(57)【要約】【課題】従来よりも姿勢演算の精度を向上させることが可能な信号処理回路を提供すること。【解決手段】物理量検出素子の出力信号に基づいて第１の物理量信号を生成する検出回路と、前記第１の物理量信号を出力可能な第１の端子と、第２〜第Ｎ（Ｎ≧２）の物理量信号を入力可能な第２の端子と、前記第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行可能な姿勢演算部と、を含む、信号処理回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量検出素子の出力信号に基づいて第１の物理量信号を生成する検出回路と、
前記第１の物理量信号を出力可能な第１の端子と、
第２〜第Ｎ（Ｎ≧２）の物理量信号を入力可能な第２の端子と、
前記第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行可能な姿勢演算部と、を含む、信号処理回路。
【請求項２】
前記姿勢演算部は、クォータニオンを用いて前記姿勢演算を行う、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記姿勢演算部は、前記姿勢演算として、前記第１〜第Ｎの物理量信号の各々を積分して第１〜第Ｎの角度を算出する、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記姿勢演算部は、回転行列を用いて前記姿勢演算を行う、請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記物理量検出素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路を含み、
前記姿勢演算部は、前記駆動信号に基づくクロック信号を用いて前記姿勢演算を行う、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項６】
前記第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係の設定情報を記憶する記憶部を含み、
前記姿勢演算部は、前記設定情報を用いて前記姿勢演算を行う、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項７】
前記第１〜第Ｎの物理量信号の各々は角速度信号である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項８】
加速度検出素子及び地磁気検出素子の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記姿勢演算部による前記姿勢演算を補正する補正処理部を含む、請求項６又は７に記載の信号処理回路。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の信号処理回路と、前記物理量検出素子と、を備えている物理量検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の物理量検出装置をＮ個備え、
第１の前記物理量検出装置が備えている前記信号処理回路の前記第２の端子と、第２〜第Ｎの前記物理量検出装置の各々が備えている前記信号処理回路の前記第１の端子とが電気的に接続され、
前記第１の前記物理量検出装置が備えている前記信号処理回路の前記姿勢演算部が前記姿勢演算を行う、姿勢演算装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の姿勢演算装置を備えている、電子機器。
【請求項１２】
請求項１０に記載の姿勢演算装置を備えている、移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理回路、物理量検出装置、姿勢演算装置、電子機器及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットや車両等の移動体の姿勢に応じて各種の制御を行うシステムでは、移動体に取り付けられた角速度センサー等の各種のセンサーが検出するデータを用いて移動体の姿勢を演算する姿勢演算装置が用いられる。例えば、特許文献１には、３軸上の角速度、加速度及び地磁気をそれぞれ計測する角速度センサー、加速度センサー及び磁気センサーと、これらのセンサーの計測値を基にクォータニオンの推定値を算出する演算処理部とを備えた小型姿勢センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２００１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の姿勢演算装置では、姿勢演算を行う処理部（ＣＰＵ（Central Processing Unit）等）が、移動体に取り付けられた各種のセンサーと通信して３軸分のデータを取得し、取得した３軸分のデータを用いて姿勢演算を行うため、姿勢演算のレートを３軸分のデータの受信レートよりも高くすることができない。すなわち、従来の姿勢演算装置では、処理部とセンサーとの間の通信レートに依存して姿勢演算の周期が長くなり、姿勢演算の精度を向上させることが難しいという問題がある。
【０００５】
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、従来よりも姿勢演算の精度を向上させることが可能な信号処理回路、物理量検出装置及び姿勢演算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、当該姿勢演算装置を用いた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】
【０００６】
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。
【０００７】
［適用例１］
本適用例に係る信号処理回路は、物理量検出素子の出力信号に基づいて第１の物理量信号を生成する検出回路と、前記第１の物理量信号を出力可能な第１の端子と、第２〜第Ｎ（Ｎ≧２）の物理量信号を入力可能な第２の端子と、前記第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行可能な姿勢演算部と、を含む。
【０００８】
従来の姿勢演算装置が外部装置と通信して第１〜第Ｎの物理量信号を取得して姿勢演算を実行するのに対して、本適用例に係る信号処理回路は、検出回路が生成した第１の物理量信号及び第２の端子を介して外部から取得した第２〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行する。すなわち、本適用例に係る信号処理回路は、外部装置と通信して第１の物理量信号を取得する必要がなく、また、外部から第２〜第Ｎの物理量信号を取得するのと並行して、検出回路が第１の物理量信号を生成することができるので、第１〜第Ｎの物理量信号を取得する時間を短くすることができる。その結果、本適用例に係る信号処理回
路によれば、従来よりも姿勢演算の周期が短くなり、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【０００９】
また、本適用例に係る信号処理回路は、第１の端子から第１の物理量信号を出力可能であるとともに、第２の端子から第２〜第Ｎの物理量信号を入力可能であるので、第２の端子から入力される物理量信号を用いて姿勢演算を実行する回路（マスター）として機能することも、姿勢演算に用いられる物理量信号を出力する回路（スレーブ）として機能することもできる。従って、例えば、第１の信号処理回路の第２の端子と第２〜第Ｎの信号処理回路の各々の第１の端子とを電気的に接続することにより、第１の信号処理回路が第１の物理量信号を生成し、かつ、第２〜第Ｎの信号処理回路から第２〜第Ｎの物理量信号を取得して、姿勢演算を実行する姿勢演算装置を構成することができる。このような姿勢演算装置は、同じ構成のＮ個の信号処理回路を用いて実現することができるので、開発コストを削減することができる。
【００１０】
［適用例２］
上記適用例に係る信号処理回路において、前記姿勢演算部は、クォータニオンを用いて前記姿勢演算を行ってもよい。
【００１１】
［適用例３］
上記適用例に係る信号処理回路において、前記姿勢演算部は、前記姿勢演算として、前記第１〜第Ｎの物理量信号の各々を積分して第１〜第Ｎの角度を算出してもよい。
【００１２】
［適用例４］
上記適用例に係る信号処理回路において、前記姿勢演算部は、回転行列を用いて前記姿勢演算を行ってもよい。
【００１３】
［適用例５］
上記適用例に係る信号処理回路は、前記物理量検出素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路を含み、前記姿勢演算部は、前記駆動信号に基づくクロック信号を用いて前記姿勢演算を行ってもよい。
【００１４】
本適用例に係る信号処理回路によれば、物理量検出素子を駆動するための駆動信号は、ＣＲ発振回路やリングオシレーターなどを用いて発生させたクロック信号よりも周波数偏差が小さいので、駆動信号に基づくクロック信号を用いることにより、姿勢演算の精度を向上させることができる。例えば、相対的に周波数偏差が大きいクロック信号に基づいてサンプリングされた物理量信号を用いた姿勢演算において、相対的に周波数偏差が小さい駆動信号に基づくクロック信号を用いてサンプリング周期（時間積分の周期）を補正することにより、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【００１５】
［適用例６］
上記適用例に係る信号処理回路は、前記第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係の設定情報を記憶する記憶部を含み、前記姿勢演算部は、前記設定情報を用いて前記姿勢演算を行ってもよい。
【００１６】
本適用例に係る信号処理回路によれば、設定情報を変更することにより、第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係を変更することができるので、汎用性の高い信号処理回路を実現することができる。
【００１７】
［適用例７］
上記適用例に係る信号処理回路において、前記第１〜第Ｎの物理量信号の各々は角速度
信号であってもよい。
【００１８】
［適用例８］
上記適用例に係る信号処理回路は、加速度検出素子及び地磁気検出素子の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記姿勢演算部による前記姿勢演算を補正する補正処理部を含んでもよい。
【００１９】
本適用例に係る信号処理回路によれば、姿勢演算の誤差（例えば、積分誤差）を加速度検出素子及び地磁気検出素子の少なくとも一方の出力信号を用いて補正することができるので、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【００２０】
［適用例９］
本適用例に係る物理量検出装置は、上記のいずれかの信号処理回路と、物理量検出素子と、を備えている。
【００２１】
従来の姿勢演算装置が外部装置と通信して第１〜第Ｎの物理量信号を取得して姿勢演算を実行するのに対して、本適用例に係る物理量検出装置では、信号処理回路が、検出回路が生成した第１の物理量信号及び第２の端子を介して外部から取得した第２〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行する。すなわち、本適用例に係る物理量検出装置は、外部装置と通信して第１の物理量信号を取得する必要がなく、また、外部から第２〜第Ｎの物理量信号を取得するのと並行して、検出回路が第１の物理量信号を生成することができるので、第１〜第Ｎの物理量信号を取得する時間を短くすることができる。その結果、本適用例に係る物理量検出装置によれば、従来よりも姿勢演算の周期が短くなり、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【００２２】
［適用例１０］
本適用例に係る姿勢演算装置は、上記の物理量検出装置をＮ個備え、第１の前記物理量検出装置が備えている前記信号処理回路の前記第２の端子と、第２〜第Ｎの前記物理量検出装置の各々が備えている前記信号処理回路の前記第１の端子とが電気的に接続され、前記第１の前記物理量検出装置が備えている前記信号処理回路の前記姿勢演算部が前記姿勢演算を行う。
【００２３】
本適用例によれば、第１の物理量検出装置が備える第１の信号処理回路が第１の物理量信号を生成し、かつ、第２の端子を介して、第２〜第Ｎの物理量検出装置がそれぞれ備える第２〜第Ｎの信号処理回路の第１の端子から出力される第２〜第Ｎの物理量信号を取得して、姿勢演算を実行する姿勢演算装置を構成することができる。
【００２４】
そして、本適用例に係る姿勢演算装置では、第１の物理量検出装置が備える信号処理回路は、外部装置と通信して第１の物理量信号を取得する必要がなく、また、第２〜第Ｎの物理量検出装置から第２〜第Ｎの物理量信号を取得するのと並行して、検出回路が第１の物理量信号を生成することができるので、第１〜第Ｎの物理量信号を取得する時間を短くすることができる。その結果、本適用例に係る姿勢演算装置によれば、従来よりも姿勢演算の周期が短くなり、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、本適用例に係る姿勢演算装置は、同じ構成のＮ個の物理量検出装置を用いて実現することができるので、開発コストを削減することができる。
【００２６】
［適用例１１］
本適用例に係る電子機器は、上記の姿勢演算装置を備えている。
【００２７】
［適用例１２］
本適用例に係る移動体は、上記の姿勢演算装置を備えている。
【００２８】
これらの適用例によれば、従来よりも姿勢演算の精度を向上させることが可能な姿勢演算装置を備えているので、例えば、信頼性の高い電子機器及び移動体を実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】物理量検出素子の振動片の平面図。
【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】物理量検出素子の動作について説明するための図。
【図５】駆動回路の構成例を示す図。
【図６】姿勢演算部の構成例を示す図。
【図７】第１インターフェース回路を介した通信フォーマットの一例を示す図。
【図８】第１インターフェース回路を介した通信フォーマットの一例を示す図。
【図９】第１インターフェース回路を介した通信フォーマットの一例を示す図。
【図１０】第２インターフェース回路を介した通信フォーマットの一例を示す図。
【図１１】第２インターフェース回路を介した通信フォーマットの一例を示す図。
【図１２】レジスターのアドレスマップの一例を示す図。
【図１３】図１２に示した書き込み可能な各アドレスのデータ構成を示す図。
【図１４】不揮発性メモリーのアドレスマップの一例を示す図。
【図１５】図１４に示した各アドレスのデータ構成を示す図。
【図１６】変形例の物理量検出装置の機能ブロック図。
【図１７】本実施形態の姿勢演算装置の構成例を示す図。
【図１８】姿勢演算のタイムチャートの一例を示す図。
【図１９】本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。
【図２０】電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。
【図２１】本実施形態の移動体の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
以下では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置（角速度検出装置）を例にとり説明する。
【００３２】
１．物理量検出装置
１−１．本実施形態
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、物理量に関わるアナログ信号を出力する物理量検出素子（センサー素子）２と信号処理回路３を含んで構成されている。
【００３３】
物理量検出素子２は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動片は気密性が確保されたパッケージに封止されている。本実施形態では、物理量検出素子２は、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動片を有する。
【００３４】
図２は、本実施形態の物理量検出素子２の振動片の平面図である。物理量検出素子２は
、例えば、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の振動片を有する。水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。
【００３５】
図２に示すように、物理量検出素子２の振動片は、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂが＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１０１ａの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１２及び１１３が形成されており、駆動振動腕１０１ｂの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１３及び１１２が形成されている。駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、図１に示した信号処理回路３のＤＳ端子，ＤＧ端子を介して駆動回路２０に接続される。
【００３６】
駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕１０５ａ、１０５ｂを介して矩形状の検出用基部１０７に接続されている。
【００３７】
検出振動腕１０２は、検出用基部１０７から＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１０２の上面には検出電極１１４及び１１５が形成されており、検出振動腕１０２の側面には共通電極１１６が形成されている。検出電極１１４、１１５は、それぞれ、図１に示した信号処理回路３のＳ１端子，Ｓ２端子を介して検出回路３０に接続される。また、共通電極１１６は接地される。
【００３８】
駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。
【００３９】
この状態で、物理量検出素子２の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図４に示すように、連結腕１０５ａ、１０５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕１０２は、連結腕１０５ａ、１０５ｂの振動（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕１０２の屈曲振動と駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれている。
【００４０】
ところで、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂが屈曲振動（励振振動）をするときの振動エネルギーの大きさ又は振動の振幅の大きさが２本の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂで等しければ、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの振動エネルギーのバランスがとれており、物理量検出素子２に角速度がかかっていない状態では検出振動腕１０２は屈曲振動しない。ところが、２つの駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの振動エネルギーのバランスがくずれると、物理量検出素子２に角速度がかかっていない状態でも検出振動腕１０２に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、コリオリ力に基づく振動と同様に矢印Ｄの屈曲振動であるが、駆動信号とは同位相である。
【００４１】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５に発生する。ここで、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ（言い換えれば、物理量検出素子２に加わる角速度の大きさ）に応じて変化する。一方、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、物理量検出素子２に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
【００４２】
なお、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端には、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂより
も幅の広い矩形状の錘部１０３が形成されている。駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端に錘部１０３を形成することにより、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕１０２の先端には、検出振動腕１０２よりも幅の広い錘部１０６が形成されている。検出振動腕１０２の先端に錘部１０６を形成することにより、検出電極１１４、１１５に発生する交流電荷を大きくすることができる。
【００４３】
以上のようにして、物理量検出素子２は、Ｚ軸を検出軸としてコリオリ力に基づく交流電荷（角速度成分）と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷（振動漏れ成分）とを検出電極１１４、１１５を介して出力する。この物理量検出素子２は、角速度を検出する角速度センサーとして機能する。
【００４４】
図１に戻り、本実施形態の信号処理回路３は、基準電圧回路１０、駆動回路２０、検出回路３０、姿勢演算部４０、クロック生成回路５０、記憶部６０、第１インターフェース回路７０及び第２インターフェース回路８０を含んで構成されており、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）であってもよい。なお、本実施形態の信号処理回路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。
【００４５】
基準電圧回路１０は、信号処理回路３のＶＤＤ端子より供給される電源電圧から基準電圧ＶＲ１，ＶＲ２などの定電圧や定電流を生成し、駆動回路２０や検出回路３０に供給する。
【００４６】
駆動回路２０は、物理量検出素子２を駆動する（励振振動させる）ための駆動信号ＤＲＶを生成し、ＤＳ端子を介して物理量検出素子２の駆動電極１１２に供給する。また、駆動回路２０は、物理量検出素子２の励振振動により駆動電極１１３に発生する発振電流がＤＧ端子を介して入力され、この発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号ＤＲＶの振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路２０は、駆動信号ＤＲＶと位相が同じ検波信号ＳＤＥＴを生成し、検出回路３０に出力する。
【００４７】
図５は、駆動回路２０の構成例を示す図である。図５に示すように、駆動回路２０は、Ｉ／Ｖ変換回路２１、ローパスフィルター２２、ハイパスフィルター２３、コンパレーター２４、全波整流回路２５、積分器２６、コンパレーター２７及びコンパレーター２８を含んで構成されている。なお、本実施形態の駆動回路２０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。
【００４８】
Ｉ／Ｖ変換回路２１、ローパスフィルター２２、ハイパスフィルター２３、コンパレーター２４、全波整流回路２５、コンパレーター２７及びコンパレーター２８は、基準電圧回路１０から供給される基準電圧ＶＲ１を基準に動作する。基準電圧ＶＲ１は、アナロググランド電圧であり、例えば、ＶＤＤ端子から供給される電源電圧の１／２の電圧である。また、積分器２６は、基準電圧回路１０から供給される基準電圧ＶＲ２を基準に動作する。
【００４９】
Ｉ／Ｖ変換回路２１は、物理量検出素子２の励振振動により発生し、ＤＧ端子を介して入力された発振電流を交流電圧信号に変換する。
【００５０】
ローパスフィルター２２は、Ｉ／Ｖ変換回路２１の出力信号の高周波成分を除去し、ハイパスフィルター２３は、ローパスフィルター２２の出力信号の低周波成分（オフセットなど）を除去する。ローパスフィルター２２とハイパスフィルター２３によってバンドパスフィルターが構成され、物理量検出素子２の励振振動により生じる信号を通過させる。
【００５１】
コンパレーター２４は、ハイパスフィルター２３の出力信号の電圧を基準電圧ＶＲ１と比較して２値化信号を生成する。この２値化信号は、ハイレベルの電圧が積分器２６の出力電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧（０Ｖ）である。そして、コンパレーター２４の出力信号は、駆動信号ＤＲＶとして、ＤＳ端子を介して物理量検出素子２に供給される。駆動信号ＤＲＶの周波数（駆動周波数）を物理量検出素子２の共振周波数と一致させることで、物理量検出素子２を安定発振させることができる。
【００５２】
全波整流回路２５は、Ｉ／Ｖ変換回路２１の出力信号を整流（全波整流）して直流化された信号を出力する。
【００５３】
積分器２６は、基準電圧ＶＲ２を基準に、全波整流回路２５の出力電圧を積分して出力する。この積分器２６の出力電圧は、全波整流回路２５の出力電圧が高いほど（Ｉ／Ｖ変換回路２１の出力信号の振幅が大きいほど）低くなる。従って、発振振幅が大きいほど、コンパレーター２４の出力信号（駆動信号ＤＲＶ）のハイレベルの電圧が低くなり、発振振幅が小さいほど、コンパレーター２４の出力信号（駆動信号ＤＲＶ）のハイレベルの電圧が高くなるので、発振振幅が一定に保持されるように自動利得制御（ＡＧＣ：Auto Gain Control）がかかる。
【００５４】
コンパレーター２７は、ハイパスフィルター２３の出力信号の電圧を増幅して２値化信号（方形波電圧信号）を生成し、検波信号ＳＤＥＴとして出力する。この検波信号ＳＤＥＴは、ハイレベルの電圧が電源電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧（０Ｖ）である。
【００５５】
コンパレーター２８は、ハイパスフィルター２３の出力信号の電圧を増幅して２値化信号（方形波電圧信号）を生成し、クロック信号ＣＫＦとして出力する。このクロック信号ＣＫＦは、ハイレベルの電圧が電源電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧（０Ｖ）である。
【００５６】
図１に戻り、検出回路３０は、ＱＶアンプ３１、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ：Programmable Gain Amplifier）３２、同期検波回路３３、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路３４及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）３５を含んで構成されている。なお、本実施形態の検出回路３０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。
【００５７】
ＱＶアンプ３１は、Ｓ１端子を介して、物理量検出素子２の検出電極１１４から、角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷（検出電流）が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。また、ＱＶアンプ３１は、Ｓ２端子を介して、物理量検出素子２の検出電極１１５から、角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷（検出電流）が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。検出電極１１４からＱＶアンプ３１に入力される交流電荷と検出電極１１４からＱＶアンプ３１に入力される交流電荷は互いに逆位相（位相差が１８０°）であり、ＱＶアンプ３１から出力される２つの信号も互いに逆位相である。
【００５８】
可変ゲインアンプ３２は、ＱＶアンプ３１から出力される２つの信号をそれぞれ増幅又は減衰させて、所望の電圧レベルの２つの信号を出力する。可変ゲインアンプ３２から出力される２つの信号は、互いに逆位相である。
【００５９】
同期検波回路３３は、駆動回路２０が出力する検波信号ＳＤＥＴを用いて、可変ゲインアンプ３２から出力される２つの信号（被検波信号）のそれぞれに含まれる角速度成分を
同期検波する。同期検波回路３３は、例えば、検波信号ＳＤＥＴがハイレベルの時は可変ゲインアンプ３２から出力される２つの信号をそのまま出力し、検波信号ＳＤＥＴがローレベルの時は可変ゲインアンプ３２から出力される２つの信号をそれぞれ基準電圧ＶＲ１に対して反転した２つの信号を出力する回路として構成することができる。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換回路３４は、クロック生成回路５０が生成するクロック信号ＡＤＣＣＬＫに同期して動作し、同期検波回路３３が出力する２つの信号の差信号の電圧値をデジタルデータ（角速度データ）に変換して出力する。このＡ／Ｄ変換回路３４から出力されるデジタルデータは、所定のレート（例えば、１．５ｋＨｚ）で順次更新される。Ａ／Ｄ変換回路３４は、例えば、デルタシグマ型や逐次比較型のＡ／Ｄ変換回路であってもよい。
【００６１】
ＤＳＰ３５は、クロック生成回路５０が生成するクロック信号ＤＳＰＣＬＫに同期して動作し、Ａ／Ｄ変換回路３４から出力されるデジタルデータ（角速度データ）をフィルタリングする処理等を行う。ＤＳＰ３５による高速なデジタルフィルタリング処理等を実現するため、クロック信号ＤＳＰＣＬＫの周波数は、Ａ／Ｄ変換回路３４の出力レート（例えば、１．５ｋＨｚ）よりも十分高く、例えば、４００ｋＨｚ程度である。このＤＳＰ３５から出力されるデジタルデータの値は、物理量検出素子２が検出した角速度ω１を表し、所定のレート（例えば、１．５ｋＨｚ）で順次更新される。また、ＤＳＰ３５は、当該デジタルデータの値ω１が更新されたことを示すフラグ信号ＤＲＤＹを出力する。
【００６２】
そして、ＤＳＰ３５から出力されるデジタルデータが検出回路３０の出力データとなる。このように、検出回路３０は、物理量検出素子２の出力信号に基づいて第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度データ）を生成して出力する回路である。
【００６３】
姿勢演算部４０は、第１〜第Ｎ（Ｎ≧２）の物理量信号に基づいて姿勢演算を実行可能である。本実施形態では、第１〜第Ｎの物理量信号は角速度信号であり、姿勢演算部４０は、検出回路３０（ＤＳＰ３５）から第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）を取得し、記憶部６０（レジスター６１）から第２〜第Ｎの物理量信号としてのＮ−１個のデジタルデータ（角速度ω２〜ωＮ）を取得する。そして、姿勢演算部４０は、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）に記憶されている、第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係の設定情報を用いて、取得した第１〜第Ｎの物理量信号（角速度ω２〜ωＮ）の各々の検出軸を認識し、姿勢演算を行う。
【００６４】
本実施形態では、姿勢演算部４０は、クォータニオンを用いて姿勢演算を行う。あるいは、姿勢演算部４０は、姿勢演算として、第１〜第Ｎの物理量信号の各々を積分して第１〜第Ｎの角度を算出する。姿勢演算部４０が、クォータニオンを用いて姿勢演算を行うか、姿勢演算として第１〜第Ｎの角度を算出するかは、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）に記憶されている設定情報により決定される。また、本実施形態では、姿勢演算部４０による姿勢演算を許可又は禁止に設定することが可能であり、姿勢演算部４０は、許可に設定された場合に、クロック生成回路５０が生成するクロック信号ＭＣＬＫに同期して姿勢演算を行い、禁止に設定された場合は姿勢演算を行わない。
【００６５】
例えば、姿勢演算部４０は、第１〜第３（Ｎ＝３のケース）の物理量信号に基づいて３次元の姿勢演算を行うのであれば、検出回路３０から、第１の物理量信号として角速度ω１を表すデジタルデータ（角速度データ）を所定の周期Δｔ（例えば、１／１．５ｋＨｚ≒０．６７ｍｓ）で順次取得する。また、姿勢演算部４０は、記憶部６０から、第２の物理量信号として角速度ω２を表すデジタルデータ（角速度データ）を所定の周期Δｔ（例えば、０．６７ｍｓ）で順次取得する。さらに、姿勢演算部４０は、記憶部６０から、第３の物理量信号として角速度ω３を表すデジタルデータ（角速度データ）を周期Δｔ（例えば、０．６７ｍｓ）で順次取得する。また、姿勢演算部４０は、記憶部６０（不揮発性
メモリー６２）に記憶されている、第１〜第３の物理量信号と、第１〜第３の検出軸として互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸との対応関係の設定情報を用いて、例えば、第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）をｘ軸回りの角速度データ（角速度ωｘ）と認識し、第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）をｙ軸回りの角速度データ（角速度ωｙ）と認識し、第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）をｚ軸回りの角速度データ（角速度ωｚ）と認識する。そして、姿勢演算部４０は、ｘ軸回りの角速度ωｘ（＝ω１）、ｙ軸回りの角速度ωｙ（＝ω２）及びｚ軸回りの角速度ωｚ（＝ω３）に基づき、クォータニオンを用いて姿勢演算を行うことができる。例えば、姿勢演算部４０は、３軸分の角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを取得する毎に、式（１）に従ってクォータニオンｑを更新し、更新したクォータニオンｑを式（２）に従って正規化することにより、姿勢演算を行う。
【００６６】
【数１】
2017227591.tif 000003
【００６７】
【数２】
2017227591.tif 000004
【００６８】
あるいは、姿勢演算部４０は、姿勢演算として、ｘ軸回りの角速度ωｘ（＝ω１）を積分してｘ軸の角度を算出し、ｙ軸回りの角速度ωｙ（＝ω２）を積分してｙ軸の角度を算出し、ｚ軸回りの角速度ωｚ（＝ω３）を積分してｚ軸の角度を算出することもできる。
【００６９】
ところで、本実施形態では、クロック信号ＡＤＣＣＬＫ、クロック信号ＤＳＰＣＬＫ及びクロック信号ＭＣＬＫは、クロック生成回路５０において、ＣＲ発振器やリングオシレーター等の発振回路（不図示）の出力信号に基づいて生成されるため、プロセス変動や環境変動により、物理量検出装置１の動作保証温度範囲（例えば、−４０℃〜＋８５℃）において、例えば±１％程度の周波数偏差を有する。そのため、クロック信号ＡＤＣＣＬＫ及びクロック信号ＤＳＰＣＬＫに同期して動作する検出回路３０から出力されるデジタルデータの更新周期、すなわち、式（１）のΔｔが±１％程度の誤差を有するため、姿勢演算の結果も±１％程度の誤差を有することになる。一方、物理量検出素子２は、良好な周波数温度特性を有する水晶等を材料として構成されるため、励振振動の周波数、すなわち、駆動信号ＤＲＶの周波数の偏差は極めて小さく、例えば±０．０１％程度である。そこで、本実施形態では、姿勢演算部４０は、駆動信号ＤＲＶに基づくクロック信号ＣＫＦを用いて姿勢演算を行う。
【００７０】
図６は、クォータニオンを用いて姿勢演算を行う姿勢演算部４０の構成例を示す図である。図６に示すように、姿勢演算部４０は、Ｄフリップフロップ４１Ａ，４１Ｂ、ＮＯＴ回路４２、ＮＯＲ回路４３、カウンター４４、乗算器４５Ａ，４５Ｂ、変換部４６、行列
演算部４７、加算器４８及び正規化部４９を含んで構成されている。なお、図６では、姿勢演算の許可／禁止を制御するための構成は省略されている。
【００７１】
Ｄフリップフロップ４１Ａは、入力端子（Ｄ）にクロック信号ＣＫＦが入力され、クロック端子にクロック信号ＭＣＬＫが入力される。Ｄフリップフロップ４１Ｂは、入力端子（Ｄ）にＤフリップフロップ４１Ａの出力端子（Ｑ）から出力される信号が入力され、クロック端子にクロック信号ＭＣＬＫが入力される。クロック信号ＣＫＦは、クロック信号ＭＣＬＫと非同期であるため、Ｄフリップフロップ４１Ａ，４１Ｂによってクロック信号ＭＣＬＫに同期化される。Ｄフリップフロップ４１Ｃは、入力端子（Ｄ）にＤフリップフロップ４１Ｂの出力端子（Ｑ）から出力される信号（クロック信号ＭＣＬＫに同期化されたクロック信号ＣＫＦ）が入力され、クロック端子にクロック信号ＭＣＬＫが入力される。Ｄフリップフロップ４１Ｃの出力端子（Ｑ）からは、フリップフロップ４１Ｂの出力信号をクロック信号ＭＣＬＫの１周期分遅らせた信号が出力される。
【００７２】
ＮＯＴ回路４２は、Ｄフリップフロップ４１Ｂの出力信号の電圧レベル（ローレベル／ハイレベル）を論理反転した信号を出力する。ＮＯＲ回路４３は、Ｄフリップフロップ４１Ｃの出力信号とＮＯＴ回路４２の出力信号の一方又は両方がハイレベルのときはローレベルとなり、Ｄフリップフロップ４１Ｃの出力信号とＮＯＴ回路４２の出力信号がともにローレベルのときにハイレベルとなる信号を出力する。すなわち、ＮＯＲ回路４３の出力信号には、クロック信号ＣＫＦがローレベルからハイレベルに変化する（立ち上がる）毎に、クロック信号ＭＣＬＫの１周期分だけハイレベルとなる複数のパルスが含まれる。
【００７３】
カウンター４４は、フラグ信号ＤＲＤＹがローレベルのときに、ＮＯＲ回路４３の出力信号のパルス数をカウントしてカウント値を出力し、フラグ信号ＤＲＤＹがハイレベルになるとカウント値を０にリセットする。このカウント値は、クロック信号ＣＫＦとフラグ信号ＤＲＤＹとの周波数比を表している。
【００７４】
乗算器４５Ａは、カウンター４４が出力するカウント値と係数値ＣＯＥＦとの積を計算して出力する。係数値ＣＯＥＦは、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）に記憶されており、式（３）で計算される定数値である。
【００７５】
【数３】
2017227591.tif 000005
【００７６】
式（３）において、ＧＳは、検出回路３０（ＧＳは物理量検出素子２）の検出感度（単位：°／ｓ／ＬＳＢ）である。また、ＦＲＥＱは、クロック信号ＣＫＦの周波数（単位はＨｚ）である。
【００７７】
変換部４６は、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）に記憶されている、第１〜第３の物理量信号とｘ軸、ｙ軸、ｚ軸との対応関係の設定情報に基づいて、３軸の角速度データ（角速度ω１，ω２，ω３）をｘ軸回りの角速度ωｘ、ｙ軸回りの角速度ωｙ及びｚ軸回りの角速度ωｚに変換して出力する。
【００７８】
行列演算部４７は、クロック信号ＭＣＬＫに同期して、ｘ軸回りの角速度ωｘ、ｙ軸回りの角速度及びｚ軸回りの角速度ωｚ（いずれも単位はＬＳＢ）と最新のクォータニオンｑ（各要素ｑｗ，ｑｘ，ｑｙ，ｑｚの単位はラジアン）とを用いて、式（１）の右辺第１項中の行列積の部分を計算して出力する。
【００７９】
乗算器４５Ｂは、行列演算部４７の出力値と乗算器４５Ａの出力値との積を計算して出力する。この乗算器４５Ｂの出力値は、式（１）の右辺第１項の計算値に相当する。
【００８０】
加算器４８は、乗算器４５Ｂの出力値と最新のクォータニオンｑとの和を計算して出力する。この加算器４８の出力値は、式（１）の計算値に相当する。
【００８１】
正規化部４９は、クロック信号ＭＣＬＫに同期して、加算器４８の出力値を、その大きさが１になるように正規化して出力する。この正規化部４９の出力値は、式（２）の計算値に相当し、最新のクォータニオンｑとなる。
【００８２】
このように構成された姿勢演算部４０は、クロック信号ＣＫＦ（例えば、周波数偏差が±０．０１％）とフラグ信号ＤＲＤＹ（例えば、周波数偏差が±１％）との周波数比を求め、当該周波数比を用いてΔｔを補正し、式（１）及び式（２）に従ってクォータニオンｑを計算するので、姿勢演算の精度が向上する。
【００８３】
図１に戻り、記憶部６０は、レジスター６１及び不揮発性メモリー６２を有している。レジスター６１には、第１インターフェース回路７０及び第２インターフェース回路８０を介した外部装置（第１の外部装置）との通信において使用されるアドレスやデータの情報が設定される。また、レジスター６１には、第１インターフェース回路７０及び第２インターフェース回路８０を介した外部装置（第２〜第Ｎの外部装置）との通信によって取得したデータ（例えば、第２〜第Ｎの物理量信号としてのデジタルデータ）や姿勢演算部４０による姿勢演算の結果（例えば、クォータニオンｑ）等が記憶される。
【００８４】
不揮発性メモリー６２には、駆動回路２０や検出回路３０に対する各種のトリミングデータ（調整データや補正データ）や第１インターフェース回路７０及び第２インターフェース回路８０を介した外部との通信を成立させるための各種の情報が記憶されている。不揮発性メモリー６２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。
【００８５】
また、信号処理回路３の電源投入時（ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時）に、不揮発性メモリー６２に記憶されている各種のトリミングデータがレジスター６１に転送されて保持され、レジスター６１に保持された各種のトリミングデータが駆動回路２０や検出回路３０に供給される。
【００８６】
また、前述の通り、本実施形態では、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）には、第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係の設定情報が記憶されており、姿勢演算部４０は、当該設定情報を用いて姿勢演算を行う。
【００８７】
第１インターフェース回路７０は、ＸＣＳ端子、ＳＣＬＫ端子、ＭＯＳI端子及びＭＩＳＯ端子と電気的に接続されており、これらの端子を介して第１の外部装置と通信するための回路である。第１インターフェース回路７０を介した通信では、第１の外部装置がマスターとして機能し、物理量検出装置１（信号処理回路３）がスレーブとして機能する。そして、第１の外部装置は、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１の所定のアドレスにデータを書き込むことや、レジスター６１の所定のアドレスからデータを読み出すことや、各種のコマンドを送信して信号処理回路３の動作を制御することができる。
【００８８】
本実施形態では、第１インターフェース回路７０は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）インターフェース回路とＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース
回路のいずれか一方として機能する。例えば、第１インターフェース回路７０は、ＸＣＳ端子がローレベルのときは、ＳＰＩインターフェース回路として機能し、ＳＣＬＫ端子を介してクロック信号が入力され、ＭＯＳI端子を介してデータ信号が入力され、ＭＩＳＯ端子を介してデータ信号が出力される。また、第１インターフェース回路７０は、ＸＣＳ端子がハイレベルのときは、Ｉ２Ｃインターフェース回路として機能し、ＳＣＬＫ端子を介してクロック信号が入力され、ＭＯＳI端子を介してデータ信号が入出力される。図７〜図９に、第１インターフェース回路７０がＳＰＩインターフェース回路として機能するときの、第１インターフェース回路７０を介した通信フォーマット（ＸＣＳ端子、ＳＣＬＫ端子、ＭＯＳI端子及びＭＩＳＯ端子の信号波形）の一例を示す。図７は、第１の外部装置が、レジスター６１の所定のアドレスにデータを書き込むときの通信フォーマットである。また、図８は、第１の外部装置が、レジスター６１の所定のアドレスからデータを読み出すときの通信フォーマットである。また、図９は、第１の外部装置が所定のコマンドを送信するときの通信フォーマットである。図７〜図９において、Ｒは読み出しビット、Ｗは書き込みビット、Ａ６〜Ａ０は７ビットアドレス、Ｄ７〜Ｄ０は８ビットデータである。
【００８９】
第２インターフェース回路８０は、ＭＳＣＫ端子及びＭＳＤＡ端子と電気的に接続されており、これらの端子を介して第２〜第Ｎの外部装置と通信するための回路である。第２インターフェース回路８０を介した通信では、物理量検出装置１（信号処理回路３）がマスターとして機能し、第２〜第Ｎの外部装置がスレーブとして機能する。そして、物理量検出装置１（信号処理回路３）は、第２インターフェース回路８０を介して、第２〜第Ｎの外部装置が有する記憶部（レジスター）の所定のアドレスにデータを書き込むことや、第２〜第Ｎの外部装置が有する記憶部（レジスター）の所定のアドレスからデータを読み出すことができる。
【００９０】
本実施形態では、第２インターフェース回路８０は、Ｉ２Ｃインターフェース回路として機能し、ＭＳＣＫ端子を介してクロック信号が出力され、ＭＳＤＡ端子を介してデータ信号が入出力される。図１０及び図１１に、第２インターフェース回路８０を介した通信フォーマット（ＭＳＣＫ端子及びＭＳＤＡ端子の信号波形）の一例を示す。図１０は、物理量検出装置１（信号処理回路３）が、第２〜第Ｎの外部装置が有する記憶部（レジスター）の所定のアドレスにデータを書き込むときの信号波形である。また、図１１は、物理量検出装置１（信号処理回路３）が、第２〜第Ｎの外部装置が有する記憶部（レジスター）の所定のアドレスからデータを読み出すときの信号波形である。図１０及び図１１において、Ｓｔａｒｔはスタートコンディション、Ｓｔｏｐはストップコンディション、Ｒｅｓｔａｒｔはリスタートコンディション、ＡＣＫはアクノリッジビット、ＮＡＣＫはノンアクノリッジビット、Ｒは読み出しビット、Ｗは書き込みビット、Ａ７〜Ａ０は８ビットのレジスターアドレス（ＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］）、Ａ６〜Ａ０は７ビットのスレーブアドレス（ＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］）、Ｄ７〜Ｄ０は７ビットの書き込みデータ又は読み出しデータである。
【００９１】
第１インターフェース回路７０を介した第１の外部装置との間の通信は、レジスター６１に記憶される各種の情報に基づいて行われる。また、第２インターフェース回路８０を介した第２〜第Ｎの外部装置との間の通信は、レジスター６１及び不揮発性メモリー６２に記憶される各種の情報に基づいて行われる。
【００９２】
図１２は、レジスター６１のアドレスマップの一例を示す図である。図１２では、アドレスマップの一部のみが示されており、「Ｒ／Ｗ」の欄において、「Ｒ」は読み出しのみ可能であり、「Ｒ／Ｗ」は読み出し及び書き込みが可能であり、「Ｗ（Ｃ）」はコマンドであることを表している。また、図１３は、図１２に示した書き込み可能な各アドレスのデータ構成を示す図である。
【００９３】
第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ０Ａ（レジスターＲＤＧＲ）から第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度データ）を読み出すことができる。このように、物理量検出装置１（信号処理回路３）は、第１の外部装置からの読み出し要求に応じて、ＭＩＳＯ端子（「第１の端子」の一例）から第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度データ）を出力可能に構成されている。なお、第１インターフェース回路７０がＩ２Ｃインターフェース回路として機能する場合は、第１の外部装置からの読み出し要求に応じて、ＭＯＳＩ端子（「第１の端子」の他の一例）から第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度データ）が出力される。
【００９４】
また、第１の外部装置は、例えば、図７に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１１（レジスターＭＣＴＬ）に姿勢演算部４０や第２インターフェース回路８０の設定情報を書き込むことができる。図１３に示すように、アドレス０ｘ１１（レジスターＭＣＴＬ）において、ビット２は、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作を書き込み又は読み出しに設定するためのビットであり、ビット１は、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作の許可又は禁止を設定するためのビットであり、ビット０は、姿勢演算部４０による姿勢演算の許可又は禁止を設定するためのビットである。さらに、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１１（レジスターＭＣＴＬ）から当該設定情報を読み出すこともできる。
【００９５】
また、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１２（レジスターＲＤＡＧ）から姿勢演算部４０の演算結果情報（３軸角度データ又は姿勢データ（例えば、クォータニオンｑ））を読み出すことができる。
【００９６】
また、第１の外部装置は、例えば、図９に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０に、レジスター６１のアドレス０ｘ１３（レジスターＡＧＲＳ）を指定して、姿勢演算部４０の演算結果情報（３軸角度データ又は姿勢データ）をリセットするためのコマンドを送信することができる。第１インターフェース回路７０は、当該コマンドを受信すると、姿勢演算部４０の演算結果情報及び姿勢演算部４０の動作を初期化する。
【００９７】
また、第１の外部装置は、例えば、図９に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０に、レジスター６１のアドレス０ｘ１４（レジスターＭＩ２ＣＳＴ）を指定して、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作を開始させるためのコマンドを送信することができる。
【００９８】
また、第１の外部装置は、例えば、図７に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１５（レジスターＭＩ２ＣＳＡＤ）に、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作による通信で用いられるスレーブアドレス（図１０及び図１１のスレーブアドレスＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］）を書き込むことができる。図１３に示すように、アドレス０ｘ１５（レジスターＭＩ２ＣＳＡＤ）において、ビット６〜０は、７ビットのスレーブアドレスを設定するためのビットである。さらに、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１５（レジスターＭＩ２ＣＳＡＤ）から当該スレーブアドレスを読み出すこともできる。
【００９９】
また、第１の外部装置は、例えば、図７に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１６（レジスターＭＩ２ＣＲＡＤ）に、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作による通信で用いられるレジスターアドレス（図１０及び図１１のレジスターアドレスＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］）を書き込むことができる。図１３に示すように、アドレス０ｘ１６（レジスターＭＩ２ＣＲＡＤ）において、ビット７〜０は、８ビットのレジスターアドレスを設定するためのビットである。さらに、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１６（レジスターＭＩ２ＣＲＡＤ）から当該レジスターアドレスを読み出すこともできる。
【０１００】
また、第１の外部装置は、例えば、図７に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１７（レジスターＭＩ２ＣＤＡＤ）に、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作による通信で用いられる書き込みデータ（図１０の書き込みデータＭＩ２ＣＤＡＤ［７：０］）を書き込むことができる。図１３に示すように、アドレス０ｘ１７（レジスターＭＩ２ＣＤＡＤ）において、ビット７〜０は、８ビットの書き込みデータを設定するためのビットである。さらに、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１７（レジスターＭＩ２ＣＤＡＤ）から当該書き込みデータを読み出すこともできる。
【０１０１】
また、第１の外部装置は、例えば、図８に示した通信フォーマットに従い、第１インターフェース回路７０を介して、レジスター６１のアドレス０ｘ１８（レジスターＭＩ２ＣＲＤ）から、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作による通信で第２〜第Ｎの外部装置から取得した読み出しデータを読み出すことができる。
【０１０２】
図１４は、不揮発性メモリー６２のアドレスマップの一例を示す図である。図１４では、アドレスマップの一部のみが示されている。また、図１５は、図１４に示した各アドレスのデータ構成を示す図である。なお、図１４及び図１５は、信号処理回路３が、第２インターフェース回路８０を介して、第２の外部装置及び第３の外部装置と通信する場合（Ｎ＝３のケース）の例である。
【０１０３】
図１４及び図１５に示すように、不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０１（メモリーＭＩ２ＣＳＡ１）のビット６〜０には、第２の外部装置のスレーブアドレスが記憶され、アドレス０ｘ０２（メモリーＭＩ２ＣＳＡ２）のビット６〜０には、第３の外部装置のスレーブアドレスが記憶されている。また、不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０３（メモリーＭＩ２ＣＲＡ１）のビット７〜０には、第２の外部装置のレジスターにおいて、第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）が記憶されるレジスターアドレスが記憶され、アドレス０ｘ０４（メモリーＭＩ２ＣＲＡ２）のビット７〜０には、第３の外部装置のレジスターにおいて、第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）が記憶されるレジスターアドレスが記憶されている。
【０１０４】
物理量検出装置１（信号処理回路３）は、レジスター６１のアドレス０ｘ１１のビット０（ＭＣＴＬ［０］）が１（姿勢演算部４０による姿勢演算の許可）に設定されている場合、図１１に示した通信フォーマットに従い、スレーブアドレスＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］としてアドレス０ｘ０１に記憶されているスレーブアドレスを用い、レジスターアドレスＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］としてアドレス０ｘ０３に記憶されているレジスターアドレスを用いることにより、第２インターフェース回路８０を介して、第２の外部装置から、読み出しデータＭＩ２ＣＲＤ［６：０］として第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）を読み出す。また、物理量検出装置１（信号処理回路３）は、図１１に示した通信フォーマットに従い、スレーブアドレスＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］としてアドレ
ス０ｘ０２に記憶されているスレーブアドレスを用い、レジスターアドレスＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］としてアドレス０ｘ０４に記憶されているレジスターアドレスを用いることにより、第２インターフェース回路８０を介して、第３の外部装置から、読み出しデータＭＩ２ＣＲＤ［６：０］として第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）を読み出す。このように、物理量検出装置１（信号処理回路３）は、ＭＳＤＡ端子（「第２の端子」の一例）から第２〜第Ｎの物理量信号としてのデジタルデータ（角速度データ）に構成されている。
【０１０５】
また、不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０４（メモリーＡＸＩＳＣＴＬ）のビット２は、姿勢演算部４０による姿勢演算として角度演算とクォータニオン演算のいずれか一方を設定するためのビットである。姿勢演算部４０は、アドレス０ｘ０４のビット２が０であれば角度演算を行い、アドレス０ｘ０４のビット２が１であればクォータニオン演算を行う。
【０１０６】
また、不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０４（メモリーＡＸＩＳＣＴＬ）のビット１〜０は、第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）の検出軸（物理量検出素子２の検出軸）を設定するためのビットである。姿勢演算部４０は、アドレス０ｘ０４のビット１〜０が０であれば、第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）をｘ軸回りの角速度データ（角速度ωｘ）と認識する。この場合、姿勢演算部４０は、第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）をｙ軸回りの角速度データ（角速度ωｙ）と認識し、第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）をｚ軸回りの角速度データ（角速度ωｚ）と認識する。また、姿勢演算部４０は、アドレス０ｘ０４のビット１〜０が１であれば、第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）をｙ軸回りの角速度データ（角速度ωｙ）と認識する。この場合、姿勢演算部４０は、第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）をｘ軸回りの角速度データ（角速度ωｘ）と認識し、第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）をｚ軸回りの角速度データ（角速度ωｚ）と認識する。また、姿勢演算部４０は、アドレス０ｘ０４のビット１〜０が２であれば、第１の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω１）をｚ軸回りの角速度データ（角速度ωｚ）と認識する。この場合、姿勢演算部４０は、第２の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω２）をｘ軸回りの角速度データ（角速度ωｘ）と認識し、第３の物理量信号としてのデジタルデータ（角速度ω３）をｙ軸回りの角速度データ（角速度ωｙ）と認識する。このように、不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０４のビット１〜０は、第１〜第３の物理量信号とｘ軸、ｙ軸、ｚ軸との対応関係の設定情報である。
【０１０７】
以上に説明したように、従来の姿勢演算装置が外部装置と通信して第１〜第Ｎの物理量信号を取得して姿勢演算を実行するのに対して、本実施形態の物理量検出装置１（信号処理回路３）は、検出回路３０が出力する第１の物理量信号及びＭＳＤＡ端子を介して外部装置から取得した第２〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を実行する。すなわち、本実施形態の物理量検出装置１（信号処理回路３）では、検出回路３０が第１の物理量信号を出力するので、外部装置と通信して第１の物理量信号を取得する必要がなく、また、外部装置から第２〜第Ｎの物理量信号を取得するのと並行して、検出回路３０が第１の物理量信号を生成することができるので、第１〜第Ｎの物理量信号を取得する時間を短くすることができる。その結果、本実施形態の物理量検出装置１（信号処理回路３）によれば、従来よりも姿勢演算の周期が短くなり、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【０１０８】
また、本実施形態の物理量検出装置１では、信号処理回路３は、ＭＩＳＯ端子あるいはＭＯＳＩ端子から第１の物理量信号を出力可能であるとともに、ＭＳＤＡ端子から第２〜第Ｎの物理量信号を入力可能であるので、ＭＳＤＡ端子から入力される物理量信号を用いて姿勢演算を実行する回路（マスター）として機能することも、姿勢演算に用いられる物
理量信号を出力する回路（スレーブ）として機能することもできる。従って、例えば、第１の信号処理回路３のＭＳＤＡ端子と第２〜第Ｎの信号処理回路３の各々のＭＯＳＩ端子とを電気的に接続することにより、第１の信号処理回路３が第１の物理量信号を生成し、かつ、第２〜第Ｎの信号処理回路３から第２〜第Ｎの物理量信号を取得して、姿勢演算を実行する姿勢演算装置を構成することができる。このような姿勢演算装置は、同じ構成のＮ個の信号処理回路３を用いて実現することができるので、開発コストを削減することができる。
【０１０９】
また、本実施形態の物理量検出装置１（信号処理回路３）によれば、物理量検出素子２を駆動するための駆動信号ＤＲＶは、クロック生成回路５０が発生させるクロック信号ＡＤＣＣＬＫ，ＤＳＰＣＬＫよりも周波数偏差が小さいので、駆動信号ＤＲＶに基づくクロック信号ＣＫＦを用いることにより、姿勢演算の精度を向上させることができる。すなわち、本実施形態の物理量検出装置１（信号処理回路３）によれば、相対的に周波数偏差が大きいクロック信号ＡＤＣＣＬＫに基づいてサンプリングされた物理量信号を用いた姿勢演算において、相対的に周波数偏差が小さい駆動信号ＤＲＶに基づくクロック信号ＣＫＦを用いてサンプリング周期（時間積分の周期）Δｔを補正することにより、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【０１１０】
本実施形態によれば、記憶部６０（例えば、図１４及び図１５において、不揮発性メモリー６２のアドレス０ｘ０４）に記憶される設定情報を変更することにより、第１〜第Ｎの物理量信号と第１〜第Ｎの検出軸との対応関係を変更することができるので、汎用性の高い物理量検出装置１（信号処理回路３）を実現することができる。
【０１１１】
１−２．変形例
上記の物理量検出装置１（信号処理回路３）では、姿勢演算部４０は、第１〜第Ｎの物理量信号に基づいてクォータニオンを用いて姿勢演算を行い、あるいは、姿勢演算として、第１〜第Ｎの物理量信号の各々を積分して第１〜第Ｎの角度を算出するが、姿勢演算部４０は、姿勢演算として、第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて回転行列を用いて姿勢演算を行ってもよい。この変形例の物理量検出装置１（信号処理回路３）では、例えば、姿勢演算部４０は、３軸の角速度データ（角速度ω１，ω２，ω３）を取得する毎に、記憶部６０（不揮発性メモリー６２）に記憶されている、第１〜第３の物理量信号とｘ軸、ｙ軸、ｚ軸との対応関係の設定情報に基づいて、Δｔごとに、角速度ω１，ω２，ω３をｘ軸回りの角速度ωｘ、ｙ軸回りの角速度ωｙ及びｚ軸回りの角速度ωｚに変換して式（４）で表される回転行列を計算し、当該回転行列と現在の姿勢ベクトルとの積を計算することにより姿勢ベクトルを更新する。
【０１１２】
【数４】
2017227591.tif 000006
【０１１３】
また、上記の物理量検出装置１（信号処理回路３）において、姿勢演算部４０による姿勢演算を補正するようにしてもよい。図１６は、この変形例の物理量検出装置１の機能ブロック図である。図１６において、本実施形態の物理量検出装置１（図１）と同様の構成要素には同じ符号を付しており、その説明を省略する。図１６に示す変形例の物理量検出装置１は、本実施形態の物理量検出装置１（図１）に対して、補正処理部９０が付加された構成である。
【０１１４】
補正処理部９０は、加速度検出素子及び地磁気検出素子の少なくとも一方の出力信号に基づいて、姿勢演算部４０による姿勢演算を補正する。例えば、加速度検出素子が信号処理回路３の不図示の端子と電気的に接続され、補正処理部９０は、当該不図示の端子を介して、加速度検出素子の出力信号を受け取り、当該加速度検出素子の出力信号に基づいて姿勢演算部４０による姿勢演算を補正してもよい。また、例えば、補正処理部９０は、第１インターフェース回路７０あるいは第２インターフェース回路８０を介して外部装置から加速度検出素子の出力信号を受け取り、当該加速度検出素子の出力信号に基づいて姿勢演算部４０による姿勢演算を補正してもよい。同様に、例えば、地磁気検出素子が信号処理回路３の不図示の端子と電気的に接続され、補正処理部９０は、当該不図示の端子を介して、地磁気検出素子の出力信号を受け取り、当該地磁気検出素子の出力信号に基づいて姿勢演算部４０による姿勢演算を補正してもよい。また、例えば、補正処理部９０は、第１インターフェース回路７０あるいは第２インターフェース回路８０を介して外部装置から地磁気検出素子の出力信号を受け取り、当該地磁気検出素子の出力信号に基づいて姿勢演算部４０による姿勢演算を補正してもよい。
【０１１５】
例えば、補正処理部９０は、姿勢演算部４０による姿勢演算の結果から重力加速度ベクトルを推定し、加速度検出素子の出力信号から重力加速度ベクトルを算出し、拡張カルマンフィルターを用いて、推定した重力加速度ベクトルと算出した重力加速度ベクトルとの差に基づいて、第１〜第Ｎの物理量信号の誤差（バイアス）を推定してもよい。また、例えば、補正処理部９０は、姿勢演算部４０による姿勢演算の結果から地磁気ベクトルを推定し、地磁気検出素子の出力信号から地磁気ベクトルを算出し、拡張カルマンフィルターを用いて、推定した地磁気ベクトルと算出した地磁気ベクトルとの差に基づいて、第１〜第Ｎの物理量信号の誤差（バイアス）を推定してもよい。そして、姿勢演算部４０が、補正処理部９０によって推定された誤差（バイアス）が差し引かれた第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を行うことにより、積分誤差が補正され、姿勢演算の精度が向上する。
【０１１６】
２．姿勢演算装置
図１７は、本実施形態の姿勢演算装置の構成例を示す図である。図１７に示すように、本実施形態の姿勢演算装置４は、Ｎ個の物理量検出装置１−１〜１−Ｎを備えている。物理量検出装置１−１〜１−Ｎは、すべて、上述した本実施形態又は変形例の物理量検出装置１であり、各物理量検出装置１−ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）は、物理量検出素子２−ｋ及び信号処理回路３−ｋを備えている。
【０１１７】
物理量検出装置１−１（「第１の物理量検出装置」の一例）が備えている信号処理回路３−１のＭＳＣＫ端子と物理量検出装置１−２〜１−Ｎ（「第２〜第Ｎの物理量検出装置」の一例）の各々が備えている信号処理回路３−２〜３−ＮのＳＣＬＫ端子とが電気的に接続されている。また、物理量検出装置１−１が備えている信号処理回路３−１のＭＳＤＡ端子（「第２の端子」の一例）と物理量検出装置１−２〜１−Ｎの各々が備えている信号処理回路３−２〜３−ＮのＭＯＳＩ端子（「第１の端子」の一例）とが電気的に接続されている。そして、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１の姿勢演算部４０（図１参照））が姿勢演算を行う。
【０１１８】
物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、第１インターフェース回路７０（図１参照）を介して、ホストである制御装置５と通信する。信号処理回路３−１の第１インターフェース回路７０は、ＳＰＩインターフェース回路として機能し、マスターである制御装置５は、例えば、図７〜図９に示した通信フォーマットに従い、スレーブである物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）に対して、データの書き込みやデータの読み出しを行い、あるいは、コマンドを送信する。
【０１１９】
また、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、Ｉ２Ｃインターフェース回路である第２インターフェース回路８０（図１参照）を介して、物理量検出装置１−２〜１−Ｎとそれぞれ通信する。物理量検出装置１−２〜１−Ｎの各々は、第１インターフェース回路７０（図１参照）を介して、物理量検出装置１−１と通信する。信号処理回路３−２〜３−Ｎの各々において、ＸＣＳ端子が電源にプルアップされており、第１インターフェース回路７０は、Ｉ２Ｃインターフェース回路として機能する。マスターである物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、例えば、図１０及び図１１に示した通信フォーマットに従い、スレーブである物理量検出装置１−２〜１−Ｎ（信号処理回路３−２〜３−Ｎ）に対して、データの書き込みやデータの読み出しを行う。
【０１２０】
なお、物理量検出装置１−１から視たとき、制御装置５は、前述の「第１の外部装置」に相当し、物理量検出装置１−２〜１−Ｎは、前述の「第２の外部装置」〜「第Ｎの外部装置」に相当する。
【０１２１】
制御装置５は、姿勢演算装置４から、第１〜第Ｎの物理量信号の値（角速度ω１〜ωＮ）や姿勢の情報（クォータニオンあるいは第１〜第Ｎの角度等）を取得することができる。
【０１２２】
例えば、Ｎ＝３のケースにおいて、物理量検出装置１−１の信号処理回路３−１の記憶部６０（レジスター６１及び不揮発性メモリー６２）が図１２〜図１５に示したアドレスマップのように構成されている場合、制御装置５が姿勢演算装置４から第１〜第３の物理量信号の値（角速度ω１，ω２，ω３）を所定の周期Δｔで取得するための手順は以下のようになる。
【０１２３】
まず、制御装置５は、図７に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１１のビット２（ＭＣＴＬ［２］）とビット１（ＭＣＴＬ［１］）にともに１を書き込み、第２インターフェース回路８０のマニュアル動作を「読み出し」と「許可」に設定する。
【０１２４】
また、制御装置５は、図７に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１６のビット７〜０（レジスターＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］）に０ｘ０Ａを書き込み、信号処理回路３−１の第２インターフェース回路８０のマニュアル動作による通信で用いられるレジスターアドレス（図１０及び図１１のレジスターアドレスＭＩ２ＣＲＡＤ［７：０］）を０ｘ０Ａに設定する。
【０１２５】
次に、制御装置５は、周期Δｔで、図８に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ０Ａ（レジスターＲＤＧＲ）から第１の物理量信号（角速度ω１）を読み出して取得する。
【０１２６】
また、制御装置５は、周期Δｔで、図７に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１５のビット６〜０（レジスターＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］）に物理量検出装置１−２のスレーブアドレスを書き込んだ後、図９に示した通信フォーマットに従い、当該レジスター６１のアドレス０ｘ１４（レジスターＭＩ２ＣＳＴ）を指定して、信号処理回路３−１の第２インターフェース回路８０のマニュアル動作を開始させるためのコマンドを送信する。これにより、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、周期Δｔで、図１１に示した通信フォーマットに従い、物理量検出装置１−２（信号処理回路３−２）のレジスター６１のアドレス０ｘ０Ａから第２の物理量信号（角速度ω２）を読み出して自身のレジスター６１のアドレス０ｘ１８（レジスターＭＩ２ＣＲＤ）に記憶する。
【０１２７】
そして、制御装置５は、周期Δｔで、図８に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１８（レジスターＲＤＧＲ）から第２の物理量信号（角速度ω２）を読み出して取得する。
【０１２８】
また、制御装置５は、周期Δｔで、図７に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１５のビット６〜０（レジスターＭＩ２ＣＳＡＤ［６：０］）に物理量検出装置１−３のスレーブアドレスを書き込んだ後、図９に示した通信フォーマットに従い、当該レジスター６１のアドレス０ｘ１４（レジスターＭＩ２ＣＳＴ）を指定して、信号処理回路３−１の第２インターフェース回路８０のマニュアル動作を開始させるためのコマンドを送信する。これにより、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、周期Δｔで、図１１に示した通信フォーマットに従い、物理量検出装置１−３（信号処理回路３−３）のレジスター６１のアドレス０ｘ０Ａから第３の物理量信号（角速度ω３）を読み出して自身のレジスター６１のアドレス０ｘ１８（レジスターＭＩ２ＣＲＤ）に記憶する。
【０１２９】
そして、制御装置５は、周期Δｔで、図８に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１８（レジスターＲＤＧＲ）から第３の物理量信号（角速度ω３）を読み出して取得する。
【０１３０】
また、例えば、Ｎ＝３のケースにおいて、物理量検出装置１−１の信号処理回路３−１の記憶部６０（レジスター６１及び不揮発性メモリー６２）が図１２〜図１５に示したアドレスマップのように構成されている場合、制御装置５が姿勢演算装置４から姿勢の情報を所定の周期Δｔで取得するための手順は以下のようになる。
【０１３１】
まず、制御装置５は、図７に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１１のビット０（ＭＣＴＬ［０］）に１を書き込み、姿勢演算部４０による姿勢演算を許可する。
【０１３２】
これにより、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、周期Δｔで、図１１に示した通信フォーマットに従い、物理量検出装置１−２（信号処理回路３−２）のレジスター６１のアドレス０ｘ０Ａから第２の物理量信号（角速度ω２）を読み出して自身の記憶部６０（レジスター６１）に記憶する。なお、あらかじめ、信号処理回路３−１の不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ００（メモリーＭＩ２ＣＳＡ１）には物理量検出装置１−２のスレーブアドレスが記憶され、アドレス０ｘ０２（メモリーＭＩ２ＣＲＡ１）には０ｘ０Ａが記憶されており、信号処理回路３−１は、これらの情報を用いて、第２の物理量信号（角速度ω２）を読み出す。
【０１３３】
また、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）は、周期Δｔで、図１１に示した通信フォーマットに従い、物理量検出装置１−３（信号処理回路３−３）のレジスター６１のアドレス０ｘ０Ａから第３の物理量信号（角速度ω３）を読み出して自身の記憶部６０（レジスター６１）に記憶する。なお、あらかじめ、信号処理回路３−１の不揮発性メモリー６２において、アドレス０ｘ０１（メモリーＭＩ２ＣＳＡ２）には物理量検出装置１−３のスレーブアドレスが記憶され、アドレス０ｘ０３（メモリーＭＩ２ＣＲＡ２）には０ｘ０Ａが記憶されており、信号処理回路３−１は、これらの情報を用いて、第３の物理量信号（角速度ω３）を読み出す。
【０１３４】
そして、信号処理回路３−１の姿勢演算部４０は、周期Δｔで、検出回路３０から第１の物理量信号（角速度ω１）を取得し、また、それぞれ周期Δｔで、記憶部６０（レジスター６１）から第２の物理量信号（角速度ω２）及び第３の物理量信号（角速度ω３）を取得し、姿勢演算を行い、姿勢演算の結果の情報をレジスター６１のアドレス０ｘ１２（
レジスターＲＤＡＲ）に記憶する。なお、信号処理回路３−１の姿勢演算部４０は、不揮発性メモリー６２のアドレス０ｘ０４のビット１〜０（ＡＸＩＳＣＴＬ［１：０］）に応じて、第１〜第３の物理量信号（角速度ω１，ω２，ω３）を３軸角速度ωｘ，ωｙ，ωｚに変換し、不揮発性メモリー６２のアドレス０ｘ０４のビット２（ＡＸＩＳＣＴＬ［２］）の設定に応じて、姿勢演算として角度演算又はクォータニオン演算を行う。
【０１３５】
次に、制御装置５は、周期Δｔで、図８に示した通信フォーマットに従い、信号処理回路３−１のレジスター６１のアドレス０ｘ１２（レジスターＲＤＡＲ）から姿勢演算の結果を読み出して取得する。
【０１３６】
図１８に、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）における姿勢演算のタイムチャートの一例を示す。図１８に示すように、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）において、姿勢演算部４０は、第１の物理量信号（角速度ω１）を検出回路３０から取得するため、第２インターフェース回路８０を介して第１の物理量信号（角速度ω１）を取得する必要がない。そのため、本実施形態の姿勢演算装置４では、姿勢演算の周期Δｔは、物理量検出装置１−１（信号処理回路３−１）が、第２インターフェース回路８０を介して、物理量検出装置１−２（信号処理回路３−２）及び物理量検出装置１−３（信号処理回路３−３）からそれぞれ第２の物理量信号（角速度ω２）及び第３の物理量信号（角速度ω３）を取得するのに要する通信時間によって決まる。これに対して、従来の姿勢演算システムでは、ホストである制御装置５が、物理量検出装置１−１〜１−３からそれぞれ第１〜第３の物理量信号（角速度ω１，ω２，ω３）を取得して姿勢演算を行うため、姿勢演算の周期Δｔは、制御装置５が、物理量検出装置１−１〜１−３（信号処理回路３−２）及び物理量検出装置１−３（信号処理回路３−３）から第１〜第３の物理量信号（角速度ω１，ω２，ω３）を取得するのに要する通信時間よりも短くすることができない。すなわち、本実施形態の姿勢演算装置４は、従来の姿勢演算システムよりも短い周期（高いレート）で姿勢演算を行うことができる。
【０１３７】
以上に説明したように、本実施形態によれば、物理量検出装置１−１が備える信号処理回路３−１が第１の物理量信号を生成し、かつ、ＭＳＤＡ端子を介して、物理量検出装置１−２〜１−Ｎがそれぞれ備える信号処理回路３−１〜３−ＮのＭＯＳＩ端子から出力される第２〜第Ｎの物理量信号を取得して、姿勢演算を実行する姿勢演算装置４を構成することができる。
【０１３８】
そして、本実施形態の姿勢演算装置４では、物理量検出装置１−１が備える信号処理回路３−１は、外部装置と通信して第１の物理量信号を取得する必要がなく、また、物理量検出装置１−２〜１−Ｎがそれぞれ備える信号処理回路３−２〜３−Ｎから第２〜第Ｎの物理量信号を取得するのと並行して、検出回路３０が第１の物理量信号を生成することができるので、第１〜第Ｎの物理量信号を取得する時間を短くすることができる。その結果、本実施形態の姿勢演算装置４によれば、従来よりも姿勢演算の周期Δｔが短くなり、姿勢演算の精度を向上させることができる。
【０１３９】
また、本実施形態の姿勢演算装置４は、同じ構成のＮ個の物理量検出装置を用いて実現することができるので、開発コストを削減することができる。
【０１４０】
３．電子機器
図１９は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１９に示すように、本実施形態の電子機器３００は、姿勢演算装置３１０、制御装置（ＭＣＵ）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１９の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成
要素を付加した構成としてもよい。
【０１４１】
姿勢演算装置３１０は、第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を行い、姿勢演算の結果を制御装置（ＭＣＵ）３２０に出力する。姿勢演算装置３１０として、例えば、上述した本実施形態の姿勢演算装置４を適用することができる。
【０１４２】
制御装置（ＭＣＵ）３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、姿勢演算装置３１０に通信信号を発信し、姿勢演算装置３１０の出力信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、制御装置（ＭＣＵ）３２０は、操作部３３０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３６０を制御する処理、表示部３７０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等を行う。
【０１４３】
操作部３３０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制御装置（ＭＣＵ）３２０に出力する。
【０１４４】
ＲＯＭ３４０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０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。
【０１４５】
ＲＡＭ３５０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、制御装置（ＭＣＵ）３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１４６】
通信部３６０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０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。
【０１４７】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０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。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
【０１４８】
姿勢演算装置３１０として、例えば上述した本実施形態の姿勢演算装置４を適用することにより、姿勢演算の精度を向上させることができるので、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１４９】
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、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）、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、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、リアルタイムクロック装置、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。
【０１５０】
図２０は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図２０には、外部機器との接続についても簡易的に示してい
る。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【０１５１】
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、姿勢演算装置３１０を有し、姿勢演算装置３１０の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。
【０１５２】
４．移動体
図２１は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図２１に示す移動体４００は、姿勢演算装置４１０、コントローラー４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図２１の構成要素（各部）の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１５３】
姿勢演算装置４１０、コントローラー４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。
【０１５４】
姿勢演算装置４１０は、第１〜第Ｎの物理量信号に基づいて姿勢演算を行い、姿勢演算の結果をコントローラー４４０，４５０，４６０に出力する。
【０１５５】
コントローラー４４０，４５０，４６０は、それぞれ、姿勢演算装置４１０の出力信号を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う制御装置である。
【０１５６】
ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機（不図示）の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、ＧＰＳの電波が届かない時でも姿勢演算装置４１０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。
【０１５７】
例えば、姿勢演算装置４１０として、上述した各実施形態の姿勢演算装置４を適用することにより、姿勢演算の精度を向上させることができるので、信頼性の高い移動体を実現することができる。
【０１５８】
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１５９】
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。
【０１６０】
例えば、上述した実施形態では、角速度を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置（角速度検出装置）並びに当該物理量検出装置（角速度検出装置）を備えた姿勢演算装置、電子機器及び移動体を例に挙げて説明したが、本発明は、種々の物理量を検出する物理量検出素子を含む物理量検出装置並びに当該物理量検出装置を備えた姿勢演算装置、電子機器及び移動体にも適用することができる。物理量検出素子が検出する物理量は、角速度に限らず、角加速度、加速度、地磁気、傾斜などであってもよい。また、物理量検出素子の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ2）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。また、物理量検出素子は、圧電型の素子に限らず、動電型、静電容量型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の振動式の素子であってもよい。あるいは、物理量検出素子の方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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】
【０１６３】
１…物理量検出装置、２…物理量検出素子、３…信号処理回路、４…姿勢演算装置、５…制御装置、１０…基準電圧回路、２０…駆動回路、２１…Ｉ／Ｖ変換回路、２２…ローパスフィルター、２３…ハイパスフィルター、２４…コンパレーター、２５…全波整流回路、２６…積分器、２７…コンパレーター、２８…コンパレーター、３０…検出回路、３１…ＱＶアンプ、３２…可変ゲインアンプ、３３…同期検波回路、３４…Ａ／Ｄ変換回路、３５…ＤＳＰ、４０…姿勢演算部、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…Ｄフリップフロップ、４２…ＮＯＴ回路、４３…ＮＯＲ回路、４４…カウンター、４５Ａ，４５Ｂ…乗算器、４６…変換部、４７…行列演算部、４８…加算器、４９…正規化部、５０…クロック生成回路、６０…記憶部、６１…レジスター、６２…不揮発性メモリー、７０…第１インターフェース回路、８０…第２インターフェース回路、９０…補正処理部、１０１ａ，１０１ｂ…駆動振動腕、１０２…検出振動腕、１０３…錘部、１０４ａ，１０４ｂ…駆動用基部、１０５ａ，１０５ｂ…連結腕、１０６…錘部、１０７…検出用基部、１１２，１１３…駆動電極、１１４，１１５…検出電極、１１６…共通電極、３００…電子機器、３１０…姿勢演算装置、３１２…駆動回路、３２０…制御装置（ＭＣＵ）、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…姿勢演算装置、４４０，４５０，４６０…コントローラー、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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