(57)【要約】  検出部は慣性力に応じた被補正信号を出力する。被補正信号を補正して補正後信号を生成する。第１と第２の時点において第１と第２の環境値をそれぞれ得る。第１と第２の環境値の差分値を算出する。その差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力する。第１の時点での補正後信号の平均化信号と第２の時点での補正後信号の平均化信号との差分値をオフセット差分値として算出する。環境変化検出信号が出力された場合に、オフセット差分値を保持する。保持されたオフセット差分値を被補正信号と加算して補正後信号を生成する。この方法により、環境の急峻な変化が生じても、出力オフセットを容易に低減できる。
2012147348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性力に応じた被補正信号を出力する検出部を準備するステップと、
前記被補正信号を補正して補正後信号を生成するステップと、
第１の時点において第１の環境値を得るステップと、
前記第１の時点より後の前記第２の時点において第２の環境値を得るステップと、
前記第１の環境値と前記第２の環境値との差分値を環境差分値として算出するステップと、
前記環境差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力するステップと、
前記第１の時点まで続く所定の期間において前記補正後信号を平均化して第１の平均化信号を出力するステップと、
前記第２の時点まで続く所定の期間において前記補正後信号を平均化して第２の平均化信号を出力するステップと、
前記第１の平均化信号と前記第２の平均化信号との差分値をオフセット差分値として算出するステップと、
前記環境変化検出信号が出力された場合に、前記オフセット差分値を保持するステップと、
を含み、
前記被補正信号を補正して前記補正後信号を生成するステップは、前記保持されたオフセット差分値を前記被補正信号と加算して前記補正後信号を生成するステップを含む、ゼロ点補正方法。
【請求項２】
前記環境値は温度の値である、請求項１に記載のゼロ点補正方法。
【請求項３】
前記所定の判定閾値は外部から変更可能である、請求項１に記載のゼロ点補正方法。
【請求項４】
慣性力が与えられる検出素子と、
前記検出素子に与えられた前記慣性力に対応する非補正信号を出力する検出回路と、
前記検出部の出力する被補正信号を補正して補正後信号を生成する補正部と、
周囲環境の変化を検出する環境変化検出部と、
ゼロ点オフセットを設定するオフセット設定部と、
を備え、
前記環境変化検出部は、
第１の時点での第１の環境値を保持する環境値保持部と、
前記第１の時点より後の第２の時点での第２の環境値と前記環境値保持部に保持された前記第１の環境値との差分値を環境差分値として出力する環境差分演算部と、
前記環境差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力する環境値比較部と、
を有し、
前記オフセット設定部は、
前記第１の時点までの所定の期間で前記補正部から出力される前記補正後信号を平均化して第１の平均化信号を出力し、かつ前記第２の時点までの所定の期間で前記補正部から出力される前記補正後信号を平均化して第２の平均化信号を出力する平均処理部と、
前記第１の平均化信号を保持する平均化信号保持部と、
前記第２の平均化信号と前記平均化信号保持部に保持された前記第１の平均化信号との差分値をオフセット差分値として出力する差分演算部と、
前記環境変化検出信号が出力された場合に、前記オフセット差分値を保持する補正量保持部と、
を有し、
前記補正部は、前記ゼロ点オフセット差分値を前記被補正信号に加算することで前記補正語信号を生成する、慣性力センサ。
【請求項５】
前記環境値は温度の値である、請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項６】
前記所定の判定閾値は前記慣性力センサの外部から変更可能である、請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項７】
検出素子と、
前記検出素子に与えられた慣性力に対応する慣性量を検出する検出回路と、
前記検出回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力側に接続された第１のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力を補正する補正回路と、
第１のクロックと前記第１のクロックよりも周波数の高い第２のクロックとを生成するクロック生成部と、
前記第１のクロック及び前記第２のクロックのいずれかを選択して出力するクロック選択部と、
を備え、
前記補正回路は、
前記第１のフィルタの出力側に接続され、クロック入力を有する第２のフィルタを含む補正量生成部と、
前記補正量生成部の出力側に接続された補正量保持部と、
前記第１のフィルタの出力側及び前記補正量保持部の出力側に接続され、前記補正量保持部が保持する補正量に基づいて前記第１のフィルタの出力値を補正する補正部と、
を有し、
前記クロック選択部は前記クロック入力に接続され、補正開始の時点に前記第２のクロックを選択し、前記補正開始の時点から所定時間だけ経過した後に前記第１のクロックを選択する、慣性力センサ。
【請求項８】
前記第２のフィルタはハイパスフィルタであり、
前記補正量生成部は、前記第１のフィルタの出力側及び前記第２のフィルタの出力側に接続されてかつ前記第１のフィルタの出力値と前記ハイパスフィルタの出力値との差分値を出力する演算回路をさらに含む、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項９】
前記第２のフィルタはローパスフィルタである、請求項７に記載の慣性力センサ。
【請求項１０】
検出素子と、
前記検出素子に与えられた慣性力に対応する慣性量を検出する検出回路と、
前記検出回路の出力側に接続された第１のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力を補正する補正回路と、
第１のクロックと前記第１のクロックよりも周波数の高い第２のクロックを生成するクロック生成部と、
前記第１のクロック及び前記第２のクロックのいずれかを選択して出力するクロック選択部と、
を備え、
前記補正回路は、
前記第１のフィルタの出力側に接続され、クロック入力を有する第２のフィルタを含む補正量生成部と、
前記補正量生成部の出力側に接続された補正量保持部と、
前記第１のフィルタの出力側及び前記補正量保持部の出力側に接続され、前記補正量保持部が保持する補正量に基づいて前記第１のフィルタの出力値を補正する補正部と、
を有し、
前記クロック選択部は前記クロック入力に接続され、補正開始の時点に前記第２のクロックを選択し、前記補正開始の時点から所定時間だけ経過した後に前記第１のクロックを選択する慣性力センサ。
【請求項１１】
前記第２のフィルタは、
前記第１のフィルタの出力側に接続された容量素子と、
前記容量素子に接続されるとともに、前記クロック選択部から出力されるクロックに基づいてオン／オフされるスイッチと、
を有する離散型フィルタである、請求項１０に記載の慣性力センサ。
【請求項１２】
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとの間に設けられたローパスフィルタをさらに備えた、請求項７又は請求項１０に記載の慣性力センサ。
【請求項１３】
前記補正量生成部と前記補正部との間に設けられて、間欠的にオンするスイッチ回路をさらに備えた、請求項７又は請求項１０に記載の慣性力センサ。
【請求項１４】
前記クロック選択部は間欠的に前記クロックの出力を停止する、請求項７又は請求項１０に記載の慣性力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や、スマートフォンなどの情報通信端末の入力装置、デジタルスチルカメラなどの手振れ補正用、ナビゲーションシステム、車両制御システムなどに用いられる角速度センサや加速度センサなどの慣性力センサとそれに用いるゼロ点補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は従来の慣性力センサ８０１のブロック図である。慣性力センサ８０１は、慣性力が与えられる検出素子８０２と、その慣性力に対応する慣性量を検出する検出回路８０３と、検出回路８０３の出力側に接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０４と、ＬＰＦ８０４の出力を補正する補正回路８０５とを備える。補正回路８０５は、補正量が外部から書き込まれてその補正量を保持する補正量保持部８０６と、ＬＰＦ８０４の出力側及び補正量保持部８０６の出力側に接続された補正部８０７とを有する。補正部８０７は、補正量保持部８０６が保持する補正量に基づいてＬＰＦ８０４の出力値を補正する。【０００３】
慣性力センサ８０１は、慣性力が入力されていないときはゼロ等の所定の基準値の信号を出力し、慣性力が入力されたときにこの慣性力に応じた信号を出力することが求められる。そこで、慣性力センサ８０１は、検出素子８０２の製造ばらつきに起因する出力のズレや、検出回路８０３の電気的なオフセットなどに起因する出力オフセット（初期オフセット）を測定し、その補正値を補正量保持部８０６に保持した状態で出荷される。【０００４】
また、慣性力センサの製造工程で発生する出力オフセットの他、慣性力センサの動作中に急峻な周囲の温度変化が生じても出力オフセットの値が初期値から変化する。このような温度変化が生じても出力オフセットを補正するために、製造工程において、想定される温度変化に対する出力オフセットを補正する補正量を逐次不揮発メモリに記憶させて、ルックアップテーブルを設ける。このルックアップテーブルを参照することにより、周囲温度の変化に応じた適正な出力オフセットを補正できる。【０００５】
出荷時に製造工程において周囲温度値と出力オフセット補正値が書き込まれたルックアップテーブルを作成し搭載することで、慣性力センサ８０１では、製造工数が増大し、製造コストが高くなる。【０００６】
慣性力センサ８０１はビデオカメラの画面振れを検出する回路に応用できる。この場合、慣性力センサ８０１は慣性力として角速度を検出することで画面振れを検出し、この検出結果に対応した補正角度信号を出力する。そのビデオカメラでは、電源を入れて慣性力センサにより正規の角速度信号が得られるまでの間に、補正角度信号により補正を行わない状態にすることで電源オン時の画面振れを防止する。【０００７】
慣性力センサ８０１において、出荷時に補正値が書き込まれた後でも、例えば、検出素子８０２に応力が印加されたり、経時変化や環境変化によって、慣性力が入力されていない状態であっても出力オフセットが発生したりする場合がある。オフセットを除去するためにハイパスフィルタを挿入することができる。しかし、ハイパスフィルタの遅延時間に起因し、慣性力センサの電源投入やスリープ解除等の補正開始時に検出信号が安定するまでに時間がかかる。【０００８】
慣性力センサ８０１に類似する従来の慣性力センサが特許文献１〜５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２０７３５６号公報
【特許文献２】特開２０００−０８８５７８号公報
【特許文献３】特開２００１−１４７１６７号公報
【特許文献４】特開２００１−３２７００２号公報
【特許文献５】特表２００２−５０１１６８号公報
【発明の概要】
【００１０】
検出部は慣性力に応じた被補正信号を出力する。被補正信号を補正して補正後信号を生成する。第１の時点において第１の環境値を得る。第１の時点より後の第２の時点において第２の環境値を得る。第１の環境値と第２の環境値との差分値を環境差分値として算出する。環境差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力する。第１の時点まで続く所定の期間において補正後信号を平均化して第１の平均化信号を出力する。第２の時点まで続く所定の期間において補正後信号を平均化して第２の平均化信号を出力する。第１の平均化信号と第２の平均化信号との差分値をオフセット差分値として算出する。環境変化検出信号が出力された場合に、オフセット差分値を保持する。被補正信号を補正して補正後信号を生成するために、保持されたオフセット差分値を被補正信号と加算して補正後信号を生成する。この方法により、周囲温度等の環境の急峻な変化が生じても、出力オフセットを容易に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は実施の形態１における慣性力センサのブロック図である。
【図２】図２は実施の形態１における慣性力センサにおける検出素子の上面図である。
【図３】図３は図２に示す検出素子の線３−３における断面図である。
【図４】図４は実施の形態１における慣性力センサの検出回路と駆動回路のブロック図である。
【図５】図５は実施の形態１における慣性力センサの環境変化検出部のブロック図である。
【図６】図６は実施の形態１における慣性力センサのオフセット設定部のブロック図である。
【図７】図７は実施の形態１における慣性力センサの信号を示す図である。
【図８】図８は実施の形態２における慣性力センサのブロック図である。
【図９】図９は実施の形態２における慣性力センサの信号を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは実施の形態２における慣性力センサのハイパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは実施の形態２における慣性力センサの補正量生成部の周波数特性を示す図である。
【図１１】図１１は実施の形態２における慣性力センサの出力を示す図である。
【図１２】図１２は実施の形態３における慣性力センサのブロック図である。
【図１３】図１３は実施の形態４における慣性力センサのブロック図である。
【図１４】図１４は実施の形態５における慣性力センサのブロック図である。
【図１５】図１５は実施の形態６における慣性力センサのブロック図である。
【図１６】図１６は実施の形態６における慣性力センサのハイパスフィルタの回路図である。
【図１７】図１７は従来の慣性力センサのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における慣性力センサ８のブロック図である。慣性力センサ８は、検出素子９と、角速度等の慣性力が与えられる検出素子９を駆動する駆動回路１３と、検出素子９に与えられた慣性力に対応する慣性量を検出する検出回路１０と、検出回路１０が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４と、Ａ／Ｄ変換器１４で変換されたデジタル信号が入力されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１と、ＬＰＦ１１の出力を補正する補正部１２とを備える。慣性力センサ８は、周囲温度の変化を検出する環境変化検出部５と、環境変化検出部５から出力される環境変化検出信号Ｓｃに基づきオフセット補正値Ｓｍを設定するオフセット設定部６とをさらに備える。この構成により、慣性力センサ８は周囲環境に急峻な変化が生じても、出力オフセットを容易に低減することができ、したがって出力の精度を向上させることができる。
【００１３】
図２は検出素子９である音叉型の角速度センサ素子１０１の上面図である。図３は図２に示す角速度センサ素子１０１の線３−３における断面図である。角速度センサ素子１０１は、音叉型のシリコン基板１０２、１０３と、シリコン基板１０２、１０３上に形成された下部電極１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３とを備える。角速度センサ素子１０１は、下部電極１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３上にそれぞれ形成された圧電薄膜１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９と、圧電薄膜１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９上にそれぞれ形成された上部電極１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５とをさらに備える。上部電極１２０、１２２、１２３、１２５は駆動電極である。上部電極１２１、１２４は検出電極である。なお、下部電極は全て基準電位に接続されている。シリコン基板１０２、１０３はＹ軸の方向に延びてアーム１０６、１０７をそれぞれ構成する。アーム１０６、１０７はＸ軸の方向に配列されている。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直角である。
【００１４】
角速度センサ素子１０１は、駆動電極１２０、１２２、１２３、１２５に所定の駆動電圧が印加されることにより、図２に示すＸ軸の方向に振動する。Ｘ軸の方向に振動している状態で、角速度センサ素子１０１にＹ軸の周りの角速度が印加されると、角速度により発生したコリオリ力によりアーム１０６、１０７がＺ軸方向に撓む。これに伴い、圧電薄膜１１５、１１８が撓むことにより、検出電極１２１、１２４に電荷が発生する。この電荷の量がコリオリ力に比例することから、角速度を検出することが可能となる。
【００１５】
角速度センサ素子１０１のアーム１０６、１０７はＸ軸の互いに逆方向に動くように振動している。よって、Ｙ軸の周りに角速度が印加された場合に発生するコリオリ力は、アーム１０６、１０７をそれぞれＺ軸の互いに逆の方向に撓ませる。したがって、検出電極１２１、１２４にコリオリ力に応じて発生する電荷、または回路に接続したときに流れる電流は互いに逆極性を有する。
【００１６】
電極１２６はアーム１０６、１０７の駆動振動に同期した信号を出力する。この信号は駆動振動と同じ周波数を有する。電極１２６から出力された信号は駆動回路１３に入力され、検出回路６７における同期検波器６５へ入力される。
【００１７】
図４は検出回路１０と駆動回路１３としてそれぞれ機能する検出回路６７と駆動回路５１のブロック図である。入力端子６０、６１は、角速度センサ素子１０１の検出電極１２１、１２４にそれぞれ電気的に接続される。角速度センサ素子１０１の検出電極１２１、１２４において互いに逆極性の電流が発生する、これらの電流が電流電圧変換器６２、６３によって電圧に変換され、差動アンプ６４によって差動演算されることにより、実質的に合算することができる。差動アンプ６４の出力する信号は同期検波器６５に入力され、クロック生成器５０から出力されるクロック信号で同期検波されて、検波出力端子６６から検波信号として出力される。
【００１８】
駆動回路５１は、図２と図３に示す角速度センサ素子１０１を駆動する。モニタ入力端子４０はモニタ電極１２６に電気的に接続される。モニタ電極１２６に発生する電荷により起因するモニタ電流は駆動振動に同期する。電流電圧変換器４１はモニタ電流を電圧に変換することによりモニタ信号を出力する。電圧に変換されたモニタ電流であるモニタ信号は直流（ＤＣ）変換器４２によりＤＣ信号に変換される。自動利得制御（ＡＧＣ）回路４３は、ＤＣ変換器４２の出力するＤＣ信号のレベルに応じたゲインでモニタ信号を増幅する。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４４は、増幅されたモニタ信号の不要な周波数成分を除去する。出力増幅器４５はＢＰＦ４４の出力を増幅する。反転増幅器４６は出力増幅器４５の出力を反転させる。出力増幅器４５の出力は駆動出力端子４７に接続され、反転増幅器４６の出力は駆動出力端子４８に接続される。駆動出力端子４７、４８は角速度センサ素子１０１の駆動電極１２０、１２２、１２３、１２５のうちの所定の電極に接続される。
【００１９】
駆動回路５１のモニタ入力端子４０及び駆動出力端子４７、４８は角速度センサ素子１０１に接続されて駆動ループを形成する。そして、自励発振により角速度センサ素子１０１に駆動電圧が印加される。ＤＣ変換器４２が出力するＤＣ信号のレベルが増加すればＡＧＣ回路４３のゲインが下がり、そのレベルが減少すればＡＧＣ回路４３のゲインが増加する。この制御によって、ＡＧＣ回路４３へ入力されるモニタ信号のレベルが概一定になり、結果的に駆動振動の振幅が一定に保たれる。
【００２０】
移相器４９は電流電圧変換器４１によって電圧に変換されたモニタ信号の位相を９０度回転させる。クロック生成器５０は移相器４９の出力を用いて同期検波用の方形波のクロック信号を作る。クロック信号を用いて検出回路６７の同期検波器６５は同期検波を行う。
【００２１】
慣性力センサ８は、慣性力が入力されていないときはゼロ等の所定の基準値の信号を出力し、慣性力が入力されたときにこの慣性力に応じた値の信号を出力する。出力オフセットは、慣性力が入力されないときには出力する信号の値と所定の基準値との差である。慣性力センサ８では、動作中に急峻な周囲の温度変化等の環境変化が生じた場合でも出力オフセットを低減できる。
【００２２】
図１に示すＡ／Ｄ変換器１４は同期検波器６５が出力するアナログ信号である検波信号をデジタル信号に変換する。ＬＰＦ１１はデジタル信号に変換された検波信号のうち所定のカットオフ周波数以下の周波数の成分を被補正信号Ｓｆとして通過させて出力し、カットオフ周波数より高い周波数の成分を通過させない。すなわち、ＬＰＦ１１は、検出回路１０が出力する信号のうちの所定のカットオフ周波数以上の周波数の成分を減衰させることで、必要な角速度成分が含まれる周波数の帯域に信号の帯域を制限し、不要な信号の一部を抑圧する。しかしながら、ＬＰＦ１１は周囲環境の急峻な変化に伴い発生する慣性力センサ８の出力オフセットを不要な信号として抑圧できない場合がある。
【００２３】
実施の形態１における慣性力センサ８は、環境変化検出部５およびオフセット設定部６を備え、周囲温度等の周囲環境の急峻な変化が生じても、出力オフセットを低減する。以下、慣性力センサ８において周囲環境の急峻な変化が生じても、出力オフセットを低減するゼロ点補正方法について説明する。慣性力センサ８では周囲環境として周囲温度の変化に対して補正動作を実行する。検出素子９と検出回路１０と駆動回路１３とＡ／Ｄ変換器１４とＬＰＦ１１は、検出素子９に与えられた角速度や加速度等の慣性力を検出して、その慣性力に応じた被補正信号Ｓｆを出力する検出部８Ａを構成する。
【００２４】
図５は環境変化検出部５のブロック図である。環境変化検出部５は、環境値保持部２１と環境値差分演算部２２と環境値比較部２３とを有する。環境値保持部２１は検出素子９の周囲の温度の値である環境値Ｔａを取り込んで環境値Ｔｍとして保持して出力する。環境値差分演算部２２は、環境値保持部２１で保持されている環境値Ｔｍと現時点の環境値Ｔａの差分の絶対値である環境差分値Ｄｔを算出する。環境値比較部２３は、算出された環境差分値Ｄｔを所定の判定閾値Ｔｔｈと比較する。
【００２５】
環境値保持部２１に保持されている環境値Ｔａの初期値Ｔｉは、慣性力センサ８の製造工程における環境値Ｔａである。製造工程においては環境値Ｔａの初期値Ｔｉでの出力オフセットがゼロになるように慣性力センサ８が調整されている。
【００２６】
実際に慣性力センサ８が使用されるときの周囲温度である環境は、製造工程における周囲温度である周囲環境とは異なる場合が多い。慣性力センサ８の製造工程からの出荷時には環境値保持部２１は環境値Ｔｍとして初期値Ｔｉを保持している。環境値差分演算部２２は、実際の環境値Ｔａと環境値保持部２１の保持する環境値Ｔｍとの差分の絶対値である環境差分値Ｄｔを所定の時間間隔Ｔｒごとに出力する。
【００２７】
環境値比較部２３は所定の時間間隔Ｔｒごとに環境差分値Ｄｔを判定閾値Ｔｔｈと比較する。具体的には、環境値比較部２３に所定の時間間隔Ｔｒの間隔でラッチ信号が入力され、このラッチ信号をトリガとして環境差分値Ｄｔから判定閾値Ｔｔｈを引いて得られた差分を検出する。検出された差分が正の値である場合には環境値比較部２３は、環境変化があったとして環境変化検出信号Ｓｃを出力する。差分がゼロ以下である場合、環境値比較部２３は環境変化がなかったものとして環境変化検出信号Ｓｃを出力しない。実施の形態１では、所定の時間間隔Ｔｒは５ｍｓｅｃ以上である。
【００２８】
このように、環境差分値Ｄｔの判定閾値Ｔｔｈより大きい変化が生じた場合、環境変化検出信号Ｓｃが発生し、環境差分値Ｄｔの判定閾値Ｔｔｈより大きい変化が生じない場合には環境変化検出信号Ｓｃが発生しない。そして、環境変化検出信号Ｓｃに基づき慣性力センサ８の出力が補正される。なお、判定閾値Ｔｔｈは環境変化検出部５の外部や慣性力センサ８の外部から設定可能であるので、容易に変更できる。
【００２９】
環境変化検出信号Ｓｃが発生した時点の環境値Ｔａが環境値保持部２１に取り込まれ環境値Ｔｍとして保持される。具体的には、環境値保持部２１は環境変化検出信号Ｓｃをラッチ信号として環境値Ｔａを取り込んで環境値Ｔｍとして保持する。この動作により、環境変化を検出した時点での環境値Ｔａを基準値として、その時点以後の環境値Ｔａの変化を比較することが可能となる。
【００３０】
図６はオフセット設定部６のブロック図である。オフセット設定部６は平均処理部３１と平均化信号保持部３２と差分演算部３３と補正量保持部３４とを備える。平均処理部３１は、補正部１２（図１参照）が現在の時点までの所定の期間Ｐａに出力された補正後信号Ｓｏを加算平均して得られた平均化信号Ｓａを出力する。平均化信号保持部３２は、平均処理部３１から出力された平均化信号Ｓａを平均化信号Ｓｓとして保持して出力する。差分演算部３３は、平均化信号保持部３２で保持されている平均化信号Ｓｓから平均化信号Ｓａを引いて得られた差分をオフセット差分値Ｄｏとして算出する。補正量保持部３４はオフセット差分値Ｄｏを保持する。
【００３１】
補正部１２から出力された補正後信号Ｓｏは、周囲環境である周囲温度の変化によってオフセットを生じる。そこで、そのオフセットを補正し適正なゼロ点を維持するため、補正部１２はオフセット設定部６から出力されるオフセット補正値ＳｍをＬＰＦ１１が出力する被補正信号Ｓｆと加算する。
【００３２】
平均処理部３１はある時点までの所定の期間Ｐａにおいて補正部１２から出力される補正後信号Ｓｏを平均化して得られる平均化信号Ｓａを算出しその時点での平均化信号Ｓａとして出力する。平均処理部３１は所定の期間Ｐａに所定の時間間隔Ｔｑごとに補正部１２から出力される補正後信号Ｓｏであるオフセット値を加算して合計する。
【００３３】
実施の形態１では、平均処理部３１はデジタル加算器を用いて所定の時間間隔Ｔｑ毎に３２回だけオフセット値を加算して得られた合計値を算出する。すなわち、所定の期間Ｐａは所定の時間間隔Ｔｑの３２倍である。そして、合計値を下位方向へ４ビット分シフトされることにより、合計値を３２で除して平均化することにより平均化信号Ｓａを得る。一般に、平均処理部３１は所定の時間間隔Ｔｑ毎に補正後信号Ｓｏを２ｎ回だけ加算して合計値を算出し、算出された合計値を下位方向にｎビットシフトさせることで、平均化信号Ｓａを容易に得ることができる。ここで数ｎは自然数である。所定の期間Ｐａは所定の時間間隔Ｔｑのｎ倍である。実施の形態１では補正後信号Ｓｏを加算する間隔である所定の時間間隔Ｔｑは、環境値を取り込む所定の時間間隔Ｔｒの１／３２であるが、所定の時間間隔Ｔｒの１／３２の時間より短くする。すなわち、実施の形態１における慣性力センサ８では平均処理部３１は補正後信号Ｓｏをｎ回だけ加算する期間である所定の期間Ｐａは環境値を検出する所定の時間間隔Ｔｒと同じであるが、所定の時間間隔Ｔｒより短くてもよい。
【００３４】
平均化信号保持部３２が保持するオフセット補正値Ｓｍの初期値は慣性力センサ８の製造工程において設定された加算平均オフセット値である。この初期値は、製造工程における環境値に合わせて補正後信号Ｓｏのオフセットがゼロになるように調整されている。その後は、環境変化検出信号が発生する時点まで加算平均化されてきた平均処理部３１からの平均化信号Ｓａを取り込み保持する。
【００３５】
差分演算部３３では、所定の時間間隔Ｔｒごとに生じるラッチ信号に同期して現時点まで加算平均化されてきた平均処理部３１からの平均化信号Ｓａと平均化信号保持部３２から出力される加算平均オフセット値との差分値をオフセット差分値として算出する。このオフセット差分値は、所定の時間間隔Ｔｒごとに更新される。
【００３６】
補正量保持部３４は、環境変化検出信号Ｓｃに基づいて、差分演算部３３から出力されるオフセット差分値を保持する。同時に、補正量保持部３４はその保持したオフセット差分値をオフセット補正値Ｓｍとして補正部１２に出力する。補正部１２はＬＰＦ１１から出力される被補正信号Ｓｆに加算して得られた補正後信号Ｓｏを出力する。オフセット差分値Ｄｏは所定の時間間隔Ｔｒごとに更新され得るが、環境変化検出信号Ｓｃが発生しない限り、補正量保持部３４は保持するオフセット差分値を更新せず、したがってオフセット補正値Ｓｍを更新しない。すなわち、補正量保持部３４は環境変化検出信号Ｓｃが発生したときに差分演算部３３から出力されるオフセット差分値Ｄｏを保持してオフセット補正値Ｓｍを更新する。さらに、補正量保持部３４は、環境変化検出信号Ｓｃが発生していないときには、補正量保持部３４は保持するオフセット差分値を更新せず、オフセット補正値Ｓｍを更新しない。
【００３７】
図７は慣性力センサ８の信号を示し、環境変化検出信号Ｓｃと環境値Ｔａ、Ｔｍとオフセット差分値Ｄｏとオフセット補正値Ｓｍとを示す。実施の形態１では環境値は温度の値である。
【００３８】
時点ｔｐ０において環境変化検出信号Ｓｃが発生し、環境値保持部２１は環境値Ｔ１を保持する。また、時点ｔｐ０において、補正量保持部３４は時点ｔｐ０におけるオフセット差分値Ｄｏを保持する。平均化信号保持部３２は時点ｔｐ０での平均化信号Ｓａを平均化信号Ｓｓとして保持する。
【００３９】
時点ｔｐ０後でかつ次に環境変化検出信号Ｓｃが発生する前において環境値保持部２１は環境値Ｔ１を保持し、環境変化検出信号Ｓｃの発生後に環境値保持部２１は環境値Ｔ２を保持する。環境値Ｔ１、Ｔ２と判定閾値ＴｔｈはＴ２−Ｔ１＞Ｔｔｈを満たす。
【００４０】
時点ｔｐ０より後の時点ｔｐ１において環境変化検出信号Ｓｃが発生したときに、環境値保持部２１の保持する環境値が環境値Ｔ１から環境値Ｔ２に変化する。時点ｔｐ１の直前までは、平均化信号保持部３２は環境変化検出信号Ｓｃが前回発生した時点ｔｐ０での平均化信号Ｓａを平均化信号Ｓｓとして保持している。平均化信号保持部３２は、時点ｔｐ１で環境変化検出信号Ｓｃが発生した時に平均処理部３１が出力する平均化信号Ｓａを新たに取り込み、平均化信号Ｓｓとして保持する。同時に、補正量保持部３４は、環境変化検出信号Ｓｃが発生した時点ｔｐ１に差分演算部３３が出力するオフセット差分値Ｄｏを取り込み保持する。補正部１２は、取り込まれて保持されたオフセット差分値ＤｏをＬＰＦ１１が出力する被補正信号Ｓｆに加算し、補正後信号Ｓｏでは適正なゼロ点が維持される。
【００４１】
ゼロ点が適正に維持されると、その後の差分演算部３３で算出されるオフセット差分値Ｄｏの絶対値は図７に示すように時点ｔｐ１において小さくなる。
【００４２】
なお、Ｔ２−Ｔ１＞Ｔｔｈの条件における補正部１２が加算するオフセット差分値Ｄｏ（オフセット補正値Ｓｍ）が、負の値である場合には、一般的に、Ｔ１―Ｔ２＞Ｔｔｈの条件における補正部１２が加算するオフセット差分値Ｄｏは正の値となる。
【００４３】
時点ｔｐ１以降も同様に、環境値Ｔａが環境値Ｔ２から判定閾値Ｔｔｈより大きい絶対値だけ環境値Ｔ３に変化したときに、環境変化検出部５の環境値比較部２３は環境変化検出信号Ｓｃを出力し、環境値保持部は環境値Ｔ３を保持する。環境変化検出信号Ｓｃが出力されると、そのときの平均化信号Ｓａが平均化信号保持部３２で平均化信号Ｓｓとして保持され、補正量保持部３４は、そのときのオフセット差分値Ｄｏをオフセット補正値Ｓｍとして保持する。
【００４４】
上記のオフセット調整は慣性力が検出素子９に与えられていない時に行われる。
【００４５】
また、このゼロ点補正方法は、慣性力センサ８のＸ軸方向のオフセット調整だけでなく、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のオフセット調整にも適用できる。
【００４６】
このように、ゼロ点補正方法を用いた慣性力センサ８は、周囲環境の急峻な変化が生じても、出力オフセットを容易に低減することができる。
【００４７】
なお、実施の形態１における慣性力センサ８では、温度の値が環境値である。しかし、温度に限らず、例えば、光、音、加速度、圧力等の、慣性力センサ８の周囲の環境の変化に対してゼロ点補正する場合にも適用可能である、さらに、実施の形態１における慣性力センサ８はＡ／Ｄ変換器１４によりデジタル信号処理を行うが、実施の形態１における慣性力センサ８はＡ／Ｄ変換器１４を備えずにゼロ点補正するためにアナログ処理を用いてもよい。
【００４８】
（実施の形態２）
図８は実施の形態２における慣性力センサ２０８のブロック図である。図８において図１から図４に示す実施の形態１における慣性力センサ８と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２における慣性力センサ２０８は、角速度等の慣性力が与えられる検出素子９と、検出素子９に与えられた慣性力に対応する慣性量を検出する検出回路１０と、検出回路１０が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２０と、Ａ／Ｄ変換器２２０で変換されたデジタル信号が入力されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１１と、ＬＰＦ２１１の出力を補正する補正回路２１２と、Ａ／Ｄ変換器２２０以後の各回路を動作させるクロック信号を発生するクロック発生器２２１とを備える。
【００４９】
補正回路２１２は、ＬＰＦ２１１の出力側に接続された補正量生成部２１３ａと、補正量生成部２１３ａの出力側に接続された補正量保持部２１４と、ＬＰＦ２１１の出力側及び補正量保持部２１４の出力側に接続された補正部２１５とを有している。
【００５０】
補正部２１５は、図１から図４に示す実施の形態１における慣性力センサ８の補正部１２と同様に、補正量保持部２１４が保持する補正量に基づいてＬＰＦ２１１の出力値を補正する。この構成により、出荷時に補正値が書き込まれた後でも、慣性力が入力されていない状態において出力値に含まれる出力オフセットを低減することができる。
【００５１】
また、慣性力センサ２０８は、検出素子９に対して慣性力以外の応力が加わることによる出力オフセットに限らず、環境変動や筐体、検出素子９及び検出回路１０などの経時変化に起因する出力オフセットも低減することができる。
【００５２】
検出素子９や検出回路１０の経時変化に伴う出力オフセットは、所望の角速度の成分の周波数に比べて低い周波数を有し、例えば０．００１Ｈｚ以下または０Ｈｚである。例えば、センサを実装する基板の反りにより発生する外部応力に起因する出力オフセットは所望の角速度の成分の周波数に比べて十分に低い周波数を有し、ほぼ直流（ＤＣ）成分として現れる。
【００５３】
図１７に示す従来の慣性力センサ８０１では、出荷時に保持された補正値によってＬＰＦ８０４の出力を補正するので、出荷後で慣性力センサ８０１を使用している間の検出素子９や検出回路の経時変化に伴う出力オフセットを補正することができない。実施の形態２における慣性力センサ２０８は出荷後でも出力オフセットを低減することができる。
【００５４】
次に、慣性力センサ２０８の動作を詳細に説明する。ＬＰＦ２１１は、検出回路１０の出力のうちの所定のカットオフ周波数以上の周波数を有する成分を減衰させることで、必要な角速度成分が含まれる周波数帯域に帯域を制限し、不要な信号の一部を抑圧するフィルタである。なお、ＬＰＦ２１１に代えて、必要な角速度成分を含む周波数帯の信号を通過させるとしたバンドパスフィルタ等を用いてもよい。
【００５５】
補正量生成部２１３ａは、ＬＰＦ２１１の出力側に接続されたハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１３ｂと、ＬＰＦ２１１の出力側及びＨＰＦ２１３ｂの出力側に接続された演算回路２１３ｃを有している。演算回路２１３ｃはＬＰＦ２１１の出力値とＨＰＦ２１３ｂの出力値との差分値を出力する。
【００５６】
ここで、ＬＰＦ２１１のカットオフ周波数ｆｃｌは、ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数ｆｃｈよりも高くする。この構成により、ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数ｆｃｈよりも低い周波数の成分を出力オフセットとして抽出することができる。
【００５７】
例えば、所望の角速度成分の周波数が０．００１Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数範囲にある場合、ＬＰＦ２１１のカットオフ周波数を２０Ｈｚ以上とし、ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数を０．００１Ｈｚ以下とする。これにより、０．００１Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数範囲にある角速度成分を検出しつつ、０．００１Ｈｚ以下の不要なオフセット成分を除去することが可能となる。
【００５８】
クロック発生器２２１はクロック生成部２２２及びクロック選択部２２３により構成される。クロック生成部２２２は、周波数ｆ０のクロックＣＬＫ０と、周波数ｆ１のクロックＣＬＫ１と、周波数ｆ１よりも高い周波数ｆ２のクロックＣＬＫ２の３種類の周波数のクロックを生成する。クロック選択部２２３は外部から供給されるクロック選択信号ＣＳＥＬに従ってクロックＣＬＫ１及びＣＬＫ２のいずれかのクロックを選択して、選択されたクロックをクロックＣＬＫとして出力する。
【００５９】
ＨＰＦ２１３ｂのクロック入力にはクロックＣＬＫが供給され、ＨＰＦ２１３ｂ以外の回路すなわち、Ａ／Ｄ変換器２２０、ＬＰＦ２１１、演算回路２１３ｃ、補正量保持部２１４、補正部２１５にはクロックＣＬＫ０が供給されている。クロックＣＬＫ０、ＣＬＫ１、ＣＬＫ２の周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２のいずれの２つの周波数の比の値は２のべき乗であり、異なる周波数のクロックで動作する回路間では、サンプル値の補間または間引が行われる。
【００６０】
クロックＣＬＫ０の周波数ｆ０は標本化定理より、角速度検出信号の帯域の少なくとも２倍以上に設定する必要がある。実施の形態２では、ｆ０＝１ｋＨｚ、ｆ１＝１２５Ｈｚ、ｆ２＝８ｋＨｚで設定されている。
【００６１】
次に、慣性力センサ２０８の補正開始時の応答性を向上させるすなわち応答速度を大きくする方法について説明する。補正開始時の応答に時間がかかると、慣性力センサ２０８を例えば、カメラに搭載した場合には、補正開始直後、モニタ画面内でモニタ画像がゆれる。ここで、慣性力センサ２０８の補正開始時とは、慣性力センサ２０８の電源のオン時、外部のホストからの指令信号を受け付けた時、あるいは慣性力センサ２０８が省電力のためにスリープモードを備えている場合には、このスリープモードの解除のタイミング等である。
【００６２】
慣性力センサ２０８において、補正開始時の応答が遅れる理由は、前述したように、ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数ｆｃｈを非常に低く設定する必要があるためにＨＰＦ２１３ｂが収束するすなわちＨＰＦ２１３ｂの出力値が安定するまでの収束時間が長くなるためである。実施の形態２における慣性力センサ２０８では、ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数ｆｃｈを補正開始時のみ通常動作状態のカットオフ周波数ｆｃｈよりも高い周波数に切り替えることで、ＨＰＦ２１３ｂの収束時間を短縮して、補正開始時の応答性を向上させている。ＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数の切り替えについて、以下、詳しく説明する。
【００６３】
図８において、ＨＰＦ２１３ｂは所定の次数のデジタルフィルタで構成されている。デジタルフィルタが例えば有限インパルス応答（以下ＦＩＲ）フィルタで構成される場合には、デジタルフィルタの周波数特性は、次数、フィルタ係数及びデジタルフィルタに供給されるクロックの周波数により決定される。次数とフィルタ係数を固定とすると、クロックの周波数を高くするとカットオフ周波数は高くなり、クロックの周波数を低くするとカットオフ周波数は低くなる。そこで、実施の形態２では、カットオフ周波数をＨＰＦ２１３ｂに供給するクロックＣＬＫによって切り替える。
【００６４】
デジタルフィルタのカットオフ周波数を切り替える方法としては、クロックの周波数を固定にして、フィルタ係数を切り替える方法も考えられる。しかし、カットオフ周波数をＤＣ付近に設定するためには高次のデジタルフィルタが必要となり、サイズが大きくなり、消費電力も増加する。また、フィルタ係数を切り替えるには、デジタルフィルタを一旦リセットする必要があるので、フィルタ係数の切り替えに時間がかかるとともに、この切り替え時間中はデジタルフィルタからの出力が途切れてしまう。一方、実施の形態２における慣性力センサ２０１のクロックの周波数を切り替える方法であれば、カットオフ周波数を即座に連続的に切り替えることができる。
【００６５】
図９は慣性力センサ２０８のクロックＣＬＫ１、クロックＣＬＫ２、クロック選択信号ＣＳＥＬ、クロックＣＬＫの波形を示す。
【００６６】
補正を開始する補正開始の時点ｔｓにおいてクロック選択信号ＣＳＥＬはハイレベル（Ｈ）であり、補正開始の時点ｔｓから補正を終了する所定時点ｔ０までの補正期間Ｐ０だけ経過した後、クロック選択信号ＣＳＥＬはハイレベルからローレベル（Ｌ）に切り替わる。クロック選択部２２３はクロック選択信号ＣＳＥＬがハイレベルである補正期間Ｐ０では高い周波数ｆ２のクロックＣＬＫ２を選択してクロックＣＬＫとして出力し、クロック選択信号ＣＳＥＬがローレベルの通常動作期間Ｐ１では低い周波数ｆ１のクロックＣＬＫ１を選択してクロックＣＬＫとして出力する。これにより、ＨＰＦ２１３ｂのクロック入力に供給されるクロックＣＬＫは、補正開始の時点ｔｓから補正期間Ｐ０経過後にクロックＣＬＫ２からクロックＣＬＫ１に連続的に切り替わる。補正期間Ｔ０は予め設定された固定値であってもよいし、外部から調整可能であってもよい。後述するように、補正期間Ｐ０はＨＰＦ２１３ｂの収束時間より長くするのが好ましい。実施の形態２では、時点ｔｓの前ではクロック選択信号ＣＳＥＬはローレベルであり、したがって、時点ｔｓまでの期間ではクロック選択部２２３はクロックＣＬＫ１を選択してクロックＣＬＫとして出力する。
【００６７】
所定時点ｔ０から始まる通常動作期間Ｐ１では、クロック選択部２２３がクロックＣＬＫ１を選択してクロックＣＬＫとして出力する。通常動作期間Ｐ１では、補正部２１５は補正量保持部２１４に保持された補正量に基づいて出力オフセットを低減してＬＰＦ２１１の出力を補正して角速度成分を出力する。
【００６８】
図１０ＡはＨＰＦ２１３ｂの周波数特性を示す。図１０Ｂは補正量生成部２１３ａすなわち演算回路２１３ｃの出力の周波数特性を示す。図１０Ａにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸はＨＰＦ２１３ｂのゲインを示す。図１０Ｂにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は補正量生成部２１３ａすなわち演算回路２１３ｃのゲインを示す。図１０Ａにおいて、実線で示す特性２３１はＬＰＦ２１１の周波数特性であり、一点鎖線で示す特性２３３は補正期間Ｐ０でのＨＰＦ２１３ｂの周波数特性であり、破線で示す特性２３２は通常動作期間Ｐ１でのＨＰＦ２１３ｂの周波数特性を示す。図１０Ｂにおいて、一点鎖線で示す特性２３５は補正期間Ｐ０での補正量生成部２１３ａの周波数特性であり、破線で示す２３４は通常動作期間Ｐ１での補正量生成部２１３ａの周波数特性である。
【００６９】
図１０Ａに示すように、矢印Ｙ１で示すように、ＨＰＦ２１３ｂのクロック入力に供給するクロックＣＬＫの周波数を補正開始時にｆ１（＝１２５Ｈｚ）からｆ２（＝８ｋＨｚ）に上げることにより、ＨＰＦ２１３ｂの特性は特性２３２から特性２３３に変わりカットオフ周波数ｆｃｈを高くすることができ、ＨＰＦ２１３ｂの収束時間を短縮できる。補正期間Ｐ０の終了後、矢印Ｙ２に示すように、ＨＰＦ２１３ｂのクロック入力に供給するクロックＣＬＫの周波数をｆ１＝１２５Ｈｚに下げることにより、特性２３２のようにカットオフ周波数ｆｃｈを角速度検出信号２３０の帯域よりも下げることができる。
【００７０】
上記の動作により、図１０Ｂに示すように、通常動作期間Ｐ１では、演算回路２１３ｃから出力される補正信号からは、特性２３４のように角速度検出信号２３０の帯域以下で、ＤＣ付近の低周波数の出力オフセットを取り出すことができる。補正期間Ｐ０では、補正信号に角速度検出信号２３０の一部が含まれるが、この期間は慣性力センサ２０８の出力は使用されないので問題とならない。なお、補正部２１５は補正開始の時点ｔｓから所定時間は補正を行わないこととしてもよい。このようにして、通常動作時の出力オフセットを低減できるとともに、補正開始時の応答を速くすることが可能となる。
【００７１】
図１１は実施の形態２における慣性力センサ２０８の補正回路２１２の出力を示し、補正出力が安定範囲に達するまでの時間（ＨＰＦ２１３ｂの収束時間）を示す。図１１において、縦軸はデジタル値で表した出力電圧を示し、横軸は時間を示す。図１１は、検出素子９（図２参照）にＹ軸の周りの角速度が印加された場合の特性を示している。図１１において、破線で示す電圧２３７はＨＰＦ２１３ｂのクロック入力に供給するクロックＣＬＫの周波数がｆ１＝１２５Ｈｚの場合の出力電圧であり、一点鎖線で示す電圧２３８はクロックＣＬＫの周波数がｆ２＝８ｋＨｚの場合の出力電圧である。図１１に示すように、クロックＣＬＫの周波数がｆ２＝８ｋＨｚの場合の収束時間ｔ１の方が、クロックＣＬＫの周波数がｆ１＝１２５Ｈｚの場合の収束時間ｔ２よりも大幅に短縮される。実施の形態２における慣性力センサ２０８では、収束時間ｔ１は０．３秒以下であり、収束時間ｔ２は２０秒程度である。
【００７２】
補正量生成部２１３ａを設けず、所望の角速度入力の周波数帯域の下限周波数以下のカットオフ周波数を持つハイパスフィルタをＬＰＦ２１１と補正部２１５の間に直列に挿入することにより、カットオフ周波数以下の出力オフセットの成分を除去することができる。あるいは補正量生成部２１３ａを設けず、ＤＣ成分を除去するコンデンサをＬＰＦ２１１と補正部２１５の間に直列に設けることでも、ＤＣ付近の出力オフセットの成分のみを除去することは可能である。しかし、これらの構成では、検出信号自体、つまり実使用帯域の信号自体がハイパスフィルタ或いはコンデンサを通過するので、検出信号の遅延が発生してしまう。一方、実施の形態２における慣性力センサ２０８は、ＬＰＦ２１１と補正部２１５の間にハイパスフィルタやコンデンサのような遅延量の大きい回路を設けずに不要なオフセットの成分を除去することができる。
【００７３】
（実施の形態３）
図１２は実施の形態３における慣性力センサ２２５のブロック図である。図１２において、図８に示す実施の形態２おける慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１２に示す実施の形態３における慣性力センサ２２５は、実施の形態２の慣性力センサ２０８のＬＰＦ２１１とＨＰＦ２１３ｂの間に挿入されたＬＰＦ２１６をさらに備える。ＬＰＦ２１６は移動平均処理回路である。
【００７４】
前述したように、環境変化等による出力オフセットの変動の周波数はほぼＤＣに近い低周波数である。また、角速度検出信号も非常に低い周波数成分（例えば、０．０１Ｈｚ）を含んでいる。したがって、低周波数の角速度信号を検出しつつ、出力オフセットを低減するためには、通常動作時のＨＰＦ２１３ｂのクロックＣＬＫ１の周波数ｆ１はできるだけ低いことが望ましい。しかしながら、クロックＣＬＫ１の周波数ｆ１が検出信号の帯域の最高周波数の２倍以下になると検出信号に折り返しノイズが発生するので、補正信号が歪んで補正部２１５による補正が正しく行われない。そこで、この折り返しノイズの発生を抑えるために、検出信号がＨＰＦ２１３ｂに入力される前に帯域制限を行う前処理をする必要がある。例えば、検出信号の帯域を２０Ｈｚとし、ＨＰＦ２１３ｂのクロックの周波数ｆ１を３１．２５Ｈｚ（８ｋＨｚ／２５６）とすると、検出信号の帯域を１５．６２５Ｈｚ以下に制限する必要がある。本実施の形態では、この帯域制限を実施するＬＰＦ２１６として移動平均処回路を用いている。これにより、小規模な回路面積で帯域制限を行うことができる。移動平均の回数等は、帯域制限する周波数により適宜設定すればよい。
【００７５】
（実施の形態４）
図１３は実施の形態４における慣性力センサ２２６のブロック図である。図１３において、図８に示す実施の形態２おける慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１３に示す実施の形態４における慣性力センサ２２６は、実施の形態２の慣性力センサ２０８の演算回路２１３ｃと補正量保持部２１４との間に挿入されたスイッチ回路２１７をさらに備える。
【００７６】
前述したように、ＨＰＦ２１３ａのクロックの周波数ｆ１を下げると、ＨＰＦ２１３ｂに入力する検出信号の周波数帯域を制限するための前処理が必要となり、補正回路２１２の処理負荷が増加する。そこで、実施の形態４における慣性力センサ２２６では、スイッチ回路２１７を所定の周期でオン／オフを切替えて、補正信号を補正量保持部２１４に間欠的に取り込む。これにより、補正部２１５による出力オフセットの補正を間欠的に行い、通常動作期間にＨＰＦ２１３ｂのカットオフ周波数ｆｃｈを等価的に下げるようにしている。スイッチ回路２１７は補正量保持部２１４と補正部２１５との間に挿入してもよい。また、通常動作期間にＨＰＦ２１３ｂに供給するクロックＣＬＫ１を間欠的に停止させることでＨＰＦ２１３ｂの動作を周期的に停止させてもよい。
【００７７】
（実施の形態５）
図１４は実施の形態５における慣性力センサ２２７のブロック図である。図１４において、図８に示す実施の形態２おける慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１４に示す実施の形態５における慣性力センサ２２７は、図８に示す実施の形態２における慣性力センサ２０８の補正量生成部２１３ａの代りに補正量生成部２１３ｄを備える。
【００７８】
補正量生成部２１３ｄはＬＰＦ２１３ｅで構成されている。ＬＰＦ２１３ｅの入力はＬＰＦ２１１の出力側に接続され、ＬＰＦ２１３ｅの出力は補正量保持部２１４に接続される。ＬＰＦ２１３ｅには、実施の形態２のＨＰＦ２１３ａと同様に、補正開始の時点ｔｓから補正期間Ｐ０には周波数ｆ２の高い周波数のクロックＣＬＫ２が供給されてＬＰＦ２１３ｅのカットオフ周波数を高くし、ＬＰＦ２１３ｅが収束した後に、低い周波数ｆ１のクロックＣＬＫ１に切り替えられる。これにより、出力オフセットを低減するとともに、補正開始時間を短縮することができる。また、補正量生成部２１３ｄをＬＰＦ２１３ｅで構成することにより、図８で示す演算回路２１３ｃを省略することが可能であり、回路面積及び消費電流を低減することができる。また、実施の形態５における慣性力センサ２２７は、実施の形態３におけるＬＰＦ２１６をさらに備えてもよく、または実施の形態４におけるスイッチ回路２１７をさらに備えてもよい。
【００７９】
（実施の形態６）
図１５は実施の形態６における慣性力センサ２２８のブロック図である。図１５において、図８に示す実施の形態２おける慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１５に示す実施の形態１０５における慣性力センサ２２８は、実施の形態２における慣性力センサ２０８の補正量生成部２１３ａの代りに補正量生成部２１３ｆを備え、Ａ／Ｄ変換器２２０を備えていない。
【００８０】
補正量生成部２１３ｆは実施の形態２におけるＨＰＦ２１３ｂの代わりに、コンデンサとコンデンサの両端に接続されたスイッチとで構成された離散型フィルタであるＨＰＦ２１３ｇを備えている。
【００８１】
図１６はＨＰＦ２１３ｇの回路図である。ＨＰＦ２１３ｇは、入力端子２７１と、コンデンサ２７２、２７３、２８１と、オペアンプ２７８と、スイッチ２７４、２７５、２７６、２７７、２８２、２８３、２８４、２８５と、出力端子２７９とを備える。コンデンサ２７３とコンデンサ２７３の両端に接続されたスイッチ２７４、２７５、２７６、２７７とでスイッチトキャパシタＣｓ１を構成し、コンデンサ２８１とコンデンサ２８１の両端に接続されたスイッチ２８２、２８３、２８４、２８５で他のスイッチトキャパシタＣｓ２を構成する。スイッチ２７４、２７５（スイッチ２８２、２８３）はクロックφ１でオン／オフし、スイッチ２７６、２７７（スイッチ２８４、２８５）はクロックφ２でオン／オフする。入力端子２７１に入力されたＬＰＦ２１１からの角速度検出信号は、ＨＰＦ２１３ｇで低域成分がカットされて出力端子２７９から出力され、演算回路２１３ｃに供給される。コンデンサ２７２、２７３、２８１は静電容量を形成する容量素子である。
【００８２】
クロックφ１、φ２はクロック選択部２２３から出力され、ＨＰＦ２１３ｇのクロック入力に供給されるクロックＣＬＫと同じ周波数を有し、互いに逆の位相を有する。ＨＰＦ２１３ｇのカットオフ周波数はコンデンサ２７２の容量、コンデンサ２７３の容量及び、クロックＣＬＫの周波数ｆによって決定される。ＨＰＦ２１３ｇのカットオフ周波数はクロックＣＬＫの周波数ｆに比例して変化する。これにより、スイッチトキャパシタを用いた実施の形態６における離散型フィルタを使っても、クロックの周波数を切り替えることによりカットオフ周波数を切り替えることができる。これにより、補正開始の時点ｔｓからのフィルタ２１３ｇが収束するまでの時間を短縮できる。また、スイッチトキャパシタＣｓ１、Ｃｓ２を用いた離散型フィルタを使った慣性力センサ２２８では、ＨＰＦ２１３ｇを含め、ほとんどすべての回路をアナログ回路で構成できるので、回路面積及び消費電力を削減することができる。また、実施の形態６における慣性力センサ２２８は、図１２に示す実施の形態３におけるＬＰＦ２１６をさらに備えてもよく、または図１３に示す実施の形態４におけるスイッチ回路２１７をさらに備えてもよい。または図１４に示す実施の形態５におけるＬＰＦ２１３ｅをスイッチトキャパシタとオペアンプで構成してもよい。
【００８３】
以上説明した通り、実施の形態２〜６における慣性力センサでは、補正量生成部をクロックで動作するデジタルフィルタやスイッチトキャパシタを用いた離散型フィルタ（アナログフィルタ）で構成し、補正量生成部に供給するクロックの周波数を通常動作期間Ｐ１に比べて補正期間Ｐ０でのみ高くすることにより、出力オフセットを低減するとともに、補正開始直後から安定して慣性力の検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明における慣性力センサでは、周囲環境に急峻な変化が生じても出力オフセットを容易に低減することができ、携帯電話や、スマートフォンなどの情報通信端末の入力装置、デジタルスチルカメラなどの手振れ補正用、ナビゲーションシステム、車両制御システムなどに用いられる角速度センサや加速度センサなどにおいて有用である。
【符号の説明】
【００８５】
５    環境変化検出部
６    オフセット設定部
８    慣性力センサ
８Ａ    検出部
９    検出素子
１０    検出回路
１１    ローパスフィルタ
１２    補正部
２１    環境値保持部
２２    環境値差分演算部
２３    環境値比較部
３１    平均処理部
３２    平均化信号保持部
３３    差分演算部
３４    補正量保持部
２１１    ローパスフィルタ（第１のフィルタ）
２１２    補正回路
２１３ａ，２１３ｄ，２１３ｆ    補正量生成部
２１３ｂ，２１３ｇ    ハイパスフィルタ（第２のフィルタ）
２１３ｃ    演算回路
２１３ｅ    ローパスフィルタ（第２のフィルタ）
２１４    補正量保持部
２１５    補正部
２１６    ローパスフィルタ
２１７    スイッチ回路
２２０    Ａ／Ｄ変換器
２２２    クロック生成部
２２３    クロック選択部
２７３    容量素子
２７４，２７５，２７６，２７７    スイッチ
２８１    容量素子
２８２，２８３，２８４，２８５    スイッチ
ＣＬＫ１    クロック（第１のクロック）
ＣＬＫ２    クロック（第２のクロック）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年9月2日(2013.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
（実施の形態５）
図１４は実施の形態５における慣性力センサ２２７のブロック図である。図１４において、図８に示す実施の形態２における慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１４に示す実施の形態５における慣性力センサ２２７は、図８に示す実施の形態２における慣性力センサ２０８の補正量生成部２１３ａの代りに補正量生成部２１３ｄを備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
（実施の形態６）
図１５は実施の形態６における慣性力センサ２２８のブロック図である。図１５において、図８に示す実施の形態２おける慣性力センサ２０８と同じ部分には同じ参照符号を付す。図１５に示す実施の形態６における慣性力センサ２２８は、実施の形態２における慣性力センサ２０８の補正量生成部２１３ａの代りに補正量生成部２１３ｆを備え、Ａ／Ｄ変換器２２０を備えていない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
慣性力に応じた被補正信号を出力する検出部を準備するステップと、
前記被補正信号を補正して補正後信号を生成するステップと、
第１の時点において第１の環境値を得るステップと、
前記第１の時点より後の第２の時点において第２の環境値を得るステップと、
前記第１の環境値と前記第２の環境値との差分値を環境差分値として算出するステップと、
前記環境差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力するステップと、
前記第１の時点まで続く所定の期間において前記補正後信号を平均化して第１の平均化信号を出力するステップと、
前記第２の時点まで続く所定の期間において前記補正後信号を平均化して第２の平均化信号を出力するステップと、
前記第１の平均化信号と前記第２の平均化信号との差分値をオフセット差分値として算出するステップと、
前記環境変化検出信号が出力された場合に、前記オフセット差分値を保持するステップと、
を含み、
前記被補正信号を補正して前記補正後信号を生成するステップは、前記保持されたオフセット差分値を前記被補正信号と加算して前記補正後信号を生成するステップを含む、ゼロ点補正方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
慣性力が与えられる検出素子と、
前記検出素子に与えられた前記慣性力に対応する被補正信号を出力する検出回路と、
前記検出部の出力する被補正信号を補正して補正後信号を生成する補正部と、
周囲環境の変化を検出する環境変化検出部と、
ゼロ点オフセットを設定するオフセット設定部と、
を備え、
前記環境変化検出部は、
第１の時点での第１の環境値を保持する環境値保持部と、
前記第１の時点より後の第２の時点での第２の環境値と前記環境値保持部に保持された前記第１の環境値との差分値を環境差分値として出力する環境差分演算部と、
前記環境差分値の絶対値が所定の判定閾値よりも大きい場合に環境変化検出信号を出力する環境値比較部と、
を有し、
前記オフセット設定部は、
前記第１の時点までの所定の期間で前記補正部から出力される前記補正後信号を平均化して第１の平均化信号を出力し、かつ前記第２の時点までの所定の期間で前記補正部から出力される前記補正後信号を平均化して第２の平均化信号を出力する平均処理部と、
前記第１の平均化信号を保持する平均化信号保持部と、
前記第２の平均化信号と前記平均化信号保持部に保持された前記第１の平均化信号との差分値をオフセット差分値として出力する差分演算部と、
前記環境変化検出信号が出力された場合に、前記オフセット差分値を保持する補正量保持部と、
を有し、
前記補正部は、前記オフセット差分値を前記被補正信号に加算することで前記補正語信号を生成する、慣性力センサ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記クロック選択部は間欠的に前記第１のクロックの出力を停止する、請求項７又は請求項１０に記載の慣性力センサ。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【国際調査報告】
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