(57)【要約】  本発明の慣性力センサは、検出素子と、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、検出回路の出力側に接続された第１のローパスフィルタと、第１のローパスフィルタの出力を補正する補正回路と、を備える。補正回路は、第１のローパスフィルタの出力側に接続された補正量生成部と、補正量生成部の出力側に接続された補正量保持部と、第１のローパスフィルタの出力側及び補正量保持部の出力側に接続された補正部と、を有する。補正部は、補正量保持部が保持する補正量に基づいて第１のローパスフィルタの出力値を補正する。
2012077314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタの出力を補正する補正回路と、を備え、
前記補正回路は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続された補正量生成部と、
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のローパス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た補正部と、を有し、
前記補正部は、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のローパスフィルタの出力値を補正する慣性力センサ。
【請求項２】
前記補正量生成部は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続されたハイパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタの出力側及び前記ハイパスフィルタの出力側に接続され、
前記第１のローパス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と、
を備えた請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記補正量生成部は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続された第２のローパスフィルタを備え、
前記第２のローパスフィルタのカットオフ周波数は前記第１のローパスフィルタのカットオフ周波数よりも小さい請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項４】
前記補正回路は、
指示信号を出力する慣性量判断部を有し、
前記補正量保持部は、前記慣性量判断部が前記指示信号を出力した場合に前記補正量を保持する請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項５】
前記補正量生成部は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続され、前記第１のローパスフィルタの出力値を所定値にマスクするデータマスク回路と、前記データマスク回路の出力側に接続されたハイパスフィルタと、前記データマスク回路の出力側及び前記ハイパスフィルタの出力側に接続され、前記データマスク回路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と、を備え、
前記演算回路の出力が、前記補正量保持部に接続され、
前記第１のローパスフィルタの出力、及び前記演算回路の出力が前記慣性量判断部に接続された請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項６】
前記慣性量判断部は、第１のＷＩＮＤＯＷと第２のＷＩＮＤＯＷを有し、
前記第１のローパスフィルタの出力値が前記第１のＷＩＮＤＯＷの範囲から外れる期間は、第１のＷＩＮＤＯＷフラグを生成し、
前記補正量生成部の出力値が前記第２のＷＩＮＤＯＷの範囲から外れる期間は、第２のＷＩＮＤＯＷフラグを生成し、
前記慣性量判断部は前記第１のＷＩＮＤＯＷフラグ及び前記第２のＷＩＮＤＯＷフラグの一方又は両方に基づいて前記指示信号を生成する請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項７】
前記第１のＷＩＮＤＯＷのセンター値は、前記補正部の出力値である請求項６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に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は従来構成の慣性力センサのブロック図である。図１２に示すように、従来の慣性力センサ１は、検出素子２と、検出素子２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３と、検出回路３の出力側に接続されたローパスフィルタ４と、ローパスフィルタ４の出力を補正する補正回路５と、を備える。補正回路５は、補正量が外部から書き込まれる補正量保持部６と、ローパスフィルタ４の出力側及び補正量保持部６の出力側に接続された補正部７と、を有する。補正部７は、補正量保持部６が保持する補正量に基づいてローパスフィルタ４の出力値を補正する。【０００３】
ここで、慣性力センサ１は、慣性力が入力されていないときは出力をゼロ、または所定の基準値を出力し、慣性力が入力されたときにこの慣性力に応じた出力をすることが求められる。そこで、従来の慣性力センサ１は、検出素子２の製造ばらつきに起因する出力のズレや、検出回路３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６に保持した状態で出荷されていた。【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。【０００５】
しかしながら、上記、従来の慣性力センサ１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２に応力が印加されることよって、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するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８８５７８号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の慣性力センサは、検出素子と、検出素子に与えられた慣性力に対応する慣性量を出力する検出回路と、検出回路の出力側に接続された第１のローパスフィルタと、慣性量を補正する補正回路と、を備える。補正回路は、第１のローパスフィルタの出力側に接続された補正量生成部と、補正量生成部の出力側に接続された補正量保持部と、第１のローパスフィルタの出力側及び補正量保持部の出力側に接続された補正部と、を有する。補正部は、補正量保持部が保持する補正量に基づいて第１のローパスフィルタの出力値を補正する。
【０００８】
本発明の構成により、出荷時に補正値が書き込まれた後でも、出力オフセットを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における慣性力センサのブロック図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１における角速度センサ素子を示す図である。
【図３】図３は図２における角速度センサ素子の一点鎖線３−３の断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１における検出回路及び駆動回路のブロック図である。
【図５】図５は図１における補正量生成部の一構成例を示した図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態２における慣性力センサのブロック図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態３における慣性力センサのブロック図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態３における補正回路のブロック図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態３における補正回路の動作を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】図１０Ａは補正回路に入力される検出信号の検出値の時間変化を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは図９のステップＳ１の動作を説明する図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは図９のステップＳ４の動作を説明する図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態３における補正回路のブロック図である。
【図１２】図１２は従来構成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】
【００１０】
（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のブロック図である。
【００１１】
図１において、慣性力センサ８は、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の出力側に接続された第１のローパスフィルタ１１と、第１のローパスフィルタ１１の出力を補正する補正回路１２と、を備える。補正回路１２は、第１のローパスフィルタ１１の出力側に接続された補正量生成部１３と、補正量生成部１３の出力側に接続された補正量保持部１４と、第１のローパスフィルタ１１の出力側及び補正量保持部１４の出力側に接続された補正部１５と、を有する。
【００１２】
補正部１５は、補正量保持部１４が保持する補正量に基づいて第１のローパスフィルタ１１の出力値を補正する。
【００１３】
この構成により、出荷時に補正値が補正量保持部１４に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ける出力オフセットを低減することができる。
【００１４】
また、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、温度変動や筐体（図示せず）、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変動に対しても、出力オフセットを低減することができる。
【００１５】
以下、慣性力センサ８の具体的構成について、音叉型の角速度センサを例に説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施の形態１における角速度センサ素子を示す図である。図２は、検出素子９の一例である音叉型の角速度センサ素子１０１を示す。図３は図２における一点鎖線３−３線の断面図である。
【００１７】
図２及び図３に示す如く、角速度センサ素子１０１は、音叉型のシリコン基板１０２、１０３の上に下部電極１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３が形成されている。下部電極１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３それぞれの上に圧電薄膜１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９が形成されている。更に圧電薄膜１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９それぞれの上に上部電極１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５が形成されている。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。また、下部電極１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３は全て基準電位に接続されている。
【００１８】
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で、図２のＸ軸方向に振動する。角速度センサ素子１０１がＸ軸方向に振動している状態で、Ｙ軸周りの角速度が印加されるとコリオリ力が発生する。コリオリ力により、アーム１０６、１０７がＺ軸方向に撓み、圧電薄膜１１５、１１８が同じく撓むことで検出電極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。ここで、角速度センサ素子１０１のアーム１０６、１０７がＸ軸方向でそれぞれ逆方向に動くように振動している。そのため、Ｙ軸周りに角速度が印加された場合のコリオリ力は、アーム１０６、１０７でそれぞれＺ軸方向の逆の方向に撓むことになる。このため、検出電極１２１、１２４にコリオリ力に応じて発生する電荷、または検出電極１２１、１２４を回路に接続したときに流れる電流は、それぞれ逆極性となる。また、図２のモニタ電極１２６は駆動振動に同期した周波数の信号を取り出すための電極であり、このモニタ電極１２６により検出された信号を後述する検出回路での検波に用いる。
【００１９】
図４は本発明の実施の形態１における検出回路及び駆動回路のブロック図である。図４の検出回路６７は図１の検出回路１０の例である。図４に示すように、検出回路６７は、入力端子６０、６１と、センス電流電圧変換器６２、６３と、差動増幅器６４と、同期検波器６５と、検波出力端子６６とを備える。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において発生した、互いに逆極性の電流はセンス電流電圧変換器６２、６３によって電圧に変換され、差動増幅器６４で差動演算されることにより、実質的に合算される。差動増幅器６４の出力は、同期検波器６５に入力され、駆動回路５１のクロック生成器５０から出力されるクロック信号で同期検波され、検波出力端子６６から出力される。
【００２０】
駆動回路５１は図２、３に示す角速度センサ素子１０１を駆動する為の回路である。図４に示すように、駆動回路５１は、モニタ入力端子４０と、モニタ電流電圧変換器４１と、ＤＣ変換器４２と、ＡＧＣ回路４３と、バンドパスフィルタ４４と、出力増幅器４５と、反転増幅器４６と、位相器４９と、クロック生成器５０と、駆動出力端子４７、４８とを備える。モニタ入力端子４０はモニタ電極１２６に電気的に接続され、駆動振動に同期し、モニタ電極１２６に発生する電荷によるモニタ電流を駆動回路５１に入力する。モニタ電流電圧変換器４１はモニタ電流を電圧に変換する。ＤＣ変換器４２は電圧に変換されたモニタ電流（以下、モニタ信号）をＤＣ信号に変換する。ＡＧＣ回路４３はモニタ電流電圧変換器４１から入力されたモニタ信号を、ＤＣ変換器４２の出力レベルに応じた利得で増幅する。バンドパスフィルタ４４は不要な周波数成分を除去する。出力増幅器４５はバンドパスフィルタ４４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。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の所定の電極に接続される。
【００２１】
この駆動回路５１のモニタ入力端子４０及び駆動出力端子４７、４８を角速度センサ素子１０１に接続することで駆動ループが形成され、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。また、ＡＧＣ回路４３では、ＤＣ変換器４２の出力が増加すればＡＧＣ回路４３のゲインが下がり、ＤＣ変換器４２の出力が減少すればＡＧＣ回路４３のゲインが増加するような制御がされる。これによって、ＡＧＣ回路４３への入力であるモニタ信号が概略一定のレベルになるように制御がされ、結果的に駆動振動振幅が一定のレベルに保たれる。また、位相器４９はモニタ電流電圧変換器４１で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はその出力を用いて同期検波用の方形波形のクロック信号を作る。クロック生成器５０の出力を用いて前述の検出回路６７における同期検波が行われる。
【００２２】
図１の第１のローパスフィルタ１１は、検出回路１０の出力を入力し、所定のカットオフ周波数以上の周波数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。
【００２３】
図５は、図１の補正量生成部の一構成例を示した図である。補正量生成部１３ａは、ハイパスフィルタ１３ｂと、演算回路１３ｃを有している。ハイパスフィルタ１３ｂは、第１のローパスフィルタ１１の出力側に接続される。演算回路１３ｃは、第１のローパスフィルタ１１の出力側及びハイパスフィルタ１３ｂの出力側に接続され、第１のローパスフィルタ１１の出力値とハイパスフィルタ１３ｂの出力値との差分値を出力する。ここで、第１のローパスフィルタ１１のカットオフ周波数は、ハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数よりも高くする。この構成により、補正量生成部１３ａはハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数よりも低い周波数成分を、出力オフセットとして抽出することができる。
【００２４】
ここで、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、所望の角速度の周波数成分に比べて低い周波数であり、例えば０．００１Ｈｚ以下またはＤＣ成分である。例えば、慣性力センサ８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、所望の角速度の周波数成分に比べて十分に低く、ほぼＤＣ成分として現れる。
【００２５】
従来の慣性力センサ１では、出荷時に補正量保持部６に書き込まれた補正値によって補正するため、このような検出素子２や検出回路３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かった。しかし、本実施の形態における慣性力センサ８を用いることにより、出荷時に補正量保持部１４に補正値が書き込まれた後でも、出力オフセットを低減することができる。
【００２６】
例えば、所望の角速度入力が、０．００１Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数範囲にある場合、第１のローパスフィルタ１１のカットオフ周波数を２０Ｈｚ以上、ハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数を０．００１Ｈｚ以下とする。これにより、慣性力センサ８は、０．００１Ｈｚ〜２０Ｈｚの周波数範囲にある角速度を検出しつつ、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。
【００２７】
尚、補正量生成部１３を設けず、第１のローパスフィルタ１１と補正部１５の間に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直列に挿入することによりカットオフ周波数以下のオフセット成分を除去することができる。あるいは補正量生成部１３を設けず、第１のローパスフィルタ１１と補正部１５の間にＤＣ成分を除去するコンデンサを直列に設けることでも、ＤＣ付近のオフセット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ため、検出信号の遅延が発生してしまう。一方、本実施の形態のように構成することにより第１のローパスフィルタ１１と補正部１５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成分を除去することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の特徴部分について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態２における慣性力センサのブロック図である。
【００３０】
図６において、慣性力センサ１９は、第２のローパスフィルタ１３ｅを有する補正量生成部１３ｄを備えている。第２のローパスフィルタ１３ｅは第１のローパスフィルタ１１の出力側に接続され、第２のローパスフィルタ１３ｅの出力は補正量保持部１４に接続される。この際、第１のローパスフィルタ１１のカットオフ周波数は第２のローパスフィルタ１３ｅのカットオフ周波数よりも高い周波数に設定する。この構成により、第２のローパスフィルタ１３ｅのカットオフ周波数よりも低い周波数成分を、出力オフセットとして抽出することができる。
【００３１】
このように、補正量生成部１３ｄを第２のローパスフィルタ１３ｅにより構成することで、図５に示す構成における演算回路１３ｃを省略することが可能であり、回路面積及び消費電流の低減をすることができる。
【００３２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の特徴部分について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３３】
図７は、本発明の実施の形態３における慣性力センサのブロック図である。
【００３４】
図７において、慣性力センサ２０は、補正回路１２内に慣性量判断部１６を備える。慣性量判断部１６は、補正量保持部１４が保持している補正量が、慣性量であるか否かを判断し、慣性量であると判定した場合には指示信号を出力し、慣性量でないと判定した場合には指示信号を出力しない。
【００３５】
これにより補正量保持部１４は慣性量判断部１６から指示信号が入力された場合に補正量生成部１３から出力された補正量を保持し、補正量の更新を行わない。一方、補正量保持部１４は慣性量判断部１６から指示信号が入力されない場合に補正量生成部１３から出力された補正量を保持せずに、補正量の更新を行う。
【００３６】
なお、慣性量判断部１６は、慣性量でないと判定した場合に保持しないことを表す指示信号を出力してもよい。
【００３７】
この構成により補正量保持部１４が保持している補正量が慣性量であるかどうかを判断して、補正量の更新が必要な場合にのみ更新することで、誤補正のリスクを低減させることが可能である。
【００３８】
図８は本発明の実施の形態３における補正回路のブロック図である。図８は慣性量判断部１６を含んだ補正回路の一構成例である補正回路１２ａのブロック図を示す。第１のローパスフィルタ１１の出力及び演算回路１３ｃの出力が慣性量判断部１６への入力される構成となっている。この構成により、演算回路１３ｃの出力が慣性量であるか否かを判定することができ、ハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数よりも低い周波数成分を更に慣性量であるかどうかを判定することができる。その結果、ハイパスフィルタ１３ｂの周波数よりも低い周波数成分の一部も慣性量として検出可能な成分とすることが可能となる。具体的には、例えば慣性量判断部１６への入力信号が所定時間でどれだけの変動をするかによって、その入力信号の周波数成分を推定する。そして、ハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数よりも低い周波数を閾値として、その閾値よりも低い周波数成分の変動のみを慣性量として判断し、補正を行うことが可能となる。これにより、ハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数を変更することなく、検出周波数範囲の調整が可能となり、誤補正確率が低減すると共に、設計自由度が向上する。
【００３９】
また、図８の第１ローパスフィルタ１１の出力である検出信号の大きさにより検出信号が慣性量か否かを判定してもよい。すなわち、所定の範囲を有するＷＩＮＤＯＷを設定し、検出信号がこのＷＩＮＤＯＷの範囲から外れる場合には、検出信号は慣性量であると判定して補正には使用せず、ＷＩＮＤＯＷの範囲に入る検出信号のみを補正に使用するようにしてもよい。また、後述するように検出信号がＷＩＮＤＯＷから外れる期間では、補正量生成部１３ｆのデータマスク回路１８により検出信号をマスクしてハイパスフィルタ１３ｂに入力してもよい。データマスク回路１８は、第１のローパスフィルタ１１の出力とハイパスフィルタ１３ｂの入力とに接続されている。さらに、データマスク回路１８には補正量保持部１４から、後述するＷＩＮＤＯＷ１のセンター値が入力されている。また、データマスク回路１８の動作は慣性量判断部１６により制御される。
【００４０】
図９〜図１０Ｃを用いて、慣性量判断部１６の具体的動作を詳細に説明する。
【００４１】
図９は本発明の実施の形態３における補正回路の動作を示すフローチャートである。図１０Ａは補正回路に入力される検出信号の検出値の時間変化を示す図である。図１０Ｂは図９のステップＳ１の動作を説明する図である。図１０Ｃは図９のステップＳ４の動作を説明する図である。
【００４２】
図８に示すように、慣性量判断部１６には第１ローパスフィルタ１１の出力及び補正量生成部１３ｆの出力（演算回路１３ｃの出力）が入力される。慣性量判断部１６は、第１ローパスフィルタ１１の出力が慣性量か否かを判定するためのＷＩＮＤＯＷ１（第１のＷＩＮＤＯＷ）、補正量生成部１３ｆの出力が慣性量であるか否かを判定するＷＩＮＤＯＷ２（第２のＷＩＮＤＯＷ）を有し、それぞれのＷＩＮＤＯＷで判定された結果に応じて、データマスク回路１８のデータマスク処理及び補正量保持部１４の補正量の更新を制御する。
【００４３】
図１０Ａは、検出信号を所定の時間間隔でサンプリングした検出サンプル２１の検出値と補正値２２との関係を示している。検出サンプル２１の検出値は本来補正すべき出力オフセット以外に検出すべき慣性量を含んでいる。そこで、検出サンプル２１の検出値からこの慣性量を除く処理を行う。
【００４４】
図９に示すように、第１のローパスフィルタ１１から検出信号が補正回路１２ａに入力されると、まず、ＷＩＮＤＯＷ１のセンター値をステップＳ６から受け取り、ＷＩＮＤＯＷ１を生成してデータマスク処理及びデータ更新制御を行う。そして、補正量保持部１４においてデータ更新を行うか否か指示するＷＩＮＤＯＷ１フラグ（第１のＷＩＮＤＯＷフラグ）をステップＳ５へ伝達する（ステップＳ１）。このデータマスク処理及びデータ更新制御の内容については後ほど詳述する。
【００４５】
次に、ハイパスフィルタ１３ｂによりカットオフ周波数以下の検出信号の低周波域を除去する（ステップＳ２）。その後、データマスク処理された第１ローパスフィルタ１１の出力からハイパスフィルタ１３ｂの出力を演算回路１３ｃで減算して低周波を抽出する（ステップＳ３）。ステップＳ４では、ステップＳ３から低周波抽出値を受け取り、ＷＩＮＤＯＷ２を生成し、補正量保持部１４においてデータ更新を行うか否か指示するＷＩＮＤＯＷ２フラグ（第２のＷＩＮＤＯＷフラグ）を生成する。ＷＩＮＤＯＷ２フラグをステップＳ５へ伝達してデータ更新制御を行う。このデータ更新制御の内容は後ほど詳述する。
【００４６】
ステップＳ５ではステップＳ１からＷＩＮＤＯＷ１フラグを、ステップＳ４からＷＩＮＤＯＷ２フラグを受け取り、補正量保持部１４のオフセット値の更新停止を指示する更新コントロール信号（指示信号）を生成する。ステップＳ６では、ステップＳ５から更新コントロール信号を、ステップＳ３から低周波抽出値（オフセット値）を受け取り、補正量保持部１４のＢＵＦＦＥＲのオフセット値の更新を行う。最後に、補正部１５において更新されたオフセット値により第１ローパスフィルタ１１の出力からオフセットの除去が行われる（ステップＳ７）。
【００４７】
次に、ステップＳ１のデータマスク処理及びデータ更新制御について説明する。
【００４８】
ステップＳ１においては、まず、第１ローパスフィルタ１１の出力である検出信号の各検出値がＷＮＤＯＷ１の範囲内に入っているか否かを判定する。ＷＩＮＤＯＷ１の範囲から外れる期間の検出値は慣性量と見なして、データマスク回路１８において検出値データをマスクするとともに、この期間中は補正量保持部１４のデータの更新を停止するためのＷＩＮＤＯＷ１フラグを生成する。ここで、データマスク回路１８におけるデータマスク処理は検出値がＷＩＮＤＯＷ１から外れる直前の検出値に置き換えるものとする。例えば、図１０Ｂに示すように、ＷＩＮＤＯＷ１の範囲は上限閾値２３と下限閾値２４の間の範囲である。ここで、ＷＩＮＤＯＷ１のセンター値（基準レベル）はそれぞれの時点での補正値２２とする。言い換えれば、ＷＩＮＤＯＷ１の上限閾値２３は補正値２２をＷＩＮＤＯＷ幅だけ上方へシフトした値である。下限閾値２４は補正値２２をＷＩＮＤＯＷ幅だけ下方へシフトした値である。ここで、ＷＩＮＤＯＷ幅とは（上限閾値−下限閾値）／２で決まる値である。
【００４９】
例えば、図１０Ｂに示すように、検出サンプル２１ｂ、２１ｃの検出値が上限閾値２３より大きくなってＷＩＮＤＯＷ１の範囲から外れた場合には、直前の検出サンプル２１ａの検出値を検出サンプル２１ｂ、２１ｃの検出値とする。そして、検出サンプル２１ｂ、２１ｃの期間では慣性量判断部１６は補正量保持部１４のデータ更新を停止する。同様に、検出サンプル２１ｆの検出値が下限閾値２４より小さくなってＷＩＮＤＯＷ１の範囲から外れた場合には、直前の検出サンプル２１ｅの検出値を検出サンプル２１ｆの検出値とする。そして、検出サンプル２１ｆの期間では慣性量判断部１６は補正量保持部１４のデータ更新を停止する。なお、データマスク回路１８は、ＷＩＮＤＯＷ１から外れた検出サンプル２１の検出値をＷＩＮＤＯＷ１の上限閾値２３または下限閾値２４の値としてもよい。
【００５０】
次に、ステップＳ４のデータ更新制御について説明する。ステップＳ４では、ステップＳ３で生成された低周波抽出値がＷＩＮＤＯＷ２の範囲に入っているか否かを判定して、ＷＩＮＤＯＷ２の範囲から外れる期間中は補正量保持部１４のデータ更新を停止するためのＷＩＮＤＯＷ２フラグを生成する。例えば、図１０Ｃに示すように、ＷＩＮＤＯＷ２の範囲は上限閾値３３と下限閾値３４との間の範囲である。ＷＩＮＤＯＷ２の範囲から外れる低周波抽出値は慣性量によるものと判定し、ＷＩＮＤＯＷ２の範囲に入る低周波抽出値は慣性量以外によるものと判定する。
【００５１】
例えば、図１０Ｃにおいて、低周波抽出値３１がＷＩＮＤＯＷ２の範囲から外れる期間、言い換えれば、低周波抽出値３１が上限閾値３３より大きい期間３５では、慣性量判断部１６は低周波抽出値３１が慣性量によるものと判定して補正量保持部１４のデータ更新を停止する。同様に、低周波抽出値３１が下限閾値３４より小さい期間では、慣性量判断部１６は低周波抽出値３１が慣性量によるものと判定して補正量保持部１４のデータ更新を停止する。
【００５２】
このような構成の慣性量判断部１６を設けることにより、慣性力センサ２０は、低域の補正値にハイパスフィルタ１３ｂのカットオフ周波数付近の慣性量が混入するのを防止することができる。また、データマスク回路１８を備えることにより、必要以上に大きな検出信号がハイパスフィルタ１３ｂに入力されるのを抑制することが可能となりハイパスフィルタ１３ｂの収束時間を短縮することができる。
【００５３】
ここで、ＷＩＮＤＯＷ２の幅は、ＷＩＮＤＯＷ１の幅よりも小さくするのが好ましく、より好ましくは、ＷＩＮＤＯＷ１の幅の１／２程度とするのがよい。
【００５４】
また、上記説明では、慣性量判断部１６は、ＷＩＮＤＯＷ１フラグ及びＷＩＮＤＯＷ２フラグの両方に基づいて補正量保持部１４のデータ更新を停止する更新コントロール信号を生成するとしたが、慣性力センサ２０の使用環境によっては、ＷＩＮＤＯＷ１フラグ及びＷＩＮＤＯＷ２フラグのいずれか一方に基づいて更新コントロール信号を生成してもよい。
【００５５】
さらに、上記説明では、補正量生成部１３ｆは、第１のローパスフィルタ１１の出力とハイパスフィルタ１３ｂの入力に接続されたデータマスク回路１８を有するとしたが、補正量生成部１３ｆは、データマスク回路１８を有しない構成でもよい。
【００５６】
図１１は本発明の実施の形態３における補正回路のブロック図である。図１１は慣性量判断部１６を含んだ補正回路の別の構成例である補正回路１２ｂのブロック図を示す。補正回路１２ｂは、慣性量判断部１６への入力として補正トリガ入力１７を備えている。補正回路１２ｂの構成によりユーザが補正を実行したタイミングで補正量保持部１４における補正量の更新が可能となり、利便性及び機能の自由度が向上する効果がある。例えば、補正トリガ入力１７に対して、温度センサ（図示せず）や応力センサ（図示せず）の出力と連動したトリガ信号を入力することが可能である。これにより、一定以下の応力や温度条件下では補正をしない、補正量を限定するなど、誤補正を低減するシステムを組むことが可能となる。尚、出力オフセットは慣性力センサに掛かる温度や応力に密接に関係している為、温度センサや応力センサを例えば慣性力センサと同一のパッケージ内、あるいは実装基板上など慣性力センサの近傍に設けることが望ましい。これにより補正回路１２ｂでの誤補正を低減できる。尚、加速度センサや角速度センサなどの第２の慣性力センサ（図示せず）の出力に基づいて補正トリガ入力１７にトリガ信号を入力しても良い。これにより別途温度センサや応力センサなどの補正用のセンサを設けることなく、トリガ信号を生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の慣性力センサは、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において有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１，８，１９，２０    慣性力センサ
２，９    検出素子
３，１０    検出回路
４    ローパスフィルタ
１１    第１のローパスフィルタ
５，１２，１２ａ，１２ｂ    補正回路
１３，１３ａ，１３ｄ，１３ｆ    補正量生成部
１３ｂ    ハイパスフィルタ
１３ｃ    演算回路
１３ｅ    第２のローパスフィルタ
６，１４    補正量保持部
７，１５    補正部
１６    慣性量判断部
１７    補正トリガ入力
１８    データマスク回路
４０    モニタ入力端子
４１    モニタ電流電圧変換器
４２    ＤＣ変換器
４３    ＡＧＣ回路
４４    バンドパスフィルタ
４５    出力増幅器
４６    反転増幅器
４７，４８    駆動出力端子
４９    位相器
５０    クロック生成器
５１    駆動回路
６０，６１    入力端子
６２，６３    センス電流電圧変換器
６４    差動増幅器
６５    同期検波器
６６    検波出力端子
６７    検出回路
１０１    角速度センサ素子
１０２，１０３    シリコン基板
１０６，１０７    アーム
１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３    下部電極
１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９    圧電薄膜
１２０，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５    上部電極
１２０，１２２，１２３，１２５    上部電極（駆動電極）
１２１，１２４    上部電極（検出電極）
１２６    モニタ電極
【図１】
2012077314.tif 000003
【図２】
2012077314.tif 000004
【図３】
2012077314.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012077314.tif 000007
【図６】
2012077314.tif 000008
【図７】
2012077314.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012077314.tif 000011
【図１０Ａ】
2012077314.tif 000012
【図１０Ｂ】
2012077314.tif 000013
【図１０Ｃ】
2012077314.tif 000014
【図１１】
2012077314.tif 000015
【図１２】
2012077314.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月13日(2012.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタの出力を補正する補正回路と、を備え、
前記補正回路は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続され、
前記第１のローパスフィルタの出力値をマスクするデータマスク回路を有する補正量生成部と、
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のローパス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た補正部と、
指示信号を出力する慣性量判断部と、を有し、
前記補正量保持部は、前記慣性量判断部が前記指示信号を出力した場合に前記補正量を保持し、
前記補正部は、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のローパスフィルタの出力値を補正する慣性力センサ。
【請求項２】
前記補正量生成部は、前記データマスク回路の出力側に接続されたハイパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタの出力側及び前記ハイパスフィルタの出力側に接続され、
前記第１のローパス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と、
を備えた請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記補正量生成部は、前記データマスク回路の出力側に接続された第２のローパスフィルタを備え、
前記第２のローパスフィルタのカットオフ周波数は前記第１のローパスフィルタのカットオフ周波数よりも小さい請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記補正量生成部は、前記データマスク回路の出力側に接続されたハイパスフィルタと、前記データマスク回路の出力側及び前記ハイパスフィルタの出力側に接続され、前記データマスク回路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と、を備え、
前記演算回路の出力が、前記補正量保持部に接続され、
前記第１のローパスフィルタの出力、及び前記演算回路の出力が前記慣性量判断部に接続された請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項６】
前記慣性量判断部は、第１のＷＩＮＤＯＷと第２のＷＩＮＤＯＷを有し、
前記第１のローパスフィルタの出力値が前記第１のＷＩＮＤＯＷの範囲から外れる期間は、第１のＷＩＮＤＯＷフラグを生成し、
前記補正量生成部の出力値が前記第２のＷＩＮＤＯＷの範囲から外れる期間は、第２のＷＩＮＤＯＷフラグを生成し、
前記慣性量判断部は前記第１のＷＩＮＤＯＷフラグ及び前記第２のＷＩＮＤＯＷフラグの一方又は両方に基づいて前記指示信号を生成する請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項７】
前記第１のＷＩＮＤＯＷのセンター値は、前記補正部の出力値である請求項６に記載の慣性力センサ。
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月19日(2013.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
ステップＳ１においては、まず、第１ローパスフィルタ１１の出力である検出信号の各検出値がＷＩＮＤＯＷ１の範囲内に入っているか否かを判定する。ＷＩＮＤＯＷ１の範囲から外れる期間の検出値は慣性量と見なして、データマスク回路１８において検出値データをマスクするとともに、この期間中は補正量保持部１４のデータの更新を停止するためのＷＩＮＤＯＷ１フラグを生成する。ここで、データマスク回路１８におけるデータマスク処理は検出値がＷＩＮＤＯＷ１から外れる直前の検出値に置き換えるものとする。例えば、図１０Ｂに示すように、ＷＩＮＤＯＷ１の範囲は上限閾値２３と下限閾値２４の間の範囲である。ここで、ＷＩＮＤＯＷ１のセンター値（基準レベル）はそれぞれの時点での補正値２２とする。言い換えれば、ＷＩＮＤＯＷ１の上限閾値２３は補正値２２をＷＩＮＤＯＷ幅だけ上方へシフトした値である。下限閾値２４は補正値２２をＷＩＮＤＯＷ幅だけ下方へシフトした値である。ここで、ＷＩＮＤＯＷ幅とは（上限閾値−下限閾値）／２で決まる値である。
【手続補正２】
【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】
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のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタの出力を補正する補正回路と、を備え、
前記補正回路は、前記第１のローパスフィルタの出力側に接続され、前記第１のローパスフィルタの出力値をマスクするデータマスク回路を有する補正量生成部と、
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のローパス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た補正部と、
指示信号を出力する慣性量判断部と、を有し、
前記補正量保持部は、前記慣性量判断部が前記指示信号を出力した場合に補正量を保持し、
前記補正部は、前記補正量保持部が保持する前記補正量に基づいて前記第１のローパスフィルタの出力値を補正する慣性力センサ。
【国際調査報告】
2012077314.tif 000017
2012077314.tif 000018
2012077314.tif 000019
2012077314.tif 000020