JP2010223705A - 物理量検出装置及び物理量検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で０点電圧の調整が可能な物理量検出装置及び物理量検出システムを提供すること。
【解決手段】角速度（所定の物理量の一例）を検出する角速度検出装置１（物理量検出装置の一例）であって、角速度を検出し、角速度に応じた出力電圧信号を出力するセンサー部５０と、出力電圧信号の０点電圧を調整して出力する０点電圧調整部６０と、を含み、０点電圧調整部６０は、所与の期間におけるセンサー部５０の出力電圧信号の電圧を保持する電圧保持部２００と、電圧保持部２００が保持する電圧と基準電圧との差電圧を出力する差電圧出力部２１０と、差電圧に基づいて出力電圧信号のオフセット電圧をキャンセルするオフセット電圧キャンセル部２２０とを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、０点電圧調整機能を有する物理量検出装置及び物理量検出システム等に関する。

従来、様々な物理量を検出する物理量検出装置が知られている。例えば、物理量として角速度を検出する角速度センサーが知られており、角速度センサーにより検出された角速度に基づいてマイクロコンピューター等の制御装置が所定の制御を行う様々なシステムや電子機器が広く利用されている。例えば、カーナビゲーションシステムでは角速度センサーにより検出された角速度に基づいて現在位置が特定され、デジタルカメラでは角速度センサーにより検出された角速度に基づいて手ぶれ補正が行われる。

角速度が０の時のセンサーの出力電圧は「０点電圧」と呼ばれ、角速度センサーは、０点電圧を基準電圧として角速度に応じた電圧の検出信号を出力する。したがって、０点電圧が基準電圧と一致していなければ、制御装置は検出信号に基づいて正確な角速度を計算することができない。そのため、角速度センサーには、検出信号のオフセット電圧をキャンセルして０点電圧を基準電圧と一致させるように調整する回路が組み込まれている。このオフセット電圧はセンサー内部の温度により異なり、また、製造ばらつきによりセンサー毎にオフセット電圧が異なるため、出荷前の検査工程において、センサー毎に例えば２５℃における０点電圧が基準電圧と一致するように調整し、角速度センサーに内蔵された不揮発性メモリーに調整値が書き込まれる。さらに、センサー内部の温度変化によるオフセット電圧の変動分をキャンセルするために、不揮発性メモリーに各温度に対する調整値を書き込んでおき、温度センサーの出力値に応じて調整値を変更する角速度センサーも存在する。そして、従来の角速度センサーでは、出荷後は電源を立ち上げる毎に不揮発性メモリーに書き込まれた調整値が読み出されて検出信号の０点電圧が自動的に調整される。

特開２００８−１０１９７４号公報

しかし、従来のセンサーは、０点電圧の調整値が不揮発性メモリーに記憶されているため、センサーの出荷後、簡単に調整値を変更することができない。そのため、例えば、センサーの経年変化によるオフセット電圧の変動分がキャンセルされず、０点電圧が基準電圧からずれて検出精度が劣化するという問題がある。また、従来のセンサーは、不揮発性メモリーが必要であるためその分だけチップサイズが大きくなる。前記の通り、温度変化によるオフセット電圧の変動分をキャンセルするためには、不揮発性メモリーに多数の調整値を書き込んでおく必要があり、チップサイズがさらに大きくなる。逆に、記憶させる調整値の数を減らして不揮発性メモリーのサイズを小さくすると、温度変化によるオフセット電圧の変動分が精度良くキャンセルされず、検出精度が低くなってしまう。

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、簡易な構成で０点電圧の調整が可能な物理量検出装置及び物理量検出システムを提供することができる。

（１）本発明に係る物理量検出装置は、
所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記物理量を検出し、前記物理量に応じた出力電圧信号を出力するセンサー部と、
前記出力電圧信号の０点電圧を調整して出力する０点電圧調整部と、を含み、
前記０点電圧調整部は、
所与の期間における前記センサー部の出力電圧信号の電圧を保持する電圧保持部と、
前記電圧保持部が保持する電圧と基準電圧との差電圧を出力する差電圧出力部と、
前記差電圧に基づいて前記出力電圧信号のオフセット電圧をキャンセルするオフセット電圧キャンセル部とを含むことを特徴とする。

所定の物理量は、例えば、角速度、加速度、地磁気、圧力等である。

０点電圧は、所定の大きさ（０の場合が多い）の物理量が物理量検出装置に加わった時に物理量検出装置から出力される電圧である。

所与の期間は、例えば、物理量検出装置の起動時からの所定時間であったり、物理量検出装置の起動時から所定の条件（例えば、センサー部が所定の物理量を適切に検出できるものと判定できること）を満たすまでの時間であったり、物理量検出装置の外部から入力されるタイミング信号から所定時間であったりしてもよい。

オフセット電圧キャンセル部は、例えば、差電圧を「電圧保持部が保持する電圧−基準電圧」とした場合には、出力電圧信号から差電圧を減算することによりオフセット電圧をキャンセルしてもよい。また例えば、差電圧を「基準電圧−電圧保持部が保持する電圧」とした場合には、出力電圧信号に差電圧を加算することによりオフセット電圧をキャンセルしてもよい。

本発明によれば、所与の期間における出力電圧信号の電圧と基準電圧とを基に、簡易な構成で０点電圧の調整ができる物理量検出装置を実現できる。

（２）この物理量検出装置は、
前記電圧保持部は、
前記所与の期間においてＯＮ状態となるスイッチ素子と、
前記スイッチ素子がＯＮ状態の期間に前記出力電圧信号の電圧に基づいて充電され、当該電圧を保持する容量素子を含んでもよい。

本発明によれば、電圧保持部を簡易な構成で実現できる。したがって、より簡易な構成で０点電圧の調整ができる物理量検出装置を実現できる。

（３）この物理量検出装置は、
前記電圧保持部は、前記所与の期間を決定するタイミング信号を受け付けてもよい。

本発明によれば、タイミング信号に基づいて所与の期間を任意に設定することができる。

（４）この物理量検出装置は、
前記センサー部は、振動子を含み、
前記振動子の発振状態を検出する発振検出部を含み、
前記発振検出部は、前記発振状態に基づいて前記タイミング信号を出力してもよい。

本発明によれば、振動子の発振状態に基づいて所与の期間を決定することができる。これにより、例えば、所与の期間を、物理量検出装置の起動時から振動子が定常発振状態になるまでの期間とすることができる。

（５）この物理量検出装置は、
前記タイミング信号を外部より入力する１つの外部入力端子を有してもよい。

本発明によれば、物理量検出装置の外部からのタイミング信号に基づいて、任意のタイミングで０点電圧調整が可能になる。

（６）本発明に係る物理量検出システムは、
これらのいずれかの物理量検出装置と、
前記タイミング信号を生成し、前記物理量検出装置に供給する制御装置と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、制御装置からのタイミング信号に基づいて、任意のタイミングで０点電圧調整が可能になる物理量検出システムを簡易な構成で実現できる。

第１実施形態の角速度検出装置の構成について説明するための図。 振動子の平面図。 振動子の動作について説明するための図。 振動子の動作について説明するための図。 角速度検出装置が静止している時の信号波形の一例を示す図。 角速度検出装置に角速度が加わっている時の信号波形の一例を示す図。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、０点電圧調整値設定回路の構成の一例を示す図。 ０点電圧調整回路の信号波形の一例を示す図。 第２実施形態の角速度検出装置及び角速度検出システムの構成について説明するための図。 第３実施形態の角速度検出装置及び角速度検出システムの構成について説明するための図。

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。

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）及び物理量検出システム（角速度検出システム）を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置及びシステムに適用可能である。

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の角速度検出装置１の構成について説明するための図である。

本実施形態の角速度検出装置１は、振動子１００と角速度検出用ＩＣ１０を含む。まず、振動子１００及び角速度検出用ＩＣ１０について順に説明する。

［振動子］
振動子１００は、角速度を検出し、検出した角速度の大きさに応じた信号を出力する。

図２は、振動子１００の平面図である。図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。

図２に示すように、振動子１００は、水晶などの圧電材料の薄板から形成され、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂ（広義には、駆動用振動片）が水晶の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。図１に示すように、駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部出力端子１１、外部入力端子１２を介して駆動回路２０に接続される。

駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ水晶のＸ軸方向に延びる連結腕１０５ａ、１０５ｂを介して検出用基部１０７に接続されている。検出振動腕１０２（広義には、検出振動片）は、検出用基部１０７から水晶のＹ軸方向に延出されている。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。図１に示すように、検出電極１１４、１１５は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部入力端子１３、１４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。

駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に交流電圧／交流電流からなる駆動信号が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは圧電効果によって矢印Ｂのように屈曲振動する。

ここで、振動子１００が水晶のＺ軸を回転軸とした回転運動をすると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向と水晶の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。

そして、これらの屈曲振動に基づいて発生する逆圧電効果によって、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５と共通電極１１６との間には、それぞれ逆方向の交流電圧／交流電流が発生する。以上のようにして、振動子１００は、水晶のＺ軸を検出軸としてコリオリの力に基づく角速度成分を検出し、検出電極１１４、１１５を介して検出信号を出力する。

なお、図２の構成では、振動子１００のバランスを良くするために、検出用基部１０７を中央に配置し、検出用基部１０７から＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に検出振動腕１０２を延出させている。さらに、検出用基部１０７から＋Ｘ軸と−Ｘ軸の両方向に連結腕１０５ａ、１０５ｂを延出させ、連結腕１０５ａ、１０５ｂのそれぞれから、＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂを延出させている。

また、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端を幅広の幅広部１０３にし、さらに、錘を付けることでコリオリの力を大きくしている。また、錘効果によって、所望の共振周波数を、短い振動腕で得ることができる。同様の理由で、検出振動腕１０２の先端を幅広の幅広部１０６にし、さらに、錘を付けている。

なお、振動子１００は、上述のＷＴ型の構成に限らず、例えば、駆動振動腕と検出振動腕とを兼ねる構成であってもよく、また、駆動振動腕や検出振動腕に圧電膜を形成した構成であってもよい。

［角速度検出用ＩＣ］
図１に示すように、角速度検出用ＩＣ１０は、駆動回路２０、検出回路３０、０点電圧調整回路６０を含んで構成されている。

駆動回路２０は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３、２値化回路２４を含んで構成されている。

振動子１００が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動電極１１３から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路２１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路２１は、入力された交流電流を振動子１００の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。

Ｉ／Ｖ変換回路２１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路２２に入力される。ＡＣ増幅回路２２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。

ＡＣ増幅回路２２から出力された交流電圧信号は振幅調整回路２３に入力される。振幅調整回路２３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を振動子１００の駆動電極１１２に出力する。この駆動電極１１２に入力される交流電圧信号（駆動信号）により振動子１００が振動する。

ＡＣ増幅回路２２が増幅した交流電圧信号は２値化回路２４にも入力され、交流電圧信号の振幅中心を基準電圧Ｖ_ｒｅｆとして交流電圧信号と比較し、比較結果に応じて基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも高い電圧レベルと基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも低い電圧レベルを切り替えて方形波電圧信号を生成し、検出回路３０の同期検波回路３５に出力する。

検出回路３０は、チャージアンプ回路３１、３２、差動増幅回路３３、ＡＣ増幅回路３４、同期検波回路３５、平滑回路３６、可変増幅回路３７、フィルター回路３８を含んで構成されている。

チャージアンプ回路３１、３２には、振動子１００により検出された互いに逆位相の検出信号（交流電流）が外部入力端子１３、１４を介して入力される。そして、チャージアンプ回路３１、３２は、入力された検出信号（交流電流）を、基準電圧Ｖ_ｒｅｆを中心とする交流電圧信号に変換する。

差動増幅回路３３はチャージアンプ回路３１の出力信号とチャージアンプ回路３２の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路３３の出力信号は、さらにＡＣ増幅回路３４で増幅される。

同期検波回路３５は、２値化回路２４が出力する参照信号５４を基に、ＡＣ増幅回路３４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。同期検波回路３５は、例えば、方形波電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも高い時はＡＣ増幅回路３４の出力信号をそのまま出力し、方形波電圧信号の電圧レベルが基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも低い時はＡＣ増幅回路３４の出力信号を基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対して反転して出力するスイッチ回路として構成することができる。

同期検波回路３５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路３６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路３７に入力される。

可変増幅回路３７は、平滑回路３６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（又は減衰率）で増幅（又は減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路３７で増幅（又は減衰）された信号は、フィルター回路３８に入力される。

フィルター回路３８は、可変増幅回路３７の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向及び大きさに応じた極性及び電圧レベルの出力電圧信号６４を生成する。

発振検出回路４０（本発明における発振検出部に対応）は、振動子１００及び駆動回路２０における発振状態をモニターし、発振状態に基づいてタイミング信号４２を生成する。例えば、発振検出回路４０は、ＡＣ増幅回路２２の出力信号が入力され、ＡＣ増幅回路２２の出力信号の振幅や周波数に基づいて、振動子１００及び駆動回路２０が定常発振状態であればハイレベル、そうでなければローレベルとなるタイミング信号４２を生成する。

０点電圧調整回路６０は、本発明における０点電圧調整部として機能し、検出回路３０の出力電圧信号６４が入力され、検出信号６２の０点電圧を調整する。検出信号６２は、外部出力端子１６から外部へ出力される。

なお、本発明におけるセンサー部５０は、本実施形態においては、振動子１００、駆動回路２０及び検出回路３０を含んで構成され、角速度に応じた出力電圧信号６４を出力する。

図５は、角速度検出装置１が静止している時の図１のＡ点〜Ｉ点における信号波形の一例を示す図である。図５において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。

振幅調整回路２３の出力（Ａ点）には基準電圧Ｖ_ｒｅｆを中心とする交流電圧信号（駆動信号）が発生し、この駆動信号が振動子１００の駆動電極１１２に供給されて振動子１００が振動し、ＡＣ増幅回路２２の出力（Ｂ点）には振動子１００の駆動電極１１３からフィードバックされた信号が増幅された交流電圧信号が発生し、２値化回路２４の出力（Ｃ点）には駆動信号と同じ周波数の参照信号５４が発生する。

振動子１００は静止しているので、検出電極１１４、１１５にはコリオリ力に基づく交流電流は発生しないが、駆動信号の漏れ成分による交流電流が発生する。

振動子１００の検出電極１１４に発生した交流電流はチャージアンプ回路３１により交流電圧信号に変換され、チャージアンプ回路３１の出力（Ｄ点）には２値化回路２４の出力信号（Ｃ点の信号）と同じ周波数の正弦波電圧信号が発生する。この正弦波電圧信号の位相は２値化回路２４の出力信号（Ｃ点の信号）に対して位相が９０°ずれている。

振動子１００の検出電極１１５に発生する交流電流は検出電極１１４に発生する交流電流に対して逆位相であるので、チャージアンプ回路３２の出力（Ｅ点）にはチャージアンプ回路３１の出力信号（Ｄ点の信号）に対して逆位相の正弦波電圧信号が発生する。

チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｄ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｅ点の信号）は差動増幅され、ＡＣ増幅回路３４の出力（Ｆ点）には、チャージアンプ回路３１の出力（Ｄ点）に発生する正弦波電圧信号と同位相の正弦波電圧信号が発生する。

ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｆ点の信号）は、同期検波回路３５により２値化回路２４の出力信号（Ｃ点の信号）に基づいて同期検波され、同期検波回路３５の出力（Ｇ点）には、ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｆ点の信号）が全波整流された信号が発生する。

同期検波回路３５の出力（Ｇ点）は平滑回路３６により平滑化され、さらに、可変増幅回路３７、フィルター回路３８により処理される。角速度検出装置１が静止しているので、理想的にはフィルター回路３８の出力電圧信号（Ｈ点）として基準電圧Ｖ_ｒｅｆの直流電圧信号が発生すべきだが、実際には、各回路のオフセット等の影響により、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対してオフセット電圧分だけ高い（又は低い）出力電圧信号が発生する。

０点電圧調整回路６０によりこのオフセット電圧がキャンセルされ、０点電圧調整回路６０の出力（Ｉ点）には基準電圧Ｖ_ｒｅｆの検出信号６２が発生する。すなわち、０点電圧調整回路６０により、検出信号６２の０点電圧が基準電圧Ｖ_ｒｅｆに調整される。

一方、図６は、角速度検出装置１に角速度が加わっている時の図１のＡ点〜Ｉ点における信号波形の一例を示す図である。図６において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。

Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の信号波形は、図５と同じであるので、その説明を省略する。

振動子１００にＺ軸を中心とする角速度が加わると、振動子１００の検出電極１１４、１１５にはコリオリ力に基づく交流電流が発生する。

振動子１００の検出電極１１４に発生した交流電流はチャージアンプ回路３１により交流電圧信号に変換され、チャージアンプ回路３１の出力（Ｄ点）には２値化回路２４の出力信号（Ｃ点の信号）と同じ位相の正弦波電圧信号が発生する。そして、チャージアンプ回路３２の出力（Ｅ点）にはチャージアンプ回路３１の出力信号（Ｄ点の信号）に対して逆位相の正弦波電圧信号が発生する。

チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｄ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｅ点の信号）は差動増幅され、ＡＣ増幅回路３４の出力（Ｆ点）には、チャージアンプ回路３１の出力（Ｄ点）に発生する正弦波電圧信号と同位相の正弦波電圧信号が発生する。

ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｆ点の信号）は、同期検波回路３５により２値化回路２４の出力信号（Ｃ点の信号）に基づいて同期検波され、同期検波回路３５の出力（Ｇ点）には、ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｆ点の信号）が全波整流された信号が発生する。なお、振動子１００の検出電極１１４、１１５には、駆動信号の漏れ成分による交流電流も発生するが、図示を省略している。

同期検波回路３５の出力信号（Ｇ点の信号）は平滑回路３６により平滑化され、さらに、可変増幅回路３７、フィルター回路３８により処理される。その結果、フィルター回路３８の出力（Ｈ点）にも基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも高い電圧の信号が発生する。

前述の通り、フィルター回路３８の出力電圧信号６４（Ｈ点の信号）はオフセット電圧分の誤差を含むが、０点電圧調整回路６０によりオフセット電圧がキャンセルされ、０点電圧調整回路６０の出力（Ｉ点）には角速度に応じた電圧の検出信号６２が発生する。

なお、角速度検出装置１に図６と逆方向の角速度が加わった場合には、チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｄ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｅ点の信号）がともに１８０°反転した波形になる。そのため、検出信号６２は基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも低い電圧の信号になる。

このようにして角速度検出装置１は角速度を検出することができる。そして、検出信号６２は、その電圧レベルがコリオリの力の大きさ（角速度の大きさ）に比例し、その極性が回転方向により決まるので、例えばマイクロコンピューター等により、検出信号６２に基づいて角速度検出装置１に加えられた角速度を計算することができる。

［０点電圧調整回路の構成］
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、０点電圧調整回路６０の構成の一例を示す図である。

本実施形態における０点電圧調整回路６０は、電圧保持部２００を含む。電圧保持部２００は、所与の期間におけるセンサー部５０の出力電圧信号６４の電圧を保持する。本実施形態において、電圧保持部２００は、スイッチ素子２０２と容量素子２０４を含んで構成されている。スイッチ素子２０２は、所与の期間においてＯＮ状態となり、他の期間においてＯＦＦ状態となる。容量素子２０４は、スイッチ素子２０２がＯＮ状態の期間に出力電圧信号６４の電圧に基づいて充電され、当該電圧を保持する。

なお、本実施形態においては、所与の期間を、角速度検出装置１の起動時から、振動子１００及び駆動回路２０が定常発振状態になるまでの期間とした場合について説明する。

本実施形態における０点電圧調整回路６０は、差電圧出力部２１０を含む。差電圧出力部２１０は、電圧保持部２００が保持する電圧と基準電圧Ｖ_ｒｅｆとの差電圧を出力する。本実施形態においては、差電圧出力部２１０は、差電圧として「電圧保持部２００が保持する電圧−基準電圧Ｖ_ｒｅｆ」を出力する。

本実施形態における０点電圧調整回路６０は、減算部２２０（本発明におけるオフセット電圧キャンセル部に対応）を含む。減算部２２０は、出力電圧信号６４から、差電圧出力部２１０が出力する差電圧を減算して検出信号６２として出力する。

本実施形態における０点電圧調整回路６０は、スイッチ素子２３０を含んでもよい。スイッチ素子２３０は、減算部２２０の反転入力端子側の接続先を、差電圧出力部２１０の出力端子と接地電位との間で切り換える。

電圧保持部２００のスイッチ素子２０２は、所与の期間を決定するタイミング信号４２を受け付けてもよい。本実施形態においては、電圧保持部２００のスイッチ素子２０２の制御端子でタイミング信号４２を受け付ける。スイッチ素子２０２は、タイミング信号４２がローレベルの場合にはＯＮ状態に、ハイレベルの場合にはＯＦＦ状態に切り換わるように構成されている。

また、スイッチ素子２３０は、所与の期間を決定するタイミング信号４２を受け付けてもよい。本実施形態においては、スイッチ素子２３０の制御端子でタイミング信号４２を受け付ける。スイッチ素子２３０は、タイミング信号４２がローレベルの場合には、減算部２２０の反転入力端子側の接続先を接地電位に、タイミング信号４２がハイレベルの場合には、減算部２２０の反転入力端子側の接続先を差電圧出力部２１０の出力端子に切り換える。

図７（Ａ）にはタイミング信号４２がローレベルの場合における０点電圧調整回路６０の回路状態、図７（Ｂ）にはタイミング信号４２がハイレベルの場合における０点電圧調整回路６０の回路状態を示している。

［０点電圧調整回路の動作例］
図８は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す０点電圧調整回路６０のＪ点〜Ｎ点における信号波形の一例を示す図である。図８において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、角速度検出装置１は静止しているものとする。

時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間（本発明における所与の期間に対応、以下「第１期間」と記載）では、タイミング信号４２（Ｊ点の信号）はローレベル、時刻ｔ１以降の期間（以下「第２期間」と記載）ではハイレベルである。

角速度検出装置１が静止しているので、理想的には出力電圧信号６４（Ｋ点の信号）として基準電圧Ｖ_ｒｅｆの直流電圧信号が発生すべきだが、実際には、各回路のオフセット等の影響により、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対してオフセット電圧Ｖ_ｅ分だけ高い（又は低い）出力電圧信号が発生する。図８に示す例では、基準電圧Ｖ_ｒｅｆに対してオフセット電圧Ｖ_ｅ分だけ高い出力電圧信号６４（電圧Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｅ）が、０点電圧調整の基準となる出力電圧信号として０点電圧調整回路６０に入力されている。

第１期間では、スイッチ素子２０２はＯＮ状態であるので、容量素子２０４には出力電圧信号６４（電圧Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｅ）に基づいて充電される（Ｌ点の信号）。

第２期間では、スイッチ素子２０２はＯＦＦ状態であるので、容量素子２０４は、第１期間に充電された電圧（電圧Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｅ）を保持する（Ｌ点の信号）。また、差電圧出力部２１０は、電圧保持部２００の容量素子２０４が保持する電圧（電圧Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｅ）と基準電圧Ｖ_ｒｅｆとの差電圧（電圧Ｖ_ｅ）を出力する（Ｍ点の信号）。減算部２２０は、出力信号電圧６４（電圧Ｖ_ｒｅｆ＋Ｖ_ｅ）から差電圧（電圧Ｖ_ｅ）を減算して検出信号６２（電圧Ｖ_ｒｅｆ）を出力する（Ｎ点の信号）。

これにより、角速度検出装置１が静止している場合の検出信号６２が基準電圧Ｖ_ｒｅｆに調整される。すなわち、検出信号６２の０点電圧が基準電圧Ｖ_ｒｅｆに調整される。

このように、本実施形態の角速度検出装置１によれば、複雑な演算等も必要なく、簡易な構成で０点電圧の調整ができる。また、経年変化によるオフセット電圧の変動分や温度変化によるオフセット電圧の変動分も含めて０点電圧の調整ができる。

２．第２実施形態
図９は、第２実施形態の角速度検出装置２及び角速度検出検出システム４の構成について説明するための図である。なお、図１〜図８を用いて説明した角速度検出装置１と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る角速度検出システム４は、角速度検出装置２とマイクロコンピューター８（本発明における制御装置に対応）を含む。角速度検出装置２は、センサー部５０と０点電圧調整回路６０を含む。本実施形態において、０点電圧調整回路６０は、図７を用いて説明した回路構成である。

マイクロコンピューター８は、タイミング信号７２を生成し、外部入力端子１５を介して角速度検出装置２の０点電圧調整回路６０に供給する。例えば、マイクロコンピューター８がユーザー操作に基づく操作信号を受け付け、操作信号に基づいてタイミング信号４２を供給してもよい。また例えば、角速度検出装置２が静止していることが分かっているタイミング（例えば、カーナビゲーションシステムの主制御部から得られる情報に基づいて角速度検出装置２が静止していることが判定できたタイミング）でタイミング信号４２を供給してもよい。

タイミング信号７２は、例えば、０点電圧調整回路６０に０点電圧調整における基準となる出力電圧信号６４の入力を開始させるタイミングから所定時間経過までの期間（本発明における所与の期間に対応）においてハイレベル、他の期間においてローレベルである信号であってもよい。この場合、スイッチ素子２０２は、タイミング信号７２がハイレベルの期間にＯＮ状態、ローレベルの期間にＯＦＦ状態に切り換わるように構成する。また、スイッチ素子２２０は、タイミング信号７２がハイレベルの期間に接地電位に、ローレベルの期間に差電圧出力部２１０の出力端子側に切り換わるように構成する。

なお、本実施形態では、タイミング信号７２が供給される信号線にはプルダウン抵抗７０が付加されており、タイミング信号７２に基づく０点調整を全く行わない場合は、外部入力端子１５をオープンにしておいてもよい。

また、角速度検出装置２の外部出力端子１６から検出信号６２が出力され、ローパスフィルター６によりノイズ成分が除去され、増幅回路４を介してマイクロコンピューター８に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路に入力されてもよい。マイクロコンピューター８は、増幅回路４から入力された信号に基づいて検出結果を解析し、解析結果に応じた種々の制御を行ってもよい。

このように構成した角速度検出装置２及び角速度検出システム４においては、マイクロコンピューター８から供給されるタイミング信号７２に基づいて、任意のタイミングで０点電圧調整が可能になる。

３．第３実施形態
図１０は、第３実施形態の角速度検出装置３及び角速度検出システム５の構成について説明するための図である。なお、図１〜図９を用いて説明した角速度検出装置１、角速度検出装置２及び角速度検出システム４と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態の角速度検出装置３及び角速度検出システム５は、発振検出回路４０（本発明における発振検出部に対応）が出力するタイミング信号４２とマイクロコンピューター８（本発明における制御装置に対応）から供給されるタイミング信号７２の両方に基づいて所与の期間を決定する。

本実施形態の角速度検出装置３は、ＡＮＤ回路７４を含む。ＡＮＤ回路７４は、タイミング信号４２とタイミング信号７２の反転信号との論理積をタイミング信号７６として０点電圧調整回路６０に出力する。

上述のように、発振検出回路４０が出力するタイミング信号４２は所与の期間にローレベルとなり、マイクロコンピューター８から供給されるタイミング信号７２は所与の期間にハイレベルとなる。したがって、本実施形態ではタイミング信号７２の方を反転して用いているが、タイミング信号４２の方を反転して用いてもよい。

本実施形態では、図７に示す０点電圧調整回路６０のスイッチ素子２０２は、タイミング信号７６がローレベルの期間にＯＮ状態、ハイレベルの期間にＯＦＦ状態に切り換わるように構成する。また、スイッチ素子２２０は、タイミング信号７６がローレベルの期間に接地電位に、ハイレベルの期間に差電圧出力部２１０の出力端子側に切り換わるように構成する。

このように構成した角速度検出装置３及び角速度検出システム５においては、発振検出回路４０が出力するタイミング信号４２とマイクロコンピューター８から供給されるタイミング信号７２の両方に基づいて０点電圧調整が可能になる。

なお、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。

例えば、図１、図９、図１０では、０点電圧調整回路６０は、フィルター回路３８の後段に接続されているが、これに限らず、０点における出力電圧がフラットになる他の箇所に接続されていてもよい。

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。

１，２，３ 角速度検出装置、４，５ 角速度検出システム、６ ローパスフィルター、７ 増幅回路、８ マイクロコンピューター、１０ 角速度検出用ＩＣ、１１ 外部出力端子、１２〜１５ 外部入力端子、１６ 外部出力端子、２０ 駆動回路、２１ Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）、２２ ＡＣ増幅回路、２３ 振幅調整回路、２４ ２値化回路、３０ 検出回路、３１ チャージアンプ回路、３２ チャージアンプ回路、３３ 差動増幅回路、３４ ＡＣ増幅回路、３５ 同期検波回路、３６ 平滑回路、３７ 可変増幅器、３８ フィルター回路、４０ 発振検出回路、４２ タイミング信号、５０ センサー部、５４ 参照信号、６０ ０点電圧調整回路、６２ 検出信号、６４ 出力電圧信号、７０ プルダウン抵抗、７２ タイミング信号、７４ ＡＮＤ回路、７６ タイミング信号、１００振動子、 １０１ａ 駆動振動腕、１０１ｂ 駆動振動腕、１０２ 検出振動腕、１０３ 幅広部、１０４ａ 駆動用基部、１０４ｂ 駆動用基部、１０５ａ 連結腕、１０５ｂ 連結腕、１０６ 幅広部、１０７ 検出用基部、１１２ 駆動電極、１１３ 駆動電極、１１４ 検出電極、１１５ 検出電極、１１６ 共通電極、２００ 電圧保持部、２０２ スイッチ素子、２０４ 容量素子、２１０ 差電圧出力部、２２０ 減算部、２３０ スイッチ素子

Claims (6)

1. 所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、
   前記物理量を検出し、前記物理量に応じた出力電圧信号を出力するセンサー部と、
   前記出力電圧信号の０点電圧を調整して出力する０点電圧調整部と、を含み、
   前記０点電圧調整部は、
   所与の期間における前記センサー部の出力電圧信号の電圧を保持する電圧保持部と、
   前記電圧保持部が保持する電圧と基準電圧との差電圧を出力する差電圧出力部と、
   前記差電圧に基づいて前記出力電圧信号のオフセット電圧をキャンセルするオフセット電圧キャンセル部とを含むことを特徴とする物理量検出装置。
2. 請求項１に記載の物理量検出装置において、
   前記電圧保持部は、
   前記所与の期間においてＯＮ状態となるスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子がＯＮ状態の期間に前記出力電圧信号の電圧に基づいて充電され、当該電圧を保持する容量素子を含むことを特徴とする物理量検出装置。
3. 請求項１及び２のいずれかに記載の物理量検出装置において、
   前記電圧保持部は、前記所与の期間を決定するタイミング信号を受け付けることを特徴とする物理量検出装置。
4. 請求項３に記載の物理量検出装置において、
   前記センサー部は、振動子を含み、
   前記振動子の発振状態を検出する発振検出部を含み、
   前記発振検出部は、前記発振状態に基づいて前記タイミング信号を出力することを特徴とする物理量検出装置。
5. 請求項３に記載の物理量検出装置において、
   前記タイミング信号を外部より入力する１つの外部入力端子を有することを特徴とする物理量検出装置。
6. 請求項５に記載の物理量検出装置と、
   前記タイミング信号を生成し、前記物理量検出装置に供給する制御装置と、を含むことを特徴とする物理量検出システム。

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