(57)【要約】【課題】回路規模を増加させることなく安定した特性の角速度、加速度センサーを含む物理量センサー、電子機器及び移動体を提供すること。【解決手段】第１検出電極と第２検出電極とを含む振動素子と、前記第１検出電極からの信号を増幅する第１増幅器と、前記第２検出電極からの信号を増幅する第２増幅器と、前記第１増幅器からの第１信号を第１デジタル信号に変換し、前記第２増幅器からの第２信号を第２デジタル信号に変換する変換部と、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号に基づいて角速度と加速度とを算出する信号処理部と、を含む、物理量センサー。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１検出電極と第２検出電極とを含む振動素子と、
前記第１検出電極からの信号を増幅する第１増幅器と、
前記第２検出電極からの信号を増幅する第２増幅器と、
前記第１増幅器からの第１信号を第１デジタル信号に変換し、前記第２増幅器からの第２信号を第２デジタル信号に変換する変換部と、
前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号に基づいて角速度と加速度とを算出する信号処理部と、
を含む、物理量センサー。
【請求項２】
前記変換部は、
前記第１信号の前記第１デジタル信号への変換と、前記第２信号の前記第２デジタル信号への変換とを、時分割に行う、請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記第１デジタル信号と、前記振動素子を駆動する駆動信号に基づく基準信号とを乗算し、前記第２デジタル信号と、前記基準信号とを乗算する乗算処理と、
前記乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理により得られた信号の和演算および差演算の一方により角速度を算出する第１演算処理と、
前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第２演算処理と、
を行う、請求項１または請求項２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記第１信号および前記第２信号は、
互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含み、
前記第１演算処理は、前記差演算であり、
前記第２演算処理は、前記和演算である、
請求項３に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１信号および前記第２信号は、
互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、
前記第１演算処理は、前記和演算であり、
前記第２演算処理は、前記差演算である、
請求項３に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記信号処理部は、
前記和演算の演算レートと、前記差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含む、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項７】
前記振動素子は、
基部と、
前記基部に接続され、前記第１検出電極が形成された第１検出腕と、
前記基部に接続され、前記第２検出電極が形成された第２検出腕と、
駆動振動する駆動腕と、
を含み、
前記駆動腕は、前記振動素子の主面に沿った方向に前記駆動振動し、
第１検出軸まわりの角速度が印加された場合、前記第１検出腕および前記第２検出腕が、互いに逆方向に振動するように振動し、
第２検出軸方向の加速度が印加された場合、前記第１検出腕および前記第２検出腕が、互いに同方向に振動するように振動する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の物理量センサー。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えている、
電子機器。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えている、
移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子（圧電振動子）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などの振動子を用いて、角速度や加速度などの物理量を検出する物理量検出装置が知られている。
【０００３】
例えば、回転系の回転角速度を検出するための角速度検出装置として、水晶振動子などの圧電素子を用いた振動型ジャイロセンサーが各種電子機器に組み込まれており、カーナビゲーションや撮像時の手振れ検出などに利用されている。
【０００４】
このような振動型ジャイロセンサーを含む角速度センサーを用い、加速度も検出する技術として、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載のものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１８７５５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１２６９５号公報
【特許文献３】特開２０１２−０４２２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の物理量センサーにおいては、センサー素子に角速度検出用電極と加速度検出量電極を個別に設け、各検出手段からの信号を個別に処理している為、回路規模の増加につながる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の物理量センサーにおいては、一つのセンサー素子から出力される角速度成分と加速度成分とを分離しており回路規模の増大は少ないものの、増幅器の帰還容量をスイッチで切り替え角速度と加速度の検出を切り替えている為、雑音などの影響を受けやすく、安定した特性が得難い。
【０００８】
また、特許文献３に記載の物理量センサーにおいては、角速度検出用センサー素子と加速度検出用センサー素子を個別に設ける必要があり回路規模の増加につながる。
【０００９】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサー、電子機器及び移動体を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］
本適用例に係る物理量センサーは、第１検出電極と第２検出電極とを含む振動素子と、前記第１検出電極からの信号を増幅する第１増幅器と、前記第２検出電極からの信号を増幅する第２増幅器と、前記第１増幅器からの第１信号を第１デジタル信号に変換し、前記第２増幅器からの第２信号を第２デジタル信号に変換する変換部と、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号に基づいて角速度と加速度とを算出する信号処理部と、を含む。
【００１２】
本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度との２つの物理量を一つの振動素子を用いて検出することができる。
【００１３】
本適用例に係る物理量センサーによれば、振動素子は、角速度と加速度との検出信号を共通の一対の電極から出力する。その為、角速度および加速度の検出信号を増幅する増幅器も角速度および加速度で共通に用いることができ、回路規模の増加を抑えることが可能となる。
【００１４】
さらに、本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度および加速度がデジタル信号に基づき算出される為、ノイズ等の影響を受け難く、安定した特性を有する物理量センサーが実現可能となる。
【００１５】
［適用例２］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記変換部は、前記第１信号の前記第１デジタル信号への変換と、前記第２信号の前記第２デジタル信号への変換とを、時分割に行ってもよい。
【００１６】
本適用例に係る物理量センサーによれば、変換部は、振動素子により検出された第１信号および第２信号を時分割にデジタル信号に変換することで、第１デジタル信号および第２デジタル信号の算出処理を、疑似的に並列して行うことが可能となる。即ち、同一の変換部で複数の検出信号をデジタル信号に変換することが可能であり、回路規模の増加を抑制することが可能となる。
【００１７】
［適用例３］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記信号処理部は、前記第１デジタル信号と、前記振動素子を駆動する駆動信号に基づく基準信号とを乗算し、前記第２デジタル信号と、前記基準信号とを乗算する乗算処理と、前記乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理により得られた信号の和演算および差演算の一方により角速度を算出する第１演算処理と、前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第２演算処理と、を行ってもよい。
【００１８】
本適用例に係る物理量センサーによれば、信号処理部において、駆動信号の周波数成分を含む角速度成分は、入力されたデジタル信号と基準信号とを乗算処理し、乗算処理した信号のローパスフィルター処理実行した後に算出され、駆動信号の周波数成分を含まない加速度成分は、入力されたデジタル信号から直接算出を行う。
【００１９】
即ち、本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度および加速度は、同一の振動素子から出力される信号に基づき算出することが可能となる。
【００２０】
［適用例４］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１信号および前記第２信号は、互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含み、前記第１演算処理は、前記差演算であり、前記第２演算処理は、前記和演算であってもよい。
【００２１】
本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度の２つの物理量を同時に検出可能であることに加え、角速度を差演算により算出することから、角速度成分に重畳される同相ノイズが低減され、角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００２２】
［適用例５］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第１信号および前記第２信号は、互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、前記第１演算処理は、前記和演算であり、前記第２演算処理は、前記差演算であってもよい。
【００２３】
本適用例に係る物理量センサーによれば、角速度と加速度の２つの物理量を同時に検出可能であることに加え、加速度を差演算により算出することから、加速度成分に重畳される同相ノイズが低減され、加速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００２４】
［適用例６］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記信号処理部は、前記和演算の演算レートと、前記差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含んでもよい。
【００２５】
本適用例に係る物理量センサーによれば、信号処理部は、角速度および加速度を算出する為の、和演算および差演算の演算レート変更することが可能となる。
【００２６】
これにより、本適用例に係る物理量センサーによれば、用途に応じ最適な演算レートを設定することが可能となり、汎用性の高い物理量センサーを実現できる可能性がある。
【００２７】
［適用例７］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記振動素子は、基部と、前記基部に接続され、前記第１検出電極が形成された第１検出腕と、前記基部に接続され、前記第２検出電極が形成された第２検出腕と、駆動振動する駆動腕と、を含み、前記駆動腕は、前記振動素子の主面に沿った方向に前記駆動振動し、第１検出軸まわりの角速度が印加された場合、前記第１検出腕および前記第２検出腕が、互いに逆方向に振動するように振動し、第２検出軸方向の加速度が印加された場合、前記第１検出腕および前記第２検出腕が、互いに同方向に振動するように振動してもよい。
【００２８】
本適用例に係る物理量センサーによれば、振動素子は、第１検出軸まわりに角速度が印加されたとき、第１検出腕と第２検出腕とが互いに逆方向に振動し、第２検出軸方向に加速度が加わったとき、第１検出腕と第２検出腕とが互いに同方向に振動する為、角速度と加速度との２つの物理量を一つの振動素子で検出することができ、回路規模の増加を抑制することが可能となる。
【００２９】
［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの物理量センサーを含む。
【００３０】
本適用例に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサーを含むため、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【００３１】
［適用例９］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの物理量センサーを含む。
【００３２】
本適用例に係る移動体は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量センサーを含むため、より低コストでより信頼性の高い移動体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る物理量センサーの機能ブロック図である。
【図２】ダブルＴ型の振動素子を模式的に示す平面図である。
【図３Ａ】ダブルＴ型の振動素子を模式的に示す平面図である。
【図３Ｂ】ダブルＴ型の振動素子の出力信号を示す図である。
【図４Ａ】ダブルＴ型の振動素子を模式的に示す平面図である。
【図４Ｂ】ダブルＴ型の振動素子の出力信号を示す図である。
【図５Ａ】Ｈ型の振動素子を模式的に示す平面図である。
【図５Ｂ】Ｈ型の振動素子を模式的に示す側面図である。
【図６Ａ】Ｈ型の振動素子を模式的に示す側面図である。
【図６Ｂ】Ｈ型の振動素子の出力信号を示す図である。
【図７Ａ】Ｈ型の振動素子を模式的に示す側面図である。
【図７Ｂ】Ｈ型の振動素子の出力信号を示す図である。
【図８】第２実施形態における物理量センサーの斜視図である。
【図９】第２実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。
【図１０】第２実施形態に係る物理量センサー検出回路の機能ブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る物理量センサー検出回路の機能ブロック図である。
【図１２】第３実施形態におけるＨ型の振動素子を模式的に示す平面図である。
【図１３Ａ】第３実施形態に振動素子の断面図である。
【図１３Ｂ】第３実施形態に振動素子の断面図である。
【図１３Ｃ】第３実施形態に振動素子の断面図である。
【図１４】第３実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。
【図１５】第４実施形態における物理量センサーの斜視図である。
【図１６】第４実施形態における複数の振動素子と検出できる物理量との関係を示した図である。
【図１７】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。
【図１８】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。
【図１９】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図である。
【図２０】本実施形態に係る移動体を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、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い。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３５】
以下では、物理量として角速度および加速度を検出する物理量センサーを例に挙げて説明するが、角速度および加速度以外の物理量を検出する物理量センサーも本発明に含まれる。
【００３６】
１．物理量センサー
１．１  第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る物理量センサーの機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る物理量センサー１は、ＩＣ（Integrated Circuit）２と振動素子１００を含んで構成され、さらに、物理量センサー１の出力データを用いて各種の計算処理や制御処理を行うＭＣＵ（Micro Control Unit）５０を含んで構成されてもよい。
【００３７】
振動素子１００は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動素子１００は気密性が確保されたパッケージに封止されている。
【００３８】
なお、振動素子１００の振動片は、例えば水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料であっても良く、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いても良い。
【００３９】
本実施形態における振動素子１００は、図２、図３Ａ、図４Ａに示すような、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動素子１００‐１である。
【００４０】
図２、図３Ａ、図４Ａは、本実施形態の振動素子１００‐１を模式的に示す平面図（主面１８０を見た図）である。なお、図２、図３Ａ、図４Ａに示す図では、互いに直交する３つの軸とし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を図示している。
【００４１】
振動素子１００‐１は、基部１３０と、連結腕１３１，１３２と、駆動振動腕（「駆動腕」の一例）１１３，１１４，１１５，１１６と、駆動入力電極１１１と、駆動出力電極１１２と、検出振動腕（「第１検出腕」の一例）１２３と、検出振動腕（「第２検出腕」の一例）１２４と、第１検出電極１２１と、第２検出電極１２２と、共通電極１２５と、を含む。
【００４２】
基部１３０は、その平面形状が、例えば矩形（略矩形）に形成されている。
【００４３】
連結腕１３１および連結腕１３２は、基部１３０から、ｘ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図２に示すように、連結腕１３１は、基部１３０から−ｘ軸方向に延出し、連結腕１３２は、基部１３０から＋ｘ軸方向に延出する。
【００４４】
駆動振動腕１１３および駆動振動腕１１４は、連結腕１３１からｙ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。図２に示すように、駆動振動腕１１３は、連結腕１３１から＋ｙ軸方向に延出し、駆動振動腕１１４は、連結腕１３１から−ｙ軸方向に延出する。駆動振動腕１１３および駆動振動腕１１４は、連結腕１３１を介して、基部１３０に接続される。
【００４５】
駆動振動腕１１５および駆動振動腕１１６は、連結腕１３２からＹ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。図２に示すように、駆動振動腕１１５は、連結腕１３２から＋ｙ軸方向に延出し、駆動振動腕１１６は、連結腕１３２から−ｙ軸方向に延出する。駆動振動腕１１５および駆動振動腕１１６は、連結腕１３２を介して、基部１３０に接続される。
【００４６】
駆動振動腕１１３および駆動振動腕１１４の振動素子１００‐１の主面１８０において駆動入力電極１１１がそれぞれ形成されており、駆動振動腕１１３および駆動振動腕１１４の側面において駆動出力電極１１２がそれぞれ形成されている。
【００４７】
駆動振動腕１１５および駆動振動腕１１６の振動素子１００‐１の主面１８０において駆動出力電極１１２がそれぞれ形成されており、駆動振動腕１１５および駆動振動腕１１６の側面において駆動入力電極１１１がそれぞれ形成されている。
【００４８】
検出振動腕１２３および検出振動腕１２４は、基部１３０からｙ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図２に示すように、検出振動腕１２３は、基部１３０から＋ｙ軸方向に延出し、検出振動腕１２４は、基部１３０から−ｙ軸方向に延出する。
【００４９】
検出振動腕１２３の振動素子１００‐１の主面１８０において第１検出電極１２１が形成されており、検出振動腕１２３の駆動振動腕１１３側の側面において共通電極１２５が形成されている。また、検出振動腕１２４の振動素子１００‐１の主面１８０において第２検出電極１２２が形成されており、検出振動腕１２４の駆動振動腕１１４側の側面において共通電極１２５が形成されている。なお、共通電極１２５は接地される。
【００５０】
駆動入力電極１１１と駆動出力電極１１２との間に駆動信号ＤＲＶとしての交流電圧が与えられると、振動素子１００‐１の駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６は、逆圧電効果により矢印Ａのように振動素子１００‐１の主面１８０に沿った方向に駆動振動する。
【００５１】
具体的には、駆動入力電極１１１、駆動出力電極１１２との間に駆動信号ＤＲＶとしての交流電圧が与えられると、駆動振動腕１１３の先端と駆動振動腕１１５の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動（励振振動）し、駆動振動腕１１４の先端と駆動振動腕１１６の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動する。なお、駆動振動腕１１３の先端と駆動振動腕１１５の先端が互いに接近しているとき、駆動振動腕１１４の先端と駆動振動腕１１６の先端は互いに接近し、駆動振動腕１１３の先端と駆動振動腕１１５の先端が互いに離間しているとき、駆動振動腕１１４の先端と駆動振動腕１１６の先端は互いに離間するように動作する。
【００５２】
この状態で、振動素子１００‐１にｚ軸方向を第１検出軸１６０とした角速度１５０が加わると、図３Ａに示すように、駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６には、矢印Ａの屈曲振動の方向（ｘ軸方向）と角速度１５０の第１検出軸１６０（ｚ軸方向）の双方に垂直な方向（ｙ軸方向）にコリオリの力を得る。その結果、図３Ａに示すように、連結腕１３１，１３２は矢印Ｂで示すようにｙ軸方向に対し振動し、連結腕１３１，１３２の振動に伴い検出振動腕１２３，１２４は、矢印Ｃに示すようにｘ軸方向に対し屈曲振動する。
【００５３】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ（言い換えれば、角速度１５０の大きさ）に応じて変化する。
【００５４】
このとき、連結腕１３１，１３２は、互いに逆相となるように振動し、同様に、検出振動腕１２３，１２４も互いに逆相になるように屈曲振動する。即ち、検出振動腕１２３の駆動振動腕１１３側の側面に設けられた共通電極１２５と第１検出電極１２１との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕１２４の駆動振動腕１１４側の側面に設けられた共通電極１２５と第２検出電極１２２との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料は圧縮し、検出振動腕１２３の駆動振動腕１１３側の側面に設けられた共通電極１２５と第１検出電極１２１との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕１２４の駆動振動腕１１４側の側面に設けられた共通電極１２５と第２検出電極１２２との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料は伸長する。この結果、圧電効果によって第１検出電極１２１と第２検出電極１２２に発生する交流電荷は図３Ｂに示すように逆相となる。
【００５５】
また、振動素子１００‐１に、ｘ軸と略平行な第２検出軸１７０方向に加速度１５１が加わると、図４Ａに示すように、検出振動腕１２３，１２４は、加速度１５１により生じた力で、矢印Ｄに示すようにｘ軸方向に対し屈曲振動（強制振動）を行う。
【００５６】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２に発生する。ここで、加速度１５１に基づいて発生する交流電荷は、加速度１５１により振動素子１００‐１に与えられた力に応じて変化する。なお、振動素子１００‐１に加速度１５１が加わる要因として、例えば、物理量センサー１が搭載された筐体に衝撃が加わったときなどが挙げられる。
【００５７】
この時、検出振動腕１２３，１２４は互いに同相の屈曲振動を行う。即ち、検出振動腕１２３の駆動振動腕１１３側の側面に設けられた共通電極１２５と第１検出電極１２１との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕１２４の駆動振動腕１１４側の側面に設けられた共通電極１２５と第２検出電極１２２との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料は伸長され、検出振動腕１２３の駆動振動腕１１３側の側面に設けられた共通電極１２５と第１検出電極１２１との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕１２４の駆動振動腕１１４側の側面に設けられた共通電極１２５と第２検出電極１２２との間に存在する振動素子１００‐１の圧電材料は圧縮する。この結果、圧電効果によって第１検出電極１２１と第２検出電極１２２に発生する交流電荷は図４Ｂに示すように同相となる。
【００５８】
本実施形態における振動素子１００は図５Ａに示すような、平面形状がＨ型の振動素子１００‐２であっても良い。
【００５９】
図５Ａは、本実施形態の振動素子１００‐２を模式的に示す平面図（主面１８０を見た図）であり、図５Ｂ、図６Ａ、図７Ａは、本実施形態のＨ型の振動素子１００‐２の模式的に示す側面図（側面１９０を見た図）である。なお、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図７Ａに示す図では、互いに直交する３つの軸とし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を図示している。
【００６０】
図５Ａに示すように、振動素子１００‐２は、基部１３０と、駆動振動腕（「駆動腕」の一例）１１３，１１５と、駆動入力電極１１１と、駆動出力電極１１２と、検出振動腕（「第１検出腕」の一例）１２３と、検出振動腕（「第２検出腕」の一例）１２４と、第１検出電極１２１と、第２検出電極１２２と、を含む。
【００６１】
基部１３０は、その平面形状が、例えば矩形（略矩形）に形成されている。
【００６２】
駆動振動腕１１３は、基部１３０からｙ軸方向に沿って−ｙ軸方向に延出している。
【００６３】
駆動振動腕１１４は、基部１３０からｙ軸方向に沿って駆動振動腕１１３と平行に−ｙ軸方向に延出している。
【００６４】
検出振動腕１２３は、基部１３０からｙ軸方向に沿って互いに駆動振動腕１１３と反対方向に＋ｙ軸方向に延出している。
【００６５】
検出振動腕１２４は、基部１３０からｙ軸方向に沿って駆動振動腕１１５と反対方向に、且つ検出振動で１２４と平行に＋ｙ軸方向に延出している。
【００６６】
駆動振動腕１１３の振動素子１００‐２の主面１８０において駆動入力電極１１１が形成されており、駆動振動腕１１３の振動素子１００‐２の側面１９０には駆動出力電極１１２が形成されている。
【００６７】
駆動振動腕１１５の振動素子１００‐２の主面１８０において駆動出力電極１１２が形成されており、駆動振動腕１１５の振動素子１００‐２の側面１９０には駆動入力電極１１１がそれぞれ形成されている。
【００６８】
検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の主面１８０において第１検出電極１２１が形成されており、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の側面１９０には共通電極１２５が形成されている。
【００６９】
検出振動腕１２４の振動素子１００‐２の主面１８０において第２検出電極１２２が形成されており、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の側面１９０には、共通電極１２５が形成されている。なお、共通電極１２５は接地される。
【００７０】
駆動入力電極１１１、駆動出力電極１１２との間に駆動信号ＤＲＶとしての交流電圧が与えられると、振動素子１００‐２の駆動振動腕１１３，１１５は、逆圧電効果により矢印Ｅのように、振動素子１００‐２の主面１８０に沿った方向に駆動振動する。
【００７１】
具体的には、駆動入力電極１１１、駆動出力電極１１２との間に駆動信号ＤＲＶとしての交流電圧が与えられると、駆動振動腕１１３と駆動振動腕１１５の先端が互いに接近と離間を繰り返し屈曲運動（励振振動）する。このとき、図５Ｂに示すように振動素子１００‐２には、ｚ軸方向の変化は生じない。
【００７２】
この状態で、振動素子１００‐２にｙ軸方向を第１検出軸１６０とした角速度１５０が加わると、図６Ａに示すように、駆動振動腕１１３，１１５には、図５Ａに示す矢印Ｅの屈曲振動の方向（ｘ軸方向）と、図６Ａに示す角速度１５０の第１検出軸１６０（ｙ軸方向）の双方に垂直な方向（ｚ軸方向）にコリオリの力を得る。その結果、図６Ａに示すように、駆動振動腕１１３，１１５、検出振動腕１２３，１２４は、矢印Ｆに示すようにｚ軸方向に対し屈曲振動する。
【００７３】
そして、ダブルＴ型の振動素子１００‐１と同様に、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ（言い換えれば、角速度１５０の大きさ）に応じて変化する。
【００７４】
このとき、検出振動腕１２３，１２４は互いに逆相となるように屈曲振動する。即ち、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第１検出電極１２１と検出振動腕１２３の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕１２４の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第２検出電極１２２と検出振動腕１２４の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料は圧縮し、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第１検出電極１２１と検出振動腕１２３の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕１２４の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第２検出電極１２２と検出振動腕１２４の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料は伸長する。この結果、圧電効果によって第１検出電極１２１と第２検出電極１２２に発生する交流電荷は図６Ｂに示すように逆相となる。
【００７５】
また、振動素子１００‐２に、ｚ軸と略平行な第２検出軸１７０方向に加速度１５１が加わると、図７Ａに示すように、検出振動腕１２３，１２４は、加速度１５１により生じた力で、矢印Ｇに示すようにｚ軸方向に対し屈曲振動（強制振動）する。
【００７６】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２に発生する。ここで、加速度１５１に基づいて発生する交流電荷は、加速度１５１により振動素子１００‐２に与えられた力に応じて変化する。なお、振動素子１００‐２に加速度１５１が加わる要因として、例えば、物理量センサー１が搭載された筐体に衝撃が加わったときなどが挙げられる。
【００７７】
このとき、検出振動腕１２３，１２４は互いに同相の屈曲振動を行う。即ち、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第１検出電極１２１と検出振動腕１２３の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料が伸長したとき、検出振動腕１２４の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第２検出電極１２２と検出振動腕１２４の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料は伸長し、検出振動腕１２３の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第１検出電極１２１と検出振動腕１２３の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料が圧縮されたとき、検出振動腕１２４の振動素子１００‐２の主面１８０に設けられた第２検出電極１２２と検出振動腕１２４の側面１９０に設けられた共通電極１２５との間に存在する振動素子１００‐２の圧電材料は圧縮する。この結果、圧電効果によって第１検出電極１２１と第２検出電極１２２に発生する交流電荷は図７Ｂに示すように同相となる。
【００７８】
なお、本実施の形態において、ダブルＴ型の振動素子１００‐１と、Ｈ型の振動素子１００‐２とにおいて、特に区別する必要がないときは、振動素子１００として説明を行う。
【００７９】
図１に戻り、本実施形態におけるＩＣ２は、振動素子１００を駆動振動させるための駆動回路１０と、角速度または加速度（物理量の一例）が加わったときに振動素子１００の検出振動を検出するための検出回路２０と、を含み構成されている。
【００８０】
駆動回路１０は、振幅調整回路１１と、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）１２と、ＡＣ増幅回路１３と、を有している。駆動回路１０は振動素子１００の駆動入力電極１１１に駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６（図２参照、Ｈ型の振動素子１００‐２においては、駆動振動腕１１３、１１５）を駆動させる駆動信号ＤＲＶを出力し、かつ振動素子１００の駆動出力電極１１２から出力される信号が入力される回路である。
【００８１】
振動素子１００の駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が、駆動出力電極１１２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路１２に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路１２は、入力された交流電流を駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換し出力する。
【００８２】
Ｉ／Ｖ変換回路１２から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路１３に入力される。ＡＣ増幅回路１３は入力された交流電圧信号を増幅し出力する。
【００８３】
ＡＣ増幅回路１３から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路１１に入力される。振幅調整回路１１は、入力された交流電圧信号の振幅を一定に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を、振動素子１００の駆動入力電極１１１に出力する。この駆動入力電極１１１に入力される交流電圧信号（駆動信号ＤＲＶ）により、駆動振動腕１１３，１１４，１１５，１１６が駆動振動する。
【００８４】
検出回路２０は、チャージアンプ（「第１増幅器」の一例）２１，チャージアンプ（「第２増幅器」の一例）２２と、変換部２３と、信号処理部２４と、インターフェース回路２５と、Ａ／Ｄ変換回路２６と、を含む。
【００８５】
チャージアンプ２１は、振動素子１００の第１検出電極１２１と電気的に接続され、第１検出電極１２１から出力される交流電荷に基づく電流信号を、交流電圧である第１信号Ｓｉｇ１に変換する。チャージアンプ２２は、振動素子１００の第２検出電極１２２と電気的に接続され、第２検出電極１２２から出力される交流電荷に基づく電流信号を、交流電圧である第２信号Ｓｉｇ２に変換する。
【００８６】
具体的には、チャージアンプ２１およびチャージアンプ２２は各々が、例えば演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成される。演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、第１検出電極１２１または第２検出電極１２２から出力された交流電荷に基づく交流電流が入力され、非反転増幅端子（＋端子）には、基準電圧が入力される。この演算増幅器を介することで、チャージアンプ２１は、第１検出電極１２１から入力される信号である交流電荷を増幅して第１信号Ｓｉｇ１に変換し、チャージアンプ２２は、第２検出電極１２２から入力される信号である交流電荷を増幅して第２信号Ｓｉｇ２に変換する。
【００８７】
変換部２３は、スイッチ３５，３６と、Ａ／Ｄ変換回路３１と、レジスター３２，３３と、を含む。
【００８８】
変換部２３は、時分割にチャージアンプ２１からの第１信号Ｓｉｇ１を第１デジタル信号Ｄｉｇ１に変換し、チャージアンプ２２からの第２信号Ｓｉｇ２を第２デジタル信号Ｄｉｇ２に変換する。
【００８９】
具体的には、変換部２３に入力された第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２は、スイッチ３５，３６により順次Ａ／Ｄ変換回路３１に入力される。スイッチ３５，３６は、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ｃｔｒにより順次導通される。即ち、ある時刻ｔにおいてスイッチ３５が導通し、スイッチ３６が非導通となり、第１信号Ｓｉｇ１がＡ／Ｄ変換回路３１に入力され、時刻ｔ＋１においてスイッチ３５が非導通となり、スイッチ３６が導通することで、Ａ／Ｄ変換回路３１には、第２信号Ｓｉｇ２が入力される。
【００９０】
Ａ／Ｄ変換回路３１は、時分割に入力された第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２をデジタル信号に変換する。このとき、Ａ／Ｄ変換回路３１により変換されたデジタル信号はスイッチ制御信号Ｃｔｒに連動し順次レジスター３２またはレジスター３３に保持される。この結果、時分割にＡ／Ｄ変換された第１信号Ｓｉｇ１および第２信号Ｓｉｇ２は、デジタル信号に変換され、スイッチ制御信号Ｃｔｒに連動し順次レジスター３２またはレジスター３３に保持される。例えば、ある時刻ｔにおいて、第１信号Ｓｉｇ１がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号がレジスター３２に保持され、時刻ｔ＋１において、第２信号Ｓｉｇ２がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号がレジスター３３に保持される。即ち、レジスター３２に保持されているデジタル信号が第１デジタル信号Ｄｉｇ１であり、レジスター３３に保持されているデジタル信号が第２デジタル信号Ｄｉｇ２となる。
【００９１】
このように変換部２３は、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２を時分割にＡ／Ｄ変換することにより、第１デジタル信号Ｄｉｇ１の算出処理および第２デジタル信号Ｄｉｇ２の算出処理とを、疑似的に並列して行う。
【００９２】
Ａ／Ｄ変換回路２６は、振動素子１００を駆動する駆動信号ＤＲＶに基づく信号をＡＤ変換し、基準信号ＳＤＥＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換回路２６は、駆動回路１０のＡＣ増幅回路１３から出力された電圧信号が入力され、デジタル信号である基準信号ＳＤＥＴに変換し信号処理部２４に出力する。
【００９３】
信号処理部２４は、乗算処理部４１と、ローパスフィルター処理部４２（ＬＰＦ：Low Pass Filter）と、第１演算処理部４３と、第２演算処理部４４と、を含み構成される。
【００９４】
信号処理部２４は、第１デジタル信号Ｄｉｇ１と第２デジタル信号Ｄｉｇ２とに基づいて角速度と加速度とを算出する。
【００９５】
具体的には、本実施形態において信号処理部２４は、第１デジタル信号Ｄｉｇ１と、振動素子１００を駆動する駆動信号ＤＲＶに基づく基準信号ＳＤＥＴとを乗算し、第２デジタル信号Ｄｉｇ２と、基準信号ＳＤＥＴとを乗算する乗算処理と、乗算処理により得られた信号に対するローパスフィルター処理と、ローパスフィルター処理により得られた信号を、和演算および差演算の一方により角速度を算出する第１演算処理を行う。また、本実施形態において信号処理部２４は、第１デジタル信号Ｄｉｇ１と第２デジタル信号Ｄｉｇ２との和演算および差演算の他方により加速度を算出する第２演算処理を行う。
【００９６】
また前述のとおり、本実施形態において、振動素子１００の第１検出電極１２１から出力される交流電荷と第２検出電極１２２から出力される交流電荷は互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含む。よって、第１検出電極１２１の出力信号に基づく第１信号Ｓｉｇ１と、第２検出電極１２２の出力信号に基づく第２信号Ｓｉｇ２も互いに逆相の成分である角速度成分および互いに同相の成分である加速度成分の少なくとも一方を含む。ここで、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２とが、互いに逆相の角速度成分を含むとき、角速度成分は、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２との差を算出することで、抽出することができる。また、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２とが、互いに同相の加速度成分を含むとき、加速度成分は、第１信号Ｓｉｇ１と第２信号Ｓｉｇ２との和を算出することで、抽出することができる。即ち、本実施形態において角速度を算出する第１演算処理は、差演算であり、加速度を算出する第２演算処理は、和演算となる。
【００９７】
具体的には、変換部２３から出力された、第１デジタル信号Ｄｉｇ１と第２デジタル信号Ｄｉｇ２は、各々を乗算処理する乗算処理部４１に入力される。第１デジタル信号Ｄｉｇ１と第２デジタル信号Ｄｉｇ２は、各々が乗算処理部４１において基準信号ＳＤＥＴと乗算される。さらに乗算された各々のデジタル信号は、ローパスフィルター処理を行うローパスフィルター処理部４２に入力され高周波成分が除去される（正確には、高周波成分が所定のレベル以下に減衰される）。即ち、乗算処理部４１とローパスフィルター処理部４２は、同期検波回路としての機能を有する。その後、第１演算処理部４３は、ローパスフィルター処理部４２から出力された信号の差を算出（差演算）することで、角速度信号ＶＤ１を生成する。さらに、第２演算処理部４４は、第１デジタル信号Ｄｉｇ１と第２デジタル信号Ｄｉｇ２との和を算出（和演算）することにより、加速度信号ＶＤ２を生成する。
【００９８】
このように、本実施形態では、信号処理部２４は角速度および加速度の算出をデジタル処理で演算することで、ノイズ等の影響を受け難く、角速度および加速度の算出が可能となる。
【００９９】
インターフェース回路２５は、信号処理部２４から出力された角速度信号ＶＤ１および加速度信号ＶＤ２を、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バスによりＭＣＵ５０に出力する。また、インターフェース回路２５は、ＭＣＵ５０が発信する各種のコマンドを受信し、コマンドに応じたデータをＭＣＵ５０に発信する処理を行う。さらに、インターフェース回路２５は、ＭＣＵ５０からの要求に応じ、不図示の記憶部（不揮発性メモリやレジスターなど）に記憶されているデータを読出しＭＣＵ５０に出力する処理や、ＭＣＵ５０から出力されたデータを記憶部に書き込む処理を行う。なお、インターフェース回路２５は、ＳＰＩバス以外の各種バス、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バス等に対応するインターフェース回路２５であってもよい。
【０１００】
第１実施形態に係る物理量センサー１によれば、振動素子１００は、第１検出軸１６０まわりに角速度１５０が印加されたとき、検出振動腕１２３と検出振動腕１２４とが互いに逆方向に振動し、第２検出軸１７０方向に加速度１５１が加わったとき、検出振動腕１２３と検出振動腕１２４とが互いに同方向に振動する。これにより、第１実施形態に係る物理量センサー１は、角速度と加速度との２つの物理量を一つの振動素子１００を用いて検出することができる。
【０１０１】
さらに、振動素子１００は、角速度と加速度との検出信号を共通の一対の電極である第１検出電極１２１および第２検出電極１２２から出力する。その為、角速度および加速度の検出信号を増幅するチャージアンプ２１，２２も角速度成分および加速度成分での双方で共通に用いることができる。さらに、チャージアンプ２１，２２から出力された第１信号Ｓｉｇ１，第２信号Ｓｉｇ２を時分割に変換部２３に入力することで、一つの変換部２３でデジタル信号に変換することが可能となる。これにより、第１実施形態に係る物理量センサー１は、回路規模の増加を抑えることが可能となる。
【０１０２】
また、第１実施形態に係る物理量センサー１によれば、信号処理部２４は、角速度および加速度の演算を第１デジタル信号Ｄｉｇ１および第２デジタル信号Ｄｉｇ２に基づき行う。この為、ノイズ等の影響を受け難く、安定した特性を有する物理量センサー１が実現可能となる。
【０１０３】
１．２  第２実施形態
第１実施形態における物理量センサー１では、１軸の角速度および１軸の加速度を算出しているが、第２実施形態の物理量センサー１は、振動素子１００を３個用いることで、３軸の角速度および２軸の加速度を算出する。なお、第２実施形態の物理量センサー１について、第１実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と重複する説明を省略する。
【０１０４】
図８は、第２実施形態における物理量センサー１の斜視図である。なお、図８に示す図では、互いに直交する３つの軸とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。
【０１０５】
第２実施形態における物理量センサー１は、１面が開口された箱状のベース３００と、ベース３００の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を含み構成される。そして、物理量センサー１は、箱状のベース３００とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を配置する。
【０１０６】
第２実施形態における複数の振動素子１００の各々の構造および動作は、第１実施形態（図２〜図７Ｂ）と同様であるため、その図示および説明を省略する。
【０１０７】
図示を省略するが、第２の実施形態における物理量センサー１は、第１実施形態（図１）と同様に駆動回路１０、変換部２３、信号処理部２４、インターフェース回路２５、Ａ／Ｄ変換回路２６を含む。さらに、物理量センサー１は、３組のチャージアンプ２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ、２１ｃ、２２ｃを含む。
【０１０８】
第１振動素子１００ａは、図５Ａ〜図７Ｂに示されるＨ型の振動素子１００‐２である。第１振動素子１００ａは、図６Ａに示す第１検出軸１６０および図７Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図８のＸ軸およびＺ軸に沿うように配置される。即ち、第１振動素子１００ａは、図８においてＸ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｚ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を検出することができる。
【０１０９】
第２振動素子１００ｂは、図５Ａ〜図７Ｂに示されるＨ型の振動素子１００‐２である。第２振動素子１００ｂは、図６Ａに示す第１検出軸１６０および図７Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図８のＹ軸およびＺ軸に沿うように配置さる。即ち、第２振動素子１００ｂは、図８においてＹ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｚ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を検出することができる。
【０１１０】
第３振動素子１００ｃは、図２〜図４Ｂに示されるダブルＴ型の振動素子１００‐１である。第３振動素子１００ｃは、図３Ａに示す第１検出軸１６０および図４Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図８のＺ軸およびＸ軸に沿うように配置される。即ち、第３振動素子１００ｃは、図８においてＺ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｘ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を検出することができる。
【０１１１】
図９は、第２実施形態の物理量センサー１において、複数の振動素子１００と検出できる物理量との関係を示した図である。図９に示すように、第２実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸角速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａ（図１０参照）と第２検出電極１２２ａ（図１０参照）との逆相の信号により検出し、Ｙ軸角速度を、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂ（図１０参照）と第２検出電極１２２ｂ（図１０参照）との逆相の信号により検出し、Ｚ軸角速度を、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃ（図１０参照）と第２検出電極１２２ｃ（図１０参照）との逆相の信号により検出することができる。さらに、第２実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸加速度を、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃ（図１０参照）と第２検出電極１２２ｃ（図１０参照）との同相の信号により検出し、Ｚ軸加速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａ（図１０参照）と第２検出電極１２２ａ（図１０参照）との同相の信号および第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂ（図１０参照）と第２検出電極１２２ｂ（図１０参照）との同相の信号により検出することができる。なお、第２実施形態における物理量センサー１は、Ｚ軸加速度を、第１振動素子１００ａと第２振動素子１００ｂとで検出される。その為、Ｚ軸加速度は、第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂの、いずれかの検出結果を用いてもよいし、双方の検出結果の平均によりＺ軸加速度を算出しても良い。
【０１１２】
これより、第２実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度（３軸の角速度）と、Ｘ軸、Ｚ軸の加速度（２軸の加速度）を検出可能な５軸センサーである。
【０１１３】
図１０は、第２実施形態における、検出回路２０に含まれるチャージアンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、変換部２３を示すブロック図である。
【０１１４】
チャージアンプ２１ａは、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第１信号Ｓｉｇ１ａを出力する。また、チャージアンプ２２ａは、第１振動素子１００ａの第２検出電極１２２ａから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第２信号Ｓｉｇ２ａを出力する。
【０１１５】
チャージアンプ２１ｂは、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第１信号Ｓｉｇ１ｂを出力する。また、チャージアンプ２２ｂは、第２振動素子１００ｂの第２検出電極１２２ｂから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第２信号Ｓｉｇ２ｂを出力する。
【０１１６】
チャージアンプ２１ｃは、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第１信号Ｓｉｇ１ｃを出力する。また、チャージアンプ２２ｃは、第３振動素子１００ｃの第２検出電極１２２ｃから出力された交流電荷を、電流／電圧変換および増幅し、第２信号Ｓｉｇ２ｃを出力する。
【０１１７】
なお、チャージアンプ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、第１実施形態のチャージアンプ２１と同様の構成であり、詳細の説明は省略する。同様に、チャージアンプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、第１実施形態のチャージアンプ２２と同様の構成であり、詳細の説明は省略する。
【０１１８】
変換部２３は、第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃが入力され、時分割にＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号に変換する。具体的には、変換部２３に入力された第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃは、各々の信号に対し設けられたスイッチ３５ａ，３５ｂ，３５ｃおよびスイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃにより順次Ａ／Ｄ変換回路３１に入力される。なお、スイッチ３５ａ，３５ｂ，３５ｃおよびスイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ｃｔｒにより順次導通される。
【０１１９】
即ち、変換部２３に設けられたスイッチ３５ａ，３５ｂ，３５ｃおよびスイッチ３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、ある時刻ｔにおいてスイッチ３５ａが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第１信号Ｓｉｇ１ａが入力され、時刻ｔ＋１においてスイッチ３６ａが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第２信号Ｓｉｇ２ａが入力され、時刻ｔ＋２においてスイッチ３５ｂが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第１信号Ｓｉｇ１ｂが入力され、時刻ｔ＋３においてスイッチ３６ｂが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第２信号Ｓｉｇ２ｂが入力され、時刻ｔ＋４においてスイッチ３５ｃが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第１信号Ｓｉｇ１ｃが入力され、時刻ｔ＋５においてスイッチ３６ｃが導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第２信号Ｓｉｇ２ｃが入力され、時刻ｔ＋６においてスイッチ３５ａが再び導通し、他の全てのスイッチは非導通となり、Ａ／Ｄ変換回路３１に第１信号Ｓｉｇ１ａが入力される。以後、これを繰り返すことで、Ａ／Ｄ変換回路３１には、第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃが時分割に入力される。
【０１２０】
Ａ／Ｄ変換回路３１は、時分割に入力された第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃをデジタル信号に変換する。このとき、Ａ／Ｄ変換回路３１により変換されたデジタル信号はスイッチ制御信号Ｃｔｒに連動し、順次レジスター３２ａ，３２ｂ，３２ｃまたはレジスター３３ａ，３３ｂ，３３ｃに保持される。この結果、時分割にＡ／Ｄ変換された第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃは、デジタル信号に変換され、スイッチ制御信号Ｃｔｒに連動し順次レジスター３２ａ，３２ｂ，３２ｃまたはレジスター３３ａ，３３ｂ，３３ｃに保持される。
【０１２１】
例えば、ある時刻ｔにおいて、第１信号Ｓｉｇ１ａがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３２ａに保持され、時刻ｔ＋１において、第２信号Ｓｉｇ２ａがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３３ａに保持され、時刻ｔ＋２において、第１信号Ｓｉｇ１ｂがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３２ｂに保持され、時刻ｔ＋３において、第２信号Ｓｉｇ２ｂがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３３ｂに保持され、時刻ｔ＋４において、第１信号Ｓｉｇ１ｃがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３２ｂに保持され、時刻ｔ＋５において、第２信号Ｓｉｇ２ｃがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号はレジスター３３ｂに保持され、時刻ｔ＋６において、第１信号Ｓｉｇ１ａがＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は再びレジスター３２ａに保持さる。即ち、レジスター３２ａに保持されている信号が第１デジタル信号Ｄｉｇ１ａであり、レジスター３３ａに保持されている信号が第２デジタル信号Ｄｉｇ２ａであり、レジスター３２ｂに保持されている信号が第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｂであり、レジスター３３ｂに保持されている信号が第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｂであり、レジスター３２ｃに保持されている信号が第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｃであり、レジスター３３ｃに保持されている信号が第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｃとなる。
【０１２２】
各々のレジスターに保持されたデジタル信号は、第１実施形態と同様に、信号処理部２４に入力され、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ａと第２デジタル信号Ｄｉｇ２ａとに基づいて、Ｘ軸角速度およびＺ軸加速度を算出し、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｂと第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｂとに基づいて、Ｙ軸角速度およびＺ軸加速度を算出し、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｃと第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｃとに基づいて、Ｚ軸角速度およびＸ軸加速度を算出する。そして、信号処理部２４は、算出したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度を、角速度信号ＶＤ１として順次出力する。また、信号処理部２４は、例えば算出した２つのＺ軸加速度の平均をＺ軸加速度とし、算出したＸ軸、Ｚ軸の加速度を、ＶＤ２として順次出力する。
【０１２３】
なお、信号処理部２４、インターフェース回路２５の詳細については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１２４】
本実施形態によれば、変換部２３は、第１信号Ｓｉｇ１ａ，Ｓｉｇ１ｂ，Ｓｉｇ１ｃと第２信号Ｓｉｇ２ａ，Ｓｉｇ２ｂ，Ｓｉｇ２ｃとを時分割にＡ／Ｄ変換することにより、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ａ，Ｄｉｇ１ｂ，Ｄｉｇ１ｃの算出処理および第２デジタル信号Ｄｉｇ２ａ，Ｄｉｇ２ｂ，Ｄｉｇ２ｃの算出処理とを、疑似的に並列して行う。そして、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に信号処理部２４が角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難く、角速度および加速度の算出が可能となる。
【０１２５】
図１１は、第２実施形態における、検出回路２０に含まれるチャージアンプ２１、チャージアンプ２２、変換部２３の変形例を示すブロック図である。本変形例は第２実施形態と変換部２３の構成が異なる。
【０１２６】
具体的には、第１信号Ｓｉｇ１ａおよび第２信号Ｓｉｇ２ａは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ｃｔｒａで制御されるスイッチ３５ａおよびスイッチ３６ａにより時分割にＡ／Ｄ変換回路３１ａに入力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路３１ａにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ｃｔｒａに同期し、レジスター３２ａ，３３ａに時分割に保持され、その後、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ａおよび第２デジタル信号Ｄｉｇ２ａに変換され、信号処理部２４に入力される。
【０１２７】
同様に、第１信号Ｓｉｇ１ｂおよび第２信号Ｓｉｇ２ｂは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ｃｔｒｂで制御されるスイッチ３５ｂおよびスイッチ３６ｂにより時分割にＡ／Ｄ変換回路３１ｂに入力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路３１ｂにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ｃｔｒｂに同期し、レジスター３２ｂ，３３ｂに時分割に保持され、その後、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｂおよび第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｂに変換され、信号処理部２４に入力される。
【０１２８】
同様に、第１信号Ｓｉｇ１ｃおよび第２信号Ｓｉｇ２ｃは、不図示の制御部から出力されるスイッチ制御信号Ｃｔｒｃで制御されるスイッチ３５ｃおよびスイッチ３６ｃにより時分割にＡ／Ｄ変換回路３１ｃに入力され、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換回路３１ｃにより変換されたデジタル信号は、スイッチ制御信号Ｃｔｒｃに同期し、レジスター３２ｃ，３３ｃに時分割に保持され、その後、第１デジタル信号Ｄｉｇ１ｃおよび第２デジタル信号Ｄｉｇ２ｃに変換され、信号処理部２４に入力される。
【０１２９】
本変形例によれば、複数設けられた振動素子１００に対し、Ａ／Ｄ変換回路３１を個別に設けることで、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートを下げることが可能となる。具体的には、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートは、物理量センサー１が検出可能な信号帯域（以下、「センサー帯域」という）の上限周波数の１０倍以上であることが望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が１００Ｈｚの場合、検出軸１軸あたり１ｋＨｚ以上が望ましい。さらに、物理量センサー１の用途において迅速な検出動作が求められる場合においては、物理量センサー１のセンサー帯域の上限周波数の５０倍以上であることが望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が１００Ｈｚの場合、検出軸１軸あたり５ｋＨｚ以上が望ましい。
【０１３０】
また、角速度を検出する上では、振動素子１００を駆動振動させる為の駆動信号ＤＲＶの駆動周波数の１０倍以上であることが望ましく、例えば、駆動周波数が５０ｋＨｚの場合、Ａ／Ｄ変換のサンプリングレートは検出軸１軸あたり５００ｋＨｚ以上が望ましい。さらに、物理量センサー１の用途において迅速な検出動作が求められる場合においては、振動素子１００を駆動振動させるための駆動信号ＤＲＶの駆動周波数の５０倍以上が望ましく、例えば、センサー帯域の上限周波数が５０ｋＨｚの場合、検出軸１軸あたり２．５ＭＨｚ以上が望ましい。
【０１３１】
例えば、角速度と加速度との２軸を検出する物理量センサー１において、求められるＡ／Ｄ変換のサンプリングレートはセンサー帯域の上限周波数または駆動信号ＤＲＶの駆動周波数の大きいほうの２倍以上であることが望ましい。具体的には、センサー帯域の上限周波数が１００Ｈｚ、駆動信号ＤＲＶの駆動周波数が５０ｋＨｚ、角速度と加速度を検出する物理量センサー１の場合、５０ｋＨｚ×１０倍×２軸＝１ＭＨｚ以上のサンプリングレートが望ましい。さらに、第２実施形態のように振動素子１００が３個設けられた物理量センサー１の場合においては、その３倍である３ＭＨｚ以上のサンプリングレートが望ましい。
【０１３２】
即ち、本変形例においては、振動素子１００が３個設けられた物理量センサー１において、個々にＡ／Ｄ変換回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃを設けることにより、一つのＡ／Ｄ変換回路あたりの検出軸数を減らすことができ、サンプリングレートを抑えることが可能となる。これより、物理量センサー１の省電力化が可能となる。
【０１３３】
第２実施形態によれば、物理量センサー１に３つの振動素子１００を搭載することで、５軸（３軸の角速度および２軸の加速度）の検出が可能な物理量センサー１を実現することができる。さらに、各々の振動素子１００からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い５軸物理量センサーが実現可能となる。
【０１３４】
１．３  第３実施形態
第２実施形態の物理量センサー１では、振動素子１００を３個用いることで、３軸の角速度および２軸の加速度を算出しているが、第３実施形態の物理量センサー１は、Ｈ型の振動素子１００‐２の断面形状を変更することで、３軸の角速度および３軸の加速度を算出する。なお、第３実施形態の物理量センサー１において、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第１実施形態および第２実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態または第２実施形態と重複する説明を省略する。
【０１３５】
図示を省略するが、第３実施形態における物理量センサー１は、第２実施形態（図８）と同様に、１面が開口された箱状のベース３００と、ベース３００の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を含み構成される。そして、物理量センサー１は、箱状のベース３００とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を配置する。なお、第３実施形態における第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃとは、第２実施形態と同様に配置される。
【０１３６】
第３実施形態における物理量センサー１の機能ブロックについては、第１実施形態（図１）および第２実施形態（図９、図１０）と同様であるため、その図示および説明を省略する。
【０１３７】
第３実施形態における第３振動素子１００ｃは、第２実施形態と同様のダブルＴ型の振動素子１００‐１であり、構造および動作は、第１実施形態（図２〜図４Ｂ）と同様であるためその図示および説明を省略する。
【０１３８】
第３実施形態における第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂは、Ｈ型の振動素子１００‐２である。駆動信号ＤＲＶに基づく駆動振動（図５Ａ、図５Ｂ）は第１実施形態と同様であり、また、角速度の検出（図６Ａ、図６Ｂ）についても第１実施形態と同様であり、その図示、および説明を省略する。第３実施形態において第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂは、検出振動腕１２３，１２４の断面形状が異なる。さらに加速度の検出方法についても第１実施形態および第２実施形態と異なる。以下にその詳細を説明する。
【０１３９】
図１２は、第３実施形態における第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂのＨ型の振動素子１００‐２の形状を模式的に示す平面図である。また、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、第３実施形態におけるＨ型の振動素子１００‐２の検出振動腕１２３において図１２のＡ−Ａ‘断面（ｘｚ断面）を示す断面図である。なお、図１２、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図７Ａと同様の軸で、互いに直交する３つの軸、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を図示している。即ち、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに示す検出振動腕１２３のｘｚ断面形状は、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図７Ａにおけるｘｚ断面図に対応する。なお、第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂは共にＨ型の振動素子１００‐２であり、共通の符号を用いて構造および動作を説明する。
【０１４０】
さらに、第３実施形態において、検出振動腕１２３と検出振動腕１２４は、形成されている検出電極が第１検出電極１２１か第２検出電極１２２かの違いであり、同様の構成である。その為、第３実施形態においては検出振動腕１２３について代表的に説明する。
【０１４１】
第３実施形態における振動素子１００‐２の検出振動腕１２３のｘｚ断面（図１２Ａ−Ａ‘断面）は、図１３Ａに示すように、振動素子１００‐２の主面１８０側および主面１８０の反対側の面において、それぞれ有底状の溝２１０、２１１が形成されている。即ち、検出振動腕１２３のｘｚ断面形状は略Ｈ字型の形状となる。
【０１４２】
溝２１０の内面は、ｚ軸に対し傾斜した傾斜面２１０Ａ、２１０Ｂ，２１０Ｃ、面２１０Ｄで構成されている。
【０１４３】
傾斜面２１０Ａは溝２１０の内面のうち、最も−ｘ側に位置する。また、傾斜面２１０Ａとｙｚ平面とのなす角θ１は、２０〜２５°程度である。
【０１４４】
傾斜面２１０Ｂは、傾斜面２１０Ａの＋ｘ側に位置する。また、傾斜面２１０Ｂとｙｚ平面とのなす角θ２は、５５〜６５°程度である。
【０１４５】
傾斜面２１０Ｃは、傾斜面２１０Ｂの＋ｘ側に位置する。また、傾斜面２１０Ｃとｙｚ平面とのなす角θ３は、６５〜７５°程度である。
【０１４６】
面２１０Ｄは、溝２１０の内面のうち、最も＋ｘ側に位置している。また、面２１０Ｄは、ｚ軸を法線とする平面で構成されている。
【０１４７】
溝２１１の内面は、ｚ軸に対し傾斜した傾斜面２１１Ａ、２１１Ｂ，２１１Ｃ、面２１１Ｄで構成されている。
【０１４８】
傾斜面２１１Ａは溝２１１の内面のうち、最も−ｘ側に位置する。また、傾斜面２１１Ａとｙｚ平面とのなす角θ４は、２０〜２５°程度である。
【０１４９】
傾斜面２１１Ｂは、傾斜面２１１Ａの＋ｘ側に位置する。また、傾斜面２１１Ｂとｙｚ平面とのなす角θ５は、５５〜６５°程度である。
【０１５０】
傾斜面２１１Ｃは、傾斜面２１１Ｂの＋ｘ側に位置する。また、傾斜面２１１Ｃとｙｚ平面とのなす角θ６は、６５〜７５°程度である。
【０１５１】
面２１１Ｄは、溝２１１の内面のうち、最も＋ｘ側に位置している。また、面２１１Ｄは、ｚ軸を法線とする平面で構成されている。
【０１５２】
第１検出電極１２１は、傾斜面２１１Ａ，２１１Ｂ、および面２１０Ｄに設けられている。また、共通電極１２５は、検出振動腕１２３の−ｘ側側面、面２１２、傾斜面２１０Ａ、２１０Ｂに連続して設けられ、さらに検出振動腕１２３の＋ｘ側側面、面２１３、面２１１Ｄに連続して設けられている。
【０１５３】
第３実施形態において、図１３Ｂに示すように、ｘ軸に略垂直な第２検出軸１７０に沿った方向の加速度１５１が加わった時、検出振動腕１２３には、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す電界がそれぞれ生じる。しかし、矢印ａ，ｄに示す電界は、共通電極１２５間に生じる電界であり、第１検出電極１２１では検出されない。よって、第１検出電極１２１には、矢印ｂ，ｄに示す電界に基づく交流電荷が出力される。
【０１５４】
なお、第３実施形態において検出振動腕１２４に形成された第２検出電極１２２および共通電極１２５は、図１３Ａに示す検出振動腕１２３に形成された第１検出電極１２１および共通電極１２５と同様の配置であり、第２検出軸１７０に沿った方向の加速度１５１が加わった時、検出振動腕１２３および検出振動腕１２４は同様の動作を行う。即ち、第２検出軸１７０に沿った方向の加速度１５１が加わった時、第１検出電極１２１と第２検出電極１２２とから出力される交流電荷は、同相となる。
【０１５５】
第３実施形態において、図１３Ｃに示すように、ｘ軸に略水平な第３検出軸１７５に沿った方向の加速度１５１が加わった時、検出振動腕１２３には、矢印ｅ，ｆ，ｇ，ｈに示す電界がそれぞれ生じる。しかし、矢印ｅ，ｆに示す電界は、共通電極１２５間に生じる電界であり、第１検出電極１２１では検出されない。よって、第１検出電極１２１には、矢印ｆ，ｇに示す電界に基づく交流電荷が出力される。
【０１５６】
なお、第３実施形態において検出振動腕１２４に形成された第２検出電極１２２および共通電極１２５は、図１３Ａに示す検出振動腕１２３に形成された第１検出電極１２１および共通電極１２５と同様の配置であり、第３検出軸１７５に沿った方向の加速度１５１が加わった時、検出振動腕１２３および検出振動腕１２４は同様の動作を行う。即ち、第３検出軸１７５に沿った方向の加速度１５１が加わった時、第１検出電極１２１と第２検出電極１２２とから出力される交流電荷は、同相となる。
【０１５７】
これより、第３実施形態の振動素子１００‐２は、第１検出軸１６０（ｙ軸）まわりに発生した角速度に加え、第２検出軸１７０（ｚ軸）方向の加速度、さらに第３検出軸１７５（ｘ軸）方向の加速度の検出が行える。
【０１５８】
図１４は、第３実施形態の振動素子１００‐２を第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂとして用いたときの、物理量センサー１において、複数の振動素子１００と検出できる物理量との関係を示した図である。
【０１５９】
図１４に示すように、第３実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸角速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａと第２検出電極１２２ａとの逆相の信号により検出し、Ｙ軸角速度を、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂと第２検出電極１２２ｂとの逆相の信号により検出し、Ｚ軸角速度を、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃと第２検出電極１２２ｃとの逆相の信号により検出することができる。さらに、第３実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸加速度を、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂと第２検出電極１２２ｂとの同相の信号および第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃと第２検出電極１２２ｃとの同相の信号により検出し、Ｙ軸加速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａと第２検出電極１２２ａとの同相の信号により検出し、Ｚ軸加速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａと第２検出電極１２２ａとの同相の信号および第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂと第２検出電極１２２ｂとの同相の信号により検出することができる。
【０１６０】
第３実施形態における物理量センサー１において、例えば第１振動素子１００ａは、Ｙ軸加速度に加え、Ｚ軸加速度も検出する。即ち、第３実施形態における物理量センサー１では、例えば第１振動素子１００ａの検出信号のみでは、検出した物理量が、Ｙ軸加速度なのか、Ｚ軸加速度なのか判断できない。その為、本実施形態においては、複数の振動素子１００が検出した加速度を、以下の算出式において演算することにより、３軸の加速度を算出する。
【０１６１】
具体的には、第１振動素子１００ａで検出される加速度をＶａｃｃ１、第２振動素子１００ｂで検出される加速度をＶａｃｃ２、第３振動素子１００ｃで検出される加速度をＶａｃｃ３とすると、各軸の加速度は、以下で算出される。
【０１６２】
【数１】
2018084480.tif 000003
【０１６３】
【数２】
2018084480.tif 000004
【０１６４】
【数３】
2018084480.tif 000005
【０１６５】
第３実施形態によれば、物理量センサー１の第１振動素子１００ａおよび第２振動素子１００ｂに、２軸の加速度を検出することが可能な振動素子１００と用いることで、６軸（３軸の角速度および３軸の加速度）の検出が可能な物理量センサー１を実現することができる。さらに、各々の振動素子１００からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い６軸物理量センサーが実現可能となる。
【０１６６】
１．４  第４実施形態
第４実施形態においては、第２実施形態の物理量センサー１において、第１振動素子１００ａの配置を変更することで、Ｙ軸加速度の検出を可能とした３軸の角速度および３軸の加速度を算出する。
【０１６７】
なお、第４実施形態の物理量センサー１において、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態と同様の構成要素には、同じ符号を付し、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態と重複する説明を省略する。
【０１６８】
図１５は、第４実施形態における物理量センサー１の斜視図である。なお、図１５に示す図では、互いに直交する３つの軸とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。
【０１６９】
第４実施形態における物理量センサー１は、１面が開口された箱状のベース３００と、ベース３００の開口面を塞ぐ板状の不図示のリッドと、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を含み構成される。そして、物理量センサー１は、箱状のベース３００とリッドとで気密性が確保されたパッケージの中に、第１振動素子１００ａと、第２振動素子１００ｂと、第３振動素子１００ｃと、不図示のＩＣ２と、を配置する。
【０１７０】
第１振動素子１００ａは、図５Ａ〜図７Ｂに示されるＨ型の振動素子１００‐２である。第１振動素子１００ａは、図６Ａに示す第１検出軸１６０および図７Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図１５のＸ軸およびＹ軸に沿うように配置される。即ち、第１振動素子１００ａは、箱状のベース３００の内側面において、Ｈ型の振動素子１００‐２の主面１８０が図１５に示すＸＺ平面に対し略水平になるように設けられる。これにより、第１振動素子１００ａは、図１５においてＸ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｙ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を検出することができる。
【０１７１】
第２振動素子１００ｂは、図５Ａ〜図７Ｂに示されるＨ型の振動素子１００‐２である。第２振動素子１００ｂは、図６Ａに示す第１検出軸１６０および図７Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図１５のＹ軸およびＺ軸に沿うように配置される。即ち、第２振動素子１００ｂは、図１５においてＹ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｚ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を検出することができる。
【０１７２】
第３振動素子１００ｃは、図２〜図４Ｂに示されるダブルＴ型の振動素子１００‐１である。第３振動素子１００ｃは、図３Ａに示す第１検出軸１６０および図４Ａに示す第２検出軸１７０が、それぞれ図１５のＺ軸およびＸ軸に沿うように配置される。即ち、第３振動素子１００ｃは、図１５においてＺ軸に沿った第１検出軸１６０まわりの角速度と、Ｘ軸に沿った第２検出軸１７０方向の加速度を取得することができる。
【０１７３】
第４実施形態における複数の振動素子１００の各々の構造および動作は、第１実施形態（図２〜図７Ｂ）と同様であるため、その図示および説明を省略する。
【０１７４】
第４実施形態における物理量センサー１は、第１実施形態（図１）と同様に駆動回路１０、変換部２３、信号処理部２４、インターフェース回路２５、Ａ／Ｄ変換回路２６を含む。さらに、物理量センサー１は、第２の実施形態（図９、図１０）と同様に３組のチャージアンプ２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ、２１ｃ、２２ｃを含む。
【０１７５】
図１６は、第４実施形態における物理量センサー１の複数の振動素子１００と検出できる物理量との関係を示した図である。
【０１７６】
図１５に示すように、第４実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸角速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａと第２検出電極１２２ａとの逆相の信号により検出し、Ｙ軸角速度を、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂと第２検出電極１２２ｂとの逆相の信号により検出し、Ｚ軸角速度を、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃと第２検出電極１２２ｃとの逆相の信号により検出することができる。さらに、第４実施形態における物理量センサー１は、Ｘ軸加速度を、第３振動素子１００ｃの第１検出電極１２１ｃと第２検出電極１２２ｃとの同相の信号により検出し、Ｙ軸加速度を、第１振動素子１００ａの第１検出電極１２１ａと第２検出電極１２２ａとの同相の信号により検出し、Ｚ軸加速度を、第２振動素子１００ｂの第１検出電極１２１ｂと第２検出電極１２２ｂとの同相の信号により検出することができる。
【０１７７】
第４実施形態によれば、物理量センサー１に３つの振動素子１００を立体的に搭載することで、物理量センサー１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の角速度（３軸の角速度）とＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度（３軸の加速度）を検出可能な６軸センサーである。
【０１７８】
第４実施形態によれば、物理量センサー１に３つの振動素子１００を立体的に搭載することで、６軸（３軸の角速度および３軸の加速度）の検出が可能な物理量センサー１を実現することができる。さらに、各々の振動素子１００からの検出信号を時分割にデジタル信号に変換し、角速度および加速度の算出をデジタル処理で実施することにより、ノイズ等の影響を受け難い６軸物理量センサーが実現可能となる。
【０１７９】
２．電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量検出装置４００を含む電子機器について、説明する。
【０１８０】
図１７は、本実施形態に係る電子機器として、モバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１１００を模式的に示す斜視図である。
【０１８１】
図１７に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を有する表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
【０１８２】
このようなパーソナルコンピューター１１００には、物理量検出装置４００が内蔵されている。
【０１８３】
図１８は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。
【０１８４】
図１８に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。
【０１８５】
このような携帯電話機１２００には、物理量検出装置４００が内蔵されている。
【０１８６】
図１９は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１９には、外部機器との接続についても簡易的に示している。
【０１８７】
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【０１８８】
デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
【０１８９】
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１９０】
撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。
【０１９１】
また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
【０１９２】
このようなデジタルスチルカメラ１３００には、物理量検出装置４００が内蔵されている。
【０１９３】
なお、物理量検出装置４００を備えた電子機器は、図１７に示すパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１８に示す携帯電話機、図１９に示すデジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ヘッドマウントディスプレイ、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（例えば電子体温計、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）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、ロケット、船舶の計器類）、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
【０１９４】
本実施形態に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量検出装置４００を含む。従って、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１９５】
３．移動体
次に、本実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る移動体は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量検出装置４００を含む移動体について、説明する。
【０１９６】
図２０は、本実施形態に係る移動体として、自動車１５００を模式的に示す斜視図である。
【０１９７】
自動車１５００には、物理量検出装置４００が内蔵されている。具体的には、図２０に示すように、自動車１５００の車体１５０２には、自動車１５００の角速度を検知する振動素子１００を内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１５０４が搭載されている。また、物理量検出装置４００は、他にも、車体姿勢制御ユニット、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、に広く適用することができる。
【０１９８】
本実施形態に係る電子機器は、回路規模の増加を抑えながら、安定した特性で角速度および加速度を検出可能な物理量検出装置４００を含む。従って、より低コストでより信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１９９】
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０２００】
４．変形例
４．１  変形例１
本変形例１において、第１実施形態から第４実施形態と重複する構成要素の説明は省略し、異なる点について説明を行う。
【０２０１】
本変形例１において、物理量センサー１は、互いに逆相の信号となる加速度成分および互いに同相の信号となる角速度成分の少なくとも一方を含み、第１演算処理は、和演算であり、第２演算処理は、差演算であっても良い。
【０２０２】
具体的には、第１実施形態における振動素子１００において、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２から出力される交流電荷は、第１検出電極１２１と、第２検出電極１２２と、共通電極１２５との配置により極性を変更することができる。
【０２０３】
ダブルＴ型の振動素子１００‐１において、例えば、検出振動腕１２４の側面１９０の駆動振動腕１１４側に設けられた共通電極１２５を、検出振動腕１２４の側面１９０の駆動振動腕１１６側に変更したとき、ダブルＴ型の振動素子１００‐１の第１検出電極１２１と第２検出電極１２２は、加速度を検出したときに互いに逆相の交流電荷を出力し、角速度を検出したときに互いに同相の信号となる交流電荷を出力する。
【０２０４】
Ｈ型の振動素子１００‐２においては、例えば、検出振動腕１２４の主面１８０側に設けられた第２検出電極１２２を、検出振動腕１２４の主面１８０と反対側に変更したとき、Ｈ型の振動素子１００‐２の第１検出電極１２１と第２検出電極１２２は、加速度を検出したときに互いに逆相の交流電荷を出力し、角速度を検出したときに互いに同相の信号となる交流電荷を出力する。
【０２０５】
本変形例によれば、振動素子１００に設ける電極の配置を変更することで、振動素子１００が角速度を検出したとき、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２から出力される交流電荷を同相とすることができ、また、振動素子１００が加速度を検出したとき、第１検出電極１２１および第２検出電極１２２から出力される交流電荷を逆相とすることができる。
【０２０６】
一般に差分で算出することにより同期ノイズが除去（正確には低減）され、検出精度を向上させることができる。本変形例１によれば、角速度を和演算で算出し加速度を差演算で算出することから、加速度の検出精度を高めることが可能となる。
【０２０７】
４．２  変形例２
本変形例２においては、第１実施形態から第４実施形態と重複する構成要素の説明は省略し、異なる点について説明を行う。
【０２０８】
本変形例２は、和演算の演算レートと、差演算の演算レートとを設定する演算設定部を含んでも良い。即ち、物理量センサー１は、第１演算処理部４３および第２演算処理部４４で演算される角速度および加速度の演算レートを任意に設定・変更する為の、演算設定部を含んでも良い。
【０２０９】
具体的には、例えば信号処理部２４は、演算設定部を含み構成され、演算設定部は、第１演算処理部４３および第２演算処理部４４の和演算および差演算の演算レートを設定・変更する。さらに、演算設定部は演算頻度（演算レート）を設定する為のデータを記憶する記憶部を含んでも良い。
【０２１０】
具体的には、演算設定部は、記憶部に記憶された演算レートのデータに基づき第１演算処理部４３および第２演算処理部４４の演算頻度を決定する。例えば、角速度は精度よく検出し、加速度を補助的に検出するような物理量センサー１において、第１演算処理部４３の演算レートを高め、第２演算処理部４４の演算レートを低く設定することができる。
【０２１１】
なお、記憶部は、例えば不揮発性メモリーでもよく、具体的にはマスクＲＯＭ（read Only Memory）、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）などでもよい。また、記憶部に記憶される演算レートのデータは、例えばＭＣＵ５０などから変更可能な構成であっても良い。
【０２１２】
本変形例２によれば、演算設定部は、第１演算処理部４３および第２演算処理部４４で実行される和演算および差演算の演算頻度（演算レート）を任意に設定・変更することができる。これにより、例えば、物理量センサー１が使用される機器において、角速度の検出頻度が高く、加速度の検出頻度が低い場合において、角速度を演算する第１演算処理部４３の演算レートを高くし、加速度を演算する第２演算処理部４４の演算レートを低くすることができる。
【０２１３】
即ち、物理量センサー１は、用途に応じ角速度および加速度の演算を任意に最適な演算レートで実行することが可能となると共に、不要な演算を減らし消費電力の削減にもつながる。さらに、本変形例２によれば、角速度と加速度の検出周波数帯域が大きく異なる場合においても、最適な演算処理が可能となる。
【０２１４】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０２１５】
本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０２１６】
１…物理量センサー、２…ＩＣ、１０…駆動回路、１１…振幅調整回路、１２…Ｉ／Ｖ変換回路、１３…ＡＣ増幅回路、２０…検出回路、２１…チャージアンプ、２２…チャージアンプ、２３…変換部、２４…信号処理部、２５…インターフェース回路、２６…Ａ／Ｄ変換回路、３１…Ａ／Ｄ変換回路、３２，３３…レジスター、３５，３６…スイッチ、４１…乗算処理部、４２…ローパスフィルター処理部、４３…第１演算処理部、４４…第２演算処理部、５０…ＭＣＵ、１００…振動素子、１１１…駆動入力電極、１１２…駆動出力電極、１１３，１１４，１１５，１１６…駆動振動腕、１２１…第１検出電極、１２２…第２検出電極、１２３，１２４…検出振動腕、１２５…共通電極、１３０…基部、１３１，１３２…連結腕、１５０…角速度、１５１…加速度、１６０…第１検出軸、１７０…第２検出軸、１７５…第３検出軸、１８０…主面、１９０…側面、２１０，２１１…溝、２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ…傾斜面、２１０Ｄ，２１１Ｄ…面、２１２，２１３…面、３００…ベース、４００…物理量検出装置、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…自動車、１５０２…車体、１５０４…電子制御ユニット、ＤＲＶ…駆動信号、Ｓｉｇ１…第１信号、Ｓｉｇ２…第２信号、Ｄｉｇ１…第１デジタル信号、Ｄｉｇ２…第２デジタル信号、ＶＤ１…角速度信号、ＶＤ２…加速度信号
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2018084480.tif 000016
【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018084480.tif 000020
【図１１】
2018084480.tif 000021
【図１２】
2018084480.tif 000022
【図１３Ａ】
2018084480.tif 000023
【図１３Ｂ】
2018084480.tif 000024
【図１３Ｃ】
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【図１４】
2018084480.tif 000026
【図１５】
2018084480.tif 000027
【図１６】
2018084480.tif 000028
【図１７】
2018084480.tif 000029
【図１８】
2018084480.tif 000030
【図１９】
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【図２０】
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