(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度センサー素子からの検出信号に基づいて、角速度情報を出力する検出回路と、
前記角速度情報に基づき求められた固定小数点表現の回転数情報を出力する出力部を含み、
前記出力部は、
前記回転数情報の整数部を、前記固定小数点表現の整数部として出力可能であり、前記回転数情報の小数部を、前記固定小数点表現の小数部として出力可能であることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回路装置において、
前記出力部は、複数の出力モードを有し、
前記複数の出力モードは、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第１の出力モードを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回路装置において、
前記複数の出力モードは、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力しない第２の出力モードを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回路装置において、
前記複数の出力モードは、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力せず、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第３の出力モードを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記複数の出力モードは、
前記回転数情報の前記小数部のビット数が削減されて前記出力部により出力される第４の出力モードを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項６】
請求項１に記載の回路装置において、
前記出力部は、複数の出力モードを有し、
前記複数の出力モードは、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第１の出力モードと、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力しない第２の出力モードと、
前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力せず、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第３の出力モードと、
前記回転数情報の前記小数部のビット数が削減されて前記出力部により出力される第４の出力モードのうちの、
少なくとも２つの出力モードを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
レジスター部を含み、
前記レジスター部は、
前記複数の出力モードを切り替えるモード切り替えレジスターを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
レジスター部と、
制御部と、
を含み、
前記レジスター部は、
前記回転数情報を格納する情報レジスターを含み、
前記制御部は、
読み出しコマンドにより、前記情報レジスターから前記回転数情報を読み出す処理を行い、
リセットコマンドにより、演算処理部の積分処理部を初期状態にリセットする処理を行うことを特徴とする回路装置。
【請求項９】
請求項８に記載の回路装置において、
前記制御部は、
前記読み出しコマンドにより前記回転数情報が読み出された場合に、前記演算処理部の前記積分処理部を初期状態にリセットする処理を行うことを特徴とする回路装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記回転数情報の前記小数部のビット数をｎビットとした場合に、前記ｎビットで表記される整数に対して、３６０／２ｎを乗算したものが、前記角速度情報に基づき求められる角度情報となること特徴とする回路装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記出力部は、
前記回転数情報をシリアルデータで出力することを特徴とする回路装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記検出回路からの前記角速度情報に基づいて演算処理を行い、前記回転数情報を出力する演算処理部を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回路装置において、
前記演算処理部は、
浮動小数点表現の前記角速度情報に対して前記演算処理を行って、固定小数点表現の前記回転数情報を出力することを特徴とする回路装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の回路装置において、
前記演算処理部は、
前記演算処理として、前記角速度情報に基づく積分処理を行って、前記回転数情報を出力することを特徴とする回路装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記角速度センサー素子を駆動する駆動回路を含み、
前記演算処理部は、
前記検出回路からの前記角速度情報と、前記駆動回路の駆動周波数により規定される時間間隔情報とに基づいて、前記演算処理を行うことを特徴とする回路装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記角速度センサー素子を駆動する駆動回路を含み、
前記演算処理部は、
前記駆動回路の駆動周波数に基づき値が設定される演算係数を用いて、前記演算処理を行うことを特徴とする回路装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の回路装置において、
前記演算処理部は、
前記駆動周波数及び前記角速度情報の設定感度に基づき値が設定される前記演算係数を用いて、前記演算処理を行うことを特徴とする回路装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の回路装置と、
前記角速度センサー素子と、
を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項２０】
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の回路装置を含むことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路装置、物理量検出装置、電子機器及び移動体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量トランスデューサーからの検出信号に基づいて物理量を検出する回路装置が知られている。ジャイロセンサーを例にとれば、回路装置は、物理量トランスデューサーである振動片からの検出信号に基づいて角速度等を検出する。ジャイロセンサーは、例えばデジタルカメラ、スマートフォン等の電子機器や、車、飛行機等の移動体に組み込まれ、検出された角速度等の物理量を用いて、手振れ補正、姿勢制御、ＧＰＳ自律航法等が行われる。
【０００３】
このようなジャイロセンサーの回路装置の従来技術としては例えば特許文献１に開示される技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３９９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、ＭＥＭＳヨーレートセンサー（ＭＥＭＳジャイロセンサー）において、デジタルのヨーレート情報（角速度情報）を積分処理して、角度情報を求める手法が開示されている。そして、求められた角度情報を、０度〜３６０度（最大角度）のデジタルデータで出力する点も開示されている。
【０００６】
この特許文献１の従来技術によれば、０度〜３６０度の回転角度については出力可能である。しかしながら、例えば検出対象が何回転しているかの情報を得たい場合には、ＭＥＭＳヨーレートセンサーから出力される回転角度を、外部の処理装置で積算処理するなどの処理が必要になってしまう。
【０００７】
また、ジャイロセンサー等の物理量検出装置の用途としては、１回転未満の回転角度を得たいという用途もあれば、検出対象が何回転しているかの情報を得たい用途もあり、様々な用途に対応等した利便性の高い情報を出力できることが望まれている。
【０００８】
本発明の幾つかの態様によれば、利便性の高い出力態様で、角速度情報に基づく回転数情報を出力できる回路装置、物理量検出装置、電子機器及び移動体等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上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、以下の形態または態様として実現することが可能である。
【００１０】
本発明の一態様は、角速度センサー素子からの検出信号に基づいて、角速度情報を出力する検出回路と、前記角速度情報に基づき求められた固定小数点表現の回転数情報を出力する出力部を含み、前記出力部は、前記回転数情報の整数部を、前記固定小数点表現の整数部として出力可能であり、前記回転数情報の小数部を、前記固定小数点表現の小数部として出力可能である回路装置に関係する。
【００１１】
本発明の一態様では、検出回路は、角度センサー素子からの検出信号に基づいて、角速度情報を出力する。そして出力部は、角速度情報に基づき求められた回転数情報の整数部を、固定小数点表現の整数部として出力可能であり、回転数情報の小数部を、固定小数点表現の小数部として出力可能である。このように出力部は、回転数情報の整数部や、或いは回転数情報の小数部を、固定小数点表現で出力可能になっている。従って、利便性の高い出力態様で、角速度情報に基づく回転数情報を出力できる回路装置の提供が可能になる。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記出力部は、複数の出力モードを有し、前記複数の出力モードは、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第１の出力モードを含んでもよい。
【００１３】
このようにすれば、例えば回転数情報の整数部と回転数情報の小数部の両方を必要とするような用途に対応できる出力モードを実現できる。
【００１４】
また本発明の一態様では、前記複数の出力モードは、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力しない第２の出力モードを含んでもよい。
【００１５】
このようにすれば、例えば回転数情報の整数部は必要とするが、回転数情報の小数部は必要としないような用途に対応できる出力モードを実現できる。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記複数の出力モードは、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力せず、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第３の出力モードを含んでもよい。
【００１７】
このようにすれば、例えば回転数情報の小数部は必要とするが、回転数情報の整数部は必要としないような用途に対応できる出力モードを実現できる。
【００１８】
また本発明の一態様では、前記複数の出力モードは、前記回転数情報の前記小数部のビット数が削減されて前記出力部により出力される第４の出力モードを含んでもよい。
【００１９】
このようにすれば、例えば回転数情報の小数部は必要とするが、その精度についてはそれほど必要としないような用途に対応できる出力モードを実現できる。
【００２０】
また本発明の一態様では、前記出力部は、複数の出力モードを有し、前記複数の出力モードは、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第１の出力モードと、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力し、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力しない第２の出力モードと、前記出力部が前記回転数情報の前記整数部を出力せず、且つ前記出力部が前記回転数情報の前記小数部を出力する第３の出力モードと、前記回転数情報の前記小数部のビット数が削減されて前記出力部により出力される第４の出力モードのうちの、少なくとも２つの出力モードを含んでもよい。
【００２１】
このようにすれば、出力部は、第１、第２、第３及び第４の出力モードのうち、少なくとも２つの出力モードで、回転数情報を出力できるようになる。従って、様々な用途に対応できる出力態様で、回転数情報を出力できる回路装置の提供が可能になる。
【００２２】
また本発明の一態様では、レジスター部を含み、前記レジスター部は、前記複数の出力モードを切り替えるモード切り替えレジスターを含んでもよい。
【００２３】
このようにすれば、例えば外部の処理装置等が、このモード切り替えレジスターにアクセスして、出力モードを切り替えることで、様々な用途に対応できる出力態様で、出力部に回転数情報を出力させることが可能になる。
【００２４】
また本発明の一態様では、レジスター部と、制御部と、を含み、前記レジスター部は、前記回転数情報を格納する情報レジスターを含み、前記制御部は、読み出しコマンドにより、前記情報レジスターから前記回転数情報を読み出す処理を行い、リセットコマンドにより、演算処理部の積分処理部を初期状態にリセットする処理を行ってもよい。
【００２５】
このようにすれば、読み出しコマンドを用いて、回転数情報の読み出しを指示できると共に、リセットコマンドを用いて、演算処理部の積分処理部の初期状態へのリセットも指示できるようになる。
【００２６】
また本発明の一態様では、前記制御部は、前記読み出しコマンドにより前記回転数情報が読み出された場合に、前記演算処理部の前記積分処理部を初期状態にリセットする処理を行ってもよい。
【００２７】
このようにすれば、読み出しコマンドにより回転数情報が読み出されると、演算処理部の積分処理部が初期状態にリセットされるようになるため、例えば回転数情報の変位情報についての出力等が可能になる。
【００２８】
また本発明の一態様では、前記回転数情報の前記小数部のビット数をｎビットとした場合に、前記ｎビットで表記される整数に対して、３６０／２ｎを乗算したものが、前記角速度情報に基づき求められる角度情報となってもよい。
【００２９】
このようにすれば、外部の処理装置等は、出力部から出力される回転数情報の小数部を整数と見なして、例えば３６０／２ｎの乗算処理等を行うことで、回転数情報に対応する角度情報を得ることが可能になる。
【００３０】
また本発明の一態様では、前記出力部は、前記回転数情報をシリアルデータで出力してもよい。
【００３１】
このようにすれば、外部の処理装置等は、回転数情報をシリアルデータで取り込んで、様々な用途の情報として使用できるようになる。
【００３２】
また本発明の一態様では、前記検出回路からの前記角速度情報に基づいて演算処理を行い、前記回転数情報を出力する演算処理部を含んでもよい。
【００３３】
このようにすれば、演算処理部が、検出回路からの角速度情報に基づいて演算処理を行うことで、回転数情報を求め、この求められた回転数情報を、出力部により回路装置の外部に出力できるようになる。
【００３４】
また本発明の一態様では、前記演算処理部は、浮動小数点表現の前記角速度情報に対して前記演算処理を行って、固定小数点表現の前記回転数情報を出力してもよい。
【００３５】
このようにすれば、演算処理部は、例えば検出回路から浮動小数点表現の角速度情報が入力された場合にも、この浮動小数点表現の角速度情報に対して演算処理を行って、固定小数点表現の回転数情報を出力できるようになる。
【００３６】
また本発明の一態様では、前記演算処理部は、前記演算処理として、前記角速度情報に基づく積分処理を行って、前記回転数情報を出力してもよい。
【００３７】
このようにすれば、演算処理部は、角速度情報に基づく積分処理を実行して、回転数情報を求めることが可能になる。
【００３８】
また本発明の一態様では、前記角速度センサー素子を駆動する駆動回路を含み、前記演算処理部は、前記検出回路からの前記角速度情報と、前記駆動回路の駆動周波数により規定される時間間隔情報とに基づいて、前記演算処理を行ってもよい。
【００３９】
このようにすれば、駆動回路の駆動周波数を有効活用し、この駆動周波数により規定される時間間隔情報を用いて、角速度情報に基づく演算処理を実行できるようになる。そして駆動周波数は、プロセス変動や環境変動による変動が、より小さいと考えられるため、角速度情報に基づき回転数情報を求める演算処理において、より正確な演算結果を得ることが可能になる。
【００４０】
また本発明の一態様では、前記角速度センサー素子を駆動する駆動回路を含み、前記演算処理部は、前記駆動回路の駆動周波数に基づき値が設定される演算係数を用いて、前記演算処理を行ってもよい。
【００４１】
このようにすれば、駆動周波数が変動等した場合にも、例えば演算係数を用いてその影響を低減することが可能になり、より正確な演算結果を得ることが可能になる。
【００４２】
また本発明の一態様では、前記演算処理部は、前記駆動周波数及び前記角速度情報の設定感度に基づき値が設定される前記演算係数を用いて、前記演算処理を行ってもよい。
【００４３】
このようにすれば、検出回路から出力される角速度情報の設定感度に応じた演算係数を用いて、演算処理を実行することが可能になる。
【００４４】
また本発明の他の態様は、上記に記載の回路装置と、前記角速度センサー素子と、を含む物理量検出装置に関係する。
【００４５】
また本発明の他の態様は、上記に記載の回路装置を含む電子機器に関係する。
【００４６】
また本発明の他の態様は、上記に記載の回路装置を含む移動体に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の回路装置の構成例。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は回転数情報の出力フォーマットの説明図。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）はレジスター部のレジスターの説明図。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）は出力部の通信方式の一例の説明図。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｅ）は基準クロック信号により規定される時間間隔情に基づく演算処理の説明図。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は時間間隔情報に基づく演算処理の具体例の説明図。
【図７】演算処理部への入力信号の例。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は図７の入力信号を入力した場合の出力結果の例。
【図９】演算処理部への入力信号の例。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は図９の入力信号を入力した場合の出力結果の例。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は本実施形態の回路装置の詳細な構成例及びその動作説明図。
【図１２】積分処理部、カウントクロック生成回路等の詳細な構成例。
【図１３】本実施形態の回路装置、電子機器、ジャイロセンサー（物理量検出装置）の構成例。
【図１４】駆動回路、検出回路の詳細な構成例。
【図１５】ＤＣ成分除去部の構成例。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｄ）は本実施形態の回路装置が組み込まれる移動体、電子機器の例。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００４９】
１．回路装置
図１（Ａ）に本実施形態の回路装置の構成例を示す。図１（Ａ）の回路装置は、検出回路６０と出力部１４４を含む。また演算処理部１５０を含むことができる。なお、本実施形態の回路装置は図１（Ａ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５０】
検出回路６０は、角速度センサー素子１８からの検出信号に基づいて、角速度情報を出力する。角速度センサー素子１８は、角速度を検出するためのセンサー素子である。角速度センサー素子１８としては、例えば水晶の振動片などの圧電型の振動片を採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば角速度センサー素子１８は、シリコン基板などから形成された静電容量検出方式のセンサー素子などであってもよい。
【００５１】
出力部１４４は、角速度情報に基づき求められた固定小数点表現の回転数情報を出力する。例えば演算処理部１５０は、検出回路６０からの角速度情報に基づいて演算処理を行い、回転数情報を出力する。具体的には演算処理部１５０は、浮動小数点表現の角速度情報に対して演算処理を行って、固定小数点表現の回転数情報を出力する。例えば演算処理部１５０は、演算処理として、角速度情報に基づく積分処理を行って、回転数情報を出力する。そして出力部１４４は、演算処理部１５０により求められた固定小数点表現の回転数情報を、回路装置の外部に出力する。例えば回路装置の外部のマイコン等の処理装置に出力する。
【００５２】
そして本実施形態では出力部１４４は、回転数情報の整数部については、固定小数点表現の整数部として出力する。一方、回転数情報の小数部については、固定小数点表現の小数部として出力する。これらの回転数情報の整数部、小数部の出力手法の詳細については、図２（Ａ）、図２（Ｂ）等を用いて後述する。
【００５３】
図１（Ｂ）に本実施形態の回路装置の更に詳細な構成例を示す。図１（Ｂ）の回路装置は、駆動回路３０と検出回路６０と演算処理部１５０を含む。また制御部１４０、レジスター部１４２、出力部１４４、不揮発性メモリー１４６を含むことができる。なお、本実施形態の回路装置は図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば不揮発性メモリー等）を省略したり、他の構成要素（例えば温度センサー等）を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５４】
駆動回路３０は、振動片１０を駆動する。例えば、振動片１０からのフィードバック信号ＤＩを受け、駆動信号ＤＱを出力して、振動片１０を振動させる駆動を行う。これにより発振ループが形成されて、振動片１０が、駆動信号ＤＱの駆動周波数で振動するようになる。
【００５５】
検出回路６０は、振動片１０から出力される物理量（例えば角速度）に応じた検出信号ＩＱ１、ＩＱ２に基づいて、物理量に対応する物理量情報（例えば角速度情報）を出力する。例えば検出回路６０は、入力された検出信号ＩＱ１、ＩＱ２の増幅を行い、駆動回路３０からの同期信号を用いて、増幅後の信号に対する同期検波を行う。そして、同期検波後の信号のＡ／Ｄ変換を行い、物理量情報を出力する。この場合に、検出回路６０は、Ａ／Ｄ変換後の情報に対して、フィルター処理や補正処理などの信号処理を行って、信号処理後の物理量情報を出力することが望ましい。この物理量情報は例えば物理量のデジタルデータ（例えば角速度のデジタルデータ）である。
【００５６】
演算処理部１５０は、検出回路６０からの物理量情報（角速度情報）に基づいて演算処理を行う。例えば演算処理として、物理量情報に基づく積分処理を行う。或いは後述するように、演算処理として、物理量情報に基づく姿勢演算処理を行ってもよい。そして演算処理部１５０は、物理量情報に対して演算処理を行うことで得られる情報である演算後物理量情報（回転数情報）を出力する。この演算処理部１５０は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路や、或いはファームウェアー等に基づいて動作するプロセッサー等により実現できる。自動配置配線手法を用いる場合には、例えば演算処理部１５０や制御部１４０や後述する検出回路６０のＤＳＰ部１１０等は、ゲートアレイ等の自動配置配線手法で一体的に形成できる。
【００５７】
制御部１４０は各種の制御処理を行う。例えば制御部１４０は、駆動回路３０、検出回路６０、演算処理部１５０の制御処理を行う。またレジスター部１４２へのアクセス制御や出力部１４４の制御や不揮発性メモリー１４６の読み出し制御等を行う。この制御部１４０は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線手法で生成されたロジック回路や、或いはファームウェアー等に基づいて動作するプロセッサー等により実現できる。
【００５８】
レジスター部１４２は各種の情報が設定されるレジスターを有する。レジスター部１４２は例えばＳＲＡＭ等のメモリーやフリップフロップ回路等により実現できる。
【００５９】
出力部１４４は各種情報を出力する。この出力部１４４は、外部のデバイスとのインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）として機能するものであり、例えば演算処理部１５０からの演算後物理量情報を所与の通信方式で出力する。例えば、後述するように、回転数情報等の演算後物理量情報を、シリアルデータ（シリアル通信方式）で出力する。
【００６０】
不揮発性メモリー１４６は、各種の情報を記憶する不揮発性のメモリーである。不揮発性メモリー１４６としては、例えば、ＥＥＰＲＯＭや、ＥＰＲＯＭなどを用いることができる。ＥＥＰＲＯＭとしては、例えばＭＯＮＯＳ（Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon）型のメモリーを用いることができる。或いはフローティングゲート型などの他のタイプのメモリーであってもよい。またＥＥＰＲＯＭはフラッシュメモリーであってもよい。なお不揮発性メモリー１４６としては種々のものを用いることができ、例えばヒューズを用いたメモリーや半導体以外のメモリーであってもよい。また不揮発性メモリー１４６を回路装置の内部に設けずに、外部に設けてもよい。
【００６１】
２．回転数情報の出力
ジャイロセンサー（物理量検出装置）の回路装置が組み込まれる機器においては、回路装置が角速度の情報を出力し、外部のマイコン等の処理装置が、角速度を積分処理することで、角度を求めるのが、一般的である。一方、このような角速度の積分処理を回路装置の内部において行い、１回転未満の回転角度を回路装置が出力するようにすることも可能である。
【００６２】
しかしながら、アプリケーションによっては、１回転未満の回転角度ではなく、検出対象が何回転したのかの情報が必要な場合がある。或いは、何回転したかの情報は重要ではなく、回転角度（回転数の小数部）だけが必要なアプリケーションや、何回転したかの情報と回転角度の両方が必要なアプリケーションも存在する。一例を挙げれば、カメラの手振れ補正の用途では、何回転したのかの情報は一般的に不要であり、最終的な１回転未満の回転角度が必要になる。一方、物体の回転等を検知して運動解析等を行う用途では、何回転したかの情報の方が重要な場合がある。
【００６３】
また、回路装置の出力情報を、外部のマイコン等の処理装置が取り込む場合、出力情報のビット数が多いと、処理装置の取り込み処理の負荷が大きくなってしまう。例えば回路装置が出力情報をシリアルデータで出力する場合には、出力情報のビット数が多いと、処理装置の取り込み期間が長くなってしまい、処理装置の他の処理に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００６４】
しかしながら、これまでの回路装置では、その内部で角速度の積分処理を行った場合にも、回路装置が出力する情報は角度情報だけであった。このため、上記のような各種のアプリケーションの用途に応えることができなかった。また、常にビット数が多い角度情報が出力されると、外部の処理装置の取り込み処理の負荷が大きくなったり、取り込み期間が長くなってしまい、他の処理に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【００６５】
そこで本実施形態では、角速度を積分処理することで得られる情報を、回転数情報として出力する手法を採用している。例えば回転数情報を、回転数の整数部と小数部に分けて出力する。
【００６６】
具体的には検出回路６０は、振動片１０（広義には角速度センサー素子）からの検出信号に基づいて、角速度情報を出力し、出力部１４４は、角速度情報に基づき求められた固定小数点表現の回転数情報を出力する。例えば回転数情報の上位のｍビットが整数部となり、下位のｎビットが小数部となるような固定小数点表現の回転数情報を出力する。
【００６７】
そして本実施形態では、出力部１４４は、回転数情報の整数部を、固定小数点表現の整数部として出力可能であり、回転数情報の小数部を、固定小数点表現の小数部として出力可能である。例えば回転数情報の整数部については、固定小数点表現の整数部として出力し、回転数情報の小数部については、固定小数点表現の小数部として出力する。具体的には、回転数情報の整数部を、固定小数点表現の上位のｍビットで表記して出力し、回転数情報の小数部を、固定小数点表現の下位のｎビットで表記して出力する。なお、出力部１４４は、回転数情報の整数部と回転数情報の小数部を出力可能であればよく、整数部と小数部の両方を常に出力する必要はない。例えば出力部１４４は、回転数情報の整数部を出力して、回転数情報の小数部を出力しなかったり、回転数情報の整数部を出力せずに、回転数情報の小数部を出力したり、回転数情報の整数部と小数部の両方を出力するなどの、種々の出力モードで回転数情報を出力可能になっている。
【００６８】
回転数情報の整数部は、例えば検出対象が、整数で何回転したのかを表す情報である。例えば回転数情報の整数部は、１回転、２回転、３回転、４回転・・・における整数１、２、３、４・・・を、固定小数点表現（２進数表現）のｍビットで表記した情報である。
【００６９】
一方、回転数情報の小数部は、例えば検出対象の１回転未満の回転数（回転角度）を小数で表した情報である。例えば回転数情報の小数部は、０．１回転、０．２回転、０．３回転、０．４回転・・・における小数０．１、０．２、０．３、０．４・・・を、固定小数点表現（２進数表現）のｎビットで表記した情報である。例えば回転数情報の小数部である１回転未満の回転数をｒｄｍとし、固定小数点表現の小数部のｎビットの各ビットをｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４・・・と表記した場合（ｂ１が上位ビット、ｂ４が下位ビット）に、ｒｄｍ＝ｂ１／２＋ｂ２／２２＋ｂ３／２３＋ｂ４／２４・・・と表すことができる。
【００７０】
図２（Ａ）に、出力部１４４が出力する回転数情報の出力フォーマットの例を示す。この回転数情報は、ｎ＝１６ビットの固定小数点表現の整数部ＲＥＶＱ［１５：０］と、ｍ＝２４ビットの固定小数点表現の小数部ＤＥＧＱ［２３：０］を有している。即ち、この回転数情報は、小数部が２４ビットとなる符号付き４０ビットの固定小数で表されている。そして整数部ＲＥＶＱが、１回転、２回転、３回転、４回転・・・における整数１、２、３、４・・・の回転数を表している。小数部ＤＥＧＱが、０．１回転、０．２回転、０．３回転、０．４回転・・・における小数０．１、０．２、０．３、０．４・・・の回転数を表している。例えば検出対象が３．５回転したことが検出された場合には、「３．５回転」のうちの「３回転」が整数部ＲＥＶＱで表され、「３．５回転」のうちの「０．５回転」が小数部ＤＥＧＱで表されることになる。
【００７１】
例えば１６ビットの整数部ＲＥＶＱの上位１２ビットが全て０であったとする。この場合に、１６ビットの整数部ＲＥＶＱの下位４ビットが「０００１」であれば、整数部ＲＥＶＱで表される回転数は「１」となり、「００１０」であれば、整数部ＲＥＶＱで表される回転数は「２」となり、「００１１」であれば、整数部ＲＥＶＱで表される回転数は「３」となる。なお整数部ＲＥＶＱを符号付き整数（２の補数表現）として表記することで、例えば−２回転、−３回転のような負の回転数も表すことができる。
【００７２】
また２４ビットの小数部ＤＥＧＱの下位２０ビットが全て０であったとする。この場合に、２４ビットの小数部ＤＥＧＱの上位４ビットが「０００１」であれば、小数部ＤＥＧＱで表される回転数は１／２４＝１／１６となり、上位４ビットが「００１０」であれば、小数部ＤＥＧＱで表される回転数は、１／２３＝１／８となる。即ち、各々、検出対象が１／１６回転、１／８回転したことが検出されたことになる。また上位４ビットが「０１００」であれば、小数部ＤＥＧＱで表される回転数は１／２２＝１／４となり、上位４ビットが「１０００」であれば、小数部ＤＥＧＱで表される回転数は「１／２」となる。即ち、各々、検出対象が１／４回転、１／２回転したことが検出されたことになる。
【００７３】
また出力部１４４が出力する回転数情報の小数部ＤＥＧＱは、１回転未満の回転角度を表す情報となっている。具体的には、回転数情報の小数部ＤＥＧＱのビット数をｎビットとした場合に、ｎビットで表記される整数に対して、３６０／２ｎを乗算したものが、検出回路６０からの角速度情報に基づき求められる角度情報となる。この整数を、符号付き整数（２の補数表現）と考えれば（外部の処理装置が解釈すれば）、図２（Ａ）に示すように、小数部ＤＥＧＱは−１８０度≦θ＜１８０度の範囲で変化する角度θを表すことになる。また、この整数を、符号なし整数と考えれば、小数部ＤＥＧＱは０度≦θ＜３６０度の範囲で変化する角度θを表すことになる。
【００７４】
例えば説明の簡素化のために、回転数情報の小数部ＤＥＧＱのビット数をｎ＝４ビットであると仮定する。
【００７５】
この場合に小数部ＤＥＧＱ＝０００１であれば、ＤＥＧＱで表される回転数は１／２４＝１／１６回転となる。そして小数部ＤＥＧＱで表される整数は「１」であるため、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは、この整数「１」に対して３６０／２ｎを乗算したものになり、１×３６０／２ｎ＝１×３６０／２４＝（３６０／１６）度の角度を表すことになる。即ち、１回転が３６０度であるため、１／１６回転に相当する角度が表されていることになる。
【００７６】
また、小数部ＤＥＧＱ＝００１０であれば、ＤＥＧＱで表される回転数は、１／２３＝１／８回転となる。そして小数部ＤＥＧＱで表される整数は「２」であるため、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは、この整数「２」に対して３６０／２ｎを乗算したものになり、２×３６０／２ｎ＝２×３６０／２４＝（３６０／８）度の角度を表すことになる。即ち、１／８回転に相当する角度が表されていることになる。
【００７７】
同様に小数部ＤＥＧＱ＝０１００であれば、小数部ＤＥＧＱは１／２２＝１／４回転を表し、ＤＥＧＱで表される整数は「４」であるため、小数部ＤＥＧＱは、４×３６０／２ｎ＝４×３６０／２４＝（３６０／４）度の角度を表すことになる。また小数部ＤＥＧＱ＝１０００であれば、小数部ＤＥＧＱは１／２＝１／２回転を表し、ＤＥＧＱで表される整数は「８」であるため、小数部ＤＥＧＱは、８×３６０／２ｎ＝８×３６０／２４＝（３６０／２）度の角度を表すことになる。
【００７８】
また、小数部ＤＥＧＱが１１１１であり、これを符号付きの整数（２の補数表現）と考えれば、小数部ＤＥＧＱで表される整数は「−１」となる。従って、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは、この整数「−１」に対して３６０／２ｎを乗算したものになり、−１×３６０／２ｎ＝−１×３６０／２４＝−（３６０／１６）度の角度を表すことになる。即ち、−１／１６回転に相当する角度が表されていることになる。
【００７９】
また、小数部ＤＥＧＱが１１１０であり、これを符号付きの整数と考えれば、小数部ＤＥＧＱで表される整数は「−２」となる。従って、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは、この整数「−２」に対して３６０／２ｎを乗算したものになり、−２×３６０／２ｎ＝−２×３６０／２４＝−（３６０／８）度の角度を表すことになる。即ち、−１／８回転に相当する角度が表されていることになる。
【００８０】
以上から明らかなように、外部の処理装置は、回路装置から出力される回転数情報の小数部ＤＥＧＱを、符号なしのｎビットの整数として解釈して、この整数に対して３６０／２ｎを乗算する処理を行うことで、０度≦θ＜３６０度となる角度θの情報を得ることができる。また、外部の処理装置は、回路装置から出力される回転数情報の小数部ＤＥＧＱを、符号付きのｎビットの整数として解釈して、この整数に対して３６０／２ｎを乗算する処理を行うことで、−１８０度≦θ＜１８０度となる角度θの情報を得ることができる。これにより外部の処理装置の処理の簡素化等を図れ、利便性を向上できる。
【００８１】
また本実施形態では、出力部１４４は複数の出力モードを有している。例えばレジスター部１４２のモード切り替えレジスターの設定により、異なる出力モードで回転数情報を出力できるようになっている。
【００８２】
そして、これらの複数の出力モードは、出力部１４４が回転数情報の整数部ＲＥＶＱを出力し、且つ出力部１４４が回転数情報の小数部ＤＥＧＱを出力する第１の出力モードを含むことができる。即ち、モード切り替えレジスターにより第１の出力モードが設定されると、出力部１４４は、回転数情報の整数部ＲＥＶＱと小数部ＤＥＧＱの両方を出力する。
【００８３】
また複数の出力モードは、出力部１４４が回転数情報の整数部ＲＥＶＱを出力し、且つ出力部１４４が回転数情報の小数部ＤＥＧＱを出力しない第２の出力モードを含んでもよい。即ち、モード切り替えレジスターにより第２の出力モードが設定されると、出力部１４４は、回転数情報の整数部ＲＥＶＱは出力するが、小数部ＤＥＧＱは出力しない。
【００８４】
また複数の出力モードは、出力部１４４が回転数情報の整数部ＲＥＶＱを出力せずに、且つ出力部１４４が回転数情報の小数部ＤＥＧＱを出力する第３の出力モードを含んでもよい。即ち、モード切り替えレジスターにより第３の出力モードが設定されると、出力部１４４は、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは出力するが、整数部ＲＥＶＱは出力しない。
【００８５】
また複数の出力モードは、回転数情報の小数部ＤＥＧＱのビット数が削減されて出力部１４４により出力される第４の出力モードを含んでもよい。例えば上述の第１の出力モードや第３の出力モードでは、ｎビットのビット数の小数部ＤＥＧＱが出力部１４４により出力されるが、第４の出力モードでは、ビット数がｎビットから削減されて、ｋビット（ｋ＜ｎ）の小数部ＤＥＧＱが出力される。
【００８６】
なお、本実施形態では、複数の出力モードは、上記の第１、第２、第３、第４の出力モードのうちの少なくとも２つの出力モードを含めばよい。即ち、出力部１４４の出力モードは、上記の第１、第２、第３、第４の出力モードの全てを含む必要はない。例えば複数の出力モードとして、第１の出力モードと第２の出力モードだけを設けたり、第１の出力モードと第３の出力モードだけを設けたり、第２の出力モードと第３の出力モードだけを設けてもよい。或いは、第４の出力モードと、第１、第２、第３の出力モードのいずれかだけを設けてもよい。このように複数の出力モードの内容としては種々の変形実施が可能である。
【００８７】
図２（Ｂ）に、上述の複数の出力モードを切り替えるモード切り替えレジスターの例を示す。このモード切り替えレジスターはレジスター部１４２に設けられ、例えば外部のマイコン等の処理装置によりアクセスされて、所望の内容に設定可能になっている。
【００８８】
例えばモード切り替えのレジスターＱＣＡ［１：０］が（００）に設定されると、出力部１４４の出力モードは第１の出力モードに設定される。これにより出力部１４４は、図２（Ａ）の回転数情報の整数部ＲＥＶＱ［１５：０］と、小数部ＤＥＧＱ［２３：０］の両方を出力する。
【００８９】
具体的には第１の出力モードでは、出力部１４４は、５バイトの回転数情報を出力し、１バイト目に、上位ビット側の整数部ＲＥＶＱ［１５：８］を出力し、２バイト目に、下位ビット側の整数部ＲＥＶＱ［７：０］を出力する。また３バイト目に、上位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［２３：１６］を出力し、４バイト目に、上位ビット側と下位ビット側の間の小数部ＤＥＧＱ［１５：８］を出力し、５バイト目に、下位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［７：０］を出力する。
【００９０】
またレジスターＱＣＡ［１：０］が（１１）に設定されると、出力部１４４の出力モードは第２の出力モードに設定される。これにより出力部１４４は、回転数情報の整数部ＲＥＶＱ［１５：０］だけを出力し、小数部ＤＥＧＱ［２３：０］は出力しないようになる。
【００９１】
具体的には第２の出力モードでは、出力部１４４は、２バイトの回転数情報を出力し、１バイト目に、上位ビット側の整数部ＲＥＶＱ［１５：８］を出力し、２バイト目に、下位ビット側の整数部ＲＥＶＱ［７：０］を出力する。
【００９２】
またレジスターＱＣＡ［１：０］が（１０）に設定されると、出力部１４４の出力モードは第３の出力モードに設定される。これにより出力部１４４は、回転数情報の小数部ＤＥＧＱ［２３：０］だけを出力し、整数部ＲＥＶＱ［１５：０］は出力しないようになる。
【００９３】
具体的には第３の出力モードでは、出力部１４４は、３バイトの回転数情報を出力し、１バイト目に、上位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［２３：１６］を出力し、２バイト目に、上位ビット側と下位ビット側の間の小数部ＤＥＧＱ［１５：８］を出力し、３バイト目に、下位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［７：０］を出力する。
【００９４】
またレジスターＱＣＡ［１：０］が（０１）に設定されると、出力部１４４の出力モードは第４の出力モードに設定される。これにより回転数情報の小数部ＤＥＧＱのビット数が削減されて出力部１４４により出力される。
【００９５】
具体的には、第４の出力モードでは、出力部１４４は、２バイトの回転数情報を出力し、１バイト目に、小数部ＤＥＧＱ［２３：１６］を出力し、２バイト目に小数部ＤＥＧＱ［１５：８］を出力する。
【００９６】
即ち、第３の出力モードでは、３バイトの回転数情報が出力され、下位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［７：０］も出力されていた。これに対して、第４の出力モードでは、読み出しバイト数が３バイトから２バイトに削減されて、下位ビット側の小数部ＤＥＧＱ［７：０］は出力されないようになる。
【００９７】
以上のようにすれば、回転数情報の整数部ＲＥＶＱと小数部ＤＥＧＱの両方を必要とする第１のアプリケーションに対しては、出力モードを第１の出力モード（００）に設定することで、その要望に応えることができる。
【００９８】
例えば第１のアプリケーションでは、外部の処理装置が、回転数情報の整数部ＲＥＶＱを用いて、検出対象（車体、カメラ等）の回転数（整数の回転数）を特定する。また小数部ＤＥＧＱを用いて、１回転未満の回転角度を特定する。即ち、図２（Ａ）で説明したように、小数部ＤＥＧＱ［２３：０］で表される整数に３６０×２ｎ＝３６０×２２４を乗算することで、回転角度を求めて特定する。この第１の出力モードでは、回転数情報の読み出しバイト数は多くなるが、外部の処理装置は、回転数と１回転未満の回転角度の両方を有する詳細な回転数情報を得ることが可能になる。
【００９９】
また、回転数情報の整数部ＲＥＶＱは必要とするが、小数部ＤＥＧＱは必要としない第２のアプリケーションに対しては、出力モードを第２の出力モード（１１）に設定することで、その要望に応えることができる。
【０１００】
例えば第２のアプリケーションでは、外部の処理装置が、回転数情報の整数部ＲＥＶＱを用いて、検出対象の回転数だけを特定する。例えば、検出対象が何回転したのかの情報だけが必要であり、回転角度については不要な第２のアプリケーションでは、このように第２の出力モードに設定することで、回転数情報の読み出しバイト数を削減できる。即ち、第１の出力モードでは５バイトであった読み出しバイト数を、第２の出力モードでは２バイトに削減できる。従って、外部の処理装置の回転数情報の取り込み処理の負荷を軽減でき、取り込み期間も短くできるため、回転数情報の取り込み処理が他の処理に与える悪影響を低減できる。
【０１０１】
また、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは必要とするが、整数部ＲＥＶＱは必要としない第３のアプリケーションに対しては、出力モードを第３の出力モード（１０）に設定することで、その要望に応えることができる。
【０１０２】
例えば第３のアプリケーションでは、外部の処理装置が、回転数情報の小数部ＤＥＧＱを用いて、検出対象の１回転未満の回転角度だけを特定する。例えば、検出対象の１回転未満の回転角度の情報だけが必要であり、何回転したのかの情報については不要な第３のアプリケーションでは、このように第３の出力モードに設定することで、回転数情報の読み出しバイト数を削減できる。即ち、第１の出力モードでは５バイトであった読み出しバイト数を、第３の出力モードでは３バイトに削減できる。従って、外部の処理装置の回転数情報の取り込み処理の負荷の軽減や取り込み期間の短縮化を図れ、取り込み処理が他の処理に与える悪影響を低減できる。
【０１０３】
また、回転数情報の小数部ＤＥＧＱは必要とするが、小数部ＤＥＧＱの精度についてはそれほど必要としない第４のアプリケーションに対しては、出力モードを第４の出力モード（０１）に設定することで、その要望に応えることができる。
【０１０４】
例えば第４のアプリケーションでは、外部の処理装置が、第１の出力モードや第３の出力モードに比べて、ビット数が削減された回転数情報の小数部ＤＥＧＱを用いて、検出対象の回転角度を特定する。例えば第１、第３の出力モードでは、小数部ＤＥＧＱのビット数が２４ビットになっているが、第４の出力モードでは、小数部ＤＥＧＱのビット数が２４ビットから１６ビットに削減されている。即ち、下位ビット側のビットが削減されている。回転角度の精度をそれほど必要としない第４のアプリケーションにおいては、このように小数部ＤＥＧＱのビット数が削減されても、その要望に応えることができる。そして、このように第４の出力モードに設定することで、第１、第３の出力モードでは３バイトであった小数部ＤＥＧＱのバイト数を、２バイトに削減できる。従って、外部の処理装置の回転数情報の取り込み処理の負荷の軽減や取り込み期間の短縮化を図れ、取り込み処理が他の処理に与える悪影響を低減できる。
【０１０５】
このように本実施形態の回転数情報の出力手法によれば、角速度の積分処理により得られた情報が、回転数情報として出力されると共に、回転数情報が、整数部ＲＥＶＱと小数部ＤＥＧＱに分けて出力されるため、外部の処理装置の各アプリケーションに対応した最適な出力形態での情報の出力が可能になる。
【０１０６】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）にレジスター部１４２が有するレジスターの例を示す。本実施形態ではレジスター部１４２は、回転数情報（広義には演算後物理量情報。以下、同様）を格納する情報レジスターを含む。そして制御部１４０は、読み出しコマンドにより、情報レジスターから回転数情報（演算後物理量情報）を読み出す処理を行う。また、リセットコマンドにより、演算処理部１５０の積分処理部１５６（図１１（Ａ）参照）を初期状態にリセットする処理を行う。例えば、積分処理部１５６の積分器をリセットして、積分器が保持している積分値（例えば角度変位）を初期値（例えば０）にリセットする。
【０１０７】
なお、読み出しコマンドにより回転数情報（演算後物理量情報）が読み出された場合に、演算処理部１５０の積分処理部１５６（積分器）を初期状態にリセットする処理を行ってもよい。例えば、回転数情報が読み出された後に、積分処理部１５６の積分器をリセットして、積分器が保持している積分値を初期値にリセットする。
【０１０８】
例えば図３（Ａ）において、アドレスＡＤＸのレジスターＭＣＴＬは、演算処理部１５０の設定レジスターである。アドレスＡＤＹのレジスターＲＤＡＧは、回転数情報（演算後物理量情報）を格納する情報レジスターである。アドレスＡＤＺのレジスターＡＧＲＳは、積分処理部１５６のリセットを指示するレジスターである。
【０１０９】
外部の処理装置は、演算処理部１５０により演算された回転数情報を読み出す場合には、図３（Ａ）のアドレスＡＤＹを指定して、レジスターＲＤＡＧの回転数情報の読み出しを指示する。これにより、出力部１４４は、図３（Ａ）で説明した回転数情報を、後述する図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すようにシリアルデータで出力するようになる。具体的には、外部の処理装置が、図４（Ａ）、図４（Ｂ）のＡ０〜Ａ６により図３（Ａ）のアドレスＡＤＹを指定することで、読み出しコマンドが発行される。すると、制御部１４０は、アドレスＡＤＹのレジスターＲＤＡＧから回転数情報を読み出す。これにより、外部の処理装置は、振動片１０により検出された角速度情報を積分処理することで得られた回転数情報を、回路装置から読み出すことができる。
【０１１０】
また、外部の処理装置は、演算処理部１５０の積分処理部１５６を初期状態にリセットしたい場合には、図３（Ａ）のアドレスＡＤＺを指定することで、積分処理部１５６のリセットを指示する。具体的には、外部の処理装置が、図４（Ａ）、図４（Ｂ）のＡ０〜Ａ６により図３（Ａ）のアドレスＡＤＺを指定することで、リセットコマンドが発行される。すると、制御部１４０は、例えばリセット信号を用いて、積分処理部１５６を初期状態にリセットする。このようにすれば、外部の処理装置は、例えば検出対象が静止している基準姿勢状態で、リセットコマンドを発行して、積分処理部１５６をリセットし、その後に検出対象が所与の角速度で回転した場合に、基準姿勢状態からの検出対象の回転数情報（回転角度情報）などを得ることが可能になる。
【０１１１】
なお、この場合に、図３（Ａ）のレジスターＲＤＡＧから情報が読み出されるごとに、積分処理部１５６を初期状態にリセットしてもよい。例えば後述するクォータニオンなどの姿勢情報では、角度変位（角度の微小変化量）だけが必要な場合がある。このような場合には、角度情報である回転数情報を読み出すごとに、積分処理部１５６のリセットを行えば、出力部１４４からは、角度変位（Δθ）が出力されるようになる。これにより、外部の処理装置は、当該角度変位を用いて、クォータニオンなどの姿勢情報を用いた姿勢演算処理を実行できるようになり、利便性を向上できる。
【０１１２】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のアドレスＡＤＸの演算処理部１５０の設定レジスターＭＣＴＬの詳細を示す図である。
【０１１３】
例えば図３（Ｂ）に示すアドレスＡＤＸのビット２、１のレジスターＱＣＡ［１：０］は、図２（Ｂ）で説明した回転数情報の出力モードのモード切り替えレジスターである。このレジスターＱＣＡ［１：０］の設定により、図２（Ｂ）で説明した第１、第２、第３、第４の出力モードの設定が可能になる。
【０１１４】
またアドレスＡＤＸのビット０のレジスターＥＮＢＡＧは、演算処理部１５０の動作イネーブルの設定レジスターである。レジスターＥＮＢＡＧが１に設定されると、演算処理部１５０の動作がイネーブルになり、レジスターＥＮＢＡＧが０に設定されると、演算処理部１５０の動作がディスイネーブルになる。
【０１１５】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は出力部１４４の通信方式の一例を示す説明図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）では、出力部１４４はシリアルの通信方式で情報を出力しており、シリアルの通信方式としてＳＰＩ（４線ＳＰＩ等）を用いている。なお通信方式は、これに限定されず、例えばＩ２Ｃなどの様々な通信方式を採用できる。
【０１１６】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、ＸＳＳはスレーブセレクト、ＳＣＬＫはシリアル通信用のクロック、ＭＯＳＩはシリアルデータ入力、ＭＩＳＯはシリアルデータ出力である。ＭＯＳＩの「Ｒ」は読み出しコマンドであることを表し、Ａ０〜Ａ６はレジスターのアドレス指定を表す。例えば回路装置から回転数情報（角度情報）を読み出す場合には、Ａ０〜Ａ６により図３（Ａ）のアドレスＡＤＹを指定する。図４（Ａ）は１６ビットのデータ読み出しの例であり、図４（Ｂ）は２４ビットのデータ読み出しの例である。
【０１１７】
例えば図２（Ｂ）の第１の出力モードや第２の出力モードでの整数部ＲＥＶＱ［１５：０］や、第４の出力モードでの小数部ＤＥＧＱ［２３：８］は、図４（Ａ）に示すように１６ビットのデータ読み出しにより読み出される。
【０１１８】
一方、第１の出力モードや第３の出力モードでの小数部ＤＥＧＱ［２３：０］は、図４（Ｂ）に示すように２４ビットのデータ読み出しにより読み出される。
【０１１９】
例えば図２（Ｂ）の第１の出力モードでは、図４（Ａ）による整数部ＲＥＶＱ［１５：０］の読み出しと、図４（Ｂ）による小数部ＤＥＧＱ［２３：０］の読み出しが必要になる。これに対して、第２の出力モードでは、図４（Ａ）による整数部ＲＥＶＱ［１５：０］の読み出しだけで済み、第３の出力モードでは、図４（Ｂ）による小数部ＤＥＧＱ［２３：０］の読み出しだけで済む。従って、第２、第３の出力モードでは、第１の出力モードに比べて、外部の処理装置の読み出し処理の負荷の低減や、読み出し期間の短縮化等を図れるようになる。
【０１２０】
また第４の出力モードでは、図４（Ａ）による小数部ＤＥＧＱ［２３：８］の読み出しだけで済む。従って、第４の出力モードでは、例えば第３の出力モード等に比べて、外部の処理装置の読み出し処理の負荷の低減や、読み出し期間の短縮化等を図れるようになる。
【０１２１】
３．時間間隔情報を用いた演算処理
本実施形態では、演算処理部１５０は、物理量情報と、駆動回路３０の駆動周波数により規定される時間間隔情報とに基づいて、演算処理を行って、演算後物理量情報を出力する。例えば演算処理部１５０は、物理量情報と、駆動回路３０の信号に基づき生成された基準クロック信号ＣＫＦにより規定される時間間隔情報とに基づいて、演算処理を行う。基準クロック信号ＣＫＦは、例えば駆動回路３０の駆動周波数をクロック周波数とする信号である。そして演算処理部１５０は、検出回路６０からの物理量情報が角速度情報である場合には、演算後物理量情報として、角度情報を出力する。本実施形態では、この角度情報として回転数情報を出力する。この演算後物理量情報（回転数情報、角度情報）は、出力部１４４（Ｉ／Ｆ部）により回路装置の外部に出力される。
【０１２２】
また演算処理部１５０は、演算処理として、物理量情報に基づく積分処理を行う。或いは、演算処理として、物理量情報に基づく姿勢演算処理を行ってもよい。姿勢演算処理は、例えばクォータニオンなどの姿勢情報を用いた演算処理である。
【０１２３】
また演算処理部１５０は、後述するように浮動小数点表現の物理量情報に対して演算処理を行って、固定小数点表現の演算後物理量情報を出力する。例えば検出回路６０（ＤＳＰ部）からは浮動小数点表現の物理量情報が演算処理部１５０に入力される。演算処理部１５０は、この浮動小数点表現の物理量情報に対して演算処理を行って、固定小数点表現の演算後物理量情報を出力する。例えば、回転数情報の整数部が固定小数点表現の整数部で表され、回転数情報の小数部が固定小数点表現の小数部で表されるような回転数情報を出力する。この固定小数点表現の回転数情報は、出力部１４４により外部に出力される。
【０１２４】
また演算処理部１５０は、駆動回路３０の駆動周波数に基づき値が設定される演算係数を用いて、演算処理を行う。例えば後述するような演算係数ＣＦを用いて、積分処理等の演算処理を行う。この場合に演算処理部１５０は、駆動周波数及び物理量情報の設定感度に基づき値が設定される演算係数を用いて、演算処理を行うことが望ましい。具体的には演算処理部１５０は、駆動周波数の測定結果により規定される時間間隔情報に基づいて、演算処理を行う。例えば製造時等において駆動周波数を測定し、その測定結果により規定される時間間隔情報に基づいて、演算処理を行う。例えば駆動周波数の測定結果により、上記の演算係数を設定し、その演算係数に基づいて時間間隔情報を設定して、演算処理を行う。この場合には、駆動周波数の測定結果に基づき設定された駆動周波数情報は、不
揮発性メモリー１４６に書き込んでおくことが望ましい。そして演算処理部１５０は、不揮発性メモリー１４６からの駆動周波数情報により規定される時間間隔情報に基づいて、演算処理を行う。この駆動周波数情報は、駆動周波数によって値が設定される情報であり、一例としては後述する演算係数ＣＦがこの駆動周波数情報に相当する。
【０１２５】
例えば図５（Ａ）では、クロック信号生成回路３５０はＣＲ発振回路３６０を有し、ＣＲ発振回路３６０により生成された発振信号ＯＳＣをバッファー回路ＢＦＡによりバッファリングして、クロック信号ＭＣＫを出力する。このクロック信号ＭＣＫはマスタークロックとなる信号である。即ち、検出回路６０（例えばＡ／Ｄ変換回路、ＤＳＰ部）や制御部１４０や演算処理部１５０等は、このクロック信号ＭＣＫをマスタークロックとして動作する。
【０１２６】
ＣＲ発振回路３６０では、その発振周波数がプロセス変動や環境変動により大きく変動してしまう。例えばＣＲ発振回路３６０の発振周波数は、ＣＲ発振回路３６０が有するキャパシターの容量値や抵抗素子の抵抗値に基づく時定数ＣＲにより決まるが、これらの容量値や抵抗値には、製造プロセスの変動によるバラツキがある。また、温度が変動すると、抵抗素子の抵抗値や、ＣＲ発振回路３６０を構成するトランジスターのオン抵抗等が変動してしまい、発振周波数も変動する。また電源電圧が変動した場合にも、発振周波数は変動する。このため、図５（Ａ）のようにＣＲ発振回路３６０だけを用いた単純な構成のクロック信号生成回路３５０を用いて、クロック信号ＭＣＫを生成すると、このクロック信号ＭＣＫのクロック周波数もプロセス変動や環境変動により変動してしまう。
【０１２７】
例えば検出回路６０を、このクロック信号ＭＣＫをマスタークロックとして動作させたとする。具体的には、ＣＲ発振回路３６０を用いた回路によりクロック信号ＭＣＫを生成して、検出回路６０、制御部１５０等を動作させる。そして駆動回路３０の駆動周波数（例えば５０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ）よりも高い周波数で、ＣＲ発振回路３６０を発振させれば、高いクロック周波数（例えば５００ＫＨｚ〜数ＭＨｚ）のクロック信号ＭＣＫで、検出回路６０（例えばＡ／Ｄ変換回路、ＤＳＰ部）や制御部１４０等を動作させることが可能になる。これにより、例えば検出回路６０のＡ／Ｄ変換処理やデジタル信号処理（デジタルフィルター処理、補正処理）を高速化でき、これらの処理を高速に終了させたり、駆動信号の周波数のクロック信号を用いた場合には実現できなかった処理を実現することが可能になる。
【０１２８】
しかしながら、このようなクロック信号ＭＣＫで検出回路６０を動作させると、検出回路６０からの物理量情報の出力周期（データレート）も、プロセス変動や環境変動により変動してしまう。例えば、検出回路６０は、クロック信号ＭＣＫを分周（例えば３２〜１２８分周）した分周クロック信号に基づいて、物理量情報を出力する。即ち、この分周クロック信号の出力周期（データレート）で物理量情報を出力する。
【０１２９】
例えば図５（Ｂ）では、検出回路６０（例えばＤＳＰ部）から、物理量情報Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・が、出力周期期間ＴＱで出力されている。これらの物理量情報の積分処理を行う場合は、例えばＰ１×ＴＱ、Ｐ２×ＴＱ、Ｐ３×ＴＱ・・・を求めて積算する処理を行えばよい。
【０１３０】
しかしながら、プロセス変動や環境変動（温度変動、電源電圧変動等）により、クロック信号ＭＣＫの周波数が変動すると、出力周期期間ＴＱも、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）に示すように変動してしまう。即ち、出力周期期間ＴＱを規定する上述の分周クロック信号は、クロック信号ＭＣＫを分周した信号であるため、プロセス変動や環境変動により、クロック信号ＭＣＫの周波数が変動すると、分周クロック信号の周波数も変動し、分周クロック信号の周波数の逆数に相当する出力周期期間ＴＱの長さも変動する。
【０１３１】
例えば図５（Ｃ）では、出力周期期間ＴＱが短くなっており、この場合には、Ｐ１×ＴＱ、Ｐ２×ＴＱ、Ｐ３×ＴＱ・・・により求められる積分処理の結果は小さくなってしまう。物理量情報が角速度である場合を例にとれば、積分処理の結果である角度が小さくなってしまう。
【０１３２】
また図５（Ｄ）では、出力周期期間ＴＱが長くなっており、この場合には、Ｐ１×ＴＱ、Ｐ２×ＴＱ、Ｐ３×ＴＱ・・・により求められる積分処理の結果は大きくなってしまう。物理量情報が角速度である場合を例にとれば、積分処理の結果である角度が大きくなってしまう。従って、正確な演算結果を得ることができないという問題がある。
【０１３３】
この点、本実施形態では、図５（Ｅ）に示すように、駆動回路３０の駆動周波数により規定される時間間隔情報を用いて、物理量情報の演算処理を行っている。例えば、この時間間隔情報を時間項（ｔ）として、物理量情報の演算処理を行う。具体的には演算処理部１５０は、検出回路６０からの物理量情報と、駆動回路３０の信号に基づき生成された基準クロック信号ＣＫＦにより規定される時間間隔情報とに基づいて、例えば積分処理などの演算処理を行う。或いは後述するように姿勢演算処理などの演算処理を行う。そして、演算処理により得られた情報を、演算後物理量情報として出力する。例えば物理量情報が角速度情報である場合には、演算後物理量情報として角度情報（回転数情報）を出力する。
【０１３４】
このようにすることで、演算処理部１５０は、より正確に演算処理された演算後物理量情報（より精度の高い演算後物理量情報）を出力できるようになる。例えば物理量情報が角速度情報である場合には、より正確に積分処理された角度情報（回転数情報）を出力できるようになる。
【０１３５】
即ち、基準クロック信号ＣＫＦは、駆動回路３０の信号に基づき生成されるものであり、駆動回路３０の駆動周波数は、ＣＲ発振回路３６０の発振周波数に比べて、プロセス変動や環境変動に起因する周波数変動が非常に小さい。従って、基準クロック信号ＣＫＦにより規定される時間間隔情報も、ＣＲ発振周波数で時間間隔情報を規定する場合に比べて、プロセス変動や環境変動に起因する変動が非常に小さい。従って、このようにプロセス変動や環境変動に起因する変動が非常に小さい時間間隔情報を用いて、演算処理部１５０が、物理量情報に対して積分処理や姿勢演算処理などの演算処理を行えば、正確な演算結果を得ることができる。即ち、演算処理部１５０は、プロセス変動や環境変動に起因する変動が少ない演算後物理量情報を出力できるようになる。例えば物理量情報が角速度情報である場合には、正確な角度情報（回転数情報）を出力することが可能になる。
【０１３６】
ここで、駆動回路３０の信号に基づき基準クロック信号ＣＫＦを生成する場合に、この駆動回路３０の信号は、例えば駆動回路３０が有する増幅回路（例えば後述の増幅回路３２）の出力信号などである。この出力信号は、例えば、その周波数が駆動周波数となる正弦波信号であり、例えば、この正弦波信号と基準電圧とを比較するコンパレーターやバッファー回路などを用いて、基準クロック信号ＣＫＦを生成できる。例えば当該コンパレーターの出力信号を第１のバッファー回路でバッファリングした信号が、検出回路６０に入力される同期信号（ＳＹＣ）になり、当該コンパレーターの出力信号を第２のバッファー回路でバッファリングした信号が、基準クロック信号ＣＫＦになる。
【０１３７】
このようにすれば、駆動回路３０の駆動周波数（例えば５０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ）をクロック周波数とする基準クロック信号ＣＫＦにより、時間間隔情報を規定して、当該時間間隔情報に基づいて、演算処理部１５０での演算処理（積分処理、姿勢演算処理）を行うことが可能になる。なお、基準クロック信号ＣＫＦの生成手法としては種々の変形実施が可能である。例えば基準クロック信号ＣＫＦは、駆動回路３０の信号を何らかの形で利用して生成されるものであればよく、例えば駆動周波数と周波数的に同期した信号であればよい。
【０１３８】
なお、以上では、ＣＲ発振回路３６０の発振周波数の変動が原因で、物理量情報の出力周期期間ＴＱが変動する場合の状況を例にとり説明したが、本実施形態の適用例は、このような状況には限定されない。即ち、このような発振周波数の変動以外の要因が原因となって、出力周期期間ＴＱが変動するような状況においても、本実施形態の手法を適用することで、積分処理や姿勢演算処理などの各種の演算処理において正確な演算結果を得ることが可能になる。
【０１３９】
即ち、本実施形態では、物理量情報と、駆動周波数の測定結果により規定される時間間隔情報とに基づいて、演算処理を行っている。例えば、製造時等において、駆動周波数を実際に測定し、その測定結果により規定される時間間隔情報を用いて、積分処理や姿勢演算処理等の演算処理を行う。具体的には、駆動周波数の測定結果に基づき設定された駆動周波数情報が、不揮発性メモリー１４６に書き込まれる。この不揮発性メモリー１４６は回路装置の内部に設けることが望ましいが、回路装置の外部に設けてもよい。そして演算処理部１５０は、不揮発性メモリー１４６からの駆動周波数情報（例えば後述する演算係数ＣＦ）により規定される時間間隔情報に基づいて、積分処理や姿勢演算処理等の演算処理を行う。
【０１４０】
このように、不揮発性メモリー１４６から読み出された駆動周波数情報を用いて演算処理を行うことで、積分処理や姿勢演算処理などの各種の演算処理において正確な演算結果を得ることが可能になる。具体的には、本実施形態では、駆動回路３０の駆動周波数を測定し、この駆動周波数で規定される駆動周波数情報を不揮発性メモリー１４６に書き込む。例えば、本実施形態の回路装置に対して振動片１０（角速度センサー素子）が接続された状態で、駆動回路３０の駆動信号の駆動周波数を測定し、測定結果に基づき求められた駆動周波数情報を不揮発性メモリー１４６に書き込む。例えば、本実施形態の物理量検出装置は、振動片１０（物理量トランスデューサー）と、振動片１０に接続されて振動片１０と共にパッケージに収納される回路装置（半導体チップ）とにより構成されるが、このように振動片１０と回路装置が電気的に接続された状態で駆動周波数を測定する。この駆動周波数は、同じ型番の製品であったとしても、振動片１０の形状等の物理特性などが要因となって、物理量検出装置の製品ごとにバラツキが生じる。例えば駆動周波数には数ＫＨｚ程度のバラツキがある。
【０１４１】
この点、本実施形態では、このようなバラツキがある駆動周波数を測定して、測定により得られた正確な駆動周波数情報を不揮発性メモリー１４６に書き込んで、演算処理部１５０の演算処理に用いている。従って、このようなバラツキの影響を排除した正確な駆動周波数情報に基づき、時間間隔情報を規定して、演算処理を実行できるため、正確な演算結果を得ることができる。
【０１４２】
なお、駆動周波数情報は、駆動回路３０の駆動周波数そのものであってもよいし、駆動周波数に基づき、その値が設定されるようなパラメーターであってもよい。このようなパラメーターとしては、後述するような演算係数（ＣＦ）を想定できる。但し本実施形態の駆動周波数情報は、このような演算係数のパラメーターに限定されるものではない。
【０１４３】
次に、基準クロック信号ＣＫＦにより規定される時間間隔情報の具体例について説明する。本実施形態では、物理量情報の出力周期期間における基準クロック信号ＣＫＦのエッジ数を、時間間隔情報として、演算処理を行っている。ここでエッジ数は、例えば基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数である。なお、エッジ数は、例えば基準クロック信号ＣＫＦの立ち下がりエッジ数であってもよいし、立ち上がりエッジ数と立ち下がりエッジ数を加算処理等したものであってもよい。
【０１４４】
例えば図６（Ａ）では、出力周期期間ＴＱにおける、基準クロック信号ＣＫＦの例えば立ち上がりエッジ数をカウントし、そのカウント値を時間間隔情報としている。即ち、基準クロック信号ＣＫＦのエッジ数で、時間間隔を代用している。
【０１４５】
具体的には図６（Ａ）において、検出回路６０からの物理量情報は、出力周期期間ＴＱごとに、演算処理部１５０に入力される。一方、基準クロック信号ＣＫＦの周期はＴＲとなっており、この基準クロック信号ＣＫＦと、検出回路６０からの物理量情報の出力周期とは非同期である。
【０１４６】
そして図６（Ａ）の第１番目の出力周期期間では、出力周期期間内における基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数は３個となっている。従って、この場合には、この出力周期期間の時間間隔を３×（１／ｆｒ）＝３×ＴＲと見なす。ここでｆｒは、基準クロック信号ＣＫＦの周波数であり、ＴＲは周期であり、１／ｆｒ＝ＴＲの関係が成り立つ。
【０１４７】
また第２番目の出力周期期間では、出力周期期間内における基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数は４個となっている。従って、この出力周期期間の時間間隔を４×（１／ｆｒ）＝４×ＴＲと見なす。
【０１４８】
また第３番目の出力周期期間では、出力周期期間内における基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数は３個となっている。従って、この出力周期期間の時間間隔を３×（１／ｆｒ）＝３×ＴＲと見なす。
【０１４９】
また第４番目の出力周期期間では、出力周期期間内における基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数は４個となっている。従って、この出力周期期間の時間間隔を４×（１／ｆｒ）＝４×ＴＲと見なす。
【０１５０】
例えば図６（Ａ）の第１番目、第２番目、第３番目、第４番目の出力周期期間の時間間隔（長さ）は、正確には３×ＴＲと４×ＴＲの間の長さであり、例えば３．４×ＴＲ程度の長さであるが、本実施形態では、これらの時間間隔を、各々、３×ＴＲ、４×ＴＲ、３×ＴＲ、４×ＴＲと見なしている。
【０１５１】
このように、時間間隔をＴＲの整数倍と見なすことで、この時間間隔の情報を、後述するようなカウンターのカウント値で代用できるようになる。これにより、回路の簡素化や小規模化を実現できる。一方、第１番目、第２番目、第３番目、第４番目の出力周期期間の時間間隔を、各々、３×ＴＲ、４×ＴＲ、３×ＴＲ、４×ＴＲと見なしても、平均的な時間間隔は、（３×ＴＲ＋４×ＴＲ＋３×ＴＲ＋４×ＴＲ）／４＝３．５×ＴＲになり、実際の時間間隔（３．４×ＴＲ程度）に近づく。従って、このように時間間隔をＴＲの整数倍と見なす演算処理を行っても、長い時間で見た場合の演算処理の結果は、正確な演算結果になる。
【０１５２】
また本実施形態では、出力周期期間ＴＱの時間間隔を、プロセス変動や環境変動による周波数変動が極めて小さい基準クロック信号ＣＫＦを用いて測定している。従って、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）のように、プロセス変動や環境変動が原因となって出力周期期間ＴＱの時間間隔が変動しても、基準クロック信号ＣＫＦを用いて時間間隔を正確に測定できる。従って、当該時間間隔の情報に基づいて演算処理を行うことで、正確な演算結果を得ることができる。即ち、プロセス変動や環境変動があった場合にも、それに起因する変動が最小限に抑えられた演算結果を得ることができる。
【０１５３】
例えば、演算処理部１５０に対して、図７に示すような角速度信号が、入力信号として入力されたとする。図７の角速度信号は、角速度＝０であるが、ノイズにより揺らぎが生じている。
【０１５４】
図８（Ａ）は、このような角速度信号が入力された場合の演算処理部１５０の演算結果の例である。即ち、本実施形態の手法を用いた場合の演算結果（角度）である。一方、図８（Ｂ）は演算結果の理論値の例である。この理論値は、図６（Ｂ）に示すように、ω１×ＴＱ、ω２×ＴＱ、ω３×ＴＱ・・・を積算する積分処理の理想値である。
【０１５５】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、本実施形態の手法によれば、理論値に極めて近い演算結果を得ることができる。即ち、図６（Ａ）のように時間間隔をＴＲの整数倍と見なす演算処理を行っても、結果的には理想値に極めて近い演算結果を出力できる。
【０１５６】
また、演算処理部１５０に対して、図９に示すような角速度信号が、入力信号として入力されたとする。図９の角速度信号は正弦波の信号である。
【０１５７】
図１０（Ａ）は、このような角速度信号が入力された場合の演算処理部１５０の演算結果の例であり、図１０（Ｂ）は理論値の例である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、本実施形態の手法によれば、理論値に極めて近い演算結果を得ることができる。
【０１５８】
４．演算処理部の構成
図１１（Ａ）に演算処理部１５０の構成例を示す。なお、本実施形態の演算処理部１５０は図１１（Ａ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１５９】
図１１（Ａ）の演算処理部１５０は、カウンター１５４と乗算処理部１５５を含む。そして、カウンター１５４は、検出回路６０からの角速度情報ＱＧ（広義には物理量情報。以下、同様）の出力周期に同期する信号ＤＲＹによりリセットされる。そして、基準クロック信号ＣＫＦに基づく信号ＣＴＣＫによりカウント動作を行う。
【０１６０】
乗算処理部１５５は、検出回路６０からの角速度情報ＱＧ（物理量情報）と、カウンター１５４からのカウント値ＣＮＴとに基づく乗算処理を行う。更に具体的には、乗算処理部１５５は、駆動回路３０の駆動周波数に基づき値が設定される演算係数ＣＦ（広義には駆動周波数情報）が入力され、検出回路６０からの角速度情報ＱＧ（物理量情報）と、カウンター１５４からのカウント値ＣＮＴと、演算係数ＣＦとに基づく乗算処理を行う。
【０１６１】
また図１１（Ａ）の演算処理部１５０は、カウントクロック生成回路１５２と積分処理部１５６を含む。カウントクロック生成回路１５２は、基準クロック信号ＣＫＦと、クロック信号ＭＣＫが入力されて、カウントクロック信号ＣＴＣＫを出力する。このカウントクロック信号ＣＴＣＫは、基準クロック信号ＣＫＦに基づく信号である。
【０１６２】
積分処理部１５６は、乗算処理部１５５の乗算結果ＱＭ（例えば角度変位）を受けて、乗算結果ＱＭについての積分処理を行う。これにより角速度情報ＱＧの積分処理が実現される。そして積分処理部１５６は、回転数情報ＱＨを出力する。この回転数情報ＱＨは、固定小数点表現の整数部ＲＥＶＱと小数部ＤＥＧＱを有する。
【０１６３】
図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の演算処理部１５０の動作説明図である。本実施形態では、演算処理部１５０は、角速度情報ＱＧの出力周期期間（ＴＱ）における基準クロック信号ＣＫＦのエッジ数を、時間間隔情報として、演算処理を行っている。図１１（Ａ）のカウンター１５４は、このエッジ数をカウントするためのカウンターである。即ち、カウンター１５４は、カウントクロック生成回路１５２からのカウントクロック信号ＣＴＣＫに基づいてカウント動作を行い、カウント値ＣＮＴを出力する。またカウンター１５４には、信号ＤＲＹ（データレディー信号）が入力され、信号ＤＲＹがアクティブになると、カウンター１５４が保持しているカウント値ＣＮＴがリセットされる。
【０１６４】
信号ＤＲＹは、演算処理部１５０の前段の検出回路６０（ＤＳＰ部）のデータレディー信号である。例えば検出回路６０から角速度情報ＱＧ（角速度のデジタルデータ）が出力されるごとに、図１１（Ｂ）に示すように信号ＤＲＹがアクティブ（Ｈレベル）になる。即ち、検出回路６０からの角速度情報ＱＧの出力周期期間（ＴＱ）ごとに、信号ＤＲＹがアクティブになり、カウンター１５４のカウント値ＣＮＴが初期値である０にリセットされる。
【０１６５】
例えば図１１（Ｂ）の第１番目の出力周期期間では、カウント値がＣＮＴ＝３までカウントされた後、信号ＤＲＹにより０にリセットされている。第２番目の出力周期期間では、カウント値がＣＮＴ＝４までカウントされた後、信号ＤＲＹにより０にリセットされている。第３番目の出力周期期間では、カウント値がＣＮＴ＝３までカウントされた後、信号ＤＲＹにより０にリセットされている。カウンター１５４がこのように動作することで、図６（Ａ）で説明したように、各出力周期期間での基準クロック信号ＣＫＦのエッジ数（立ち上がりのエッジ数）をカウントし、このエッジ数をカウント値ＣＮＴとして、乗算処理部１５５に出力できる。これにより演算処理部１５０は、基準クロック信号ＣＫＦのエッジ数に対応するカウント値ＣＮＴを、時間間隔情報として、演算処理を行うことが可能になる。
【０１６６】
即ち、図６（Ａ）の第１番目の出力周期期間の時間間隔に相当する３×（１／ｆｒ）＝３×ＴＲの「３」が、図１１（Ｂ）の第１番目の出力周期期間のカウント値ＣＮＴ＝３に対応する。図６（Ａ）の第２番目の出力周期期間の時間間隔に相当する４×（１／ｆｒ）＝４×ＴＲの「４」が、図１１（Ｂ）の第２番目の出力周期期間のカウント値ＣＮＴ＝４に対応する。図６（Ａ）の第３番目の出力周期期間の時間間隔に相当する３×（１／ｆｒ）＝３×ＴＲの「３」が、図１１（Ｂ）の第３番目の出力周期期間のカウント値ＣＮＴ＝３に対応する。
【０１６７】
乗算処理部１５５が、角速度情報ＱＧに対して、このようなカウント値ＣＮＴを乗算する処理を行うことで、駆動回路３０の駆動周波数により規定される時間間隔情報に基づく演算処理が実現される。具体的には、カウント値ＣＮＴを時間間隔情報とした演算処理が実現される。
【０１６８】
また、演算係数ＣＦは、後述するように駆動回路３０の駆動周波数に基づき値が設定される係数となっている。更に具体的には、駆動周波数及び角速度情報の設定感度に基づき値が設定される係数となっている。乗算処理部１５５が、角速度情報ＱＧに対して、このような演算係数ＣＦを乗算する処理を行うことで、駆動回路３０の駆動周波数により規定される時間間隔情報に基づく演算処理が実現される。
【０１６９】
図１２は、カウントクロック生成回路１５２、乗算処理部１５５、積分処理部１５６の詳細な構成例である。なお、カウントクロック生成回路１５２、乗算処理部１５５、積分処理部１５６は図１２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１７０】
カウントクロック生成回路１５２は、フリップフロップ回路ＤＦ１、ＤＦ２、ＤＦ３、インバーター回路ＩＶ１、ＮＯＲ回路ＮＲ１を含む。フリップフロップ回路ＤＦ１、ＤＦ２、ＤＦ３のクロック端子には、マスタークロックとなるクロック信号ＭＣＫが入力される。フリップフロップ回路ＤＦ１のデータ端子には基準クロック信号ＣＫＦが入力される。フリップフロップ回路ＤＦ２のデータ端子にはフリップフロップ回路ＤＦ１の出力信号が入力され、フリップフロップ回路ＤＦ３のデータ端子にはフリップフロップ回路ＤＦ２の出力信号が入力される。ＮＯＲ回路ＮＲ１は、フリップフロップ回路ＤＦ２の出力信号をインバーター回路ＩＶ１で反転した信号と、フリップフロップ回路ＤＦ３の出力信号が入力されて、カウントクロック信号ＣＴＣＫを出力する。
【０１７１】
即ち、本実施形態の演算処理部１５０は、マスタークロックとなるクロック信号ＭＣＫに基づき動作する。このクロック信号ＭＣＫは、例えばＣＲ発振回路を含むクロック信号生成回路により生成される。一方、基準クロック信号ＣＫＦ（水晶ジャイロクロック信号）は、駆動回路３０からの信号に基づき生成される信号であり、クロック信号ＭＣＫとは非同期の信号である。このため、カウントクロック生成回路１５２は、クロックの乗り換えを行った後、基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジを検出し、当該立ち上がりエッジでアクティブになるパルス信号のカウントクロック信号ＣＴＣＫを生成する。カウンター１５４は、このカウントクロック信号ＣＴＣＫに基づいて、カウント値ＣＮＴのカウントアップ動作を行う。そしてカウンター１５４のカウント値ＣＮＴは、角速度情報ＱＧのデータレート（信号ＤＲＹに同期）でリセットされる。これにより、図１１（Ｂ）で説明したように、角速度情報ＱＧのデータレートの１周期（ＴＱ）に含まれる、基準クロック信号ＣＫＦの立ち上がりエッジ数が、カウント値ＣＮＴとしてカウントされるようになる。
【０１７２】
乗算処理部１５５は乗算器ＭＬＡ、ＭＬＢを含む。なお、乗算処理部１５５に１つの乗算器だけを設けて、時分割に乗算処理を行ってもよい。この乗算処理部１５５は、角速度情報ＱＧ（ジャイロ信号）に対して、上記の立ち上がりエッジ数に対応するカウント値ＣＮＴと、演算係数ＣＦ（定数）を乗算する処理を行う。これによりデータレートの時間間隔での角度変位（Δθ）を算出する。この角度変位は、角速度（ＱＧ）と時間間隔との乗算処理により求められるものである。そして、時間間隔は、カウント値ＣＮＴと演算係数ＣＦにより設定される。
【０１７３】
なお、カウントクロック生成回路１５２やカウンター１５４の構成を省略し、カウント値ＣＮＴを用いずに、演算係数ＣＦにより時間間隔を設定して、上記の乗算処理を行ってもよい。
【０１７４】
乗算処理部１５５に入力される演算係数ＣＦは、例えば下式（１）のように表される。
【０１７５】
【数１】
0006492739.tif 000002
上式（１）において、ＳＥＮは設定感度（LSB／dps）を表し、ｆｘｔは振動片１０（水晶振動片）の駆動周波数（Ｈｚ）を表す。具体的には、設定ＳＥＮは、物理量検出装置（ジャイロセンサー）の仕様（設計値）として設定される角速度の感度である。即ち、設定感度ＳＥＮは、例えばＳＥＮ＝３００（LSB／dps）というように、製品の仕様として一意に決定されている。またｆｘｔは、回路装置と振動片１０を接続した状態で測定される駆動周波数である。即ち、ｆｘｔは駆動周波数の測定結果に基づき設定されるものである。なお演算係数ＣＦは、上式（１）に限定されず、例えば上式（１）に所定の定数を乗算した係数などの種々の変形実施が可能である。
【０１７６】
このように本実施形態では、駆動回路３０の駆動周波数（ｆｘｔ）と角速度（物理量情報）の設定感度（ＳＥＮ）に基づき値が設定される演算係数ＣＦを用いて、演算処理部１５０の演算処理（乗算処理）が行われる。そして、この演算係数ＣＦの設定に用いられる駆動周波数（ｆｘｔ）は、駆動周波数の測定結果に基づき設定されるものである。具体的には、本実施形態では、上式（１）の演算係数ＣＦが、駆動周波数情報（駆動周波数に基づきその値が設定される情報）として、不揮発性メモリー１４６に書き込まれる。そして演算処理部１５０は、不揮発性メモリー１４６から、駆動周波数情報として演算係数ＣＦを読み出し、この駆動周波数情報により規定される時間間隔情報に基づいて、演算処理を行う。
【０１７７】
駆動回路３０の駆動周波数には、設計値に対してバラツキが生じる。例えば駆動周波数の設計値（５０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ）に対してバラツキが発生する。そして本実施形態では、演算処理部１５０の演算処理における時間間隔情報は駆動周波数により規定されるため、駆動周波数にバラツキがあると、演算結果にもバラツキが発生してしまう。例えば、検出対象が実際には１０度だけ回転しているのに、駆動周波数にバラツキがあると、演算処理部１５０の演算結果である回転角度は１０度にはならず、１０度からずれた角度になってしまう。
【０１７８】
この点、本実施形態では、振動片１０と回路装置が接続された状態で駆動周波数が測定され、上式（１）に示すように、測定された駆動周波数（ｆｘｔ）に基づき演算係数ＣＦ（広義には駆動周波数情報）が求められ、不揮発性メモリー１４６に記憶される。そして演算処理部１５０は、この不揮発性メモリー１４６から読み出された演算係数ＣＦに基づいて演算処理を行う。従って、演算処理に用いられる時間間隔情報が、測定された駆動周波数（ｆｘｔ）に基づき規定されるようになるため、駆動周波数にバラツキがある場合にも、演算処理部１５０は、より正確な演算結果を出力できるようになる。
【０１７９】
また検出回路６０が検出する角速度に対しては、後述する図１４のＤＳＰ部１１０により感度補正が行われており、角速度の感度が、設計値である設定感度になるように補正されている。この設定感度の値は、物理量検出装置の製品によって異なる場合があり、この設定感度を考慮せずに、演算処理部１５０が積分処理等の演算処理を行うと、正確な演算結果を得ることができない。
【０１８０】
この点、本実施形態では、上式（１）に示すように、設定感度ＳＥＮに基づき演算係数ＣＦが求められ、演算処理部１５０は、この演算係数ＣＦに基づいて演算処理を行う。従って、検出回路６０から出力される角速度の感度に応じた演算係数ＣＦで、演算処理を行うことが可能になる。例えば設定感度ＳＥＮが３００（LSB／dps）である場合には、検出回路６０から出力される角速度の感度も３００（LSB／dps）に設定されており、上式（１）のように設定感度ＳＥＮが分母に設定される演算係数ＣＦを、検出回路６０からの角速度に乗算することで、感度に依存しない正確な演算結果を得ることが可能になる。
【０１８１】
積分処理部１５６は、浮動小数積分器１６０（浮動小数積算器）、固定小数積分器１６４（固定小数積算器）を含む。また検出器１６２、固定小数変換部１６６、レジスター１６８、１６９を含むことができる。
【０１８２】
浮動小数積分器１６０は、浮動小数点形式の角度変位（Δθ＝ω×ｔ）を積算し、角度を算出する。ここで浮動小数点演算の精度を落とさずに積算を行うためには、浮動小数積分器１６０の出力の値を常に小さな値（例えば２−１６以下）にすることが望ましい。そこで、浮動小数積分器１６０の出力の値が、一定値を越すと、その分を減算する処理を行う。例えば検出器１６２が、浮動小数積分器１６０の出力の値が例えば２−１６を越えたと判断すると、例えば「＋１」の大きさの減算量を積分結果（出力値）から減算する処理が行われ、その減算量に対応する加算量「＋１」を、別の固定小数積分器１６４に加算する処理が行われる。固定小数への変換もこのタイミングで行う。同様に、浮動小数積分器１６０の出力の値が例えば２−１５を越えたと判断されると、例えば「＋２」の大きさの減算量を積分結果から減算する処理が行われ、その減算量に対応する加算量「＋２」を固定小数積分器１６４に加算する処理が行われる。２−１４、２−１３、２−１２、２−１１を越えた場合の減算量及び加算量は、各々、「＋４」、「＋８」、「＋１６」、「＋３２」となる。
【０１８３】
そして、固定小数積分器１６４の出力等が、レジスター１６８、レジスター１６９を介して、回転数情報の整数部ＲＥＶＱ、小数部ＤＥＧＱとして出力される。
【０１８４】
なお、図１２では、微小角度成分（下位８ビット）に関しては、上記の固定小数積分器１６４を介さずに、浮動小数点表現の浮動小数積分器１６０の出力を、直接に変換している。例えば浮動小数の指数部が示す値が２−１５である場合には、８ビット目を１とし、下位７ビットとして浮動小数の仮数部の上位７ビットを出力することで、固定小数への変換を行う。この変換は固定小数変換部１６６が行い、得られた８ビットの固定小数はレジスター１６９に出力される。同様に、浮動小数の指数部が示す値が２−１４である場合には、８、７ビット目を０、１にして、下位６ビットとして浮動小数の仮数部の上位６ビットを出力することで、固定小数への変換を行う。
【０１８５】
以上のように図１２では演算処理部１５０は、浮動小数点表現の角速度情報ＱＧ（物理量情報）に対して演算処理を行って、固定小数点表現の回転数情報ＱＨ（演算後物理量情報）を出力している。この固定小数点表現の回転数情報ＱＨ（角度情報）は、整数部ＲＥＶＱと小数部ＤＥＧＱにより構成されている。
【０１８６】
５．姿勢演算
以上では演算処理部１５０が行う演算処理が、角速度等の物理量情報に基づく積分処理である場合を例にとり説明したが、本実施形態はこれに限定されない。演算処理部１５０が行う演算処理は、物理量情報に基づく姿勢演算処理であってもよい。
【０１８７】
このような姿勢演算処理としては、下式（２）に示すようなクォータニオンを用いた演算処理などが考えられる。
【０１８８】
【数２】
0006492739.tif 000003
クォータニオンは、回転軸（ベクトル部）と回転角（スカラー部）よりなる４成分で３次元空間の回転等を表現するものである。例えば上式（２）において、ｑ０がスカラー部を表し、（ｑ１、ｑ２、ｑ３）がベクトル部を表す。このクォータニオンは四元数と呼ばれる。クォータニオン表現によれば、オイラー角による回転表現で生じるような特異点が存在しないという利点があるため、３次元空間での姿勢演算処理等に広く用いられている。
【０１８９】
微少時間Δｔでの、クォータニオンの各成分の変化量Δｑ０、Δｑ１、Δｑ２、Δｑ３は、各軸の角速度ω１、ω２、ω３を用いて、下式（３）、（４）、（５）、（６）に示す演算処理により求められる。
【０１９０】
【数３】
0006492739.tif 000004
演算処理部１５０は、物理量情報である角速度に基づく姿勢演算処理として、例えば上式（３）、（４）、（５）、（６）に示す演算処理を行う。即ち、角速度情報（ω１、ω２、ω３）と時間間隔情報（Δｔ）に基づいて、クォータニオンを更新する演算処理を行い、検出対象の姿勢演算処理を実現する。例えば演算処理部１５０は、上式（３）、（４）、（５）、（６）の演算処理を実現する演算回路を有し、この演算回路に設けられる積分器（積算器）には、角速度情報と時間間隔情報に基づき求められた角度変位成分（Δθ１、Δθ２、Δθ３）が入力される。上式（３）、（４）、（５）、（６）のクォータニオンの更新式は微少時間で定義され、なるべく速い速度で更新を行うことが、誤差の低減に効果がある。
【０１９１】
６．電子機器、ジャイロセンサー、回路装置の詳細な構成
図１３に、本実施形態の回路装置２０、この回路装置２０を含むジャイロセンサー５１０（広義には物理量検出装置）、このジャイロセンサー５１０を含む電子機器５００の詳細な構成例を示す。
【０１９２】
なお回路装置２０、電子機器５００、ジャイロセンサー５１０は図１３の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。また本実施形態の電子機器５００としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、携帯電話機、カーナビゲーションシステム、ロボット、生体情報検出装置、ゲーム機、時計、健康器具、或いは携帯型情報端末等の種々の機器を想定できる。また以下では、物理量トランスデューサー（角速度センサー素子）が圧電型の振動片（振動ジャイロ）であり、センサーがジャイロセンサーである場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限定されない。例えばシリコン基板などから形成された静電容量検出方式の振動ジャイロや、角速度情報と等価な物理量や角速度情報以外の物理量を検出する物理量トランスデューサー等にも本発明は適用可能である。
【０１９３】
電子機器５００は、ジャイロセンサー５１０と処理部５２０を含む。またメモリー５３０、操作部５４０、表示部５５０を含むことができる。ＣＰＵ、ＭＰＵ等で実現される処理部５２０（外部の処理装置）は、ジャイロセンサー５１０等の制御や電子機器５００の全体制御を行う。また処理部５２０は、ジャイロセンサー５１０により検出された角速度情報（広義には物理量）に基づいて処理を行う。例えば角速度情報に基づいて、手ぶれ補正、姿勢制御、ＧＰＳ自律航法などのための処理を行う。メモリー５３０（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）は、制御プログラムや各種データを記憶したり、ワーク領域やデータ格納領域として機能する。操作部５４０はユーザーが電子機器５００を操作するためのものであり、表示部５５０は種々の情報をユーザーに表示する。
【０１９４】
ジャイロセンサー５１０（物理量検出装置）は、振動片１０と回路装置２０を含む。振動片１０（広義には物理量トランスデューサー、角速度センサー素子）は、水晶などの圧電材料の薄板から形成される圧電型振動片である。具体的には、振動片１０は、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ字型の振動片である。
【０１９５】
回路装置２０は、駆動回路３０、検出回路６０、制御部１４０、レジスター部１４２、出力部１４４、不揮発性メモリー１４６、演算処理部１５０を含む。なお、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０１９６】
駆動回路３０は、駆動信号ＤＱを出力して振動片１０を駆動する。例えば振動片１０からフィードバック信号ＤＩを受け、これに対応する駆動信号ＤＱを出力することで、振動片１０を励振させる。検出回路６０は、駆動信号ＤＱにより駆動される振動片１０から検出信号ＩＱ１、ＩＱ２（検出電流、電荷）を受け、検出信号ＩＱ１、ＩＱ２から、振動片１０に印加された物理量に応じた所望信号（コリオリ力信号）を検出（抽出）する。
【０１９７】
振動片１０は、基部１と、連結腕２、３と、駆動腕４、５、６、７と、検出腕８、９を有する。矩形状の基部１に対して＋Ｙ軸方向、−Ｙ軸方向に検出腕８、９が延出している。また基部１に対して−Ｘ軸方向、＋Ｘ軸方向に連結腕２、３が延出している。そして連結腕２に対して＋Ｙ軸方向、−Ｙ軸方向に駆動腕４、５が延出しており、連結腕３に対して＋Ｙ軸方向、−Ｙ軸方向に駆動腕６、７が延出している。なおＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示すものであり、各々、電気軸、機械軸、光学軸とも呼ばれる。
【０１９８】
駆動回路３０からの駆動信号ＤＱは、駆動腕４、５の上面に設けられた駆動電極と、駆動腕６、７の側面に設けられた駆動電極に入力される。また駆動腕４、５の側面に設けられた駆動電極と、駆動腕６、７の上面に設けられた駆動電極からの信号が、フィードバック信号ＤＩとして駆動回路３０に入力される。また検出腕８、９の上面に設けられた検出電極からの信号が、検出信号ＩＱ１、ＩＱ２として検出回路６０に入力される。なお検出腕８、９の側面に設けられたコモン電極は例えば接地される。
【０１９９】
駆動回路３０により交流の駆動信号ＤＱが印加されると、駆動腕４、５、６、７は、逆圧電効果により矢印Ａに示すような屈曲振動（励振振動）を行う。即ち、駆動腕４、６の先端が互いに接近と離間を繰り返し、駆動腕５、７の先端も互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動を行う。このとき駆動腕４、５と駆動腕６、７とが、基部１の重心位置を通るＹ軸に対して線対称の振動を行っているので、基部１、連結腕２、３、検出腕８、９はほとんど振動しない。
【０２００】
この状態で、振動片１０に対してＺ軸を回転軸とした角速度が加わると（振動片１０がＺ軸回りで回転すると）、コリオリ力により駆動腕４、５、６、７は矢印Ｂに示すように振動する。即ち、矢印Ａの方向とＺ軸の方向とに直交する矢印Ｂの方向のコリオリ力が、駆動腕４、５、６、７に働くことで、矢印Ｂの方向の振動成分が発生する。この矢印Ｂの振動が連結腕２、３を介して基部１に伝わり、検出腕８、９が矢印Ｃの方向で屈曲振動を行う。この検出腕８、９の屈曲振動による圧電効果で発生した電荷信号が、検出信号ＩＱ１、ＩＱ２として検出回路６０に入力される。ここで、駆動腕４、５、６、７の矢印Ｂの振動は、基部１の重心位置に対して周方向の振動であり、検出腕８、９の振動は、矢印Ｂとは周方向で反対向きの矢印Ｃの方向での振動である。このため、検出信号ＩＱ１、ＩＱ２は、駆動信号ＤＱに対して位相が９０度だけずれた信号になる。
【０２０１】
例えば、Ｚ軸回りでの振動片１０（ジャイロセンサー）の角速度をωとし、質量をｍとし、振動速度をｖとすると、コリオリ力はＦｃ＝２ｍ・ｖ・ωと表される。従って検出回路６０が、コリオリ力に応じた信号である所望信号を検出することで、角速度ωを求めることができる。そして求められた角速度ωを用いることで、処理部５２０は、手振れ補正、姿勢制御、或いはＧＰＳ自律航法等のための種々の処理を行うことができる。
【０２０２】
なお図１３では、振動片１０がダブルＴ字型である場合の例を示しているが、本実施形態の振動片１０はこのような構造に限定されない。例えば音叉型、Ｈ型等であってもよい。また振動片１０の圧電材料は、水晶以外のセラミックスやシリコン等の材料であってもよい。
【０２０３】
図１４に回路装置の駆動回路３０、検出回路６０の詳細な構成例を示す。
【０２０４】
駆動回路３０は、振動片１０からのフィードバック信号ＤＩが入力される増幅回路３２と、自動ゲイン制御を行うゲイン制御回路４０と、駆動信号ＤＱを振動片１０に出力する駆動信号出力回路５０を含む。また同期信号ＳＹＣを検出回路６０に出力する同期信号出力回路５２を含む。なお、駆動回路３０の構成は図１４に限定されず、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【０２０５】
増幅回路３２（Ｉ／Ｖ変換回路）は、振動片１０からのフィードバック信号ＤＩを増幅する。例えば振動片１０からの電流の信号ＤＩを電圧の信号ＤＶに変換して出力する。この増幅回路３２は、演算増幅器、帰還抵抗素子、帰還キャパシターなどにより実現できる。
【０２０６】
駆動信号出力回路５０は、増幅回路３２による増幅後の信号ＤＶに基づいて、駆動信号ＤＱを出力する。例えば駆動信号出力回路５０が、矩形波（又は正弦波）の駆動信号を出力する場合には、駆動信号出力回路５０はコンパレーター等により実現できる。
【０２０７】
ゲイン制御回路４０（ＡＧＣ）は、駆動信号出力回路５０に制御電圧ＤＳを出力して、駆動信号ＤＱの振幅を制御する。具体的には、ゲイン制御回路４０は、信号ＤＶを監視して、発振ループのゲインを制御する。例えば駆動回路３０では、ジャイロセンサーの感度を一定に保つために、振動片１０（駆動用振動片）に供給する駆動電圧の振幅を一定に保つ必要がある。このため、駆動振動系の発振ループ内に、ゲインを自動調整するためのゲイン制御回路４０が設けられる。ゲイン制御回路４０は、振動片１０からのフィードバック信号ＤＩの振幅（振動片の振動速度ｖ）が一定になるように、ゲインを可変に自動調整する。このゲイン制御回路４０は、増幅回路３２の出力信号ＤＶを全波整流する全波整流器や、全波整流器の出力信号の積分処理を行う積分器などにより実現できる。
【０２０８】
同期信号出力回路５２は、増幅回路３２による増幅後の信号ＤＶを受け、同期信号ＳＹＣ（参照信号）を検出回路６０に出力する。この同期信号出力回路５２は、正弦波（交流）の信号ＤＶの２値化処理を行って矩形波の同期信号ＳＹＣを生成するコンパレーターや、同期信号ＳＹＣの位相調整を行う位相調整回路（移相器）などにより実現できる。
【０２０９】
また同期信号出力回路５２は基準クロック信号ＣＫＦを演算処理部１５０に出力する。例えば同期信号出力回路５２は、正弦波の信号ＤＶの２値化処理を行うコンパレーターを含む。そして、例えばコンパレーターの出力信号を第１のバッファー回路でバッファリングした信号が同期信号ＳＹＣになり、コンパレーターの出力信号を第２のバッファー回路でバッファリングした信号が基準クロック信号ＣＫＦとなる。これにより基準クロック信号ＣＫＦと同期信号は例えば周波数が同じ信号になる。なお、同期信号ＳＹＣの生成用の第１のコンパレーターと、基準クロック信号ＣＫＦの生成用の第２のコンパレーターを設けてもよい。
【０２１０】
また図１４では図示していないが、Ａ／Ｄ変換回路１００、ＤＳＰ部１１０、制御部１４０、演算処理部１５０等のマスタークロックとなるクロック信号ＭＣＫを生成するクロック信号生成回路が、回路装置２０には設けられる。このクロック信号生成回路は、例えばＣＲ発振回路などを利用してクロック信号ＭＣＫを生成するが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
【０２１１】
検出回路６０は、増幅回路６１、同期検波回路８１、フィルター部９０、Ａ／Ｄ変換回路１００、ＤＳＰ部１１０を含む。増幅回路６１は、振動片１０からの第１、第２の検出信号ＩＱ１、ＩＱ２を受けて、電荷−電圧変換や差動の信号増幅やゲイン調整などを行う。同期検波回路８１は、駆動回路３０からの同期信号ＳＹＣに基づいて同期検波を行う。フィルター部９０（ローパスフィルター）は、Ａ／Ｄ変換回路１００の前置きフィルターとして機能する。またフィルター部９０は、同期検波によっては除去しきれなかった不要信号を減衰する回路としても機能する。Ａ／Ｄ変換回路１００は、同期検波後の信号のＡ／Ｄ変換を行う。ＤＳＰ部１１０はＡ／Ｄ変換回路１００からのデジタル信号に対してデジタルフィルター処理やデジタル補正処理などのデジタル信号処理を行う。デジタル補正処理としては、例えばゼロ点補正処理や感度補正処理などがある。
【０２１２】
なお、例えば振動片１０からの電荷信号（電流信号）である検出信号ＩＱ１、ＩＱ２は、電圧信号である駆動信号ＤＱに対して位相が９０度遅れる。また増幅回路６１のＱ／Ｖ変換回路等において位相が９０度遅れる。このため、増幅回路６１の出力信号は駆動信号ＤＱに対して位相が１８０度遅れる。従って、例えば駆動信号ＤＱ（ＤＶ）と同相の同期信号ＳＹＣを用いて同期検波することで、駆動信号ＤＱに対して位相が９０度遅れた不要信号等を除去できるようになる。
【０２１３】
制御部１４０は、回路装置２０の制御処理を行う。この制御部１４０は、ロジック回路（ゲートアレイ等）やプロセッサー等により実現できる。回路装置２０での各種のスイッチ制御やモード設定等はこの制御部１４０により行われる。
【０２１４】
７．ＤＣ成分除去部
図１４に示すように検出回路６０には、ＤＣ成分除去部１１２が設けられる。具体的にはＤＣ成分除去部１１２は、例えば検出回路６０のＤＳＰ部１１０に設けられている。そしてＤＣ成分除去部１１２は、物理量情報（角速度情報等）のＤＣ成分を抽出し、物理量情報からＤＣ成分（オフセット成分）を除去する処理を行う。そして演算処理部１５０は、ＤＣ成分が除去された物理量情報（角速度情報等）に基づいて、上述した種々の演算処理を行う。
【０２１５】
即ち、演算処理部１５０では、角速度情報等の物理量情報の積分処理を行う。従って、物理量情報にＤＣ成分が残っていると、これが積算されて、正確な演算結果を得ることができなくなる。
【０２１６】
この点、本実施形態では、検出回路６０にはＤＣ成分除去部１１２が設けられ、ＤＣ成分除去部１１２は、物理量情報のＤＣ成分を抽出して、物理量情報からＤＣ成分を除去する処理を行う。従って、演算処理部１５０では、ＤＣ成分が除去された物理量情報の積分処理等が行われるようになるため、ＤＣ成分を除去しない場合に比べて、正確な演算結果を出力できるようになる。
【０２１７】
図１５にＤＣ成分除去部１１２の構成例を示す。このＤＣ成分除去部１１２は、ノイズ推定部３１０とカルマンフィルター３２０と減算器３２１を含む。
【０２１８】
ノイズ推定部３１０は、物理量信号ＰＩ（物理量情報）を入力信号（入力データ）として受けて、その入力信号ＰＩに応じて動的に変化する観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを推定する。具体的には、ノイズ推定部３１０は、入力信号ＰＩから観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを生成し、入力信号ＰＩの値又はその変化に応じて観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを変化させる。
【０２１９】
カルマンフィルター３２０は、観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysに基づいてカルマンフィルター処理を行って、入力信号ＰＩのＤＣ成分ＤＣＱを抽出する。減算器３２１は、入力信号ＰＩからＤＣ成分ＤＣＱを減算し、出力信号ＰＱを出力する。カルマンフィルター処理とは、観測値及びシステムの状態を表す変数にノイズ（誤差）が含まれると仮定し、過去から現在までに取得した観測値を用いてシステムの最適な状態を推定する処理である。図１５では、観測値は物理量信号ＰＩ（物理量情報）であり、推定する変数はＤＣ成分ＤＣＱである。具体的には、観測更新（観測過程）と時間更新（予測過程）を繰り返し行って状態を推定する。観測更新は、観測値と時間更新の結果を用いてカルマンゲイン、推定値、誤差共分散を更新する過程である。時間更新は、観測更新の結果を用いて、次の時刻での推定値、誤差共分散を予測する過程である。
【０２２０】
一般的なカルマンフィルターでは、誤差共分散の初期値及びシステムノイズを既知のものとして予め与えておく。誤差共分散は観測更新や時間更新により値が更新されていく。このように、一般的なカルマンフィルターでは、更新の繰り返しの途中で新たに観測ノイズやシステムノイズが外部から与えられるものではない。
【０２２１】
一方、図１５では、観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを動的に変化させ、カルマンフィルター３２０に外部から供給する。観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysはカルマンゲインｇ（ｋ）等の内部変数に影響を与える。即ち、観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを制御することでカルマンフィルター３２０のフィルター特性を制御できることを意味している。図１５では、これを利用することで、物理量信号ＰＩのＤＣ成分が変化していないときには通過帯域を低周波数にしておき、信号成分の通過帯域を低周波側に広げることができる。また、ＤＣ成分が変化したときには観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを変化させて通過帯域を広げ、ＤＣ成分の変化に追従させることができる。このようにして、物理量信号ＰＩの変化に対する過渡応答性や、ＤＣ成分の変化に対する追従性を向上できる。
【０２２２】
具体的には、ノイズ推定部３１０は、入力信号ＰＩに基づいて観測ノイズσmeasを推定し、その推定した観測ノイズσmeasに対してゲイン処理を行うことで、システムノイズσsysを推定する。
【０２２３】
このようにすれば、入力信号ＰＩに応じて観測ノイズσmeas及びシステムノイズσsysを動的に変化させることができ、カルマンフィルター３２０の特性を入力信号ＰＩに応じて制御できる。また、ゲイン処理のゲインを変更することでシステムノイズσsysを調整できるので、それによってカルマンフィルター３２０を所望の特性となるように制御することが可能である。
【０２２４】
より具体的には、ノイズ推定部３１０は、カルマンフィルター３２０の収束状態におけるローパスフィルター動作のターゲットカットオフ周波数に基づいて設定されるゲインにより、観測ノイズσmeasに対してゲイン処理を行う。
【０２２５】
カルマンフィルター３２０が動作を開始してから十分に時間が経過すると、カルマンゲイン等の内部変数が一定値に収束し、カルマンフィルター３２０はローパスフィルター特性を含むフィルター特性に収束する。この収束状態において、ローパスフィルターのカットオフ周波数ｆｃは、ゲインＧＡ１により決定される。逆に言えば、所望のカットオフ周波数ｆｃが得られるようにゲインＧＡ１を設定しておくことで、カルマンフィルター３２０が収束状態となったときに、その所望のカットオフ周波数ｆｃのローパスフィルター特性を得ることができる。
【０２２６】
図１５ではカルマンフィルター３２０を用いることで、収束状態において例えば０．１ｍＨｚ程度の非常に低いカットオフ周波数を得ることができる。これにより、角速度等の物理量情報である物理量信号ＰＩから、非常に低周波数の成分のみをＤＣ成分ＤＣＱとして抽出でき、そのＤＣ成分ＤＣＱを減算することで、ＤＣ成分の除去処理を実現できる。
【０２２７】
なお、ＤＣ成分を除去する手法は図１５の手法に限定されるものでなく、例えば図１５とは異なる手法のデジタル信号処理でＤＣ成分を除去したり、アナログ処理によりＤＣ成分を除去するなどの種々の変形実施が可能である。
【０２２８】
８．移動体、電子機器
図１６（Ａ）に本実施形態の回路装置２０を含む移動体の例を示す。本実施形態の回路装置２０は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図１６（Ａ）は移動体の具体例としての自動車２０６を概略的に示している。自動車２０６には、振動片１０と回路装置２０を有するジャイロセンサー５１０（センサー）が組み込まれている。ジャイロセンサー５１０は車体２０７の姿勢を検出することができる。ジャイロセンサー５１０の検出信号は車体姿勢制御装置２０８に供給される。車体姿勢制御装置２０８は例えば車体２０７の姿勢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２０９のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった姿勢制御は二足歩行ロボットや航空機、ヘリコプター等の各種の移動体において利用されることができる。姿勢制御の実現にあたってジャイロセンサー５１０は組み込まれることができる。
【０２２９】
図１６（Ｂ）、図１６（Ｃ）に示すように、本実施形態の回路装置はデジタルスチルカメラや生体情報検出装置（ウェアラブル健康機器。例えば脈拍計、歩数計、活動量計等）などの種々の電子機器に適用できる。例えばデジタルスチルカメラにおいてジャイロセンサーや加速度センサーを用いた手ぶれ補正等を行うことができる。また生体情報検出装置において、ジャイロセンサーや加速度センサーを用いて、ユーザーの体動を検出したり、運動状態を検出できる。また図１６（Ｄ）に示すように、本実施形態の回路装置はロボットの可動部（アーム、関節）や本体部にも適用できる。ロボットは、移動体（走行・歩行ロボット）、電子機器（非走行・非歩行ロボット）のいずれも想定できる。走行・歩行ロボットの場合には、例えば自律走行に本実施形態の回路装置を利用できる。
【０２３０】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（物理量情報、演算後物理量情報、角速度センサー素子、物理量検出装置等）と共に記載された用語（角速度情報、角度情報・回転数情報、振動片、ジャイロセンサー等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、回路装置や物理量検出装置や電子機器や移動体の構成、振動片の構造等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０２３１】
１０  振動片、１８  角速度センサー素子、
２０  回路装置、３０  駆動回路、３２  増幅回路（Ｉ／Ｖ変換回路）、
４０  ゲイン制御回路、５０  駆動信号出力回路、５２  同期信号出力回路、
６０  検出回路、６１  増幅回路、８１  同期検波回路、
９０  フィルター部、１００  Ａ／Ｄ変換回路、１１０  ＤＳＰ部、
１１２  ＤＣ成分除去部、１４０  制御部、１４２  レジスター部、１４４  出力部、
１４６  不揮発性メモリー、１５０  演算処理部、１５２  カウントクロック生成回路、
１５４  カウンター、１５５  乗算処理部、１５６  積分処理部、
１６０  浮動小数積分器、１６２  検出器、１６４  固定小数積分器、
１６６  固定小数変換部、１６８、１６９  レジスター、
２０６  移動体（自動車）、２０７  車体、２０８  車体姿勢制御装置、２０９  車輪、
３１０  ノイズ推定部、３２０  カルマンフィルター、３２１  減算器、
３５０  クロック信号生成回路、３６０  ＣＲ発振回路、
５００  電子機器、５１０  ジャイロセンサー、５２０  処理部、５３０  メモリー、
５４０  操作部、５５０  表示部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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