(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された物理量に応じて物理量信号を出力する物理量検出素子と、
前記物理量信号を処理する物理量検出回路と、を備え、
前記物理量検出回路が、
第１増幅回路と、
前記第１増幅回路からの信号が供給される同期検波回路と、
前記同期検波回路からの信号が供給される第２増幅回路と、を備え、
前記第２増幅回路のダイナミックレンジが、前記第１増幅回路のダイナミックレンジより大きいことを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
印加された物理量に応じて物理量信号を出力する物理量検出素子と、
前記物理量信号を処理する物理量検出回路と、を備え、
前記物理量検出回路が、
第１増幅回路と、
前記第１増幅回路からの信号が供給される同期検波回路と、
前記同期検波回路からの信号が供給される第２増幅回路と、を備え、
前記第１増幅回路の飽和電圧Ｖ１と、前記第１増幅回路の増幅率Ａ１と、の比Ｖ１／Ａ１と、
前記第２増幅回路の飽和電圧Ｖ２と、前記第２増幅回路の増幅率Ａ２と、の比Ｖ２／Ａ２とが、
Ｖ２／Ａ２＞Ｖ１／Ａ１
の関係を満たすことを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
前記物理量が角速度であり、
前記第１増幅回路のダイナミックレンジが３００°／ｓ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
前記第１増幅回路の前記ダイナミックレンジが３０００°／ｓ以上であることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサー。
【請求項５】
前記第１増幅回路が交流増幅回路であり、
前記第２増幅回路が直流増幅回路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項６】
前記同期検波回路からの信号が供給され、前記第２増幅回路へ信号を出力する第１ローパスフィルターと、
前記第２増幅回路からの信号が供給される第２ローパスフィルターと、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の物理量センサー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えている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、物理量センサー、電子機器、及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載されているように、検出回路を備えた角速度センサーが知られていた。検出回路は、差動増幅回路（特許文献１では差動増幅器と記載）と、差動増幅器から出力される信号を同期検波する同期検波回路（特許文献１では同期検波器と記載）と、を備えている。
【０００３】
特許文献１に記載されている検出回路は、差動増幅回路の増幅率を可変とし、過大な衝撃が印加された場合に増幅率を小さくすることで、差動増幅回路の出力が飽和することを防いでいる。また、同期検波回路にもオペアンプを備えており、差動増幅回路の増幅率を小さくしたときには同期検波回路での増幅率を大きくすることで、差動増幅回路の増幅率と同期検波回路の増幅率との乗算値が一定であるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４９２２９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に記載の角速度センサーでは、差動増幅器の増幅率を小さくすると同期検波器での増幅率が大きくなるため、過大な衝撃が印加された場合は、同期検波器における増幅率が差動増幅器における増幅率より大きくなる場合がある。一般的に、これらの回路の飽和電圧は同程度なので、同期検波器が備えているオペアンプや、その後段に設けられた増幅器の出力が飽和してしまうおそれがあった。
これにより、後段に設けられた増幅器から正確な信号が出力されず、センサーが誤った角速度を出力するおそれがあるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、印加された物理量に応じて物理量信号を出力する物理量検出素子と、前記物理量信号を処理する物理量検出回路と、を備え、前記物理量検出回路が、第１増幅回路と、前記第１増幅回路からの信号が供給される同期検波回路と、前記同期検波回路からの信号が供給される第２増幅回路と、を備え、前記第２増幅回路のダイナミックレンジが、前記第１増幅回路のダイナミックレンジより大きいことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第２増幅回路のダイナミックレンジが、第１増幅回路のダイナミックレンジより大きいため、過大な物理量が印加された場合であっても、第２増幅回路の出力は飽和しない。従って、誤出力するおそれを低減した物理量センサーを提供することができる。
【０００９】
［適用例２］本適用例に係る物理量センサーは、印加された物理量に応じて物理量信号を出力する物理量検出素子と、前記物理量信号を処理する物理量検出回路と、を備え、前記物理量検出回路が、第１増幅回路と、前記第１増幅回路からの信号が供給される同期検波回路と、前記同期検波回路からの信号が供給される第２増幅回路と、を備え、前記第１増幅回路の飽和電圧Ｖ１と、前記第１増幅回路の増幅率Ａ１と、の比Ｖ１／Ａ１と、前記第２増幅回路の飽和電圧Ｖ２と、前記第２増幅回路の増幅率Ａ２と、の比Ｖ２／Ａ２とが、
Ｖ２／Ａ２＞Ｖ１／Ａ１
の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、Ｖ１／Ａ１と、Ｖ２／Ａ２と、が上記の関係を満たすので、第２増幅回路が飽和する入力電圧の最小値が、第１増幅回路が飽和する入力電圧の最小値より大きい。従って、第２増幅回路の方が第１増幅回路より飽和しにくいため、誤出力するおそれを低減した物理量センサーを提供することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記物理量が角速度であり、前記第１増幅回路のダイナミックレンジが３００°／ｓ以上であることが好ましい。
【００１２】
本適用例によれば、第１増幅回路のダイナミックレンジが、移動体における通常の検出範囲である３００°／ｓ以上であるため、第１増幅回路のダイナミックレンジを超えるおそれが小さい。このため、通常時には第１増幅回路の出力が飽和するおそれも小さいため、誤検出するおそれをさらに低減できるという効果を得ることができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記第１増幅回路のダイナミックレンジが３０００°／ｓ以上であることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、石はね等の特に過大な衝撃が印加された場合や、物理量センサーが搭載される基板や車体が共振し、衝撃が増幅されてしまった場合であっても、第１増幅回路のダイナミックレンジを超えるおそれが小さい。このため、誤検出するおそれをより一層低減できるという効果を得ることができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記第１増幅回路が交流増幅回路であり、前記第２増幅回路が直流増幅回路であることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、物理量検出素子から出力された交流信号を交流増幅し、同期検波後に平滑化されて直流成分を含む信号を直流増幅するため、検出する物理量に対応する成分を効率的に増幅することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の物理量センサーは、前記同期検波回路からの信号が供給され、前記第２増幅回路へ信号を出力する第１ローパスフィルターと、前記第２増幅回路からの信号が供給される第２ローパスフィルターと、をさらに備えることが好ましい。
【００１８】
本適用例によれば、第１ローパスフィルターによって平滑化された信号を第２増幅回路に供給し、第２ローパスフィルターによって高周波ノイズを低減することができる。
【００１９】
［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、上記適用例に記載の物理量センサーを備えているため、誤動作するおそれを低減した電子機器を提供することができる。
【００２１】
［適用例８］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、上記適用例に記載の物理量センサーを備えているため、誤動作するおそれを低減した移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る物理量センサーの概略図。
【図２】実施形態１に係る物理量センサーが備える物理量検出素子の概略図。
【図３】（ａ）物理量検出素子の駆動振動の動作を表す概略図。（ｂ）物理量検出素子の検出振動の動作を表す概略図。
【図４】実施形態１に係る物理量センサーが備える物理量検出回路の概略図。
【図５】実施形態１に係る物理量センサーが備える物理量検出回路の、漏れ信号に対する動作を表す波形図。
【図６】実施形態１に係る物理量センサーが備える物理量検出回路の、物理量信号に対する動作を表す波形図。
【図７】（ａ）従来例の物理量センサーが備える物理量検出回路の出力波形図。（ｂ）実施形態１に係る物理量センサーが備える物理量検出回路の出力波形図。
【図８】実施形態２に係る物理量センサーの概略図。
【図９】実施形態２に係る物理量センサーが備える物理量検出回路の概略図。
【図１０】実施形態３に係る電子機器の概略図。
【図１１】実施形態４に係る移動体の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにしているため、各部材の尺度は実際とは異なる。
【００２５】
（実施形態１）
実施形態１では、物理量センサーの一例としての角速度センサー１について説明する。角速度センサー１は、外部から印加された回転に対して、角速度の値を出力するセンサーである。
【００２６】
＜物理量センサーの概略構成＞
図１は、物理量センサーの一例としての角速度センサー１の概略図である。
角速度センサー１は、角速度検出素子１０、角速度検出回路２０、駆動回路５０、などによって構成されている。
角速度検出素子１０は、本発明に係る物理量検出素子の一例であり、角速度センサー１に印加された角速度に応じた振動を行う。角速度検出回路２０は、本発明に係る物理量検出回路の一例であり、角速度検出素子１０から出力された角速度信号を処理する。駆動回路５０は、角速度検出素子１０に駆動振動を行わせるための駆動信号を生成する。
【００２７】
＜物理量検出素子の概略構成＞
図２は、物理量検出素子の一例としての角速度検出素子１０の概略図である。角速度検出素子１０は、基部１０１、第１駆動腕１１１、第２駆動腕１１２、第３駆動腕１１３、第４駆動腕１１４、第１検出腕１２１、第２検出腕１２２、第１連結腕１３１、第２連結腕１３２、第１駆動電極１４１、第２駆動電極１４２、第１検出電極１５１、第２検出電極１５２、第３検出電極１５３、第１駆動錘部１６１、第２駆動錘部１６２、第３駆動錘部１６３、第４駆動錘部１６４、第１検出錘部１７１、第２検出錘部１７２、などによって構成されている。角速度検出素子１０は、好適例ではＺカットの水晶基板から形成されている。また、第１駆動電極１４１、第２駆動電極１４２、及び第１検出電極１５１〜第３検出電極１５３は、好適例では金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）によって形成されている。
図２では、連結腕に沿った方向をＸ方向、駆動腕に沿った方向をＹ方向、紙面に垂直な方向をＺ方向と定義する。
【００２８】
平面視において、基部１０１は略矩形である。
基部１０１のＹＺ平面に沿った−Ｘ側の側面から、第１連結腕１３１が−Ｘ方向に向かって延出している。第１連結腕１３１の先端付近から、＋Ｙ方向に向かって第１駆動腕１１１が延出しており、−Ｙ方向に向かって第２駆動腕１１２が延出している。第１駆動腕１１１の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第１駆動腕１１１より広い第１駆動錘部１６１が設けられている。また、第２駆動腕１１２の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第２駆動腕１１２より広い第２駆動錘部１６２が設けられている。
【００２９】
基部１０１のＹＺ平面に沿った＋Ｘ側の側面から、第２連結腕１３２が＋Ｘ方向に向かって延出している。第２連結腕１３２の先端付近から、＋Ｙ方向に向かって第３駆動腕１１３が延出しており、−Ｙ方向に向かって第４駆動腕１１４が延出している。第３駆動腕１１３の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第３駆動腕１１３より広い第３駆動錘部１６３が設けられている。また、第４駆動腕１１４の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第４駆動腕１１４より広い第４駆動錘部１６４が設けられている。
【００３０】
基部１０１のＸＺ平面に沿った＋Ｙ側の側面から、第１検出腕１２１が＋Ｙ方向に向かって延出している。第１検出腕１２１の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第１検出腕１２１より広い第１検出錘部１７１が設けられている。また、基部１０１のＸＺ平面に沿った−Ｙ側の側面から、第２検出腕１２２が−Ｙ方向に向かって延出している。第２検出腕１２２の先端部には、Ｘ方向に沿った幅が第２検出腕１２２より広い第２検出錘部１７２が設けられている。
【００３１】
第１駆動腕１１１及び第２駆動腕１１２のＸＹ平面に沿った面、並びに第３駆動腕１１３及び第４駆動腕１１４のＹＺ平面に沿った面には、それぞれ第１駆動電極１４１が設けられている。第１駆動電極１４１には、交流電流が供給される。また、第１駆動腕１１１及び第２駆動腕１１２のＹＺ平面に沿った面、並びに第３駆動腕１１３及び第４駆動腕１１４のＸＹ平面に沿った面には、それぞれ第２駆動電極１４２が設けられている。第２駆動電極１４２には、第１駆動電極１４１に供給される電流と逆相の交流電流が供給される。
【００３２】
第１検出腕１２１のＸＹ平面に沿った面には第１検出電極１５１が設けられており、第２検出腕１２２のＸＹ平面に沿った面には第２検出電極１５２が設けられている。また、第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２のＹＺ平面に沿った面には、それぞれ第３検出電極１５３が設けられている。
【００３３】
＜物理量検出素子の動作＞
図３は、物理量検出素子の一例としての角速度検出素子１０の動作を表す概略図である。図３（ａ）は、静止状態（角速度検出素子１０にＺ軸周りの角速度が印加されていない状態）における角速度検出素子１０の振動動作を表す概略図であり、図３（ｂ）は、回転状態（角速度検出素子１０にＺ軸周りの角速度が印加されている状態）における角速度検出素子１０の振動動作を表す概略図である。
【００３４】
角速度検出素子１０の静止状態において、第１駆動腕１１１〜第４駆動腕１１４上に設けられた第１駆動電極１４１及び第２駆動電極１４２（図２参照）に、駆動回路５０から交流の駆動信号が印加される。すると、逆圧電効果により、図３（ａ）の矢印ａ，ｂに示すように、Ｘ軸方向において第１駆動腕１１１と第３駆動腕１１３とが互いに接近または離間するような屈曲運動（駆動振動）をなす。また、第２駆動腕１１２と第４駆動腕１１４とが互いに接近または離間するような屈曲運動（駆動振動）をなす。
【００３５】
理想的には、これらの屈曲振動は第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２を軸として対称であり、第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２は静止している。しかし実際には、製造時に発生する角速度検出素子１０の非対称性により、屈曲振動は完全に対称ではなく、アンバランスなものとなる。これにより、静止状態においても、第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２にも駆動振動と略同相の振動が発生している。以下では、この振動のことを漏れ振動と称する。また、漏れ振動によって検出信号に重畳する、駆動信号と略同相の信号のことを漏れ信号と称する。
【００３６】
ここで、角速度検出素子１０にＺ軸周りの回転が加わると、第１駆動腕１１１〜第４駆動腕１１４にコリオリ力が働く。コリオリ力はＹ軸方向に働き、印加された角速度の大きさに比例する。この結果、図３（ｂ）の矢印ｃ，ｄに示すように、第１連結腕１３１及び第２連結腕１３２がＹ軸方向に振動する。これに伴い、図３（ｂ）の矢印ｅ，ｆに示すように、第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２がＸ軸方向に振動する。すると、圧電効果により、第１検出腕１２１及び第２検出腕１２２上に設けられた第１検出電極１５１及び第２検出電極１５２から交流の検出信号が発生する。この検出信号は、駆動信号及び漏れ信号とは位相が略９０°ずれている。この検出信号を検出回路によって処理することで、角速度検出素子１０に印加された角速度の大きさを検出することができる。
【００３７】
＜物理量検出回路の概略構成＞
図４は、物理量検出回路の一例としての角速度検出回路２０の概略図である。角速度検出回路２０は、第１チャージアンプ２０１、第２チャージアンプ２０２、差動増幅回路２０３、第１増幅回路２０４、移相回路２０５、同期検波回路２０６、第１ローパスフィルター２０７、第２増幅回路２０８、第２ローパスフィルター２０９、などによって構成されている。
角速度検出回路２０には、第１入力端子Ｖｉｎ１を介して、第１検出電極１５１からの信号が入力される。また、第２入力端子Ｖｉｎ２を介して、第２検出電極１５２からの信号が入力される。また、第３入力端子Ｖｉｎ３を介して、第１駆動電極１４１からの信号が入力される。角速度検出回路２０の出力信号は、出力端子Ｖｏｕｔを介して出力される。
【００３８】
第１チャージアンプ２０１は、第１入力端子Ｖｉｎ１から入力された電荷を電圧信号に変換する。また、第２チャージアンプ２０２は、第２入力端子Ｖｉｎ２から入力された電荷を電圧信号に変換する。差動増幅回路２０３は、第１チャージアンプ２０１及び第２チャージアンプ２０２からの出力電圧を差動増幅する。これにより、第１チャージアンプ２０１及び第２チャージアンプ２０２からの出力に含まれる同相成分を低減し、逆相成分を増幅する。
【００３９】
第１増幅回路２０４は交流増幅回路であり、差動増幅回路２０３からの出力を交流増幅する。移相回路２０５は、第３入力端子Ｖｉｎ３からの信号の位相を略９０°変化させ、駆動信号から同期検波の基準となるクロック信号を生成する。同期検波回路２０６は、移相回路２０５から出力されたクロック信号を用いて、第１増幅回路２０４から出力された信号を同期検波する。これにより、第１増幅回路２０４から出力された信号から、検出信号と同位相の成分を抽出することができる。第１ローパスフィルター２０７は、同期検波回路２０６からの信号を平滑化するとともに、不要波成分を除去する。第２増幅回路２０８は直流増幅回路であり、第１ローパスフィルター２０７からの信号を直流増幅する。第２ローパスフィルター２０９は、第２増幅回路２０８からの信号の周波数帯域を制限する。
【００４０】
角速度検出回路２０において、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジより大きく設定されている。ここで、ダイナミックレンジとは、回路部の出力が飽和する入力物理量の大きさの最小値である。ダイナミックレンジは、回路部の前段までの各回路要素のゲインの積と、回路部の飽和電圧と、により決まる。
また、より望ましくは、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジの略２倍に設定されている。これにより、製造ばらつきによって第１増幅回路２０４及び第２増幅回路２０８の増幅率がばらついた場合であっても、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジを、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジより大きくすることができる。
【００４１】
なお、ダイナミックレンジの大小を知るには、物理量を印加しながら第１増幅回路２０４及び第２増幅回路２０８の出力を同時にモニターし、物理量を徐々に大きくしてゆくことで、第１増幅回路２０４及び第２増幅回路２０８の出力のどちらが先に飽和するかを調べればよい。
そして、調べた結果に応じて、第１増幅回路２０４の出力が飽和する入力物理量の最小値より、第２増幅回路２０８の出力が飽和する入力物理量の最小値の方が大きくなるように、第１増幅回路２０４及び第２増幅回路２０８の増幅率を決定する。これにより、ダイナミックレンジの大小を設定することができる。
【００４２】
以下では、第１増幅回路２０４の飽和電圧をＶ１とし、第１増幅回路２０４の増幅率をＡ１とする。また、第２増幅回路２０８の飽和電圧をＶ２とし、第２増幅回路２０８の増幅率をＡ２とする。
Ｖ２／Ａ２及びＶ１／Ａ１の大小関係は、Ｖ２／Ａ２＞Ｖ１／Ａ１である。好適例では、Ｖ１＝Ｖ２＝５Ｖ、Ａ１＝１０、Ａ２＝２であり、Ｖ２／Ａ２＝２．５＞Ｖ１／Ａ１＝０．５である。従って、このとき、第２増幅回路２０８が飽和する入力電圧の最小値は２．５Ｖであり、第１増幅回路２０４が飽和する入力電圧の最小値は０．５Ｖである。すなわち、第２増幅回路２０８の方が第１増幅回路２０４より飽和しにくい構成である。そして、好適例においては、このようにＡ１及びＡ２を設定することで、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジが第１増幅回路２０４のダイナミックレンジより大きい構成とすることができる。
【００４３】
また、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジは、自動車等の移動体における通常の検出範囲である３００°／ｓ以上である。すなわち、第１増幅回路２０４の出力は、３００°／ｓ以下の角速度に相当する物理量が印加された場合は飽和しないように設定されている。これにより、角速度センサー１が移動体に搭載された場合において、通常使用時には第１増幅回路２０４も飽和しにくい構成とすることができる。
また、このとき、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは、６００°／ｓ以上である。
【００４４】
さらに望ましくは、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジは３０００°／ｓ以上である。すなわち、第１増幅回路２０４の出力は、３０００°／ｓ以下の角速度に相当する物理量が印加された場合は飽和しないように設定されている。
角速度センサー１が自動車等の移動体に搭載された場合、砂利道や悪路を走行することが想定される。この場合、石はね等によって、通常の検出範囲を超える衝撃が印加される場合がある。また、物理量センサーが実装される基板や車体が共振した場合、入力される物理量が共振のＱ値の分だけ増幅される。一般的に、これらの共振のＱ値は５程度である。余裕度を２倍とした場合、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジを、３００°／ｓ×（５×２）＝３０００°／ｓ以上に設定することで、石はねや、基板または車体の共振の影響があった場合でも、第１増幅回路２０４の出力が飽和するおそれを小さくできる。
また、このとき、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは、６０００°／ｓ以上である。
【００４５】
＜物理量検出回路における信号処理＞
図５は、角速度センサー１が静止状態にあるときの信号波形を表す波形図である。静止状態においては、第１検出電極１５１及び第２検出電極１５２からは角速度信号は出力されず、漏れ信号が出力されている。図５には、図４に示すＡ〜Ｆの各点における漏れ信号の変化を示している。横軸は時間を、縦軸は電圧を示す。
【００４６】
Ａ点（第１チャージアンプ２０１の出力）及びＢ点（第２チャージアンプ２０２の出力）には、互いに逆相（位相が１８０°ずれている）の漏れ信号が出力される。
Ｃ点（第１増幅回路２０４の出力）には、Ａ点及びＢ点での出力が差動増幅回路２０３によって差動増幅されたのち、第１増幅回路２０４によって増幅された信号が出力されている。
Ｄ点（移相回路２０５の出力）には、同期検波のためのクロック信号が出力されている。漏れ信号が駆動信号と略同相であるのに対し、クロック信号の位相は駆動信号と略９０°ずれている。このため、クロック信号と漏れ信号の位相は略９０°ずれている。
【００４７】
Ｅ点（同期検波回路２０６の出力）には、Ｃ点における信号とＤ点における信号とを乗算した信号が出力されている。このため、Ｅ点の出力は図示の通り、基準電圧の上下で面積が等しい鋸刃状になっている。
Ｆ点（第２増幅回路２０８の出力）には、第１ローパスフィルター２０７によってＥ点の出力を積分し、第２増幅回路２０８によって増幅した信号が出力されている。Ｅ点の出力を積分すると、漏れ信号は相殺されて基準電圧に等しくなるので、Ｆ点における出力も基準電圧に等しくなる。
【００４８】
図６は、角速度センサー１が回転状態にあるときの信号波形を表す波形図である。回転状態において、第１検出電極１５１及び第２検出電極１５２からは、角速度信号に漏れ信号が重畳されて出力されている。漏れ信号は、静止状態と同様に相殺されるので、図６にはＡ〜Ｆの各点における角速度信号の変化のみを示している。横軸は時間を、縦軸は電圧を示す。
【００４９】
Ａ点（第１チャージアンプ２０１の出力）及びＢ点（第２チャージアンプ２０２の出力）には、互いに逆相（位相が１８０°ずれている）の角速度信号が出力される。
Ｃ点（第１増幅回路２０４の出力）には、Ａ点及びＢ点での出力が差動増幅回路２０３によって差動増幅されたのち、第１増幅回路２０４によって増幅された信号が出力されている。交流増幅回路である第１増幅回路２０４により、差動増幅回路２０３から出力された信号の基準電圧を変化させずに、交流成分のみを増幅することができる。
Ｄ点（移相回路２０５の出力）には、同期検波のためのクロック信号が出力されている。角速度信号の位相は駆動信号の位相と略９０°ずれており、クロック信号の位相は駆動信号と略９０°ずれている。このため、クロック信号と角速度信号は、回転の向きに応じて同相または逆相となる。図６に示した例では、クロック信号と角速度信号が同相の場合を示している。
【００５０】
Ｅ点（同期検波回路２０６の出力）には、Ｃ点における信号とＤ点における信号とを乗算した信号が出力されている。このため、Ｅ点の出力は図示の通り、Ｃ点における信号が全波整流された形となっている。
Ｆ点（第２増幅回路２０８の出力）には、第１ローパスフィルター２０７によってＥ点の出力を積分し、第２増幅回路２０８によって増幅した信号が出力されている。第１ローパスフィルター２０７からの出力は直流信号なので、直流増幅回路である第２増幅回路２０８によって、Ｆ点に角速度に応じた直流信号を出力することができる。また、第２ローパスフィルター２０９によって、高周波のノイズを除去することができる。
【００５１】
＜過大な物理量が加わった時の出力＞
図７は、角速度センサー１に過大な物理量が印加されたときの信号波形を表す波形図である。横軸は時間であり、縦軸は出力電圧である。図７（ａ）は従来の角速度センサーの出力波形であり、Ｃ点及びＦ点における信号波形を表している。また、Ｖａｃ０は第１増幅回路２０４の飽和電圧であり、Ｖｄｃ０は第２増幅回路２０８の飽和電圧である。
図７（ｂ）は本実施形態に係る角速度センサー１の出力波形であり、Ｃ点及びＦ点における信号波形を表している。Ｖ１は第１増幅回路２０４の飽和電圧、Ｖ２は第２増幅回路２０８の飽和電圧であり、好適例では、Ｖ１＝Ｖ２＝５Ｖである。また、出力電圧の下限は０Ｖであり、横軸の高さで示した基準電圧は２．５Ｖである。
【００５２】
従来の角速度センサーにおいては、過大な角速度が印加された場合、第１増幅回路２０４の増幅率を小さくすることにより、出力が飽和電圧Ｖａｃ０を超えないようにしていた。そして、角速度センサーの出力レベルを一定にするために、第１増幅回路２０４の増幅率を小さくした分だけ第２増幅回路２０８の増幅率を大きくするので、第２増幅回路２０８の出力が飽和電圧Ｖｄｃ０を超えるおそれがあった。この結果、図７（ａ）に示すように、Ｆ点での出力が飽和し、出力が不正確になるおそれがあった。
【００５３】
一方、本実施形態に係る角速度センサー１においては、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジが第１増幅回路２０４のダイナミックレンジより大きいので、第１増幅回路２０４の出力が飽和電圧Ｖ１を超えない場合には、図７（ｂ）に示すように、第２増幅回路２０８の出力も飽和電圧Ｖ２を超えず、飽和しない。また、仮に第１増幅回路２０４のダイナミックレンジを超える角速度や衝撃が印加され、第１増幅回路２０４の出力が飽和した場合であっても、第１増幅回路２０４からの出力は第１増幅回路２０４のダイナミックレンジを超えないので、第２増幅回路２０８の出力は飽和電圧Ｖ２を超えず、飽和しない。
【００５４】
以上述べたように、本実施形態に係る角速度センサー１によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、過大な角速度や、過大な衝撃が印加された場合であっても、第２増幅回路２０８の飽和を防ぐことができる。このため、誤出力を低減したセンサーを提供することができる。また、従来の角速度センサーのように差動増幅回路２０３や同期検波回路２０６の増幅率を可変にする構成に比べて、回路構成を複雑にせずに誤出力を低減することができる。
【００５５】
また、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジが３００°／ｓ以上であるので、自動車等の移動体に搭載された場合の通常使用時において、第１増幅回路２０４の出力も飽和しにくくでき、センサーが誤出力するおそれをさらに低減することができる。加えて、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは略２倍の６００°／ｓ以上に設定されているので、製造ばらつき等の影響を受けずに第２増幅回路２０８の出力の飽和を確実に防止することができる。
【００５６】
さらに、第１増幅回路２０４のダイナミックレンジが３０００°／ｓ以上であるので、移動体に搭載されて砂利道や悪路を走行して石はね等の衝撃が印加された場合や、物理量センサーが実装される基板や車体が共振した場合においても、第１増幅回路２０４の出力が飽和するおそれを小さくできる。このため、センサーが誤出力するおそれをさらに低減することができる。加えて、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジは略２倍の６０００°／ｓ以上に設定されているので、第２増幅回路２０８の出力の飽和を確実に防止することができる。
【００５７】
（実施形態２）
＜物理量センサーの概略構成＞
次に、実施形態２に係る角速度センサー１ａについて説明する。
図８は、角速度センサー１ａの概略図である。角速度センサー１ａは、角速度検出素子１０、角速度検出回路２１、駆動回路５０、などによって構成されている。
角速度検出素子１０は、本発明に係る物理量検出素子の一例であり、角速度センサー１ａに印加された角速度に応じた振動を行う。角速度検出回路２１は、本発明に係る物理量検出回路の一例であり、角速度検出素子１０から出力された角速度信号を処理する。駆動回路５０は、角速度検出素子１０に駆動振動を行わせるための駆動信号を生成する。
【００５８】
＜物理量検出回路の概略構成＞
次に、実施形態２に係る角速度センサー１ａが備える角速度検出回路２１について、図９を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００５９】
図９は、角速度検出回路２１の概略図である。
角速度検出回路２１は、実施形態１に係る角速度センサー１が備える角速度検出回路２０の構成に加えて、第３増幅回路２１１、レシオメトリックアンプ２１２、第３ローパスフィルター２１３、などを備えている。
第３増幅回路２１１は直流増幅回路であり、最終的な角速度の検出感度を決定する。第３増幅回路２１１のダイナミックレンジは、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジより大きいことが望ましい。レシオメトリックアンプ２１２は、電源電圧に応じて増幅率を変化させる増幅回路である。これにより、電源電圧が変動した場合にも、角速度センサーの感度を連動させる構成とすることができる。また、第３ローパスフィルター２１３は、検出信号中の不要波成分を除去するフィルター回路である。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態に係る角速度センサー１ａによれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
すなわち、第２増幅回路２０８に加えて第３増幅回路２１１を備えていることにより、第２増幅回路の増幅率を小さくすることが可能である。これにより、最終的な感度を落とさずに、第２増幅回路２０８のダイナミックレンジを確実に大きくすることができる。また、第３ローパスフィルター２１３を備えていることにより、検出信号に含まれるノイズをより一層低減することができる。
【００６１】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
本発明に係る物理量センサーが検出する物理量は角速度に限定されず、例えば加速度や、圧力などであってもよい。
また、上述した実施形態では、角速度検出素子１０は、４本の駆動腕と２本の検出腕を備えている、いわゆるダブルＴ型であるとしたが、本発明に係る物理量センサーが備える物理量検出素子はこれに限定されない。例えば、２本の振動腕を有する音叉型の振動子であってもよく、２本の駆動腕と、２本の検出腕と、が互いに逆向きに延びている、いわゆるＨ型の振動子であってもよい。また、櫛歯型の電極を備えた容量検出型の物理量検出素子であってもよい。また、物理量検出素子の材料は水晶に限定されず、例えばシリコンやセラミックであってもよい。
【００６２】
（実施形態３）
＜電子機器の概略構成＞
実施形態３では、電子機器の一例として横転検出装置３について説明する。
横転検出装置３は、自動車等の移動体に搭載され、角速度センサー及び加速度センサーの出力に基づいて横転を検出し、エアバッグ等の保護装置を起動させる装置である。
【００６３】
図１０は、横転検出装置３の概略図である。
横転検出装置３は、角速度センサー１（１ａ）、第１加速度センサー３１、第２加速度センサー３２、第１横転判定回路３３、第２横転判定回路３４、ＡＮＤ回路３５、横転信号出力端子３６、などから構成されている。なお、以下では実施形態１に係る角速度センサー１を備えた例で説明するが、その他の実施形態や変形例に係る角速度センサーを用いてもよい。
【００６４】
角速度センサー１は、横転検出装置３が搭載される移動体の進行方向を軸とする回転方向（ロール方向）の角速度（ロールレート）を検出する。角速度センサー１の出力は、第１横転判定回路３３に入力される。
第１加速度センサー３１は、移動体の進行方向及び重力方向の両方と交差する方向（横方向）の加速度を検出する。
第１横転判定回路３３は、角速度センサー１によって検出されるロールレートと、検出されたロールレートを積分して求められるロール方向の傾斜角度と、第１加速度センサー３１によって検出される横方向の加速度と、に基づいて移動体が横転に至るか否かを判定する。横転に至ると判定した場合には、第１横転信号をＡＮＤ回路３５に入力する。
【００６５】
第２加速度センサー３２は、移動体が移動する平面に垂直な方向（重力方向）の加速度を検出する。
第２横転判定回路３４は、第１加速度センサー３１によって検出される横方向の加速度と、第２加速度センサー３２によって検出される重力方向の加速度と、に基づいて移動体が横転に至るか否かを判定し、横転に至ると判定した場合には、第２横転信号をＡＮＤ回路３５に入力する。
ＡＮＤ回路３５は、第１横転信号及び第２横転信号の両方が入力された場合に、横転検出信号を横転信号出力端子３６から出力する。
【００６６】
横転検出装置３は、過大な物理量が印加された場合でも誤出力を低減することが可能な角速度センサー１（１ａ）を備えているので、横転しているにも関わらず横転検出信号が出力されない、あるいは、横転していない場合に横転検出信号を出力してしまう、といった誤動作するおそれを低減することができる。
なお、本実施形態では電子機器の一例として横転検出装置３について説明したが、本発明に係る電子機器はこれに限定されない。例えば、重力方向周りの回転を検出する、横滑り防止装置であってもよい。
【００６７】
（実施形態４）
＜移動体の概略構成＞
実施形態４では、移動体の一例としての自動車４について説明する。
図１１は、自動車４の概略図である。自動車４は、車体４１や横転検出装置３などから構成されている。横転検出装置３は、角速度センサー１（１ａ）を備えている。横転検出装置３は、乗員室内に設けられていてもよく、またエンジンルーム内に設けられていてもよい。
車体４１は、ルーフサイドから膨らんで垂れ下がり、横転時に乗員の頭部や頚部を保護するカーテンエアバッグや、乗員が座るシートの外側部分から膨らみ、横転時に乗員の胸部や腹部を保護するサイドエアバッグを含んでいる。
【００６８】
自動車４は、横転検出装置３からの横転検出信号に基づき、これらの保護装置を起動する。自動車４は、過大な物理量が印加された場合でも誤出力を低減することが可能な角速度センサー１（１ａ）を備えているので、横転しているにも関わらず保護装置が起動されない、あるいは、横転していない場合に保護装置を起動してしまう、といった誤動作するおそれを低減することができる。
【００６９】
なお、自動車４では横転検出装置３の出力に基づいてカーテンエアバッグやサイドエアバッグを起動する構成としたが、本発明に係る移動体はこれに限定されない。例えば、角速度センサー１（１ａ）を備えた横滑り防止装置からの出力に基づいて、ブレーキやエンジンの出力を制御する構成であってもよい。
また、移動体は車に限定されず、例えば船舶、飛行機やヘリコプター等の航空機、ロケット、または人工衛星等でもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１，１ａ…角速度センサー、１０…角速度検出素子、１０１…基部、１１１…第１駆動腕、１１２…第２駆動腕、１１３…第３駆動腕、１１４…第４駆動腕、１２１…第１検出腕、１２２…第２検出腕、１３１…第１連結腕、１３２…第２連結腕、１４１…第１駆動電極、１４２…第２駆動電極、１５１…第１検出電極、１５２…第２検出電極、１５３…第３検出電極、１６１…第１駆動錘部、１６２…第２駆動錘部、１６３…第３駆動錘部、１６４…第４駆動錘部、１７１…第１検出錘部、１７２…第２検出錘部、２０，２１…角速度検出回路、２０１…第１チャージアンプ、２０２…第２チャージアンプ、２０３…差動増幅回路、２０４…第１増幅回路、２０５…移相回路、２０６…同期検波回路、２０７…第１ローパスフィルター、２０８…第２増幅回路、２０９…第２ローパスフィルター、２１１…第３増幅回路、２１２…レシオメトリックアンプ、２１３…第３ローパスフィルター、３…横転検出装置、３１…第１加速度センサー、３２…第２加速度センサー、３３…第１横転判定回路、３４…第２横転判定回路、３５…ＡＮＤ回路、３６…横転信号出力端子、４…自動車、４１…車体、５０…駆動回路。
【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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