(57)【要約】【課題】  外乱信号を除去することが可能な物理量検出装置を提供する。【解決手段】  実施形態に係る物理量検出装置は、第１及び第２の方向に振動可能な第１及び第２の可動体と、第１の可動体の位置に関する第１の信号を生成する第１のトランスデューサと、第２の可動体の位置に関する第２の信号を生成する第２のトランスデューサと、第１及び第２の信号を増幅する第１及び第２の増幅回路と、第２の増幅回路で増幅された信号を第１及び第２の振り分け信号に振り分けるための振り分け制御回路と、第１の増幅回路の出力と第１の振り分け信号とを乗算する乗算回路と、第２の振り分け信号の位相を調整する位相調整回路と、位相調整された信号に基づいて第２の可動体の振動を調整する第１のアクチュエータとを備え、第１の振り分け信号に対する第２の振り分け信号の比率は、第１の可動体が振動を開始した後に時間の経過とともに減少する。【選択図】図２
2019128327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に振動可能な第１の可動体を含む第１の振動機構と、
前記第１の可動体の前記第１の方向の振動に伴って前記第１の方向に振動するとともに、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能な第２の可動体を含む第２の振動機構と、
前記第１の可動体の振動に基づく前記第１の可動体の位置に関する第１の信号を生成する第１のトランスデューサと、
前記第２の可動体の振動に基づく前記第２の可動体の位置に関する第２の信号を生成する第２のトランスデューサと、
前記第１の信号を増幅する第１の増幅回路と、
前記第２の信号を増幅する第２の増幅回路と、
前記第２の増幅回路で増幅された信号を第１の振り分け信号及び第２の振り分け信号に振り分けるための振り分け制御回路と、
前記第１の増幅回路の出力と前記第１の振り分け信号とを乗算する乗算回路と、
前記第２の振り分け信号の位相を調整する位相調整回路と、
前記位相調整回路で調整された信号に基づいて前記第２の可動体の振動を調整する第１のアクチュエータと、
を備え、
前記第１の振り分け信号に対する前記第２の振り分け信号の比率は、前記第１の可動体が振動を開始した後に時間の経過とともに減少する
ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
前記第１の方向に振動している前記第１の可動体を捕捉し、捕捉された第１の可能体を解放して前記第１の方向へ振動させる第２のアクチュエータをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項３】
前記第２のアクチュエータによって前記第１の可動体が捕捉されている最中は、前記第１の増幅回路、前記第２の増幅回路、前記振り分け制御回路、前記乗算回路及び前記位相調整回路の動作は停止している
ことを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
【請求項４】
前記第１の可動体を前記第１の方向に強制的に振動させる第３のアクチュエータをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項５】
前記第１の振り分け信号に対する前記第２の振り分け信号の比率は、最終的にゼロになる
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項６】
前記第１の振り分け信号に対する前記第２の振り分け信号の比率が最終的にゼロになった後は、前記振り分け制御回路の動作は停止する
ことを特徴とする請求項５に記載の物理量検出装置。
【請求項７】
前記第１の振動機構、前記第２の振動機構、前記第１のトランスデューサ、前記第２のトランスデューサ、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記第３のアクチュエータは、同一基板上に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項８】
前記第１の振動機構、前記第２の振動機構、前記第１のトランスデューサ、前記第２のトランスデューサ、前記第１のアクチュエータ、前記第２のアクチュエータ及び前記第３のアクチュエータは、ＭＥＭＳ技術によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項９】
前記第２の可動体は、前記第１の可動体の前記第１の方向の振動に伴って前記第２の可動体が前記第１の方向に振動している最中に前記第２の可動体に回転運動が働くことで、前記第２の方向に振動する
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項１０】
第２のトランスデューサは可変キャパシタを含み、前記第２の信号は前記可変キャパシタのキャパシタンスに基づいて生成される
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項１１】
前記乗算回路からは、前記第２の可動体の角速度に基づく信号が出力される
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度等の物理量検出装置として、第１の方向に振動可能な第１の可動体を含む第１の振動機構と、第１の可動体の第１の方向の振動に伴って第１の方向に振動するとともに、第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能な第２の可動体を含む第２の振動機構とを備えたものがある。
【０００３】
上述した物理量検出装置において正確な物理量を検出するためには、外乱信号を除去することが重要である。しかしながら、従来は、必ずしも外乱信号を効果的に除去できているとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９７１４９０号公報
【特許文献２】米国特許第８８００３６９号明細書
【特許文献３】特許第４３７０３３１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R. Gando et al., "An intermittent free-vibration MEMS gyroscope enabled by catch-and-release mechanism for low-power and fast-startup applications," Proc. of MEMS, 2017, pp. 29-32.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外乱信号を効果的に除去することが可能な物理量検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る物理量検出装置は、第１の方向に振動可能な第１の可動体を含む第１の振動機構と、前記第１の可動体の前記第１の方向の振動に伴って前記第１の方向に振動するとともに、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に振動可能な第２の可動体を含む第２の振動機構と、前記第１の可動体の振動に基づく前記第１の可動体の位置に関する第１の信号を生成する第１のトランスデューサと、前記第２の可動体の振動に基づく前記第２の可動体の位置に関する第２の信号を生成する第２のトランスデューサと、前記第１の信号を増幅する第１の増幅回路と、前記第２の信号を増幅する第２の増幅回路と、前記第２の増幅回路で増幅された信号を第１の振り分け信号及び第２の振り分け信号に振り分けるための振り分け制御回路と、前記第１の増幅回路の出力と前記第１の振り分け信号とを乗算する乗算回路と、前記第２の振り分け信号の位相を調整する位相調整回路と、前記位相調整回路で調整された信号に基づいて前記第２の可動体の振動を調整する第１のアクチュエータと、を備え、前記第１の振り分け信号に対する前記第２の振り分け信号の比率は、前記第１の可動体が振動を開始した後に時間の経過とともに減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る物理量検出装置の基本的な概念を示した図である。
【図２】実施形態に係る物理量検出装置の具体的な構成例を示したブロック図である。
【図３】実施形態に係る物理量検出装置の動作を示したタイミング図である。
【図４】図２に示した物理量検出装置の一部の第１の構成例を示した電気回路図である。
【図５】図２に示した物理量検出装置の一部の第２の構成例を示した電気回路図である。
【図６】実施形態に係る物理量検出装置に含まれる切り替え制御回路の詳細な構成を示した電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る物理量検出装置の基本的な概念を示した図である。図１では、物理量検出装置として、コリオリ力（Coriolis force）に基づく角速度検出装置について説明する。
【００１１】
図１に示した角速度検出装置は、駆動系１１、検出系１２、駆動系トランスデューサ１３及び検出系トランスデューサ１４を含んでいる。
【００１２】
駆動系１１は、ｘ方向（第１の方向）に振動可能な可動体及び可動体を振動させる駆動機構等によって構成されている。検出系１２は、ｙ方向（第２の方向）に振動可能な可動体及び検出機構等によって構成されている。検出系１２に含まれる可動体が駆動系１１に含まれる可動体に振動に伴ってｘ方向にも振動するように、検出系１２に含まれる可動体は、駆動系１１に含まれる可動体に機械的に結合している。以下、便宜上、駆動系１１に含まれる可動体を可動体１１ｍと呼び、検出系１２に含まれる可動体を可動体１２ｍと呼ぶ。
【００１３】
駆動系トランスデューサ１３は、可動体１１ｍの位置情報を例えば電圧信号に変換するものである。検出系トランスデューサ１４は、可動体１２ｍの位置情報を例えば電圧信号に変換するものである。
【００１４】
可動体１１ｍがｘ方向に振動している最中に回転運動が生じると、コリオリ力によって可動体１２ｍがｙ方向に振動する。このｙ方向の振動に基づく可動体１２ｍのｙ方向の変位を検出することで、角速度を検出することが可能である。
【００１５】
理想的には、コリオリ力に基づく可動体１２ｍの振動にはｙ方向の振動成分のみが含まれていることが好ましい。しかしながら、実際には、可動体１１ｍがｘ方向に振動しているため、可動体１２ｍの振動にはｘ方向の振動成分も含まれている。可動体１２ｍの振動に含まれるｘ方向の振動成分は、直交バイアス（quadrature error とも呼ばれる）と呼ばれ、一種の外乱信号となる。したがって、検出系トランスデューサ１４で検出される信号には、ｙ方向成分に加えてｘ方向成分も含まれていることになる。したがって、外乱信号成分である直交バイアスを低減させることが重要である。
【００１６】
また、振動はステップ的に開始されるため、ステップ応答も外乱信号成分となる。そのため、ステップ応答を低減することも重要である。
【００１７】
上述したように、角速度検出装置のような物理量検出装置では、検出信号に直交バイアス及びステップ応答といった外乱信号成分が含まれている。このような外乱信号成分が検出信号に含まれていると、検出回路のダイナミックレンジが外乱信号に占有され、ＳＮ比が大きく減少することになる。したがって、このような外乱信号を効果的に除去することが重要である。
【００１８】
ステップ応答を除去するためには、ｙ方向の変位に基づく信号成分を検出系にフィードバックすることが有効である。ステップ応答の原因は、検出系における共振周波数を有する２次系の伝達関数である。したがって、フィードバック制御を行うことで、伝達関数のピークを平坦化することができ、共振を抑えることが可能である。しかしながら、フィードバック制御によって位相遅れが生じるため、直交バイアス成分を効果的に除去できなくなる。
【００１９】
一方、直交バイアス成分を除去するためには、オープンループ制御を行うことが有効である。オープンループ制御を行うことで、位相遅れをほぼゼロにすることが可能であり、同期検波によって直交バイアス成分を除去するが可能である。しかしながら、オープンループ制御では、フィードバックループが存在しないため、ステップ応答成分を効果的に除去できなくなる。
【００２０】
そこで、本実施形態に係る角速度検出装置（物理量検出装置）では、フィードバック制御とオープンループ制御とを組み合わせることで、ステップ応答及び直交バイアスの両外乱信号成分を低減するようにしている。ただし、本実施形態では、単純にフィードバック制御からオープンループ制御に切り替えるわけではなく、両制御の比率を時間的に徐々に変化させながら切り替えを行うようにしている。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る角速度検出装置（物理量検出装置）の具体的な構成例を示したブロック図である。
【００２２】
図２に示した角速度検出装置（物理量検出装置）は、駆動回路１００、機械式センサ２００、検出回路３００、アクチュエータ４１０、４２０及び４３０、並びにトランスデューサ５１０及び５２０を含んでいる。
【００２３】
駆動回路１００は、捕捉及び解放（catch and release）制御部１１０及び発振回路１２０を含んでいる。捕捉及び解放制御部１１０は、駆動系２１０に含まれる可動体（可動マス）２１１の捕捉及び解放を制御するものである。この捕捉及び解放動作については、後で詳細に説明する。発振回路１２０は、可動体（可動マス）２１１をｘ方向（第１の方向）に強制的に振動させるものであり、主としてスタートアップ時に動作する。
【００２４】
機械式センサ２００は、駆動系（第１の振動機構）２１０及び検出系（第２の振動機構）２２０を含んでいる。駆動系（第１の振動機構）２１０及び検出系（第２の振動機構）２２０、アクチュエータ４１０、４２０及び４３０、並びにトランスデューサ５１０及び５２０は、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）技術を用いて同一基板上に形成されている。
【００２５】
駆動系２１０は、可動体（第１の可動体）２１１、固定端２１２、バネ２１３及びダンパー２１４を含んでいる。可動体２１１は、バネ２１３を介して固定端２１２に接続されており、バネ２１３によってｘ方向（第１の方向）に振動可能である。
【００２６】
可動体２１１は、第２のアクチュエータ（捕捉及び解放機構）４２０によって捕捉及び解放されることが可能である。すなわち、第２のアクチュエータ４２０は、ｘ方向に振動している可動体２１１を捕捉し、捕捉された可能体２１１を解放してｘ方向へ振動させる機能を有している。第２のアクチュエータ４２０による可動体２１１の捕捉及び解放動作は、捕捉及び解放制御部１１０によって制御される。可動体２１１が第２のアクチュエータ４２０から解放されると、可動体２１１はｘ方向に自由振動する。
【００２７】
また、スタートアップ時には、発振回路１２０からの発振信号に基づき、第３のアクチュエータ４３０によって可動体２１１がｘ方向に強制的に振動させられる。通常の動作時には、可動体２１１を第２のアクチュエータ４２０から解放することで可動体は自由振動を開始することができるが、スタートアップ時には、可動体２１１は第２のアクチュエータ４２０に捕捉されていないため、自由振動を開始することができない。そのため、スタートアップ時に可動体２１１を強制的に振動させるために、第３のアクチュエータ４３０が設けられている。
【００２８】
検出系２２０は、可動体（第２の可動体）２２１、固定端２２２、バネ２２３及びダンパー２２４を含んでいる。可動体２２１は、バネ２２３を介して固定端２２２に接続されており、バネ２２３によってｙ方向（第２の方向）に振動可能である。
【００２９】
可動体２２１は、バネ２３０によって可動体２１１にも接続されている。したがって、可動体２２１は、可動体２１１のｘ方向の振動に伴ってｘ方向に振動する。また、可動体２１１のｘ方向の振動に伴って可動体２２１がｘ方向に振動している最中に、回転運動によるコリオリ力が可動体２２１に働くことで、可動体２２１はｘ方向に対して垂直なｙ方向に振動する。したがって、可動体２２１のｙ方向の振幅を検出することで、回転運動の角速度を検出することが可能である。
【００３０】
検出回路３００は、第１の増幅回路３１０、第２の増幅回路３２０、振り分け制御回路３３０、乗算回路３４０及び位相調整回路３５０を含んでいる。
【００３１】
第１の増幅回路３１０は、第１のトランスデューサ５１０からの信号を増幅するものである。第１のトランスデューサ５１０は、可動体２１１の振動に基づく可動体２１１の位置に関する第１の信号（以下、便宜上、第１の位置信号と呼ぶ場合がある）を生成する。したがって、第１の増幅回路３１０は、第１のトランスデューサ５１０から出力される第１の位置信号を増幅する。具体的には、第１のトランスデューサ５１０は、可動体２１１と第１の固定電極（図示せず）とで構成される可変キャパシタのキャパシタンスであり、このキャパシタンス変化を第１の位置信号として出力するものである。
【００３２】
第２の増幅回路３２０は、第２のトランスデューサ５２０からの信号を増幅するものである。第２のトランスデューサ５２０は、可動体２２１の振動に基づく可動体２２１の位置に関する第２の信号（以下、便宜上、第２の位置信号と呼ぶ場合がある）を生成する。したがって、第２の増幅回路３２０は、第２のトランスデューサ５２０から出力される第２の位置信号を増幅する。具体的には、第２のトランスデューサ５２０は、可動体２２１と第２の固定電極（図示せず）とで構成される可変キャパシタのキャパシタンスであり、このキャパシタンス変化を第２の位置信号として出力するものである。第２の位置信号に基づき、可動体２２１の振動の振幅を求めることができる。この振幅に基づき、角速度を算出することが可能である。
【００３３】
振り分け回路３３０は、捕捉及び解放制御部１１０からの信号に基づき、第２の増幅回路３２０で増幅された信号を第１の振り分け信号及び第２の振り分け信号に振り分けるための振り分け制御信号を生成するものである。
【００３４】
乗算回路３４０は、第１の増幅回路３１０の出力信号と、第２の増幅回路３２０の出力信号の一部（第１の振り分け信号）とを乗算するものである。乗算回路３４０では、２値化された第１の増幅回路３１０の出力によって制御されたＳＷ切り換え型の乗算器によって同期検波が行われる。
【００３５】
位相調整回路３５０は、第２の増幅回路３２０からの第２の振り分け信号の位相を調整するものである。
【００３６】
以下、振り分け回路３３０及び位相調整回路３５０について詳細に説明する。
【００３７】
すでに説明したように、物理量検出装置では、外乱信号として直交バイアスとステップ応答が生じる。ステップ応答は、第２のアクチュエータ（捕捉及び解放機構）４２０から可動体２１１を解放した直後に生じるものである。直交バイアスは、可動体２１１の振動に含まれるｘ方向の振動成分である。ステップ応答を除去するためには、ｙ方向の変位に基づく信号成分を検出系にフィードバックすることが有効である。しかしながら、フィードバック制御によって位相遅れが生じるため、直交バイアス成分を効果的に除去できなくなる。一方、直交バイアス成分を除去するためには、オープンループ制御を行うことが有効である。オープンループ制御を行うことで、位相遅れをほぼゼロにすることが可能である。しかしながら、オープンループ制御では、フィードバックループが存在しないため、ステップ応答成分を効果的に除去できなくなる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、フィードバック制御とオープンループ制御とを組み合わせることで、ステップ応答及び直交バイアスの両外乱信号成分を低減するようにしている。ただし、本実施形態では、単純にフィードバック制御からオープンループ制御に切り替えるわけではなく、両制御の比率を時間的に徐々に変化させながら切り替えを行うようにしている。上述したように、ステップ応答は、第２のアクチュエータ４２０で可動体２１１を解放した直後に生じるものであるため、解放直後にはフィードバック制御の比率を相対的に大きくし、時間の経過とともにオープンループ制御の比率を増加させてゆく。すなわち、第１の振り分け信号に対する第２の振り分け信号の比率を、第１の可動体が振動を開始した後に時間の経過とともに減少させてゆく。このような制御により、ステップ応答及び直交バイアスの両外乱信号成分を効果的に低減することが可能である。
【００３９】
すでに述べたように、第１の振り分け信号は乗算回路３４０に入力し、第２の振り分け信号は位相調整回路３５０に入力する。位相調整回路３５０で位相調整された信号は第１のアクチュエータ４１０に入力する。第１のアクチュエータ４１０では、位相調整回路３５０で調整された信号に基づいて可動体２２１の振動を調整する。すなわち、第１のアクチュエータ４１０では、ステップ応答が低減されるように、可動体２２１の振動を調整する。
【００４０】
次に、上述した角速度検出装置（物理量検出装置）の動作を、図３に示したタイミング図を参照して説明する。
【００４１】
図３において、（ａ）は捕捉及び解放指示信号を示し、（ｂ）は可動体２１１の振動状態を示し、（ｃ）は可動体２２１のステップ応答を示し、（ｄ）は振り分け制御回路３３０の制御信号（第２の振り分け信号の比率に対応）を示している。
【００４２】
図３からわかるように、捕捉及び解放動作は繰り返し行われ、解放期間に可動体２１１がｘ方向に自由振動する。可動体２２１のステップ応答は、解放期間が開始した時点から徐々に減少する。振り分け制御回路３３０では、解放期間のステップ応答が生じている期間では第２の振り分け信号の比率を大きくし（例えば、１００％）、その後、第２の振り分け信号の比率を徐々に減少させている。最終的には、第１の振り分け信号に対する第２の振り分け信号の比率はゼロになり、この状態で測定が行われる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、ステップ応答及び直交バイアスの両者を効果的に低減することができ、外乱信号を効果的に除去することが可能となる。
【００４４】
図４は、図２に示した角速度検出装置（物理量検出装置）の一部について第１の構成例を示した電気回路図である。
【００４５】
第２のトランスデューサ５２０は可変キャパシタ５２１を含んでおり、第２のトランスデューサ５２０からは可動体２１１の振動に応じた（可動体２１１の変位位置に応じた）キャパシタンス変化が信号として第２の増幅回路３２０に出力される。
【００４６】
第２の増幅回路３２０は、電圧電流変換回路３２１、可変抵抗３２２、可変抵抗３２３、スイッチ３２４、キャパシタ３２５及び抵抗３２６を含んでいる。キャパシタ３２５を介して入力された電圧信号は、電圧電流変換回路３２１によって電流信号に変換される。電圧電流変換回路３２１から出力された電流信号は、振り分け制御回路３３０からの制御信号によって、第１の振り分け信号及び第２の振り分け信号に振り分けられる。すなわち、可変抵抗３２２を通る第１の振り分け信号は乗算回路３４０に入力し、可変抵抗３２３を通る第２の振り分け信号は位相調整回路３５０に入力する。可変抵抗３２２及び可変抵抗３２３にはトランジスタの３極管領域を用い、振り分け制御回路３３０はこの３極管領域で用いられるトランジスタを制御する。
【００４７】
乗算回路３４０は、乗算器３４１、演算増幅器３４２及びインピーダンス素子３４３を含んでいる。乗算回路３４０では、電流入力がスイッチングされ、帰還回路に復調された電流が入力することで同期検波が行われ、物理量が検出される。
【００４８】
位相調整回路３５０は、演算増幅器３５１、インピーダンス素子３５２、演算増幅器３５３及び抵抗３５４を含んでいる。インピーダンス素子３５２のインピーダンスを変化させることで、位相調整を行うことができる。検出系の伝達関数は２次系であるため、位相遅れは最大１８０度である。そのため、位相が１８０度遅れた信号を負帰還すると発振する。そこで、微分回路のような位相調整機能を有する演算増幅器を通して、信号がアクチュエータに入力するようにしている。一般的には、微分された信号をアクチュエータに入力させることで、全周波数の範囲において、−９０度〜＋９０度となり、発振を防止することができる。
【００４９】
第１のアクチュエータ４１０は可変キャパシタ４１１を含んでおり、第１のアクチュエータ４１０では、位相調整回路３５０の出力に基づき、ステップ応答を低減するように可動体２２１の振動が調整される。
【００５０】
図５は、図２に示した角速度検出装置（物理量検出装置）の一部について第２の構成例を示した電気回路図である。
【００５１】
第２のトランスデューサ５２０は可変キャパシタ５２１を含んでおり、第２のトランスデューサ５２０からは可動体２１１の振動に応じた（可動体２１１の変位位置に応じた）キャパシタンス変化が信号として、第２の増幅回路３２０に出力される。
【００５２】
第２の増幅回路３２０は、スイッチ３２４、キャパシタ３２５、演算増幅器３２７及び抵抗３２８を含んでいる。キャパシタ３２５を介して入力された電圧信号は、演算増幅器３２７によって増幅される。
【００５３】
第２の増幅回路３２０から出力された信号は、振り分け制御回路３３０からの制御信号によって、第１の振り分け信号及び第２の振り分け信号に振り分けられる。すなわち、第１の振り分け信号は乗算回路３４０に入力し、第２の振り分け信号は位相調整回路３５０に入力する。具体的には、位相調整回路３５０に含まれる可変抵抗３５６及び可変抵抗３５７を振り分け制御回路３３０からの制御信号によって制御することで、位相調整回路３５０のゲインが調整され、第１の振り分け信号と第２の振り分け信号との比率が調整される。
【００５４】
乗算回路３４０は、乗算器３４１、演算増幅器３４２、インピーダンス素子３４４及びインピーダンス素子３４５を含んでいる。乗算回路３４０では、電圧がスイッチングされ、電圧増幅回路に復調された電圧が入力することで同期検波が行われ、物理量が検出される。なお、この回路では、差動構成で信号を処理することも可能である。
【００５５】
位相調整回路３５０は、演算増幅器３５５、可変抵抗３５６及び可変抵抗３５７を含んでいる。可変キャパシタンス素子を用いた場合、可変キャパシタンス素子に対して一定電圧制御をすることで、検出するべき信号を微分電流として取り出すことができる。そのため、位相調整回路に位相を９０度早める微分機能を内包させることが可能であり、回路面積を低減することが可能である。先に述べたように、１８０度遅れた信号を負帰還すると発振するが、図５の構成では、第２の増幅回路３２０には微分機能が内包されているため、位相調整回路は単なる増幅回路で構成可能である。微分信号が出力できる原理は、以下の通りである。可変キャパシタに一定電圧を加えると、可変キャパシタに電荷（Ｑ＝ＣＶ）の電荷が与えられる。可変キャパシタのキャパシタンスが微小変化すると、ΔＱ＝ΔＣ×Ｖとなるため、時間微分することで、Ｉ＝ΔＱ／Δｔ＝ΔＣ／Δｔ×Ｖ、として容量変化の微分値が電流として出力される。
【００５６】
第１のアクチュエータ４１０は可変キャパシタ４１１を含んでおり、第１のアクチュエータ４１０では、位相調整回路３５０の出力に基づき、ステップ応答を低減するように可動体２２１の振動が調整される。
【００５７】
図６は、切り替え制御回路３３０の詳細な構成を示した電気回路図である。切り替え制御回路３３０は、演算増幅器Ａ１及びＡ２、トランジスタＭ１〜Ｍ５、トランジスタＭＤＳＷ１及びＭＤＳＷ２、電流源Ｉ１〜Ｉ５、キャパシタＣｉｎｔ及びスイッチＲＳＴによって構成されている。図６の回路を用いることにより、電圧の比率が徐々に変化し、Ｃｏｎｔ１及びＣｏｎｔ２で制御されるトランジスタＭＤＳＷ１及びトランジスタＭＤＳＷ２に流れる電流の和が一定になるように、２つの出力信号が振り分け制御回路から出力される。
【００５８】
なお、上述した実施形態において、第２のアクチュエータ４２０によって可動体２１１が捕捉されている最中は、第１の増幅回路３１０、第２の増幅回路３２０、振り分け制御回路３３０、乗算回路３４０及び位相調整回路３５０の動作が停止するようにしてもよい。このようにすることで、消費電力を低減することが可能である。
【００５９】
また、上述した実施形態において、第１の振り分け信号に対する第２の振り分け信号の比率が最終的にゼロになった後に、振り分け制御回路３３０の動作を停止するようにしてもよい。このようにすることで、消費電力を低減することが可能である。
【００６０】
また、上述した実施形態ではトランスデューサ素子として可変キャパシタ素子を用いたが、可変キャパシタの代わりに可変抵抗素子や圧電素子を用いてもよい。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１１…駆動系      １２…検出系
１３…駆動系トランスデューサ      １４…検出系トランスデューサ
１００…駆動回路      １１０…捕捉及び解放制御部      １２０…発振回路
２００…機械式センサ      ２１０…駆動系      ２１１…可動体
２１２…固定端      ２１３…バネ      ２１４…ダンパー
２２０…検出系      ２２１…可動体      ２２２…固定端
２２３…バネ      ２２４…ダンパー
２３０…バネ
３００…検出回路      ３１０…第１の増幅回路      ３２０…第２の増幅回路
３２１…電圧電流変換回路      ３２２…可変抵抗      ３２３…可変抵抗
３２４…スイッチ      ３２５…キャパシタ      ３２６…抵抗
３２７…演算増幅器      ３２８…抵抗
３３０…振り分け制御回路      ３４０…乗算回路
３４１…乗算器      ３４２…演算増幅器
３４３、３４４、３４５…インピーダンス素子
３５０…位相調整回路      ３５１…演算増幅器
３５２…インピーダンス素子        ３５３…演算増幅器
３５４…抵抗      ３５５…演算増幅器
３５６、３５７…可変抵抗
４１０、４２０．４３０…アクチュエータ      ４１１…可変キャパシタ
５１０、５２０…トランスデューサ      ５２１…可変キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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