(57)【要約】      （修正有）【課題】物理量信号のオフセットを低減させることが可能な制御回路を提供すること。【解決手段】検出電極から検出信号を出力する物理量検出素子の動作を制御する制御回路であって、第１電圧を生成する第１レギュレーターと、第２電圧を生成する第２レギュレーターと、前記第１電圧に応じた振幅の第１駆動信号と、前記第１駆動信号と逆相であって前記第２電圧に応じた振幅の第２駆動信号とを生成し、前記第１駆動信号を前記物理量検出素子の前記第１駆動電極に出力し、前記第２駆動信号を前記物理量検出素子の前記第２駆動電極に出力する、駆動信号生成回路と、前記検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路と、を含み、前記第１電圧と前記第２電圧とが可変である、制御回路。【選択図】図１
2019060734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１検出容量と、第２検出容量と、前記第１検出容量の一端及び前記第２検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、前記第１検出容量の他端と電気的に接続される第１駆動電極と、前記第２検出容量の他端と電気的に接続される第２駆動電極と、を有し、前記検出電極から検出信号を出力する物理量検出素子の動作を制御する制御回路であって、
第１電圧を生成する第１レギュレーターと、
第２電圧を生成する第２レギュレーターと、
前記第１電圧に応じた振幅の第１駆動信号と、前記第１駆動信号と逆相であって前記第２電圧に応じた振幅の第２駆動信号とを生成し、前記第１駆動信号を前記物理量検出素子の前記第１駆動電極に出力し、前記第２駆動信号を前記物理量検出素子の前記第２駆動電極に出力する、駆動信号生成回路と、
前記検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路と、
を含み、
前記第１電圧と前記第２電圧とが可変である、制御回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方は可変範囲の最大値である、制御回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１レギュレーターは、
抵抗分圧によって得られた第１基準電圧に基づいて、前記第１電圧を生成し、
前記第２レギュレーターは、
抵抗分圧によって得られた第２基準電圧に基づいて、前記第２電圧を生成する、制御回路。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御回路と、
前記物理量検出素子と、
を含む、物理量検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の物理量検出装置と、
前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号を取得し、前記物理量信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、
を含む、慣性計測装置。
【請求項６】
移動体に搭載され、前記移動体の位置を測定する移動体測位装置であって、
請求項５に記載の慣性計測装置と、
測位用衛星から衛星信号を受信し、前記衛星信号に重畳されている測位用情報を取得する衛星信号受信部と、
前記測位用情報に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
前記慣性計測装置から出力される前記慣性データに基づいて、前記移動体の姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記姿勢に基づいて前記位置を補正する位置補正部と、
を含む、移動体測位装置。
【請求項７】
請求項４に記載の物理量検出装置と、
前記物理量検出装置が収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量検出装置からの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を含む、携帯型電子機器。
【請求項８】
請求項４に記載の物理量検出装置と、
前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて演算処理を行う演算処理装置と、
を含む、電子機器。
【請求項９】
請求項４に記載の物理量検出装置と、
前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて姿勢の制御を行う姿勢制御部と、
を含む、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路、物理量検出装置、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物理量検出素子に設けられている対向する電極間に生じる静電容量の容量値が物理量（加速度や角速度等）の大きさ及び向きに応じて変化することを利用して物理量を検出する静電容量型の物理量検出装置（物理量センサー）が開発されている。例えば、シリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた静電容量型の加速度検出装置（加速度センサー）や角速度検出装置（角速度センサー）が広く知られている。静電容量型の物理量検出装置として、物理量が加わったときに、対となる２つの静電容量の一方の容量値が増加するとともに他方の容量値が減少し、この２つの容量値の差に応じて移動する電荷量を検出することで物理量の検出感度を向上させたものが知られている。しかしながら、このような物理量検出装置では、物理量検出素子の製造誤差により、２つの静電容量の容量値にわずかな差が生じてしまい、その結果、出力される物理量信号にオフセットが生じるという問題が生じる。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、加速度センサーの一方の静電容量素子の一端に印加する第１駆動信号の振幅を固定しておき、他方の静電容量素子の一端に、反転増幅回路によって第１駆動信号を反転増幅した第２駆動信号を印加し、この反転増幅回路の増幅率を変えて出力電圧を調整することでオフセットを低減させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、反転増幅回路から出力される第２駆動信号には演算増幅器が発生させる１／ｆノイズが重畳されるため、この方法を適用した物理量検出装置では物理量信号のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点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、物理量信号のオフセットを低減させることが可能な制御回路及び物理量検出装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該物理量検出装置を用いることにより、外部に送信される慣性データの精度を向上させることが可能な慣性計測装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該慣性計測装置を用いることにより、移動体の位置を高精度に測定可能な移動体測位装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該物理量検出装置を用いることにより、検出された物理量に基づく処理を高精度に行うことが可能な携帯型電子機器、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】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係る制御回路は、第１検出容量と、第２検出容量と、前記第１検出容量の一端及び前記第２検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、前記第１検出容量の他端と電気的に接続される第１駆動電極と、前記第２検出容量の他端と電気的に接続される第２駆動電極と、を有し、前記検出電極から検出信号を出力する物理量検出素子の動作を制御する制御回路であって、第１電圧を生成する第１レギュレーターと、第２電圧を生成する第２レギュレーターと、前記第１電圧に応じた振幅の第１駆動信号と、前記第１駆動信号と逆相であって前記第２電圧に応じた振幅の第２駆動信号とを生成し、前記第１駆動信号を前記物理量検出素子の前記第１駆動電極に出力し、前記第２駆動信号を前記物理量検出素子の前記第２駆動電極に出力する、駆動信号生成回路と、前記検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路と、を含み、前記第１電圧と前記第２電圧とが可変である。
【０００９】
本適用例では、物理量検出素子において、第１駆動電極と検出電極との間で第１検出容量を介して流れる第１電流の値は、第１駆動信号の電圧値と第１検出容量の容量値とによって決まり、第２駆動電極と検出電極との間で第２検出容量を介して流れる第２電流の値は、第２駆動信号の電圧値と第２検出容量の容量値とによって決まる。そして、第１電圧が可変であるので第１電圧に応じた第１駆動信号の振幅も可変であり、第２電圧が可変であるので第２電圧に応じた第２駆動信号の振幅も可変である。そのため、物理量検出素子に物理量が加わっていないときの第１検出容量の容量値と第２検出容量の容量値とに差が生じていても、第１電圧と第２電圧とを適切な値に設定することにより、第１電流の平均値と第２電流の平均値との差が小さくなり、第１電流と第２電流との差分として検出電極から出力される検出信号の平均値をゼロに近づけることができる。従って、本適用例に係る制御回路によれば、物理量が加わっていないときに検出電極から出力される検出信号の平均値がゼロに近いので、検出信号に基づいて生成される物理量信号のオフセットを低減させることができる。
【００１０】
また、第２駆動信号に反転増幅回路の演算増幅器で発生する１／ｆノイズが重畳される特許文献１に記載の方法に対して、本適用例では、第１電圧は第１レギュレーターによって生成されるためノイズが小さく、第２電圧は第２レギュレーターによって生成されるためノイズが小さいので、第１駆動信号も第２駆動信号も低ノイズである。従って、本適用例に係る制御回路によれば、検出信号のＳ／Ｎ比が先行技術よりも向上するので、検出信号に基づいて生成される物理量信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１１】
さらに、本適用例に係る制御回路によれば、第１駆動信号の振幅と第２駆動信号の振幅とをそれぞれ設定可能であるので、第１駆動信号の振幅と第２駆動信号の振幅とを、物理量信号のオフセットが低減される範囲で大きな値に設定することにより、検出信号の振幅が大きくなり、物理量信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１２】
［適用例２］
上記適用例に係る制御回路において、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方は可変範囲の最大値であってもよい。
【００１３】
本適用例に係る制御回路によれば、第１電圧及び第２電圧の少なくとも一方は可変範囲の最大値であるので、第１駆動信号の振幅と第２駆動信号の振幅とが、物理量信号のオフセットが低減される範囲で可能な限り大きな値に設定されるので、検出信号の振幅がより大きくなり、物理量信号のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００１４】
［適用例３］
上記適用例に係る制御回路において、前記第１レギュレーターは、抵抗分圧によって得られた第１基準電圧に基づいて、前記第１電圧を生成し、前記第２レギュレーターは、抵抗分圧によって得られた第２基準電圧に基づいて、前記第２電圧を生成してもよい。
【００１５】
本適用例に係る制御回路では、製造ばらつきにより各抵抗の抵抗値が設計値よりも一律に大きくなったとしても、あるいは、一律に小さくなったとしても、抵抗比の設計値からのずれは小さいので、抵抗比によって決まる第１基準電圧及び第２基準電圧の設計値からのずれも小さい。従って、本適用例に係る制御回路によれば、第１基準電圧に基づいて生成される第１電圧及び第２基準電圧に基づいて生成される第２電圧の設計値からのずれも小さくなるので、歩留りが向上し、低コスト化に有利である。
【００１６】
［適用例４］
本適用例に係る物理量検出装置は、上記のいずれかの制御回路と、前記物理量検出素子と、を含む。
【００１７】
本適用例に係る物理量検出装置によれば、第１電圧と第２電圧とを適切な値に設定することにより、物理量が加わっていないときに物理量検出素子の検出電極から出力される検出信号の平均値をゼロに近づけることができるので、検出信号に基づいて生成される物理量信号のオフセットを低減させることができる。
【００１８】
また、本適用例に係る物理量検出装置によれば、第１電圧は第１レギュレーターによって生成されるためノイズが小さく、第２電圧は第２レギュレーターによって生成されるためノイズが小さいので、第１駆動信号も第２駆動信号も低ノイズであり、その結果、検出信号のＳ／Ｎ比が向上するので、検出信号に基づいて生成される物理量信号のＳ／Ｎ比が向上する。
【００１９】
さらに、本適用例に係る物理量検出装置によれば、第１駆動信号の振幅と第２駆動信号の振幅とをそれぞれ設定可能であるので、第１駆動信号の振幅と第２駆動信号の振幅とを、物理量信号のオフセットが低減される範囲で大きな値に設定することにより、検出信号の振幅が大きくなり、物理量信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２０】
［適用例５］
本適用例に係る慣性計測装置は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号を取得し、前記物理量信号を処理する信号処理回路と、前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、を含む。
【００２１】
本適用例に係る慣性計測装置によれば、物理量検出装置によって物理量信号のオフセットが低減されるので、外部に送信される慣性データの精度を向上させることができる。
【００２２】
［適用例６］
本適用例に係る移動体測位装置は、移動体に搭載され、前記移動体の位置を測定する移動体測位装置であって、上記の慣性計測装置と、測位用衛星から衛星信号を受信し、前記衛星信号に重畳されている測位用情報を取得する衛星信号受信部と、前記測位用情報に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出部と、前記慣性計測装置から出力される前記慣性データに基づいて、前記移動体の姿勢を算出する姿勢算出部と、前記姿勢に基づいて前記位置を補正する位置補正部と、を含む。
【００２３】
本適用例に係る移動体測位装置によれば、慣性計測装置により精度の高い慣性データが得られるので、移動体の位置を高精度に測定することができる。
【００２４】
［適用例７］
本適用例に係る携帯型電子機器は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置が収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記物理量検出装置からの出力データを処理する処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含む。
【００２５】
本適用例に係る携帯型電子機器によれば、物理量検出装置によって物理量信号のオフセットが低減されるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく処理を高精度に行うことができる。
【００２６】
［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて演算処理を行う演算処理装置と、を含む。
【００２７】
本適用例に係る電子機器によれば、物理量検出装置によって物理量信号のオフセットが低減されるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく演算処理を高精度に行うことができる。
【００２８】
［適用例９］
本適用例に係る移動体は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて姿勢の制御を行う姿勢制御部と、を含む。
【００２９】
本適用例に係る移動体によれば、物理量検出装置によって物理量信号のオフセットが低減されるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく姿勢制御を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図。
【図２】物理量検出素子の構造例を示す図。
【図３】物理量検出素子の動作について説明するための図。
【図４】駆動回路の具体的な構成例を示す図。
【図５】駆動回路における信号波形を示す図。
【図６】本実施形態の慣性計測装置の構成例を示す図。
【図７】本実施形態の移動体測位装置の構成例を示す図。
【図８】本実施形態の電子機器の機能ブロック図。
【図９】電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図。
【図１０】電子機器の一例である腕装着型の携帯機器の外観の一例を示す図。
【図１１】電子機器の一例であるリスト機器（腕時計型の活動計）の外観の一例を示す図。
【図１２】リスト機器（腕時計型の活動計）の機能ブロック図。
【図１３】本実施形態の移動体の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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の形態は、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。
【００３２】
以下では、物理量として加速度を検出する物理量検出装置（加速度検出装置）を例にとり説明する。
【００３３】
１．物理量検出装置
［物理量検出装置の構成及び動作］
図１は、本実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図である。本実施形態の物理量検出装置１は、物理量検出素子２と、制御回路３とを含む。
【００３４】
物理量検出素子は、所定の方向に加わった物理量（ここでは加速度）に応じたアナログ信号（検出信号）を出力する素子である。物理量検出素子２は、第１検出容量と、第２検出容量と、第１検出容量の一端及び第２検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、第１検出容量の他端と電気的に接続される第１駆動電極と、第２検出容量の他端と電気的に接続される第２駆動電極と、を有し、検出電極から検出信号を出力する。
【００３５】
図２は、このような物理量検出素子２の構造例を示す図（平面図）である。図２に示すように、物理量検出素子２は、固定部２００と、可動部２１０とを有する。固定部２００は、不図示の基板に固定されている部材である。可動部２１０は、加速度に応じて変位する構造体であり、錘部２１１とばね部２１２とを有する。ばね部２１２は、一端が基板に固定されており、他端は錘部２１１に接続されている。錘部２１１は、ばね部２１２により支持されている。
【００３６】
図３に示すように、物理量検出素子２に加速度ａが加わると、質量ｍの錘部２１１には、Ｆ＝ｍａの力Ｆが働く。この力Ｆにより、ばね部２１２は変形し、錘部２１１は固定部２００に対して相対的に変位する。
【００３７】
錘部２１１は、可動電極２１１Ａおよび可動電極２１１Ｂを有する。固定部２００は、固定電極２０１〜２０４を有する。可動電極２１１Ａは固定電極２０１，２０２の間に配置され、可動電極２１１Ｂは固定電極２０３，２０４の間に配置される。物理量検出素子２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）等の半導体材料と、半導体加工技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で形成される。
【００３８】
ここで、可動電極２１１Ａと固定電極２０１とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０３とのペアとを、第１容量形成部５と称する。同様に、可動電極２１１Ａと固定電極２０２とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０４とのペアとを、第２容量形成部６と称する。物理量検出素子２は、第１容量形成部５の一端と第２容量形成部６の一端とに共通に接続されている端子９と、第１容量形成部５の他端と接続されている端子７と、第２容量形成部６の他端と接続されている端子８とを含む。図３に示す加速度ａ（力Ｆ）が作用したとき、第１容量形成部５の容量値は減少する一方で、第２容量形成部６の容量値は増大する。逆に、図３と反対方向の加速度ａ（力Ｆ）が作用したとき、第１容量形成部５の容量値は増大する一方で、第２容量形成部６の容量値は減少する。このため、端子７，８から互いに逆相の駆動信号を供給し、第１容量形成部５の他端及び第２容量形成部６の他端に電荷を供給した状態で錘部２１１に加速度ａが作用すると、第１容量形成部５の一端及び第２容量形成部６の一端から、端子９を介して、加速度ａの大きさ及び向きに応じた量の電荷（交流電流）が出力される。
【００３９】
図１及び図２の構成例では、第１容量形成部５及び第２容量形成部６がそれぞれ第１検出容量及び第２検出容量に相当する。また、端子７、端子８及び端子９がそれぞれ第１駆動電極、第２駆動電極及び検出電極に相当する。
【００４０】
図１に戻り、制御回路３は、Ｑ／Ｖアンプ１０、可変ゲインアンプ２０、ローパスフィルター３０、Ａ／Ｄ変換回路４０、デジタル処理回路５０、発振回路６０、クロック生成回路７０、第１レギュレーター８０、第２レギュレーター９０、駆動信号生成回路１００、インターフェース回路１１０及び記憶部１２０を含む。図示が省略されているが、制御回路３は、高電位側の電源電圧ＶＤＤ（例えば３．０Ｖ）と低電位側の電源電圧ＶＳＳ（例えば、０Ｖ）が供給されて動作する。この制御回路３は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）であってもよい。なお、本実施形態の制御回路３は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
【００４１】
発振回路６０は、クロック信号ＭＣＬＫを出力する。例えば、ＣＲ発振器やリングオシレーター等であってもよい。
【００４２】
クロック生成回路７０は、クロック信号ＭＣＬＫに基づいて、各種のクロック信号（クロック信号ＤＲＶＣＬＫ，ＳＭＰＣＬＫ，ＤＳＰＣＬＫ）を生成する。
【００４３】
第１レギュレーター８０は、第１電圧ＶＯＵＴ１を生成する。また、第２レギュレーター９０、第２電圧ＶＯＵＴ２を生成する。本実施形態では、第１電圧ＶＯＵＴ１と第２電圧ＶＯＵＴ２とは、それぞれＶｍｉｎ以上Ｖｍａｘ以下の電圧範囲で可変である。具体的には、第１レギュレーター８０は、あらかじめ記憶部１２０に記憶されている第１電圧選択情報ＳＥＬ１に基づいて第１電圧ＶＯＵＴ１を出力する。同様に、第１レギュレーター８０は、あらかじめ記憶部１２０に記憶されている第２電圧選択情報ＳＥＬ２に基づいて第２電圧ＶＯＵＴ２を出力する。
【００４４】
駆動信号生成回路１００は、第１電圧ＶＯＵＴ１及び第２電圧ＶＯＵＴ２とクロック信号ＤＲＶＣＬＫとに基づいて、物理量検出素子２を駆動する第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２を生成する。そして、駆動信号生成回路１００は、第１駆動信号ＤＲＶ１を物理量検出素子２の端子７に出力し、第２駆動信号ＤＲＶ２を物理量検出素子２の端子８に出力する。ここで、第１駆動信号ＤＲＶ１は、第１電圧ＶＯＵＴ１に応じた振幅の信号であり、第２駆動信号ＤＲＶ２は、第１駆動信号ＤＲＶ１と逆相であって第２電圧ＶＯＵＴ２に応じた振幅の信号である。例えば、第１駆動信号ＤＲＶ１は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベルのときに第１電圧ＶＯＵＴ１となり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがローレベルのとき電源電圧ＶＳＳとなる矩形波信号であってもよい。また、第２駆動信号ＤＲＶ２は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがローレベルのときに第２電圧ＶＯＵＴ２となり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベルのとき電源電圧ＶＳＳとなる矩形波信号であってもよい。
【００４５】
このように、第１レギュレーター８０、第２レギュレーター９０及び駆動信号生成回路１００は、物理量検出素子２を駆動する第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２を生成する駆動回路１６０を構成する。そして、第１駆動信号ＤＲＶ１は第１電圧選択情報ＳＥＬ１に応じた振幅の信号であり、第２駆動信号ＤＲＶ２は第２電圧選択情報ＳＥＬ２に応じた振幅の信号である。
【００４６】
Ｑ／Ｖアンプ１０は、物理量検出素子２の端子９から出力される交流電流（検出信号ＳＯ）を交流電圧信号ＱＯに変換して出力する。
【００４７】
可変ゲインアンプ２０は、Ｑ／Ｖアンプ１０から出力される交流電圧信号ＱＯを増幅した交流電圧信号ＰＯを出力する。
【００４８】
ローパスフィルター３０は、可変ゲインアンプ２０から出力される交流電圧信号ＰＯに対して、検出可能な加速度の周波数帯域よりも高周波のノイズ成分を減衰させた交流電圧信号ＬＯを出力する。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換回路４０は、クロック信号ＳＭＰＣＬＫに基づいて、ローパスフィルター３０が出力する交流電圧信号ＬＯをサンプリングしてデジタル信号に変換する。
【００５０】
デジタル処理回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路４０から出力されるデジタル信号に対して、高周波ノイズ成分を減衰させるローパスフィルター処理や、補正処理（例えば、温度補正）等を行う。デジタル処理回路５０によって処理されたデジタル信号（加速度データ）（「物理量信号」の一例）は、物理量検出素子２の端子９から出力される検出信号ＳＯの振幅に応じた大きさの信号である。
【００５１】
このように、Ｑ／Ｖアンプ１０、可変ゲインアンプ２０、ローパスフィルター３０、Ａ／Ｄ変換回路４０及びデジタル処理回路５０は、物理量検出素子２の端子９から出力される検出信号ＳＯに基づいて、検出信号ＳＯの振幅に応じた大きさの物理量信号（加速度データ）を生成する検出回路１５０を構成する。
【００５２】
インターフェース回路１１０は、物理量検出装置１の外部装置と通信するための回路である。当該外部装置は、インターフェース回路１１０を介して、記憶部１２０に対するデータの書き込みや読み出し、デジタル処理回路５０から出力されるデジタル信号（加速度データ）の読み出し等を行うことができる。インターフェース回路１１０は、例えば、３端子や４端子のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）インターフェース回路であってもよいし、２端子のＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース回路であってもよい。
【００５３】
記憶部１２０は、レジスター１２１及び不揮発性メモリー１２２を有している。不揮発性メモリー１２２には、制御回路３に含まれる各回路に対する各種のデータ（例えば、可変ゲインアンプ２０の利得調整データ、デジタル処理回路５０によるローパスフィルター処理（デジタルフィルター処理）のフィルター係数）等の各種の情報が記憶されている。不揮発性メモリー１２２は、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成することができる。また、制御回路３の電源投入時（電源電圧が０ＶからＶＤＤまで立ち上がる時）に、不揮発性メモリー１２２に記憶されている各種のデータがレジスター１２１に転送されて保持され、レジスター１２１に保持された各種のデータが各回路に供給される。
【００５４】
[駆動回路の構成]
前述の通り、本実施形態では、第１駆動信号ＤＲＶ１は第１電圧選択情報ＳＥＬ１に応じた振幅の信号であり、第２駆動信号ＤＲＶ２は第２電圧選択情報ＳＥＬ２に応じた振幅の信号である。図４は、このような第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２を生成する駆動回路１６０（第１レギュレーター８０、第２レギュレーター９０及び駆動信号生成回路１００）の具体的な構成例を示す図である。
【００５５】
図４の例では、第１レギュレーター８０は、複数（Ｎ個）の抵抗８１と、Ｎ−１個のスイッチ８２と、演算増幅器８３と、ＭＯＳトランジスター８４とを含む。Ｎ個の抵抗８１は、直列に接続されて直列抵抗回路を構成し、この直列抵抗回路の一端には所定の基準電圧ＶＲＥＦが供給され、他端には電源電圧ＶＳＳが供給される。Ｎ−１個のスイッチ８２は、それぞれ、直列接続されたＮ個の抵抗８１の各接続点と演算増幅器８３の反転入力端子との間に接続されており、第１電圧選択情報ＳＥＬ１に従って、いずれか１つのスイッチ８２がオンし、残りのスイッチ８２はオフする。これにより、演算増幅器８３の反転入力端子には、Ｎ個の抵抗８１の抵抗分圧によって得られた第１基準電圧ＶＲ１が入力される。演算増幅器８３の非反転入力端子はＭＯＳトランジスター８４のドレインと接続され、演算増幅器８３の出力端子はＭＯＳトランジスター８４のゲートと接続されている。そして、ＭＯＳトランジスター８４のソースには電源電圧ＶＤＤが供給され、ＭＯＳトランジスター８４のドレインから第１電圧ＶＯＵＴ１が出力される。このように、第１レギュレーター８０は、Ｎ個の抵抗８１の抵抗分圧によって得られた第１基準電圧ＶＲ１に基づいて、第１電圧ＶＯＵＴ１を生成する。
【００５６】
第２レギュレーター９０は、複数（Ｎ個）の抵抗８１と、Ｎ−１個のスイッチ９２と、演算増幅器９３と、ＭＯＳトランジスター９４とを含む。Ｎ個の抵抗８１は、直列に接続されて直列抵抗回路を構成し、この直列抵抗回路の一端には所定の基準電圧ＶＲＥＦが供給され、他端には電源電圧ＶＳＳが供給される。すなわち、Ｎ個の抵抗８１で校正された直列抵抗回路は、第１レギュレーター８０の構成要素であるとともに、第２レギュレーター９０の構成要素でもある。Ｎ−１個のスイッチ９２は、それぞれ、直列接続されたＮ個の抵抗８１の各接続点と演算増幅器９３の反転入力端子との間に接続されており、第２電圧選択情報ＳＥＬ２に従って、いずれか１つのスイッチ９２がオンし、残りのスイッチ９２はオフする。これにより、演算増幅器９３の反転入力端子には、Ｎ個の抵抗８１の抵抗分圧によって得られた第２基準電圧ＶＲ２が入力される。演算増幅器９３の非反転入力端子はＭＯＳトランジスター９４のドレインと接続され、演算増幅器９３の出力端子はＭＯＳトランジスター９４のゲートと接続されている。そして、ＭＯＳトランジスター９４のソースには電源電圧ＶＤＤが供給され、ＭＯＳトランジスター９４のドレインから第２電圧ＶＯＵＴ２が出力される。このように、第２レギュレーター９０は、Ｎ個の抵抗８１の抵抗分圧によって得られた第２基準電圧ＶＲ２に基づいて、第２電圧ＶＯＵＴ２を生成する。
【００５７】
駆動信号生成回路１００は、スイッチ１０１と、スイッチ１０２と、論理反転回路１０３とを含む。スイッチ１０１の第１端子には第１電圧ＶＯＵＴ１が入力され、スイッチ１０１の第２端子には電源電圧ＶＳＳが入力され、スイッチ１０１の第３端子から第１駆動信号ＤＲＶ１が出力される。クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベルのときはスイッチ１０１の第１端子と第３端子とが導通し、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがローレベルのときはスイッチ１０１の第２端子と第３端子とが導通する。論理反転回路１０３は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫの論理レベル（ハイレベル／ローレベル）を反転した信号を出力する。スイッチ１０２の第１端子には第２電圧ＶＯＵＴ２が入力され、スイッチ１０２の第２端子には電源電圧ＶＳＳが入力され、スイッチ１０２の第３端子から第２駆動信号ＤＲＶ２が出力される。論理反転回路１０３の出力信号がハイレベル（ＤＲＶＣＬＫがローレベル）のときはスイッチ１０２の第１端子と第３端子とが導通し、論理反転回路１０３の出力信号がローレベル（クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベル）のときはスイッチ１０２の第２端子と第３端子とが導通する。
【００５８】
図５に、図４の構成の駆動回路１６０におけるクロック信号ＤＲＶＣＬＫ、第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２の波形を示す。図５に示すように、クロック信号ＤＲＶＣＬＫの半周期毎に、第１駆動信号ＤＲＶ１の電圧は第１電圧ＶＯＵＴ１と電源電圧ＶＳＳとを繰り返し、第２駆動信号ＤＲＶ２の電圧は電源電圧ＶＳＳと第２電圧ＶＯＵＴ２とを繰り返す。すなわち、第１駆動信号ＤＲＶ１と第２駆動信号ＤＲＶ２は互いに逆相の矩形波信号である。そして、第１駆動信号ＤＲＶ１の振幅は第１電圧ＶＯＵＴ１と電源電圧ＶＳＳとの差の電圧であり、第２駆動信号ＤＲＶ２の振幅は第２電圧ＶＯＵＴ２と電源電圧ＶＳＳとの差の電圧である。
【００５９】
図４に示される駆動回路１６０では、製造ばらつきにより各抵抗８１の抵抗値が設計値よりも一律に大きくなったとしても、あるいは、一律に小さくなったとしても、抵抗比の設計値からのずれは小さいので、抵抗比によって決まる第１基準電圧ＶＲ１及び第２基準電圧ＶＲ２の設計値からのずれも小さい。従って、第１基準電圧ＶＲ１に基づいて生成される第１電圧ＶＯＵＴ１及び第２基準電圧ＶＲ２に基づいて生成される第２電圧ＶＯＵＴ２の設計値からのずれも小さくなるので、第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２の振幅の調整精度のばらつきが低減されるため物理量検出装置１の歩留りが向上し、低コスト化に有利である。
【００６０】
[駆動信号の振幅調整]
ところで、物理量検出素子２の製造誤差により、静止時（加速度が加わっていないとき）における第１容量形成部５の容量値と第２容量形成部６の容量値とを正確に一致させることは困難である。そして、第１容量形成部５の容量値と第２容量形成部６の容量値とに差がある場合に、物理量検出素子２が、同じ振幅の第１駆動信号ＤＲＶ１と第２駆動信号ＤＲＶ２とによって駆動されると、静止時においてＱ／Ｖアンプ１０にチャージされる電荷の平均値がゼロにならず、結果として、検出回路１５０によって生成される加速度データにオフセット（ゼロ点オフセット）が生じる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、物理量検出装置１の製造時（検査工程）において、このオフセットをゼロに近づけるように第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２の少なくとも一方の振幅、すなわち、第１電圧ＶＯＵＴ１及び第２電圧ＶＯＵＴ２の少なくとも一方が調整される。具体的には、物理量検出装置１を動作させて静止状態で加速度データを読み出し、オフセット値がゼロよりも大きいか小さいかによって、第１容量形成部５の容量値と第２容量形成部６の容量値のどちらがどれだけ大きいか（あるいは小さいか）を計算する。加速度データを読み出す代わりに、テストモードにおいて、Ｑ／Ｖアンプ１０から出力される交流電圧信号ＱＯ、可変ゲインアンプ２０から出力される交流電圧信号ＰＯ又はローパスフィルター３０から出力される交流電圧信号ＬＯを外部からモニターできるように構成し、モニターされた信号の電圧に基づいてこれらの容量値の差を計算してもよい。この計算結果に基づいて、オフセット値が最もゼロに近くなるように、第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定する。例えば、第１容量形成部５の容量値が第２容量形成部６の容量値よりも大きい場合は、その差に応じて第１電圧ＶＯＵＴ１が第２電圧ＶＯＵＴ２よりも低くなるように第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定する。また、第１容量形成部５の容量値が第２容量形成部６の容量値よりも小さい場合は、その差に応じて第１電圧ＶＯＵＴ１が第２電圧ＶＯＵＴ２よりも高くなるように第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定する。
【００６２】
ここで、検出回路１５０に含まれる各回路において一定の強度のノイズが重畳されるため、検出信号ＳＯの振幅が大きいほど、生成される加速度データのＳ／Ｎ比が高くなる。そのため、第１駆動信号ＤＲＶ１の振幅及び第２駆動信号ＤＲＶ２の振幅はできるだけ大きいことが好ましい。従って、第１電圧ＶＯＵＴ１及び第２電圧ＶＯＵＴ２の少なくとも一方は、可変範囲の最大値Ｖｍａｘとなるように、第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定することが好ましい。具体的には、第１容量形成部５の容量値が第２容量形成部６の容量値よりも大きい場合は、その差に応じて、第２電圧ＶＯＵＴ２が最大値Ｖｍａｘとなるように第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定するのが好ましい。また、第１容量形成部５の容量値が第２容量形成部６の容量値よりも小さい場合は、その差に応じて、第１電圧ＶＯＵＴ１が最大値Ｖｍａｘとなるように第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定するのが好ましい。また、第１容量形成部５の容量値と第２容量形成部６の容量値と等しい場合は、第１電圧ＶＯＵＴ１と第２電圧ＶＯＵＴ２がともに最大値Ｖｍａｘとなるように第１電圧選択情報ＳＥＬ１及び第２電圧選択情報ＳＥＬ２の値を決定するのが好ましい。
【００６３】
なお、最大値Ｖｍａｘは電源電圧ＶＤＤであってもよい。また、最小値Ｖｍｉｎは、物理量検出素子２が振動を継続させるための下限電圧以上に設定される。
【００６４】
[作用効果]
以上に説明した本実施形態の物理量検出装置１では、物理量検出素子２において、端子７（第１駆動電極）と端子９（検出電極）との間で第１容量形成部５（第１検出容量）を介して流れる第１電流の値は、第１駆動信号ＤＲＶ１の電圧値と第１容量形成部５の容量値とによって決まる。同様に、端子８（第２駆動電極）と端子９（検出電極）との間で第２容量形成部６（第２検出容量）を介して流れる第２電流の値は、第２駆動信号ＤＲＶ２の電圧値と第２容量形成部６の容量値とによって決まる。そして、制御回路３において、第１電圧ＶＯＵＴ１が可変であるので第１電圧ＶＯＵＴ１に応じた第１駆動信号ＤＲＶ１の振幅も可変であり、第２電圧ＶＯＵＴ２が可変であるので第２電圧ＶＯＵＴ２に応じた第２駆動信号の振幅も可変である。そのため、物理量検出素子２に物理量（加速度）が加わっていないときの第１容量形成部５の容量値と第２容量形成部６の容量値とに差が生じていても、第１電圧選択情報ＳＥＬ１により第１電圧ＶＯＵＴ１を適切な値に設定し、第２電圧選択情報ＳＥＬ２により第２電圧ＶＯＵＴ２を適切な値に設定することにより、第１電流の平均値と第２電流の平均値との差が小さくなる。従って、本実施形態の物理量検出装置１（制御回路３）によれば、物理量検出素子２に物理量が加わっていないときに、第１電流と第２電流との差分として端子９から出力される電流（検出信号ＳＯ）の平均値をゼロに近づけることができるので、検出信号ＳＯに基づいて生成される加速度データ（物理量信号）のオフセットを低減させることができる。
【００６５】
また、本実施形態の物理量検出装置１（制御回路３）では、第１電圧ＶＯＵＴ１は第１レギュレーター８０によって生成されるためノイズが小さく、第２電圧ＶＯＵＴ２は第２レギュレーター９０によって生成されるためノイズが小さいので、第１駆動信号ＤＲＶ１も第２駆動信号ＤＲＶ２も低ノイズである。従って、本実施形態の物理量検出装置１（制御回路３）によれば、検出信号ＳＯのＳ／Ｎ比が向上するので、検出信号ＳＯに基づいて生成される加速度データ（物理量信号）のＳ／Ｎ比が向上する。
【００６６】
さらに、本実施形態の物理量検出装置１（制御回路３）によれば、第１電圧選択情報ＳＥＬ１と第２電圧選択情報ＳＥＬ２とにより、第１駆動信号ＤＲＶ１の振幅と第２駆動信号ＤＲＶ２の振幅とをそれぞれ独立に設定可能であるので、第１駆動信号ＤＲＶ１の振幅と第２駆動信号ＤＲＶ２の振幅とを、加速度データ（物理量信号）のオフセットが低減される範囲で大きな値に設定することにより、検出信号ＳＯの振幅が大きくなり、加速度データ（物理量信号）のＳ／Ｎ比を向上させることができる。特に、第１電圧ＶＯＵＴ１及び第２電圧ＶＯＵＴ２の少なくとも一方が可変範囲の最大値に設定されることにより、加速度データ（物理量信号）のオフセットが低減される範囲で検出信号ＳＯの振幅が最も大きくなり、加速度データ（物理量信号）のＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００６７】
［変形例］
上記の実施形態では、物理量検出装置１が出力する物理量信号（加速度信号）はデジタル信号であるが、アナログ信号であってもよい。
【００６８】
また、上記の実施形態の物理量検出装置１は、１軸の物理量（加速度）を検出するが、互いに交差する複数軸（２軸、３軸あるいは４軸以上）の物理量を検出してもよい。この変形例の物理量検出装置１は、例えば、物理量検出素子２、駆動回路１６０及び検出回路１５０が軸毎に独立して設けられていてもよいし、各軸の物理量をそれぞれ検出する複数の物理量検出素子２に対して駆動回路１６０及び検出回路１５０の一方又は両方が共通に設けられていてもよい。
【００６９】
また、上記の実施形態では、物理量として加速度を検出する物理量検出装置１（制御回路３）を例に挙げたが、本発明は、角速度、角加速度、圧力等の各種の物理量を検出する物理量検出装置（制御回路）にも適用可能である。
【００７０】
２．慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）
図６は、本実施形態の慣性計測装置の構成例を示す図である。図６に示されるように、本実施形態の慣性計測装置４００は、互いに交差（理想的には、直交）する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の角速度をそれぞれ検出する３つの角速度検出装置４１１〜４１３、互いに交差（理想的には、直交）する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の加速度をそれぞれ検出する３つの加速度検出装置４２１〜４２３、信号処理回路４３０、記憶部４４０及び通信回路４５０を含んで構成されている。なお、本実施形態の慣性計測装置４００は、図６に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００７１】
角速度検出装置４１１は、ｘ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｘ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。角速度検出装置４１２は、ｙ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｙ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。角速度検出装置４１３は、ｚ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｚ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。
【００７２】
加速度検出装置４２１は、ｘ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｘ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。加速度検出装置４２２は、ｙ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｙ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。加速度検出装置４２３は、ｚ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｚ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。
【００７３】
なお、３つの角速度検出装置４１１〜４１３は、１つのパッケージに収容されて３軸角速度検出モジュールを構成してもよい。同様に、３つの加速度検出装置４２１〜４２３は、１つのパッケージに収容されて３軸加速度検出モジュールを構成してもよい。
【００７４】
信号処理回路４３０は、角速度検出装置４１１〜４１３から出力された３軸角速度信号を取得し、加速度検出装置４２１〜４２３から出力された３軸加速度信号を取得し、取得した３軸角速度信号及び３軸加速度信号を処理する。例えば、信号処理回路４３０は、取得した３軸角速度信号及び３軸加速度信号を順次Ａ／Ｄ変換して３軸角速度データ及び３軸加速度データからなる慣性データを生成し、時刻情報を付して慣性データを記憶部４４０に記憶する処理を行う。また、信号処理回路４３０は、角速度検出装置４１１〜４１３及び加速度検出装置４２１〜４２３の各々の取り付け角誤差（各検出軸とｘ軸，ｙ軸，ｚ軸との誤差）に応じてあらかじめ算出された補正パラメーターを用いて、記憶部４４０に記憶した慣性データをｘｙｚ座標系のデータに変換（補正）し、記憶部４４０に記憶する処理を行う。また、信号処理回路４３０は、ｘｙｚ座標系のデータに変換して記憶部４４０に記憶した慣性データを時刻順に読み出し、時刻情報と慣性データとを含むパケットデータを生成し、通信回路４５０に出力する。
【００７５】
また、信号処理回路４３０は、慣性データに対して、オフセット補正処理や温度補正処理を行ってもよいし、角速度検出装置４１１〜４１３及び加速度検出装置４２１〜４２３の各々の検出動作（例えば、検出周期等）を制御してもよい。
【００７６】
通信回路４５０は、信号処理回路４３０の処理によって得られたパケットデータ（時刻情報付きの慣性データ）を受け取って、当該パケットデータをあらかじめ決められた通信フォーマットに合わせたシリアルデータに変換し、外部に送信する。
【００７７】
なお、角速度検出装置４１１〜４１３が出力する３軸角速度信号及び加速度検出装置４２１〜４２３が出力する３軸加速度信号は、デジタル信号であってもよい。また、本実施形態の慣性計測装置４００は、３つの角速度検出装置４１１〜４１３と３つの加速度検出装置４２１〜４２３とを含むが、少なくとも１つの角速度検出装置を含めばよい。
【００７８】
本実施形態の慣性計測装置４００において、加速度検出装置４２１〜４２３の少なくとも何れか又は角速度検出装置４１１〜４１３の少なくとも何れかとして、上記の各実施形態又は各変形例の物理量検出装置１が適用される。本実施形態の慣性計測装置４００によれば、加速度検出装置４２１〜４２３の少なくとも何れか又は角速度検出装置４１１〜４１３の少なくとも何れかとして、物理量信号のオフセットを低減させることが可能な物理量検出装置１が適用されるので、高い計測精度を達成することができる。
【００７９】
３．移動体測位装置
図７は、本実施形態の移動体測位装置の構成例を示す図である。図７に示されるように、本実施形態の移動体測位装置５００は、センサーモジュール５１０、処理部５２０、操作部５３０、記憶部５４０、表示部５５０、音出力部５６０及び通信部５７０を含んで構成されており、各種の移動体に搭載される。なお、本実施形態の移動体測位装置５００は、図７に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００８０】
センサーモジュール５１０は、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とを含む。
【００８１】
慣性計測装置５１１は、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）回りに生じる角速度をそれぞれ検出する不図示の３つの角速度検出装置と、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）回りに生じる加速度をそれぞれ検出不図示の３つの加速度検出装置と、を含む。そして、センサーモジュール５１０は、３つの角速度検出装置によって検出された３軸角速度信号及び３つの加速度検出装置によって検出された３軸加速度信号に対して、所定の処理（Ａ／Ｄ変換処理、取り付け角誤差の補正処理等）を行う。さらに、センサーモジュール５１０は、所定の処理を行って得られた慣性データ（３軸角速度データ及び３軸加速度データ）を処理部５２０に出力する。慣性計測装置５１１として、上記の実施形態の慣性計測装置４００が適用される。
【００８２】
衛星信号受信部５１２は、不図示のアンテナを介して、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の測位用衛星から、当該測位用衛星の軌道情報や時刻情報等を含む航法メッセージ（「測位用情報」の一例）が重畳された電波（衛星信号）を受信する。衛星信号受信部５１２は、例えば３つ以上の測位用衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信し、例えば公知の技術により、受信した各衛星信号に重畳されている航法メッセージを復調（取得）し、各航法メッセージを処理部５２０に出力する。なお、衛星信号受信部５１２は、ＧＰＳ以外の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の測位用衛星やＧＮＳＳ以外の測位用衛星からの衛星信号を用いてもよいし、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObalNAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）等の衛星測位システムのうち１つ、あるいは２つ以上のシステムの測位用衛星からの衛星信号を利用してもよい。
【００８３】
図７では、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とは、センサーモジュール５１０に含まれているが、センサーモジュール５１０として一体化されていなくてもよい。すなわち、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とは１つのパッケージに収容されていなくてもよい。
【００８４】
操作部５３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理部５２０に出力する。
【００８５】
記憶部５４０は、処理部５２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）や、処理部５２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭから読み出されたプログラムやデータ、操作部５３０から入力されたデータ、処理部５２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。
【００８６】
表示部５５０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro-Luminescence Display）、電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、処理部５２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
【００８７】
音出力部５６０は、スピーカー等の音を出力する装置である。
【００８８】
通信部５７０は、処理部５２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【００８９】
処理部５２０は、記憶部５４０に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、処理部５２０は、慣性計測装置５１１から慣性データを取得し、衛星信号受信部５１２から航法メッセージを取得し、取得したこれらのデータや操作部５３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部５７０を制御する処理、表示部５５０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部５６０に各種の音を出力させる処理等を行う。
【００９０】
特に、本実施形態では、処理部５２０は、記憶部５４０に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢算出部５２１、位置算出部５２２及び位置補正部５２３の各部として機能する。
【００９１】
姿勢算出部５２１は、慣性計測装置５１１から出力される慣性データに基づいて、例えば公知の手法により、移動体測位装置５００が搭載される移動体の姿勢を算出する。
【００９２】
位置算出部５２２は、衛星信号受信部５１２から出力される航法メッセージに基づいて、移動体の位置を算出する。具体的には、位置算出部５２２は、衛星信号受信部５１２から出力される３つ以上の航法メッセージに含まれる衛星信号の発信時刻や受信時の電波伝搬遅れ等の情報を用いて、移動体測位装置５００が搭載される移動体と３つ以上の測位用衛星との各距離を算出する。そして、位置算出部５２２は、算出した距離から移動体の位置を算出する。
【００９３】
位置補正部５２３は、姿勢算出部５２１が算出した移動体の姿勢に基づいて、位置算出部５２２が算出した移動体の位置を補正する。例えば、位置補正部５２３は、移動体の姿勢から移動体の水平面に対する傾斜角度を算出し、算出した傾斜角度に基づいて、移動体の水平面上の位置を移動体が移動する面における位置に補正してもよい。
【００９４】
処理部５２０は、移動体の位置や姿勢等の情報を、表示部５５０に表示させ、あるいは音出力部５６０から出力させ、あるいは、通信部５７０を介して外部装置に送信する。
【００９５】
なお、衛星信号受信部５１２が各衛星信号を受信して航法メッセージを復調し、位置算出部５２２が航法メッセージを用いて移動体と各測位用衛星との距離を算出して移動体の位置を算出しているが、衛星信号受信部５１２が、移動体と各測位用衛星との距離を算出してもよいし、移動体の位置を算出してもよい。すなわち、衛星信号受信部５１２が、位置算出部５２２が行う処理の少なくとも一部を行ってもよい。
【００９６】
本実施形態の移動体測位装置５００によれば、慣性計測装置５１１として、高い計測精度を達成することが可能な慣性計測装置４００が適用されるので、例えば、移動体の位置や姿勢等をより高精度に測定することができる。
【００９７】
４．電子機器
図８は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図の一例である。図８に示されるように、本実施形態の電子機器６００は、物理量検出装置６１０、演算処理装置６２０、操作部６３０、ＲＯＭ６４０、ＲＡＭ６５０、通信部６６０、表示部６７０、音出力部６８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器６００は、図８に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００９８】
物理量検出装置６１０は、１軸又は複数軸（２軸、３軸、あるいは４軸以上）に生じる物理量をそれぞれ検出し、物理量信号を演算処理装置６２０に出力する。物理量検出装置６１０として、上記の各実施形態又は各変形例の物理量検出装置１が適用される。
【００９９】
演算処理装置６２０は、ＲＯＭ６４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置６２０は、物理量検出装置６１０から出力された物理量信号に基づいて演算処理（例えば、各種の計算処理や制御処理など）を行う。また、演算処理装置６２０は、操作部６３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部６６０を制御する処理、表示部６７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部６８０に各種の音を出力させる処理等を行う。
【０１００】
操作部６３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を演算処理装置６２０に出力する。
【０１０１】
ＲＯＭ６４０は、演算処理装置６２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【０１０２】
ＲＡＭ６５０は、演算処理装置６２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ６４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部６３０から入力されたデータ、演算処理装置６２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１０３】
通信部６６０は、演算処理装置６２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【０１０４】
表示部６７０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro-Luminescence Display）、電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、演算処理装置６２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。
【０１０５】
音出力部６８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。
【０１０６】
本実施形態の電子機器６００によれば、物理量検出装置６１０として、物理量信号のオフセットを低減させることが可能な物理量検出装置１が適用されるので、例えば、物理量の変化に基づく処理（例えば、姿勢に応じた制御など）をより高精度に行うことができる。
【０１０７】
電子機器６００としては種々の電子機器が考えられる。例えば、地震計、作業用ロボット、ヘルスモニタリング装置、無人運転装置、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、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）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カー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、ゲーム用コントローラー、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（point of sale）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、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。
【０１０８】
図９は、電子機器６００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図であり、図１０は、電子機器６００の一例としての腕装着型の携帯機器の外観の一例を示す図である。図９に示される電子機器６００であるスマートフォンは、操作部６３０としてボタンを、表示部６７０としてＬＣＤを備えている。図１０に示される電子機器６００である腕装着型の携帯機器は、操作部６３０としてボタンおよび竜頭を、表示部６７０としてＬＣＤを備えている。これらの電子機器６００は、物理量検出装置６１０として、物理量信号のオフセットを低減させることが可能な物理量検出装置１が適用されるので、物理量の変化に基づく処理（例えば、姿勢に応じた表示制御など）をより高精度に行うことができる。
【０１０９】
更に、電子機器６００の一例として携帯型電子機器の１つである腕時計型の活動計（アクティブトラッカー）がある。腕時計型の活動計は、バンド等によって手首等の部位（被検体）に装着され、デジタル表示の表示部を備え無線通信が可能である。上述した本実施形態に係る物理量検出装置１は、腕時計型の活動計に組み込まれている。
【０１１０】
表示部６７０を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳや地磁気センサーを用いた位置情報、移動量や加速度センサーや角速度センサーなどを用いた運動量などの運動情報、脈波センサーなどを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。
【０１１１】
図１１は、携帯型の電子機器６００の実施形態に係るリスト機器８００（腕時計型の活動計）の平面図である。リスト機器８００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、及び衛星測位システム、例えば、ＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。
【０１１２】
リスト機器８００は、ユーザー（装着者）の所与の部位（例えば、手首）に装着され、ユーザーの位置情報や運動情報などを検出することができる。リスト機器は、ユーザーに装着されて位置情報や運動情報などを検出する機器本体８１０と、機器本体８１０に取り付けられ機器本体８１０をユーザーに装着するための第１のバンド部８２１および第２のバンド部８２２と、を含む。なお、リスト機器８００には、ユーザーの位置情報や運動情報に加えて、例えば脈波情報などの生体情報を検出する機能や時刻情報などを取得する機能を設けることができる。
【０１１３】
機器本体８１０は、ユーザーへの装着側にケースとしてのボトムケース（不図示）が配置され、ユーザーへの装着側と反対側には、表側に開口する開口部を有するケースとしてのトップケース８３０が配置されている。ここで、ボトムケースとトップケース８３０とによって、ケースが構成される。機器本体８１０の表側（トップケース８３０）に位置する開口部の外側には、ベゼル８４０が設けられるとともに、このベゼル８４０の内側にベゼル８４０と並んで配置されて内部構造を保護する天板部分（外壁）としての風防板（例えば、ガラス板）８５０が設けられている。風防板８５０は、透光性カバーとして機能し、トップケース８３０の開口部を塞ぐように配置されている。機器本体８１０の表側（トップケース８３０）の側面には、複数の操作部８７１（操作ボタン）が設けられている。なお、ベゼル８４０には、表側から視認可能な表示を設けることができる。
【０１１４】
また、機器本体８１０は、風防板８５０の直下に配置されている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などで構成される表示部８７４と、風防板８５０の外縁部分と表示部８７４との間に配置されている吸湿部材８６０と、を有しており、表示部８７４及び吸湿部材８６０はケースに収容されている。なお、吸湿部材８６０には、表側から視認可能な表示を設けることができる。機器本体８１０は、風防板８５０を介して、表示部８７４の表示や吸湿部材８６０の表示をユーザーが閲覧可能な構成としてもよい。つまり本実施形態のリスト機器８００では、検出した位置情報や運動情報、或いは時刻情報等の種々の情報を表示部８７４に表示し、当該表示を機器本体８１０のトップ側からユーザーに提示するものであってもよい。また、ボトムケースの両側には、第１のバンド部８２１および第２のバンド部８２２との接続部である一対のバンド装着部（不図示）が設けられている。
【０１１５】
図１２は、リスト機器８００の機能ブロック図の一例である。図１２に示すように、リスト機器８００は、処理部８７０、ＧＰＳセンサー８８０、地磁気センサー８８１、圧力センサー８８２、加速度センサー８８３、角速度センサー８８４、脈拍センサー８８５、温度センサー８８６、操作部８７１、計時部８７２、記憶部８７３、表示部８７４、音出力部８７５、通信部８７６、バッテリー８７７などを含んで構成されており、これらの各部はケースに収容されている。但し、リスト機器８００の構成は、これらの構成要素の一部を削除又は変更し、あるいは他の構成要素を追加したものであってもよい。
【０１１６】
通信部８７６は、リスト機器８００と他の情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部８７６は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部８７６はＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
【０１１７】
処理部８７０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部８７０は、記憶部８７３に格納されたプログラムと、操作部８７１から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部８７０による処理には、ＧＰＳセンサー８８０、地磁気センサー８８１、圧力センサー８８２、加速度センサー８８３、角速度センサー８８４、脈拍センサー８８５、温度センサー８８６、計時部８７２の各出力信号（出力データ）に対するデータ処理、表示部８７４に画像を表示させる表示処理、音出力部８７５に音を出力させる音出力処理、通信部８７６を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー８７７からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
【０１１８】
処理部８７０は、高精度のＧＰＳ機能により計測開始からのユーザーが移動した合計距離を計測する。また、処理部８７０は、距離計測の結果から、ユーザーの現在の走行ペースを計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。また、処理部８７０は、ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。また、処理部８７０は、ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでもユーザーの歩幅を計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの１分あたりの歩数（ピッチ）を計測し表示する。また、処理部８７０は、脈拍センサーによりユーザーの心拍数を計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。また、処理部８７０は、事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測（オートラップ）を行う。また、処理部８７０は、ユーザーの消費カロリーを表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの運動開始からの歩数の合計を表示する。
【０１１９】
上記実施形態に係る物理量検出装置１を含む加速度センサー８８３は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさ及び向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。あるいは、上記実施形態に係る物理量検出装置１を含む角速度センサー８８４は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。
【０１２０】
なお、上述したリスト機器８００は、衛星測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を利用しているが、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えば、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObalNAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１又は２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
【０１２１】
５．移動体
図１３は、本実施形態の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。図１３に示すように、自動車１５００には物理量検出装置１が搭載されており、例えば、物理量検出装置１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量検出装置１から出力される物理量信号は、車体の姿勢を制御する制御部（姿勢制御部）としての車体姿勢制御装置１５０３に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。また、物理量検出装置１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、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）、エンジンコントロール、自動運転用慣性航法の制御機器、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【０１２２】
また、移動体に適用される物理量検出装置１は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の姿勢制御、農業機械（農機）、もしくは建設機械（建機）などの姿勢制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量検出装置１、およびそれぞれの制御部（不図示）が組み込まれる。
【０１２３】
このような移動体は、物理量信号のオフセットを低減させることが可能な物理量検出装置１、および制御部（不図示）を備えているので、制御部による物理量の変化に基づく制御（姿勢制御等）を高精度に行うことができる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又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、実施の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】
【０１２７】
１…物理量検出装置、２…物理量検出素子、３…制御回路、５…第１容量形成部、６…第２容量形成部、７，８，９…端子、１０…Ｑ／Ｖアンプ、２０…可変ゲインアンプ、３０…ローパスフィルター、４０…Ａ／Ｄ変換回路、５０…デジタル処理回路、６０…発振回路、７０…クロック生成回路、８０…第１レギュレーター、８１…抵抗、８２…スイッチ、８３…演算増幅器、８４…ＭＯＳトランジスター、９０…第２レギュレーター、９２…スイッチ、９３…演算増幅器、９４…ＭＯＳトランジスター、１００…駆動信号生成回路、１０１…スイッチ、１０２…スイッチ、１０３…論理反転回路、１１０…インターフェース回路、１２０…記憶部、１２１…レジスター、１２２…不揮発性メモリー、１５０…検出回路、１６０…駆動回路、２００…固定部、２０１〜２０４…固定電極、２１０…可動部、２１１…錘部、２１１Ａ，２１１Ｂ…可動電極、２１２…ばね部、４００…慣性計測装置、４１１，４１２，４１３…角速度検出装置、４２１，４２２，４２３…加速度検出装置、４３０…信号処理回路、４４０…記憶部、４５０…通信回路、５００…移動体測位装置、５１０…センサーモジュール、５２０…処理部、５２１…姿勢算出部、５２２…位置算出部、５２３…位置補正部、５３０…操作部、５４０…記憶部、５５０…表示部、５６０…音出力部、５７０…通信部、６００…電子機器、６１０…物理量検出装置、６２０…演算処理装置、６３０…操作部、６４０…ＲＯＭ、６５０…ＲＡＭ、６６０…通信部、６７０…表示部、６８０…音出力部、８００…リスト機器、８１０…機器本体、８２１…第１のバンド部、８２２…第２のバンド部、８３０…トップケース、８４０…ベゼル、８５０…風防板、８６０…吸湿部材、８７０…処理部、８８０…ＧＰＳセンサー、８８１…地磁気センサー、８８２…圧力センサー、８８３…加速度センサー、８８４…角速度センサー、８８５…脈拍センサー、８８６…温度センサー、８７１…操作部、８７２…計時部、８７３…記憶部、８７４…表示部、８７５…音出力部、８７６…通信部、８７７…バッテリー、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪
【図１】
2019060734.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019060734.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019060734.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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