(57)【要約】【課題】慣性力を高精度に検出できるモーションセンサを提供する。【解決手段】モーションセンサのセンサ素子は、駆動振動により振動している状態で印加された慣性力を検出し、駆動振動に起因するセンス信号を出力するように構成されている。検出回路は、センス信号の位相と振幅とを検出してキャンセル信号を発生するキャンセル信号発生器と、センス信号にキャンセル信号を加算して得られる加算信号を出力する信号加算部と、加算信号に基づいて慣性力を検出する同期検波器とを有する。【選択図】図１
2013257260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動振動により振動している状態で慣性力を印加され、前記駆動振動に応じた第１のセンス信号を出力するように構成されたセンサ素子と、
前記第１のセンス信号に基づいて前記慣性力を検出する検出回路と、
を備え、
前記検出回路は、
前記第１のセンス信号の位相と振幅とを検出してキャンセル信号を発生するキャンセル信号発生器と、
前記第１のセンス信号に前記キャンセル信号を加算して得られる第１の加算信号を出力する第１の信号加算部と、
前記第１の加算信号に基づいて前記慣性力を検出する同期検波器と、
を有する、モーションセンサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、前記駆動振動に応じてモニタ信号を出力するように構成されており、
前記キャンセル信号発生器は、前記第１のセンス信号の前記位相と前記振幅に基づいて前記モニタ信号の位相と振幅を調整して前記キャンセル信号を発生する調整部を含む、請求項１に記載のモーションセンサ。
【請求項３】
前記センサ素子は、前記駆動振動に応じた第２のセンス信号を出力するように構成されており、
前記キャンセル信号発生器は、
前記第１のセンス信号の前記位相を検出する第１の位相検出部と、
前記第２のセンス信号の前記位相を検出する第２の位相検出部と、
前記第１のセンス信号の前記位相と前記第２のセンス信号の前記位相との平均値を算出する第１の平均算出部と、
前記第１のセンス信号の前記振幅を検出する第１のレベル検出部と、
前記第２のセンス信号の前記振幅を検出する第２のレベル検出部と、
前記第１のセンス信号の前記振幅と前記第２のセンス信号の前記振幅との平均値を算出する第２の平均算出部と、
をさらに含み、
前記調整部は前記第１の平均算出部により算出された前記平均値と、前記第２の平均算出部により算出された前記平均値とに基づいて前記モニタ信号の位相と振幅を調整して前記キャンセル信号を発生し、
前記検出回路は、
前記第２のセンス信号に前記キャンセル信号を加算して得られる第２の加算信号を出力する第２の信号加算部と、
前記第１の加算信号と前記第２の加算信号との差である差分信号を出力する差分増幅器と、
をさらに有し、
前記同期検波器は前記差分信号に基づいて前記慣性力を検出する、請求項２に記載のモーションセンサ。
【請求項４】
前記キャンセル信号発生器は、前記第１の信号加算部に接続された第１の枝端と、前記第２の信号加算部に接続された第２の枝端と、前記第１の枝端と前記第２の枝端とに選択的に接続される共通端とを有するスイッチをさらに含み、
前記スイッチを切り替えることにより、前記キャンセル信号は前記第１の信号加算部と前記第２の信号加算部のうちの一方に選択的に供給される、請求項３に記載のモーションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度や加速度等のモーションを検出するモーションセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、携帯電話、携帯型ゲーム機など角速度センサ、加速度センサ等のモーションセンサを搭載した携帯できる多機能で小型の電子機器が普及している。モーションセンサは例えば音叉形状を有するセンサ素子を備える。このセンサ素子が共振周波数で機械的に振動しているときに角速度等のモーションが加わると、コリオリ力によりセンサ素子が歪む。センサ素子はこの歪みを電気信号として出力する。この電気信号は、モーションに起因するモーション成分と振動自体に起因する機械結合（以下、ＭＣ）成分とを含む。この電気信号からモーション成分のみを取り出すためにこの電気信号は同期検波器で検波される。
【０００３】
一般的にＭＣ成分がモーション成分より大きいので、同期検波器の出力には振動による成分が混入している場合がある。特許文献１はＭＣ成分を抑制する従来の角速度センサを開示している。
【０００４】
図９は特許文献１に開示されている従来のモーションセンサ５００であるジャイロ装置のブロック図である。モーションセンサ５００はセンサ素子５０１を備える。センサ素子５０１は振動子５０１Ａと、振動子５０１Ａに設けられた電極５０２、５０３とを有する。モーションセンサ５００は、電極５０２に駆動信号を供給して振動し５０１Ａを機械的に振動させる駆動回路５０４と、電極５０３から出力されたモニタ信号を増幅する増幅回路５０５と、増幅回路５０５に接続された差動増幅回路５０６と、差動増幅回路５０６に接続された後段回路５０７とをさらに備える。センサ素子５０１は、加えられたモーションに応じて検出信号Ｓ５０１を出力する。同期検波回路を含む後段回路５０７は差動増幅回路５０６の出力に基づきモーションを検出する。検出信号Ｓ５０１はモーションに起因するモーション成分と、振動に起因するＭＣ成分とを含む。
【０００５】
電極５０３から出力されるモニタ信号は振動子５０１Ａの振動に同期しており、ＭＣ成分と同位相である。差動増幅回路５０６は検出信号Ｓ５０１と増幅回路５０５で増幅されたモニタ信号との差分を出力する。増幅回路５０５で増幅されたモニタ信号の振幅を適切に調整することにより、差動増幅回路５０６はＭＣ成分が抑えられた主にモーション信号を含む信号を出力することができる。したがって、後段回路５０７はＭＣ成分に大きく影響されずに高精度にモーションを検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−７３４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
センサ素子５０１の振動子５０１Ａの寸法精度や電極５０２、５０３の位置精度、さらには使用時間による変化等により、ＭＣ成分とモニタ信号との位相の関係や振幅の関係がずれる場合がある。この状態では、差動増幅回路５０６でＭＣ成分を十分抑制できず、後段回路５０７で高精度にモーションを検出できなくなる場合がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するものであり、モーションを高精度に検出できるモーションセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るモーションセンサは、センサ素子と検出回路とを備える。センサ素子は、駆動振動により振動している状態で慣性力を印加され、駆動振動に応じたセンス信号を出力するように構成されている。検出回路はセンス信号に基づいて慣性力を検出する。検出回路は、センス信号の位相と振幅とを検出してキャンセル信号を発生するキャンセル信号発生器と、センス信号にキャンセル信号を加算して得られる加算信号を出力する信号加算部と、加算信号に基づいて慣性力を検出する同期検波器とを有する。このような構成により、このモーションセンサは慣性力を高精度に検出できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、慣性力を高精度に検知できるモーションセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態におけるモーションセンサのブロック図
【図２】実施の形態におけるモーションセンサのセンサ素子の平面図
【図３】実施の形態におけるモーションセンサの他のセンサ素子の斜視図
【図４】比較例のモーションセンサのブロック図
【図５】図４に示すモーションセンサの信号を示す図
【図６】実施の形態におけるモーションセンサのキャンセル信号発生器のブロック図
【図７】実施の形態におけるモーションセンサの信号を示す図
【図８】実施の形態におけるモーションセンサの信号を示す図
【図９】従来のモーションセンサのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の形態におけるモーションセンサ１００１のブロック図である。モーションセンサ１００１は、センサ素子１０と、センサ素子１０を駆動する駆動回路２０と、センサ素子１０から出力された信号を処理してセンサ素子１０に加えられたモーションを検出する検出回路４０とを備える。実施の形態におけるモーションセンサ１００１はセンサ素子１０に印加されたモーションであり慣性力である角速度を検出する角速度センサである。
【００１３】
図２はセンサ素子１０の平面図である。センサ素子１０は、音叉形状を有する振動子１１と、駆動部１２、１３と、検出部１４、１５と、モニタ部１６とを有する。駆動部１２、１３と検出部１４、１５とモニタ部１６は振動子１１上に設けられている。振動子１１は、シリコンなどの半導体基板、溶融石英やアルミナ等の非圧電材料で形成されている。振動子１１は、シリコンで形成されることにより、微細加工技術を用いて小型化することができる。駆動部１２、１３と検出部１４、１５とモニタ部１６のそれぞれは、振動子１１上に設けられた下電極と、下電極上に上けられた圧電材料と、圧電材料上に設けられた上電極とを有する。駆動部１２、１３に印加された交流電圧である駆動信号により振動子１１が駆動されてＸ軸の方向に振動する。駆動信号の周波数は振動子１１の共振周波数であり、振動子１１は駆動信号により安定して共振周波数で振動する。モニタ部１６は振動子１１の振動に応じた電流であるモニタ信号Ｓ１６を出力する。振動子１１が振動しているときに振動子１１にＹ軸の周りの角速度が加わると振動子１１にコリオリ力が発生し、このコリオリ力に応じて振動子１１がＺ軸の方向に湾曲するように振動と同期して変形することで歪が発生する。検出部１４、１５はこの歪に応じた電流であるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５を出力する（図１）。
【００１４】
図３は実施の形態における他のセンサ素子１０Ａの平面図である。図３において、図２に示すセンサ素子１０と同じ部分には同じ参照番号を付す。センサ素子１０Ａはセンサ素子１０の音叉形状の振動子１１の代わりに、支持部１１１と複数の振動部１１Ａとを有する。振動部１１Ａは、アーム部１１１Ａと、アーム部１１１Ａを介して支持部１１１に接続された錘部１１１Ｂとを有する。駆動部１２、１３と、検出部１４、１５と、モニタ部１６とは複数のアーム部１１１Ａ上に設けられている。振動部１１Ａは振動子１１と同様に、シリコンなどの半導体基板、溶融石英やアルミナ等の非圧電材料で形成されている。振動部１１Ａは、シリコンで形成されることにより、微細加工技術を用いて小型化することができる。駆動部１２、１３に印加された交流電圧である駆動信号により錘部１１１Ｂが駆動されてＸ軸の方向に振動する。駆動信号の周波数は振動子１１の共振周波数であり、振動子１１は駆動信号により安定して共振周波数で振動する。モニタ部１６は振動部１１Ａの振動に応じた電流であるモニタ信号Ｓ１６を出力する。錘部１１１Ｂが振動しているときに振動子１１にＹ軸の周りの角速度が加わると振動子１１にコリオリ力が発生し、このコリオリ力に応じて錘部１１１ＢがＺ軸の方向に変位してアーム部１１１Ａが湾曲するように振動と同期して変形することで歪が発生する。検出部１４、１５はこの歪に応じた電流であるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５をそれぞれ出力する（図１）。
【００１５】
図１に示すように、駆動回路２０は、センサ素子１０のモニタ部１６に接続されるモニタ入力端子２１と、駆動部１２、１３にそれぞれ接続される駆動出力端子２８、２９と、モニタ入力端子２１に接続されたセンサ素子信号増幅器２２と、直流（ＤＣ）変換器２３と、自動利得制御（ＡＧＣ）回路２４と、バンドバスフィルタ（ＢＰＦ）２５と、ＢＰＦ２５の出力を増幅する出力増幅器２６と、出力増幅器２６の出力を反転させる反転増幅器２７と、移相器３０と、クロック発生器３１とを備える。センサ素子信号増幅器２２は電流であるモニタ信号Ｓ１６を電圧に変換して出力する。ＤＣ変換器２３はセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧の振幅に応じたＤＣ電圧を出力してＡＧＣ回路２４に出力する。ＡＧＣ回路２４は、ＤＣ変換器２３が出力するＤＣ電圧に基づく利得でセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧を増幅して出力する。ＢＰＦ２５はＡＧＣ回路２４が出力する電圧から不要な周波数成分を除去する。出力増幅器２６はＢＰＦ２５の出力を増幅して駆動信号として駆動出力端子２８を通じてセンサ素子１０の駆動部１２に出力する。反転増幅器２７は出力増幅器２６の出力を反転して駆動信号として駆動出力端子２９を通じてセンサ素子１０の駆動部１３に出力する。駆動部１２、１３に出力された駆動信号により振動子１１が駆動され、振動子１１が駆動振動により振動する。このように、出力増幅器２６は、モニタ信号Ｓ１６に基づいて振動子１１を駆動して振動させる。ＡＧＣ回路２４は振動子１１が一定の振幅で振動するように、ＤＣ変換器２３が出力するＤＣ電圧に基づいてＢＰＦ２５への出力を制御する。移相器３０はセンサ素子信号増幅器２２が出力する電圧の位相を９０度シフトさせる。クロック発生器３１は移相器３０の出力を用いて方形波のクロック信号Ｓ３１を発生する。このように、クロック発生器３１はモニタ信号Ｓ１６に基づき、移相器３０の出力に応じてクロック信号Ｓ３１を発生する。
【００１６】
検出回路４０は、センサ素子１０の検出部１４、１５にそれぞれ接続される入力端子４１、４２と、出力端子４９とを有する。入力端子４１、４２には検出部１４、１５から出力されるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５がそれぞれ入力される。検出回路４０は、入力端子４１に接続された入力端４３Ａを有するセンサ素子信号増幅器４３と、入力端子４２に接続された入力端４４Ａを有するセンサ素子信号増幅器４４と、センサ素子信号増幅器４３の出力端４３Ｃに接続された信号加算器５１と、センサ素子信号増幅器４４の出力端４４Ｃに接続された信号加算器５２と、キャンセル信号発生器６０と、信号加算器５１、５２に接続された差動増幅器４５と、差動増幅器４５に接続された同期検波器４６と、同期検波器４６に接続されたアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４７と、Ａ／Ｄ変換器４７に接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）４８とを備える。センサ素子信号増幅器４３、４４は入力端４３Ａ、４４Ａに入力された電流であるセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５を電圧であるセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４にそれぞれ変換して出力端４３Ｃ、４４Ｃから出力する。キャンセル信号発生器６０は駆動回路２０から出力されたモニタ信号Ｓ２２とセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４からキャンセル信号Ｓ６０を生成し、信号加算器５１、５２に出力する。信号加算器５１はキャンセル信号Ｓ６０をセンス信号Ｓ４３に加算して得られた加算信号Ｓ５１を出力する。信号加算器５２はキャンセル信号Ｓ６０をセンス信号Ｓ４４に加算して得られた加算信号Ｓ５２を出力する。差動増幅器４５は信号加算器５１、６２からそれぞれ出力される加算信号Ｓ５１、Ｓ５２の差分である差分信号Ｓ４５を出力する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４のそれぞれは、センサ素子１０に加えられたモーションである角速度に応じて発生するセンス成分と、駆動信号Ｓ１２、Ｓ１３による振動子１１の振動に応じて発生する不要成分とを含有する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４のセンス成分は互いに逆の位相を有し、不要成分は互いに同じ位相を有する。差動増幅器４５はセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４の不要成分を相殺して、センス成分のみを差分信号Ｓ４５として出力する。同期検波器４６は、クロック発生器３１が出力するクロック信号Ｓ３１を用いて差分信号Ｓ４５を同期検波して検波信号Ｓ４６を出力する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４のセンス成分は振動子１１の振動に応じたモニタ信号Ｓ１６に対して９０度だけずれた位相を有する。モニタ信号Ｓ１６から移相器３０とクロック発生器３１により生成されたクロック信号Ｓ３１は、センス成分に対して９０度だけずれた位相を有する。同期検波器４６はクロック信号Ｓ３１を用いて差分信号Ｓ４５を同期検波することにより、センス成分のみを含有する検波信号Ｓ４６が得られる。Ａ／Ｄ変換器４７は検波信号Ｓ４６をデジタル信号に変換し、ローパスフィルタ４８はそのデジタル信号から不要信号を除去して得られたモーション信号Ｓ４９を出力端子４９から出力する。
【００１７】
図４は比較例のモーションセンサ６０１のブロック図である。図４において、図１に示すモーションセンサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。モーションセンサ６０１は、図１に示すモーションセンサ１００１の検出回路４０の代わりに検出回路６４０を備える。検出回路６４０は図１に示す検出回路４０のキャンセル信号発生器６０と信号加算器５１、５２を備えていない。図４に示すモーションセンサ６０１では、差動増幅器４５はセンサ素子信号増幅器４３、４４の出力端４３Ｃ、４４Ｃに接続されている。差動増幅器４５はセンサ素子信号増幅器４３、４４からそれぞれ出力されるセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４の差分である差分信号Ｓ４５を出力する。
【００１８】
図４に示す比較例のモーションセンサ６０１の動作を以下に説明する。図５はモーションセンサ６０１の信号を示す。振動子１１は駆動部１２、１３に供給された駆動信号で駆動されて駆動振動により振動している（図２）。モーションセンサ６０１における各信号は、振動している振動子１１に印加された角速度等の慣性力によるコリオリ力に応じたセンス成分と、駆動振動に応じた不要成分とを含む。センス成分を検出することで慣性力を検出することができる。不要成分は、機械結合（以下ＭＣ）により駆動振動が検出部１４、１５を変形させてセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５に現れる成分である。不要信号はセンス成分に重畳して慣性力の正確な検出を妨げるので、慣性力の検出のためにはできる限り低減する必要がある。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４は、センサ素子９の検出部１４から出力されたセンス信号Ｓ１４、Ｓ１５のそれぞれは、センス成分と不要成分とを含む。図５は、センス信号Ｓ１４、Ｓ１５がセンサ素子信号増幅器４３で増幅されて得られたセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４を示す。センス信号Ｓ４３は、慣性力に応じたセンス成分Ｓ４３−１と、センス成分Ｓ４３−１に加算された、駆動振動に応じた不要成分Ｓ４３−２とを含有する。センス信号Ｓ４４は、慣性力に応じたセンス成分Ｓ４４−１と、センス成分Ｓ４４−１に加算された、駆動振動に応じた不要成分Ｓ４４−２とを含有する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４は振動子１１の振動と同じ周波数を有する正弦波である。センス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１は互いに逆の極性を有する正弦波である。不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２は互いに同じ極性を有する正弦波である。不要成分Ｓ４３−２はセンス成分Ｓ４３−１に対して位相差Ｄｐｈだけずれている。同様に、不要成分Ｓ４４−２はセンス成分Ｓ４４−１に対して位相差Ｄｐｈだけずれている。通常、位相差Ｄｐｈは約９０度である。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４の差分である差分信号Ｓ４５は、センス成分Ｓ４３−１からセンス成分Ｓ４４−１を引いて得られた差分であるセンス成分Ｓ４５−１と、不要成分Ｓ４３−２から不要成分Ｓ４４−２を引いて得られた差分である不要成分Ｓ４５−２とを含有する。センス成分Ｓ４３−１、Ｓ４５−２は互いに逆の位相を有するので、センス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１の振幅が加算されて、差分信号Ｓ４５のセンス成分Ｓ４５−１は大きな振幅を有する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４の不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２の振幅が同じである場合には、差分信号Ｓ４５の不要成分Ｓ４５−２の振幅はゼロになる。しかし、図５に示すように、不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２の振幅が異なる場合には、不要成分Ｓ４５−２の振幅はゼロでは無い。同期検波器４６はクロック信号Ｓ３１を用いて差分信号Ｓ４５を検波して検波信号Ｓ４６を出力する。具体的には、クロック信号Ｓ３１がハイレベルであるときに差分信号Ｓ４６を反転して、クロック信号Ｓ３１がローレベルであるときに差分信号Ｓ４６を反転せずに出力する。検波信号Ｓ４６はＡ／Ｄ変換器４７でデジタル信号に変換される。ＬＰＦ４８はデジタル信号に変換された検波信号Ｓ４６を平均化して出力信号Ｓ４８として出力端子４９から出力する。差分信号Ｓ４５のセンス成分Ｓ４５−１は同期検波器４６で全波整流されて検波信号Ｓ４６のセンス成分Ｓ４６−１となる。検波信号Ｓ４６のセンス成分Ｓ４６−１はＬＰＦ４８で平均化されることによりセンス成分Ｓ４８−１として出力信号Ｓ４８に含有される。一方、差分信号Ｓ４５の不要成分Ｓ４５−２は同期検波器４６で検波されて検波信号Ｓ４６の不要成分Ｓ４６−１となる。検波信号Ｓ４６の不要成分Ｓ４６−２はＬＰＦ４８で平均化されることにより不要成分Ｓ４８−２として出力信号Ｓ４８に含有される。
【００１９】
位相差Ｄｐｈが９０度である場合には、不要成分Ｓ４６−２がＬＰＦ４８で平均化されることにより不要信号Ｓ４８−２はゼロとなる。しかし、図５に示すように、位相差Ｄｐｈが９０度では無い場合には、不要成分Ｓ４８−２はゼロにはならず、モーションセンサ６０１の出力信号Ｓ４８ではセンス成分４８−１に不要成分Ｓ４８−２が混入してしまい、慣性力を正確に検出することは困難である。位相差Ｄｐｈが９０度である場合でも、不要成分Ｓ４５−２によりセンス成分Ｓ４５−１のための同期検波器４６の入力のダイナミックレンジが小さくなり、Ｓ／Ｎ比の低下等の悪影響が出る。
【００２０】
図１に示す実施の形態におけるモーションセンサ１００１では、検出回路４０のキャンセル信号発生器６０と信号加算器５１、５２により、差分信号Ｓ４５に不要成分Ｓ４５−２を混入させずにセンス成分Ｓ４５−１のみが差分信号Ｓ４５として差動増幅器４５から出力することができる。
【００２１】
図６はキャンセル信号発生器６０のブロック図である。キャンセル信号発生器６０はモニタ信号Ｓ２２の位相と振幅を調整してキャンセル信号Ｓ６０を作成する。キャンセル信号発生器６０は、位相検出部１６３、１６４とレベル検出部１６７、１６８と平均算出部１６５、１６９と調整部１６１Ａとスイッチ１７１とを有する。調整部１６１Ａは位相調整部１６１とレベル調整部１６２とを有する。
【００２２】
位相検出部１６３、１６４はセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４の位相をそれぞれ検出する。平均算出部１６５は位相検出部１６３、１６４で検出された位相の平均値を算出する。位相調整部１６１は算出された位相の平均値に基づいてモニタ信号Ｓ２２の位相を調整する。実施の形態におけるモーションセンサ１００１では、位相検出部１６３は、モニタ信号Ｓ２２の負から正に変化するときのゼロクロス点Ｐ２２−０から、センス信号Ｓ４３の負から正に変化するゼロクロス点Ｐ４３−０までの時間を記憶する。同様に、位相検出部１６３は、モニタ信号Ｓ２２の負から正に変化するときのゼロクロス点Ｐ２２−０から、センス信号Ｓ４４の負から正に変化するゼロクロス点Ｐ４４−０までの時間を記憶する。平均算出部１６５は、ゼロクロス点Ｐ２２−０、Ｐ４３−０間の時間とゼロクロス点Ｐ２２−０、Ｐ４４−０間の時間との平均値を位相の平均値として算出する。レベル検出部１６７、１６８はセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４の振幅であるレベルをそれぞれ検出する。平均算出部１６９は、レベル検出部１６７、１６８で検出されたレベルの平均値を算出する。レベル調整部１６２は、算出されたレベルの平均値に基づいてモニタ信号Ｓ２２の振幅を調整する。位相調整部１６１とレベル調整部１５２はそれぞれモニタ信号Ｓ２２の位相と振幅を調整してキャンセル信号Ｓ６０を発生する。すなわち、調整部１６１Ａはモニタ信号Ｓ２２のレベルと位相を調整してキャンセル信号Ｓ６０を発生する。スイッチ１７１は、調整部１６１Ａに接続された共通端１７１Ａと、枝端１７１Ｂ、１７１Ｃとを有する。共通端１７１Ａは枝端１７１Ｂ、１７１Ｃに選択的に接続される。共通端１７１Ａが枝端１７１Ｂに選択的に接続される、すなわち枝端１７１Ｂに接続され枝端１７１Ｃに非接続にすることにより枝端１７１Ｂからキャンセル信号Ｓ６０が出力され、枝端１７１Ｃからはキャンセル信号Ｓ６０は出力されない。共通端１７１Ａが枝端１７１Ｃに選択的に接続される、すなわち枝端１７１Ｃに接続され枝端１７１Ｂに非接続にすることにより枝端１７１Ｃからキャンセル信号Ｓ６０が出力され、枝端１７１Ｂからはキャンセル信号Ｓ６０は出力されない。
【００２３】
実施の形態におけるモーションセンサ１００１の動作を以下に説明する。図７と図８はモーションセンサ１００１の信号を示す。図７と図８において、図５に示す比較例のモーションセンサ６０１の信号と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７に示す不要成分Ｓ４３−２から不要成分Ｓ４４−２を引いた差分は、図５に示す比較例のモーションセンサ６０１の差分信号Ｓ４５の不要成分Ｓ４５−２と同じである。
【００２４】
まず、モーションセンサ１００１の製造時や使用時で、慣性力がセンサ素子１０に印加されていない状態すなわちセンス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１がゼロの状態で、差分信号Ｓ４５がゼロになるようにスイッチＳ１７１を切替えてかつ調整部１６１Ａを調整することでキャンセル信号Ｓ６０の振幅と位相を調整する。図７に示す信号では、差分信号Ｓ４５がゼロの状態では、キャンセル信号Ｓ６０は不要成分Ｓ４３−２から不要成分Ｓ４４−２を引いた差と同じ振幅を有して、かつ逆の位相を有する。さらに、スイッチ１７１の共通端１７１Ａは枝端１７１Ｃに選択的に接続され、枝端１７１Ｂに非接続にする。これにより信号加算器５２はセンス信号Ｓ４４にキャンセル信号Ｓ６０を加算して加算信号Ｓ５２を出力する。このとき、信号加算器５１はセンス信号Ｓ４３に何も加算せずすなわちゼロを加算して加算信号Ｓ５１としてセンス信号Ｓ４３を出力する。加算信号Ｓ５１から加算信号Ｓ５２を引いた差である差分信号Ｓ４５の不要成分Ｓ４５−２はゼロになる。このときのキャンセル信号Ｓ６０は初期キャンセル信号Ｓｉ６０である。調整部１６１Ａの位相調整部１６１とレベル調整部１６２は初期キャンセル信号Ｓｉ６０の位相と振幅とをそれぞれ記憶する。位相調整部１６１はそのときに平均算出部１６５で算出された位相の平均値も記憶する。レベル調整部１６２は初期キャンセル信号Ｓｉ６０の振幅を記憶する。レベル調整部１６２はそのときに平均算出部１６９で算出されたレベルの平均値も記憶する。実施の形態におけるモーションセンサ１００１では、位相調整部１６１は、モニタ信号Ｓ２２の負から正に変化するときのゼロクロス点Ｐ２２−０から、初期キャンセル信号Ｓｉ６０の負から正に変化するゼロクロス点Ｐｉ６０−０までの時間を記憶する。
【００２５】
振動子１１が駆動振動により振動している状態で角速度等の慣性力がセンサ素子１０に印加されると、センス信号Ｓ４３、Ｓ４４はその慣性力に応じた成分であるセンス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１を含む。平均算出部１６５は平均値を算出するためにセンス信号Ｓ４３、Ｓ４４の位相の和を計算する。センス信号Ｓ４３、Ｓ４４に含まれるセンス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−２は互いに逆の位相を有し、不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２は互いに同じ位相を有する。したがって、平均算出部１６５で算出された位相の平均値は概ね不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２の位相の平均値である。同様に、平均算出部１６９で算出されたレベルの平均値は概ね不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２のレベルの位相の平均値である。よって、センス信号Ｓ４３、Ｓ４４のセンス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１がゼロでない場合でも、初期キャンセル信号Ｓｉ６０は差動増幅器４５の出力する差分信号Ｓ４５の不要成分Ｓ４５−２をキャンセルすることができる。
【００２６】
モーションセンサ１００１の周囲の温度が変化したり、長時間使用したりすると、センサ素子１０の駆動振動の方向や振幅が変化する。これにより、不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２の振幅が変化したり、センス成分Ｓ４３−１、Ｓ４４−１に対する位相差Ｄｐｈが変化したりする場合がある。この場合には、位相検出部１６３、１６４やレベル検出部１６７、１６８で検出された不要成分Ｓ４３−２、Ｓ４４−２の位相やレベルが変化し、平均算出部１６５、１６９で算出された位相やレベルの平均値が変化する。調整部１６１Ａの位相調整部１６１は、平均算出部１６５で算出された位相の平均値に基づいて初期キャンセル信号Ｓｉ６０の位相を変化させ、かつ位相調整部１６２は、平均算出部１６９で算出されたレベルの平均値に基づいて初期キャンセル信号Ｓｉ６０の振幅を変化させてキャンセル信号Ｓ６０を発生する。このように調整部１６１Ａが初期キャンセル信号Ｓｉ６０から位相と振幅を変えてキャンセル信号Ｓ６０を発生してセンス信号Ｓ４３またはセンス信号Ｓ４４に加算することで、差分信号Ｓ４５に含まれる不要成分Ｓ４５−２をキャンセルすることができる。
【００２７】
調整部１６１Ａはモニタ信号Ｓ２２の位相と振幅とを調整してキャンセル信号Ｓ６０を発生する。不要成分Ｓ４３−２から不要成分Ｓ４４−２を引いた差の位相が図７に示す差の逆である場合には、スイッチ１７１の共通端１７１Ａは枝端１７１Ｂに選択的に接続され、枝端１７１Ｃに非接続にする。これにより、調整部１６１Ａの位相調整部１６１での位相の調整範囲を狭くすることができ、高精度に位相を調整して不要成分Ｓ４５−２をキャンセルすることができる。
【００２８】
実施の形態におけるモーションセンサ１００１は角速度を検出するセンサ素子１０を備えて角速度を検出する。実施の形態におけるモーションセンサ１００１は加速度や速度等の角速度以外のモーションを検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明におけるモーションセンサはモーションを高精度に検知でき、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡなどの多機能の小型電子機器に搭載するセンサに広く適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    センサ素子
４０    検出回路
４５    差分増幅器
４６    同期検波器
５１    信号加算部（第１の信号加算部）
５２    信号加算部（第２の信号加算部）
６０    キャンセル信号発生器
１６１Ａ    調整部
１６３    位相検出部（第１の位相検出部）
１６４    位相検出部（第２の位相検出部）
１６５    平均算出部（第１の平均算出部）
１６７    レベル検出部（第１のレベル検出部）
１６８    レベル検出部（第２のレベル検出部）
１６９    平均算出部（第２の平均算出部）
１７１    スイッチ
１７１Ａ    共通端
１７１Ｂ    枝端（第１の枝端）
１７１Ｃ    枝端（第２の枝端）
【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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