JP7119455B2 - センサーモジュール、計測システム、電子機器、及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、センサーモジュール、計測システム、電子機器、及び移動体等に関する。

角速度センサーデバイスと加速度センサーデバイスを有する慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）の従来技術としては特許文献１、２、３に開示される技術がある。特許文献１の慣性計測装置は、Ａ／Ｄ変換回路が実装された第１基板と、マイクロコントローラーが実装された第２基板と、角速度センサーが実装された第３基板を有する。そして第３基板に実装されたアナログ方式の角速度センサーからのアナログの角速度信号が、第１基板に実装されたＡ／Ｄ変換回路によりデジタルの角速度データに変換される。そしてＡ／Ｄ変換により得られた角速度データが、第２基板に実装されたマイクロコントローラーに送信される。特許文献２の慣性計測装置は、センサーデバイスと、表面、裏面及び側面を備えている基板と、を有する。そしてセンサーデバイスは、その基板側の外面が、基板の側面に沿うように配置される。即ち基板の表面及び裏面に直交するようにセンサーデバイスが縦実装されている。特許文献３には、慣性センサーを搭載したモジュールが、当該モジュールを収容するアウターケースの底壁に接合部材を介して接合されている慣性計測装置が開示されている。

これまでの慣性計測装置では、慣性センサーである角速度センサーデバイス及び加速度センサーデバイスとして、アナログ方式のセンサーデバイスが用いられていた。即ち、アナログ方式の角速度センサーデバイスは、Ａ／Ｄ変換回路を内蔵しておらず、アナログの角速度信号を検出信号として出力する。アナログ方式の加速度センサーデバイスは、Ａ／Ｄ変換回路を内蔵しておらず、アナログの加速度信号を検出信号として出力する。そして外部に設けられたＡ／Ｄ変換回路が、角速度センサーデバイスからのアナログの検出信号のＡ／Ｄ変換と、加速度センサーデバイスからのアナログの検出信号のＡ／Ｄ変換と、を行うことにより、得られたデジタルの検出データを、マイクロコントローラーに出力していた。

特開２０１２－２５１８０３号公報 特開２０１４－２２８４８９号公報 特開２０１７－２０８２９号公報

しかしながら、アナログ方式の角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスを用いると、角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスが実装された回路基板において、アナログの検出信号の信号線が引き回される配線が行われてしまう。このような配線が行われると、ノイズによる干渉が原因で検出性能が劣化するおそれがある。

本発明の一態様は、Ｘ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＸ軸角速度データを出力するＸ軸角速度センサーデバイスと、Ｙ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＹ軸角速度データを出力するＹ軸角速度センサーデバイスと、Ｚ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＺ軸角速度データを出力するＺ軸角速度センサーデバイスと、前記Ｘ軸方向での加速度、前記Ｙ軸方向での加速度、及び前記Ｚ軸方向での加速度を検出することによりデジタルのＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、及びＺ軸加速度データを出力する加速度センサーデバイスと、第１デジタルインターフェース、及び第２デジタルインターフェースを含むマイクロコントローラーと、前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、及び前記Ｚ軸角速度センサーデバイスと、前記マイクロコントローラーの前記第１デジタルインターフェースとを、電気的に接続する第１デジタルインターフェースバスと、前記加速度センサーデバイスと、前記マイクロコントローラーの前記第２デジタルインターフェースとを、電気的に接続する第２デジタルインターフェースバスと、を含むセンサーモジュールに関係する。

また本発明の一態様では、第２加速度センサーデバイスを含み、前記加速度センサーデバイスである第１加速度センサーデバイス、及び前記第２加速度センサーデバイスは、前記第２デジタルインターフェースバスを介して、前記マイクロコントローラーの前記第２デジタルインターフェースに電気的に接続されてもよい。

また本発明の一態様では、互いに表裏の関係にある第１面及び第２面を有する回路基板を含み、前記第１加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第１面に配置され、前記第２加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第２面に配置されてもよい。

また本発明の一態様では、前記第１加速度センサーデバイス及び前記第２加速度センサーデバイスの一方の加速度センサーデバイスは、第１検出軸、第２検出軸、及び第３検出軸の方向が、各々、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、及び前記Ｚ軸の方向に沿うように配置され、前記一方とは異なる他方の加速度センサーデバイスは、第１検出軸、第２検出軸、及び第３検出軸の方向が、各々、前記Ｙ軸、前記Ｘ軸、及び前記Ｚ軸の方向に沿うように配置されてもよい。

また本発明の一態様では、第２のＸ軸角速度センサーデバイス、第２のＹ軸角速度センサーデバイス、及び第２のＺ軸角速度センサーデバイスのうちの少なくとも１つセンサーデバイスを含み、前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記第１デジタルインターフェースバスを介して、前記マイクロコントローラーの前記第１デジタルインターフェースに電気的に接続されてもよい。

また本発明の一態様では、互いに表裏の関係にある第１面及び第２面を有する回路基板を含み、前記回路基板の前記第１面の第１領域及び第２領域のうちの前記第１領域に、前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、前記Ｚ軸角速度センサーデバイス、及び前記加速度センサーデバイスが配置され、前記回路基板の前記第２面における前記第２領域に対応する領域に、前記マイクロコントローラーが配置されてもよい。

また本発明の一態様では、前記第１領域に温度センサーが配置され、前記マイクロコントローラーは、前記温度センサーの検出結果に基づく温度補正処理を行ってもよい。

また本発明の一態様では、前記マイクロコントローラーは、ホストデバイスと接続される第３デジタルインターフェースであるホストインターフェースを含んでもよい。

また本発明の一態様では、同期信号を伝送する同期信号線を含み、前記同期信号線は、前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、前記Ｚ軸角速度センサーデバイス、及び前記加速度センサーデバイスに電気的に接続されてもよい。

また本発明の一態様では、前記同期信号線は、前記マイクロコントローラーに電気的に接続されてもよい。

また本発明の一態様は、Ｘ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＸ軸角速度データを出力するＸ軸角速度センサーデバイスと、Ｙ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＹ軸角速度データを出力するＹ軸角速度センサーデバイスと、Ｚ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＺ軸角速度データを出力するＺ軸角速度センサーデバイスと、前記Ｘ軸方向での加速度、前記Ｙ軸方向での加速度、及び前記Ｚ軸方向での加速度を検出することによりデジタルの第１のＸ軸加速度データ、第１のＹ軸加速度データ、及び第１のＺ軸加速度データを出力する第１加速度センサーデバイスと、前記Ｘ軸方向での加速度、前記Ｙ軸方向での加速度、及び前記Ｚ軸方向での加速度を検出することによりデジタルの第２のＸ軸加速度データ、第２のＹ軸加速度データ、及び第２のＺ軸加速度データを出力する第２加速度センサーデバイスと、前記Ｘ軸角速度データ、前記Ｙ軸角速度データ、前記Ｚ軸角速度データ、前記第１のＸ軸加速度データ、前記第１のＹ軸加速度データ、前記第１のＺ軸加速度データ、前記第２のＸ軸加速度データ、前記第２のＹ軸加速度データ、及び前記第２のＺ軸加速度データが入力されるマイクロコントローラーと、互いに表裏の関係にある第１面及び第２面を有する回路基板と、を含み、前記第１加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第１面に配置され、前記第２加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第２面に配置されているセンサーモジュールに関係する。

また本発明の他の態様は、上記に記載のセンサーモジュールと、前記センサーモジュールに電気的に接続されているホストデバイスと、を含む計測システムに関係する。

また本発明の他の態様は、上記に記載のセンサーモジュールと、前記センサーモジュールの出力信号に基づいて処理を行う処理部と、を含む電子機器に関係する。

また本発明の他の態様は、上記に記載のセンサーモジュールと、前記センサーモジュールが収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記センサーモジュールの出力信号に基づいて処理を行う処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含む電子機器に関係する。

また本発明の他の態様は、上記に記載のセンサーモジュールと、前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理により求められた移動体の姿勢の情報に基づいて、前記移動体の姿勢の制御を行う制御装置と、を含む移動体に関係する。

また本発明の他の態様は、上記に記載のセンサーモジュールと、前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理により求められた移動体の位置及び姿勢の情報に基づいて、前記移動体の加速、制動、及び操舵の少なくとも１つを制御する制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記移動体の自動運転の実施又は不実施を、前記センサーモジュールの出力信号の監視結果に基づいて切り替える移動体に関係する。

本実施形態のセンサーモジュールの第１構成例。 本実施形態のセンサーモジュールの第２構成例。 本実施形態のセンサーモジュールの第３構成例。 第１デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図。 第２デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図。 第１デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図。 第２デジタルインターフェースバスでの信号波形例を示す図。 第１配置構成例での回路基板の第１面を示す平面図。 第１配置構成例での回路基板の第２面を示す平面図。 第２配置構成例での回路基板の第１面を示す平面図。 第２配置構成例での回路基板の第２面を示す平面図。 第３配置構成例での回路基板の第１面を示す平面図。 第３配置構成例での回路基板の第２面を示す平面図。 複数の加速度センサーデバイスを設ける場合の配置手法の説明図。 複数の加速度センサーデバイスを設ける場合の配置手法の説明図。 加速度センサーデバイスの温度ヒステリー特性を利用した温度補償処理の説明図。 本実施形態のセンサーモジュールの第４構成例。 センサーデバイスに同期信号線が接続されるセンサーモジュールの説明図。 センサーモジュールの動作を説明する信号波形図。 センサーデバイスの構成例。 センサーモジュールを含む計測システムの構成例。 センサーモジュールの分解斜視図。 角速度センサーデバイスの構成例。 Ｘ軸又はＹ軸用の加速度センサー素子の構成例を示す平面図。 Ｚ軸用の加速度センサー素子の構成例を示す平面図。 本実施形態の電子機器の構成例を示すブロック図。 携帯型電子機器である腕時計型の活動計の平面図。 携帯型電子機器である腕時計型の活動計の構成例を示すブロック図。 本実施形態の移動体の一例。 移動体の構成例を示すブロック図。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．センサーモジュールの構成例
図１に本実施形態のセンサーモジュール１０の第１構成例を示す。センサーモジュール１０は複数のセンサーデバイスにより構成される物理量検出モジュールであり、このセンサーモジュール１０によりセンサーシステムやセンサーユニットが実現される。図１のセンサーモジュール１０は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘと、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙと、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚと、加速度センサーデバイス４０と、マイクロコントローラー８０と、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１と、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を含む。図１の構成のセンサーモジュール１０により６軸の慣性計測装置（ＩＭＵ）を実現できる。この慣性計測装置を用いることで、移動体としての自動車やロボットなどの運動体についての姿勢や、慣性運動量である挙動を、検出可能になる。

Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、Ｘ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＸ軸角速度データを出力する。Ｘ軸角速度データはＸ軸回りの角速度を表すデジタルデータである。Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、Ｘ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子は、例えば水晶振動子などの圧電型の振動子により構成されるジャイロセンサー素子である。但しセンサー素子は、これには限定されず、シリコン基板などから形成された静電容量検出方式のＳｉ－ＭＥＭＳのジャイロセンサー素子などであってもよい。例えばセンサー素子は、複数のＳｉ－ＭＥＭＳのジャイロセンサー素子がマルチ接続されたものであってもよい。またＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路や、検出信号に対する同期検波を行う同期検波回路などを有するアナログ回路を含む。またＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して温度補正、オフセット補正又は感度補正等の補正処理を行ったデータが、Ｘ軸角速度データになる。

Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、Ｙ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＹ軸角速度データを出力する。Ｙ軸角速度データはＹ軸回りの角速度を表すデジタルデータである。Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、Ｙ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子としては上述のように種々のタイプのものを用いることができる。またＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路や、同期検波回路などを有するアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して補正処理を行ったデータが、Ｙ軸角速度データになる。

Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、Ｚ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＺ軸角速度データを出力する。Ｚ軸角速度データはＺ軸回りの角速度を表すデジタルデータである。Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、Ｚ軸回りの角速度を検出するセンサー素子を有している。センサー素子としては上述のように種々のタイプのものを用いることができる。またＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、センサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路や、同期検波回路などを有するアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して補正処理を行ったデータが、Ｚ軸角速度データになる。

加速度センサーデバイス４０は、Ｘ軸方向での加速度、Ｙ軸方向での加速度及びＺ軸方向での加速度を検出してデジタルのＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データを出力する。Ｘ軸加速度データはＸ軸方向での加速度を表すデジタルデータである。同様にＹ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データは、各々、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向での加速度を表すデジタルデータである。加速度センサーデバイス４０は、例えば１つのデバイスで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出可能な静電容量方式のＳｉ－ＭＥＭＳのセンサーデバイスである。但し本実施形態はこれには限定されず。加速度センサーデバイス４０は、周波数変化型の水晶加速度センサー、ピエゾ抵抗型加速度センサー、或いは熱検知型加速度センサーであってもよい。加速度センサーデバイス４０は、Ｘ軸加速度検出用のセンサー素子、Ｙ軸加速度検出用のセンサー素子及びＺ軸加速度検出用のセンサー素子を含む。なお、各軸の加速度検出用のセンサー素子として複数のセンサー素子を設けてもよい。また加速度センサーデバイス４０は、これらの各軸の加速度検出用のセンサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路等を有するアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。Ａ／Ｄ変換回路は、例えばＸ軸加速度のアナログ信号と、Ｙ軸加速度のアナログ信号と、Ｚ軸加速度のアナログ信号を時分割にデジタルデータにＡ／Ｄ変換する。このＡ／Ｄ変換回路の出力データ、或いは当該出力データに対して温度補正等の補正処理を行ったデータが、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データになる。

なお、ここでのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、センサーモジュール１０の検出軸としてのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸である。Ｚ軸は、例えばセンサーモジュール１０が装着される計測対象物の装着面に直交する方向の軸である。装着面は、センサーモジュール１０が搭載される搭載面（実装面）と言うこともできる。また後述する図２２のセンサーモジュール１０の厚さ方向をＺ軸の方向と言うこともできる。Ｘ軸とＹ軸は互いに直交し、且つ、Ｚ軸に直交する軸である。Ｘ軸、Ｙ軸の方向は任意であるが、図２２では、センサーモジュール１０の平面視における四角形状の第１辺に沿った軸をＸ軸とし、四角形状の第１の辺に直交する第２辺に沿った軸をＹ軸とすることができる。

マイクロコントローラー８０は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０に対してマスターとなるコントローラーである。マイクロコントローラー８０は、集積回路装置であり、例えばＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現できる。或いはマイクロコントローラー８０を、ゲートアレイなどの自動配置配線によるＡＳＩＣにより実現してもよい。そしてマイクロコントローラー８０は、第１デジタルインターフェース８３と第２デジタルインターフェース８４を含む。第１デジタルインターフェース８３、第２デジタルインターフェース８４は、デジタルのインターフェース処理を行う回路であり、例えばシリアルデータの送信や受信を行う。第１デジタルインターフェース８３、第２デジタルインターフェース８４は、ＳＰＩ又はＩ２Ｃの通信規格のインターフェース処理を行う。或いはＳＰＩ又はＩ２Ｃを発展した通信規格や、ＳＰＩ又はＩ２Ｃの規格の一部を改良又は改変した通信規格のインターフェース処理を行ってもよい。

第１デジタルインターフェースバスＢＳ１は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ及びＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚと、マイクロコントローラー８０の第１デジタルインターフェース８３とを、電気的に接続するバスである。そしてマイクロコントローラー８０には、この第１デジタルインターフェースバスＢＳ１を介して、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０ＸからのＸ軸角速度データ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０ＹからのＹ軸角速度データ及びＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺからのＺ軸角速度データが、入力される。第２デジタルインターフェースバスＢＳ２は、加速度センサーデバイス４０と、マイクロコントローラー８０の第２デジタルインターフェース８４とを、電気的に接続するバスである。そしてマイクロコントローラー８０には、この第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を介して、加速度センサーデバイス４０からのＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データが入力される。第１デジタルインターフェースバスＢＳ１は、第１デジタルインターフェース８３が行うインターフェース処理の通信規格に準拠したバスである。第２デジタルインターフェースバスＢＳ２は、第２デジタルインターフェース８４が行うインターフェース処理の通信規格に準拠したバスである。第１デジタルインターフェースバスＢＳ１、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２は、データ信号線、クロック信号線を含む。またチップセレクト信号を含んでもよい。第１デジタルインターフェースバスＢＳ１、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２は、図２２に示すセンサーモジュール１０の回路基板１００に配線される。

なお電気的に接続とは電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。また本実施形態では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ及びＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚを、適宜、角速度センサーデバイスと総称し、角速度センサーデバイス及び加速度センサーデバイスを、適宜、センサーデバイスと総称する。また第１デジタルインターフェースバスＢＳ１、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を、適宜、デジタルインターフェースバスと総称する。

以上のように本実施形態のセンサーモジュール１０では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０として、デジタル方式のセンサーデバイスを用いている。即ち、これらのセンサーデバイスはＡ／Ｄ変換回路を内蔵し、デジタルの角速度データ、加速度データである検出データを出力する。このようにデジタル方式のセンサーデバイスを用いることで、ノイズが原因となってセンサーモジュール１０の検出精度が低下してしまう事態を防止できるようになる。また本実施形態のセンサーモジュール１０では、マイクロコントローラー８０に第１デジタルインターフェース８３及び第２デジタルインターフェース８４が設けられると共に、角速度センサーデバイス用の第１デジタルインターフェースバスＢＳ１と、加速度センサーデバイス用の第２デジタルインターフェースバスＢＳ２が用意される。このように、本実施形態では角速度センサーデバイス用と加速度センサーデバイス用とで別々のバスを用意することで、検出データの種類に応じてコマンド体系や通信方式が異なる場合にも、これに対応できるようになる。

例えばアナログ方式の複数のセンサーデバイスを回路基板に搭載する従来のアナログ方式のセンサーモジュールでは、回路基板において、センサーデバイスからのアナログの検出信号の信号線が引き回される配線が行われてしまう。例えばアナログ方式の角速度センサーデバイスは、検出された角速度に応じて電圧レベルが変化する検出電圧を、検出信号として出力する。また加速度センサーデバイスは、検出された加速度に応じて電圧レベルが変化する検出電圧を、検出信号として出力する。従って、この検出電圧の信号線が引き回される配線が行われると、検出電圧にノイズが重畳して、検出電圧の電圧レベルがノイズにより変動してしまう。このように検出電圧の電圧レベルが変動してしまうと、センサーモジュールにより検出される角速度や加速度の検出精度が低下してしまう。

即ち、従来のアナログ方式のセンサーモジュールでは、センサーデバイスにＡ／Ｄ変換回路は内蔵されず、センサーデバイスの外部に、Ａ／Ｄ変換を行う集積回路装置であるＡ／Ｄ変換ＩＣが設けられる。そして、センサーデバイスとＡ／Ｄ変換ＩＣとの間に、検出電圧の信号線が配線され、Ａ／Ｄ変換ＩＣは、この信号線を介してセンサーデバイスから入力された検出電圧を、デジタルの検出データに変換する。しかしながら、この信号線では、アナログの検出電圧が伝送されるため、周囲のノイズの影響で、検出電圧が変動してしまい、上記のような検出精度の低下の問題を招く。特に、このような信号線を引き回す配線が行われ、信号線の長さが長くなったり、他の信号線とのカップリングが生じると、より多くのノイズが検出電圧に重畳してしまい、検出精度が更に低下してしまう。なお、ディスクリートのＡ／Ｄ変換ＩＣを設ける代わりに、マイクロコントローラーにＡ／Ｄ変換回路を内蔵させる手法も考えられる。しかしながら、この手法によっても、センサーデバイスとマイクロコントローラーとの間は、アナログの信号線の配線となるため、上記のノイズの悪影響の問題は解決しない。また６軸の慣性計測装置を実現するために、例えば４個以上の複数のセンサーデバイスをセンサーモジュールに設けると、これらの複数のセンサーデバイスの個数分の本数の信号線を、複数のセンサーデバイスとＡ／Ｄ変換ＩＣとの間で配線する必要がある。このように多数の本数の信号線を配線すると、実装面積やコストの増加の問題を招く。またＡ／Ｄ変換ＩＣは、複数の信号線からの検出電圧を、時分割でＡ／Ｄ変換する必要があるため、高速のＡ／Ｄ変換ＩＣが必要になり、Ａ／Ｄ変換ＩＣの大規模化や高コスト化の問題を招く。

これに対して本実施形態では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０の全てのセンサーデバイスが、デジタル方式のセンサーデバイスとなっており、Ａ／Ｄ変換回路を内蔵している。従って、センサーデバイスの外部にＡ／Ｄ変換ＩＣを設ける必要がないため、上述したようなアナログの信号線の配線の引き回しやノイズの重畳を原因とする検出精度の低下の問題を防止できる。即ち、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２では、デジタルデータの信号が伝送されるため、ノイズの重畳を原因とする検出精度の低下の問題が殆ど生じない。即ち、アナログの信号線ではノイズの影響で検出電圧の電圧レベルが変動して検出精度が低下してしまうが、デジタルデータの信号にノイズが重畳しても、検出データが誤ったデータになってしまう事態は殆ど生じない。また本実施形態のセンサーモジュール１０では、各センサーデバイスがＡ／Ｄ変換回路を内蔵しており、センサーデバイスの外部に、別個にＡ／Ｄ変換ＩＣを設ける必要がない。従って高速のＡ／Ｄ変換ＩＣが不要であり、多数のアナログの信号線の配線の引き回しも行われないため、実装面積やコストの増加の問題も解決できる。

一方、デジタルインターフェースバスを用いてデジタル方式で信号を伝送する場合、検出データの種類に応じて、コマンド体系や通信方式が異なるという課題がある。例えば角速度センサーデバイスと加速度センサーデバイスとでは、動作設定パラメーターや補正処理用パラメーターが異なるため、コマンドの種類やコマンドのパラメーターが異なったものとなる。このため、角速度データと加速度データを、同じコマンド体系のデジタル転送方式で転送することは困難である。また後述の図４～図７で詳細に説明するように、角速度データと加速度データとでは、転送態様である通信方式も異なってしまう。

そこで本実施形態では、図１に示すように、角速度センサーデバイス用の第１デジタルインターフェースバスＢＳ１と、加速度センサーデバイス用の第２デジタルインターフェースバスＢＳ２とを別々に用意する。このようにすれば、角速度データと加速度データとで、コマンド体系や通信方式が異なっていても、角速度データについては、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１を用いて、第１コマンド体系や第１通信方式でデジタル転送できるようになる。また加速度データについては、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を用いて、第２コマンド体系や第２通信方式でデジタル転送できるようになる。従って、検出精度の低下を防止しながら、検出データの種類に応じてコマンド体系や通信方式が異なるという問題にも対応できるようになり、コンパクトで低コストのセンサーモジュール１０の実現が可能になる。

図２に本実施形態のセンサーモジュール１０の第２構成例を示す。図２のセンサーモジュール１０は、図１の加速度センサーデバイス４０である第１加速度センサーデバイス４０Ａに加えて、第２加速度センサーデバイス４０Ｂが設けられている。そして第１加速度センサーデバイス４０Ａ、第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を介して、マイクロコントローラー８０の第２デジタルインターフェース８４に電気的に接続されている。

ここで第２加速度センサーデバイス４０Ｂの構成は、図１の加速度センサーデバイス４０である第１加速度センサーデバイス４０Ａと同様の構成になっている。即ち第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、Ｘ軸方向での加速度、Ｙ軸方向での加速度及びＺ軸方向での加速度を検出してデジタルのＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ及びＺ軸加速度データを出力する。第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、例えば１つのデバイスで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出可能な静電容量方式のＳｉ－ＭＥＭＳのセンサーデバイスである。但し第２加速度センサーデバイス４０Ｂは他の方式の加速度センサーであってもよい。また第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、Ｘ軸加速度検出用のセンサー素子、Ｙ軸加速度検出用のセンサー素子及びＺ軸加速度検出用のセンサー素子を含む。また第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、これらの各軸の加速度検出用のセンサー素子からの検出信号を増幅する増幅回路等を有するアナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含む。

図２のように複数の加速度センサーデバイスを設ける構成によれば、これらの複数の加速度センサーデバイスからの加速度データの統計値である平均値等を、マイクロコントローラー８０が演算することで、加速度データの高精度化を実現できる。例えばマイクロコントローラー８０は、第１加速度センサーデバイス４０ＡからのＸ軸加速度データと第２加速度センサーデバイス４０ＢからのＸ軸加速度データの平均値を求め、求めた平均値を最終的なＸ軸加速度データとしてホストデバイス２１０等に出力する。また第１加速度センサーデバイス４０ＡからのＹ軸加速度データと第２加速度センサーデバイス４０ＢからのＹ軸加速度データの平均値を求め、求めた平均値を最終的なＹ軸加速度データとして出力する。また第１加速度センサーデバイス４０ＡからのＺ軸加速度データと第２加速度センサーデバイス４０ＢからのＺ軸加速度データの平均値を求め、求めた平均値を最終的なＺ軸加速度データとして出力する。これにより加速度データの検出精度の高精度化を図れ、例えばセンサーモジュール１０からの加速度データ等を用いて、計測対象物の位置情報等の情報を求める場合に、求められる位置情報の高精度化も図れるようになる。

また図２ではマイクロコントローラー８０は、ホストデバイス２１０と接続される第３デジタルインターフェースであるホストインターフェース９６を含む。ホストインターフェース９６は、デジタルのインターフェース処理を行う回路であり、例えばシリアルデータの送信や受信を行う。ホストインターフェース９６は例えばＳＰＩやＵＡＲＴなどにより実現できる。このようにすれば、センサーデバイスとの間のみならず、ホストデバイス２１０との間も、デジタルのインターフェース処理でデータを転送できるようになる。これにより複数のセンサーデバイスから取得した検出データを、ホストデバイス２１０に対して効率的に転送することが可能になる。

また図２では、センサーモジュール１０に温度センサー１５０が設けられている。そしてマイクロコントローラー８０は、温度センサー１５０の検出結果に基づく温度補正処理を行う。例えばマイクロコントローラー８０は、温度が変動した場合にも、角速度データ又は加速度データである検出データの値が一定になるようにする温度補償処理を、温度補正処理として行う。例えばマイクロコントローラー８０は、温度補正用のテーブルデータをメモリー等に記憶しておき、このテーブルデータを用いて温度補正処理を行う。例えば角速度センサーデバイスや加速度センサーデバイスにも温度センサーは内蔵されるが、温度センサー１５０は、内蔵の温度センサーに比べて、高い分解能のセンサーとなっている。例えばセンサーデバイスに内蔵される温度センサーによる温度検出データの分解能を表すビット数をｍ１とし、温度センサー１５０による温度検出データの分解能を表すビット数をｍ２とした場合に、ｍ２＞ｍ１となる。マイクロコントローラー８０が、このような高分解能の温度センサー１５０を用いて温度補正処理を行うことで、より高精度に温度補償された検出データを、ホストデバイス２１０に出力できるようになる。

図３に本実施形態のセンサーモジュール１０の第３構成例を示す。図３では、センサーモジュール１０が、第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢ、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢ、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢを更に含んでいる。そして第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢ、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢ、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢは、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１を介して、マイクロコントローラー８０の第１デジタルインターフェース８３に電気的に接続されている。ここで本実施形態のセンサーモジュール１０は、第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢ、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢ及び第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢのうちの少なくとも１つセンサーデバイスを含めばよい。この場合には、この少なくとも１つのセンサーデバイスが、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１を介して、マイクロコントローラー８０の第１デジタルインターフェース８３に電気的に接続される。

例えば上記の少なくとも１つのセンサーデバイスとして、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢが設けられたとする。この場合にはマイクロコントローラー８０は、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺからのＺ軸角速度データと、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢからのＺ軸角速度データの平均値を求め、求めた平均値を最終的なＺ軸角速度データとしてホストデバイス２１０に出力する。これによりＺ軸角速度データの高精度化を図れる。同様にＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘに加えて、第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢをセンサーモジュール１０に設けて、これらの角速度センサーデバイスからのＸ軸角速度データの平均値を求めることで、Ｘ軸角速度データの高精度化を図れる。またＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙに加えて、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢをセンサーモジュール１０に設けて、これらの角速度センサーデバイスからのＹ軸角速度データの平均値を求めることで、Ｙ軸角速度データの高精度化を図れる。

なお自動車等の移動体においては、Ｚ軸回りの回転運動に対応するヨーイングの回転運動の検出が重要となる。従ってヨー角速度やヨー角の検出に必要なＺ軸角速度の高精度化を図る必要があり、この意味では第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢを設けて、複数の角速度センサーデバイスからのＺ軸角速度データの平均値を求めることが望ましい。また図３では、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の角速度センサーデバイスを、２個設けた場合の例を示しているが、本実施形態はこれに限定されず、Ｘ軸用、Ｙ軸用又はＺ軸用に３個以上の角速度センサーデバイスを設けてもよい。また図２と図３を組み合わせた構成も可能である。例えばＸ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の少なくとも１つの軸用について２個以上の角速度センサーデバイスを設けると共に複数の加速度センサーデバイスを設ける。好ましい実施形態は複数のＺ軸用の角速度センサーデバイスを設けると共に複数の加速度センサーデバイスを設ける構成である。

図４は第１デジタルインターフェースバスＢＳ１での信号波形例を示す図である。第１デジタルインターフェースバスＢＳ１は、チップセレクト信号ＸＣＳ、クロック信号ＳＣＬＫ、データ入力信号ＳＤＩ、データ出力信号ＳＤＯの信号線を含む。まず、負論理のチップセレクト信号ＸＣＳがＬレベルになる。これによりチップセレクト信号ＸＣＳの信号線が共通接続されているＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ及びＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚの全てがチップセレクトされる。データ入力信号ＳＤＩの最初の１ビットのＲ／Ｗはリード／ライトを指示するビットである。Ｒ／Ｗ＝１の場合にはリードが指示され、Ｒ／Ｗ＝０の場合にはライトが指示される。Ｒ／Ｗの次の２ビットのＡ［１：０］はアドレスを指定するものである。共通アドレスを指定する場合にはＡ［１：０］＝００となる。Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚの個別アドレスを指定する場合には、各々、Ａ［１：０］＝０１、１０、１１となる。Ａ［１：０］の次の４ビットのＣ［４：０］は、コマンド内容及びレジスターアドレスを指示するものである。

図４では、Ｆ１に示すようにＲ／Ｗ＝１となっており、リードが指示されており、マイクロコントローラー８０がリードコマンドを発行している。またＦ２に示すようにＡ［１：０］＝００となっており、共通アドレスが指定されている。またＦ３によってコマンド内容やレジスターアドレスが指示されている。これにより、期間Ｔ１では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０ＸがＸ軸角速度データを出力し、次の期間Ｔ２では、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０ＹがＹ軸角速度データを出力し、次の期間Ｔ３では、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺがＺ軸角速度データを出力する。このように図４の第１デジタルインターフェースバスＢＳ１では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚからの角速度データの連続読み出しが可能になっている。これはそれぞれの角速度センサーデバイスが、自身の送信順番と、角速度センサーデバイスの接続個数と、送信データのビット数を記憶することで実現される。

図５は第２デジタルインターフェースバスＢＳ２での信号波形例を示す図である。第２デジタルインターフェースバスＢＳ２も、チップセレクト信号ＸＣＳ、クロック信号ＳＣＬＫ、データ入力信号ＳＤＩ、データ出力信号ＳＤＯの信号線を含む。図５ではチップセレクト信号ＸＣＳがＬレベルになって、加速度センサーデバイス４０がチップセレクトされる。その後、Ｆ４に示すように加速度センサーデバイス４０のアドレスを指定するアドレス設定が、マイクロコントローラー８０によりデータ入力信号ＳＤＩを用いて行われる。そして加速度センサーデバイス４０は、期間Ｔ１においてＸ軸加速度データを出力し、次の期間Ｔ２においてＹ軸加速度データを出力し、次の期間Ｔ３においてＺ軸加速度データを出力する。このように第２デジタルインターフェースバスＢＳ２では、Ｆ４に示すアドレス設定で指定された１つの加速度センサーデバイス４０が、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データを順次に出力する。

図６は第１デジタルインターフェースバスＢＳ１における連続読み出しの継続を説明する信号波形例である。図６では、期間Ｔ３でＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺがＺ軸角速度データを出力した後、次の期間Ｔ４において、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０ＸがＸ軸角速度データを出力する。そして次の期間Ｔ５では、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０ＹがＹ軸角速度データを出力し、次の期間Ｔ６では、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺがＺ軸角速度データを出力する。

図７は、図２に示すように第１加速度センサーデバイス４０Ａ及び第２加速度センサーデバイス４０Ｂが接続された時の第２デジタルインターフェースバスＢＳ２の信号波形例を示す図である。第２デジタルインターフェースバスＢＳ２では、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１のような連続読み出しを行うことができない。このためＦ５のアドレス設定で、マイクロコントローラー８０が第１加速度センサーデバイス４０Ａのアドレスを指定する。これにより第１加速度センサーデバイス４０Ａが、期間ＴＡ１においてＸ軸加速度データを出力し、次の期間ＴＡ２においてＹ軸加速度データを出力し、次の期間ＴＡ３においてＺ軸加速度データを出力する。次にＦ６のアドレス設定で、マイクロコントローラー８０が第２加速度センサーデバイス４０Ｂのアドレスを指定する。これにより第２加速度センサーデバイス４０Ｂが、期間ＴＢ１においてＸ軸加速度データを出力し、次の期間ＴＢ２においてＹ軸加速度データを出力し、次の期間ＴＢ３においてＺ軸加速度データを出力する。

上述したように、角速度データと加速度データとでは、コマンド体系や通信方式を異ならせる必要があるという課題がある。このため本実施形態では、角速度センサーデバイス用の第１デジタルインターフェースバスＢＳ１と、加速度センサーデバイス用の第２デジタルインターフェースバスＢＳ２とを別々に用意する。そして角速度データについては、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１を用いて、第１コマンド体系や第１通信方式でデジタル転送する。一方、加速度データについては、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２を用いて、第２コマンド体系や第２通信方式でデジタル転送する。例えば図４の第１デジタルインターフェースバスＢＳ１では、第１通信方式でデジタル転送を行う。即ち第１通信方式では、各軸用の角速度センサーデバイスが各軸の角速度データを出力する。即ちＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸがＸ軸角速度データを出力し、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０ＹがＹ軸角速度データを出力し、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺがＺ軸角速度データを出力する。これに対して、図５の第２デジタルインターフェースバスＢＳ２では、第２通信方式でデジタル転送を行う。即ち第２通信方式では、１つの加速度センサーデバイスが、複数の軸の加速度データを出力する。即ち１つの加速度センサーデバイス４０が、Ｘ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データを出力する。このように本実施形態では、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１では第１通信方式でデータ転送を行い、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２では、第１通信方式とは異なる第２通信方式でデータ転送を行っている。

また第１デジタルインターフェースバスＢＳ１での第１通信方式では、複数の角速度センサーデバイスからの角速度データの連続読み出しが可能になっている。これに対して第２デジタルインターフェースバスＢＳ２での第２通信方式では、複数の加速度センサーデバイスからの加速度データの連続読み出しができないようになっている。即ち図７に示すように、まず第１加速度センサーデバイス４０Ａのアドレスを指定して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度データを読み出し、次に第２加速度センサーデバイス４０Ｂのアドレスを指定して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度データを読み出す。この点においても、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１での第１通信方式と、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２での第２通信方式は異なっている。なお第２デジタルインターフェースバスＢＳ２での第２通信方式においても、複数の加速度センサーデバイスからの連続読み出しを可能にする変形実施も可能である。

２．センサーデバイスの配置構成例
次にセンサーモジュール１０でのセンサーデバイスの配置構成例について説明する。図８、図９はセンサーデバイスの第１配置構成例である。センサーモジュール１０は回路基板１００を含む。回路基板１００は、互いに表裏の関係にある第１面ＳＦ１及び第２面ＳＦ２と、第１側面ＳＥ１、第２側面ＳＥ２、第３側面ＳＥ３及び第４側面ＳＥ４を有する。図８は第１面ＳＦ１を示す平面図であり、図９は第２面ＳＦ２を示す平面図である。回路基板１００は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、本実施形態では回路基板１００としてガラスエポキシ基板を用いている。なお回路基板１００は、ガラスエポキシ基板に限定するものではなく、複数のセンサーデバイスや電子部品やコネクターなどを実装可能なリジットな基板であればよい。例えば回路基板１００としてコンポジット基板やセラミック基板を用いてもよい。回路基板１００には取り付け用の穴部１０２、１０３、１０４が形成されている。

回路基板１００の第１面ＳＦ１と第２面ＳＦ２は、互いに表裏の関係にある主面である。例えば第１面ＳＦ１を表側の面とすると、第２面ＳＦ２は裏側の面になる。回路基板１００の第１側面ＳＥ１～第４側面ＳＥ４は、第１面ＳＦ１と第２面ＳＦ２を結ぶ面であり、第１面ＳＦ１及び第２面ＳＦ２に直交する面である。第１側面ＳＥ１と第３側面ＳＥ３は、回路基板１００の対向する位置にあり、法線方向が互いに逆方向となる面である。第２側面ＳＥ２と第４側面ＳＥ４は、回路基板１００の対向する位置にあり、法線方向が互いに逆方向となる面である。第１側面ＳＥ１と第３側面ＳＥ３は互いに平行な面であり、第２側面ＳＥ２と第４側面ＳＥ４は互いに平行な面である。そして第１側面ＳＥ１及び第３側面ＳＥ３と、第２側面ＳＥ２及び第４側面ＳＥ４とは法線方向が直交する関係にある。

なおセンサーモジュール１０の検出軸であるＺ軸は、回路基板１００に直交する方向の軸になっている。センサーモジュール１０の検出軸であるＸ軸、Ｙ軸は、互いに直交する軸であり、Ｚ軸に直交する方向の軸になっている。そしてＸ軸は、第１側面ＳＥ１の法線方向の軸になっており、Ｙ軸は、第２側面ＳＥ２の法線方向の軸になっている。

Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、回路基板１００の第１側面ＳＥ１に実装されている。具体的には、実装面がＸ軸に直交するように第１側面ＳＥ１に実装されている。例えばＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、実装面である底面が第１側面ＳＥ１に接触するように取り付けられている。このような取り付け状態において、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘの第１面ＳＦ１側に位置する図８のＨ１に示す端子は、第１面ＳＦ１に形成された信号線や電源線に接続される。また当該取り付け状態において、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘの第２面ＳＦ２側に位置する図９のＨ２に示す端子は、第２面ＳＦ２に形成された信号線や電源線に接続される。なお信号線、電源線はスルーホールに形成された信号線、電源線を含むものとする。

Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、回路基板１００の第２側面ＳＥ２に実装されている。具体的には、実装面がＹ軸に直交するように第２側面ＳＥ２に実装されている。例えばＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、実装面である底面が第２側面ＳＥ２に接触するように取り付けられている。このような取り付け状態において、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙの第１面ＳＦ１側に位置するＨ３に示す端子は、第１面ＳＦ１に形成された信号線や電源線に接続される。また当該取り付け状態において、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙの第２面ＳＦ２側に位置するＨ４に示す端子は、第２面ＳＦ２に形成された信号線や電源線に接続される。

Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、回路基板１００の第１面ＳＦ１に実装されている。具体的には、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、実装面がＺ軸に直交するように第１面ＳＦ１に実装されており、実装面である底面が第１面ＳＦ１に接触するように取り付けられている。そしてＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚの端子は、第１面ＳＦ１に形成された信号線や電源線に接続される。

加速度センサーデバイス４０は、回路基板１００の第１面ＳＦ１に実装されている。具体的には、加速度センサーデバイス４０は、実装面がＺ軸に直交するように第１面ＳＦ１に実装されており、実装面である底面が第１面ＳＦ１に接触するように取り付けられている。そして加速度センサーデバイス４０の端子は、第１面ＳＦ１に形成された信号線や電源線に接続される。同様に温度センサー１５０も第１面ＳＦ１に実装され、その端子が第１面ＳＦ１に形成された信号線や電源線に接続される。

また回路基板１００の第１面ＳＦ１には、プラグ型のコネクター１１０が実装されている。このコネクター１１０は、Ｙ軸方向に等ピッチで配置された２列の接続端子を備えている。また図９に示すように回路基板１００の第２面ＳＦ２にはマイクロコントローラー８０が実装されている。マイクロコントローラー８０は、ＰＧＡなどのグリッドアレイ型のパッケージとなっており、図９の平面視において、マイクロコントローラー８０の下方側の面に複数の端子が格子状に配列されている。

また図８、図９では、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、検出軸Ａ１回りの角速度を検出する。検出軸Ａ１は後述する図２３のｚ軸に対応する。そしてＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘは、検出軸Ａ１の方向がＸ軸の方向になるように配置されている。従って、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘにより、Ｘ軸周りの角速度を検出できるようになる。またＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、検出軸Ａ２回りの角速度を検出する。検出軸Ａ２は図２３のｚ軸に対応する。そしてＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙは、検出軸Ａ２の方向がＹ軸の方向になるように配置されている。従って、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙにより、Ｙ軸周りの角速度を検出できるようになる。またＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、検出軸Ａ３回りの角速度を検出する。検出軸Ａ３は図２３のｚ軸に対応する。そしてＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは、検出軸Ａ３の方向がＺ軸の方向になるように配置されている。従って、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚにより、Ｚ軸周りの角速度を検出できるようになる。一方、加速度センサーデバイス４０は、第１検出軸ｘ、第２検出軸ｙ、第３検出軸ｚの方向が、各々、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向になるように配置されている。従って、加速度センサーデバイス４０により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度を検出できるようになる。

そして図８に示すように本実施形態では、回路基板１００の第１面ＳＦ１の第１領域ＲＧ１及び第２領域ＲＧ２のうちの第１領域ＲＧ１に、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０が配置される。一方、回路基板１００の第２面ＳＦ２における第２領域ＲＧ２に対応する領域に、マイクロコントローラー８０が配置されている。例えば第１領域ＲＧ１側にＸ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０が配置され、第２領域ＲＧ２側に、マイクロコントローラー８０が配置されている。ここで第１領域ＲＧ１は、図８の線ＬＣで区画される領域のうちの第１側面ＳＥ１側の領域であり、第２領域ＲＧ２は、線ＬＣで区画される領域のうちの第３側面ＳＥ３側の領域である。線ＬＣは、図８の平面視において、第１側面ＳＥ１と第３側面ＳＥ３の間の線であり、例えば中央線である。例えば線ＬＣは、平面視において第１側面ＳＥ１、第３側面ＳＥ３に平行な線である。第２面ＳＦ２における第２領域ＲＧ２に対応する領域は、第２領域ＲＧ２の例えば裏側の領域である。但し第１面ＳＦ１側の領域とすることも可能である。

このような配置構成にすれば、回路基板１００の第１領域ＲＧ１側に、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０からなるセンサーデバイス群を、集中して配置できる。一方、マイクロコントローラー８０は、第１領域ＲＧ１とは異なる第２領域ＲＧ２側に配置されている。そしてマイクロコントローラー８０は高速なクロック信号により動作する大規模なデジタル回路（ＣＰＵコア等）を有しているため、動作時に高い温度の熱を発生する熱源になる。本実施形態の配置構成によれば、このような熱源となるマイクロコントローラー８０が第２領域ＲＧ２側に配置され、センサーデバイス群が、第１領域ＲＧ１側に配置される。従って、熱源となるマイクロコントローラー８０と、角速度や加速度を高精度に検出するセンサーデバイス群との間の距離を、十分に離すことが可能になり、マイクロコントローラー８０の発熱による熱が、センサーデバイス群の検出精度に及ぼす悪影響を低減できる。

例えば従来のアナログ方式のセンサーモジュールでは、センサーデバイス群とマイクロコントローラーとの間の距離を離して配置すると、アナログの検出信号の信号線が長くなってしまい、検出精度が低下してしまうという問題がある。特にマイクロコントローラーが内蔵するＡ／Ｄ変換回路を用いて、センサーデバイス群からの検出電圧をＡ／Ｄ変換する手法では、センサーデバイス群とマイクロコントローラーとの間の距離を離すと、検出電圧の信号線が非常に長くなってしまう。このため、検出電圧に対して多くのノイズが重畳され、検出電圧が大きく変動して、検出精度が非常に低下してしまう。このため、マイクロコントローラーをセンサーデバイス群の近傍に配置せざるを得なかった。そしてマイクロコントローラーをセンサーデバイス群の近傍に配置すると、今度はマイクロコントローラーの発熱による熱が、センサーデバイス群に伝達して、検出精度を低下させてしまう。

この点、本実施形態の手法によれば、センサーデバイス群とマイクロコントローラー８０との間は、デジタルインターフェースバスにより接続されて、デジタル方式で検出データが転送される。従って、センサーデバイス群とマイクロコントローラー８０との間の距離を離しても、アナログ方式の場合のようなノイズの悪影響による検出精度の低下の問題は生じない。そして図８、図９に示すように、センサーデバイス群を第１領域ＲＧ１側に配置し、マイクロコントローラー８０を第２領域ＲＧ２側に配置することで、両者の距離を離すことが可能になり、マイクロコントローラー８０の発熱による検出精度の低下も抑制できる。従って、従来のアナログ方式に比べて、センサーモジュール１０の検出精度を格段に向上できるという利点がある。

なお本実施形態では図２２のインナーケース１２０への回路基板１００の実装の際に、インナーケース１２０の凹部１２１に充填部材を充填することで性能の向上を図っている。この意味においてセンサーデバイス群を第１領域ＲＧ１に集中的に配置して、充填部材に覆われるようにすることが望ましい。但しセンサーデバイス群の一部のセンサーデバイスを第１領域ＲＧ１とは異なる領域に配置する変形実施も可能である。

また本実施形態では、図８に示すように、回路基板１００の第１領域ＲＧ１に、温度センサー１５０が配置される。そして図２で説明したように、マイクロコントローラー８０は、温度センサー１５０の検出結果に基づく温度補正処理を行う。このようにすれば、温度センサー１５０を、センサーデバイス群が配置される第１領域ＲＧ１に配置できるようになる。例えば図８では、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚと加速度センサーデバイス４０の間に温度センサー１５０が配置される。このようにすることで、センサーデバイス群に近い位置での温度を、温度センサー１５０により検出できる。そして、このようにセンサーデバイス群に近い位置に配置された高精度の温度センサー１５０により温度検出を行って、その検出結果に基づいてセンサーデバイス群の検出データに対する温度補正処理を実行できるようになる。このようにすれば、センサーデバイス群の実際の温度に近い温度を検出して、検出データの温度依存性を低減する温度補正処理を行うことが可能になるため、センサーモジュール１０の検出精度の更なる高精度化を実現できる。

図１０、図１１はセンサーデバイスの第２配置構成例である。図１０、図１１は、図３の第３構成例に対応するセンサーデバイスの配置構成例であり、各々、第１面ＳＦ１、第２面ＳＦ２を示す平面図である。図８、図９では、各軸用に１つの角速度センサーデバイスが設けられていたが、図１０、図１１では、各軸用に２つの角速度センサーデバイスが設けられている。即ち、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘに加えて、第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢが設けられ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙに加えて、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢが設けられている。またＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚに加えて、図１１に示すように第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢが設けられている。

具体的には、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ及び第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢは、第１側面ＳＥ１に実装される。例えば、それぞれの検出軸Ａ１Ａ、Ａ１ＢがＸ軸方向に沿うように、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ及び第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢが実装される。これにより、前述したように、これらのＸ軸角速度センサーデバイスからの２つのＸ軸角速度データの平均値を求めて、最終的なＸ軸角速度データ求めることができるため、より高精度なＸ軸角速度データを得ることができる。またＹ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ及び第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢは、それぞれの検出軸Ａ２Ａ、Ａ２ＢがＹ軸方向に沿うように、第２側面ＳＥ２に実装される。これにより、前述したように、これらのＹ軸角速度センサーデバイスからの２つのＹ軸角速度データの平均値を求めて、最終的なＹ軸角速度データ求めることができるため、より高精度なＹ軸角速度データを得ることができる。

また図１０に示すようにＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚは回路基板１００の第１面ＳＦ１に実装され、図１１に示すように第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢは回路基板１００の第２面ＳＦ２に実装される。これによりＺ軸角速度センサーデバイス３０Ｚの検出軸Ａ３Ａは、Ｚ軸の正方向を向くように設定され、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢの検出軸Ａ３Ｂは、Ｚ軸の負方向を向くように設定される。従って、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺのＺ軸角速度データと第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢのＺ軸角速度データの正負の方向を合わせてから、Ｚ軸角速度データの平均値を求めて、最終的なＺ軸角速度データを求めることができるため、より高精度なＺ軸角速度データを得ることができる。

このように図１０、図１１の配置構成例によれば、各軸用に各々２つずつで、合計で６個の角速度センサーデバイスを、回路基板１００の限られた配置エリアを利用して、効率良く実装できる。従って、センサーモジュール１０の小型化を維持しながら、角速度データの平均値を求めることによる高精度化も実現することが可能になる。

図１２、図１３はセンサーデバイスの第３配置構成例である。図１２、図１３は、図２の第２構成例に対応するセンサーデバイスの配置構成例であり、各々、第１面ＳＦ１、第２面ＳＦ２を示す平面図である。例えば図８、図９では、１つの加速度センサーデバイスが設けられていたが、図１２、図１３では、２つの加速度センサーデバイスが設けられている。具体的には図１２に示すように第１加速度センサーデバイス４０Ａが回路基板１００の第１面ＳＦ１に実装され、図１３に示すように第２加速度センサーデバイス４０Ｂが回路基板１００の第２面ＳＦ２に実装される。これにより、第１加速度センサーデバイス４０Ａからの第１のＸ軸加速度データと第２加速度センサーデバイス４０Ｂからの第２のＸ軸加速度データの平均値を求め、求めた平均値を最終的なＸ軸加速度データとすることができる。同様に第１加速度センサーデバイス４０Ａからの第１のＹ軸加速度データ及び第１のＺ軸加速度データの各々と、第２加速度センサーデバイス４０Ｂからの第２のＹ軸加速度データ及び第２のＺ軸加速度データの各々との平均値を求め、求めた平均値を最終的なＹ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データとすることができる。そして図１２、図１３では、第１加速度センサーデバイス４０Ａを回路基板１００の第１面ＳＦ１に配置し、第２加速度センサーデバイス４０Ｂを回路基板１００の第２面ＳＦ２の空き領域に配置している。従って、２個の加速度センサーデバイスを、回路基板１００の限られた配置エリアを利用して、効率良く実装できるため、センサーモジュール１０の小型化を維持しながら、加速度データの平均値を求めることによる高精度化も実現することが可能になる。

以上の図１２、図１３の第３配置構成例のように、本実施形態のセンサーモジュール１０は、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘと、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙと、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚと、第１加速度センサーデバイス４０Ａと、第２加速度センサーデバイス４０Ｂと、マイクロコントローラー８０と、回路基板１００を含む。マイクロコントローラー８０には、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０ＸからのＸ軸角速度データ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０ＹからのＹ軸角速度データ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０ＺからのＺ軸角速度データが入力される。またマイクロコントローラー８０には、第１加速度センサーデバイス４０Ａからの第１のＸ軸加速度データ、第１のＹ軸加速度データ及び第１のＺ軸加速度データと、第２加速度センサーデバイス４０Ｂからの第２のＸ軸加速度データ、第２のＹ軸加速度データ及び第２のＺ軸加速度データが入力される。そして第１加速度センサーデバイス４０Ａは回路基板１００の第１面ＳＦ１に配置され、第２加速度センサーデバイス４０Ｂは回路基板１００の第２面ＳＦ２に配置される。なお図１３の回路基板１００の第２面ＳＦ２に第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢを更に設けて、ヨー角速度やヨー角度の検出の高精度化を実現してもよい。

更に具体的には本実施形態では、第１加速度センサーデバイス４０Ａ及び第２加速度センサーデバイス４０Ｂの一方の加速度センサーデバイスである第１加速度センサーデバイス４０Ａは、第１検出軸ｘ１、第２検出軸ｙ１、第３検出軸ｚ１の方向が、各々、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に沿うように配置される。また図１３に示すように、一方とは異なる他方の加速度センサーデバイスである第２加速度センサーデバイス４０Ｂは、第１検出軸ｘ２、第２検出軸ｙ２、第３検出軸ｚ２の方向が、各々、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の方向に沿うように配置されている。具体的には図１３では、第１検出軸ｘ２の正方向が、Ｙ軸の正方向になり、第２検出軸ｙ２の正方向が、Ｘ軸の負方向になり、第３検出軸ｚ２の正方向が、Ｚ軸の負方向になっている。第２検出軸ｙ２とＸ軸は、正負の方向は逆であるが、第２検出軸ｙ２の方向は、Ｘ軸の方向に沿う方向になっている。なお図１２、図１３では、一方の加速度センサーデバイスが第１加速度センサーデバイス４０Ａであり、他方の加速度センサーデバイスが第２加速度センサーデバイス４０Ｂである場合の例であるが、これには限定されない。一方の加速度センサーデバイスが第２加速度センサーデバイス４０Ｂであり、他方の加速度センサーデバイスが第１加速度センサーデバイス４０Ａであってもよい。図１２、図１３のように２つの加速度センサーデバイスを配置することで、加速度センサーデバイスの温度ヒステリシス特性を利用した温度補償が可能になる。

図１４、図１５は第１加速度センサーデバイス４０Ａ、第２加速度センサーデバイス４０Ｂの種々の配置構成例を示す図である。図１４では、回路基板１００の第１面ＳＦ１に第１加速度センサーデバイス４０Ａが配置され、第２面ＳＦ２に第２加速度センサーデバイス４０Ｂが配置される。これにより第１加速度センサーデバイス４０Ａの第３検出軸ｚ１と、第２加速度センサーデバイス４０Ｂの第３検出軸ｚ２は、沿う方向は同じであるが正負の方向が逆になる。従って、後述する温度ヒステリシス特性を利用した温度補償処理の際には、ｚ１での加速度値とｚ２での加速度値の正負の方向を合わせてから加算平均処理を行えばよい。そして図１４のＢ１とＢ２では、ｘ１とｙ２が、沿う方向は同じであり正負の方向が逆となり、ｙ１とｘ２も、沿う方向は同じであり正負の方向が逆になっている。このＢ１、Ｂ２は図１２、図１３の配置構成に対応する。後述する温度ヒステリシス特性を利用した温度補償処理の際には、ｘ１での加速度値とｙ２での加速度値の正負の方向を合わせてから加算平均処理を行い、ｙ１での加速度値とｘ２での加速度値の正負の方向を合わせてから加算平均処理を行えばよい。これにより、異なる軸同士の加速度値を用いた温度補償処理が可能になり、温度ヒステリシス特性を利用した、より適切な温度補償の実現が期待できる。なおＢ１とＢ３、Ｂ１とＢ４、Ｂ１とＢ５のそれぞれの組合わせにより正負の方向を合わせてから加算平均処理をして、温度補償処理を行うことも可能である。

図１５では、回路基板１００の第１面ＳＦ１に第１加速度センサーデバイス４０Ａ及び第２加速度センサーデバイス４０Ｂが配置される。このように本実施形態では、第１面ＳＦ１及び第２面ＳＦ２の一方の面に、第１加速度センサーデバイス４０Ａ及び第２加速度センサーデバイス４０Ｂの両方を配置してもよい。そして図１４と同様にＢ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９のそれぞれの組合わせにより正負の方向を合わせてから加算平均処理をして、温度補償処理を行うことも可能である。

図１６は加速度センサーデバイスの温度ヒステリシス特性を利用した温度補償処理の説明図である。例えばＧ１は、第１面ＳＦ１に実装された第１加速度センサーデバイス４０Ａの温度ヒステリシス特性の例であり、Ｇ２は、第２面ＳＦ２に実装された第２加速度センサーデバイス４０Ｂの温度ヒステリシス特性の例である。Ｇ１の温度ヒステリシス特性では、温度上昇の際にはＧ３に示すような温度特性となり、温度下降の際にはＧ４に示すような温度特性となる。一方、Ｇ２の温度ヒステリシス特性では、温度上昇の際にはＧ５に示すような温度特性となり、温度下降の際にはＧ６に示すような温度特性となる。従って、温度上昇の際には、例えばＧ３の温度特性での加速度値とＧ５の温度特性での加速度値との加算処理を行うことで、加速度値の温度変動を相殺できる。これにより例えばＧ７の温度ヒステリシス特性のＧ８に示すように、温度上昇に対する加速度値の変動を小さくでき、良好な温度特性を実現できる。また温度下降の際には、例えばＧ４の温度特性での加速度値とＧ６の温度特性での加速度値との加算処理を行うことで、加速度値の温度変動を相殺できる。これにより例えばＧ７の温度ヒステリシス特性のＧ９に示すように、温度下降に対する加速度値の変動を小さくでき、良好な温度特性を実現できる。

例えば図１４では第１加速度センサーデバイス４０Ａを第１面ＳＦ１に配置し、第２加速度センサーデバイス４０Ｂを第２面ＳＦ２に配置する。これにより、ｚ１での加速度値がＧ１の温度ヒステリシス特性となり、ｚ２での加速度値がＧ２の温度ヒステリシス特性となることで、温度補償処理を実現できる。また図１４のＢ１、Ｂ２では、ｘ１での加速度値がＧ１の温度ヒステリシス特性となり、ｙ２での加速度値がＧ２の温度ヒステリシス特性となることで、温度補償処理を実現できる。またｙ１での加速度値がＧ１の温度ヒステリシス特性となり、ｘ２での加速度値がＧ２の温度ヒステリシス特性となることで、温度補償処理を実現できる。なお温度ヒステリシス特性を利用した温度補償処理はマイクロコントローラー８０が行う。

３．同期信号の入力
図１７にセンサーモジュール１０の第４構成例を示す。図１７のセンサーモジュール１０は同期信号ＳＹＣを伝送する同期信号線ＬＳＹを含む。同期信号線ＬＳＹは、Ｘ軸角速度センサーデバイス３０Ｘ、Ｙ軸角速度センサーデバイス３０Ｙ、Ｚ軸角速度センサーデバイス３０Ｚ及び加速度センサーデバイス４０に電気的に接続されている。これにより、これらのセンサーデバイスに対して、外部同期信号ＥＸＳＹＣが同期信号ＳＹＣとして入力されるようになる。例えばこれらの各センサーデバイスには同期端子が設けられており、この同期端子に対して同期信号線ＬＳＹが接続される。そして同期端子及び同期信号線ＬＳＹを介して、外部同期信号ＥＸＳＹＣが同期信号ＳＹＣとして入力される。このように図１７では、第１デジタルインターフェースバスＢＳ１、第２デジタルインターフェースバスＢＳ２に加えて、同期信号ＳＹＣを伝送する同期信号線ＬＳＹが設けられている。具体的にはセンサーモジュール１０の回路基板１００に、同期信号ＳＹＣの同期信号線ＬＳＹが配線される。なお図２の第２構成例、図３の第３構成例、或いはこれらの組合わせの構成例においても各センサーデバイスに対して同期信号線ＬＳＹを電気的に接続して同期信号ＳＹＣを入力してもよい。例えば図２では第２加速度センサーデバイス４０Ｂにも同期信号線ＬＳＹを接続して同期信号ＳＹＣを入力する。図３では第２のＸ軸角速度センサーデバイス３０ＸＢ、第２のＹ軸角速度センサーデバイス３０ＹＢ、第２のＺ軸角速度センサーデバイス３０ＺＢにも同期信号線ＬＳＹを接続して同期信号ＳＹＣを入力する。

図１８は、複数のセンサーデバイスの各センサーデバイスに同期信号線が接続されるセンサーモジュール１０の説明図である。第１センサーデバイス２０Ｘは、角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスのいずれかのセンサーデバイスであり、第２センサーデバイス２０Ｙも、角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスのいずれかのセンサーデバイスである。図１８では説明の簡素化のためにセンサーデバイスの個数が２個の場合の例を示しているが、センサーデバイスの個数は３個以上とすることができ、センサーモジュール１０は第１センサーデバイス～第ｎセンサーデバイス（ｎは２以上の整数）を含むことができる。

第１センサーデバイス２０Ｘは、第１センサー素子５０Ｘと、第１センサー素子５０Ｘからの信号が入力されて検出処理を行う第１検出回路６０Ｘと、第１検出回路６０Ｘからの第１検出データＳＤ１を出力する第１インターフェース７０Ｘを含む。第１センサーデバイス２０Ｘは、第１センサー素子５０Ｘと、第１検出回路６０Ｘ及び第１インターフェース７０Ｘを含む集積回路装置とが、パッケージに収容されたデバイスである。集積回路装置は半導体により実現されるＩＣチップである。第２センサーデバイス２０Ｙは、第２センサー素子５０Ｙと、第２センサー素子５０Ｙからの信号が入力されて検出処理を行う第２検出回路６０Ｙと、第２検出回路６０Ｙからの第２検出データＳＤ２を出力する第２インターフェース７０Ｙを含む。第２センサーデバイス２０Ｙは、第２センサー素子５０Ｙと、第２検出回路６０Ｙ及び第２インターフェース７０Ｙを含む集積回路装置とが、パッケージに収容されたデバイスである。なおセンサーデバイスの個数を３個以上とし、第ｎセンサーデバイスを設ける場合には、第ｎセンサーデバイスは、第ｎセンサー素子と、第ｎセンサー素子からの信号が入力されて検出処理を行う第ｎ検出回路と、第ｎ検出回路からの第ｎ検出データを出力する第ｎインターフェースを含むことができる。

第１センサー素子５０Ｘ、第２センサー素子５０Ｙは、物理量を検出するセンサー素子であり、物理量トランスデューサーとも言うことができる。第１センサー素子５０Ｘ、第２センサー素子５０Ｙは、例えば角速度センサー素子、加速度センサー素子のいずれかである。第１検出回路６０Ｘ、第２検出回路６０Ｙは、アナログ回路と、アナログ回路からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を含むことができる。アナログ回路は、センサー素子からの信号を増幅する増幅回路や、同期検波回路などの検波回路や、ゲイン調整回路や、或いはオフセット調整回路などを含むことができる。Ａ／Ｄ変換回路は、デジタルの検出データをインターフェースに出力する。Ａ／Ｄ変換回路のＡ／Ｄ変換方式としては、逐次比較型、デルタシグマ型、フラッシュ型、パイプライン型又は二重積分型等を採用できる。第１インターフェース７０Ｘ、第２インターフェース７０Ｙは、例えばデジタルのインターフェース処理を行う回路であり、例えばシリアルデータの送信や受信を行う。第１インターフェース７０Ｘ、第２インターフェース７０Ｙは、マイクロコントローラー８０のデジタルインターフェース８２や第１デジタルインターフェース８３、第２デジタルインターフェース８４と同様に、ＳＰＩ又はＩ２Ｃの通信規格、又はこれを発展させたり一部を改良又は改変した通信規格のインターフェース処理を行う。なおデジタルインターフェース８２は第１デジタルインターフェース８３や第２デジタルインターフェース８４に対応する。

マイクロコントローラー８０は、第１センサーデバイス２０Ｘからの第１検出データＳＤ１及び第２センサーデバイス２０Ｙからの第２検出データＳＤ２が入力される。センサーモジュール１０は、第１センサーデバイス２０Ｘ及び第２センサーデバイス２０Ｙとマイクロコントローラー８０とを電気的に接続するデジタルインターフェースバスＢＳを含む。このデジタルインターフェースバスＢＳは、前述した第１デジタルインターフェースバスＢＳ１や第２デジタルインターフェースバスＢＳ２に対応する。

そして本実施形態では、第１センサーデバイス２０Ｘが、同期信号線ＬＳＹを介して同期信号ＳＹＣが入力される第１同期端子ＴＳ１を有する。そして第１インターフェース７０Ｘは、第１同期端子ＴＳ１に入力された同期信号ＳＹＣに基づいて、第１検出データＳＤ１をマイクロコントローラー８０に出力する。また第２センサーデバイス２０Ｙは、同期信号線ＬＳＹを介して同期信号ＳＹＣが入力される第２同期端子ＴＳ２を含む。そして第２インターフェース７０Ｙは、第２同期端子ＴＳ２に入力された同期信号ＳＹＣに基づいて、第２検出データＳＤ２をマイクロコントローラー８０に出力する。

ここで同期信号ＳＹＣは、外部同期信号ＥＸＳＹＣ又は外部同期信号ＥＸＳＹＣに基づく信号である。外部同期信号ＥＸＳＹＣは、ホストデバイス２１０などの外部デバイスから、センサーモジュール１０に入力される信号であり、同期タイミング毎にアクティブになる信号である。例えば外部同期信号ＥＸＳＹＣは一定期間毎にアクティブになる信号である。アクティブとは、正論理の場合にはＨレベル（ハイレベル）であり、負論理の場合にはＬレベル（ローレベル）である。第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙに入力される同期信号ＳＹＣは、外部同期信号ＥＸＳＹＣそのものであってもよいし、外部同期信号ＥＸＳＹＣに基づく信号であってもよい。外部同期信号ＥＸＳＹＣに基づく信号とは、外部同期信号ＥＸＳＹＣを用いて生成された信号である。例えば外部同期信号ＥＸＳＹＣに基づく信号は、例えばマイクロコントローラー８０などの他の回路が、外部同期信号ＥＸＳＹＣをクロック信号でサンプリングすることなどにより生成される信号である。第１同期端子ＴＳ１、第２同期端子ＴＳ２は、例えば第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙのパッケージに設けられる端子であり、外部接続用の端子である。

以上のように本実施形態のセンサーモジュール１０では、第１センサーデバイス２０Ｘが第１同期端子ＴＳ１を含み、第２センサーデバイス２０Ｙが第２同期端子ＴＳ２を含むというように、各々のセンサーデバイスが専用の同期端子を有している。そして第１センサーデバイス２０Ｘは、第１同期端子ＴＳ１に入力された同期信号ＳＹＣに基づいて第１検出データＳＤ１をマイクロコントローラー８０に出力し、第２センサーデバイス２０Ｙは、第２同期端子ＴＳ２に入力された同期信号ＳＹＣに基づいて第２検出データＳＤ２をマイクロコントローラー８０に出力する。従って、第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙの各々のセンサーデバイスは、同期端子に入力された同期信号ＳＹＣを用いて、適切なタイミングでの検出データを取得し、マイクロコントローラー８０に出力できるようになる。これにより、センサーモジュール１０を用いて計測される情報の高精度化等を図れるようになる。

例えば第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙ等からの検出データに基づいて、計測対象物の姿勢情報、移動距離情報又は慣性情報等の情報を適正に計測するためには、各検出データの同期がとれているか、或いは各検出データを取得した時間が明確になっていることが望まれる。

この点、本実施形態の第１の比較例の手法として、各センサーデバイスが、検出データの出力期間の直前に取得された検出データを、マイクロコントローラー８０に出力する手法が考えられる。例えば第１センサーデバイス２０Ｘが第１出力期間で第１検出データＳＤ１を出力し、第２センサーデバイス２０Ｙが第１出力期間の次の第２出力期間で第２検出データＳＤ２を出力するとする。この場合に第１の比較例の手法では、第１センサーデバイス２０Ｘは、第１出力期間の直前の第１タイミングにおいて第１検出回路６０Ｘから取得された第１検出データＳＤ１をマイクロコントローラー８０に出力する。第２センサーデバイス２０Ｙは、第２出力期間の直前の第２タイミングにおいて第２検出回路６０Ｙから取得された第２検出データＳＤ２をマイクロコントローラー８０に出力する。

しかしながら、上述の第１タイミングと第２タイミングは時間的にずれたタイミングであるため、第１検出データＳＤ１の取得タイミングと第２検出データＳＤ２の取得タイミングが時間的にずれてしまい、検出データの取得タイミングが同期しなくなってしまう。第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙが、各々、Ｘ軸角速度センサーデバイス、Ｙ軸角速度センサーデバイスである場合を例にとると、Ｘ軸角速度データの取得タイミングと、Ｙ軸角速度データの取得タイミングが時間的にずれてしまう。従って、これらのＸ軸角速度データとＹ軸角速度データにより、移動体などの計測対象物の姿勢情報を計測する場合に、正確な姿勢情報を計測できなくなってしまう。

この点、本実施形態によれば、第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙは、共通の同期信号ＳＹＣを用いて第１検出回路６０Ｘ、第２検出回路６０Ｙから取得された第１検出データＳＤ１、第２検出データＳＤ２を、マイクロコントローラー８０に出力できる。即ち、第１検出データＳＤ１と第２検出データＳＤ２の取得タイミングを同期化できる。角速度センサーデバイスを例にとれば、共通の同期タイミングで取得されたＸ軸角速度データとＹ軸角速度データをマイクロコントローラー８０に出力できる。従って、これらのＸ軸角速度データとＹ軸角速度データにより、計測対象物の姿勢情報を計測する場合に、より正確で高精度に姿勢情報を計測することが可能になる。

また本実施形態の第２の比較例の手法として、マイクロコントローラー８０が複数のセンサーデバイスを共通宛先とするコマンドを発行した場合に、そのコマンド発行により特定される共通の取り込みタイミングで、各検出回路からの検出データを取得し、マイクロコントローラー８０に出力する手法も考えられる。例えばコマンドの解釈の結果、複数のセンサーデバイスを共通宛先とするコマンドであると判断したタイミングで、各検出回路からの検出データを取得し、マイクロコントローラー８０に出力する。

しかしながら、マイクロコントローラー８０のコマンドの発行は、一定期間毎に行われるものではなく、発行タイミングに時間的なゆらぎがある。このため検出データの取得タイミングにもゆらぎが生じ、このゆらぎが原因となって、センサーモジュール１０を用いて取得される計測対象物の姿勢情報等の情報が、不正確で不適切なものになってしまう。マイクロコントローラー８０は、センサーデバイスへのコマンド発行処理のみならず、他の様々な処理を行っている。このため優先度が高い割り込み要求があった場合には、その割り込み処理が優先されて実行され、センサーデバイスへのコマンド発行処理がウェイトされてしまう。従って、他の割り込み要求が原因となって、センサーデバイスへのコマンド発行のタイミングにも時間的なゆらぎが生じ、検出データの取得タイミングにも時間的なゆらぎが生じてしまう。

この点、本実施形態によれば、マイクロコントローラー８０で行われている処理には依存せずに、同期信号ＳＹＣを用いて検出回路から検出データを取得して、マイクロコントローラー８０に出力できる。例えばマイクロコントローラー８０が、割り込みの優先度が高い処理を行っていても、それとは無関係に、同期信号ＳＹＣの同期タイミングで検出データを取得できる。従って、上記のような検出データの取得タイミングに時間的なゆらぎが発生する問題を防止できるようになる。

例えば本実施形態では、第１インターフェース７０Ｘは、同期信号ＳＹＣの同期タイミングで第１検出回路６０Ｘから取り込まれた第１検出データＳＤ１をマイクロコントローラー８０に出力する。第２インターフェース７０Ｙは、同期信号ＳＹＣの同期タイミングで第２検出回路６０Ｙから取り込まれた第２検出データＳＤ２をマイクロコントローラー８０に出力する。

このようにすれば、第１インターフェース７０Ｘは、同期タイミングで取り込まれた第１検出データＳＤ１をレジスター等に保持しておくことができる。そしてマイクロコントローラー８０が検出データの読み出しコマンドを発行した場合に、保持された第１検出データＳＤ１をマイクロコントローラー８０に出力できる。従って、マイクロコントローラー８０のコマンド発行タイミングには依存しない同期信号ＳＹＣの同期タイミングにおいて、第１検出回路６０Ｘから第１検出データＳＤ１を取得して、コマンドが発行された際にマイクロコントローラー８０に出力できる。同様に、第２インターフェース７０Ｙは、同期タイミングで取り込まれた第２検出データＳＤ２をレジスター等に保持しておくことができる。そしてマイクロコントローラー８０が検出データの読み出しコマンドを発行した場合に、保持された第２検出データＳＤ２をマイクロコントローラー８０に出力できるようになる。従って、コマンド発行タイミングには依存しない同期タイミングにおいて、第２検出回路６０Ｙから第２検出データＳＤ２を取得して、コマンドが発行された際にマイクロコントローラー８０に出力できるようになる。従って第２の比較例の手法において問題となっていた検出データの取得タイミングの時間的なゆらぎの問題を防止できる。

また図１８に示すようにマイクロコントローラー８０は、デジタルインターフェース８２、処理回路９０、信号処理回路９２、割り込みコントローラー９４、ホストインターフェース９６を含む。デジタルインターフェース８２は、センサーデバイスとのインターフェース処理を行う回路である。即ち、第１インターフェース７０Ｘ、第２インターフェース７０Ｙとの間でマスターとしてのインターフェース処理を行う。デジタルインターフェース８２は、端子ＴＭを介してデジタルインターフェースバスＢＳに接続される。デジタルインターフェース８２は、第１インターフェース７０Ｘ、第２インターフェース７０Ｙと同様に、ＳＰＩ又はＩ２Ｃの通信規格、又はこれを発展させたり一部を改良又は改変した通信規格のインターフェース処理を行う。

処理回路９０は、マイクロコントローラー８０のコアＣＰＵに対応する回路であり、各種の演算処理や制御処理を実行する。処理回路９０は、各種のレジスターを有するレジスター部９１を含む。信号処理回路９２は、フィルター処理や補正処理などのデジタル信号処理を行う回路であり、ＤＳＰなどにより実現できる。具体的には信号処理回路９２は、検出データに対して最新のＪ個の検出データの移動平均を計算した後、１／Ｋのレート（Ｊ、Ｋは２以上の整数）にダウンサンプリングする処理を行う。また信号処理回路９２は、フィルター処理後の検出データに対する温度補正等の補正処理を行う。そして処理回路９０は、補正処理後の検出データを、レジスター部９１に格納する処理を行う。そして処理回路９０は、検出データの準備完了信号である信号ＤＲＤＹを生成して、端子ＴＲを介して、ホストデバイス２１０に信号ＤＲＤＹを出力する。この信号ＤＲＤＹは、信号処理回路９２でのデジタル信号処理が完了したことを知らせる信号である。

レジスター部９１は、外部よりアクセス可能な複数のレジスターを有する。例えばホストデバイス２１０は、ホストインターフェース９６を介してレジスター部９１のデータレジスターにアクセスして、検出データを読み出すことができる。なお処理回路９０は、検出データのデータレジスターの更新回数のカウント処理を行う。そしてカウントされた更新回数を、レジスター部９１の更新回数レジスターに書き込む。これによりホストデバイス２１０は、マイクロコントローラー８０から読み出した検出データが、何番目のデータであるのかを特定できる。

割り込みコントローラー９４は各種の割り込み要求を受け付ける。そして優先順位と割り込みレベルに従って、処理回路９０に対して、割り込み要求、割り込みレベル、ベクター番号を知らせる信号を出力する。割り込みコントローラー９４には、割り込み要求信号の１つとして同期端子ＴＳを介して外部同期信号ＥＸＳＹＣが入力される。処理回路９０は、外部同期信号ＥＸＳＹＣによる割り込み要求が受け付けられると、対応する割り込み処理を実行する。なお割り込み要求としては、ホストインターフェース９６のＳＰＩやＵＡＲＴによる割り込み要求、各種タイマーによる割り込み要求、Ｉ２Ｃによる割り込み要求などがある。ホストインターフェース９６は、ホストデバイス２１０とのデジタルのインターフェース処理を行う回路である。例えばホストインターフェース９６は、ＳＰＩやＵＡＲＴなどのシリアルデータ通信を、ホストインターフェース処理として行う。

図１９はセンサーモジュール１０の動作を説明する信号波形図である。図１９に示すように外部同期信号ＥＸＳＹＣが同期タイミング毎にアクティブになる。即ち所定の時間間隔毎にアクティブになる。そして外部同期信号ＥＸＳＹＣは、同期信号ＳＹＣとして第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙの第１同期端子ＴＳ１、第２同期端子ＴＳ２に入力される。すると外部同期信号ＥＸＳＹＣである同期信号ＳＹＣがアクティブ（Ｈレベル）になる同期タイミングｔ１において、図１９のＥ２に示すように第１検出回路６０Ｘの第１検出データＳＳＤ１、第２検出回路６０Ｙの第２検出データＳＳＤ２が取り込まれる。具体的には後述の図２０のレジスター６７に取り込まれる。なお図１９では第ｎ検出回路の第ｎの検出データＳＳＤｎについても示されている。

本実施形態では第１センサーデバイス２０Ｘと第２センサーデバイス２０Ｙは、別個のクロック信号に基づいて動作している。例えば各センサーデバイスが内蔵する発振回路からのクロック信号や、各センサーデバイスが有する水晶振動子などの振動子を用いて生成されたクロック信号に基づいて、各センサーデバイスが動作する。このため図１９のＥ２に示すように、各センサーデバイスの検出回路からは、お互いに非同期で検出データが出力される。本実施形態では、これらの検出データを、同じ同期タイミングの同期信号ＳＹＣでラッチして取り込む。そしてＥ３に示すように、取り込まれた検出データは、第１検出データＳＤ１、第２検出データＳＤ２として、第１センサーデバイス２０Ｘ、第２センサーデバイス２０Ｙからマイクロコントローラー８０に出力される。なお、実際には後述するようにマイクロコントローラー８０が読み出しコマンドを発行し、この読み出しコマンドに基づいて、第１検出データＳＤ１、第２検出データＳＤ２が出力される。

一方、本実施形態では、外部同期信号ＥＸＳＹＣは同期端子ＴＳを介してマイクロコントローラー８０にも入力されている。そして図１９のＥ１で外部同期信号ＥＸＳＹＣがアクティブになると、割り込みコントローラー９４がこれを受け付け、Ｅ４に示すように信号ＳＹＣＩＮＴによる割り込み処理が開始する。そしてＥ３で出力された検出データが、Ｅ５に示すように、検出データＳＤＡＴとしてデジタルインターフェース８２を介してマイクロコントローラー８０に取り込まれる。次にＥ６に示すように信号処理回路９２によるデジタル信号処理が開始する。例えば移動平均などのフィルター処理が実行され、その後に温度補正などの補正処理が実行され、Ｅ７に示すように補正処理後の検出データＳＤＡＴＣが生成される。するとデジタル信号処理が完了し、データの準備完了を知らせる信号ＤＲＤＹが、端子ＴＲを介してホストデバイス２１０に出力される。そしてホストデバイス２１０がホストインターフェース９６を介してレジスター部９１にアクセスすることで、Ｅ９に示すように検出データＳＤＡＴＱがホストデバイス２１０に出力される。

同様に、次の同期タイミングｔ２でＥ１１に示すように外部同期信号ＥＸＳＹＣがアクティブになると、Ｅ１２に示すように各センサーデバイスの検出回路からの検出データが取り込まれ、Ｅ１３に示すように各センサーデバイスから各検出データが出力される。そしてＥ１４、Ｅ１５、Ｅ１６、Ｅ１７に示すように、マイクロコントローラー８０では割り込み処理やデジタル信号処理が行われ、Ｅ１８、Ｅ１９に示すように信号ＤＲＤＹが出力されて、検出データＳＤＡＴＱが出力される。また次の同期タイミングｔ３でＥ２１に示すように外部同期信号ＥＸＳＹＣがアクティブになると、Ｅ２２、Ｅ２３に示すように各センサーデバイスでの検出データの取り込みと出力が行われ、Ｅ２４に示すようにマイクロコントローラー８０での各処理が行われる。図１９のＥ２５、Ｅ２６、Ｅ２７、Ｅ２８においても同様の処理が行われる。

以上のように本実施形態では、Ｅ２、Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ２６に示すように、複数のセンサーデバイスの各センサーデバイスが、外部同期信号ＥＸＳＹＣによる同一の同期タイミングで、検出回路からの検出データを取り込む。従って複数のセンサーデバイスからの検出データが、同じ同期タイミングで取得された検出データであることが保証される。３軸の角速度センサーデバイスを例にとれば、Ｘ軸角速度データ、Ｙ軸角速度データ、Ｚ軸角速度データが、同じ同期タイミングで取得された検出データであることが保証される。従って、Ｘ軸角速度データ、Ｙ軸角速度データ、Ｚ軸角速度データにより、計測対象物の姿勢情報等を求める場合に、より適切で正確な姿勢情報等を計測できるようになる。

図２０はセンサーデバイス２０の構成例である。センサーデバイス２０（２０Ｘ、２０Ｙ）は、センサー素子５０（５０Ｘ、５０Ｙ）、検出回路６０（６０Ｘ、６０Ｙ）、処理回路６６、インターフェース７０（７０Ｘ、７０Ｙ）を含む。検出回路６０は、センサー素子５０からの信号を増幅する増幅回路６３を有するアナログ回路６２と、アナログ回路６２からのアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路６４を含む。処理回路６６はレジスター６７を含む。インターフェース７０は、パラレル／シリアル変換回路７２、シリアル／パラレル変換回路７４、インターフェースの制御処理を行う制御回路７６を含む。なおマイクロコントローラー８０のデジタルインターフェース８２（８３、８４）、ホストインターフェース９６の構成もインターフェース７０と同様の構成になる。

Ａ／Ｄ変換回路６４は、周波数ｆ１のクロック信号ＡＤＣＫに基づき、アナログ回路６２からのアナログの検出信号をサンプリングして、Ａ／Ｄ変換を行う。そして周波数ｆ１に対応する出力サンプリングレートで、検出データＡＤＱを出力する。するとレジスター６７は、周波数ｆ２の同期信号ＳＹＣに基づいて、Ａ／Ｄ変換回路６４からの検出データＡＤＱを取り込む。具体的には図１９のＥ２、Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ２６に示すように、レジスター６７は同期信号ＳＹＣの同期タイミングで検出データＡＤＱをラッチして保持する。Ａ／Ｄ変換回路６４のＡ／Ｄ変換の分解能がｋビットである場合に、検出データＡＤＱは例えばｋビットのパラレルデータである。そして、レジスター６７に保持された検出データＡＤＱは、インターフェース７０のパラレル／シリアル変換回路７２によりシリアルデータに変換されて、データ出力信号ＳＤＯとしてマイクロコントローラー８０に出力される。なおマイクロコントローラー８０からのデータ入力信号ＳＤＩのシリアルデータは、シリアル／パラレル変換回路７４によりパラレルデータに変換される。

ここで同期信号ＳＹＣの周波数ｆ２は、例えば１ＫＨｚ以下であり、一例としては１００Ｈｚ程度であるため、Ａ／Ｄ変換回路６４のクロック信号ＡＤＣＫの周波数ｆ１に比べて十分に低い。従って、周波数ｆ１の出力サンプリングレートでＡ／Ｄ変換回路６４から時系列に次々に出力される検出データの中から、同期信号ＳＹＣに基づく適正な同期タイミングでの検出データを、レジスター６７にラッチして保持しておくことができる。これにより、他の割り込み処理が原因となって、マイクロコントローラー８０のコマンド発行のタイミングに時間的なゆらぎが発生したとしても、適切な同期タイミングでレジスター６７にラッチされた検出データを、コマンド発行時にデータ出力信号ＳＤＯとして出力できるようになる。

以上のように本実施形態では、図１８に示すように、同期信号線ＬＳＹがマイクロコントローラー８０に電気的に接続される。具体的には同期信号線ＬＳＹがマイクロコントローラー８０の同期端子ＴＳに電気的に接続される。このように同期信号線ＬＳＹが接続される同期端子ＴＳを設けることで、同期信号ＳＹＣである外部同期信号ＥＸＳＹＣを、センサーデバイス２０のみならずマイクロコントローラー８０にも入力できる。これによりマイクロコントローラー８０は、外部同期信号ＥＸＳＹＣをトリガーとして、センサーデバイス２０へのコマンドの発行処理を実行したり、センサーデバイス２０からの検出データの読み出し処理を実行できるようになる。

また本実施形態ではマイクロコントローラー８０は、割り込みコントローラー９４を含み、割り込みコントローラー９４に対して外部同期信号ＥＸＳＹＣが入力される。このようにすればマイクロコントローラー８０は、外部同期信号ＥＸＳＹＣを割り込み要因として外部同期信号ＥＸＳＹＣに対応する割り込み処理を実行できる。即ち外部同期信号ＥＸＳＹＣを割り込み要求信号としてセンサーデバイス２０へのコマンドの発行処理を実行したり、センサーデバイス２０からの検出データの読み出し処理を実行できるようになる。

またマイクロコントローラー８０は、処理回路９０を含み、処理回路９０は外部同期信号ＥＸＳＹＣを割り込み要因として、第１センサーデバイス２０Ｘからの第１検出データＳＤ１、及び、第２センサーデバイス２０Ｙからの第２検出データＳＤ２を取得するコマンドの発行処理を行う。即ち第１検出データＳＤ１、第２検出データＳＤ２を読み出すコマンドの発行処理を実行する。このようにすれば処理回路９０は、優先順位が高い他の割り込み要求がないかを判断し、このような割り込み要求がない場合に外部同期信号ＥＸＳＹＣによる割り込み処理であるコマンド発行処理を実行できるようになる。一方、優先順位が高い他の割り込み要求がある場合には、その割り込み要求の処理を実行した後に、第１検出データＳＤ１、第２検出データＳＤ２を読み出すコマンドの発行処理を実行できる。そしてこのように優先順位が高い割り込み要求の処理を行うことで、コマンドの発行タイミングに時間的なゆらぎが生じても、検出データについては同期タイミングで取り込まれているため、当該時間的なゆらぎに起因する問題は生じないようになる。

また本実施形態では、マイクロコントローラー８０は、第１センサーデバイス２０Ｘからの第１検出データＳＤ１及び第２センサーデバイス２０Ｙからの第２検出データＳＤ２に対してデジタル信号処理を行う信号処理回路９２を含む。そして信号処理回路９２は、外部同期信号ＥＸＳＹＣの同期タイミング毎にデジタル信号処理を行う。例えばフィルター処理や補正処理などのデジタル信号処理を実行する。例えば図１９のＥ１に示すように外部同期信号ＥＸＳＹＣがアクティブになると、Ｅ６に示すように信号処理回路９２がデジタル信号処理を実行する。次にＥ１１に示すように外部同期信号ＥＸＳＹＣがアクティブになると、Ｅ１６に示すように信号処理回路９２がデジタル信号処理を実行する。即ち、Ｅ１、Ｅ１１に示す外部同期信号ＥＸＳＹＣの同期タイミング毎に、信号処理回路９２がデジタル信号処理を実行する。このようにすれば、Ｅ１の同期タイミングにおいて、検出回路６０から取得された検出データに対して、Ｅ１の同期タイミングに対応するＥ６のタイミングにおいて、信号処理回路９２がデジタル信号処理を実行できる。同様に、Ｅ１１の同期タイミングにおいて、検出回路６０から取得された検出データに対して、Ｅ１１の同期タイミングに対応するＥ１６のタイミングにおいて、信号処理回路９２がデジタル信号処理を実行できる。従って適切な同期タイミングで取得された検出データに対して、その同期タイミングに対応するタイミングでデジタル信号処理を実行できるようになる。

また本実施形態では、図２に示すように複数の加速度センサーデバイスを設けた場合に、複数の加速度センサーデバイスに対して、共通の同期信号ＳＹＣを入力する。例えば上述した第１の比較例の手法では、加速度データの平均値の算出に使用する複数の加速度データの取り込みタイミングが、異なったタイミングになってしまうため、適正な平均値を求めることができないという問題がある。この点、本実施形態によれば、同じ座標軸についての加速度データを複数の加速度センサーデバイスを用いて検出して、その平均値を求める場合に、同期信号ＳＹＣによる同じ同期タイミングで取り込まれた複数の加速度データを用いて、平均値を求めることができるため、適正な平均値を求めることができる。

また本実施形態では、図３のように、同じ座標軸用に複数の角速度センサーデバイスを設けた場合に、複数の角速度センサーデバイスに対して、共通の同期信号ＳＹＣを入力する。このようにすれば、同じ座標軸についての角速度データを複数の角速度センサーデバイスを用いて検出し、その平均値を求める場合に、同期信号ＳＹＣによる同じ同期タイミングで取り込まれた角速度データに基づいて平均値を求めることができるため、適正な平均値を求めることが可能になる。

例えば前述した図４に示すＸ軸角速度データ、Ｙ軸角速度データ、Ｚ軸角速度データは、同期信号ＳＹＣによる共通の同期タイミングにおいて各角速度センサーデバイスの検出回路から取り込まれた角速度データである。また図５のＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、Ｚ軸加速度データは、同期信号ＳＹＣによる共通の同期タイミングにおいて加速度センサーデバイス４０の検出回路から取り込まれた加速度データである。また図７において、期間ＴＡ１で第１加速度センサーデバイス４０Ａが出力するＸ軸加速度データと、期間ＴＢ１で第２加速度センサーデバイス４０Ｂが出力するＸ軸加速度データは、共通の同期タイミングにおいて各加速度センサーデバイスの検出回路から取り込まれた加速度データである。期間ＴＡ２でのＹ軸加速度データと期間ＴＢ２でのＹ軸加速度データも、共通の同期タイミングで取り込まれた加速度データであり、期間ＴＡ３でのＺ軸加速度データと期間ＴＢ３でのＺ軸加速度データも、共通の同期タイミングで取り込まれた加速度データである。この共通の同期タイミングでの加速度データの取り込みは、第１加速度センサーデバイス４０Ａ、第２加速度センサーデバイス４０Ｂに対して共通の同期信号ＳＹＣを入力することで実現される。このようにすることで、期間ＴＡ１のＸ軸加速度データと期間ＴＢ１のＸ軸加速度データの平均値を求める場合に、当該平均値の精度の向上を図れる。同様に期間ＴＡ２のＹ軸加速度データと期間ＴＢ２のＹ軸加速度データの平均値や、期間ＴＡ３のＺ軸加速度データと期間ＴＢ３の軸加速度データの平均値を求める場合に、当該平均値の精度の向上を図れる。

４．計測システム
図２１に本実施形態の計測システム２００の構成例を示す。計測システム２００はセンサーモジュール１０と、センサーモジュール１０に電気的に接続されているホストデバイス２１０を含む。またＧＰＳ受信部２２０、ＧＰＳ受信用のアンテナ２２２、発振器２３０を含むことができる。図２１ではセンサーモジュール１０は６軸の慣性計測装置（ＩＭＵ）として用いられている。ホストデバイス２１０はＭＰＵ等の各種のプロセッサーにより実現できる。なおホストデバイス２１０をＡＳＩＣの集積回路装置により実現してもよい。ホストデバイス２１０は、デジタル信号処理を実行するＤＳＰ２１２（デジタルシグナルプロセッサー）と、クロック信号を生成するクロック信号生成回路２１３を含む。

ＧＰＳ受信部２２０は、アンテナ２２２を介してＧＰＳ衛星からの信号を受信する。即ち位置情報が重畳された衛星信号をＧＰＳ搬送波として受信する。ＧＰＳ受信部２２０は、ＧＰＳ受信機であり、ＧＰＳの受信回路を含む集積回路装置により実現できる。ホストデバイス２１０は、ＧＰＳ受信部２２０が受信した信号に基づいて、移動体等の計測対象物の位置、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを検出する。計測対象物の位置は緯度、経度又は高度などである。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。またホストデバイス２１０は、センサーモジュール１０からの加速度データ及び角速度データを受け、これらのデータに対して慣性航法演算処理を行い、慣性航法測位データを求める。慣性航法測位データは、計測対象物の加速度データ及び姿勢データを含む。そしてホストデバイス２１０は、求められた慣性航法測位データとＧＰＳ測位データに基づいて、計測対象物の位置等を算出する。計測対象物が自動車等の移動体である場合には、移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。なお、このような計測対象物の位置や姿勢の演算処理は、ＤＳＰ２１２を用いたカルマンフィルター処理により実現できる。

発振器２３０は、水晶振動子などの振動子を用いて発振クロック信号を生成する。発振器２３０は、例えば温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）である。或いは発振器２３０として恒温槽を備える恒温槽型発振器（ＯＣＸＯ）などを用いてもよい。クロック信号生成回路２１３は、発振器２３０からの発振クロック信号に基づき、ホストデバイス２１０で用いられる各種のクロック信号を生成する。この場合にクロック信号生成回路２１３は、ＧＰＳ等の衛星測位システムから取得された信号である時刻基準信号に基づいて、クロック信号を生成する。例えばクロック信号の１つとして外部同期信号ＥＸＳＹＣを生成する。

ホストデバイス２１０は、ＧＰＳ受信部２２０が受信した衛星信号に含まれる時刻情報に基づいて、正確な絶対時刻情報を取得できる。時刻情報は年、月、日、時、分、秒等の情報である。そしてＧＰＳ受信部２２０は、時刻基準信号として１秒ごとにパルスが発生するＰＰＳ信号を出力する。クロック信号生成回路２１３は、発振器２３０からの発振クロック信号により動作するＰＬＬ回路により構成され、ＰＬＬ回路には、ＰＰＳ信号がクロック同期用の基準信号として入力される。そしてＰＬＬ回路は、時刻基準信号であるＰＰＳ信号に同期したクロック信号を生成する。ホストデバイス２１０は、このようにして時刻基準信号に同期した外部同期信号ＥＸＳＹＣをセンサーモジュール１０に出力する。

以上のように本実施形態では、外部同期信号ＥＸＳＹＣは、時刻基準信号に基づき生成された信号になっている。これにより、時刻基準信号に基づき生成された外部同期信号ＥＸＳＹＣを用いて、センサーデバイスでの検出データを取得できるようになる。即ち、時刻基準信号に基づき生成された外部同期信号ＥＸＳＹＣを用いることで、正確な時刻に同期したタイミングで、センサーデバイスの検出回路からの検出データを取得できるようになる。従って、正確な時刻に同期した適切なタイミングで取得された検出データを、マイクロコントローラー８０に出力することができ、センサーモジュール１０を用いて計測される情報の高精度化を図れる。

例えばホストデバイス２１０は、ＧＰＳ受信部２２０が受信した衛星信号を用いることで、正確な絶対時刻情報を取得できる。従って、外部同期信号ＥＸＳＹＣの各同期タイミングの絶対時刻についても特定できる。そしてセンサーモジュール１０からは、外部同期信号ＥＸＳＹＣの同期タイミングで取得された検出データが出力される。またセンサーデバイスでの検出データの取得タイミングから、当該検出データがホストデバイス２１０に入力されるタイミングまでの遅延時間は、デジタル処理による遅延時間であるため、ホストデバイス２１０は、その遅延時間の長さであるクロック数を特定できる。従って、ホストデバイス２１０は、センサーモジュール１０から入力された加速度データや角速度データなどの検出データが、どの時刻で取得された検出データなのかを特定できる。そして、前述したようにホストデバイス２１０は、衛星信号に基づき求められたＧＰＳ測位データと、センサーモジュール１０からの検出データに基づき求められた慣性航法測位データとに基づいて、計測対象物の位置等を算出している。従って、加速度データや角速度データなどの検出データの取得タイミングの絶対時刻を特定できることで、計測対象物の位置等を正確に算出できるようになる。

また本実施形態では、時刻基準信号は、例えば衛星測位システムから取得された信号である。例えば時刻基準信号は、衛星測位システムから取得されたＰＰＳ信号などである。このようにすれば、衛星測位システムを有効活用にして時刻基準信号を取得し、取得された時刻基準信号に基づき生成された外部同期信号ＥＸＳＹＣを用いて、センサーデバイスでの検出データを取得することが可能になる。

なお以上では、衛星測位システムがＧＰＳ（Global Positioning System）である場合を例にとり説明したが、衛星測位システムとして、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えばＥＧＮＯＳ（European Geostationary Navigation Overlay Service）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）などの衛星測位システムのうちの１又は２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary Satellite Navigation Overlay Service）などの静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite Based Augmentation System）を利用してもよい。また時刻基準信号は、衛星測位システムから取得された信号には限定されない。例えば原子発振器などの高精度な発振器を用いて時刻基準信号を生成したり、ネットワークを用いて絶対時刻を取得することで時刻基準信号を生成してもよい。

５．センサーモジュールの具体例
図２２はセンサーモジュール１０の具体例を示す分解斜視図である。図２２のセンサーモジュール１０は、回路基板１００、インナーケース１２０、環状の緩衝材１３０、アウターケース１４０を含み、これによりセンサーユニットが構成されている。センサーモジュール１０は、アウターケース１４０の内部に、環状の緩衝材１３０を介在させて、回路基板１００を搭載した構成となっている。回路基板１００には角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイスなどのセンサーデバイスが搭載されている。

センサーモジュール１０は、平面形状が四角形状の直方体であり、四角形の対角方向に位置する２箇所の頂点近傍に、固定部としてのネジ穴１４２、１４４が形成されている。これらのネジ穴１４２、１４４に２本のネジを通して、自動車などの計測対象物の装着面に対して、センサーモジュール１０を固定した状態で使用する。センサーモジュール１０の上面視における表面には、開口部１２２が形成されている。開口部１２２の内部には、プラグ型のコネクター１１０が配置される。コネクター１１０は、複数のピンが並んで配置されている。このコネクター１１０には、ソケット型のコネクターが接続されて、センサーモジュール１０への電源供給や、センサーモジュール１０が検出した検出データの出力などの電気信号の送受信が行われる。アウターケース１４０は、例えばアルミニウムを箱状に削り出した台座である。アウターケース１４０の外形は、前述したセンサーモジュール１０の全体形状と同様に、平面形状が四角形状の直方体である。但しアウターケース１４０の外形の平面形状は、例えば６角形や８角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角部が面取りされていたり、各辺が曲線状であったり、外形が円形状であってもよい。

なお図２２において、インナーケース１２０の底面側には凹部１２１が設けられている。そして回路基板１００の厚み方向からみた平面視（Ｚ軸の負方向での平面視）において、凹部１２１と重なる領域に、角速度センサーデバイスや加速度センサーデバイスを含むセンサーデバイス群が配置されている。そして回路基板１００と凹部１２１により形成される空間に充填部材が充填されて固化される。これにより回路基板１００及びセンサーデバイス群の一部分又は全部が充填部材に覆われるようになり、共振周波数を外部からのノイズ振動の帯域から外すようにシフトさせることなどが可能になる。

６．角速度センサーデバイス
図２３に角速度センサーデバイス３０の詳細な構成例を示す。角速度センサーデバイス３０は、振動子５６、駆動回路５８、検出回路６０、処理回路６６、インターフェース７０を含む。駆動回路５８は、振動子５６からのフィードバック信号ＤＧが入力されて信号増幅を行う増幅回路や、自動ゲイン制御を行うＡＧＣ回路や、駆動信号ＤＳを振動子５６に出力する出力回路などを含むことができる。例えばＡＧＣ回路は、振動子５６からのフィードバック信号ＤＧの振幅が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。出力回路は、例えば矩形波の駆動信号ＤＳを振動子５６に出力する。検出回路６０は増幅回路、同期検波回路、Ａ／Ｄ変換回路等を含むことができる。増幅回路は、振動子５６からの検出信号Ｓ１、Ｓ２が入力されて、差動信号である検出信号Ｓ１、Ｓ２の電荷－電圧変換や信号増幅を行う。同期検波回路は、駆動回路５８からの同期信号を用いて、所望波を抽出するための同期検波を行う。Ａ／Ｄ変換回路は、同期検波後のアナログの検出信号をデジタルの検出データに変換して、処理回路６６に出力する。処理回路６６は、検出データに対するゼロ点補正、感度調整、フィルター処理、温度補正等の各種の処理を行い、処理後の検出データをインターフェース７０に出力する。

図２３では、振動子５６としてダブルＴ型構造の振動子を用いている。なお振動子５６として音叉型又はＨ型等の振動子を用いてもよい。振動子５６は、駆動アーム３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄと、検出アーム３９Ａ、３９Ｂと、基部３１と、連結アーム３２Ａ、３２Ｂを有する。矩形状の基部３１に対して＋ｙ軸方向、－ｙ軸方向に検出アーム３９Ａ、３９Ｂが延出している。また基部３１に対して＋ｘ軸方向、－ｘ軸方向に連結アーム３２Ａ、３２Ｂが延出している。そして連結アーム３２Ａに対して、その先端部から＋ｙ軸方向、－ｙ軸方向に駆動アーム３８Ａ、３８Ｂが延出しており、連結アーム３２Ｂに対して、その先端部から＋ｙ軸方向、－ｙ軸方向に駆動アーム３８Ｃ、３８Ｄが延出している。駆動アーム３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ、検出アーム３９Ａ、３９Ｂの先端側には周波数調整用の錘部が設けられている。ｚ軸を振動子５６の厚さ方向とすると、振動子５６は、ｚ軸回りでの角速度を検出する。

駆動アーム３８Ａ、３８Ｂの上面及び下面には、駆動電極３３が形成され、駆動アーム３８Ａ、３８Ｂの右側面及び左側面には、駆動電極３４が形成される。駆動アーム３８Ｃ、３８Ｄの上面及び下面には、駆動電極３４が形成され、駆動アーム３８Ｃ、３８Ｄの右側面及び左側面には駆動電極３３が形成される。そして駆動回路５８からの駆動信号ＤＳは駆動電極３３に供給され、駆動電極３４からのフィードバック信号ＤＧが駆動回路５８に入力される。検出アーム３９Ａの上面及び下面には、検出電極３５が形成され、検出アーム３９Ａの右側面及び左側面には、接地電極３７が形成される。検出アーム３９Ｂの上面及び下面には、検出電極３６が形成され、検出アーム３９Ｂの右側面及び左側面には、接地電極３７が形成される。そして検出電極３５、３６からの検出信号Ｓ１、Ｓ２は検出回路６０に入力される。

次に角速度センサーデバイス３０の動作を説明する。駆動回路５８により駆動電極３３に対して駆動信号ＤＳが印加されると、駆動アーム３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄは、逆圧電効果により図２３の矢印Ｃ１に示すような屈曲振動を行う。例えば実線の矢印で示す振動姿態と点線の矢印で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返す。即ち、駆動アーム３８Ａ、３８Ｃの先端が互いに接近と離間を繰り返し、駆動アーム３８Ｂ、３８Ｄの先端も互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動を行う。このとき駆動アーム３８Ａ及び３８Ｂと駆動アーム３８Ｃ及び３８Ｄとが、基部３１の重心位置を通るｘ軸に対して線対称の振動を行っているので、基部３１、連結アーム３２Ａ、３２Ｂ、検出アーム３９Ａ、３９Ｂはほとんど振動しない。

この状態で、振動子５６に対してｚ軸を回転軸とした角速度が加わると、コリオリ力により駆動アーム３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄは矢印Ｃ２に示すように振動する。即ち、矢印Ｃ１の方向とｚ軸の方向とに直交する矢印Ｃ２の方向のコリオリ力が、駆動アーム３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄに作用することで、矢印Ｃ２の方向の振動成分が発生する。この矢印Ｃ２の振動が連結アーム３２Ａ、３２Ｂを介して基部３１に伝わり、これにより検出アーム３９Ａ、３９Ｂが矢印Ｃ３の方向で屈曲振動を行う。この検出アーム３９Ａ、３９Ｂの屈曲振動による圧電効果で発生した電荷信号が、検出信号Ｓ１、Ｓ２として検出回路６０に入力されて、ｚ軸回りでの角速度が検出されるようになる。

７．加速度センサーデバイス
図２４に加速度センサーデバイス４０に設けられる加速度センサー素子６００の構成例を示す。加速度センサー素子６００は、センサーモジュール１０の検出軸方向であるＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の検出に用いられるセンサー素子である。図２４では加速度センサー素子６００は、その検出軸方向であるｘ軸方向の加速度Ａｘを検出できる。加速度センサー素子６００は、基部６０２と、基部６０２に設けられ、加速度Ａｘを検出する素子部６０３を有している。素子部６０３は、基部６０２に取り付けられている固定電極部６４０と、基部６０２に対して、加速度センサー素子６００の検出軸方向であるｘ軸方向（第１方向）に変位可能な可動部６５２と、可動部６５２に設けられている可動電極部６６０と、を有している。また、固定電極部６４０は、ｙ軸方向（第２方向）に沿って並んで配置されている第１固定電極部６４１及び第２固定電極部６４２を有している。第１固定電極部６４１は、第１幹部６４３と、第１幹部６４３のｙ軸方向の両側に設けられ、長手方向がｙ軸方向に沿っている複数の第１固定電極指６４４と、を有している。第２固定電極部６４２は、第２幹部６４５と、第２幹部６４５からｙ軸方向の両側に設けられ、長手方向がｙ軸方向に沿っている複数の第２固定電極指６４６と、を有している。また、可動電極部６６０は、ｙ軸方向に沿って並んで配置されている第１可動電極部６６１及び第２可動電極部６６２を有している。第１可動電極部６６１の少なくとも一部は、第１幹部６４３のｙ軸方向の両側に位置され、長手方向がｙ軸方向に沿って、第１固定電極指６４４とｘ軸方向に対向している複数の第１可動電極指６６４を有している。また、第２可動電極部６６２の少なくとも一部は、第２幹部６４５のｙ軸方向の両側に位置され、長手方向がｙ軸方向に沿って、第２固定電極指６４６とｘ軸方向に対向している複数の第２可動電極指６６６を有している。このような構成とすることで、第１可動電極指６６４と第１固定電極指６４４の間の静電容量、第２可動電極指６６６と第２固定電極指６４６の間の静電容量を十分に大きく保ちつつ、第１、第２固定電極指６４４、６４６及び第１、第２可動電極指６６４、６６６をそれぞれ短くすることができる。そのため、第１、第２固定電極指６４４、６４６、第１、第２可動電極指６６４、６６６が破損し難く、優れた耐衝撃性を有する加速度センサー素子６００となる。

なお加速度センサー素子６００は図２４の線ＬＡに対して線対称の構造となっている。また第１幹部６４３の方向は線ＬＡ１の方向に沿っており、第２幹部６４５の方向は線ＬＡ２の方向に沿っている。また第１固定電極部６４１、第２固定電極部６４２は、各々、配線６７１、６７２を介してパッド６７４、６７５に電気的に接続される。可動電極部６６０は、可動部支持部６５１及び配線６７３を介してパッド６７６に電気的に接続される。また加速度センサーデバイス４０では、図２４の加速度センサー素子６００が、Ｘ軸加速度検出用のセンサー素子として、ｘ軸方向がＸ軸方向となるように配置される。また加速度センサーデバイス４０には、加速度センサー素子６００が、Ｙ軸加速度検出用のセンサー素子として、ｘ軸方向がＹ軸方向になるように配置される。

図２５に、加速度センサーデバイス４０に設けられるＺ軸加速度検出用の加速度センサー素子７００の構成例を示す。加速度センサー素子７００は、その検出軸である図２５のｚ軸方向での加速度を検出できる。加速度センサー素子７００は、支持部７３０により支持される可動体７２０を含む。可動体７２０は、平面視において支持軸Ｑの一方側（－ｘ軸方方向側）に位置する第１可動部７２０ａと、平面視において支持軸Ｑの他方側（＋ｘ軸方向側）に位置する第２可動部７２０ｂを含む。

可動体７２０に、重力加速度等の鉛直方向の加速度が加わった場合、第１可動部７２０ａと第２可動部７２０ｂの各々に回転モーメントが生じる。ここで、第１可動部７２０ａの回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）と、第２可動部７２０ｂの回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）とが均衡した場合には、可動体７２０の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。従って、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１可動部７２０ａの回転モーメントと、第２可動部７２０ｂの回転モーメントとが均衡せず、可動体７２０に所定の傾きが生じるように、可動体７２０が構成される。この加速度センサー素子７００では、支持軸Ｑを、可動体７２０の重心から外れた位置に配置することによって、第１可動部７２０ａ、第２可動部７２０ｂが互いに異なる質量を有するようになっている。即ち、可動体７２０は、支持軸Ｑを境にして、第１可動部７２０ａ側と第２可動部７２０ｂ側とで質量が異なる。図示の例では、支持軸Ｑから第１可動部７２０ａの端面７２３までの距離は、支持軸Ｑから第２可動部７２０ｂの端面７２４までの距離よりも大きい。また第１可動部７２０ａの厚さと、第２可動部７２０ｂの厚さは等しい。従って第１可動部７２０ａの質量は第２可動部７２０ｂの質量よりも大きい。このように第１可動部７２０ａ、第２可動部７２０ｂが互いに異なる質量を有することにより、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１可動部７２０ａの回転モーメントと、第２可動部７２０ｂの回転モーメントと、を均衡させないことができる。従って、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体７２０に所定の傾きを生じさせることができる。

可動体７２０は、基板７１０と離間して設けられている。可動体７２０は、凹部７１１の上方に設けられている。可動体７２０と基板７１０との間には、間隙が設けられている。これにより、可動体７２０は、揺動することができる。可動体７２０は、支持軸Ｑを境にして設けられた第１可動電極７２１及び第２可動電極７２２を有している。第１可動電極７２１は、第１可動部７２０ａに設けられ、第２可動電極７２２は、第２可動部７２０ｂに設けられている。第１可動電極７２１は、可動体７２０のうち、平面視において第１固定電極７５０と重なる部分である。第１可動電極７２１は、第１固定電極７５０との間に静電容量ＣＢ１を形成する。第２可動電極７２２は、可動体７２０のうち、平面視において第２固定電極７５２と重なる部分である。第２可動電極７２２は、第２固定電極７５２との間に静電容量ＣＢ２を形成する。この加速度センサー素子７００では、可動体７２０が、不純物がドープされたシリコンなどの導電性材料で構成されることによって、第１、第２可動電極７２１、７２２が設けられている。即ち、第１可動部７２０ａが第１可動電極７２１として機能し、第２可動部７２０ｂが第２可動電極７２２として機能している。

静電容量ＣＢ１および静電容量ＣＢ２は、例えば、可動体７２０が水平な状態で、互いに等しくなるように構成されている。第１、第２可動電極７２１、７２２は、可動体７２０の動きに応じて位置が変化する。この第１、第２可動電極７２１、７２２の位置に応じて、静電容量ＣＢ１、ＣＢ２が変化する。可動体７２０には、支持部７３０を介して、所定の電位が与えられる。また可動体７２０には、可動体７２０を貫通する貫通孔７２５が形成されている。これにより、可動体７２０が揺動する際の空気の影響を低減できる。また可動体７２０には、可動体７２０を貫通する開口部７２６が設けられている。支持部７３０は、基板７１０上に設けられている。支持部７３０は、開口部７２６に位置し、可動体７２０を支持する。第１固定電極７５０、第２固定電極７５２は、各々、配線７７１、７７２を介してパッド７７４、７７５に電気的に接続される。可動体７２０は、配線７７３を介してパッド７７６に電気的に接続される。

８．電子機器
図２６は本実施形態の電子機器３００の構成例を示すブロック図である。電子機器３００は、本実施形態のセンサーモジュール１０と、センサーモジュール１０の出力信号に基づいて処理を行う処理部３２０を含む。また電子機器３００は、通信部３１０、操作部３３０、表示部３４０、記憶部３５０、アンテナ３１２を含むことができる。

通信部３１０は、例えば無線回路であり、アンテナ３１２を介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部３２０は、電子機器３００の制御処理や、通信部３１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。また処理部３２０は、センサーモジュール１０の出力信号に基づいて処理を行う。具体的には処理部３２０は、センサーモジュール１０の検出データ等の出力信号（出力データ）に対して補正処理やフィルター処理などの信号処理を行ったり、或いは当該出力信号に基づいて、電子機器３００についての各種の制御処理を行う。この処理部３２０の機能は、例えばＭＰＵ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現できる。操作部３３０はユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部３４０は各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。記憶部３５０はデータを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーなどにより実現できる。

なお本実施形態の電子機器３００は、例えばデジタルスチールカメラ又はビデオカメラ等の映像関連機器、車載機器、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、インクジェット式吐出装置、ロボット、パーソナルコンピューター、携帯情報端末、印刷装置、或いは投影装置等に適用できる。車載機器はカーナビゲーション装置や自動運転用の機器等である。時計関連機器は時計やスマートウォッチなどである。インクジェット式吐出装置としてはインクジェットプリンターなどがある。携帯情報端末は、スマートフォン、携帯電話機、携帯型ゲーム装置、ノートＰＣ又はタブレット端末などである。また本実施形態の電子機器３００は、電子手帳、電子辞書、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器、魚群探知機、測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類、フライトシミュレーター、或いはネットワークサーバー等にも適用できる。医療機器は、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などである。計器類は車両、航空機、船舶などの計器類である。

図２７は、携帯型電子機器である腕時計型の活動計４００を示す平面図であり、図２８は活動計４００の構成例を示すブロック図である。活動計４００は、バンド４０１によってユーザーの手首等の部位に装着される。アクティブトラッカーである活動計４００は、デジタル表示の表示部４０２を備えると共に、Bluetooth（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）などによる無線通信が可能である。

図２７、図２８に示すように活動計４００は、本実施形態のセンサーモジュール１０が収容されたケース４０３と、ケース４０３に収容され、センサーモジュール１０からの出力信号に基づいて処理を行う処理部４１０と、ケース４０３に収容されている表示部４０２と、ケース４０３の開口部を塞いでいる透光性カバー４０４を含む。また透光性カバー４０４の外側にはベゼル４０５が設けられ、ケース４０３の側面には複数の操作ボタン４０６、４０７が設けられている。センサーモジュール１０には、３軸の加速度を検出する加速度センサー４１４と、３軸の角速度を検出する角速度センサー４１５が、センサーデバイスとして設けられている。なおセンサーモジュール１０に、地磁気センサー４１２、圧力センサー４１３、脈拍センサー４１６又は温度センサー４１７などをセンサーデバイスとして設けてもよい。

表示部４０２には、種々の検出モードに応じて、ＧＰＳセンサー４１１や地磁気センサー４１２を用いて求められた位置情報や移動量、加速度センサー４１４や角速度センサー４１５を用いて求められた運動量などの運動情報、脈拍センサー４１６を用いて求められた脈拍数などの生体情報、現在時刻などの時刻情報が表示される。また温度センサー４１７を用いて求められた環境温度を表示することもできる。通信部４２２は、ユーザー端末などの情報端末との通信を行う。プロセッサーである処理部４１０はＭＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣなどにより実現される。処理部４１０は、記憶部４２０に記憶されるプログラムと、操作ボタン４０６、４０７などの操作部４１８により入力された情報とに基づき、各種の処理を実行する。処理部４１０が行う処理としては、ＧＰＳセンサー４１１、地磁気センサー４１２、圧力センサー４１３、加速度センサー４１４、角速度センサー４１５、脈拍センサー４１６、温度センサー４１７、計時部４１９の出力信号に基づく処理がある。また処理部４１０は、表示部４０２に画像を表示させる表示処理、音出力部４２１に音を出力させる音出力処理、通信部４２２を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー４２３からの電力を各部へ供給する電力制御処理なども行うことができる。

以上のような構成の本実施形態の活動計４００によれば、前述したセンサーモジュール１０の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。また活動計４００は、ＧＰＳセンサー４１１を含み、ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することができるため、利便性の高い活動計４００が得られる。なお活動計４００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、或いはＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチなどに広く適用できる。

９．移動体
図２９に本実施形態のセンサーモジュール１０が用いられる移動体５００の一例を示す。図３０は移動体５００の構成例を示すブロック図である。図２９に示すように移動体５００は、車体５０２や車輪５０４を有している。また移動体５００には測位装置５１０が装着されており、車両制御などを行う制御装置５７０が内部に設けられている。また図３０に示すように移動体５００は、エンジンやモーター等の駆動機構５８０と、ディスクブレーキやドラムブレーキ等の制動機構５８２と、ハンドルやステアリングギアボックス等で実現される操舵機構５８４を有する。このように移動体５００は、駆動機構５８０や制動機構５８２や操舵機構５８４を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。なお移動体５００としては、四輪自動車やオートバイなどの自動車、自転車、電車、飛行機又は船などがあるが、本実施形態では四輪自動車を例にとり説明する。

測位装置５１０は、移動体５００に装着されて、移動体５００の測位を行う装置である。測位装置５１０は、センサーモジュール１０と、ＧＰＳ受信部５２０と、ＧＰＳ受信用のアンテナ５２２と、ホストデバイス５３０を含む。ホストデバイス５３０は、位置情報取得部５３２と、位置合成部５３４と、演算処理部５３６と、処理部５３８を含む。ＩＭＵであるセンサーモジュール１０は、３軸の加速度センサーと３軸の角速度センサーを有している。演算処理部５３６は、加速度センサー、角速度センサーからの加速度データ、角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、慣性航法測位データを出力する。慣性航法測位データは移動体５００の加速度や姿勢を表すデータである。

ＧＰＳ受信部５２０は、アンテナ５２２を介してＧＰＳ衛星からの信号を受信する。位置情報取得部５３２は、ＧＰＳ受信部５２０が受信した信号に基づいて、測位装置５１０が装着された移動体５００の位置、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。位置合成部５３４は、演算処理部５３６から出力された慣性航法測位データと、位置情報取得部５３２から出力されたＧＰＳ測位データとに基づいて、移動体５００が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えばＧＰＳ測位データに含まれている移動体５００の位置が同じであっても、図２９に示すように地面の傾斜（θ）などの影響によって移動体５００の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体５００が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体５００の正確な位置を算出できない。そこで位置合成部５３４は、慣性航法測位データのうちの特に移動体５００の姿勢に関するデータを用いて、移動体５００が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。位置合成部５３４から出力された位置データは、処理部５３８によって所定の処理が行われ、測位結果として、表示部５５０に表示される。また位置データは通信部５６０によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。

制御装置５７０は、移動体５００の駆動機構５８０、制動機構５８２、操舵機構５８４の制御を行う。制御装置５７０は、車両制御用のコントローラーであり、例えば複数のコントロールユニットにより実現できる。制御装置５７０は、車両制御を行うコントロールユニットである車両制御部５７２と、自動運転制御を行うコントロールユニットである自動運転制御部５７４と、半導体メモリーなどにより実現される記憶部５７６を有する。監視装置５７８は、移動体５００の周辺の障害物等の物体を監視する装置であり、周辺監視カメラ、ミリ波レーダー又はソナーなどにより実現される。

そして本実施形態の移動体５００は、図３０に示すように、センサーモジュール１０と、制御装置５７０を含む。そして制御装置５７０は、センサーモジュール１０の出力信号に基づく処理により求められた移動体５００の姿勢の情報に基づいて、移動体５００の姿勢の制御を行う。例えばホストデバイス５３０は、センサーモジュール１０からの検出データを含む出力信号に基づいて、上述したような各種の処理を行って、移動体５００の位置や姿勢の情報を求める。例えば移動体５００の位置の情報は、上述しようにＧＰＳ測位データと慣性航法測位データとに基づき求めることができる。また移動体５００の姿勢の情報は、例えば慣性航法測位データに含まれる角速度データなどに基づいて求めることができる。移動体５００の姿勢の情報は、例えばローリング、ピッチング、ヨーイングの回転運動についての情報であり、ロー角、ピッチ角、ヨー角などにより表すことができる。そして制御装置５７０は、例えばホストデバイス５３０の処理により求められた移動体５００の姿勢の情報に基づいて、移動体５００の姿勢の制御を行う。この制御は例えば車両制御部５７２により行われる。この姿勢の制御は、例えば制御装置５７０が操舵機構５８４を制御することで実現できる。或いは、スリップ制御などの移動体５００の姿勢を安定化させる制御においては、制御装置５７０が駆動機構５８０を制御したり、制動機構５８２を制御してもよい。本実施形態によれば、センサーモジュール１０の出力信号により求められる姿勢の情報を、高精度に求めることができるため、移動体５００の適切な姿勢制御を実現できる。

また本実施形態では、制御装置５７０は、センサーモジュール１０の出力信号に基づく処理により求められた移動体５００の位置及び姿勢の情報に基づいて、移動体５００の加速、制動及び操舵の少なくとも１つを制御する。例えば制御装置５７０は、移動体５００の位置及び姿勢の情報に基づいて、駆動機構５８０、制動機構５８２及び操舵機構５８４の少なくとも１つを制御する。これにより、例えば自動運転制御部５７４による移動体５００の自動運転制御を実現できる。この自動運転制御では、移動体５００の位置及び姿勢の情報に加えて、監視装置５７８による周囲の物体の監視結果や、記憶部５７６に記憶される地図情報や走行ルート情報などが用いられる。そして制御装置５７０は、移動体５００の自動運転の実施又は不実施を、センサーモジュール１０の出力信号の監視結果に基づいて切り替える。例えばホストデバイス５３０が、センサーモジュール１０からの検出データなどの出力信号を監視する。そして例えば監視結果に基づいて、センサーモジュール１０の検出精度の低下やセンシング異常が検出された場合に、制御装置５７０は、自動運転の実施から、自動運転の不実施に切り替える。例えば自動運転では、移動体５００の加速、制動及び操舵の少なくとも１つが自動で制御される。一方、自動運転の不実施では、このような加速、制動、操舵の自動制御が実施されない。このようにすることで、自動運転を行う移動体５００の走行について、より信頼性の高い支援が可能になる。なお、センサーモジュール１０の出力信号の監視結果に基づいて、自動運転の自動化レベルを切り替えてもよい。

なお、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。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。またセンサーモジュール、センサーデバイス、角速度センサーデバイス、加速度センサーデバイス、マイクロコントローラー、計測システム、電子機器、移動体の構成、動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

ＢＳ…デジタルインターフェースバス、ＢＳ１…第１デジタルインターフェースバス、
ＢＳ２…第２デジタルインターフェースバス、ＥＸＳＹＣ…外部同期信号、
ＳＹＣ…同期信号、ＳＤ１…第１検出データ、ＳＤ２…第２検出データ、
ＴＳ…同期端子、ＴＳ１…第１同期端子、ＴＳ２…第２同期端子、ＬＳＹ…同期信号線、
ＳＦ１…第１面、ＳＦ２…第２面、ＳＥ１…第１側面、ＳＥ２…第２側面、
ＳＥ３…第３側面、ＳＥ４…第４側面、ＲＧ１…第１領域、ＲＧ２…第２領域、
１０…センサーモジュール、２０…センサーデバイス、２０Ｘ…第１センサーデバイス、
２０Ｙ…第２センサーデバイス、３０…角速度センサーデバイス、
３０Ｘ…Ｘ軸角速度センサーデバイス、３０ＸＢ…第２のＸ軸角速度センサーデバイス、
３０Ｙ…Ｙ軸角速度センサーデバイス、３０ＹＢ…第２のＹ軸角速度センサーデバイス
３０Ｚ…Ｚ軸角速度センサーデバイス、３０ＺＢ…第２のＺ軸角速度センサーデバイス、
３１…基部、３２Ａ、３２Ｂ…連結アーム、３３、３４…駆動電極、
３５、３６…検出電極、３７…接地電極、３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ…駆動アーム、
３９Ａ、３９Ｂ…検出アーム、４０…加速度センサーデバイス、
４０Ａ…第１加速度センサーデバイス、４０Ｂ…第２加速度センサーデバイス、
５０…センサー素子、５０Ｘ…第１センサー素子、５０Ｙ…第２センサー素子、
５６…振動子、５８…駆動回路、６０…検出回路、
６０Ｘ…第１検出回路、６０Ｙ…第２検出回路、６２…アナログ回路、６３…増幅回路、
６４…Ａ／Ｄ変換回路、６６…処理回路、６７…レジスター、７０…インターフェース、
７０Ｘ…第１インターフェース、７０Ｙ…第２インターフェース、
７２…パラレル／シリアル変換回路、７４…シリアル／パラレル変換回路、
７６…制御回路、８０…マイクロコントローラー、８２…デジタルインターフェース、
８３…第１デジタルインターフェース、８４…第２デジタルインターフェース、
８８…同期信号出力回路、９０…処理回路、９１…レジスター部、９２…信号処理回路、
９４…割り込みコントローラー、９６…ホストインターフェース、１００…回路基板、
１１０…コネクター、１２０…インナーケース、１２２…開口部、１３０…緩衝材、
１４０…アウターケース、１４２、１４４…ネジ穴、１５０…温度センサー、
２００…計測システム、２１０…ホストデバイス、２１３…クロック信号生成回路、
２２０…ＧＰＳ受信部、２２２…アンテナ、２３０…発振器、３００…電子機器、
３１０…通信部、３１２…アンテナ、３２０…処理部、３３０…操作部、３４０…表示部、
３５０…記憶部、４００…活動計、４０１…バンド、４０２…表示部、４０３…ケース、
４０４…透光性カバー、４０５…ベゼル、４０６、４０７…操作ボタン、４１０…処理部、
４１１…ＧＰＳセンサー、４１２…地磁気センサー、４１３…圧力センサー、
４１４…加速度センサー、４１５…角速度センサー、４１６…脈拍センサー、
４１７…温度センサー、４１８…操作部、４１９…計時部、４２０…記憶部、
４２１…音出力部、４２２…通信部、４２３…バッテリー、５００…移動体、
５０２…車体、５０４…車両、５１０…測位装置、５２０…ＧＰＳ受信部、
５２２…アンテナ、５３０…ホストデバイス、５３２…位置情報取得部、
５３４…位置合成部、５３６…演算処理部、５３８…処理部、５５０…表示部、
５６０…通信部、５７０…制御装置、５７２…車両制御部、５７４…自動運転制御部、
５７６…記憶部、５７８…監視装置、５８０…駆動機構、
５８２…制動機構、５８４…操舵機構

Claims (15)

1. Ｘ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＸ軸角速度データを出力するＸ軸角速度センサーデバイスと、
   Ｙ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＹ軸角速度データを出力するＹ軸角速度センサーデバイスと、
   Ｚ軸回りの角速度を検出し、デジタルのＺ軸角速度データを出力するＺ軸角速度センサーデバイスと、
   前記Ｘ軸方向での加速度、前記Ｙ軸方向での加速度、及び前記Ｚ軸方向での加速度を検出することによりデジタルのＸ軸加速度データ、Ｙ軸加速度データ、及びＺ軸加速度データを出力する加速度センサーデバイスと、
   第１デジタルインターフェース、及び第２デジタルインターフェースを含むマイクロコントローラーと、
   前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、及び前記Ｚ軸角速度センサーデバイスと、及び前記マイクロコントローラーの前記第１デジタルインターフェースとを、電気的に接続する第１デジタルインターフェースバスと、
   前記加速度センサーデバイスと、前記マイクロコントローラーの前記第２デジタルインターフェースとを、電気的に接続する第２デジタルインターフェースバスと、
   を含むことを特徴とするセンサーモジュール。
2. 請求項１において、
   第２加速度センサーデバイスを含み、
   前記加速度センサーデバイスである第１加速度センサーデバイス、及び前記第２加速度センサーデバイスは、前記第２デジタルインターフェースバスを介して、前記マイクロコントローラーの前記第２デジタルインターフェースに電気的に接続されていることを特徴とするセンサーモジュール。
3. 請求項２において、
   互いに表裏の関係にある第１面及び第２面を有する回路基板を含み、
   前記第１加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第１面に配置され、前記第２加速度センサーデバイスは、前記回路基板の前記第２面に配置されていることを特徴とするセンサーモジュール。
4. 請求項２又は３において、
   前記第１加速度センサーデバイス及び前記第２加速度センサーデバイスの一方の加速度センサーデバイスは、第１検出軸、第２検出軸、及び第３検出軸の方向が、各々、前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、及び前記Ｚ軸の方向に沿うように配置され、
   前記一方とは異なる他方の加速度センサーデバイスは、第１検出軸、第２検出軸、及び第３検出軸の方向が、各々、前記Ｙ軸、前記Ｘ軸、及び前記Ｚ軸の方向に沿うように配置されていることを特徴とするセンサーモジュール。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   第２のＸ軸角速度センサーデバイス、第２のＹ軸角速度センサーデバイス、及び第２のＺ軸角速度センサーデバイスのうちの少なくとも１つセンサーデバイスを含み、
   前記少なくとも１つのセンサーデバイスは、前記第１デジタルインターフェースバスを介して、前記マイクロコントローラーの前記第１デジタルインターフェースに電気的に接続されていることを特徴とするセンサーモジュール。
6. 請求項１又は２において、
   互いに表裏の関係にある第１面及び第２面を有する回路基板を含み、
   前記回路基板の前記第１面の第１領域及び第２領域のうちの前記第１領域に、前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、前記Ｚ軸角速度センサーデバイス、及び前記加速度センサーデバイスが配置され、
   前記回路基板の前記第２面における前記第２領域に対応する領域に、前記マイクロコントローラーが配置されていることを特徴とするセンサーモジュール。
7. 請求項６において、
   前記第１領域に温度センサーが配置され、前記マイクロコントローラーは、前記温度センサーの検出結果に基づく温度補正処理を行うことを特徴とするセンサーモジュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、
   前記マイクロコントローラーは、
   ホストデバイスと接続される第３デジタルインターフェースであるホストインターフェースを含むことを特徴とするセンサーモジュール。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
   同期信号を伝送する同期信号線を含み、
   前記同期信号線は、前記Ｘ軸角速度センサーデバイス、前記Ｙ軸角速度センサーデバイス、前記Ｚ軸角速度センサーデバイス、及び前記加速度センサーデバイスに電気的に接続されていることを特徴とするセンサーモジュール。
10. 請求項９において、
    前記同期信号線は、前記マイクロコントローラーに電気的に接続されていることを特徴とするセンサーモジュール。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
    前記センサーモジュールに電気的に接続されているホストデバイスと、
    を含むことを特徴とする計測システム。
12. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
    前記センサーモジュールの出力信号に基づいて処理を行う処理部と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
13. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
    前記センサーモジュールが収容されているケースと、
    前記ケースに収容され、前記センサーモジュールの出力信号に基づいて処理を行う処理部と、
    前記ケースに収容されている表示部と、
    前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
    を含むことを特徴とする電子機器。
14. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
    前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理により求められた移動体の姿勢の情報に基づいて、前記移動体の姿勢の制御を行う制御装置と、
    を含むことを特徴とする移動体。
15. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
    前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理により求められた移動体の位置及び姿勢の情報に基づいて、前記移動体の加速、制動、及び操舵の少なくとも１つを制御する制御装置と、
    を含み、
    前記制御装置は、
    前記移動体の自動運転の実施又は不実施を、前記センサーモジュールの出力信号の監視結果に基づいて切り替えることを特徴とする移動体。

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