(57)【要約】  モーションセンサは、加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、センス信号に基づいてモーションを検出する検出回路とを備える。検出回路は、センス信号が入力されるセンサ素子信号増幅器を有する。センサ素子信号増幅器は、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する。このモーションセンサは、小さいモーションと大きいモーションとを高精度に検出できる。
2013153802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、
前記センス信号が入力される第１のセンサ素子信号増幅器を有して、前記センス信号に基づいて前記モーションを検出する検出回路と、
を備え、
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、通常モードと、前記通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する、モーションセンサ。
【請求項２】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
前記センス信号が入力される共通端と、第１の枝端と、第２の枝端とを有し、前記共通端を前記第１の枝端と前記第２の枝端とに選択的に接続するスイッチと、
前記スイッチの前記第１の枝端に接続された第１の増幅素子と、
前記スイッチの前記第２の枝端に接続された第２の増幅素子と、
を有し、
前記第１の増幅素子は前記第２の増幅素子よりも消費電力が大きくかつノイズが小さく、前記スイッチを切り替えることで前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードと前記低ノイズモードとで選択的に動作する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項３】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
増幅素子と、
前記増幅素子にバイアス電流を供給するバイアス電流用電流源と、
を有し、
前記バイアス電流の値は切り替え可能である、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項４】
前記バイアス電流用電流源は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作しているときの前記バイアス電流の値に比べて、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記低ノイズモードで動作しているときの前記バイアス電流の値を大きくするように動作する、請求項３に記載のモーションセンサ。
【請求項５】
前記通常モードと前記低ノイズモードは前記モーションセンサの外部から切替え可能である、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項６】
前記モーションの大きさに応じて前記通常モードと前記低ノイズモードとを切替える制御部をさらに備えた、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項７】
前記センサ素子は、
振動子と、
前記振動子の振動に応じたモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記振動子が振動している間に前記センス信号を出力する検出部と、
を有し、
前記モーションセンサは、
前記モニタ信号に基づいてクロック信号を発生するクロック発生器と、
前記モニタ信号に基づいて前記振動子を駆動して振動させる出力増幅器と、
を有する駆動回路をさらに備え、
前記検出回路は、
前記第１のセンサ素子信号増幅器の出力する信号が入力される差動増幅器と、
前記クロック信号を用いて前記差動増幅器が出力する差動信号を同期検波する同期検波器と、
を有し、
前記クロック発生器は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作するときと前記低ノイズモードで動作するときとで前記クロック信号の位相を変える、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項８】
前記センサ素子は、
振動子と、
前記振動子の振動に応じたモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記振動子が振動しているときに前記センス信号を出力する検出部と、
を有し、
前記モーションセンサは、
前記モニタ信号が入力される第２のセンサ素子信号増幅器と、
前記第２のセンサ素子信号増幅器の出力に基づいてクロック信号を発生するクロック発生器と、
前記モニタ信号に基づいて前記振動子を駆動して振動させる出力増幅器と、
を有する駆動回路をさらに備え、
前記検出回路は、
前記第１のセンサ素子信号増幅器の出力する信号が入力される差動増幅器と、
前記クロック信号を用いて前記差動増幅器が出力する差動信号を同期検波する同期検波器と、
を有し、
前記第２のセンサ素子信号増幅器は、
出力する電流の値を変えられる第２のバイアス電流用電流源と、
前記モニタ信号が入力されて、前記第２のバイアス電流用電流源が出力する前記電流が供給される第２の増幅素子と、
を有し、
前記第２のセンサ素子信号増幅器は、前記通常モードと前記低ノイズモードとで切替え可能に動作する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項９】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の出力を増幅して前記差動増幅回路にフィードバックしてフィードバックループを構成する増幅回路と、
前記増幅回路に接続されて前記フィードバックループの発振を防止して時定数を有する発振補償回路と、
をさらに有し、
前記発振補償回路は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作するときと前記低ノイズモードで動作するときとで前記時定数を変える、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１０】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記検出回路は前記検出されたモーションに対応する信号を出力し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときから所定の時間にわたって前記検出回路から出力される前記信号を一定にするように動作するマスキング部を有する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１１】
前記第１の電源端子に供給された前記電圧を判定する第１の比較器と、
前記第２の電源端子に供給された前記電圧を判定する第２の比較器と、
前記第１の比較器の判定結果と前記第２の比較器の判定結果に基づいて前記切替器を制御する切替制御部と、
をさらに備えた、請求項１０に記載のモーションセンサ。
【請求項１２】
前記切替制御部は、前記第１の比較器の前記判定結果と前記第２の比較器の前記判定結果に基づいて前記マスキング部を制御する、請求項１１に記載のモーションセンサ。
【請求項１３】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記センス信号は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときに変動し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときの前記センス信号の変動を補正する補正回路を有する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１４】
請求項１に記載のモーションセンサと、
所定の第１の機能を実行する第１の機能部と、
所定の第２の機能を実行する第２の機能部と、
前記検出されたモーションに応じて前記第１の機能部と前記第２の機能部とを制御し、
前記第２の機能部を動作させているときには、前記第１のセンサ素子信号増幅回路を前記通常モードで動作させ、
前記第１の機能部を動作させているときには、前記第１のセンサ素子信号増幅回路を前記低ノイズモードで動作させる、
ように動作する制御回路と、
を備えた電子機器。
【請求項１５】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記検出回路は前記検出されたモーションに対応する信号を出力し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときから所定の時間に前記検出回路から出力される前記信号を一定にするマスキング部を有する、請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記第１の電源端子に供給された前記電圧を判定する第１の比較器と、
前記第２の電源端子に供給された前記電圧を判定する第２の比較器と、
前記第１の比較器の判定結果と前記第２の比較器の判定結果に基づいて前記切替器を制御する切替制御部と、
をさらに備えた、請求項１５に記載の電子機器。
【請求項１７】
前記切替制御部は、前記第１の比較器の前記判定結果と前記第２の比較器の前記判定結果に基づいて前記マスキング部を制御する、請求項１６に記載の電子機器。
【請求項１８】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記センス信号は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときに変動し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときの前記センス信号の変動を補正する補正回路を有する、請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１９】
加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、
前記センサ素子を振動駆動させる駆動回路と、
前記センス信号を処理して前記モーションに応じた信号を出力する検出回路と、
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切り替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧のうちのいずれか一方を選択して前記駆動回路と前記検出回路とに供給する切替器と、
を備え、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときから所定の時間にわたって前記検出回路から出力される前記信号を一定にするように動作するマスキング部を有する、モーションセンサ。
【請求項２０】
前記第１の電源端子に供給された前記電圧を判定する第１の比較器と、
前記第２の電源端子に供給された前記電圧を判定する第２の比較器と、
前記第１の比較器の判定結果と前記第２の比較器の判定結果とに基づいて前記切替器を制御する切替制御部と、
をさらに備えた、請求項１９に記載のモーションセンサ。
【請求項２１】
前記切替制御部は前記第１の比較器の前記判定結果と前記第２の比較器の前記判定結果とに基づいて前記マスキング部を制御する、請求項２０に記載のモーションセンサ。
【請求項２２】
加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、
前記センサ素子を振動駆動させる駆動回路と、
前記センス信号を処理して前記モーションを検出する検出回路と、
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧のうちのいずれか一方を選択して前記駆動回路と前記検出回路とに供給する切替器と、
を備え、
前記処理されたセンス信号は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときに変動し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときの前記処理されたセンス信号の変動を補正する補正回路を有する、モーションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小さなモーションと大きなモーションとを検出するモーションセンサと、それを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、携帯電話、携帯型ゲーム機など角速度センサ、加速度センサ等のモーションセンサを搭載した携帯できる多機能で小型の電子機器が普及している。これらの電子機器には、使用者が故意に電子機器を振ったり回したりしてモーションを加えて操作でき、かつカメラの機能を有するものがある。この電子機器がカメラとして動作するときには、モーションセンサで手振れを検知して画像を補正することができる。このモーションセンサは、電子機器の操作のための比較的大きなモーションと、手振れ等の比較的小さいモーションとを検知する。特許文献１は大きなモーションと小さいモーションとを検出するモーションセンサを開示している。【０００３】
図１６は特許文献１に開示されている、大きいモーションと小さいモーションとを検出する従来のモーションセンサ５００のブロック図である。モーションセンサ５００は、小さい加速度を検知する低レンジモーションセンサ５０１と、大きい加速度を検知する高レンジモーションセンサ５０２と、低レンジモーションセンサ５０１の出力信号Ｓ５０１と高レンジモーションセンサ５０２の出力信号Ｓ５０２とを切り替える切替器５０３と、切替器５０３の出力信号Ｓ５０３を処理する信号処理部５０４と、切替器５０３を制御する制御部５０５とを備える。制御部５０５は、通常は低レンジモーションセンサ５０１を動作させる。制御部５０５は、低レンジモーションセンサ５０１で検知された加速度が所定の閾値を超えると高レンジモーションセンサ５０２を動作させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５７７１号公報
【発明の概要】
【０００５】
モーションセンサは、加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、センス信号に基づいてモーションを検出する検出回路とを備える。検出回路は、センス信号が入力されるセンサ素子信号増幅器を有する。センサ素子信号増幅器は、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する。このモーションセンサは、小さいモーションと大きいモーションとを高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本発明の実施の形態１におけるモーションセンサのブロック図である。
【図２】図２は実施の形態１におけるモーションセンサのセンサ素子の平面図である。
【図３】図３は実施の形態１におけるモーションセンサを用いた電子機器のブロック図である。
【図４】図４は実施の形態１におけるモーションセンサのセンサ素子信号増幅器の要部の回路図である。
【図５】図５は実施の形態１におけるモーションセンサの他のセンサ素子信号増幅器の要部の回路図である。
【図６】図６は実施の形態１におけるモーションセンサのセンサ素子信号増幅器で発生するノイズを示す図である。
【図７】図７は図５に示すセンサ素子信号増幅器のバイアス電流用電流源の回路図である。
【図８】図８は図５に示すセンサ素子信号増幅器の他のバイアス電流用電流源の回路図である。
【図９】図９は実施の形態１における他のモーションセンサのブロック図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態２におけるモーションセンサのブロック図である。
【図１１】図１１は実施の形態２におけるモーションセンサを用いた電子機器のブロック図である。
【図１２】図１２は実施の形態２におけるモーションセンサの動作を示す波形図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態３におけるモーションセンサのブロック図である。
【図１４】図１４は実施の形態３におけるモーションセンサを用いた電子機器のブロック図である。
【図１５】図１５は実施の形態３におけるモーションセンサの動を示す波形図である。
【図１６】図１６は従来のモーションセンサのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモーションセンサ１００１のブロック図である。モーションセンサ１００１は、センサ素子１０と、センサ素子１０を駆動する駆動回路２０と、センサ素子１０から出力された信号を処理してセンサ素子１０に加えられたモーションを検出する検出回路４０と、駆動回路２０と検出回路４０と制御する制御部５０とを備える。実施の形態１におけるモーションセンサ１００１はセンサ素子１０に印加されたモーションである角速度を検出する角速度センサである。
【０００８】
図２はセンサ素子１０の平面図である。センサ素子１０は、音叉形状を有する振動子１１と、駆動部１２、１３と、検出部１４、１５と、モニタ部１６とを有する。駆動部１２、１３と検出部１４、１５とモニタ部１６は振動子１１上に設けられている。振動子１１は、シリコンなどの半導体基板、溶融石英やアルミナ等の非圧電材料で形成されている。振動子１１は、シリコンで形成されることにより、微細加工技術を用いて小型化することができる。駆動部１２、１３と検出部１４、１５とモニタ部１６のそれぞれは、振動子１１上に設けられた下電極と、下電極上に設けられた圧電材料と、圧電材料上に設けられた上電極とを有する。駆動部１２、１３に印加された交流電圧である駆動信号により振動子１１が駆動されて振動する。駆動信号の周波数は振動子１１の共振周波数であり、振動子１１は駆動信号により安定して共振周波数で振動する。モニタ部１６は振動子１１の振動に応じた電流であるモニタ信号Ｓ１６を出力する。振動子１１が振動しているときに振動子１１に角速度が加わると振動子１１にコリオリ力が発生し、このコリオリ力に応じて振動子１１が変形して歪が発生する。検出部１４、１５はこの歪に応じた電流であるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５を出力する（図１）。
【０００９】
図１に示すように、駆動回路２０は、センサ素子１０のモニタ部１６に接続されるモニタ入力端子２１と、駆動部１２、１３にそれぞれ接続される駆動出力端子２８、２９と、モニタ入力端子２１に接続されたセンサ素子信号増幅器２２と、直流（ＤＣ）変換器２３と、自動利得制御（ＡＧＣ）回路２４と、バンドバスフィルタ（ＢＰＦ）２５と、ＢＰＦ２５の出力を増幅する出力増幅器２６と、出力増幅器２６の出力を反転させる反転増幅器２７と、移相器３０と、位相補正器３２と、クロック発生器３１とを備える。センサ素子信号増幅器２２は電流であるモニタ信号Ｓ１６を電圧に変換して出力する。ＤＣ変換器２３はセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧の振幅に応じたＤＣ電圧を出力してＡＧＣ回路２４に出力する。ＡＧＣ回路２４は、ＤＣ変換器２３が出力するＤＣ電圧に基づく利得でセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧を増幅して出力する。ＢＰＦ２５はＡＧＣ回路２４が出力する電圧から不要な周波数成分を除去する。出力増幅器２６はＢＰＦ２５の出力を増幅して駆動信号として駆動出力端子２８を通じてセンサ素子１０の駆動部１２に出力する。反転増幅器２７は出力増幅器２６の出力を反転して駆動信号として駆動出力端子２９を通じてセンサ素子１０の駆動部１３に出力する。駆動部１２、１３に出力された駆動信号により振動子１１が振動する。このように、出力増幅器２６は、モニタ信号Ｓ１６に基づいて振動子１１を駆動して振動させる。ＡＧＣ回路２４は振動子１１が一定の振幅で振動するように、ＤＣ変換器２３が出力するＤＣ電圧に基づいてＢＰＦ２５への出力を制御する。移相器３０はセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧の位相を９０度シフトさせる。位相補正器３２は移相器３０の出力の位相を調整する。クロック発生器３１は位相補正器３２の出力を用いて方形波のクロック信号Ｓ３１を発生する。このように、クロック発生器３１はモニタ信号Ｓ１６に基づき、移相器３０の出力に応じてクロック信号Ｓ３１を発生する。
【００１０】
検出回路４０は、センサ素子１０の検出部１４、１５にそれぞれ接続される入力端子４１、４２と、出力端子４９とを有する。入力端子４１、４２には検出部１４、１５から出力されるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５がそれぞれ入力される。検出回路４０は、入力端子４１に接続された入力端４３Ａを有するセンサ素子信号増幅器４３と、入力端子４２に接続された入力端４４Ａを有するセンサ素子信号増幅器４４と、センサ素子信号増幅器４３、４４の出力端４３Ｃ、４４Ｃに接続された差動増幅器４５と、差動増幅器４５に接続された同期検波器４６と、同期検波器４６に接続されたアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４７と、Ａ／Ｄ変換器４７に接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８とを備える。センサ素子信号増幅器４３、４４の入力端４３Ｂ、４４Ｂは基準電位４０Ａに接続されている。センサ素子信号増幅器４３、４４は入力端４３Ａ、４４Ａに入力された電流であるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５を電圧に変換して出力端４３Ｃ、４４Ｃから出力する。差動増幅器４５はセンサ素子信号増幅器４３、４４の出力端４３Ｃ、４４Ｃから出力される電圧の差分である差分信号Ｓ４５を出力する。センス信号Ｓ１４、Ｓ１５のそれぞれは、センサ素子１０に加えられたモーションである角速度に応じて発生するセンス成分と、駆動信号Ｓ１２、Ｓ１３による振動子１１の振動に起因する振動成分とを含有する。センス信号Ｓ１４、Ｓ１５のセンス成分は互いに逆の位相を有し、振動成分は互いに同じ位相を有する。差動増幅器４５はセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５の振動成分を相殺して、センス成分のみを差分信号Ｓ４５として出力する。同期検波器４６は、クロック発生器３１が出力するクロック信号Ｓ３１を用いて差分信号Ｓ４５を同期検波して検波信号Ｓ４６を出力する。センス信号Ｓ１４、Ｓ１５のセンス成分は振動子１１の振動に応じたモニタ信号Ｓ１６に対して９０度だけずれた位相を有する。モニタ信号Ｓ１６から移相器３０とクロック発生器３１により生成されたクロック信号Ｓ３１は、センス成分に対して９０度だけずれた位相を有する。同期検波器４６はクロック信号Ｓ３１を用いて差分信号Ｓ４５を同期検波することにより、センス成分のみを含有する検波信号Ｓ４６が得られる。Ａ／Ｄ変換器４７は検波信号Ｓ４６をデジタル信号に変換し、ローパスフィルタ４８はそのデジタル信号から不要信号を除去して得られたモーション信号Ｓ４９を出力端子４９から出力する。
【００１１】
制御部５０は、制御端子５１に入力された制御信号Ｓ５１に基づき、検出回路４０のセンサ素子信号増幅器４３、４４を制御する。なお、制御部５０はさらにＡ／Ｄ変換器４７と、駆動回路２０の位相補正器３２も制御する。
【００１２】
駆動部１２、１３と検出部１４、１５とモニタ部１６のそれぞれは、圧電材料を介して互いに対向する上電極と下電極よりなるコンデンサを構成する。すなわち、図１に示すように、検出部１４と検出部１５とモニタ部１６はコンデンサＣ１４とコンデンサＣ１５とコンデンサＣ１６をそれぞれ構成する。
【００１３】
図３はモーションセンサ１００１を用いた電子機器１００２のブロック図である。電子機器１００２は小さいモーションを用いて第１の機能を実行する第１の機能部１００４と、大きいモーションを用いて第２の機能を実行する第２の機能部１００５と、を備える。実施の形態１における電子機器１００２は第１の機能としてのカメラ機能と、第２の機能としてのゲーム機機能及び電話機能を有する携帯電子機器である。電子機器１００２は、モーションセンサ１００１と、所定の第１の機能を実行する第１の機能部１００４と、ゲーム機機能と電話機能等の所定の第２の機能を実行する第２の機能部１００５と、モーションセンサ１００１と第１の機能部１００４と第２の機能部１００５とを制御する制御回路１００３とを備える。使用者が電子機器１００２をゲーム機や電話として用いる際には、使用者が電子機器１００２を振ったり回転させたりといったモーションを意図的に加えるとモーションセンサ１００１がそのモーションを検出して、出力端子４９からそのモーションに応じたモーション信号Ｓ４９を制御回路１００３に出力する。制御回路１００３はモーション信号Ｓ４９に応じて第２の機能部１００５を制御して第２の機能部１００５にゲーム機能や電話機能を実行させる。使用者が電子機器１００２をカメラとして用いる際には、モーションセンサ１００１は手振れによる振動であるモーションを検出し、そのモーションに応じたモーション信号Ｓ４９を出力し、制御回路１００３はモーション信号Ｓ４９に応じて、第１の機能部１００４で得られた画像を補正する電子補正方式又はカメラのレンズを補正する光学補正方式により手振れによる画像への影響をキャンセルする。制御回路１００３は第１の機能部１００４と第２の機能部１００５の何れを動作させているかを示す制御信号Ｓ５１をモーションセンサ１００１の制御端子５１に出力する。
【００１４】
図４はセンサ素子信号増幅器４３、４４として動作するセンサ素子信号増幅器２４３、２４４の要部の回路図であり、特に入力端４３Ａ、４４Ａに接続されている部分を示す。差動増幅回路２２４と増幅回路２２５はセンサ素子信号増幅回路２５３を構成し、差動増幅回路３２４と増幅回路３２５はセンサ素子信号増幅回路３５３を構成する。
【００１５】
スイッチ２５１は、入力端４３Ａ（４４Ａ）に接続された共通端２５１Ａと、枝端２５１Ｂ、２５１Ｃとを有し、共通端２５１Ａを枝端２５１Ｂ、２５１Ｃとに選択的に接続する。共通端２５１Ａには入力端４３Ａ（４４Ａ）を介してセンス信号Ｓ１４（Ｓ１５）が入力される。
【００１６】
差動増幅回路２２４は、Ｐチャネルの電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）である半導体の増幅素子２２９、２３１とＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子２３０、２３２と、バイアス電流用電流源２２７とを備える。バイアス電流用電流源２２７の一方の端２２７Ｂは電源２４０Ｃに接続されている。増幅素子２２９、２３０がバイアス電流用電流源２２７の他方の端２２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子２３１、２３２がバイアス電流用電流源２２７の端２２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子２２９のドレインが増幅素子２３０のドレインに接続されている。増幅素子２３１のドレインが増幅素子２３２のドレインに接続されている。互いに接続された増幅素子２２９、２３０を有する接続体と、互いに接続された増幅素子２３１、２３２を有する接続体とがバイアス電流用電流源２２７の端２２７Ａと基準電位４０Ｂとの間で互いに並列に接続されている。スイッチ２５１の枝端２５１Ｂは増幅素子２２９のゲートに接続されている。入力端４３Ｂは増幅素子２３１のゲートに接続されている。増幅素子２３０のゲートと増幅素子２３２のゲートはともに増幅素子２２９、２３０のドレインに接続されている。増幅素子２３１、２３２のドレインが増幅回路２２５に接続されている。増幅回路２２５は、電流源２３３と基準電位４０Ｂとの間に接続されたＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子２３４を備える。増幅素子２３１、２３２のドレインが増幅素子２３４のゲートと接続されている。増幅素子２３４のドレインは出力端２１８に接続されている。出力端２１８はスイッチ２５２の枝端２５２Ｂに接続されている。増幅素子２３４のドレインと増幅素子２２９のゲートとの間にはＩＶ変換インピーダンス素子２３７Ａが接続されている。ＩＶ変換インピーダンス素子２３７Ａは、増幅素子２２９のゲートと増幅素子２３４のドレインとの間に直列に接続された抵抗と、その抵抗と並列に接続されたコンデンサよりなり、インピーダンスを有する。ＩＶ変換インピーダンス素子２３７Ａは、互いに並列に接続された抵抗とコンデンサではなく、インピーダンスを構成する他の部品で構成されていてもよい。増幅素子２３４のドレインはＩＶ変換インピーダンス素子２３７Ａを介して増幅素子２２９のゲートに接続されてフィードバックループを構成している。増幅素子２３４のドレインとゲートとの間には時定数を有する発振補償回路２３７が接続されている。バイアス電流用電流源２２７は増幅素子２２９、２３１のソースにバイアス電流Ｉ２２９、Ｉ２３１をそれぞれ供給する。
【００１７】
発振補償回路２３７は抵抗とコンデンサとを備え、時定数を有する。発振補償回路２３７は増幅素子２３４のドレインとゲートとの間に直列に接続されている。
【００１８】
差動増幅回路３２４は、ＰチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子３２９、３３１とＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子３３０、３３２と、バイアス電流用電流源３２７とを備える。バイアス電流用電流源３２７の一方の端３２７Ｂは電源３４０Ｃに接続されている。増幅素子３２９、３３０がバイアス電流用電流源３２７の他方の端３２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子３３１、３３２がバイアス電流用電流源３２７の端３２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子３２９のドレインが増幅素子３３０のドレインに接続されている。増幅素子３３１のドレインが増幅素子３３２のドレインに接続されている。互いに接続された増幅素子３２９、３３０を有する接続体と、互いに接続された増幅素子３３１、３３２を有する接続体とがバイアス電流用電流源３２７の端３２７Ａと基準電位４０Ｂとの間で互いに並列に接続されている。スイッチ２５１の枝端２５１Ｃは増幅素子３２９のゲートに接続されている。入力端４３Ｂは増幅素子３３１のゲートにも接続されている。増幅素子３３０のゲートと増幅素子３３２のゲートはともに増幅素子３２９、３３０のドレインに接続されている。増幅素子３３１、３３２のドレインが増幅回路３２５に接続されている。増幅回路３２５は、電流源３３３と基準電位４０Ｂとの間に接続されたＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子３３４を備える。増幅素子３３１、３３２のドレインが増幅素子３３４のゲートと接続されている。増幅素子３３４のドレインは出力端３１８に接続されている。出力端３１８はスイッチ２５２の枝端２５２Ｃに接続されている。増幅素子３３４のドレインと増幅素子３２９のゲートとの間にはＩＶ変換インピーダンス素子３３７Ａが接続されている。ＩＶ変換インピーダンス素子３３７Ａは、増幅素子３２９のゲートと増幅素子３３４のドレインとの間に直列に接続された抵抗と、その抵抗と並列に接続されたコンデンサよりなり、インピーダンスを有する。ＩＶ変換インピーダンス素子３３７Ａは、互いに並列に接続された抵抗とコンデンサではなく、インピーダンスを構成する他の部品で構成されていてもよい。増幅素子３３４のドレインはＩＶ変換インピーダンス素子３３７Ａを介して増幅素子３２９のゲートに接続されてフィードバックループを構成している。増幅素子３３４のドレインとゲートとの間には時定数を有する発振補償回路３３７が接続されている。バイアス電流用電流源３２７は増幅素子３２９、３３１のソースにバイアス電流Ｉ３２９、Ｉ３３１をそれぞれ供給する。
【００１９】
発振補償回路３３７は抵抗とコンデンサとを備え、時定数を有する。発振補償回路３３７は増幅素子３３４のドレインとゲートとの間に直列に接続されている。
【００２０】
バイアス電流用電流源２２７が供給する電流はバイアス電流用電流源３２７よりも大きい。したがって、センサ素子信号増幅回路２５３の増幅素子２２９に供給されるバイアス電流Ｉ２２９の値はセンサ素子信号増幅回路３５３の増幅素子３２９に供給されるバイアス電流Ｉ３２９の値より大きい。増幅素子２２９、３２９は主に、周波数に反比例するフリッカノイズと、周波数に依存しない熱雑音とを発生する。バイアス電流Ｉ２２９の値がバイアス電流Ｉ３２９の値より大きいと、増幅素子３２９で発生する熱雑音は増幅素子２２９で発生する熱雑音より大きくなる。フリッカノイズはバイアス電流には大きく依存しない。したがって、増幅素子２２９の発生するノイズは増幅素子３２９より小さく、増幅素子２２９の消費電力は増幅素子３２９より大きい。センサ素子信号増幅回路２５３、３５３が安定に動作するように、発振補償回路２３７、３３７の時定数はバイアス電流用電流源２２７、３２７の電流に対してそれぞれ最適に設定されている。
【００２１】
スイッチ２５１は、入力端４３Ａ（４４Ａ）に接続された共通端２５１Ａと、枝端２５１Ｂ、２５１Ｃとを有し、共通端２５１Ａを枝端２５１Ｂ、２５１Ｃとに選択的に接続する。枝端２５１Ｂ、２５１Ｃは増幅素子２２９、３２９にそれぞれ接続されている。スイッチ２５１は入力端４３Ａ（４４Ａ）から入力された信号を増幅素子２２９、３２９へ選択的に出力する。
【００２２】
スイッチ２５２は、出力端４３Ｃ（４４Ｃ）に接続された共通端２５２Ａと、枝端２５２Ｂ、２５２Ｃとを有し、共通端２５２Ａを枝端２５２Ｂ、２５２Ｃとに選択的に接続する。枝端２５２Ｂ、２５２Ｃは出力端２１８、３１８にそれぞれ接続されている。スイッチ２５２は出力端２１８、３１８から出力された信号を共通端２５２Ａへ選択的に出力する。
【００２３】
以下に、図１に示すセンサ素子信号増幅器４４（４３）として図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３（２４４）を備えたモーションセンサ１００１の動作について図１から図４を参照して説明する。
【００２４】
電子機器１００２の制御回路１００３が第２の機能部１００５を動作させていることを制御信号Ｓ５１が示しているときには、制御部５０はスイッチ２５１の共通端２５１Ａを枝端２５１Ｃに選択的に接続して、共通端２５１Ａを枝端２５１Ｂから離す。同時に制御部５０はスイッチ２５２の共通端２５２Ａを枝端２５２Ｃに選択的に接続して、共通端２５２Ａを枝端２５２Ｂから離す。これにより、入力端４３Ａ（４４Ａ）から入力されたセンス信号Ｓ１４（Ｓ１５）はセンサ素子信号増幅回路３５３の差動増幅回路３２４の増幅素子３２９に入力される。センス信号Ｓ１４は差動増幅回路３２４と増幅回路３２５で増幅されて出力端３１８から出力され、スイッチ２５２の枝端２５２Ｃに入力され、共通端２５２Ａから出力される。スイッチ２５２の共通端２５２Ａから出力された信号はオペアンプ等の増幅回路を経て電圧として出力端４３Ｃ（４４Ｃ）から出力される。このとき、制御部５０はセンサ素子信号増幅回路３５３の電源３４０Ｃをオンにして、センサ素子信号増幅回路２５３の電源２４０Ｃをオフにしても良い。これにより、センサ素子信号増幅器２４３、２４４の消費電力を低減することができる。モーションセンサ１００１は、使用者が意図的に加えた大きい振幅を有するモーションを検出する。
【００２５】
制御回路１００３が第１の機能部１００４を動作させていることを制御信号Ｓ５１が示しているときには、制御部５０はスイッチ２５１の共通端２５１Ａを枝端２５１Ｂに選択的に接続して、共通端２５１Ａを枝端２５１Ｃから離す。同時に制御部５０はスイッチ２５２の共通端２５２Ａを枝端２５２Ｂに選択的に接続して、共通端２５２Ａを枝端２５２Ｃから離す。これにより、入力端４３Ａ（４４Ａ）から入力されたセンス信号Ｓ１４（Ｓ１５）はセンサ素子信号増幅回路２５３の差動増幅回路２２４の増幅素子２２９に入力される。センス信号Ｓ１４は差動増幅回路２２４と増幅回路２２５で増幅されて出力端２１８から出力され、スイッチ２５２の枝端２５２Ｂに入力され、共通端２５２Ａから出力される。スイッチ２５２の共通端２５２Ａから出力された信号はオペアンプ等の増幅回路を経て電圧として出力端４３Ｃ（４４Ｃ）から出力される。このとき、制御部５０はセンサ素子信号増幅回路２５３の電源２４０Ｃをオンにして、センサ素子信号増幅回路３５３の電源３４０Ｃをオフにしても良い。これにより、センサ素子信号増幅器２４３、２４４の消費電力を低減することができる。モーションセンサ１００１は、使用者の手振れによる小さい振幅を有するモーションを検出する。
【００２６】
上述のように、増幅素子２２９の発生するノイズは増幅素子３２９より小さく、増幅素子２２９の消費電力は増幅素子３２９より大きい。したがって、モーションセンサ１００１は手振れによる小さいモーションを高精度に検出することができる。また、大きいモーションを検出している場合には、差動増幅回路３２４で発生するノイズは大きいが、大きいモーションの検出への影響は小さい。しかもバイアス電流Ｉ３２９は小さいので、小さい消費電流でモーションセンサ１００１が動作している。図１６に示す従来のモーションセンサ５００では低レンジモーションセンサ５０１と高レンジモーションセンサ５０２の２つのセンサ素子を用いており、小型で安価にすることが困難である。しかし、実施の形態１におけるモーションセンサ１００１では、検出するモーションの大きさに応じてスイッチ２５１、２５２を上記のように変えることで、１つのセンサ素子１０を用いて小さいモーションの高精度の検出と、大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。
【００２７】
また、電流源２３３の電流の値を電流源３３３の電流の値より大きくしてもよい。これにより、増幅素子２３４で発生するノイズは増幅素子２３４で発生するノイズよりさらに小さくなり、かつ増幅素子２３４での消費電力は増幅素子３３４での消費電力より大きくなる。したがって、小さいモーションの高精度の検出と、大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。
【００２８】
また、ＩＶ変換インピーダンス素子３３７Ａのインピーダンスの大きさをＩＶ変換インピーダンス素子２３７Ａよりも大きくしてもよい。これにより、通常モードモードで動作するセンサ素子信号増幅回路３５３のＩＶ変換インピーダンス素子３３７ＡでのＳ／Ｎ比に比べて、低モードモードで動作するセンサ素子信号増幅回路２５３のＩＶ変換インピーダンス素子２３７ＡでのＳ／Ｎ比を大きくすることができ、モーションセンサ１００１は小さいモーションを高精度に検出することができる。
【００２９】
以上述べたように、センサ素子信号増幅器２４３（２４４）は、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する。増幅素子２２９は増幅素子３２９よりも消費電力が大きくかつノイズが小さい。スイッチ２５１の共通端２５１Ａを枝端２５１Ｂに接続しかつ枝端２５１Ｃから離すことでセンサ素子信号増幅器２４３、２４４が通常モードで動作する。すなわち、スイッチ２５１を切り替えることでセンサ素子信号増幅器２４３、２４４が通常モードと低ノイズモードとで選択的に動作する。また、スイッチ２５１の共通端２５１Ａを枝端２５１Ｃに接続しかつ枝端２５１Ｂから離すことでセンサ素子信号増幅器２４３、２４４が低ノイズモードで動作する。通常モードと低ノイズモードはモーションセンサ１００１の外部から切替え可能である。このとき、制御部５０は、図１に示す位相補正器３２とＡ／Ｄ変換器４７のオフセットとゲインを同様に制御する。これにより、モーションの大きさに関わらず高精度にモーションを検出することができる。
【００３０】
なお、モニタ信号Ｓ１６が入力されるセンサ素子信号増幅器２２は図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３、２４４と同じ回路で構成されていても良い。
【００３１】
図５は実施の形態１におけるモーションセンサ１００１のセンサ素子信号増幅器４３、４４として動作する他のセンサ素子信号増幅器１４３、１４４の要部の回路図であり、特に入力端４３Ａ、４４Ａに接続されている部分を示す。図５において、図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３、２４４と同じ部分には同じ参照番号を付す。センサ素子信号増幅器１４３、１４４は、センサ素子信号増幅器２４３、２４４が備える差動増幅回路２２４、３２４と増幅回路２２５、３２５の代わりに、差動増幅回路１２４と増幅回路１２５とを備えており、スイッチ２５１、２５２を備えていない。センサ素子信号増幅器１４３、１４４は、入力端４３Ａ、４３Ｂ間の電圧の差分を増幅する差動増幅回路１２４と、差動増幅回路１２４の出力を増幅する増幅回路１２５とを備える。差動増幅回路１２４は、Ｐチャネルの電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）である半導体の増幅素子１２９、１３１とＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子１３０、１３２と、バイアス電流用電流源１２７とを備える。バイアス電流用電流源１２７の一方の端１２７Ｂは電源４０Ｃに接続されている。増幅素子１２９、１３０がバイアス電流用電流源１２７の他方の端１２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子１３１、１３２がバイアス電流用電流源１２７の端１２７Ａと基準電位４０Ｂとの間に直列に直接接続されている。増幅素子１２９のドレインが増幅素子１３０のドレインに接続されている。増幅素子１３１のドレインが増幅素子１３２のドレインに接続されている。互いに接続された増幅素子１２９、１３０を有する接続体と、互いに接続された増幅素子１３１、１３２を有する接続体とがバイアス電流用電流源１２７の端１２７Ａと基準電位４０Ｂとの間で互いに並列に接続されている。入力端４３Ａは増幅素子１２９のゲートに接続されている。入力端４３Ｂは増幅素子１３１のゲートに接続されている。増幅素子１３０のゲートと増幅素子１３２のゲートはともに増幅素子１２９、１３０のドレインに接続されている。増幅素子１３１、１３２のドレインが増幅回路１２５に接続されている。増幅回路１２５は、電流源１３３と基準電位４０Ｂとの間に接続されたＮチャネルのＦＥＴである半導体の増幅素子１３４を備える。増幅素子１３１、１３２のドレインが増幅素子１３４のゲートと接続されている。増幅素子１３４のドレインは出力端１１８に接続されている。増幅回路１２５の出力端１１８から出力された信号はオペアンプ等の増幅回路を経て電圧として出力端４３Ｃ（４４Ｃ）から出力される。増幅素子１３４のドレインと増幅素子１２９のゲートとの間にはＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａが接続されている。実施の形態１では、ＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａは、増幅素子１２９のゲートと増幅素子１３４のドレインとの間に直列に接続された抵抗１３７Ｂと、抵抗１３７Ｂと並列に接続されたコンデンサ１３７Ｃよりなり、インピーダンスを有する。ＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａは、互いに並列に接続された抵抗１３７Ｂとコンデンサ１３７Ｃではなく、インピーダンスを構成する他の部品で構成されていてもよい。増幅素子１３４のドレインはＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａを介して増幅素子１２９のゲートに接続されてフィードバックループを構成している。増幅素子１３４のドレインとゲートとの間には時定数を有する発振補償回路１３７が接続されている。バイアス電流用電流源１２７は増幅素子１２９、１３１のソースにバイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１をそれぞれ供給する。バイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１の値は切替え可能である。制御部５０によりバイアス電流用電流源１２７は出力する電流の値を変えることができる。その電流の値により、センサ素子信号増幅器１４３、１４４は、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する。
【００３２】
発振補償回路１３７は抵抗１３８、１４１とコンデンサ１３９、１４２とスイッチ１４０とを備える。抵抗１３８とコンデンサ１３９とスイッチ１４０は増幅素子１３４のソースとゲートとの間に直列に接続されている。抵抗１４１とコンデンサ１４２は増幅素子１３４のソースとゲートとの間に直列に接続されている。制御部５０がスイッチ１４０を切り替えることで発振補償回路１３７の時定数を変えることができる。
【００３３】
以下に、図１に示すセンサ素子信号増幅器４４（４３）として図５に示すセンサ素子信号増幅器１４３（１４４）を備えた電子機器１００２でのモーションセンサ１００１の動作について図１から図３と図５を参照して説明する。電子機器１００２の制御回路１００３は制御信号Ｓ５１をモーションセンサ１００１の制御端子５１を介して制御部５０に出力する。制御部５０は制御信号Ｓ５１に応じて駆動回路２０と検出回路４０とを制御する。
【００３４】
制御回路１００３が第２の機能部１００５を動作させていることを制御信号Ｓ５１が示しているときには、制御部５０は差動増幅回路１２４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を所定の値Ｉ１に設定し、発振補償回路１３７のスイッチ１４０をオンする。モーションセンサ１００１は、使用者が意図的に加えた大きい振幅を有するモーションを検出する。
【００３５】
制御回路１００３が第１の機能部１００４を動作させていることを制御信号Ｓ５１が示しているときには、制御部５０は差動増幅回路１２４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を上記の所定の値Ｉ１より大きい所定の値Ｉ２に設定し、発振補償回路１３７のスイッチ１４０をオフする。モーションセンサ１００１は手振れによる振動である小さい振幅を有するモーションを検出する。また、制御部５０はモーションの大きさに応じて発振補償回路１３７のスイッチ１４０を切替えて発振補償回路１３７の時定数を変える。
【００３６】
図３に示す電子機器１００２において、第１の機能部１００４が動作している際の手振れによりモーションセンサ１００１に加えられるモーションは、第２の機能部１００５が動作する際の使用者の意図的なモーションよりもかなり小さい振幅を有する。第１の機能部１００４は検出した手振れに基づき、画像のデータを補正する、または第１の機能部１００４の撮像素子に画像を結ぶレンズや撮像素子自体を機械的に補正して、手振れによる画像のブレを無くす。これらの補正を正確に行うためには、モーションセンサ１００１は手振れに起因する小さい振幅を有するモーションを高精度に検出する必要がある。センサ素子１０の検出部１４、１５から出力されるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５は非常に微弱である。検出回路４０で発生するノイズによりセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５に基づいて高精度に小さい振幅のモーションを検出することが困難となる場合がある。検出回路４０において検出の精度に対して、微弱なセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５が入力されるセンサ素子信号増幅器１４３、１４４で発生するノイズが大きく影響する。
【００３７】
図６はセンサ素子信号増幅器１４３、１４４で発生するノイズを示す。図６において、横軸は周波数を対数目盛で示し、縦軸はノイズのパワーを対数目盛で示す。バイアス電流用電流源１２７の電流の値が値Ｉ１である場合には、差動増幅回路１２４は主に、周波数に反比例するフリッカノイズＮＦと、周波数に依存しない熱雑音ＮＴ１とを発生する。バイアス電流用電流源１２７の電流の値が値Ｉ１より大きい値Ｉ２である場合には、差動増幅回路１２４はフリッカノイズＮＦと、周波数に依存しない熱雑音ＮＴ２とを発生する。双方の場合ともフリッカノイズＮＦのパワーは変わらないが、熱雑音ＮＴ２は熱雑音ＮＴ１より小さい。すなわち、モーションセンサ１００１において、手振れの小さいモーションを検出している場合に差動増幅回路１２４で発生するノイズは、大きなモーションを検出している場合に差動増幅回路１２４で発生するノイズより小さい。したがって、モーションセンサ１００１は手振れによる小さいモーションを高精度に検出することができる。また、大きいモーションを検出している場合には、差動増幅回路１２４で発生するノイズは大きいが、大きいモーションの検出には影響しない。しかも電流の値Ｉ１は小さいので、小さい消費電流でモーションセンサ１００１が動作している。このように、モーションセンサ１００１では、検出するモーションの大きさに応じてバイアス電流用電流源１２７の電流の値を上記のように変えることで、低ノイズモードでの小さいモーションの高精度の検出と、通常モードでの大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。このように、バイアス電流用電流源１２７は、センサ素子信号増幅器１４３、１４４が通常モードで動作しているときのバイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１の値に比べて、センサ素子信号増幅器１４３、１４４が通常モードで動作しているときのバイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１の値を大きくするように動作する。通常モードと低ノイズモードはモーションセンサ１００１の外部から切替え可能である。
【００３８】
さらに、制御部５０が発振補償回路１３７の時定数をモーションの大きさに応じて変えることで、バイアス電流用電流源１２７の電流の値に最適な時定数にすることができ、安定にセンサ素子信号増幅器１４３、１４４を動作させることができる。
【００３９】
図７はバイアス電流用電流源１２７の回路図である。バイアス電流用電流源１２７は、ＰチャネルのＦＥＴ１５１、１５２と可変電流源１５３とを備える。ＦＥＴ１５１のゲートとＦＥＴ１５２のゲートはＦＥＴ１５１のドレインに接続され、ＦＥＴ１５１、１５２のソースが電源４０Ｃに接続されてカレントミラーを構成している。ＦＥＴ１５１のドレインは可変電流源１５３に接続されている。ＦＥＴ１５２のドレインが端１２７Ａとなっている。可変電流源１５３は制御部５０により制御されて、出力する電流の値を変える。制御部５０が可変電流源１５３の電流の値を変えることで、バイアス電流用電流源１２７の端１２７Ａから流れる電流の値を変えることができる。
【００４０】
図８はバイアス電流用電流源１２７として動作する他のバイアス電流用電流源１６０の回路図である。バイアス電流用電流源１６０は、ＰチャネルのＦＥＴ１６１、１６２、１６４と定電流源１６３とスイッチ１６５とを備える。ＦＥＴ１６１、１６２、１６４のゲートはＦＥＴ１６１のドレインに接続され、ＦＥＴ１６１、１６２、１６４のソースは電源４０Ｃに接続されてカレントミラーを構成している。定電流源１６３はＦＥＴ１６１のドレインに接続されている。ＦＥＴ１６２のドレインが端１２７Ａとなっている。スイッチ１６５はＦＥＴ１６２のドレインとＦＥＴ１６４のドレインとの間に接続されている。制御部５０はスイッチ１６５を制御してＦＥＴ１６２のドレインとＦＥＴ１６４のドレインとの間を断続することにより、カレントミラーのミラー比を変えることができる。すなわち、制御部５０がスイッチ１６５をオフしてＦＥＴ１６２のドレインをＦＥＴ１６４のドレインから切ると、ＦＥＴ１６２のドレインから定電流源１６３の電流と同じ値の電流が流れる。制御部５０がスイッチ１６５をオンしてＦＥＴ１６２のドレインをＦＥＴ１６４のドレインに接続すると、ＦＥＴ１６２のドレインから定電流源１６３の電流の２倍の値の電流が流れる。このように、制御部５０がスイッチ１６５をオン、オフすることで、バイアス電流用電流源１６０の端１２７Ａから流れる電流の値を変えることができる。
【００４１】
次に、図１に示す位相補正器３２の動作を説明する。モニタ部１６から出力されたモニタ信号Ｓ１６はセンサ素子信号増幅器２２に入力される。センサ素子信号増幅器２２は、図５に示すセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７が定電流源で置き換えられた回路で構成することができる。位相補正器３２は移相器３０の出力の位相をシフトさせる。制御部５０がモーションの大きさに応じてバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変えると、センサ素子信号増幅器１４３、１４４の出力の位相が変わる。制御部５０は制御信号Ｓ５１に基づき、モーションの大きさに応じて、すなわちバイアス電流用電流源１２７の電流の値に応じて位相補正器３２が位相をシフトさせる量を調整する。このように、クロック発生器３１は、センサ素子信号増幅器１４３、１４４が通常モードで動作するときと低ノイズモードで動作するときとでクロック信号Ｓ３１の位相を変える。クロック発生器３１が出力するクロック信号Ｓ３１の位相を調整することで、同期検波器４６で高精度にセンス成分のみを含有する検波信号Ｓ４６が得られる。
【００４２】
また、制御部５０はモーションの大きさに応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変えるとともに、Ａ／Ｄ変換器４７のオフセットとゲインを変えてもよい。これにより、センサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値に関わらず、高精度にモーションを検出することができる。
【００４３】
また、制御部５０はモーションの大きさに応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４の電流源１３３の電流の値を変えてもよい。増幅素子１３４は増幅素子１２９〜１３２ほどではないが、センサ素子信号増幅器１４３、１４４で発生するノイズに影響する。この場合、増幅素子１２９〜１３２と同様に、制御部５０は通常モードで電流源１３３の電流を所定の値に設定し、低ノイズモードで電流源１３３の電流の値を上記所定の値より大きい値に設定する。これにより、低モードモードでは通常モードより増幅素子１３４で発生するノイズは小さくなり、かつ増幅素子１３４での消費電力は大きくなる。したがって小さいモーションの高精度の検出と、大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。
【００４４】
また、制御部５０はモーションの大きさに応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａのインピーダンスの大きさを変えてもよい。この場合、制御部５０は通常モードでＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａのインピーダンスの大きさを所定の値に設定し、低ノイズモードでそのインピーダンスの大きさを上記所定の値より大きい値に設定する。これにより、低モードモードでは通常モードよりＩＶ変換インピーダンス素子１３７Ａでの信号のノイズに対する比である信号／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比を大きくすることができ、モーションセンサ１００１は小さいモーションを高精度に検出することができる。
【００４５】
なお、モニタ信号Ｓ１６が入力されるセンサ素子信号増幅器２２はバイアス電流用電流源１２７を備えた図５に示すセンサ素子信号増幅器１４３、１４４と同じ回路で構成されていても良い。制御部５０がモーションの大きさに応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変えるとともに、センサ素子信号増幅器２２のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変えても良い。
【００４６】
図２に示すセンサ素子１０では、モニタ部１６の面積は検出部１４、１５よりも小さい。したがって、モニタ部１６が構成するコンデンサＣ１６の容量は検出部１４、１５が構成するコンデンサＣ１４、Ｃ１５よりも小さい。ただし、上部電極の面積や圧電材料の厚みを調整することによりコンデンサＣ１６の容量をコンデンサＣ１４、Ｃ１５と同じにすることができる。この場合に、制御部５０がセンサ素子信号増幅器２２のバイアス電流用電流源１２７の電流の値をセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値と同様に変えることで、位相補正器３２を無くすことができる。すなわち、この場合には制御部５０はセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流を変えても、同期検波器４６に供給されるクロック信号Ｓ３１の位相を調整する必要は無い。
【００４７】
図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３（２４４）は２つの差動増幅回路２２４、３２４と２つの増幅回路２２５、３２５を備える。それに対して、図５に示すセンサ素子信号増幅器１４３（１４４）は１つの差動増幅回路１２４と１つの増幅回路１２５とを備えるに過ぎないので、図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３（２４４）よりも回路規模を小さくすることができ、したがってモーションセンサ１００１を小型化することができる。
【００４８】
図９は実施の形態１における他のモーションセンサ１０１０のブロック図である。図９において、図１から図８に示すモーションセンサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９に示すモーションセンサ１０１０は制御部５０の代りに制御部６０を備える。制御部６０は制御信号Ｓ５１が入力される制御端子５１を有していない。
【００４９】
図１に示すセンサ素子信号増幅器４３、４４が図４に示すセンサ素子信号増幅器２４３、２４４である場合には、図１に示すモーションセンサ１００１の制御部５０は、図３に示す電子機器１００２の制御回路１００３から送られた制御信号Ｓ５１に応じてスイッチ２５２、２５３を切替えてもよい。センサ素子信号増幅器２２は、センサ素子信号増幅器２４３、２４４と同様に、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する、図９に示すモーションセンサ１０１０の制御部６０は、検出されたモーションの大きさに応じてスイッチ２５２、２５３を切替える。これにより、外部からの制御信号無しでモーションセンサ１０１０はモーションの大きさに対して最適な状態で動作する。
【００５０】
図１に示すセンサ素子信号増幅器４３、４４が図５に示すセンサ素子信号増幅器１４３、１４４である場合には、図１に示すモーションセンサ１００１の制御部５０は、図３に示す電子機器１００２の制御回路１００３から送られた制御信号Ｓ５１に応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変え、さらにはセンサ素子信号増幅器２２のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変えてもよい。センサ素子信号増幅器２２は、センサ素子信号増幅器１４３、１４４と同様に、通常モードと、通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する、図９に示すモーションセンサ１０１０の制御部６０は、検出されたモーションの大きさに応じてセンサ素子信号増幅器１４３、１４４のバイアス電流用電流源１２７の電流の値やセンサ素子信号増幅器２２のバイアス電流用電流源１２７の電流の値を変える。これにより、外部からの制御信号無しでモーションセンサ１０１０はモーションの大きさに対して最適な状態で動作する。
【００５１】
さらに、図１に示すモーションセンサ１００１の制御部５０は、制御信号Ｓ５１に加えて、図９に示す制御部６０と同様に、検出したモーションの大きさに応じてバイアス電流用電流源１２７の電流の大きさを変えてもよい。これにより、図３に示す電子機器１００２において制御回路１００３は第２の機能部１００５を動作させるときでも、小さいモーションに応じてでも高精度に第２の機能部１００５を動作させることができる。
【００５２】
なお、実施の形態１において、第１の機能部１００４は所定の第１の機能としてカメラとして機能し、モーションセンサ１００１、１０１０は手振れによる小さいモーションを検知する。第１の機能部１００４は所定の第１の機能は、小さいモーションで制御するゲーム機能等他の機能であってもよい。
【００５３】
実施の形態１におけるモーションセンサ１００１、１０１０は角速度を検出するセンサ素子１０を備えて角速度を検出する。実施の形態１におけるモーションセンサ１００１、１０１０は加速度や速度等の角速度以外のモーションを検出してもよい。
【００５４】
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２におけるモーションセンサ２００１のブロック図である。図１０において、図１に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００５５】
モーションセンサ２００１は、図１に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１００１の検出回路４０の代りに、センサ素子１０から出力された信号を処理してセンサ素子１０に加えられたモーションを検出する検出回路２０４０を備える。実施の形態２におけるモーションセンサ２００１は、実施の形態１におけるモーションセンサ１００１と同様に、センサ素子１０に印加されたモーションである角速度を検出するモーションセンサである。
【００５６】
検出回路２０４０は、図１に示す実施の形態１における検出回路４０において、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４７に接続されたマスキング部４７ａをさらに備える。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８はマスキング部４７ａに接続され、マスキング部４７ａを介してＡ／Ｄ変換器４７に接続されている。マスキング部４７ａには制御信号Ｓ７０５ａが入力され、マスキング部４７ａは制御信号Ｓ７０５ａに応じてそのデジタル信号をマスキングして出力する。ローパスフィルタ４８はマスキング部４７ａから出力されたデジタル信号から不要信号を除去して得られたモーション信号Ｓ４９を出力端子４９から出力する。
【００５７】
図１１はモーションセンサ２００１を用いた電子機器２００２のブロック図である。図１１において、図３に示す実施の形態１における電子機器１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２における電子機器２００２は、図３に示す実施の形態１における電子機器１００２の制御回路１００３とモーションセンサ１００１の代りに制御回路２００３と図１０に示すモーションセンサ２００１とを備える。また、電子機器２００２は、第１の機能部１００４に設けられて第１の機能部１００４に電力を供給して第１の機能部１００４を動作させる第１の外部電源１００４ａと、第２の機能部１００５に設けられて第２の機能部１００５に電力を供給して第２の機能部１００５を動作させる第２の外部電源１００５ａとをさらに備える。外部電源１００４ａ、１００５ａは電圧Ｅ４、Ｅ５を機能部１００４、１００５にそれぞれ供給する。制御回路２００３は、図３に示す実施の形態１における制御回路１００３の動作に加えて、第１の機能部１００４を動作させているときには第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４を電圧Ｖ４に設定して第２の外部電源１００５ａの電圧をゼロにする。また、制御回路２００３は、第２の機能部１００５を動作させているときには第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５を電圧Ｖ５に設定して第１の外部電源１００４ａの電圧をゼロにする。これにより、電子機器２００２全体の消費電力を低減することができる。実施の形態２では電圧Ｖ４、Ｖ５はそれぞれ２．４（Ｖ）、３．６（Ｖ）である。
【００５８】
図１０と図１１に示すように、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１は、第１の外部電源１００４ａに接続されるように構成された第１の電源端子７０１と、第２の外部電源１００５ａに接続されるように構成された第２の電源端子７０２と、切替器７０３と、第１の比較器７０４と、第２の比較器７０６と、切替制御部７０５と、ローパスフィルタ７０７と、低損失（ＬＤＯ）レギュレータ７０７ａとをさらに備える。実施の形態２における電子機器２００２では、機能部１００４、１００５にそれぞれ電力を供給する外部電源１００４ａ、１００５ａからモーションセンサ１００１に電力を供給する。切替器７０３は第１の電源端子７０１から入力された第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４（電圧Ｖ４）と第２の電源端子７０２から入力される外部電源１００５ａの電圧Ｅ５（Ｖ５）のいずれか一方を選択して得られた電圧Ｅ７０３を駆動回路２０および検出回路２０４０に供給して負荷させる。第１の比較器７０４は第１の電源端子７０１の電圧Ｅ４を所定の閾値で判定して、切替制御部７０５にハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。すなわち、第１の比較器７０４は、電圧Ｅ４が上記の所定の閾値以上である場合には切替制御部７０５にハイレベルの信号を出力し、電圧Ｅ４が上記の所定の閾値より低い場合には切替制御部７０５にローレベルの信号を出力する。第２の比較器７０６は第２の電源端子７０２の電圧Ｅ５を上記所定の閾値で判定して、切替制御部７０５にハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。すなわち、第２の比較器７０６は、電圧Ｅ５が上記の所定の閾値以上である場合には切替制御部７０５にハイレベルの信号を出力し、電圧Ｅ５が上記の所定の閾値より低い場合には切替制御部７０５にローレベルの信号を出力する。切替器７０３は、切替制御部７０５から出力される信号に基づいて、すなわち第１の比較器７０４の判定結果と第２の比較器７０６の判定結果とに基づいて第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えることにより電圧Ｅ４、Ｅ５のうちのいずれか一方を選択して駆動回路２０と検出回路２０４０に出力する。検出回路２０４０のマスキング部４７ａは、切替器７０３が第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えたときから所定の時間にわたってＡ／Ｄ変換器４７から出力される信号をマスクして、ＬＰＦ４８に入力される信号を一定にして変動させないように動作する。実施の形態２では上記所定の時間は約１ｍｓｅｃである。切替器７０３の出力端にはノイズをカットするローパスフィルタ７０７が接続されている。ローパスフィルタ７０７が、切替器７０３の切替に対するＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号の過渡応答を発生させる。
【００５９】
以下に、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と電子機器２００２の動作について説明する。図１２は、第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４と第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５とローパスフィルタ７０７の出力する電圧Ｅ７０７の時間による変化を示す。時点ｔｐ０〜ｔｐ１の期間Ｐ１では制御回路２００３は第１の機能部１００４と第２の機能部１００５との双方を選択して動作させている。第１の機能部１００４と第２の機能部１００５との双方が動作する場合には、第１の機能部１００４を動作させるために第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４が電圧Ｖ４となり、第２の機能部１００５を動作させるために第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５が電圧Ｖ５となる。これにより比較器７０４、７０６は電圧Ｅ４、Ｅ５を判定して共にハイレベルの信号を切替制御部７０５に出力する。
【００６０】
実施の形態２における電子機器２００２では、外部電源１００４ａ、１００５ａの電圧Ｅ４、Ｅ５がともにゼロではない電圧Ｖ４、Ｖ５である場合には、比較器７０４、７０６の判定結果に基づき切替器７０３は第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５を選択して第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４に優先してローパスフィルタ７０７に出力する。駆動回路２０は、ローパスフィルタ７０７から出力された電圧Ｅ５（Ｖ５：実施の形態２ではＶ５＝３．６Ｖ）を使用してセンサ素子１０を振動駆動させ、検出回路２０４０ではマスキング部４７ａはＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号をＬＰＦ４８に入力して、モーションに応じた信号が出力端子４９から出力される。
【００６１】
その後、図１２に示すように、時点ｔｐ１で制御回路２００３は第２の機能部１００５の動作を停止して、時点ｔｐ１〜ｔｐ２の期間Ｐ２で制御回路２００３は第２の機能部１００５を動作させずに第１の機能部１００４のみを動作させる。第２の機能部１００５が動作を停止すると、第２の電源端子７０２に供給される第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５がゼロとなる。これにより第１の比較器７０４はハイレベルの信号を切替制御部７０５に出力し続けるが、第２の比較器７０６はローレベルの信号を切替制御部７０５に出力する。切替制御部７０５は比較器７０４，７０６での電圧Ｅ４、Ｅ５のこの判定結果に基づいて、切替器７０３に第１の電源端子７０１に供給された電圧Ｅ４（Ｖ４：実施の形態２ではＶ４＝２．４Ｖ）を選択して出力する。切替器７０３電圧Ｅ４，Ｅ５を切替えた時点ｔｐ１では、過渡応答によりローパスフィルタ７０７の出力する電圧Ｅ７０７は電圧Ｖ４を過ぎて１．７１７Ｖまで低下するように変動して後に電圧Ｖ４になる。実施の形態２におけるモーションセンサ２００１においては、第２の比較器７０６からのローレベルの信号が切替制御部７０５を介して検出回路２０４０におけるマスキング部４７ａに入力される。マスキング部４７ａは時点ｔｐ１から所定の時間ＴＷ１にわたってＡ／Ｄ変換器４７から出力される信号をマスクして、電圧Ｅ７０７の変化に関わらず、一定の値の信号をＬＰＦ４８に出力する。時点ｔｐ１から所定の時間ＴＷ１だけ経過した時点では、電圧Ｅ７０７は第１の電源端子７０１に供給された電圧Ｅ４に落ち着いている。実施の形態２では所定の時間ＴＷ１は約１ｍｓｅｃである。時点ｔｐ１から所定の時間ＴＷ１だけ経過すると、マスキング部４７ａはＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号をマスクせずにＬＰＦ４８に入力する。これにより、検出回路２０４０は電圧Ｅ７０７の変動の影響を受けずにモーションに応じた信号を出力端子４９から出力することができる。
【００６２】
すなわち、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１においては、検出回路２０４０のマスキング部４７ａにより、切替器７０３の切り替え時の所定の時間（実施の形態２では１ｍｓｅｃ）にわたって検出回路２０４０からの出力信号を変動させない。したがって、切替器７０３の切り替え時に過渡応答により出力信号が変動しようとしても、マスキング部４７ａにより上記所定の時間にわたって出力信号を変動させないようにすることができ、これにより、出力信号が安定する。
【００６３】
次に、時点ｔｐ２で制御回路２００３が第２の機能部１００５の動作を再開させると、第２の電源端子７０２に供給された電圧Ｅ５がゼロから電圧Ｖ５（実施の形態２では３．６Ｖ）となる。すなわち、第１の比較器７０４からハイレベルの信号が切替制御部７０５に出力され続けて、第２の比較器７０６からハイレベルの信号が切替制御部７０５に出力される。これにより、時点ｔｐ２以降の期間Ｐ３では切替器７０３は第２の電源端子７０２に供給される電圧Ｅ５（Ｖ５）を出力する。時点ｔｐ２では、ローパスフィルタ７０７の出力する電圧Ｅ７０７は過渡応答により２．２９Ｖまで一旦低下して変動しそうになる。実施の形態２におけるモーションセンサ２００１においては、第２の比較器７０６からのハイレベルの信号が切替制御部７０５を介して検出回路２０４０のマスキング部４７ａに入力される。マスキング部４７ａは時点ｔｐ２から所定の時間ＴＷ１にわたってＡ／Ｄ変換器４７から出力される信号をマスクして、電圧Ｅ７０７の変化に関わらず、一定の値の信号をＬＰＦ４８に出力する。時点ｔｐ２から所定の時間ＴＷ１だけ経過した時点では、電圧Ｅ７０７は第２の電源端子７０２に供給された電圧Ｅ５に落ち着いている。時点ｔｐ２から所定の時間ＴＷ１だけ経過すると、マスキング部４７ａはＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号をマスクせずにＬＰＦ４８に入力する。これにより、検出回路２０４０は電圧Ｅ７０７の変動の影響を受けずにモーションに応じた信号を出力端子４９から出力することができる。
【００６４】
図１０に示す実施の形態２におけるモーションセンサ２００１では、マスキング部４７ａや電源端子７０１、７０２等の構成要素は図１に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１００１に組み合わされている。実施の形態２におけるモーションセンサ２００１では、マスキング部４７ａや電源端子７０１、７０２等の構成要素は図９に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１０１０に組み合わされていてもよく、同様の効果を有する。
【００６５】
（実施の形態３）
図１３は本発明の実施の形態３におけるモーションセンサ３００１のブロック図である。図１３において、図１０に示す実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００６６】
モーションセンサ３００１は、図１０に示す実施の形態２におけるモーションセンサ２００１の検出回路２０４０の代りに、センサ素子１０から出力されたセンス信号を処理してセンサ素子１０に加えられたモーションを検出する検出回路３０４０を備える。実施の形態３におけるモーションセンサ３００１は実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、センサ素子１０に印加されたモーションである角速度を検出する角速度モーションセンサである。
【００６７】
検出回路３０４０は、図１０に示す実施の形態２における検出回路２０４０において、マスキング部４７ａに接続された補正回路４７ｂをさらに備える。マスキング部４７ａには制御信号Ｓ７０５ａが入力され、マスキング部４７ａは制御信号Ｓ７０５ａに応じてそのデジタル信号をマスキングして出力する。補正回路４７ｂはメモリ４７ｃに予め記憶した補正値により、マスキング部４７ａから出力されるデジタル信号を補正する。実施の形態３ではメモリ４７ｃはＲＯＭである。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８は補正回路４７ｂとマスキング部４７ａとを介してＡ／Ｄ変換器４７に接続されている。ＬＰＦ４８は補正回路４７ｂで補正されたデジタル信号から不要信号を除去して得られたモーション信号Ｓ４９を出力端子４９から出力する。
【００６８】
図１４はモーションセンサ３００１を用いた電子機器３００２のブロック図である。図１４において、図１１に示す実施の形態２における電子機器２００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態３における電子機器３００２は、図１１に示す実施の形態２における電子機器２００２のモーションセンサ２００１の代りに図１３に示すモーションセンサ３００１を備える。
【００６９】
実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、切替制御部７０５は、電源端子７０１、７０２の切替え時に補正回路４７ｂを機能させる制御信号Ｓ７０５ｂを補正回路４７ｂに出力する。補正回路４７ｂの後段に接続されたＬＰＦ４８が切替器７０３の切替に対するＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号の過渡応答を発生させる。
【００７０】
以下に、実施の形態３におけるモーションセンサ３００１と電子機器３００２の動作について説明する。図１５は、第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４と第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５とローパスフィルタ７０７の出力する電圧Ｅ７０７の時間による変化を示す。図１５において、図１２に示す実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。時点ｔｐ０〜ｔｐ１の期間Ｐ１では制御回路２００３は第１の機能部１００４と第２の機能部１００５との双方を選択して動作させている。第１の機能部１００４と第２の機能部１００５との双方が動作する場合には、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、第２の機能部１００５の第２の外部電源１００５ａを優先して使用してセンサ素子１０を振動駆動させる。また、センサ素子信号増幅器４３、４４に図４に示す実施の形態１におけるセンサ素子信号増幅器２４３、２４４を用いることで、センサ素子信号増幅器４３、４４の増幅率、すなわち電流から電圧へ変換する変換率を変えることができる。切替器７０３からは第２の電源端子７０２に供給された第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５（Ｖ５）が優先して選択され出力される。そうすると、入力端４３Ａ、４４Ａはスイッチ２５１により枝端２５１Ｃに接続されるとともに、枝端２５２Ｃはスイッチ２５２により出力端４３Ｃ、４４Ｃに接続される。そうすると、センサ素子信号増幅回路２５３、３５３のうちのセンサ素子信号増幅回路３５３が選択され、大きな増幅率が得られる。
【００７１】
その後、図１５に示すように、時点ｔｐ１で制御回路２００３は第２の機能部１００５の動作を停止して、時点ｔｐ１〜ｔｐ２の期間Ｐ２で制御回路２００３は第２の機能部１００５を動作させずに第１の機能部１００４のみを動作させる。第２の機能部１００５が動作を停止すると、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、切替器７０３は第１の電源端子７０１に供給された第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４（Ｖ４）を出力する。第２の比較器７０６からのロー信号が切替制御部７０５を介して、検出回路３０４０におけるマスキング部４７ａに入力される。実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、マスキング部４７ａは所定の時間ＴＷ１にわたってＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号をマスクし、電圧Ｅ７０７の変化に関わらず一定の値の信号を出力する。実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、入力端４３Ａ、４４Ａはスイッチ２５１により枝端２５１Ｂに接続されるとともに、枝端２５２Ｂはスイッチ２５２により出力端４３Ｃ、４４Ｃに接続される。そうすると、センサ素子信号増幅回路２５３、３５３のうちのセンサ素子信号増幅回路２５３が選択され、小さな増幅率が得られる。
【００７２】
センサ素子信号増幅器４３、４４の増幅率の変化により差動増幅器４５や同期検波器４６ひいてはＡ／Ｄ変換器４７が出力する信号の位相がずれる。実施の形態３におけるモーションセンサ３００１においては、メモリ４７ｃは切替器７０３により外部電源１００４ａ、１００５ａの切替えの際に生じる信号の位相の変動値を予め補正値として格納する。メモリ４７ｃに格納された補正値を基に補正回路４７ｂはマスキング部４７ａが出力する信号すなわちＡ／Ｄ変換器４７が出力する信号を補正する。すなわち、実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、外部電源１００４ａ、１００５ａを切替えるとともに、センサ素子信号増幅器４３、４４の増幅率を切替える際に発生する出力信号の変動を補正することができ、センサ素子１０に加えられたモーションを正確に検出できる。
【００７３】
次に、時点ｔｐ２で制御回路２００３が第２の機能部１００５の動作を再開させると、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、第２の電源端子７０２に供給される第２の外部電源１００５ａの電圧Ｅ５がゼロから電圧Ｖ５（実施の形態３では３．６Ｖ）となる。時点ｔｐ２以降の期間Ｐ３では、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１と同様に、切替制御部７０５は切替器７０３を制御して、切替器７０３に第２の電源端子７０２に供給された電圧Ｅ５を出力させる。このとき、制御部５０は入力端４３Ａ、４４Ａを有するセンサ素子信号増幅器４３、４４の増幅率を期間Ｐ２における増幅率より大きくして期間Ｐ１の増幅率に戻す。実施の形態３におけるモーションセンサ３００１は、時点ｔｐ２で変化する増幅率により変化するＡ／Ｄ変換器４７の出力信号を補正し、センサ素子１０に加えられたモーションを正確に検出できる。
【００７４】
このように、処理されたセンス信号は、切替器７０３が第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えたときに変動する。補正回路４７ｂは、切替器７０３が第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えたときのセンス信号の上記変動を補正する。
【００７５】
なお、図１３に示す実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、検出回路３０４０はマスキング部４７ａを有していなくてもよく、その場合には補正回路４７ｂはＡ／Ｄ変換器４７に直接接続されてＡ／Ｄ変換器４７が出力する信号をメモリ４７ｃに格納された補正値に基づいて補正し、同様の効果を有する。
【００７６】
図１３に示す実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、マスキング部４７ａや補正回路４７ｂ、メモリ４７ｃ等の構成要素は図１に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１００１に組み合わされている。実施の形態３におけるモーションセンサ３００１では、マスキング部４７ａや補正回路４７ｂ、メモリ４７ｃ等の構成要素は図９に示す実施の形態１におけるモーションセンサ１０１０に組み合わされていてもよく、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明におけるモーションセンサは、大きなモーションと小さいモーションとを検知でき、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡなどの多機能の小型電子機器に搭載するセンサに広く適用できる。
【符号の説明】
【００７８】
１０    センサ素子
１１    振動子
１４    検出部
１５    検出部
１６    モニタ部
２０    駆動回路
２２    センサ素子信号増幅器（第２のセンサ素子信号増幅器）
２６    出力増幅器
３１    クロック発生器
４０    検出回路
４３    センサ素子信号増幅器（第１のセンサ素子信号増幅器）
４５    差動増幅器
４６    同期検波器
４７ａ    マスキング部
４７ｂ    補正回路
５０    制御部
１２４    差動増幅回路
１２５    増幅回路
１２７    バイアス電流用電流源（第１のバイアス電流用電流源、第２のバイアス電流用電流源）
１２９    増幅素子（第１の増幅素子、第２の増幅素子）
１３７    発振補償回路
１４３    センサ素子信号増幅器（第１のセンサ素子信号増幅器）
２２９    増幅素子（第１の増幅素子）
２５１    スイッチ
２５１Ａ    共通端
２５１Ｂ    枝端（第１の枝端）
２５１Ｃ    枝端（第２の枝端）
３２９    増幅素子（第２の増幅素子）
７０１    第１の電源端子
７０２    第２の電源端子
７０３    切替器
７０４    第１の比較器
７０５    切替制御部
７０６    第２の比較器
１００１    モーションセンサ
１００２    電子機器
１００３    制御回路
１００４    第１の機能部
１００４ａ    第１の外部電源
１００５    第２の機能部
１００５ａ    第２の外部電源
２０４０    検出回路
３０４０    検出回路
【図１】
2013153802.tif 000003
【図２】
2013153802.tif 000004
【図３】
2013153802.tif 000005
【図４】
2013153802.tif 000006
【図５】
2013153802.tif 000007
【図６】
2013153802.tif 000008
【図７】
2013153802.tif 000009
【図８】
2013153802.tif 000010
【図９】
2013153802.tif 000011
【図１０】
2013153802.tif 000012
【図１１】
2013153802.tif 000013
【図１２】
2013153802.tif 000014
【図１３】
2013153802.tif 000015
【図１４】
2013153802.tif 000016
【図１５】
2013153802.tif 000017
【図１６】
2013153802.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月21日(2014.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
また、電流源２３３の電流の値を電流源３３３の電流の値より大きくしてもよい。これにより、増幅素子２３４で発生するノイズは増幅素子３３４で発生するノイズよりさらに小さくなり、かつ増幅素子２３４での消費電力は増幅素子３３４での消費電力より大きくなる。したがって、小さいモーションの高精度の検出と、大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図６はセンサ素子信号増幅器１４３、１４４で発生するノイズを示す。図６において、横軸は周波数を対数目盛で示し、縦軸はノイズのパワーを対数目盛で示す。バイアス電流用電流源１２７の電流の値が値Ｉ１である場合には、差動増幅回路１２４は主に、周波数に反比例するフリッカノイズＮＦと、周波数に依存しない熱雑音ＮＴ１とを発生する。バイアス電流用電流源１２７の電流の値が値Ｉ１より大きい値Ｉ２である場合には、差動増幅回路１２４はフリッカノイズＮＦと、周波数に依存しない熱雑音ＮＴ２とを発生する。双方の場合ともフリッカノイズＮＦのパワーは変わらないが、熱雑音ＮＴ２は熱雑音ＮＴ１より小さい。すなわち、モーションセンサ１００１において、手振れの小さいモーションを検出している場合に差動増幅回路１２４で発生するノイズは、大きなモーションを検出している場合に差動増幅回路１２４で発生するノイズより小さい。したがって、モーションセンサ１００１は手振れによる小さいモーションを高精度に検出することができる。また、大きいモーションを検出している場合には、差動増幅回路１２４で発生するノイズは大きいが、大きいモーションの検出には影響しない。しかも電流の値Ｉ１は小さいので、小さい消費電流でモーションセンサ１００１が動作している。このように、モーションセンサ１００１では、検出するモーションの大きさに応じてバイアス電流用電流源１２７の電流の値を上記のように変えることで、低ノイズモードでの小さいモーションの高精度の検出と、通常モードでの大きいモーションの検出時での低消費電流とを両立させることができる。このように、バイアス電流用電流源１２７は、センサ素子信号増幅器１４３、１４４が低ノイズモードで動作しているときのバイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１の値に比べて、センサ素子信号増幅器１４３、１４４が通常モードで動作しているときのバイアス電流Ｉ１２９、Ｉ１３１の値を大きくするように動作する。通常モードと低ノイズモードはモーションセンサ１００１の外部から切替え可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図１０と図１１に示すように、実施の形態２におけるモーションセンサ２００１は、第１の外部電源１００４ａに接続されるように構成された第１の電源端子７０１と、第２の外部電源１００５ａに接続されるように構成された第２の電源端子７０２と、切替器７０３と、第１の比較器７０４と、第２の比較器７０６と、切替制御部７０５と、ローパスフィルタ７０７と、低損失（ＬＤＯ）レギュレータ７０７ａとをさらに備える。実施の形態２における電子機器２００２では、機能部１００４、１００５にそれぞれ電力を供給する外部電源１００４ａ、１００５ａからモーションセンサ２００１に電力を供給する。切替器７０３は第１の電源端子７０１から入力された第１の外部電源１００４ａの電圧Ｅ４（電圧Ｖ４）と第２の電源端子７０２から入力される外部電源１００５ａの電圧Ｅ５（Ｖ５）のいずれか一方を選択して得られた電圧Ｅ７０３を駆動回路２０および検出回路２０４０に供給して負荷させる。第１の比較器７０４は第１の電源端子７０１の電圧Ｅ４を所定の閾値で判定して、切替制御部７０５にハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。すなわち、第１の比較器７０４は、電圧Ｅ４が上記の所定の閾値以上である場合には切替制御部７０５にハイレベルの信号を出力し、電圧Ｅ４が上記の所定の閾値より低い場合には切替制御部７０５にローレベルの信号を出力する。第２の比較器７０６は第２の電源端子７０２の電圧Ｅ５を上記所定の閾値で判定して、切替制御部７０５にハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。すなわち、第２の比較器７０６は、電圧Ｅ５が上記の所定の閾値以上である場合には切替制御部７０５にハイレベルの信号を出力し、電圧Ｅ５が上記の所定の閾値より低い場合には切替制御部７０５にローレベルの信号を出力する。切替器７０３は、切替制御部７０５から出力される信号に基づいて、すなわち第１の比較器７０４の判定結果と第２の比較器７０６の判定結果とに基づいて第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えることにより電圧Ｅ４、Ｅ５のうちのいずれか一方を選択して駆動回路２０と検出回路２０４０に出力する。検出回路２０４０のマスキング部４７ａは、切替器７０３が第１の電源端子７０１と第２の電源端子７０２とを切替えたときから所定の時間にわたってＡ／Ｄ変換器４７から出力される信号をマスクして、ＬＰＦ４８に入力される信号を一定にして変動させないように動作する。実施の形態２では上記所定の時間は約１ｍｓｅｃである。切替器７０３の出力端にはノイズをカットするローパスフィルタ７０７が接続されている。ローパスフィルタ７０７が、切替器７０３の切替に対するＡ／Ｄ変換器４７の出力する信号の過渡応答を発生させる。
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられたモーションに応じてセンス信号を出力するセンサ素子と、
前記センス信号が入力される第１のセンサ素子信号増幅器を有して、前記センス信号に基づいて前記モーションを検出する検出回路と、
を備え、
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、通常モードと、前記通常モードよりも消費電力が大きくかつノイズが小さい低ノイズモードとで切替え可能に動作する、モーションセンサ。
【請求項２】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
前記センス信号が入力される共通端と、第１の枝端と、第２の枝端とを有し、前記共通端を前記第１の枝端と前記第２の枝端とに選択的に接続するスイッチと、
前記スイッチの前記第１の枝端に接続された第１の増幅素子と、
前記スイッチの前記第２の枝端に接続された第２の増幅素子と、
を有し、
前記第１の増幅素子は前記第２の増幅素子よりも消費電力が大きくかつノイズが小さく、前記スイッチを切り替えることで前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードと前記低ノイズモードとで選択的に動作する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項３】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
増幅素子と、
前記増幅素子にバイアス電流を供給するバイアス電流用電流源と、
を有し、
前記バイアス電流の値は切り替え可能である、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項４】
前記バイアス電流用電流源は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作しているときの前記バイアス電流の値に比べて、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記低ノイズモードで動作しているときの前記バイアス電流の値を大きくするように動作する、請求項３に記載のモーションセンサ。
【請求項５】
前記通常モードと前記低ノイズモードは前記モーションセンサの外部から切替え可能である、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項６】
前記モーションの大きさに応じて前記通常モードと前記低ノイズモードとを切替える制御部をさらに備えた、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項７】
前記センサ素子は、
振動子と、
前記振動子の振動に応じたモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記振動子が振動している間に前記センス信号を出力する検出部と、
を有し、
前記モーションセンサは、
前記モニタ信号に基づいてクロック信号を発生するクロック発生器と、
前記モニタ信号に基づいて前記振動子を駆動して振動させる出力増幅器と、
を有する駆動回路をさらに備え、
前記検出回路は、
前記第１のセンサ素子信号増幅器の出力する信号が入力される差動増幅器と、
前記クロック信号を用いて前記差動増幅器が出力する差動信号を同期検波する同期検波器と、
を有し、
前記クロック発生器は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作するときと前記低ノイズモードで動作するときとで前記クロック信号の位相を変える、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項８】
前記センサ素子は、
振動子と、
前記振動子の振動に応じたモニタ信号を出力するモニタ部と、
前記振動子が振動しているときに前記センス信号を出力する検出部と、
を有し、
前記モーションセンサは、
前記モニタ信号が入力される第２のセンサ素子信号増幅器と、
前記第２のセンサ素子信号増幅器の出力に基づいてクロック信号を発生するクロック発生器と、
前記モニタ信号に基づいて前記振動子を駆動して振動させる出力増幅器と、
を有する駆動回路をさらに備え、
前記検出回路は、
前記第１のセンサ素子信号増幅器の出力する信号が入力される差動増幅器と、
前記クロック信号を用いて前記差動増幅器が出力する差動信号を同期検波する同期検波器と、
を有し、
前記第２のセンサ素子信号増幅器は、
出力する電流の値を変えられる第２のバイアス電流用電流源と、
前記モニタ信号が入力されて、前記第２のバイアス電流用電流源が出力する前記電流が供給される第２の増幅素子と、
を有し、
前記第２のセンサ素子信号増幅器は、前記通常モードと前記低ノイズモードとで切替え可能に動作する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項９】
前記第１のセンサ素子信号増幅器は、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の出力を増幅して前記差動増幅回路にフィードバックしてフィードバックループを構成する増幅回路と、
前記増幅回路に接続されて前記フィードバックループの発振を防止して時定数を有する発振補償回路と、
をさらに有し、
前記発振補償回路は、前記第１のセンサ素子信号増幅器が前記通常モードで動作するときと前記低ノイズモードで動作するときとで前記時定数を変える、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１０】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記検出回路は前記検出されたモーションに対応する信号を出力し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときから所定の時間にわたって前記検出回路から出力される前記信号を一定にするように動作するマスキング部を有する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１１】
前記第１の電源端子に供給された前記電圧を判定する第１の比較器と、
前記第２の電源端子に供給された前記電圧を判定する第２の比較器と、
前記第１の比較器の判定結果と前記第２の比較器の判定結果に基づいて前記切替器を制御する切替制御部と、
をさらに備えた、請求項１０に記載のモーションセンサ。
【請求項１２】
前記切替制御部は、前記第１の比較器の前記判定結果と前記第２の比較器の前記判定結果に基づいて前記マスキング部を制御する、請求項１１に記載のモーションセンサ。
【請求項１３】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記センス信号は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときに変動し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときの前記センス信号の変動を補正する補正回路を有する、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項１４】
請求項１に記載のモーションセンサと、
所定の第１の機能を実行する第１の機能部と、
所定の第２の機能を実行する第２の機能部と、
前記検出されたモーションに応じて前記第１の機能部と前記第２の機能部とを制御し、
前記第２の機能部を動作させているときには、前記第１のセンサ素子信号増幅回路を前記通常モードで動作させ、
前記第１の機能部を動作させているときには、前記第１のセンサ素子信号増幅回路を前記低ノイズモードで動作させる、
ように動作する制御回路と、
を備えた電子機器。
【請求項１５】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記検出回路は前記検出されたモーションに対応する信号を出力し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときから所定の時間に前記検出回路から出力される前記信号を一定にするマスキング部を有する、請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１６】
前記第１の電源端子に供給された前記電圧を判定する第１の比較器と、
前記第２の電源端子に供給された前記電圧を判定する第２の比較器と、
前記第１の比較器の判定結果と前記第２の比較器の判定結果に基づいて前記切替器を制御する切替制御部と、
をさらに備えた、請求項１５に記載の電子機器。
【請求項１７】
前記切替制御部は、前記第１の比較器の前記判定結果と前記第２の比較器の前記判定結果に基づいて前記マスキング部を制御する、請求項１６に記載の電子機器。
【請求項１８】
第１の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第１の電源端子と、
第２の外部電源からの電圧が供給されるように構成された第２の電源端子と、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えることにより、前記第１の電源端子に供給された前記電圧と前記第２の電源端子に供給された前記電圧とのうちのいずれか一方を選択して前記検出回路に供給する切替器と、
をさらに備え、
前記センス信号は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときに変動し、
前記検出回路は、前記切替器が前記第１の電源端子と前記第２の電源端子とを切替えたときの前記センス信号の変動を補正する補正回路を有する、請求項１４に記載の電子機器。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2013153802.tif 000019
【国際調査報告】
2013153802.tif 000020
2013153802.tif 000021
2013153802.tif 000022
2013153802.tif 000023
2013153802.tif 000024
2013153802.tif 000025
2013153802.tif 000026
2013153802.tif 000027