JP5533525B2 - 角速度検出装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、角速度検出装置及び電子機器に関する。
カーナビゲーション装置やＰＮＤ（Personal Navigation Device）のように、ジャイロセンサーを搭載し、検出した角速度に基づいて所定の制御を行う様々な電子機器やシステムが広く利用されている。
これらの電子機器やシステムでは、ジャイロセンサーが誤動作をすると誤ったデータが出力され、これに起因して誤った制御が行われてしまうため、ジャイロセンサーが誤動作する可能性がある状況になるとジャイロセンサーの出力データをマスクする処理が行われる。例えば、リセットＩＣでジャイロセンサーに供給する電源電圧を監視し、電源電圧が低下した場合にはアプリケーションプログラムにおいてジャイロセンサが出力する角速度データを一時的にマスクして使用しない処理が組み込まれる。
特開２００５−２３３６３８号公報
しかしながら、従来の手法では、アプリケーションプログラムに角速度データのマスク処理を実装する必要があり、そのためにシステム開発の工数が増えるとともにコーディングミスによりシステムが誤動作するリスクも生じていた。さらに、電源電圧の低下を監視するためのリセットＩＣが必要になるためその分だけコストが増加することになっていた。
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、電源電圧の低下に起因する誤ったデータの出力を防止する角速度検出装置及び電子機器を提供することができる。
（１）本発明は、角速度に応じた信号を発生させるセンサー素子と、前記センサー素子が発生させる信号に基づいて角速度信号を生成する角速度信号生成部と、電源電圧を監視し、当該電源電圧が第１の閾値よりも高いか低いかを判定する電源監視部と、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも高い時は前記角速度信号を第１の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも低い時は前記角速度信号の電圧範囲外にある第１の電圧の信号を前記第１の端子から出力させる出力部と、を含む、角速度検出装置である。
本発明によれば、第１の閾値を電源電圧の許容範囲よりも低い電圧値に設定することで、電源電圧が第１の閾値よりも低下して誤った角速度信号が生成されたとしても、第１の端子からは角速度信号の電圧範囲外にある第１の電圧の信号が出力される。すなわち、電源電圧の低下に起因する誤ったデータの出力を防止することができるとともに、第１の端子の電圧を監視することで電源電圧が第１の閾値よりも低下したことを外部から認識することができる。従って、本発明によれば、当該角速度検出装置を含むシステム全体としての誤動作を防止することができる。
（２）この角速度検出装置において、前記第１の閾値は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定されるようにしてもよい。
このようにすれば、当該角速度検出装置を含むシステム全体としての仕様に応じて第１の閾値を適切な値に設定することができる。
（３）この角速度検出装置において、前記第１の電圧は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定されるようにしてもよい。
このようにすれば、当該角速度検出装置を含むシステム全体としての仕様に応じて第１の電圧を適切な値に設定することができる。
（４）この角速度検出装置において、前記出力部は、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも高い時は前記角速度信号の基準電圧信号を第２の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも低い時は前記基準電圧信号と異なる第２の電圧の信号を前記第２の端子から出力させるようにしてもよい。
第２の電圧は、第１の電圧と同じ電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。
このようにすれば、電源電圧が第１の閾値よりも高い時は第１の端子から角速度信号が出力されるとともに第２の端子から基準電圧信号が出力されるので、この２つの信号を差動演算することで基準電圧信号に重畳されるノイズ成分をキャンセルした角速度情報を得ることができる。一方、電源電圧が第１の閾値よりも低下すれば第１の端子から第１の電圧の信号が出力されるとともに第２の端子から第２の電圧の信号が出力されるので、第１の端子と第２の端子の少なくとも一方を監視することで電源電圧の低下を外部から判断することができる。
（５）この角速度検出装置において、前記電源監視部は、当該電源電圧が前記第１の閾値と異なる第２の閾値よりも高いか低いかをさらに判定し、前記出力部は、前記電源電圧が前記第２の閾値よりも高い時は前記角速度信号の基準電圧信号を第２の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第２の閾値よりも低い時は前記基準電圧信号と異なる第２の電圧の信号を前記第２の端子から出力させるようにしてもよい。
第２の電圧は、第１の電圧と同じ電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。
このようにすれば、電源電圧が第１の閾値と第２の閾値のいずれよりも高い時は第１の端子から角速度信号が出力されるとともに第２の端子から基準電圧信号が出力されるので、この２つの信号を差動演算することで基準電圧に重畳されるノイズ成分をキャンセルした角速度情報を得ることができる。また、電源電圧が第１の閾値よりも低下すれば第１の端子から第１の電圧の信号が出力されるので、第１の端子を監視することで電源電圧が第１の閾値よりも低下したことを外部から判断することができる。また、電源電圧が第２の閾値よりも低下すれば第２の端子から第２の電圧の信号が出力されるので、第２の端子を監視することで電源電圧が第２の閾値よりも低下したことを外部から判断することができる。すなわち、第１の端子の電圧と第２の端子の電圧を監視することで、電源電圧が第１の閾値と第２の閾値のいずれか一方又は両方よりも低下したことを外部から段階的に判断することができる。
（６）この角速度検出装置において、前記第２の閾値は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定されるようにしてもよい。
このようにすれば、当該角速度検出装置を含むシステム全体としての仕様に応じて第２の閾値を適切な値に設定することができる。
（７）この角速度検出装置において、前記第２の電圧は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定されるようにしてもよい。
このようにすれば、当該角速度検出装置を含むシステム全体としての仕様に応じて第２の電圧を適切な値に設定することができる。
（８）この角速度検出装置において、前記出力部は、第３の端子から入力される信号に基づいて、前記角速度信号に代えて前記角速度信号の基準電圧信号を前記第１の端子から出力させるようにしてもよい。
このようにすれば、温度の急激な変動や強い衝撃などの外的要因により誤った角速度データが出力され得る状況で、積極的に第３の端子から所定の信号を入力することで第１の端子から角速度信号の代わりに基準電圧信号を出力させることができる。従って、角速度データをマスクすべきタイミングで第１の端子から基準電圧信号を出力させることで、角速度データをマスクするプログラム処理を削減することができる。
（９）本発明は、上記のいずれかの角速度検出装置を含む、電子機器である。
第１実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図。 ジャイロセンサー素子の振動片の平面図。 ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図。 ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図。 第１実施形態における出力電圧の一例を示す図。 第２実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図。 第２実施形態における出力電圧の一例を示す図。 第２実施形態の変形例の角速度検出装置の構成例を示す図。 第２実施形態の変形例における出力電圧の一例を示す図。 第３実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図。 第３実施形態における出力電圧の一例を示す図。 電子機器の機能ブロック図。
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。
１．角速度検出装置
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図である。
第１実施形態の角速度検出装置１は、ジャイロセンサー素子１００と角速度検出用ＩＣ１０を含んで構成されている。
ジャイロセンサー素子１００（センサー素子の一例）は、駆動電極と検出電極が配置された振動片が不図示のパッケージに封止されて構成されている。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パッケージ内の気密性が確保されている。
ジャイロセンサー素子１００の振動片は、例えば、水晶（ＳｉＯ２）、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構成してもよいし、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。
本実施形態では、ジャイロセンサー素子１００は、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動片により構成される。ただし、ジャイロセンサー素子１００の振動片は、例えば、音叉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。
図２は、本実施形態のジャイロセンサー素子１００の振動片の平面図である。
本実施形態のジャイロセンサー素子１００は、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。
図２に示すように、ジャイロセンサー素子１００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−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。
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。
この状態で、ジャイロセンサー素子１００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。
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、ジャイロセンサー素子１００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、ジャイロセンサー素子１００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。
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、ジャイロセンサー素子１００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、ジャイロセンサー素子１００に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
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。
以上のようにして、ジャイロセンサー素子１００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。
図１に戻り、角速度検出用ＩＣ１０は、駆動回路２０、検出回路３０、基準電源回路４０、メモリー５０、電源監視回路６０を含んで構成されている。
基準電源回路４０は、電源入力端子１５を介して供給される電源電圧から基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。
駆動回路２０は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２１０、コンパレーター２２０、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路２３０及び起動回路２４０を含んで構成されている。
ジャイロセンサー素子１００の振動片に流れた駆動電流は、Ｉ／Ｖ変換回路２１０によって基準電圧Ｖｒｅｆを基準とした交流電圧信号に変換される。
Ｉ／Ｖ変換回路２１０から出力された交流電圧信号は、コンパレーター２２０及びＡＧＣ回路２３０に入力される。コンパレーター２２０は、入力された交流電圧信号の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較して２値化信号（方形波電圧信号）を出力する。
ＡＧＣ回路２３０は、Ｉ／Ｖ変換回路２１０が出力する交流電圧信号の振幅に応じて、コンパレーター２２０が出力する２値化信号の振幅を変化させ、駆動電流が一定に保持されるように制御する。
コンパレーター２２０が出力する２値化信号は、外部出力端子１１を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の駆動電極１１２に供給される。
このように、駆動回路２０を介する発振ループにより、ジャイロセンサー素子１００は図３に示すような所定の駆動振動を継続して励振している。また、駆動電流を一定に保つことにより、ジャイロセンサー素子１００の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは一定の振動速度を得ることができる。そのため、コリオリ力を発生させる元となる振動速度は一定となり、感度をより安定にすることができる。
なお、起動回路２０は、電源の投入時などにジャイロセンサー素子１００に屈曲振動を開始させるための発振源を含み、Ｉ／Ｖ変換回路２１０が出力する交流電圧信号の振幅が所定の閾値を超えると発振ループから切り離される。
検出回路３０は、チャージアンプ３１０，３１２、差動アンプ３１４、ハイパスフィルター３１６、アンプ３１８、同期検波器３２０、アンプ３２２、ローパスフィルター３２４、アンプ３２６、スイッチ回路３２８、アンプ３３０、スイッチ回路３３２を含んで構成されている。
チャージアンプ３１０には、外部入力端子１３を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の検出電極１１４から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。同様に、チャージアンプ３１２には、外部入力端子１４を介してジャイロセンサー素子１００の振動片の検出電極１１５から角速度成分と振動漏れ成分を含む交流電荷が入力される。このチャージアンプ３１０及び３１２は、それぞれ入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。チャージアンプ３１０の出力信号とチャージアンプ３１２の出力信号の位相は互いに逆位相である（１８０°ずれている）。
差動アンプ３１４は、チャージアンプ３１０の出力信号とチャージアンプ３１２の出力信号を差動増幅する。差動アンプ３１４により、同相成分はキャンセルされ、逆相成分は加算増幅される。
ハイパスフィルター３１６は、差動アンプ３１４の出力信号に含まれる直流成分をキャンセルする。
アンプ３１８は、ハイパスフィルター３１６の出力信号を増幅し、基準電圧Ｖｒｅｆを基準とする交流電圧信号を出力する。
同期検波器３２０は、アンプ３１８の出力信号をコンパレーター２２０が出力する２値化信号で同期検波する。同期検波器３２０は、例えば、２値化信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い時はアンプ３１８の出力信号をそのまま選択し、２値化信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い時はアンプ３１８の出力信号を基準電圧Ｖｒｅｆに対して反転した信号を選択するスイッチ回路として構成することができる。
アンプ３１８の出力信号には角速度成分と振動漏れ成分が含まれているが、この角速度成分はコンパレーター２２０が出力する２値化信号と同位相であるのに対して、振動漏れ成分は逆位相である。そのため、同期検波器３２０により角速度成分は同期検波されるが、振動漏れ成分は検波されないようになっている。
アンプ３２２は同期検波器３２０の出力信号を増幅又は減衰させて所望の電圧レベルの信号を出力し、ローパスフィルター３２４はアンプ３２２の出力信号に含まれる高周波成分を除去するとともに仕様で決められる周波数範囲の信号を抽出する。
ローパスフィルター３２４の出力信号は、アンプ３２６で所望の電圧レベルの信号に増幅又は減衰される。このアンプ３２６の出力信号は、基準電圧Ｖｒｅｆを基準として角速度に応じた電圧レベルの信号、すなわち角速度信号である。
スイッチ回路３２８は、制御信号Ｓ１に応じて、アンプ３２６の出力信号（角速度信号）と接地電位ＶＳＳ（第１の電圧の信号の一例）のいずれかを選択して外部出力端子１６（第１の端子の一例）を介して外部に出力する。ただし、スイッチ回路３２８は、接地電位ＶＳＳに代えて他の固定電位を選択するようにしてもよい。本実施形態では、スイッチ回路３２８は、制御信号Ｓ１がハイ（Ｈ）レベルであればアンプ３２６の出力信号を選択し、制御信号Ｓ１がロー（Ｌ）レベルであれば接地電位ＶＳＳを選択する。
基準電圧Ｖｒｅｆはアンプ３３０（ボルテージフォロア）を介してスイッチ回路３３２に入力される。
スイッチ回路３３２は、制御信号Ｓ１に応じて、アンプ３３０の出力信号（基準電圧Ｖｒｅｆ）と接地電位ＶＳＳ（第２の電圧の信号の一例）のいずれかを選択して外部出力端子１７（第２の端子の一例）を介して外部に出力する。ただし、スイッチ回路３３２は、接地電位ＶＳＳに代えて他の固定電位を選択するようにしてもよい。本実施形態では、スイッチ回路３３２は、制御信号Ｓ１がハイ（Ｈ）レベルであればアンプ３３０の出力信号を選択し、制御信号Ｓ１がロー（Ｌ）レベルであれば接地電位ＶＳＳを選択する。
電源監視回路６０は、電源入力端子１５を介して供給される電源電圧を監視し、電源電圧が所定の閾値ＶＤＥＴ（第１の閾値の一例）よりも高いか閾値ＶＤＥＴ以下であるかを判定し、制御信号Ｓ１を生成する。本実施形態では、制御信号Ｓ１は、電源電圧が閾値ＶＤＥＴよりも高ければハイ（Ｈ）レベル、閾値ＶＤＥＴ以下であればロー（Ｌ）レベルとなる。
本実施形態では、この閾値ＶＤＥＴは、メモリー５０にあらかじめ設定されたデータＴ１に応じて決定される。すなわち、メモリー５０に記憶されるデータＴ１の値を変更することでそれに応じたＶＤＥＴに変更することができるようになっている。こうすることで、角速度検出装置１を含むシステム全体としての仕様に応じてＶＤＥＴを適切な値に設定することができる。ただし、ＶＤＥＴを固定にするような構成も本発明の範囲に含まれる。
なお、スイッチ回路３２８を、制御信号Ｓ１に応じて同期検波器３２０の出力信号と接地電位ＶＳＳのいずれかを選択してアンプ３２２の入力信号とするスイッチ回路に置き換えてもよい。あるいは、スイッチ回路３２８を、制御信号Ｓ１に応じてアンプ３２２の出力信号と接地電位ＶＳＳのいずれかを選択してローパスフィルター３２４の入力信号とするスイッチ回路に置き換えてもよい。あるいは、スイッチ回路３２８を、制御信号Ｓ１に応じてローパスフィルター３２４の出力信号と接地電位ＶＳＳのいずれかを選択してアンプ３２６の入力信号とするスイッチ回路に置き換えてもよい。
このような構成により、例えば図５に示すように、電源電圧がＶＤＥＴよりも高い時は外部出力端子１６から角速度信号（基準電圧Ｖｒｅｆを基準とする電圧値Ｖｏの角速度信号）が出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。そして、外部出力端子１６から出力される角速度信号と外部出力端子１７から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとの差動をとることで、基準電圧Ｖｒｅｆのノイズをキャンセルして精度の高い角速度の情報を得ることができる。
一方、電源電圧がＶＤＥＴ以下の時は外部出力端子１６と外部出力端子１７からともに角速度信号の電圧範囲外にある接地電位ＶＳＳが出力されるので、外部出力端子１６と外部出力端子１７の少なくとも一方を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ以下に低下したことがわかるようになっている。つまり、本実施形態の角速度検出装置１には、リセットＩＣの機能が組み込まれている。さらに、ＶＤＥＴを電源電圧の許容範囲よりも低い電圧値に設定することで、電源電圧がＶＤＥＴ以下に低下して誤った角速度信号が生成されたとしても、外部出力端子１６からは接地電位ＶＳＳが出力されるので、電源電圧の低下に起因する誤ったデータの出力を防止することができる。これにより、角速度検出装置１を含むシステム全体としての誤動作を防止することができる。
本実施形態の角速度検出装置を組み込むことにより、低コストでシステムの高機能・高精度化を実現することができる。
１−２．第２実施形態
図６は、第２実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図である。図６において、図１と同じ構成には同じ符号を付している。第２実施形態の角速度検出装置１では、図１の構成に対して電源監視回路６０の機能が異なる。
電源監視回路６０は、電源入力端子１５を介して供給される電源電圧を監視し、電源電圧が所定の閾値ＶＤＥＴ１（第１の閾値の一例）よりも高いか閾値ＶＤＥＴ１以下であるかを判定し、制御信号Ｓ１を生成する。本実施形態では、制御信号Ｓ１は、電源電圧が閾値ＶＤＥＴ１よりも高ければハイ（Ｈ）レベル、閾値ＶＤＥＴ１以下であればロー（Ｌ）レベルとなる。さらに、電源監視回路６０は、電源入力端子１５を介して供給される電源電圧が所定の閾値ＶＤＥＴ２（第２の閾値の一例）よりも高いか閾値ＶＤＥＴ２以下であるかを判定し、制御信号Ｓ２を生成する。制御信号Ｓ２は、例えば、電源電圧が閾値ＶＤＥＴ２よりも高ければハイ（Ｈ）レベル、閾値ＶＤＥＴ２以下であればロー（Ｌ）レベルとなる。
そして、スイッチ回路３２８は、図１で説明したのと同様に、制御信号Ｓ１に応じて、アンプ３２６の出力信号（角速度信号）と接地電位ＶＳＳのいずれかを選択して外部出力端子１６を介して外部に出力する。
一方、スイッチ回路３３２は、制御信号Ｓ２に応じて、アンプ３３０の出力信号（基準電圧Ｖｒｅｆ）と接地電位ＶＳＳのいずれかを選択して外部出力端子１７を介して外部に出力する。ただし、スイッチ回路３３２は、接地電位ＶＳＳに代えて他の固定電位を選択するようにしてもよい。本実施形態では、スイッチ回路３３２は、制御信号Ｓ２がハイ（Ｈ）レベルであればアンプ３３０の出力信号を選択し、制御信号Ｓ２がロー（Ｌ）レベルであれば接地電位ＶＳＳを選択する。
本実施形態では、この閾値ＶＤＥＴ１とＶＤＥＴ２は、それぞれメモリー５０にあらかじめ設定されたデータＴ１とＴ２に応じて決定される。すなわち、メモリー５０に記憶されるデータＴ１の値を変更することでそれに応じたＶＤＥＴ１に変更することができるとともに、データＴ２の値を変更することでそれに応じたＶＤＥＴ２に変更することができるようになっている。こうすることで、角速度検出装置１を含むシステム全体としての仕様に応じてＶＤＥＴ１とＶＤＥＴ２をそれぞれ適切な値に設定することができる。ただし、ＶＤＥＴ１及びＶＤＥＴ２の少なくとも一方を固定にするような構成も本発明の範囲に含まれる。
図６におけるその他の構成は図１と同様であるので、その説明を省略する。
このような構成により、例えば図７に示すように、電源電圧がＶＤＥＴ１よりも高い時は外部出力端子１６から角速度信号（基準電圧Ｖｒｅｆを基準とする電圧値Ｖｏの角速度信号）が出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。そして、外部出力端子１６から出力される角速度信号と外部出力端子１７から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとの差動をとることで、基準電圧Ｖｒｅｆのノイズをキャンセルして精度の高い角速度の情報を得ることができる。
一方、電源電圧がＶＤＥＴ２よりも高くＶＤＥＴ１以下の時は外部出力端子１６から接地電位ＶＳＳが出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。また、電源電圧がＶＤＥＴ２以下の時は外部出力端子１６と外部出力端子１７からともに接地電位ＶＳＳが出力される。従って、外部出力端子１６を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ１以下に低下したことがわかり、外部出力端子１７を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ２以下に低下したことがわかるようになっている。つまり、本実施形態の角速度検出装置１は、リセットＩＣの機能が組み込まれており、外部から電源の低下具合が２段階でわかるようになっている。さらに、ＶＤＥＴ１を電源電圧の許容範囲よりも低い電圧値に設定することで、電源電圧がＶＤＥＴ１以下に低下して誤った角速度信号が生成されたとしても、外部出力端子１６からは接地電位ＶＳＳが出力されるので、電源電圧の低下に起因する誤ったデータの出力を防止することができる。これにより、角速度検出装置１を含むシステム全体としての誤動作を防止することができる。
本実施形態の角速度検出装置を組み込むことにより、低コストでシステムの高機能・高精度化を実現することができる。
［変形例］
図８は、第２実施形態の変形例の角速度検出装置の構成を示す図である。図８において、図６と同じ構成には同じ符号を付している。第２実施形態の変形例の角速度検出装置１では、図６の構成に２つの電圧選択回路３３４と３３６が付加されている。
電圧選択回路３３４は、データＤ１に応じた電圧Ｖ１を選択して出力する。また、電圧選択回路３３６は、データＤ２に応じた電圧Ｖ２を選択して出力する。本変形例では、データＤ１とＤ２はメモリー５０にあらかじめ設定されており、データＤ１の値を変更することで電圧選択回路３３４の出力電圧Ｖ１を変更し、データＤ２の値を変更することで電圧選択回路３３６の出力電圧Ｖ２を変更することができるようになっている。こうすることで、角速度検出装置１を含むシステム全体としての仕様に応じてＶ１とＶ２をそれぞれ適切な値に設定することができる。
そして、スイッチ回路３２８は、制御信号Ｓ１に応じて、アンプ３２６の出力信号（角速度信号）と電圧選択回路３３４の出力電圧Ｖ１（第１の電圧の信号の一例）のいずれかを選択して外部出力端子１６を介して外部に出力する。また、スイッチ回路３３２は、制御信号Ｓ２に応じて、アンプ３３０の出力信号（基準電圧Ｖｒｅｆ）と電圧選択回路３３６の出力電圧Ｖ２（第２の電圧の信号の一例）のいずれかを選択して外部出力端子１７を介して外部に出力する。ただし、電圧選択回路３３４を削除し、スイッチ回路３２８が電圧選択回路３３４の出力電圧Ｖ１に代えて固定電位を選択するようにしてもよいし、電圧選択回路３３６を削除し、スイッチ回路３３２が電圧選択回路３３６の出力電圧Ｖ２に代えて固定電位を選択するようにしてもよい。
図８におけるその他の構成は図６と同様であるので、その説明を省略する。
このような構成により、例えば図９に示すように、電源電圧がＶＤＥＴ１よりも高い時は外部出力端子１６から角速度信号（基準電圧Ｖｒｅｆを基準とする電圧値Ｖｏの角速度信号）が出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。そして、外部出力端子１６から出力される角速度信号と外部出力端子１７から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとの差動をとることで、基準電圧Ｖｒｅｆのノイズをキャンセルして精度の高い角速度の情報を得ることができる。
一方、電源電圧がＶＤＥＴ２よりも高くＶＤＥＴ１以下の時は外部出力端子１６から電圧Ｖ１が出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。また、電源電圧がＶＤＥＴ２以下の時は外部出力端子１６から電圧Ｖ１が出力されるとともに、外部出力端子１７から電圧Ｖ２が出力される。従って、外部出力端子１６を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ１以下に低下したことがわかり、外部出力端子１７を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ２以下に低下したことがわかるようになっている。
１−３．第３実施形態
図１０は、第３実施形態の角速度検出装置の構成例を示す図である。図１０において、図１と同じ構成には同じ符号を付している。第３実施形態の角速度検出装置１では、図１の構成にスイッチ回路３３８が付加されている。
スイッチ回路３３８は、外部入力端子１８（第３の端子の一例）を介して外部から入力される制御信号Ｓ３に応じて、スイッチ回路３２８の出力信号（角速度信号又は接地電位ＶＳＳ）とスイッチ回路３３２の出力信号（基準電圧Ｖｒｅｆ又は接地電位ＶＳＳ）のいずれかを選択して外部出力端子１６を介して外部に出力する。本実施形態では、スイッチ回路３３８は、制御信号Ｓ３がロー（Ｌ）レベルであればスイッチ回路３２８の出力信号を選択し（通常モード）、制御信号Ｓ３がハイ（Ｈ）レベルであればスイッチ回路３３２の出力信号を選択する（バイアスモニターモード）。
図１０におけるその他の構成は図１と同様であるので、その説明を省略する。
このような構成により、例えば図１１に示すように、外部入力端子１８の電圧がＶＬ（制御信号Ｓ３がロー（Ｌ）レベル）の場合、通常モードになり、電源電圧がＶＤＥＴよりも高い時は外部出力端子１６から角速度信号（基準電圧Ｖｒｅｆを基準とする電圧値Ｖｏの角速度信号）が出力されるとともに、外部出力端子１７から基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。そして、外部出力端子１６から出力される角速度信号と外部出力端子１７から出力される基準電圧Ｖｒｅｆとの差動をとることで、基準電圧Ｖｒｅｆのノイズをキャンセルして精度の高い角速度の情報を得ることができる。また、電源電圧がＶＤＥＴ以下の時は外部出力端子１６と外部出力端子１７からともに接地電位ＶＳＳが出力される。
一方、外部入力端子１８の電圧がＶＨ（制御信号Ｓ３がハイ（Ｈ）レベル）の場合、バイアスモニターモードになり、電源電圧がＶＤＥＴよりも高い時は外部出力端子１６と外部出力端子１７からともに基準電圧Ｖｒｅｆが出力される。また、電源電圧がＶＤＥＴ以下の時は外部出力端子１６と外部出力端子１７からともに接地電位ＶＳＳが出力される。
従って、外部出力端子１６と外部出力端子１７の少なくとも一方を監視することで電源電圧がＶＤＥＴ以下に低下したことがわかるようになっている。
第１実施形態や第２実施形態では、電源電圧の低下以外の外的要因により外部出力端子１６から誤った角速度信号が出力されても外部からは誤った角速度信号であることがわからない。これに対して、第３実施形態によれば、温度の急激な変動や強い衝撃などの外的要因により誤った角速度データが出力され得る状況を外部で検知したら積極的にバイアスモニターモードに設定することで、外部出力端子１６から角速度信号の代わりに基準電圧Ｖｒｅｆを出力させることができる。すなわち、角速度信号をマスクすべきタイミングで外部出力端子１６から基準電圧Ｖｒｅｆを出力させることで、角速度データをマスクするプログラム処理を削減することができる。
本実施形態の角速度検出装置を組み込むことにより、低コストでシステムの高機能・高精度化を実現することができる。
２．電子機器
図１２は、本実施形態の電子機器の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態の電子機器５００は、角速度検出装置６００、ＣＰＵ７００、操作部７１０、表示部７２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）７３０、ＲＡＭ（Random Access Memory）７４０、通信部７５０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１２の構成要素（各部）の一部を省略したり、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６００は、角速度に応じた電圧の角速度信号を生成し、ＣＰＵ７００に出力する。また、角速度検出装置６００は、振動子の励振振動に伴う振動漏れの大きさに応じた電圧の振動漏れ信号を生成し、ＣＰＵ７００に出力するようにしてもよい。
ＣＰＵ７００は、ＲＯＭ７３０に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ７００は、角速度検出装置６００を制御したり、角速度検出装置６００から角速度信号などを受け取って各種の計算処理をする。また、ＣＰＵ７００は、操作部７１０からの操作信号に応じた各種の処理、表示部７２０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、外部とデータ通信を行うために通信部７５０を制御する処理等を行う。
操作部７１０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ＣＰＵ７００に出力する。
表示部７２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ７００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。
ＲＯＭ７３０は、ＣＰＵ７００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、ナビゲーション機能等を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。
ＲＡＭ７４０は、ＣＰＵ７００の作業領域として用いられ、ＲＯＭ７３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部７１０から入力されたデータ、ＣＰＵ７００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。
通信部７５０は、ＣＰＵ７００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。
角速度検出装置６００として本実施形態の角速度検出装置を電子機器５００に組み込むことにより、電源電圧の低下時の誤動作の防止機能を低コストで実現することができる。
なお、電子機器６００としては角速度検出装置を用いた種々の電子機器が考えられ、例えば、車両の横滑り防止装置や横転検出装置、携帯電話機、ナビゲーション装置、マウス等のポインティングデバイス、デジタルカメラ、ゲームコントローラー等が挙げられる。
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。
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 角速度検出装置、１０ 角速度検出用ＩＣ、１１，１６，１７ 外部出力端子、１２〜１５，１８ 外部入力端子、２０ 駆動回路、３０ 検出回路、４０ 基準電源回路、５０ メモリー、６０ 電源監視回路、１００ ジャイロセンサー素子、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、２１０ Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）、２２０ コンパレーター、２３０ ＡＧＣ回路、２４０ 起動回路、３１０，３１２ チャージアンプ、３１４ 差動アンプ、３１６ ハイパスフィルター、３１８ アンプ、３２０ 同期検波器、３２２ アンプ、３２４ ローパスフィルター、３２６ アンプ、３２８ スイッチ回路、３３０ アンプ、３３２ スイッチ回路、３３４，３３６ 電圧選択回路、３３８ スイッチ回路、５００ 電子機器、６００ 角速度検出装置、７００ ＣＰＵ、７１０ 操作部、７２０ 表示部、７３０ ＲＯＭ、７４０ ＲＡＭ、７５０ 通信部

Claims (9)

  1. 角速度に応じた信号を発生させるセンサー素子と、
    前記センサー素子が発生させる信号に基づいて角速度信号を生成する角速度信号生成部と、
    電源電圧を監視し、当該電源電圧が第１の閾値よりも高いか低いかを判定する電源監視部と、
    前記電源電圧が前記第１の閾値よりも高い時は前記角速度信号を第１の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも低い時は前記角速度信号の電圧範囲外にある第１の電圧の信号を前記第１の端子から出力させる出力部と、を含む、角速度検出装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１の閾値は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定される、角速度検出装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記第１の電圧は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定される、角速度検出装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
    前記出力部は、
    前記電源電圧が前記第１の閾値よりも高い時は前記角速度信号の基準電圧信号を第２の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第１の閾値よりも低い時は前記基準電圧信号と異なる第２の電圧の信号を前記第２の端子から出力させる、角速度検出装置。
  5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
    前記電源監視部は、
    当該電源電圧が前記第１の閾値と異なる第２の閾値よりも高いか低いかをさらに判定し、
    前記出力部は、
    前記電源電圧が前記第２の閾値よりも高い時は前記角速度信号の基準電圧信号を第２の端子から出力させ、前記電源電圧が前記第２の閾値よりも低い時は前記基準電圧信号と異なる第２の電圧の信号を前記第２の端子から出力させる、角速度検出装置。
  6. 請求項５において、
    前記第２の閾値は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定される、角速度検出装置。
  7. 請求項４乃至６のいずれかにおいて、
    前記第２の電圧は、記憶部に記憶されたデータに対応づけて可変に設定される、角速度検出装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
    前記出力部は、
    第３の端子から入力される信号に基づいて、前記角速度信号に代えて前記角速度信号の基準電圧信号を前記第１の端子から出力させる、角速度検出装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の角速度検出装置を含む、電子機器。
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