣＥ、２２ＣＥ…対向導電部、 ２１Ｅ、２２Ｅ…導電部、 ２７Ｃ…第２制御回路、 ２７ａ…駆動回路、 ２７ｂ…検出部、 ２７ｃ…角速度算出部、 ３０…加速度センサ、 ３０ＣＥ…対向電極、 ３０Ｆ…第３基体、 ３０Ｍ…第３可動体、 ３０Ｓ…第３支持体、 ３１Ｅ…電極、 ３７Ｃ…第３制御回路、 ３７ａ…駆動回路、 ６０Ｕ…処理部、 ６１…第１処理部、 ６１ａ…第１積分処理部、 ６１ｂ…第１差処理部、 ６１ｃ…第１フィルタ処理部、 ６１ｄ…第１補正処理部、 ６２…処理部、 ６２ａ…第２フィルタ処理部、 ６２ｂ…積分処理部、 ６５…取得部、 Δθ…角度変化、 Ω１…第１角速度値、 Ω１ｘ…Ｘ軸角速度値、 Ω１ｙ…Ｙ軸角速度値、 Ω１ｚ…Ｚ軸角速度値、 Ω２…第２角速度値、 Ω２ｘ…Ｘ軸角速度値、 Ω２ｙ…Ｙ軸角速度値、 Ω２ｚ…Ｚ軸角速度値、 Ωｒ…角速度、 θ１…第１角度値、 θ１ｐ…処理後角度値、 θ１ｑ…差、 θ１ｒ…値、 θ１ｘ…Ｘ軸角度値、 θ１ｙ…Ｙ軸角度値、 θ１ｚ…Ｚ軸角度値、 θｎ…ランダムノイズ、 θｏ…オフセット、 θｐ…角度、 θｔ…角度、 １１０、１１１、１２０…センサ、 １７０…回路制御部、 １８０…回路、 １８５…駆動装置、 ２１０、２１１、２２０…センサ、 ３１０…電子装置、 Ａｃｃ…加速度センサ、 Ｃ１、Ｃ２…第１、第２容量、 ＣＯＭ１…補正部、 ＤＦ…相補誤差算出部、 ＦＬ１…相補的フィルタ、 ＦＬ２…加速度分離フィルタ、 Ｇ１…第１加速度値、 Ｇ１ｘ…Ｘ軸加速度値、 Ｇ１ｙ…Ｙ軸加速度値、 Ｇ１ｚ…Ｚ軸加速度値、 Ｇ２…第２加速度値、 Ｇ２ｘ…Ｘ軸加速度値、 Ｇ２ｙ…Ｙ軸加速度値、 Ｇ２ｚ…Ｚ軸加速度値、 Ｇｅ…重力、 Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、 Ｓ１…信号、 Ｖ２…速度値、 Ｖ２ｘ…Ｘ軸速度値、 Ｖ２ｙ…Ｙ軸速度値、 Ｖ２ｚ…Ｚ軸速度値、 Ｖｐ１〜Ｖｐ４…電圧、 Ｖｓ１、Ｖｓ２…第１、第２検出信号、 ｔｍ…時間

Claims (12)

1. 角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、角速度ジャイロセンサから得られる第１角速度値と、の取得と、
   第１処理と、
   が可能な処理部を備え、
   前記第１処理は、前記第１角速度値を処理して得られる処理後角度値と、前記第１角度値と、の差をフィルタ処理して得られた値を用いて前記第１角速度値を補正した第２角速度値を出力することを含む、センサ。
2. 前記処理後角度値は、前記第１角速度値を積分して得られる、請求項１記載のセンサ。
3. 前記フィルタ処理は、前記差をカルマンフィルタ処理することを含む、請求項１または２に記載のセンサ。
4. 前記取得は、加速度センサから得られる第１加速度値を取得することをさらに含み、
   前記処理部は、第２処理が可能であり、
   前記第２処理は、前記第１角度値と重力とに基づく補正値に基づいて、前記第１加速度値を補正した第２加速度値を導出することを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ。
5. 前記補正値は、前記第１角度値の正弦と、前記重力と、の積に基づく、請求項４記載のセンサ。
6. 前記第２処理は、前記第２加速度値を積分処理した速度値を出力することを含む、請求項４または５に記載のセンサ。
7. 前記加速度センサをさらに備えた、請求項４〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
8. 前記第１角度値は、Ｘ軸に関するＸ軸角度値、Ｙ軸に関するＹ軸角度値、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角度値と、を含み、
   前記第１加速度値は、前記Ｘ軸に関するＸ軸加速度値、前記Ｙ軸に関するＹ軸加速度値、及び、前記Ｚ軸に関するＺ軸加速度値と、を含み、
   前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸は、互いに直交する、請求項３〜７のいずれか１つに記載のセンサ。
9. 前記第１角度値は、Ｘ軸に関するＸ軸角度値、Ｙ軸に関するＹ軸角度値、及び、Ｚ軸に関するＺ軸角度値と、を含み、
   前記第１角速度値は、前記Ｘ軸に関するＸ軸角速度値、前記Ｙ軸に関するＹ軸角速度値、及び、前記Ｚ軸に関するＺ軸角速度値と、を含み、
   前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸は、互いに直交する、請求項１〜７のいずれか１つに記載のセンサ。
10. 前記第１角度値は、検出対象の角度を前記角度ジャイロセンサで直接計測して得られる、請求項１〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
11. 角度ジャイロセンサから得られる第１角度値と、加速度センサから得られる第１加速度値と、の取得と、
    第２処理と、
    が可能な処理部を備え、
    前記第２処理は、前記第１角度値と重力とに基づく補正値に基づいて、前記第１加速度値を補正した第２加速度値を導出することを含む、センサ。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載のセンサと、
    前記センサから得られる信号に基づいて回路を制御可能な回路制御部と、
    を備えた電子装置。

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