JP2019060735A - 検出回路、物理量検出装置、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】物理量の検出範囲が広い検出回路を提供する。【解決手段】検出容量を有する物理量検出素子の検出電極から出力される検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路であって、前記検出信号を電圧に変換して出力する電圧変換回路１０と、電圧変換回路１０の出力信号に基づいて、前記物理量信号を生成する物理量信号生成回路を含み、電圧変換回路１０は、演算増幅器１１と、演算増幅器１１の入力端子と出力端子との間に接続された帰還回路１２を有し、帰還回路１２は、帰還容量１３と、帰還容量１３と直列に接続されたダイオード回路１４を有し、ダイオード回路１４は、第１ダイオード１５と、第２ダイオード１６とを有し、第１ダイオード１５のアノード端子と第２ダイオード１６のカソード端子とが接続され、第１ダイオード１５のカソード端子と第２ダイオード１６のアノード端子とが接続される。【選択図】図６

Description

本発明は、検出回路、物理量検出装置、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器及び移動体に関する。

近年、物理量検出素子に設けられている対向する電極間に生じる静電容量の容量値が物理量（加速度や角速度等）の大きさ及び向きに応じて変化することを利用して物理量を検出する静電容量型の物理量検出装置（物理量センサー）が開発されている。例えば、シリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた静電容量型の加速度検出装置（加速度センサー）や角速度検出装置（角速度センサー）が広く知られている。

このような静電容量型の物理量検出装置において、物理量検出素子から出力される電流（検出信号）を一定の増幅率で電圧に変換し、この電圧信号を処理して物理量の大きさ及び向きに応じた値の物理量信号を生成する場合、物理量の検出範囲（ダイナミックレンジ）を広くすると小さな検出信号に対して生成される物理量信号のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が低下してしまう。

これに対して、特許文献１には、センサー部から入力される信号を対数変換器によって対数変換し、対数変換された信号を処理して加速度を示すデジタル信号を生成することで、ダイナミックレンジを広くできるセンサー装置が開示されている。

特開２００８−１４５２６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセンサー装置では、トランジスターのコレクター電流とベース・エミッター間電圧との間にコレクター電流が対数で表される関係があることを利用して対数変換器が実現されており、対数変換器の面積が比較的大きくなるため、低コスト化には不利である。

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、物理量の検出範囲が広い検出回路及び物理量検出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、当該物理量検出装置を用いることにより、外部に送信される慣性データの精度を向上させることが可能な慣性計測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、当該慣性計測装置を用いることにより、移動体の位置を高精度に測定可能な移動体測位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、当該物理量検出装置を用いることにより、検出された物理量に基づく処理を高精度に行うことが可能な携帯型電子機器、電子機器及び移動体を提供することができる。

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。

［適用例１］
本適用例に係る検出回路は、検出容量と、前記検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、を有する物理量検出素子の前記検出電極から出力される検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路であって、前記検出信号を電圧に変換して出力する電圧変換回路と、前記電圧変換回路の出力信号に基づいて、前記物理量信号を生成する物理量信号生成回路と、を含み、前記電圧変換回路は、演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続された帰還回路と、を有し、前記帰還回路は、帰還容量と、前記帰還容量と直列に接続されたダイオード回路と、を有し、前記ダイオード回路は、第１ダイオードと、第２ダイオードとを有し、前記第１ダイオードのアノード端子と前記第２ダイオードのカソード端子とが接続され、前記第１ダイオードのカソード端子と前記第２ダイオードのアノード端子とが接続されている。

本適用例に係る検出回路では、入力電流が小さいほど、第１ダイオード及び第２ダイオードに流れる順方向電流が小さくなり、帰還回路の容量値が小さくなる（帰還回路のインピーダンス値が大きくなる）ため、演算増幅器の出力電圧の増加量が大きくなる。逆に、入力電流が大きいほど、第１ダイオード及び第２ダイオードに流れる順方向電流が大きくなり、帰還回路の容量値が大きくなる（帰還回路のインピーダンス値が小さくなる）ため、演算増幅器の出力電圧の増加量が小さくなる。すなわち、入力電流が大きいほど出力電圧の増加量が小さくなる入出力特性を有する入力レンジの広い電圧変換回路が実現されるので、この電圧変換回路によって、物理量検出素子の検出電極から出力される電流（検出信号）を、広い電流範囲において必要なＳ／Ｎ比を確保しながら飽和することなく電圧信号に変換することができる。従って、本適用例に係る検出回路によれば、この電圧変換回路の出力信号に基づいて物理量信号が生成されるので、物理量の検出範囲を広くすることができる。

［適用例２］
上記適用例に係る検出回路において、前記検出信号の振幅が大きいほど、前記電圧変換回路の利得が小さくてもよい。

本適用例に係る検出回路では、検出信号の振幅が大きいほど、電圧変換回路の利得が小さいので、演算増幅器の出力電圧の増加量が小さくなる。逆に、検出信号の振幅が小さいほど、電圧変換回路の利得が大きいので、演算増幅器の出力電圧の増加量が大きくなる。従って、本適用例に係る検出回路によれば、入力レンジの広い電圧変換回路が実現されるので、電圧変換回路の出力信号に基づいて物理量信号を生成することにより、物理量の検出範囲を広くすることができる。

［適用例３］
上記適用例に係る検出回路において、物理量信号生成回路は、前記電圧変換回路の出力信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた電圧のアナログ信号を生成するアナログ処理回路と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル信号をデジタル処理して前記物理量信号を生成するデジタル処理回路と、を含み、前記デジタル処理回路は、前記検出信号の振幅と前記物理量信号の値との関係を線形に近づける処理を行ってもよい。

デジタル処理回路は、あらかじめ記憶部に記憶されている情報（検出信号の振幅と物理量信号の値との関係を示すテーブル又は計算式）に基づいて、前記検出信号の振幅と前記物理量信号の値との関係を線形に近づける処理を行ってもよい。

本適用例に係る検出回路によれば、非線形な入出力特性を有する入力レンジの広い電圧変換回路の出力信号に基づいて生成されるデジタル信号に対して、デジタル処理回路が、検出信号の振幅と物理量信号の値との関係を線形に近づける処理（逆変換処理）を行うので、物理量信号を用いる外部装置において当該逆変換処理を行う必要がなく、外部装置の負荷を低減させることができる。

［適用例４］
本適用例に係る物理量検出装置は、上記のいずれかの検出回路と、前記物理量検出素子を駆動する駆動回路と、前記物理量検出素子と、を含む。

本適用例に係る物理量検出装置によれば、検出回路において入力レンジの広い電圧変換回路が実現され、物理量検出素子の検出電極から出力される検出信号がこの電圧変換回路によって変換された電圧に基づいて物理量信号が生成されるので、精度よく検出可能な物理量の検出範囲を広くすることができる。

［適用例５］
本適用例に係る慣性計測装置は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号を取得し、前記物理量信号を処理する信号処理回路と、前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、を含む。

本適用例に係る慣性計測装置によれば、物理量検出装置によって精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広くなるので、外部に送信される慣性データの精度を向上させることができる。

［適用例６］
本適用例に係る移動体測位装置は、移動体に搭載され、前記移動体の位置を測定する移動体測位装置であって、上記の慣性計測装置と、測位用衛星から衛星信号を受信し、前記衛星信号に重畳されている測位用情報を取得する衛星信号受信部と、前記測位用情報に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出部と、前記慣性計測装置から出力される前記慣性データに基づいて、前記移動体の姿勢を算出する姿勢算出部と、前記姿勢に基づいて前記位置を補正する位置補正部と、を含む。

本適用例に係る移動体測位装置によれば、慣性計測装置により精度の高い慣性データが得られるので、移動体の位置を高精度に測定することができる。

［適用例７］
本適用例に係る携帯型電子機器は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置が収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記物理量検出装置からの出力データを処理する処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含む。

本適用例に係る携帯型電子機器によれば、物理量検出装置によって精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広くなるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく処理を高精度に行うことができる。

［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて演算処理を行う演算処理装置と、を含む。

本適用例に係る電子機器によれば、物理量検出装置によって精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広くなるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく演算処理を高精度に行うことができる。

［適用例９］
本適用例に係る移動体は、上記の物理量検出装置と、前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて姿勢の制御を行う姿勢制御部と、を含む。

本適用例に係る移動体によれば、物理量検出装置によって精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広くなるので、物理量検出装置によって検出された物理量に基づく姿勢制御を高精度に行うことができる。

本実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図。 物理量検出素子の構造例を示す図。 物理量検出素子の動作について説明するための図。 Ｑ／Ｖアンプの入力電流と利得との関係の一例を示す図。 Ｑ／Ｖアンプの入力電流と出力電圧との関係の一例を示す図。 Ｑ／Ｖアンプの具体的な構成例を示す図。 本実施形態の慣性計測装置の構成例を示す図。 本実施形態の移動体測位装置の構成例を示す図。 本実施形態の電子機器の機能ブロック図。 電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図。 電子機器の一例である腕装着型の携帯機器の外観の一例を示す図。 電子機器の一例であるリスト機器（腕時計型の活動計）の外観の一例を示す図。 リスト機器（腕時計型の活動計）の機能ブロック図。 本実施形態の移動体の一例を示す斜視図。

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、物理量として加速度を検出する物理量検出装置（加速度検出装置）を例にとり説明する。

１．物理量検出装置
［物理量検出装置の構成及び動作］
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、物理量検出素子２と、制御回路３とを含む。

物理量検出素子は、所定の方向に加わった物理量（ここでは加速度）に応じたアナログ信号（検出信号）を出力する素子である。物理量検出素子２は、検出容量と、検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、を有し、検出電極から検出信号を出力する。以下で例示する物理量検出素子２は、第１検出容量と、第２検出容量と、第１検出容量の一端及び第２検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、第１検出容量の他端と電気的に接続される第１駆動電極と、第２検出容量の他端と電気的に接続される第２駆動電極と、を有し、検出電極から検出信号を出力する。

図２は、このような物理量検出素子２の構造例を示す図（平面図）である。図２に示すように、物理量検出素子２は、固定部２００と、可動部２１０とを有する。固定部２００は、不図示の基板に固定されている部材である。可動部２１０は、加速度に応じて変位する構造体であり、錘部２１１とばね部２１２とを有する。ばね部２１２は、一端が基板に固定されており、他端は錘部２１１に接続されている。錘部２１１は、ばね部２１２により支持されている。

図３に示すように、物理量検出素子２に加速度ａが加わると、質量ｍの錘部２１１には、Ｆ＝ｍａの力Ｆが働く。この力Ｆにより、ばね部２１２は変形し、錘部２１１は固定部２００に対して相対的に変位する。

錘部２１１は、可動電極２１１Ａおよび可動電極２１１Ｂを有する。固定部２００は、固定電極２０１〜２０４を有する。可動電極２１１Ａは固定電極２０１，２０２の間に配置され、可動電極２１１Ｂは固定電極２０３，２０４の間に配置される。物理量検出素子２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）等の半導体材料と、半導体加工技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で形成される。

ここで、可動電極２１１Ａと固定電極２０１とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０３とのペアとを、第１容量形成部５と称する。同様に、可動電極２１１Ａと固定電極２０２とのペアと、可動電極２１１Ｂと固定電極２０４とのペアとを、第２容量形成部６と称する。物理量検出素子２は、第１容量形成部５の一端と第２容量形成部６の一端とに共通に接続されている端子９と、第１容量形成部５の他端と接続されている端子７と、第２容量形成部６の他端と接続されている端子８とを含む。図３に示す加速度ａ（力Ｆ）が作用したとき、第１容量形成部５の容量値は減少する一方で、第２容量形成部６の容量値は増大する。逆に、図３と反対方向の加速度ａ（力Ｆ）が作用したとき、第１容量形成部５の容量値は増大する一方で、第２容量形成部６の容量値は減少する。このため、端子７，８から互いに逆相の駆動信号を供給し、第１容量形成部５の他端及び第２容量形成部６の他端に電荷を供給した状態で錘部２１１に加速度ａが作用すると、第１容量形成部５の一端及び第２容量形成部６の一端から、端子９を介して、加速度ａの大きさ及び向きに応じた量の電荷（交流電流）が出力される。

図１及び図２の構成例では、第１容量形成部５及び第２容量形成部６がそれぞれ第１検出容量及び第２検出容量に相当する。また、端子７、端子８及び端子９がそれぞれ第１駆動電極、第２駆動電極及び検出電極に相当する。

図１に戻り、制御回路３は、Ｑ／Ｖアンプ１０、可変ゲインアンプ２０、ローパスフィルター３０、Ａ／Ｄ変換回路４０、デジタル処理回路５０、発振回路６０、クロック生成回路７０、駆動回路１００、インターフェース回路１１０及び記憶部１２０を含む。図示が省略されているが、制御回路３は、高電位側の電源電圧ＶＤＤ（例えば３．０Ｖ）と低電位側の電源電圧ＶＳＳ（例えば、０Ｖ）が供給されて動作する。この制御回路３は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）であってもよい。なお、本実施形態の制御回路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。

発振回路６０は、クロック信号ＭＣＬＫを出力する。例えば、ＣＲ発振器やリングオシレーター等であってもよい。

クロック生成回路７０は、クロック信号ＭＣＬＫに基づいて、各種のクロック信号（クロック信号ＤＲＶＣＬＫ，ＳＭＰＣＬＫ，ＤＳＰＣＬＫ）を生成する。

駆動回路１００は、物理量検出素子２を駆動する回路であり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫに基づいて、物理量検出素子２を駆動する第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２を生成する。そして、駆動回路１００は、第１駆動信号ＤＲＶ１を物理量検出素子２の端子７に出力し、第２駆動信号ＤＲＶ２を物理量検出素子２の端子８に出力する。例えば、第１駆動信号ＤＲＶ１は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベルのときに所定の電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）となり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがローレベルのとき電源電圧ＶＳＳとなる矩形波信号であってもよい。また、第２駆動信号ＤＲＶ２は、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがローレベルのときに所定の電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤ）となり、クロック信号ＤＲＶＣＬＫがハイレベルのとき電源電圧ＶＳＳとなる矩形波信号であってもよい。

Ｑ／Ｖアンプ１０（「電圧変換回路」の一例）は、物理量検出素子２の端子９から出力される交流電流（検出信号ＳＯ）を電圧（交流電圧信号ＱＯ）に変換して出力する。本実施形態では、検出信号ＳＯの振幅が大きいほど、Ｑ／Ｖアンプ１０の利得が小さい。すなわち、Ｑ／Ｖアンプ１０の利得は、検出信号ＳＯの振幅に対して単調減少する。そのため、Ｑ／Ｖアンプ１０の出力信号（交流電圧信号ＱＯ）の電圧は、検出信号ＳＯの振幅に対して非線形に単調増加する。図４に、Ｑ／Ｖアンプ１０の入力電流（検出信号ＳＯの振幅）と利得との関係の一例を示す。また、図５に、Ｑ／Ｖアンプ１０の入力電流（検出信号ＳＯの振幅）と出力電圧（交流電圧信号ＱＯの電圧）との関係の一例を示す。図４及び図５の例では、Ｑ／Ｖアンプ１０の入力電流に対して利得が対数的に減少し、その結果、Ｑ／Ｖアンプ１０の入力電流に対して出力電圧が対数的に増加している。すなわち、Ｑ／Ｖアンプ１０は、検出信号ＳＯが大きいほど利得を小さくすることで入力レンジを拡大し、検出信号ＳＯが小さいほど利得を大きくすることで出力信号のＳ／Ｎ比を向上させている。

可変ゲインアンプ２０は、Ｑ／Ｖアンプ１０から出力される交流電圧信号ＱＯを増幅した交流電圧信号ＰＯを出力する。

ローパスフィルター３０は、可変ゲインアンプ２０から出力される交流電圧信号ＰＯに対して、検出可能な加速度の周波数帯域よりも高周波のノイズ成分を減衰させた交流電圧信号ＬＯを出力する。

Ａ／Ｄ変換回路４０は、クロック信号ＳＭＰＣＬＫに基づいて、ローパスフィルター３０が出力する交流電圧信号ＬＯをサンプリングしてデジタル信号に変換する。

デジタル処理回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路４０から出力されるデジタル信号をデジタル処理する回路である。具体的には、デジタル処理回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路４０から出力されるデジタル信号に対して、高周波ノイズ成分を減衰させるローパスフィルター処理や、補正処理（例えば、温度補正）等を行う。デジタル処理回路５０によって処理されたデジタル信号（加速度データ）（「物理量信号」の一例）は、物理量検出素子２の端子９から出力される検出信号ＳＯの振幅に応じた大きさの信号である。前述の通り、Ｑ／Ｖアンプ１０の出力信号（交流電圧信号ＱＯ）の電圧は、検出信号ＳＯの振幅に対して非線形に単調増加し、例えば、検出信号ＳＯの振幅に対して対数的に増加する。そこで、デジタル処理回路５０は、検出信号ＳＯの振幅と加速度データの値との関係を線形に近づける処理（逆変換処理）を行う。例えば、記憶部１２０に、検出信号ＳＯの振幅と加速度データの値との関係を示すテーブル又は計算式の係数値を記憶させておき、デジタル処理回路５０は、記憶部１２０から当該テーブル又は計算式の係数値を読み出して、逆変換処理を行ってもよい。

このように、Ｑ／Ｖアンプ１０、可変ゲインアンプ２０、ローパスフィルター３０、Ａ／Ｄ変換回路４０及びデジタル処理回路５０は、物理量検出素子２の端子９から出力される検出信号ＳＯに基づいて、検出信号ＳＯの振幅に応じた大きさの物理量信号（加速度データ）を生成する検出回路１５０を構成する。この検出回路１５０において、可変ゲインアンプ２０、ローパスフィルター３０、Ａ／Ｄ変換回路４０及びデジタル処理回路５０は、Ｑ／Ｖアンプ１０の出力信号（交流電圧信号ＱＯ）に基づいて、物理量信号（加速度データ）を生成する物理量信号生成回路を構成する。また、この物理量信号生成回路において、可変ゲインアンプ２０及びローパスフィルター３０は、Ｑ／Ｖアンプ１０の出力信号（交流電圧信号ＱＯ）に基づいて、検出信号ＳＯの振幅に応じた電圧のアナログ信号（交流電圧信号ＬＯ）を生成するアナログ処理回路を構成する。

インターフェース回路１１０は、物理量検出装置１の外部装置と通信するための回路である。当該外部装置は、インターフェース回路１１０を介して、記憶部１２０に対するデータの書き込みや読み出し、デジタル処理回路５０から出力されるデジタル信号（加速度データ）の読み出し等を行うことができる。インターフェース回路１１０は、例えば、３端子や４端子のＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）インターフェース回路であってもよいし、２端子のＩ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）インターフェース回路であってもよい。

記憶部１２０は、レジスター１２１及び不揮発性メモリー１２２を有している。不揮発性メモリー１２２には、制御回路３に含まれる各回路に対する各種のデータ（例えば、可変ゲインアンプ２０の利得調整データ、デジタル処理回路５０によるローパスフィルター処理（デジタルフィルター処理）のフィルター係数）等の各種の情報が記憶されている。不揮発性メモリー１２２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。また、制御回路３の電源投入時（電源電圧が０ＶからＶＤＤまで立ち上がる時）に、不揮発性メモリー１２２に記憶されている各種のデータがレジスター１２１に転送されて保持され、レジスター１２１に保持された各種のデータが各回路に供給される。

[Ｑ／Ｖアンプの構成]
図６は、Ｑ／Ｖアンプ１０の具体的な構成例を示す図である。図６の例では、Ｑ／Ｖアンプ１０は、演算増幅器１１と、演算増幅器１１の入力端子と出力端子との間に接続された帰還回路１２と、を有する。帰還回路１２は、帰還容量１３と、帰還容量１３と直列に接続されたダイオード回路１４と、を有する。ダイオード回路１４は、第１ダイオード１５と、第２ダイオード１６とを有し、第１ダイオード１５のアノード端子と第２ダイオード１６のカソード端子とが接続され、第１ダイオード１５のカソード端子と第２ダイオードのアノード端子とが接続されている。

より詳細には、演算増幅器１１の非反転入力端子と帰還容量１３の一端とが接続され、帰還容量１３の他端は、第１ダイオード１５のアノード端子及び第２ダイオード１６のカソード端子と接続されている。また、第１ダイオード１５のカソード端子及び第２ダイオード１６のアノード端子は、演算増幅器１１の出力端子と接続されている。そして、演算増幅器１１の非反転入力端子には検出信号ＳＯが入力され、演算増幅器１１の反転入力端子にはアナロググラウンド電圧（例えば、電源電圧ＶＤＤと電源電圧ＶＳＳとの差の１／２）が入力され、演算増幅器１１の出力端子から交流電圧信号ＱＯが出力される。

このように構成されているＱ／Ｖアンプ１０の利得は、物理量検出素子２の第１容量形成部５あるいは第２容量形成部６の容量値Ｃ１と、帰還回路１２の容量値Ｃ２との比Ｃ１／Ｃ２に比例する。検出信号ＳＯが小さいほど、第１ダイオード１５及び第２ダイオード１６に流れる順方向電流が小さくなり、帰還回路１２の容量値Ｃ２が小さくなる（帰還回路１２のインピーダンス値が大きくなる）ため、Ｑ／Ｖアンプ１０の利得が大きくなる。逆に言えば、検出信号ＳＯが大きいほど、第１ダイオード１５及び第２ダイオード１６に流れる順方向電流が大きくなり、帰還回路１２の容量値Ｃ２が大きくなる（帰還回路１２のインピーダンス値が小さくなる）ため、Ｑ／Ｖアンプ１０の利得が小さくなる。そして、第１ダイオード１５及び第２ダイオード１６の順方向電流は、両端の電圧差に対して指数関数的に増加するため、Ｑ／Ｖアンプ１０の利得は検出信号ＳＯの振幅に対して対数的に減少することになる。

[作用効果]
以上に説明したように、本実施形態の物理量検出装置１では、検出回路１５０のＱ／Ｖアンプ１０において、入力電流が小さいほど、第１ダイオード１５及び第２ダイオード１６に流れる順方向電流が小さくなり、帰還回路１２の容量値Ｃ２が小さくなる（帰還回路１２のインピーダンス値が大きくなる）ため、演算増幅器１１の出力電圧の増加量が大きくなる。逆に、入力電流が大きいほど、第１ダイオード１５及び第２ダイオード１６に流れる順方向電流が大きくなり、帰還回路１２の容量値Ｃ２が大きくなる（帰還回路１２のインピーダンス値が小さくなる）ため、演算増幅器１１の出力電圧の増加量が小さくなる。すなわち、入力電流が大きいほど出力電圧の増加量が小さくなる入出力特性（入力電流が大きいほど利得が小さくなる利得特性）を有する入力レンジの広いＱ／Ｖアンプ１０が実現されるので、このＱ／Ｖアンプ１０によって、物理量検出素子２の端子９（検出電極）から出力される電流（検出信号）を、広い電流範囲において必要なＳ／Ｎ比を確保しながら飽和することなく電圧信号に変換することができる。従って、本実施形態の物理量検出装置１（検出回路１５０）によれば、このＱ／Ｖアンプ１０の出力信号に基づいて加速度データ（物理量信号）が生成されるので、精度よく検出可能な加速度（物理量）の検出範囲を広くすることができる。

また、本実施形態の物理量検出装置１（検出回路１５０）によれば、非線形な入出力特性を有する入力レンジの広いＱ／Ｖアンプ１０の出力信号に基づいて生成されるデジタル信号に対して、デジタル処理回路５０が、検出信号ＳＯの振幅と加速度データ（物理量信号）の値との関係を線形に近づける逆変換処理を行うので、加速度データを用いる外部装置において当該逆変換処理を行う必要がなく、外部装置の負荷を低減させることができる。

［変形例］
上記の実施形態では、物理量検出装置１が出力する物理量信号（加速度信号）はデジタル信号であるが、アナログ信号であってもよい。

また、上記の実施形態の物理量検出装置１は、１軸の物理量（加速度）を検出するが、互いに交差する複数軸（２軸、３軸あるいは４軸以上）の物理量を検出してもよい。この変形例の物理量検出装置１は、例えば、物理量検出素子２、駆動回路１００及び検出回路１５０が軸毎に独立して設けられていてもよいし、各軸の物理量をそれぞれ検出する複数の物理量検出素子２に対して駆動回路１００及び検出回路１５０の一方又は両方が共通に設けられていてもよい。

また、上記の実施形態では、制御回路３は、物理量検出素子２の端子７，８に第１駆動信号ＤＲＶ１及び第２駆動信号ＤＲＶ２をそれぞれ供給し、端子９から出力される電流（検出信号ＳＯ）に基づいて、物理量信号（加速度データ）を生成しているが、物理量検出素子２の端子９に駆動信号を供給し、端子７，８から出力される互いに逆相の電流（互いに逆相の検出信号）に基づいて、物理量信号（加速度データ）を生成してもよい。

また、上記の実施形態では、物理量として加速度を検出する物理量検出装置１（制御回路３）を例に挙げたが、本発明は、角速度、角加速度、圧力等の各種の物理量を検出する物理量検出装置（制御回路）にも適用可能である。

２．慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）
図７は、本実施形態の慣性計測装置の構成例を示す図である。図７に示されるように、本実施形態の慣性計測装置４００は、互いに交差（理想的には、直交）する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の角速度をそれぞれ検出する３つの角速度検出装置４１１〜４１３、互いに交差（理想的には、直交）する３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の加速度をそれぞれ検出する３つの加速度検出装置４２１〜４２３、信号処理回路４３０、記憶部４４０及び通信回路４５０を含んで構成されている。なお、本実施形態の慣性計測装置４００は、図７に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

角速度検出装置４１１は、ｘ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｘ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。角速度検出装置４１２は、ｙ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｙ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。角速度検出装置４１３は、ｚ軸回りに生じる角速度を検出し、検出したｚ軸角速度の大きさ及び向きに応じた角速度信号を出力する。

加速度検出装置４２１は、ｘ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｘ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。加速度検出装置４２２は、ｙ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｙ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。加速度検出装置４２３は、ｚ軸回りに生じる加速度を検出し、検出したｚ軸加速度の大きさ及び向きに応じた加速度信号を出力する。

なお、３つの角速度検出装置４１１〜４１３は、１つのパッケージに収容されて３軸角速度検出モジュールを構成してもよい。同様に、３つの加速度検出装置４２１〜４２３は、１つのパッケージに収容されて３軸加速度検出モジュールを構成してもよい。

信号処理回路４３０は、角速度検出装置４１１〜４１３から出力された３軸角速度信号を取得し、加速度検出装置４２１〜４２３から出力された３軸加速度信号を取得し、取得した３軸角速度信号及び３軸加速度信号を処理する。例えば、信号処理回路４３０は、取得した３軸角速度信号及び３軸加速度信号を順次Ａ／Ｄ変換して３軸角速度データ及び３軸加速度データからなる慣性データを生成し、時刻情報を付して慣性データを記憶部４４０に記憶する処理を行う。また、信号処理回路４３０は、角速度検出装置４１１〜４１３及び加速度検出装置４２１〜４２３の各々の取り付け角誤差（各検出軸とｘ軸，ｙ軸，ｚ軸との誤差）に応じてあらかじめ算出された補正パラメーターを用いて、記憶部４４０に記憶した慣性データをｘｙｚ座標系のデータに変換（補正）し、記憶部４４０に記憶する処理を行う。また、信号処理回路４３０は、ｘｙｚ座標系のデータに変換して記憶部４４０に記憶した慣性データを時刻順に読み出し、時刻情報と慣性データとを含むパケットデータを生成し、通信回路４５０に出力する。

また、信号処理回路４３０は、慣性データに対して、オフセット補正処理や温度補正処理を行ってもよいし、角速度検出装置４１１〜４１３及び加速度検出装置４２１〜４２３の各々の検出動作（例えば、検出周期等）を制御してもよい。

通信回路４５０は、信号処理回路４３０の処理によって得られたパケットデータ（時刻情報付きの慣性データ）を受け取って、当該パケットデータをあらかじめ決められた通信フォーマットに合わせたシリアルデータに変換し、外部に送信する。

なお、角速度検出装置４１１〜４１３が出力する３軸角速度信号及び加速度検出装置４２１〜４２３が出力する３軸加速度信号は、デジタル信号であってもよい。また、本実施形態の慣性計測装置４００は、３つの角速度検出装置４１１〜４１３と３つの加速度検出装置４２１〜４２３とを含むが、少なくとも１つの角速度検出装置を含めばよい。

本実施形態の慣性計測装置４００において、加速度検出装置４２１〜４２３の少なくとも何れか又は角速度検出装置４１１〜４１３の少なくとも何れかとして、上記の各実施形態又は各変形例の物理量検出装置１が適用される。本実施形態の慣性計測装置４００によれば、加速度検出装置４２１〜４２３の少なくとも何れか又は角速度検出装置４１１〜４１３の少なくとも何れかとして、精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広い物理量検出装置１が適用されるので、高い計測精度を達成することができる。

３．移動体測位装置
図８は、本実施形態の移動体測位装置の構成例を示す図である。図８に示されるように、本実施形態の移動体測位装置５００は、センサーモジュール５１０、処理部５２０、操作部５３０、記憶部５４０、表示部５５０、音出力部５６０及び通信部５７０を含んで構成されており、各種の移動体に搭載される。なお、本実施形態の移動体測位装置５００は、図８に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

センサーモジュール５１０は、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とを含む。

慣性計測装置５１１は、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）回りに生じる角速度をそれぞれ検出する不図示の３つの角速度検出装置と、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）回りに生じる加速度をそれぞれ検出不図示の３つの加速度検出装置と、を含む。そして、センサーモジュール５１０は、３つの角速度検出装置によって検出された３軸角速度信号及び３つの加速度検出装置によって検出された３軸加速度信号に対して、所定の処理（Ａ／Ｄ変換処理、取り付け角誤差の補正処理等）を行う。さらに、センサーモジュール５１０は、所定の処理を行って得られた慣性データ（３軸角速度データ及び３軸加速度データ）を処理部５２０に出力する。慣性計測装置５１１として、上記の実施形態の慣性計測装置４００が適用される。

衛星信号受信部５１２は、不図示のアンテナを介して、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等の測位用衛星から、当該測位用衛星の軌道情報や時刻情報等を含む航法メッセージ（「測位用情報」の一例）が重畳された電波（衛星信号）を受信する。衛星信号受信部５１２は、例えば３つ以上の測位用衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信し、例えば公知の技術により、受信した各衛星信号に重畳されている航法メッセージを復調（取得）し、各航法メッセージを処理部５２０に出力する。なお、衛星信号受信部５１２は、ＧＰＳ以外の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の測位用衛星やＧＮＳＳ以外の測位用衛星からの衛星信号を用いてもよいし、ＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObalNAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）等の衛星測位システムのうち１つ、あるいは２つ以上のシステムの測位用衛星からの衛星信号を利用してもよい。

図８では、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とは、センサーモジュール５１０に含まれているが、センサーモジュール５１０として一体化されていなくてもよい。すなわち、慣性計測装置５１１と衛星信号受信部５１２とは１つのパッケージに収容されていなくてもよい。

操作部５３０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処理部５２０に出力する。

記憶部５４０は、処理部５２０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するＲＯＭ（Read Only Memory）や、処理部５２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭから読み出されたプログラムやデータ、操作部５３０から入力されたデータ、処理部５２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。

表示部５５０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro-Luminescence Display）、電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、処理部５２０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。

音出力部５６０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

通信部５７０は、処理部５２０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。

処理部５２０は、記憶部５４０に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、処理部５２０は、慣性計測装置５１１から慣性データを取得し、衛星信号受信部５１２から航法メッセージを取得し、取得したこれらのデータや操作部５３０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５７０を制御する処理、表示部５５０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、音出力部５６０に各種の音を出力させる処理等を行う。

特に、本実施形態では、処理部５２０は、記憶部５４０に記憶されているプログラムを実行することにより、姿勢算出部５２１、位置算出部５２２及び位置補正部５２３の各部として機能する。

姿勢算出部５２１は、慣性計測装置５１１から出力される慣性データに基づいて、例えば公知の手法により、移動体測位装置５００が搭載される移動体の姿勢を算出する。

位置算出部５２２は、衛星信号受信部５１２から出力される航法メッセージに基づいて、移動体の位置を算出する。具体的には、位置算出部５２２は、衛星信号受信部５１２から出力される３つ以上の航法メッセージに含まれる衛星信号の発信時刻や受信時の電波伝搬遅れ等の情報を用いて、移動体測位装置５００が搭載される移動体と３つ以上の測位用衛星との各距離を算出する。そして、位置算出部５２２は、算出した距離から移動体の位置を算出する。

位置補正部５２３は、姿勢算出部５２１が算出した移動体の姿勢に基づいて、位置算出部５２２が算出した移動体の位置を補正する。例えば、位置補正部５２３は、移動体の姿勢から移動体の水平面に対する傾斜角度を算出し、算出した傾斜角度に基づいて、移動体の水平面上の位置を移動体が移動する面における位置に補正してもよい。

処理部５２０は、移動体の位置や姿勢等の情報を、表示部５５０に表示させ、あるいは音出力部５６０から出力させ、あるいは、通信部５７０を介して外部装置に送信する。

なお、衛星信号受信部５１２が各衛星信号を受信して航法メッセージを復調し、位置算出部５２２が航法メッセージを用いて移動体と各測位用衛星との距離を算出して移動体の位置を算出しているが、衛星信号受信部５１２が、移動体と各測位用衛星との距離を算出してもよいし、移動体の位置を算出してもよい。すなわち、衛星信号受信部５１２が、位置算出部５２２が行う処理の少なくとも一部を行ってもよい。

本実施形態の移動体測位装置５００によれば、慣性計測装置５１１として、高い計測精度を達成することが可能な慣性計測装置４００が適用されるので、例えば、移動体の位置や姿勢等をより高精度に測定することができる。

４．電子機器
図９は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図の一例である。図９に示されるように、本実施形態の電子機器６００は、物理量検出装置６１０、演算処理装置６２０、操作部６３０、ＲＯＭ６４０、ＲＡＭ６５０、通信部６６０、表示部６７０、音出力部６８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器６００は、図９に示される構成要素（各部）の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

物理量検出装置６１０は、１軸又は複数軸（２軸、３軸、あるいは４軸以上）に生じる物理量をそれぞれ検出し、物理量信号を演算処理装置６２０に出力する。物理量検出装置６１０として、上記の各実施形態又は各変形例の物理量検出装置１が適用される。

演算処理装置６２０は、ＲＯＭ６４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置６２０は、物理量検出装置６１０から出力された物理量信号に基づいて演算処理（例えば、各種の計算処理や制御処理など）を行う。また、演算処理装置６２０は、操作部６３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部６６０を制御する処理、表示部６７０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、音出力部６８０に各種の音を出力させる処理等を行う。

操作部６３０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演算処理装置６２０に出力する。

ＲＯＭ６４０は、演算処理装置６２０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。

ＲＡＭ６５０は、演算処理装置６２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ６４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部６３０から入力されたデータ、演算処理装置６２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部６６０は、演算処理装置６２０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。

表示部６７０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro-Luminescence Display）、電気泳動ディスプレイ等により構成される表示装置であり、演算処理装置６２０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。

音出力部６８０は、スピーカー等の音を出力する装置である。

本実施形態の電子機器６００によれば、物理量検出装置６１０として、精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広い物理量検出装置１が適用されるので、例えば、物理量の変化に基づく処理（例えば、姿勢に応じた制御など）をより高精度に行うことができる。

電子機器６００としては種々の電子機器が考えられる。例えば、地震計、作業用ロボット、ヘルスモニタリング装置、無人運転装置、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）、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルカメラ、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、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（point of sale）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。

図１０は、電子機器６００の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図であり、図１１は、電子機器６００の一例としての腕装着型の携帯機器の外観の一例を示す図である。図１０に示される電子機器６００であるスマートフォンは、操作部６３０としてボタンを、表示部６７０としてＬＣＤを備えている。図１１に示される電子機器６００である腕装着型の携帯機器は、操作部６３０としてボタンおよび竜頭を、表示部６７０としてＬＣＤを備えている。これらの電子機器６００は、物理量検出装置６１０として、精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広い物理量検出装置１が適用されるので、物理量の変化に基づく処理（例えば、姿勢に応じた表示制御など）をより高精度に行うことができる。

更に、電子機器６００の一例として携帯型電子機器の１つである腕時計型の活動計（アクティブトラッカー）がある。腕時計型の活動計は、バンド等によって手首等の部位（被検体）に装着され、デジタル表示の表示部を備え無線通信が可能である。上述した本実施形態に係る物理量検出装置１は、腕時計型の活動計に組み込まれている。

表示部６７０を構成する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、種々の検出モードに応じて、例えば、ＧＰＳや地磁気センサーを用いた位置情報、移動量や加速度センサーや角速度センサーなどを用いた運動量などの運動情報、脈波センサーなどを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。

図１２は、携帯型の電子機器６００の実施形態に係るリスト機器８００（腕時計型の活動計）の平面図である。リスト機器８００は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、及び衛星測位システム、例えば、ＧＰＳを搭載したＧＰＳウォッチ、等に広く適用できる。

リスト機器８００は、ユーザー（装着者）の所与の部位（例えば、手首）に装着され、ユーザーの位置情報や運動情報などを検出することができる。リスト機器は、ユーザーに装着されて位置情報や運動情報などを検出する機器本体８１０と、機器本体８１０に取り付けられ機器本体８１０をユーザーに装着するための第１のバンド部８２１および第２のバンド部８２２と、を含む。なお、リスト機器８００には、ユーザーの位置情報や運動情報に加えて、例えば脈波情報などの生体情報を検出する機能や時刻情報などを取得する機能を設けることができる。

機器本体８１０は、ユーザーへの装着側にケースとしてのボトムケース（不図示）が配置され、ユーザーへの装着側と反対側には、表側に開口する開口部を有するケースとしてのトップケース８３０が配置されている。ここで、ボトムケースとトップケース８３０とによって、ケースが構成される。機器本体８１０の表側（トップケース８３０）に位置する開口部の外側には、ベゼル８４０が設けられるとともに、このベゼル８４０の内側にベゼル８４０と並んで配置されて内部構造を保護する天板部分（外壁）としての風防板（例えば、ガラス板）８５０が設けられている。風防板８５０は、透光性カバーとして機能し、トップケース８３０の開口部を塞ぐように配置されている。機器本体８１０の表側（トップケース８３０）の側面には、複数の操作部８７１（操作ボタン）が設けられている。なお、ベゼル８４０には、表側から視認可能な表示を設けることができる。

また、機器本体８１０は、風防板８５０の直下に配置されている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などで構成される表示部８７４と、風防板８５０の外縁部分と表示部８７４との間に配置されている吸湿部材８６０と、を有しており、表示部８７４及び吸湿部材８６０はケースに収容されている。なお、吸湿部材８６０には、表側から視認可能な表示を設けることができる。機器本体８１０は、風防板８５０を介して、表示部８７４の表示や吸湿部材８６０の表示をユーザーが閲覧可能な構成としてもよい。つまり本実施形態のリスト機器８００では、検出した位置情報や運動情報、或いは時刻情報等の種々の情報を表示部８７４に表示し、当該表示を機器本体８１０のトップ側からユーザーに提示するものであってもよい。また、ボトムケースの両側には、第１のバンド部８２１および第２のバンド部８２２との接続部である一対のバンド装着部（不図示）が設けられている。

図１３は、リスト機器８００の機能ブロック図の一例である。図１３に示すように、リスト機器８００は、処理部８７０、ＧＰＳセンサー８８０、地磁気センサー８８１、圧力センサー８８２、加速度センサー８８３、角速度センサー８８４、脈拍センサー８８５、温度センサー８８６、操作部８７１、計時部８７２、記憶部８７３、表示部８７４、音出力部８７５、通信部８７６、バッテリー８７７などを含んで構成されており、これらの各部はケースに収容されている。但し、リスト機器８００の構成は、これらの構成要素の一部を削除又は変更し、あるいは他の構成要素を追加したものであってもよい。

通信部８７６は、リスト機器８００と他の情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部８７６は、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部８７６はＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。

処理部８７０（プロセッサー）は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。処理部８７０は、記憶部８７３に格納されたプログラムと、操作部８７１から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部８７０による処理には、ＧＰＳセンサー８８０、地磁気センサー８８１、圧力センサー８８２、加速度センサー８８３、角速度センサー８８４、脈拍センサー８８５、温度センサー８８６、計時部８７２の各出力信号（出力データ）に対するデータ処理、表示部８７４に画像を表示させる表示処理、音出力部８７５に音を出力させる音出力処理、通信部８７６を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー８７７からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。

処理部８７０は、高精度のＧＰＳ機能により計測開始からのユーザーが移動した合計距離を計測する。また、処理部８７０は、距離計測の結果から、ユーザーの現在の走行ペースを計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。また、処理部８７０は、ＧＰＳ機能により、標高を計測し表示する。また、処理部８７０は、ＧＰＳ電波が届かないトンネル内などでもユーザーの歩幅を計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの１分あたりの歩数（ピッチ）を計測し表示する。また、処理部８７０は、脈拍センサーによりユーザーの心拍数を計測し表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。また、処理部８７０は、事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測（オートラップ）を行う。また、処理部８７０は、ユーザーの消費カロリーを表示する。また、処理部８７０は、ユーザーの運動開始からの歩数の合計を表示する。

上記実施形態に係る物理量検出装置１を含む加速度センサー８８３は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の加速度を検出し、検出した３軸加速度の大きさ及び向きに応じた信号（加速度信号）を出力する。あるいは、上記実施形態に係る物理量検出装置１を含む角速度センサー８８４は、互いに交差する（理想的には直交する）３軸方向の各々の角速度を検出し、検出した３軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号（角速度信号）を出力する。

なお、上述したリスト機器８００は、衛星測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）を利用しているが、他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用してもよい。例えば、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（GLObalNAvigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１又は２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。

５．移動体
図１４は、本実施形態の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。図１４に示すように、自動車１５００には物理量検出装置１が搭載されており、例えば、物理量検出装置１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量検出装置１から出力される物理量信号は、車体の姿勢を制御する制御部（姿勢制御部）としての車体姿勢制御装置１５０３に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果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１５０３のブレーキを制御したりすることができる。また、物理量検出装置１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、自動運転用慣性航法の制御機器、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

また、移動体に適用される物理量検出装置１は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の姿勢制御、農業機械（農機）、もしくは建設機械（建機）などの姿勢制御において利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量検出装置１、およびそれぞれの制御部（不図示）が組み込まれる。

このような移動体は、精度よく検出可能な物理量の検出範囲が広い物理量検出装置１、および制御部（不図示）を備えているので、制御部による物理量の変化に基づく制御（姿勢制御等）を高精度に行うことができる。

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。

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。

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…物理量検出装置、２…物理量検出素子、３…制御回路、５…第１容量形成部、６…第２容量形成部、７，８，９…端子、１０…Ｑ／Ｖアンプ、１１…演算増幅器、１２…帰還回路、１３…帰還容量、１４…ダイオード回路、１５…第１ダイオード、１６…第２ダイオード、２０…可変ゲインアンプ、３０…ローパスフィルター、４０…Ａ／Ｄ変換回路、５０…デジタル処理回路、６０…発振回路、７０…クロック生成回路、１００…駆動回路、１１０…インターフェース回路、１２０…記憶部、１２１…レジスター、１２２…不揮発性メモリー、１５０…検出回路、２００…固定部、２０１〜２０４…固定電極、２１０…可動部、２１１…錘部、２１１Ａ，２１１Ｂ…可動電極、２１２…ばね部、４００…慣性計測装置、４１１，４１２，４１３…角速度検出装置、４２１，４２２，４２３…加速度検出装置、４３０…信号処理回路、４４０…記憶部、４５０…通信回路、５００…移動体測位装置、５１０…センサーモジュール、５２０…処理部、５２１…姿勢算出部、５２２…位置算出部、５２３…位置補正部、５３０…操作部、５４０…記憶部、５５０…表示部、５６０…音出力部、５７０…通信部、６００…電子機器、６１０…物理量検出装置、６２０…演算処理装置、６３０…操作部、６４０…ＲＯＭ、６５０…ＲＡＭ、６６０…通信部、６７０…表示部、６８０…音出力部、８００…リスト機器、８１０…機器本体、８２１…第１のバンド部、８２２…第２のバンド部、８３０…トップケース、８４０…ベゼル、８５０…風防板、８６０…吸湿部材、８７０…処理部、８８０…ＧＰＳセンサー、８８１…地磁気センサー、８８２…圧力センサー、８８３…加速度センサー、８８４…角速度センサー、８８５…脈拍センサー、８８６…温度センサー、８７１…操作部、８７２…計時部、８７３…記憶部、８７４…表示部、８７５…音出力部、８７６…通信部、８７７…バッテリー、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪

Claims (9)

1. 検出容量と、前記検出容量の一端と電気的に接続される検出電極と、を有する物理量検出素子の前記検出電極から出力される検出信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた大きさの物理量信号を生成する検出回路であって、
   前記検出信号を電圧に変換して出力する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路の出力信号に基づいて、前記物理量信号を生成する物理量信号生成回路と、
   を含み、
   前記電圧変換回路は、
   演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続された帰還回路と、を有し、
   前記帰還回路は、
   帰還容量と、前記帰還容量と直列に接続されたダイオード回路と、を有し、
   前記ダイオード回路は、
   第１ダイオードと、第２ダイオードとを有し、前記第１ダイオードのアノード端子と前記第２ダイオードのカソード端子とが接続され、前記第１ダイオードのカソード端子と前記第２ダイオードのアノード端子とが接続されている、検出回路。
2. 請求項１において、
   前記検出信号の振幅が大きいほど、前記電圧変換回路の利得が小さい、検出回路。
3. 請求項１又は２において、
   物理量信号生成回路は、
   前記電圧変換回路の出力信号に基づいて、前記検出信号の振幅に応じた電圧のアナログ信号を生成するアナログ処理回路と、
   前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、
   前記デジタル信号をデジタル処理して前記物理量信号を生成するデジタル処理回路と、
   を含み、
   前記デジタル処理回路は、
   前記検出信号の振幅と前記物理量信号の値との関係を線形に近づける処理を行う、検出回路。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の検出回路と、
   前記物理量検出素子を駆動する駆動回路と、
   前記物理量検出素子と、
   を含む、物理量検出装置。
5. 請求項４に記載の物理量検出装置と、
   前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号を取得し、前記物理量信号を処理する信号処理回路と、
   前記信号処理回路の処理によって得られた慣性データを外部に送信する通信回路と、
   を含む、慣性計測装置。
6. 移動体に搭載され、前記移動体の位置を測定する移動体測位装置であって、
   請求項５に記載の慣性計測装置と、
   測位用衛星から衛星信号を受信し、前記衛星信号に重畳されている測位用情報を取得する衛星信号受信部と、
   前記測位用情報に基づいて、前記移動体の位置を算出する位置算出部と、
   前記慣性計測装置から出力される前記慣性データに基づいて、前記移動体の姿勢を算出する姿勢算出部と、
   前記姿勢に基づいて前記位置を補正する位置補正部と、
   を含む、移動体測位装置。
7. 請求項４に記載の物理量検出装置と、
   前記物理量検出装置が収容されているケースと、
   前記ケースに収容され、前記物理量検出装置からの出力データを処理する処理部と、
   前記ケースに収容されている表示部と、
   前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
   を含む、携帯型電子機器。
8. 請求項４に記載の物理量検出装置と、
   前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて演算処理を行う演算処理装置と、を含む、電子機器。
9. 請求項４に記載の物理量検出装置と、
   前記物理量検出装置から出力された前記物理量信号に基づいて姿勢の制御を行う姿勢制御部と、
   を含む、移動体。

Images