物理量センサー
【課題】比較的簡単な構成でありながら、より高い検出精度で所定の物理量を検出可能な物理量センサーを提供すること。
【解決手段】物理量センサー１は、第１、第２の共振器１１、２１の各共振周波数と対応づけられた周波数の第１、第２の周波数信号１２、２２をそれぞれ発生する第１、第２の周波数信号発生部１０、２０と、第１、第２の周波数信号の各周期数をそれぞれカウントする第１、第２のカウント部３０、４０と、第１、第２のカウント部の各カウント値３２、４２に基づいて、第１、第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値５２を計算するデジタル演算部５０と、デジタル値５２に基づいて、物理量に応じたデジタル値の検出信号６２を生成する検出信号生成部６０と、を含む。第２の共振器２１の共振周波数は加速度の変化に応じて変化し、加速度が加わっていない状態における第１、第２の周波数信号の周波数が一致する。
【解決手段】物理量センサー１は、第１、第２の共振器１１、２１の各共振周波数と対応づけられた周波数の第１、第２の周波数信号１２、２２をそれぞれ発生する第１、第２の周波数信号発生部１０、２０と、第１、第２の周波数信号の各周期数をそれぞれカウントする第１、第２のカウント部３０、４０と、第１、第２のカウント部の各カウント値３２、４２に基づいて、第１、第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値５２を計算するデジタル演算部５０と、デジタル値５２に基づいて、物理量に応じたデジタル値の検出信号６２を生成する検出信号生成部６０と、を含む。第２の共振器２１の共振周波数は加速度の変化に応じて変化し、加速度が加わっていない状態における第１、第２の周波数信号の周波数が一致する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の速度や移動距離等の物理量を検出するために、用途に応じて様々なセンサーが用いられている。例えば、送波器から信号反射面に向けてパルス変調された送波信号を出射し、信号反射面で散乱された送波信号を各受波器で受信して、ドップラー効果によって生じた周波数差等から移動体の走行速度を検出する速度センサーが知られている。
【０００３】
この速度センサーに対し、特許文献１の速度センサーは送波信号を必要とせず、少なくとも一方が加速度検出片である２つの周波数信号発生源からの信号に基づいて、より簡単な構成で速度を検出することができるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の速度センサーでは、検波信号に対してローパスフィルターでアナログ処理するため、最終的な速度値出力にはアナログ回路で発生するノイズが重畳される。従って、特許文献１の速度センサーは、高い検出精度が要求される用途にそのまま利用することが難しい場合もある。
【０００６】
また、特許文献１の速度センサーは、２つの周波数信号の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えると、誤った検出結果を出力する可能性があるため、加速度検出素子の検出感度が高い場合には適用することが難しい。
【０００７】
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、比較的簡単な構成でありながら、より高い検出精度で所定の物理量（速度、移動距離、加速度、力等）を検出可能な物理量センサーを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、所定の物理量を検出する物理量センサーであって、第１の共振器を有し、前記第１の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号を発生する第１の周波数信号発生部と、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する第２の共振器を有し、前記第２の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号を発生する第２の周波数信号発生部と、前記第１の周波数信号の周期数をカウントする第１のカウント部と、前記第２の周波数信号の周期数をカウントする第２のカウント部と、前記第１のカウント部のカウント値と前記第２のカウント部のカウント値に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数と前記第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値を計算するデジタル演算部と、前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に基づいて、前記物理量に応じたデジタル値の検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、加速度が加わっていない状態における前記第１の周波数信号の周波数と前記第２の周波数信号の周波数が一致する。
【０００９】
本発明の物理量センサーに加速度が加わっている状態では、加わった加速度に応じて第２の周波数信号の周波数が変化するので、第２のカウント部のカウントスピードも加わった加速度に応じて変化する。そのため、加速度が加わっている間は、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差が変化する。一方、本発明の物理量センサーに加速度が加わっていない状態（静止時又は定速時）では、第１の周波数信号の周波数と第２の周波数信号の周波数が一致するので、第１のカウント部と第２のカウント部のカウントスピードも一致する。そのため、加速度が加わらなければ、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差は変化しない。従って、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差に基づいて速度、移動距離、加速度等の物理量を検出することができる。
【００１０】
そして、本発明の物理量センサーは、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値に基づいて第１の周波数信号の周期数と第２の周波数信号の周期数の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により物理量を検出する場合と比較して、より高い精度で物理量を検出することができる。
【００１１】
また、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値の差に基づいて物理量を検出するので、第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えても誤った検出結果を出力しない。従って、第２の共振器として検出感度の高い加速度センサーを用いることができる。
【００１２】
（２）この物理量センサーにおいて、前記第１の共振器は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化するようにしてもよい。
【００１３】
（３）この物理量センサーにおいて、前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されているようにしてもよい。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、第１の共振器と第２の共振器はともに加速度センサーであり、加速度が加わると互いに共振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、本発明の物理量センサーによれば、第２の共振器のみが加速度センサーである場合と比較して、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値の差が大きくなるので、物理量の検出感度をより高くすることができる。
【００１５】
（４）この物理量センサーは、前記第１の周波数信号の周波数及び前記第２の周波数信号の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号に基づいて、前記第１の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第１の同期化周波数信号を生成する第１の同期化回路と、前記クロック信号に基づいて、前記第２の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第２の同期化周波数信号を生成する第２の同期化回路と、を含み、前記第１のカウント部は、前記第１の同期化周波数信号に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数をカウントし、前記第２のカウント部は、前記第２の同期化周波数信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周期数をカウントするようにしてもよい。
【００１６】
第１の周波数信号と第２の周波数信号は非同期であるため、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点も非同期である。本発明の物理量センサーでは、第１の周波数信号及び第２の周波数信号はより高い周波数の同一のクロック信号によって同期化された後に周期数がカウントされるので、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点が同期している。従って、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点を避けてデジタル演算を行うことができるため、誤った検出結果を出力する可能性を低減することができる。
【００１７】
（５）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に所定の係数を乗算し、速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により速度を検出する場合と比較して、より高い精度で速度を検出することができる。
【００１９】
（６）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記速度信号を積分し、移動距離に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により移動距離を検出する場合と比較して、より高い精度で移動距離を検出することができる。
【００２１】
（７）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記速度信号を微分し、加速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００２２】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により加速度を検出する場合と比較して、より高い精度で加速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る物理量センサーのブロック図の一例。
【図２】第１実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図３】水晶発振器の構成例を示す図。
【図４】水晶発振器の構成例を示す図。
【図５】第１実施形態の速度センサーにおける水晶振動子の一例について説明するための図。
【図６】第１実施形態の速度センサーの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図７】第１実施形態の速度センサーの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図８】第２実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図９】第２実施形態の速度センサーにおける水晶振動子の一例について説明するための図。
【図１０】第２実施形態の速度センサーの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１１】第２実施形態の速度センサーの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１２】第３実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図１３】本実施形態の距離センサーの構成を示す図。
【図１４】本実施形態の加速度センサーの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
１．物理量センサー
図１は、本実施形態に係る物理量センサーのブロック図の一例である。
【００２６】
物理量センサー１は、第１の周波数信号発生部１０を含む。第１の周波数信号発生部１０は、第１の共振器１１を有し、第１の共振器１１の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号１２を発生する。第１の共振器１１は、加速度が加わっているか否かによらず共振周波数が一定の共振器であってもよいし、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する加速度センサーであってもよい。
【００２７】
物理量センサー１は、第２の周波数信号発生部２０を含む。第２の周波数信号発生部２０は、第２の共振器２１を有し、第２の共振器２１の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号２２を発生する。第２の共振器２１は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する加速度センサーであり、加速度が加わっていない状態における第１の周波数信号１２の周波数と第２の周波数信号２２の周波数が一致する。ここで、加速度が加わっていない状態とは、物理量センサー１が静止している状態か一定の速度で移動している状態のいずれであってもよい。
【００２８】
第１の周波数信号１２及び第２の周波数信号２２の各周波数は、第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数とそれぞれ対応づけられていればよく、必ずしも第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数とそれぞれ一致している必要はない。例えば、第１の周波数信号１２及び第２の周波数信号２２の各周波数は、第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数のＰ／Ｑ倍（Ｐ、Ｑはあらかじめ決められた所定の整数）の周波数であってもよい。
【００２９】
第１の共振器及び第２の共振器は、振動子を用いて構成してもよく、例えば、水晶振動子やセラミック振動子、ニオブ酸リチウム振動子、タンタル酸リチウム振動子などの単結晶材料を用いた振動子や、酸化亜鉛圧電薄膜振動子、酸化アルミニウム圧電薄膜振動子などの圧電性薄膜を用いた振動子等のいずれであってもよい。
【００３０】
物理量センサー１は、第１のカウント部３０を含む。第１のカウント部３０は、第１の周波数信号１２の周期数をカウントする。
【００３１】
物理量センサー１は、第２のカウント部４０を含む。第２のカウント部４０は、第２の周波数信号２２の周期数をカウントする。
【００３２】
物理量センサー１は、デジタル演算部５０を含む。デジタル演算部５０は、第１のカウント部３０のカウント値３２と第２のカウント部４０のカウント値４２に基づいて、第１の周波数信号１２の周期数と第２の周波数信号２２の周期数の差を表すデジタル値５２を計算する。
【００３３】
物理量センサー１は、検出信号生成部６０を含む。検出信号生成部６０は、デジタル演算部５０が計算したデジタル値５２に基づいて、所定の物理量に応じたデジタル値の検出信号６２を生成する。ここで、所定の物理量は、例えば、物理量センサー１の速度、加速度、移動距離、力等である。
【００３４】
以下では、物理量センサーの一例として速度センサー、距離センサー、加速度センサーを例にとり、それぞれの具体的な実施形態について順番に説明する。
【００３５】
２．速度センサー
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の速度センサーの構成を示す図である。
【００３６】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、水晶発振器１４を含んで構成されている。水晶発振器１４は、水晶振動子１００及び発振回路１１０を含んで構成されている。本実施形態では、水晶振動子１００は共振周波数が一定の水晶発振子として構成されている。図３に、水晶発振器１４のより具体的な構成例を示す。図３に示すように、発振回路１１０に含まれるキャパシター１１１、１１２、抵抗１１３、１１４、インバーター１１５により水晶振動子１００を発振させる発振ループが形成され、水晶振動子１００は共振周波数に等しい周波数で発振する。そして、水晶振動子１００の駆動信号すなわちインバーター１１５の出力信号がクロック信号１２０として出力される。
【００３７】
なお、水晶発振器１４は図１における第１の共振器１１に対応し、クロック信号１２０は図１における第１の周波数信号１２に対応する。
【００３８】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、水晶発振器２４を含んで構成されている。水晶発振器２４は、水晶振動子２００及び発振回路２１０を含んで構成されている。本実施形態では、水晶振動子２００は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する水晶発振子として構成されている。図４に、水晶発振器２４のより具体的な構成例を示す。図４に示すように、発振回路２１０に含まれるキャパシター２１１、２１２、抵抗２１３、２１４、インバーター２１５により水晶振動子２００を発振させる発振ループが形成され、水晶振動子２００は共振周波数（加わった加速度に応じて変化する）に等しい周波数で発振する。そして、水晶振動子２００の駆動信号すなわちインバーター２１５の出力信号がクロック信号２２０として出力される。すなわち、水晶発振器２４は加速度に応じて出力信号（クロック信号２２０）の周波数が変化する加速度センサーとして機能する。
【００３９】
なお、水晶発振器２４は図１における第２の共振器２１に対応し、クロック信号２２０は図１における第２の周波数信号２２に対応する。
【００４０】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、同期式カウンター３００及び４００を含んで構成されている。同期式カウンター３００は、クロック信号１２０のクロック数（周期数）をカウントするＮビットカウンターとして構成され、Ｎビットのカウント値３０２を出力する。同様に、同期式カウンター４００は、クロック信号２２０のクロック数（周期数）をカウントするＮビットカウンターとして構成され、Ｎビットのカウント値４０２を出力する。
【００４１】
なお、同期式カウンター３００及び４００は、それぞれ、図１における第１のカウント部３０及び第２のカウント部４０に対応し、カウント値３０２及びカウント値４０２は、それぞれ、図１におけるカウント値３２及びカウント値４２に対応する。
【００４２】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、減算処理部５００及びレジスター５１０を含んで構成されている。減算処理部５００は、デジタル処理により、Ｎビットのカウント値３０２とＮビットのカウント値４０２の一方から他方を減算する処理を行い、Ｎビットの減算値５０２を出力する。減算処理部５００は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が減算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。Ｎビットの減算値５０２は、所定のタイミング、例えば、クロック信号１２０の立ち下がりエッジでレジスター５１０に格納される。
【００４３】
なお、減算処理部５００とレジスター５１０により構成される回路は図１におけるデジタル演算部５０に対応し、レジスター５１０に格納された減算値５１２は図１におけるデジタル値５２に対応する。
【００４４】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、乗算処理部６００を含んで構成されている。乗算処理部６００は、デジタル処理により、Ｎビットの減算値５１２とＭビットの所定の係数ｋを乗算して乗算結果を速度検出信号６０２として出力する。乗算結果（速度検出信号６０２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。乗算処理部６００は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが乗算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。例えば、α＝２ｎ（ｎは正の整数）であれば、乗算処理部６００はｎビットシフト回路として簡易な構成で実現することができる。
【００４５】
なお、乗算処理部６００は図１における検出信号生成部６０に対応し、速度検出信号６０２は図１における検出信号６２に対応する。
【００４６】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本実施形態における水晶振動子２００の一例について説明するための図である。水晶振動子２００は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す双音叉振動片２０１とカンチレバー２０６がパッケージ（図示せず）の内部に気密封止された双音叉振動子として構成される。水晶振動子２００として、優れた安定性と速い応答性を有する双音叉型振動子を使用することで正確な加速度検出を行うことができる。
【００４７】
図５（Ａ）は、双音叉振動片２０１の正面図であり、双音叉振動片２０１の概略的な構造を示している。図５（Ａ）において、２０２、２０３は基部であり、２つの振動腕２０４、２０５がそれらをつないでいる。
【００４８】
図５（Ｂ）は、カンチレバー２０６に固定された双音叉振動片２０１を示す側面図である。図５（Ｂ）において、カンチレバー２０６は、固定端部２０７と自由端部２０８を有し、連結部２０９がそれらをつないでいる。固定端部２０７は直接に、又はパッケージ（図示せず）などにより間接的に、速度センサー１Ａに固定されている。そして、双音叉振動片２０１の基部２０３はカンチレバー２０６の固定端部２０７に固着され、双音叉振動片２０１の基部２０２はカンチレバー２０６の自由端部２０８に固着されている。
【００４９】
図５（Ｃ）は、速度センサー１Ａが加速したときの双音叉振動片２０１の形状の変化を示している。速度センサー１Ａが、カンチレバー２０６の固定端部２０７、連結部２０９、自由端部２０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー２０６から双音叉振動片２０１へ向かう方向に加速した場合、カンチレバー２０６の自由端部２０８に加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー２０６の連結部２０９は加速と反対方向に曲がる。
【００５０】
双音叉振動片２０１はカンチレバー２０６に固着されているため、圧縮力Ｆｓが作用する。この圧縮力Ｆｓの作用により双音叉振動片２０１の共振周波数が低くなる。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、図５（Ｃ）の場合の双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。双音叉振動片２０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路２１０と接続されており、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。
【００５１】
逆に、速度センサー１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときには、慣性力Ｆｉも図５（Ｃ）の場合と反対方向に作用するので、双音叉振動片２０１を伸ばそうとする引張力が作用する。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、速度センサー１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときの双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化する。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。
【００５２】
図６は、本実施形態の速度センサー１Ａの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００５３】
図６は、速度センサー１Ａが、時刻ｔ１以前は静止しており、時刻ｔ１〜ｔ５にかけて加速度α１で加速し、時刻ｔ５以降は一定の速度で移動するケースのタイミングチャート図である。
【００５４】
図６において、時刻ｔ１以前は、速度センサー１Ａが静止しているので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しい。
【００５５】
そして、同期式カウンター３００がクロック信号１２０の立ち上がりエッジでカウントアップ動作を行うことによりカウント値３０２がカウントアップされる。同様に、同期式カウンター４００がクロック信号２２０の立ち上がりエッジでカウントアップ動作を行うことによりカウント値４０２がカウントアップされる。
【００５６】
時刻ｔ１以前は、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数が等しいため、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードは同じである。
【００５７】
ここで、減算処理部５００がカウント値３０２からカウント値４０２を減算して減算値５０２を出力し、レジスター５１０がクロック信号１２０の立ち下がりエッジで減算値５０２を取り込むとすると、減算値５１２（レジスター５１０の出力）は０のまま変化しない。
【００５８】
時刻ｔ１〜ｔ５にかけて速度センサー１Ａに加速度α１が加わると、水晶振動子２００が図５（Ｃ）に示した状態になるため、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。そのため、クロック信号２２０の周波数がクロック信号１２０の周波数よりも低くなる。従って、時刻ｔ１〜ｔ５では、カウント値４０２のカウントアップがカウント値３０２のカウントアップよりも遅くなる。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４の各タイミングで１、２、３と増えていく。
【００５９】
時刻ｔ５において、加速度が０になり、速度センサー１Ａが一定の速度で移動するようになると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ５以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は３のまま変化しない。
【００６０】
このように、図６のケースでは、減算値５１２が０、１、２、３と増加するので、速度検出信号６０２のデジタル値は０、ｋ、２ｋ、３ｋと段階的に増加する。ここで、係数ｋを減算値５１２が１である時の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ１〜ｔ５にかけて加わった加速度α１に応じて０から３ｖ０まで３段階に上昇する速度の軌跡を示すことになる。
【００６１】
図７は、本実施形態の速度センサー１Ａの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００６２】
図７は、速度センサー１Ａが、時刻ｔ６以前は図６の時刻ｔ５以降の定速状態であり、時刻ｔ６〜ｔ１０にかけて加速度−α１（図６のケースと逆向きかつ同じ大きさの加速度）で減速し、時刻ｔ１０以降は静止するケースのタイミングチャート図である。
【００６３】
図７において、時刻ｔ６以前は、速度センサー１Ａに加速度が加わっていないので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は、図６の時刻ｔ５以降の一定値である３のまま変化しない。
【００６４】
時刻ｔ６〜ｔ１０にかけて速度センサー１Ａに加速度−α１が加わると、水晶振動子２００が図５（Ｃ）と逆向きに曲がった状態になるため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。そのため、クロック信号２２０の周波数がクロック信号１２０の周波数よりも高くなる。従って、時刻ｔ５〜ｔ１０では、カウント値４０２のカウントアップがカウント値３０２のカウントアップよりも速くなる。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９の各タイミングで２、１、０と減っていく。
【００６５】
時刻ｔ１０において、加速度が０になり、速度センサー１Ａが静止すると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ１０以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００６６】
このように、図７のケースでは、減算値５１２が３、２、１、０と減少するので、速度検出信号６０２のデジタル値は３ｋ、２ｋ、ｋ、０と段階的に減少する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ５〜ｔ１０にかけて加わった加速度−α１に応じて３ｖ０から０まで３段階に下降する速度の軌跡を示すことになる。
【００６７】
以上説明したように、第１実施形態の速度センサー１Ａに加速度が加わっている状態では、加わった加速度に応じてクロック信号２２０の周波数が変化するので同期式カウンター４００のカウントスピードも加わった加速度に応じて変化するが、クロック信号１２０の周波数は変化しないので同期式カウンター３００のカウントスピードは変化しない。そのため、加速度が加わっている間は、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差が変化する。一方、第１実施形態の速度センサー１Ａに加速度が加わっていない状態（静止時又は定速時）では、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数が一致するので、同期式カウンター３００と同期式カウンター４００のカウントスピードも一致する。そのため、加速度が加わらなければ、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差は変化しない。従って、第１実施形態の速度センサー１Ａによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて速度を検出することができる。
【００６８】
そして、第１実施形態の速度センサー１Ａは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、２つのクロック信号の位相差に基づくアナログ処理により速度を検出する場合と比較して、より高い精度で速度を検出することができる。
【００６９】
また、第１実施形態の速度センサー１Ａによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて速度を検出するので、クロック信号１２０とクロック信号２２０の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えても誤った検出結果を出力しない。従って、検出感度の高い加速度センサーを用いることができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の速度センサーの構成を示す図である。
【００７１】
第２実施形態の速度センサー１Ｂの構成は、図２〜図４に示した第１実施形態の速度センサー１Ａの構成と同様である。ただし、第２実施形態においては、水晶発振器２４だけでなく水晶発振器１４も加速度センサーとして構成される。また、乗算処理部６００は、第１実施形態の速度センサー１Ａにおける乗算時の係数ｋの１／２の係数（ｋ／２）で乗算処理を行う。
【００７２】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本実施形態における水晶振動子１００及び水晶振動子２００の一例について説明するための図である。
【００７３】
本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、水晶振動子１００及び水晶振動子２００は、検出方向が互いに逆方向になるように配置されている。ここで、本実施形態における水晶振動子２００は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示した構造と同じであるため、図９（Ａ）において、水晶振動子２００の各要素に対して図５（Ａ）及び図５（Ｂ）と同じ番号を付しており、その説明を省略する。また、水晶振動子１００の構造は水晶振動子２００の構造と同じであり、水晶振動子１００の各要素１０１〜１０９は、それぞれ水晶振動子２００の各要素２０１〜２０９に対応する。
【００７４】
図９（Ｂ）は、速度センサー１Ｂが加速したときの双音叉振動片１０１、２０１の形状の変化を示している。速度センサー１Ｂが、カンチレバー２０６の固定端部２０７、連結部２０９、自由端部２０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー２０６から双音叉振動片２０１へ向かう方向に加速した場合、双音叉振動片２０１の変化は図５（Ｃ）と同じであり、双音叉振動片２０１の共振周波数が低くなる。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。
【００７５】
一方、カンチレバー１０６の自由端部１０８にも加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー１０６の自由端部１０８も加速と反対方向に曲がる。双音叉振動片１０１はカンチレバー１０６に固着されているため、引張力Ｆｓが作用する。この引張力Ｆｓの作用により双音叉振動片１０１の共振周波数が高くなる。例えば、速度センサー１Ｂが加速していないときの双音叉振動片１０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、図９（Ｂ）の場合の双音叉振動片１０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化する。双音叉振動片１０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路１１０と接続されており、水晶発振器１４の発振周波数が高くなる。
【００７６】
逆に、速度センサー１Ａが図９（Ｂ）の場合と逆方向に加速したときには、慣性力Ｆｉも図９（Ｂ）の場合と反対方向に作用するので、双音叉振動片２０１を伸ばそうとする引張力が作用するとともに双音叉振動片１０１を縮めようとする圧縮力が作用する。この引張力と圧縮力の作用により、双音叉振動片２０１の共振周波数が高くなるとともに双音叉振動片１０１の共振周波数が低くなる。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片１０１及び２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、速度センサー１Ａが図９（Ｂ）の場合と逆方向に加速したときの双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化し、双音叉振動片１０１の共振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなり、水晶発振器１４の発振周波数が低くなる。
【００７７】
このように、水晶振動子１００と水晶振動子２００を検出方向が互いに逆方向になるように配置すると、水晶発振器１４と水晶発振器２４は互いに発振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、減算値５０２の変化量が第１実施形態の速度センサー１Ａの２倍になることで速度の検出感度を高めることができる。
【００７８】
なお、水晶振動子１００と水晶振動子２００が同じ特性であることが好ましい。このようにすれば、例えば、温度ドリフトに伴うクロック信号１２０とクロック信号２２０の周波数差の誤差を抑えることができるので、温度変化に対しても安定した速度検出を行うことが可能となる。
【００７９】
図１０は、本実施形態の速度センサー１Ｂの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００８０】
図１０は、図６のケースと同様に、速度センサー１Ｂが、時刻ｔ１以前は静止しており、時刻ｔ１〜ｔ８にかけて加速度α１で加速し、時刻ｔ８以降は一定の速度で移動するケースのタイミングチャート図である。ここで、加速度α１の大きさと向きは図６のケースと同じであり、加速度α１が加わる時間も図６のケースと同じであるものとする。
【００８１】
図１０において、時刻ｔ１以前は、速度センサー１Ｂが静止しているので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００８２】
時刻ｔ１〜ｔ８にかけて速度センサー１Ｂに加速度α１が加わると、水晶振動子１００と水晶振動子２００が図９（Ｂ）に示した状態になるため、水晶発振器１４の発振周波数が高くなるとともに水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。そのため、クロック信号１２０の周波数が高くなるとともにクロック信号２２０の周波数が低くなるので、カウント値３０２のカウントアップスピードが上昇するとともにカウント値４０２のカウントアップスピードが低下する。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７の各タイミングで１、２、３、４、５、６と増えていく。
【００８３】
時刻ｔ８において、加速度が０になり、速度センサー１Ｂが一定の速度で移動するようになると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ８以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は６のまま変化しない。
【００８４】
このように、図１０のケースでは、減算値５１２が０、１、２、３、４、５、６と増加するので、速度検出信号６０２のデジタル値は０、０．５ｋ、ｋ、１．５ｋ、２ｋ、２．５ｋ、３ｋと段階的に増加する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０（減算値５１２が１である時の速度）に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ１〜ｔ８にかけて加わった加速度α１に応じて０から３ｖ０まで６段階に上昇する速度の軌跡を示すことになる。
【００８５】
図１１は、本実施形態の速度センサー１Ｂの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００８６】
図１１は、図７のケースと同様に、速度センサー１Ｂが、時刻ｔ９以前は図１０の時刻ｔ８以降の定速状態であり、時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて加速度−α１（図１０のケースと逆向きかつ同じ大きさの加速度）で減速し、時刻ｔ１６以降は静止するケースのタイミングチャート図である。ここで、加速度−α１の大きさと向きは図７のケースと同じであり、加速度−α１が加わる時間も図７のケースと同じであるものとする。
【００８７】
図１１において、時刻ｔ９以前は、速度センサー１Ｂに加速度が加わっていないので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は、図１０の時刻ｔ８以降の一定値である６のまま変化しない。
【００８８】
時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて速度センサー１Ｂに加速度−α１が加わると、水晶振動子１００と水晶振動子２００がそれぞれ図９（Ｂ）と逆向きに曲がった状態になるため、水晶発振器１４の発振周波数が低くなるとともに水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。そのため、クロック信号１２０の周波数が低くなるとともにクロック信号２２０の周波数が高くなるので、カウント値３０２のカウントアップスピードが低下するとともにカウント値４０２のカウントアップスピードが上昇する。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５の各タイミングで５、４、３、２、１、０と減っていく。
【００８９】
時刻ｔ１６において、加速度が０になり、速度センサー１Ｂが静止すると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ１６以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００９０】
このように、図１１のケースでは、減算値５１２が６、５、４、３、２、１、０と減少するので、速度検出信号６０２のデジタル値は３ｋ、２．５ｋ、２ｋ、１．５ｋ、ｋ、０．５ｋ、０と段階的に減少する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて加わった加速度−α１に応じて３ｖ０から０まで６段階に下降する速度の軌跡を示すことになる。
【００９１】
以上説明したように、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、水晶発振器１４と水晶振発振器２４がともに加速度センサーであり、検出軸の正方向が互いに逆方向を向いているので、水晶発振器２４のみが加速度センサーである第１実施形態の速度センサー１Ａに対して、減算値５１２が２倍になる。従って、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、第１実施形態の速度センサー１Ａに対して、速度検出信号６０２の分解能が２倍になる。すなわち、第２実施形態の速度センサー１Ｂによれば、速度の検出感度をより高くすることができる。
【００９２】
また、第２実施形態の速度センサー１Ｂによれば、同じ特性を有する水晶振動子１００及び水晶振動子２００を用いることにより、例えば、温度ドリフトに伴う発振周波数誤差をキャンセルすることができるので、検出時の温度によらず安定した検出結果を出力することができる。
【００９３】
（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態において、クロック信号１２０とクロック信号２２０が非同期であるため、カウント値３０２とカウント値４０２が変化するタイミングも非同期である。そのため、減算値５０２がその変化点でレジスター５１０に取り込まれて、結果として速度検出信号６０２が示す速度値が不定値となる可能性がある。そこで、第３実施形態の速度センサーでは、クロック信号１２０とクロック信号２２０を同期させてから、カウント値３０２及びカウント値４０２が生成される。
【００９４】
図１２は第３実施形態の速度センサーの構成を示す図である。図１２において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【００９５】
図１２に示すように、第３実施形態の速度センサー１Ｃは、２つの同期化回路７０（本発明における第１の同期化回路に相当する）及び同期化回路８０（本発明における第２の同期化回路に相当する）を含む。同期化回路７０は、クロック信号１２０をクロック信号９０に同期化させたクロック信号７２（本発明における第１の同期化周波数信号に相当する）を生成する。同様に、同期化回路８０は、クロック信号２２０をクロック信号９０に同期化させたクロック信号８２（本発明における第２の同期化周波数信号に相当する）を生成する。ここで、クロック信号９０は、クロック信号１２０の周波数及びクロック信号２２０の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号である。
【００９６】
同期化回路７０及び同期化回路８０は、例えば、２個以上のフリップフロップを直列に接続し、各フリップフロップのクロック端子にクロック信号９０が入力される既知の同期化回路として構成することができる。
【００９７】
そして、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００は、それぞれ、クロック信号７２及びクロック信号８２のクロック数（周期数）をカウントし、カウント値３０２とカウント値４０２の減算値５０２がクロック信号９０に同期した所定のタイミングでレジスター５１０に取り込まれる。ここで、所定のタイミングは、減算値５０２の変化点でない任意のタイミングを選択することができる。例えば、クロック信号９０、クロック信号７２、クロック信号８２のいずれかの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングであってもよい。
【００９８】
以上説明したように、第３実施形態の速度センサー１Ｃによれば、減算値５０２がその変化点以外でレジスター５１０に取り込まれるので、結果として速度検出信号６０２が示す速度値が不定値となることを防止することができる。
【００９９】
なお、検出精度を高めるためには、クロック信号９０の周波数は、クロック信号１２０の周波数及びクロック信号２２０の周波数に対して十分に高いことが望ましい。
【０１００】
３．距離センサー
図１３は、本実施形態の距離センサーの構成を示す図である。
【０１０１】
速度を積分すると積分開始時点からの距離を得ることができる。そこで、図１３に示すように、本実施形態の距離センサー１Ｄでは、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂの出力に積分処理部６１０が追加されている。図１３において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【０１０２】
積分処理部６１０は、デジタル処理により、速度検出信号６０２の離散時間での積分計算を行い積分結果を距離検出信号６１２として出力する。積分結果（距離検出信号６１２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。積分処理部６１０は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが積分計算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。
【０１０３】
なお、乗算処理部６００と積分処理部６１０により構成される回路は図１における検出信号生成部６０に対応し、距離検出信号６１２は図１における検出信号６２に対応する。
【０１０４】
本実施形態の距離センサー１Ｄによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて移動距離を検出することができる。
【０１０５】
そして、本実施形態の距離センサー１Ｄは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、より高い精度で移動距離を検出することができる。
【０１０６】
４．加速度センサー
図１４は、本実施形態の加速度センサーの構成を示す図である。
【０１０７】
速度を微分すると加速度を得ることができる。そこで、図１４に示すように、本実施形態の加速度センサー１Ｅでは、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂの出力に微分処理部６２０が追加されている。図１４において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【０１０８】
微分処理部６２０は、デジタル処理により、速度検出信号６０２の離散時間での微分計算を行い微分結果を加速度検出信号６２２として出力する。微分結果（加速度検出信号６２２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。微分処理部６２０は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが微分計算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。
【０１０９】
なお、乗算処理部６００と微分処理部６２０により構成される回路は図１における検出信号生成部６０に対応し、加速度検出信号６２２は図１における検出信号６２に対応する。
【０１１０】
本実施形態の加速度センサー１Ｅによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて加速度を検出することができる。
【０１１１】
そして、本実施形態の加速度センサー１Ｅは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、より高い精度で加速度を検出することができる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
例えば、図２に示した第１実施形態の速度センサー１Ａにおいて、水晶発振器１４と水晶発振器２４を入れ替えた構成にしてもよい。
【０１１４】
また、例えば、第１実施形態〜第３実施形態の速度センサー１Ａ〜１Ｃにおいて、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００をともにアップカウンターとして構成しているが、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００をともにダウンカウンターとして構成することもできる。また、同期式カウンター３００と同期式カウンター４００の一方をアップカウンター、他方をダウンカウンターとして構成し、減算処理部５００を、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２を加算する処理を行う加算処理部に置き換えて構成してもよい。
【０１１５】
また、例えば、図６や図１０では、時刻ｔ１以前の静止状態においてクロック信号１２０とクロック信号２２０が同位相になっており、かつ、カウント値３０２とカウント値４０２が同じ値になっている。しかし、起動時の温度等の要因によって、水晶発振器１４の発振安定時間と水晶発振器２４の発振安定時間が変化すると、クロック信号１２０とクロック信号２２０の位相差やカウント値３０２とカウント値４０２の差が図６や図１０と異なる場合もある。そのため、静止状態における減算値５１２が０にならない場合もあるが、例えば、起動時に、水晶発振器１４の発振と水晶発振器２４の発振がともに安定した後の減算値５１２を基準値として記憶しておき、その後の減算値５１２から当該基準値を減算した値に基づいて速度値を計算するようにしてもよい。
【０１１６】
また、第３実施形態の速度センサー１Ｃの一例として、図１２では、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂに同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成を示したが、例えば、図２に示した第１実施形態の速度センサー１Ａに対して同様に同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成としてもよい。さらに、図１３に示した距離センサー１Ｄや図１４に示した加速度センサー１Ｅについても、同様に、同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成とすることもできる。
【０１１７】
また、例えば、図１３に示した距離センサー１Ｄや図１４に示した加速度センサー１Ｅにおいて、水晶発振器１４と水晶発振器２４の一方が加速度センサーでない構成にしてもよい。
【０１１８】
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】
【０１１９】
１ 物理量センサー、１Ａ〜１Ｃ 速度センサー、１０ 第１の周波数信号発生部、１１ 第１の共振器、１２ 第１の周波数信号、１４ 水晶発振器、２０ 第２の周波数信号発生部、２１ 第２の共振器、２２ 第２の周波数信号、２４ 水晶発振器、３０ 第１のカウント部、３２ カウント値、４０ 第２のカウント部、４２ カウント値、５０ デジタル演算部、５２ デジタル値、６０ 検出信号生成部、６２ 検出信号、７０ 同期化回路、７２ クロック信号、８０ 同期化回路、８２ クロック信号、９０ クロック信号、１００ 水晶振動子、１０１ 双音叉振動片、１０２〜１０３ 基部、１０４〜１０５ 振動腕、１０６ カンチレバー、１０７ 固定端部、１０８ 自由端部、１０９ 連結部、１１０ 発振回路、１１１〜１１２ キャパシター、１１３〜１１４ 抵抗、１１５ インバーター、１２０ クロック信号、２００ 水晶振動子、２０１ 双音叉振動片、２０２〜２０３ 基部、２０４〜２０５ 振動腕、２０６ カンチレバー、２０７ 固定端部、２０８ 自由端部、２０９ 連結部、２１０ 発振回路、２１１〜２１２ キャパシター、２１３〜２１４ 抵抗、２１５ インバーター、２２０ クロック信号、３００ 同期式カウンター、３０２ カウント値、４００ 同期式カウンター、４０２ カウント値、５００ 減算処理部、５０２ 減算値、５１０ レジスター、５１２ 減算値、６００ 乗算処理部、６０２ 速度検出信号、６１０ 積分処理部、６１２ 距離検出信号、６２０ 微分処理部、６２２ 加速度検出信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の速度や移動距離等の物理量を検出するために、用途に応じて様々なセンサーが用いられている。例えば、送波器から信号反射面に向けてパルス変調された送波信号を出射し、信号反射面で散乱された送波信号を各受波器で受信して、ドップラー効果によって生じた周波数差等から移動体の走行速度を検出する速度センサーが知られている。
【０００３】
この速度センサーに対し、特許文献１の速度センサーは送波信号を必要とせず、少なくとも一方が加速度検出片である２つの周波数信号発生源からの信号に基づいて、より簡単な構成で速度を検出することができるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の速度センサーでは、検波信号に対してローパスフィルターでアナログ処理するため、最終的な速度値出力にはアナログ回路で発生するノイズが重畳される。従って、特許文献１の速度センサーは、高い検出精度が要求される用途にそのまま利用することが難しい場合もある。
【０００６】
また、特許文献１の速度センサーは、２つの周波数信号の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えると、誤った検出結果を出力する可能性があるため、加速度検出素子の検出感度が高い場合には適用することが難しい。
【０００７】
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、比較的簡単な構成でありながら、より高い検出精度で所定の物理量（速度、移動距離、加速度、力等）を検出可能な物理量センサーを提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、所定の物理量を検出する物理量センサーであって、第１の共振器を有し、前記第１の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号を発生する第１の周波数信号発生部と、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する第２の共振器を有し、前記第２の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号を発生する第２の周波数信号発生部と、前記第１の周波数信号の周期数をカウントする第１のカウント部と、前記第２の周波数信号の周期数をカウントする第２のカウント部と、前記第１のカウント部のカウント値と前記第２のカウント部のカウント値に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数と前記第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値を計算するデジタル演算部と、前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に基づいて、前記物理量に応じたデジタル値の検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、加速度が加わっていない状態における前記第１の周波数信号の周波数と前記第２の周波数信号の周波数が一致する。
【０００９】
本発明の物理量センサーに加速度が加わっている状態では、加わった加速度に応じて第２の周波数信号の周波数が変化するので、第２のカウント部のカウントスピードも加わった加速度に応じて変化する。そのため、加速度が加わっている間は、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差が変化する。一方、本発明の物理量センサーに加速度が加わっていない状態（静止時又は定速時）では、第１の周波数信号の周波数と第２の周波数信号の周波数が一致するので、第１のカウント部と第２のカウント部のカウントスピードも一致する。そのため、加速度が加わらなければ、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差は変化しない。従って、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値と第１のカウント部のカウント値の差に基づいて速度、移動距離、加速度等の物理量を検出することができる。
【００１０】
そして、本発明の物理量センサーは、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値に基づいて第１の周波数信号の周期数と第２の周波数信号の周期数の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により物理量を検出する場合と比較して、より高い精度で物理量を検出することができる。
【００１１】
また、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値の差に基づいて物理量を検出するので、第１の周波数信号と第２の周波数信号の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えても誤った検出結果を出力しない。従って、第２の共振器として検出感度の高い加速度センサーを用いることができる。
【００１２】
（２）この物理量センサーにおいて、前記第１の共振器は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化するようにしてもよい。
【００１３】
（３）この物理量センサーにおいて、前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されているようにしてもよい。
【００１４】
本発明の物理量センサーでは、第１の共振器と第２の共振器はともに加速度センサーであり、加速度が加わると互いに共振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、本発明の物理量センサーによれば、第２の共振器のみが加速度センサーである場合と比較して、第１のカウント部のカウント値と第２のカウント部のカウント値の差が大きくなるので、物理量の検出感度をより高くすることができる。
【００１５】
（４）この物理量センサーは、前記第１の周波数信号の周波数及び前記第２の周波数信号の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号に基づいて、前記第１の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第１の同期化周波数信号を生成する第１の同期化回路と、前記クロック信号に基づいて、前記第２の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第２の同期化周波数信号を生成する第２の同期化回路と、を含み、前記第１のカウント部は、前記第１の同期化周波数信号に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数をカウントし、前記第２のカウント部は、前記第２の同期化周波数信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周期数をカウントするようにしてもよい。
【００１６】
第１の周波数信号と第２の周波数信号は非同期であるため、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点も非同期である。本発明の物理量センサーでは、第１の周波数信号及び第２の周波数信号はより高い周波数の同一のクロック信号によって同期化された後に周期数がカウントされるので、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点が同期している。従って、本発明の物理量センサーによれば、第１のカウント部のカウント値の変化点と第２のカウント部のカウント値の変化点を避けてデジタル演算を行うことができるため、誤った検出結果を出力する可能性を低減することができる。
【００１７】
（５）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に所定の係数を乗算し、速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により速度を検出する場合と比較して、より高い精度で速度を検出することができる。
【００１９】
（６）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記速度信号を積分し、移動距離に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により移動距離を検出する場合と比較して、より高い精度で移動距離を検出することができる。
【００２１】
（７）この物理量センサーにおいて、前記検出信号生成部は、前記速度信号を微分し、加速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成するようにしてもよい。
【００２２】
本発明の物理量センサーによれば、比較的簡単な構成でありながら、２つの周波数信号の位相差に基づくアナログ処理により加速度を検出する場合と比較して、より高い精度で加速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る物理量センサーのブロック図の一例。
【図２】第１実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図３】水晶発振器の構成例を示す図。
【図４】水晶発振器の構成例を示す図。
【図５】第１実施形態の速度センサーにおける水晶振動子の一例について説明するための図。
【図６】第１実施形態の速度センサーの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図７】第１実施形態の速度センサーの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図８】第２実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図９】第２実施形態の速度センサーにおける水晶振動子の一例について説明するための図。
【図１０】第２実施形態の速度センサーの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１１】第２実施形態の速度センサーの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図。
【図１２】第３実施形態の速度センサーの構成を示す図。
【図１３】本実施形態の距離センサーの構成を示す図。
【図１４】本実施形態の加速度センサーの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
１．物理量センサー
図１は、本実施形態に係る物理量センサーのブロック図の一例である。
【００２６】
物理量センサー１は、第１の周波数信号発生部１０を含む。第１の周波数信号発生部１０は、第１の共振器１１を有し、第１の共振器１１の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号１２を発生する。第１の共振器１１は、加速度が加わっているか否かによらず共振周波数が一定の共振器であってもよいし、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する加速度センサーであってもよい。
【００２７】
物理量センサー１は、第２の周波数信号発生部２０を含む。第２の周波数信号発生部２０は、第２の共振器２１を有し、第２の共振器２１の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号２２を発生する。第２の共振器２１は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する加速度センサーであり、加速度が加わっていない状態における第１の周波数信号１２の周波数と第２の周波数信号２２の周波数が一致する。ここで、加速度が加わっていない状態とは、物理量センサー１が静止している状態か一定の速度で移動している状態のいずれであってもよい。
【００２８】
第１の周波数信号１２及び第２の周波数信号２２の各周波数は、第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数とそれぞれ対応づけられていればよく、必ずしも第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数とそれぞれ一致している必要はない。例えば、第１の周波数信号１２及び第２の周波数信号２２の各周波数は、第１の共振器１１及び第２の共振器２１の各共振周波数のＰ／Ｑ倍（Ｐ、Ｑはあらかじめ決められた所定の整数）の周波数であってもよい。
【００２９】
第１の共振器及び第２の共振器は、振動子を用いて構成してもよく、例えば、水晶振動子やセラミック振動子、ニオブ酸リチウム振動子、タンタル酸リチウム振動子などの単結晶材料を用いた振動子や、酸化亜鉛圧電薄膜振動子、酸化アルミニウム圧電薄膜振動子などの圧電性薄膜を用いた振動子等のいずれであってもよい。
【００３０】
物理量センサー１は、第１のカウント部３０を含む。第１のカウント部３０は、第１の周波数信号１２の周期数をカウントする。
【００３１】
物理量センサー１は、第２のカウント部４０を含む。第２のカウント部４０は、第２の周波数信号２２の周期数をカウントする。
【００３２】
物理量センサー１は、デジタル演算部５０を含む。デジタル演算部５０は、第１のカウント部３０のカウント値３２と第２のカウント部４０のカウント値４２に基づいて、第１の周波数信号１２の周期数と第２の周波数信号２２の周期数の差を表すデジタル値５２を計算する。
【００３３】
物理量センサー１は、検出信号生成部６０を含む。検出信号生成部６０は、デジタル演算部５０が計算したデジタル値５２に基づいて、所定の物理量に応じたデジタル値の検出信号６２を生成する。ここで、所定の物理量は、例えば、物理量センサー１の速度、加速度、移動距離、力等である。
【００３４】
以下では、物理量センサーの一例として速度センサー、距離センサー、加速度センサーを例にとり、それぞれの具体的な実施形態について順番に説明する。
【００３５】
２．速度センサー
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の速度センサーの構成を示す図である。
【００３６】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、水晶発振器１４を含んで構成されている。水晶発振器１４は、水晶振動子１００及び発振回路１１０を含んで構成されている。本実施形態では、水晶振動子１００は共振周波数が一定の水晶発振子として構成されている。図３に、水晶発振器１４のより具体的な構成例を示す。図３に示すように、発振回路１１０に含まれるキャパシター１１１、１１２、抵抗１１３、１１４、インバーター１１５により水晶振動子１００を発振させる発振ループが形成され、水晶振動子１００は共振周波数に等しい周波数で発振する。そして、水晶振動子１００の駆動信号すなわちインバーター１１５の出力信号がクロック信号１２０として出力される。
【００３７】
なお、水晶発振器１４は図１における第１の共振器１１に対応し、クロック信号１２０は図１における第１の周波数信号１２に対応する。
【００３８】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、水晶発振器２４を含んで構成されている。水晶発振器２４は、水晶振動子２００及び発振回路２１０を含んで構成されている。本実施形態では、水晶振動子２００は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する水晶発振子として構成されている。図４に、水晶発振器２４のより具体的な構成例を示す。図４に示すように、発振回路２１０に含まれるキャパシター２１１、２１２、抵抗２１３、２１４、インバーター２１５により水晶振動子２００を発振させる発振ループが形成され、水晶振動子２００は共振周波数（加わった加速度に応じて変化する）に等しい周波数で発振する。そして、水晶振動子２００の駆動信号すなわちインバーター２１５の出力信号がクロック信号２２０として出力される。すなわち、水晶発振器２４は加速度に応じて出力信号（クロック信号２２０）の周波数が変化する加速度センサーとして機能する。
【００３９】
なお、水晶発振器２４は図１における第２の共振器２１に対応し、クロック信号２２０は図１における第２の周波数信号２２に対応する。
【００４０】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、同期式カウンター３００及び４００を含んで構成されている。同期式カウンター３００は、クロック信号１２０のクロック数（周期数）をカウントするＮビットカウンターとして構成され、Ｎビットのカウント値３０２を出力する。同様に、同期式カウンター４００は、クロック信号２２０のクロック数（周期数）をカウントするＮビットカウンターとして構成され、Ｎビットのカウント値４０２を出力する。
【００４１】
なお、同期式カウンター３００及び４００は、それぞれ、図１における第１のカウント部３０及び第２のカウント部４０に対応し、カウント値３０２及びカウント値４０２は、それぞれ、図１におけるカウント値３２及びカウント値４２に対応する。
【００４２】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、減算処理部５００及びレジスター５１０を含んで構成されている。減算処理部５００は、デジタル処理により、Ｎビットのカウント値３０２とＮビットのカウント値４０２の一方から他方を減算する処理を行い、Ｎビットの減算値５０２を出力する。減算処理部５００は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が減算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。Ｎビットの減算値５０２は、所定のタイミング、例えば、クロック信号１２０の立ち下がりエッジでレジスター５１０に格納される。
【００４３】
なお、減算処理部５００とレジスター５１０により構成される回路は図１におけるデジタル演算部５０に対応し、レジスター５１０に格納された減算値５１２は図１におけるデジタル値５２に対応する。
【００４４】
第１実施形態の速度センサー１Ａは、乗算処理部６００を含んで構成されている。乗算処理部６００は、デジタル処理により、Ｎビットの減算値５１２とＭビットの所定の係数ｋを乗算して乗算結果を速度検出信号６０２として出力する。乗算結果（速度検出信号６０２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。乗算処理部６００は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが乗算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。例えば、α＝２ｎ（ｎは正の整数）であれば、乗算処理部６００はｎビットシフト回路として簡易な構成で実現することができる。
【００４５】
なお、乗算処理部６００は図１における検出信号生成部６０に対応し、速度検出信号６０２は図１における検出信号６２に対応する。
【００４６】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本実施形態における水晶振動子２００の一例について説明するための図である。水晶振動子２００は、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す双音叉振動片２０１とカンチレバー２０６がパッケージ（図示せず）の内部に気密封止された双音叉振動子として構成される。水晶振動子２００として、優れた安定性と速い応答性を有する双音叉型振動子を使用することで正確な加速度検出を行うことができる。
【００４７】
図５（Ａ）は、双音叉振動片２０１の正面図であり、双音叉振動片２０１の概略的な構造を示している。図５（Ａ）において、２０２、２０３は基部であり、２つの振動腕２０４、２０５がそれらをつないでいる。
【００４８】
図５（Ｂ）は、カンチレバー２０６に固定された双音叉振動片２０１を示す側面図である。図５（Ｂ）において、カンチレバー２０６は、固定端部２０７と自由端部２０８を有し、連結部２０９がそれらをつないでいる。固定端部２０７は直接に、又はパッケージ（図示せず）などにより間接的に、速度センサー１Ａに固定されている。そして、双音叉振動片２０１の基部２０３はカンチレバー２０６の固定端部２０７に固着され、双音叉振動片２０１の基部２０２はカンチレバー２０６の自由端部２０８に固着されている。
【００４９】
図５（Ｃ）は、速度センサー１Ａが加速したときの双音叉振動片２０１の形状の変化を示している。速度センサー１Ａが、カンチレバー２０６の固定端部２０７、連結部２０９、自由端部２０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー２０６から双音叉振動片２０１へ向かう方向に加速した場合、カンチレバー２０６の自由端部２０８に加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー２０６の連結部２０９は加速と反対方向に曲がる。
【００５０】
双音叉振動片２０１はカンチレバー２０６に固着されているため、圧縮力Ｆｓが作用する。この圧縮力Ｆｓの作用により双音叉振動片２０１の共振周波数が低くなる。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、図５（Ｃ）の場合の双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。双音叉振動片２０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路２１０と接続されており、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。
【００５１】
逆に、速度センサー１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときには、慣性力Ｆｉも図５（Ｃ）の場合と反対方向に作用するので、双音叉振動片２０１を伸ばそうとする引張力が作用する。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、速度センサー１Ａが図５（Ｃ）の場合と逆方向に加速したときの双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化する。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。
【００５２】
図６は、本実施形態の速度センサー１Ａの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００５３】
図６は、速度センサー１Ａが、時刻ｔ１以前は静止しており、時刻ｔ１〜ｔ５にかけて加速度α１で加速し、時刻ｔ５以降は一定の速度で移動するケースのタイミングチャート図である。
【００５４】
図６において、時刻ｔ１以前は、速度センサー１Ａが静止しているので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しい。
【００５５】
そして、同期式カウンター３００がクロック信号１２０の立ち上がりエッジでカウントアップ動作を行うことによりカウント値３０２がカウントアップされる。同様に、同期式カウンター４００がクロック信号２２０の立ち上がりエッジでカウントアップ動作を行うことによりカウント値４０２がカウントアップされる。
【００５６】
時刻ｔ１以前は、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数が等しいため、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードは同じである。
【００５７】
ここで、減算処理部５００がカウント値３０２からカウント値４０２を減算して減算値５０２を出力し、レジスター５１０がクロック信号１２０の立ち下がりエッジで減算値５０２を取り込むとすると、減算値５１２（レジスター５１０の出力）は０のまま変化しない。
【００５８】
時刻ｔ１〜ｔ５にかけて速度センサー１Ａに加速度α１が加わると、水晶振動子２００が図５（Ｃ）に示した状態になるため、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。そのため、クロック信号２２０の周波数がクロック信号１２０の周波数よりも低くなる。従って、時刻ｔ１〜ｔ５では、カウント値４０２のカウントアップがカウント値３０２のカウントアップよりも遅くなる。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４の各タイミングで１、２、３と増えていく。
【００５９】
時刻ｔ５において、加速度が０になり、速度センサー１Ａが一定の速度で移動するようになると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ５以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は３のまま変化しない。
【００６０】
このように、図６のケースでは、減算値５１２が０、１、２、３と増加するので、速度検出信号６０２のデジタル値は０、ｋ、２ｋ、３ｋと段階的に増加する。ここで、係数ｋを減算値５１２が１である時の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ１〜ｔ５にかけて加わった加速度α１に応じて０から３ｖ０まで３段階に上昇する速度の軌跡を示すことになる。
【００６１】
図７は、本実施形態の速度センサー１Ａの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００６２】
図７は、速度センサー１Ａが、時刻ｔ６以前は図６の時刻ｔ５以降の定速状態であり、時刻ｔ６〜ｔ１０にかけて加速度−α１（図６のケースと逆向きかつ同じ大きさの加速度）で減速し、時刻ｔ１０以降は静止するケースのタイミングチャート図である。
【００６３】
図７において、時刻ｔ６以前は、速度センサー１Ａに加速度が加わっていないので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は、図６の時刻ｔ５以降の一定値である３のまま変化しない。
【００６４】
時刻ｔ６〜ｔ１０にかけて速度センサー１Ａに加速度−α１が加わると、水晶振動子２００が図５（Ｃ）と逆向きに曲がった状態になるため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。そのため、クロック信号２２０の周波数がクロック信号１２０の周波数よりも高くなる。従って、時刻ｔ５〜ｔ１０では、カウント値４０２のカウントアップがカウント値３０２のカウントアップよりも速くなる。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ７、ｔ８、ｔ９の各タイミングで２、１、０と減っていく。
【００６５】
時刻ｔ１０において、加速度が０になり、速度センサー１Ａが静止すると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ１０以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００６６】
このように、図７のケースでは、減算値５１２が３、２、１、０と減少するので、速度検出信号６０２のデジタル値は３ｋ、２ｋ、ｋ、０と段階的に減少する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ５〜ｔ１０にかけて加わった加速度−α１に応じて３ｖ０から０まで３段階に下降する速度の軌跡を示すことになる。
【００６７】
以上説明したように、第１実施形態の速度センサー１Ａに加速度が加わっている状態では、加わった加速度に応じてクロック信号２２０の周波数が変化するので同期式カウンター４００のカウントスピードも加わった加速度に応じて変化するが、クロック信号１２０の周波数は変化しないので同期式カウンター３００のカウントスピードは変化しない。そのため、加速度が加わっている間は、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差が変化する。一方、第１実施形態の速度センサー１Ａに加速度が加わっていない状態（静止時又は定速時）では、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数が一致するので、同期式カウンター３００と同期式カウンター４００のカウントスピードも一致する。そのため、加速度が加わらなければ、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差は変化しない。従って、第１実施形態の速度センサー１Ａによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて速度を検出することができる。
【００６８】
そして、第１実施形態の速度センサー１Ａは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、２つのクロック信号の位相差に基づくアナログ処理により速度を検出する場合と比較して、より高い精度で速度を検出することができる。
【００６９】
また、第１実施形態の速度センサー１Ａによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて速度を検出するので、クロック信号１２０とクロック信号２２０の位相差が０°〜１８０°の範囲を超えても誤った検出結果を出力しない。従って、検出感度の高い加速度センサーを用いることができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の速度センサーの構成を示す図である。
【００７１】
第２実施形態の速度センサー１Ｂの構成は、図２〜図４に示した第１実施形態の速度センサー１Ａの構成と同様である。ただし、第２実施形態においては、水晶発振器２４だけでなく水晶発振器１４も加速度センサーとして構成される。また、乗算処理部６００は、第１実施形態の速度センサー１Ａにおける乗算時の係数ｋの１／２の係数（ｋ／２）で乗算処理を行う。
【００７２】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、本実施形態における水晶振動子１００及び水晶振動子２００の一例について説明するための図である。
【００７３】
本実施形態では、図９（Ａ）に示すように、水晶振動子１００及び水晶振動子２００は、検出方向が互いに逆方向になるように配置されている。ここで、本実施形態における水晶振動子２００は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示した構造と同じであるため、図９（Ａ）において、水晶振動子２００の各要素に対して図５（Ａ）及び図５（Ｂ）と同じ番号を付しており、その説明を省略する。また、水晶振動子１００の構造は水晶振動子２００の構造と同じであり、水晶振動子１００の各要素１０１〜１０９は、それぞれ水晶振動子２００の各要素２０１〜２０９に対応する。
【００７４】
図９（Ｂ）は、速度センサー１Ｂが加速したときの双音叉振動片１０１、２０１の形状の変化を示している。速度センサー１Ｂが、カンチレバー２０６の固定端部２０７、連結部２０９、自由端部２０８で作られる軸に対して垂直方向に、かつ、カンチレバー２０６から双音叉振動片２０１へ向かう方向に加速した場合、双音叉振動片２０１の変化は図５（Ｃ）と同じであり、双音叉振動片２０１の共振周波数が低くなる。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。
【００７５】
一方、カンチレバー１０６の自由端部１０８にも加速と反対方向に慣性力Ｆｉが作用するので、カンチレバー１０６の自由端部１０８も加速と反対方向に曲がる。双音叉振動片１０１はカンチレバー１０６に固着されているため、引張力Ｆｓが作用する。この引張力Ｆｓの作用により双音叉振動片１０１の共振周波数が高くなる。例えば、速度センサー１Ｂが加速していないときの双音叉振動片１０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、図９（Ｂ）の場合の双音叉振動片１０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化する。双音叉振動片１０１は接続電極（図示せず）を介して発振回路１１０と接続されており、水晶発振器１４の発振周波数が高くなる。
【００７６】
逆に、速度センサー１Ａが図９（Ｂ）の場合と逆方向に加速したときには、慣性力Ｆｉも図９（Ｂ）の場合と反対方向に作用するので、双音叉振動片２０１を伸ばそうとする引張力が作用するとともに双音叉振動片１０１を縮めようとする圧縮力が作用する。この引張力と圧縮力の作用により、双音叉振動片２０１の共振周波数が高くなるとともに双音叉振動片１０１の共振周波数が低くなる。例えば、速度センサー１Ａが加速していないときの双音叉振動片１０１及び２０１の共振周波数が４０００ｋＨｚであったとすると、速度センサー１Ａが図９（Ｂ）の場合と逆方向に加速したときの双音叉振動片２０１の共振周波数は例えば４０．０１ｋＨｚに変化し、双音叉振動片１０１の共振周波数は例えば３９．９９ｋＨｚに変化する。そのため、水晶発振器２４の発振周波数が高くなり、水晶発振器１４の発振周波数が低くなる。
【００７７】
このように、水晶振動子１００と水晶振動子２００を検出方向が互いに逆方向になるように配置すると、水晶発振器１４と水晶発振器２４は互いに発振周波数の変化の方向が逆になる。そのため、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、減算値５０２の変化量が第１実施形態の速度センサー１Ａの２倍になることで速度の検出感度を高めることができる。
【００７８】
なお、水晶振動子１００と水晶振動子２００が同じ特性であることが好ましい。このようにすれば、例えば、温度ドリフトに伴うクロック信号１２０とクロック信号２２０の周波数差の誤差を抑えることができるので、温度変化に対しても安定した速度検出を行うことが可能となる。
【００７９】
図１０は、本実施形態の速度センサー１Ｂの動作の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００８０】
図１０は、図６のケースと同様に、速度センサー１Ｂが、時刻ｔ１以前は静止しており、時刻ｔ１〜ｔ８にかけて加速度α１で加速し、時刻ｔ８以降は一定の速度で移動するケースのタイミングチャート図である。ここで、加速度α１の大きさと向きは図６のケースと同じであり、加速度α１が加わる時間も図６のケースと同じであるものとする。
【００８１】
図１０において、時刻ｔ１以前は、速度センサー１Ｂが静止しているので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００８２】
時刻ｔ１〜ｔ８にかけて速度センサー１Ｂに加速度α１が加わると、水晶振動子１００と水晶振動子２００が図９（Ｂ）に示した状態になるため、水晶発振器１４の発振周波数が高くなるとともに水晶発振器２４の発振周波数が低くなる。そのため、クロック信号１２０の周波数が高くなるとともにクロック信号２２０の周波数が低くなるので、カウント値３０２のカウントアップスピードが上昇するとともにカウント値４０２のカウントアップスピードが低下する。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７の各タイミングで１、２、３、４、５、６と増えていく。
【００８３】
時刻ｔ８において、加速度が０になり、速度センサー１Ｂが一定の速度で移動するようになると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ８以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は６のまま変化しない。
【００８４】
このように、図１０のケースでは、減算値５１２が０、１、２、３、４、５、６と増加するので、速度検出信号６０２のデジタル値は０、０．５ｋ、ｋ、１．５ｋ、２ｋ、２．５ｋ、３ｋと段階的に増加する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０（減算値５１２が１である時の速度）に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ１〜ｔ８にかけて加わった加速度α１に応じて０から３ｖ０まで６段階に上昇する速度の軌跡を示すことになる。
【００８５】
図１１は、本実施形態の速度センサー１Ｂの動作の他の一例について説明するためのタイミングチャート図である。
【００８６】
図１１は、図７のケースと同様に、速度センサー１Ｂが、時刻ｔ９以前は図１０の時刻ｔ８以降の定速状態であり、時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて加速度−α１（図１０のケースと逆向きかつ同じ大きさの加速度）で減速し、時刻ｔ１６以降は静止するケースのタイミングチャート図である。ここで、加速度−α１の大きさと向きは図７のケースと同じであり、加速度−α１が加わる時間も図７のケースと同じであるものとする。
【００８７】
図１１において、時刻ｔ９以前は、速度センサー１Ｂに加速度が加わっていないので、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数は等しい。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しく、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップのスピードも同じである。従って、減算値５１２は、図１０の時刻ｔ８以降の一定値である６のまま変化しない。
【００８８】
時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて速度センサー１Ｂに加速度−α１が加わると、水晶振動子１００と水晶振動子２００がそれぞれ図９（Ｂ）と逆向きに曲がった状態になるため、水晶発振器１４の発振周波数が低くなるとともに水晶発振器２４の発振周波数が高くなる。そのため、クロック信号１２０の周波数が低くなるとともにクロック信号２２０の周波数が高くなるので、カウント値３０２のカウントアップスピードが低下するとともにカウント値４０２のカウントアップスピードが上昇する。その結果、減算値５１２は、時刻ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５の各タイミングで５、４、３、２、１、０と減っていく。
【００８９】
時刻ｔ１６において、加速度が０になり、速度センサー１Ｂが静止すると、水晶発振器１４の発振周波数と水晶発振器２４の発振周波数が等しくなる。そのため、クロック信号１２０の周波数とクロック信号２２０の周波数も等しくなる。従って、時刻ｔ１６以降は、カウント値３０２のカウントアップとカウント値４０２のカウントアップが同じスピードになる。その結果、減算値５１２は０のまま変化しない。
【００９０】
このように、図１１のケースでは、減算値５１２が６、５、４、３、２、１、０と減少するので、速度検出信号６０２のデジタル値は３ｋ、２．５ｋ、２ｋ、１．５ｋ、ｋ、０．５ｋ、０と段階的に減少する。ここで、係数ｋを前述の速度ｖ０に設定しておけば、速度検出信号６０２のデジタル値は、時刻ｔ９〜ｔ１６にかけて加わった加速度−α１に応じて３ｖ０から０まで６段階に下降する速度の軌跡を示すことになる。
【００９１】
以上説明したように、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、水晶発振器１４と水晶振発振器２４がともに加速度センサーであり、検出軸の正方向が互いに逆方向を向いているので、水晶発振器２４のみが加速度センサーである第１実施形態の速度センサー１Ａに対して、減算値５１２が２倍になる。従って、第２実施形態の速度センサー１Ｂでは、第１実施形態の速度センサー１Ａに対して、速度検出信号６０２の分解能が２倍になる。すなわち、第２実施形態の速度センサー１Ｂによれば、速度の検出感度をより高くすることができる。
【００９２】
また、第２実施形態の速度センサー１Ｂによれば、同じ特性を有する水晶振動子１００及び水晶振動子２００を用いることにより、例えば、温度ドリフトに伴う発振周波数誤差をキャンセルすることができるので、検出時の温度によらず安定した検出結果を出力することができる。
【００９３】
（第３実施形態）
第１実施形態及び第２実施形態において、クロック信号１２０とクロック信号２２０が非同期であるため、カウント値３０２とカウント値４０２が変化するタイミングも非同期である。そのため、減算値５０２がその変化点でレジスター５１０に取り込まれて、結果として速度検出信号６０２が示す速度値が不定値となる可能性がある。そこで、第３実施形態の速度センサーでは、クロック信号１２０とクロック信号２２０を同期させてから、カウント値３０２及びカウント値４０２が生成される。
【００９４】
図１２は第３実施形態の速度センサーの構成を示す図である。図１２において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【００９５】
図１２に示すように、第３実施形態の速度センサー１Ｃは、２つの同期化回路７０（本発明における第１の同期化回路に相当する）及び同期化回路８０（本発明における第２の同期化回路に相当する）を含む。同期化回路７０は、クロック信号１２０をクロック信号９０に同期化させたクロック信号７２（本発明における第１の同期化周波数信号に相当する）を生成する。同様に、同期化回路８０は、クロック信号２２０をクロック信号９０に同期化させたクロック信号８２（本発明における第２の同期化周波数信号に相当する）を生成する。ここで、クロック信号９０は、クロック信号１２０の周波数及びクロック信号２２０の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号である。
【００９６】
同期化回路７０及び同期化回路８０は、例えば、２個以上のフリップフロップを直列に接続し、各フリップフロップのクロック端子にクロック信号９０が入力される既知の同期化回路として構成することができる。
【００９７】
そして、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００は、それぞれ、クロック信号７２及びクロック信号８２のクロック数（周期数）をカウントし、カウント値３０２とカウント値４０２の減算値５０２がクロック信号９０に同期した所定のタイミングでレジスター５１０に取り込まれる。ここで、所定のタイミングは、減算値５０２の変化点でない任意のタイミングを選択することができる。例えば、クロック信号９０、クロック信号７２、クロック信号８２のいずれかの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングであってもよい。
【００９８】
以上説明したように、第３実施形態の速度センサー１Ｃによれば、減算値５０２がその変化点以外でレジスター５１０に取り込まれるので、結果として速度検出信号６０２が示す速度値が不定値となることを防止することができる。
【００９９】
なお、検出精度を高めるためには、クロック信号９０の周波数は、クロック信号１２０の周波数及びクロック信号２２０の周波数に対して十分に高いことが望ましい。
【０１００】
３．距離センサー
図１３は、本実施形態の距離センサーの構成を示す図である。
【０１０１】
速度を積分すると積分開始時点からの距離を得ることができる。そこで、図１３に示すように、本実施形態の距離センサー１Ｄでは、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂの出力に積分処理部６１０が追加されている。図１３において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【０１０２】
積分処理部６１０は、デジタル処理により、速度検出信号６０２の離散時間での積分計算を行い積分結果を距離検出信号６１２として出力する。積分結果（距離検出信号６１２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。積分処理部６１０は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが積分計算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。
【０１０３】
なお、乗算処理部６００と積分処理部６１０により構成される回路は図１における検出信号生成部６０に対応し、距離検出信号６１２は図１における検出信号６２に対応する。
【０１０４】
本実施形態の距離センサー１Ｄによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて移動距離を検出することができる。
【０１０５】
そして、本実施形態の距離センサー１Ｄは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、より高い精度で移動距離を検出することができる。
【０１０６】
４．加速度センサー
図１４は、本実施形態の加速度センサーの構成を示す図である。
【０１０７】
速度を微分すると加速度を得ることができる。そこで、図１４に示すように、本実施形態の加速度センサー１Ｅでは、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂの出力に微分処理部６２０が追加されている。図１４において、図８と同じ構成には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。
【０１０８】
微分処理部６２０は、デジタル処理により、速度検出信号６０２の離散時間での微分計算を行い微分結果を加速度検出信号６２２として出力する。微分結果（加速度検出信号６２２）の最下位ビットの計算において必要に応じて丸め処理を行ってもよい。微分処理部６２０は、専用のデジタル回路として実現してもよいし、ＣＰＵが微分計算プログラムを実行することによりその機能を実現するようにしてもよい。
【０１０９】
なお、乗算処理部６００と微分処理部６２０により構成される回路は図１における検出信号生成部６０に対応し、加速度検出信号６２２は図１における検出信号６２に対応する。
【０１１０】
本実施形態の加速度センサー１Ｅによれば、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差に基づいて加速度を検出することができる。
【０１１１】
そして、本実施形態の加速度センサー１Ｅは、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２の差をデジタル演算で求めるという比較的簡単な構成でありながら、より高い精度で加速度を検出することができる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
例えば、図２に示した第１実施形態の速度センサー１Ａにおいて、水晶発振器１４と水晶発振器２４を入れ替えた構成にしてもよい。
【０１１４】
また、例えば、第１実施形態〜第３実施形態の速度センサー１Ａ〜１Ｃにおいて、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００をともにアップカウンターとして構成しているが、同期式カウンター３００及び同期式カウンター４００をともにダウンカウンターとして構成することもできる。また、同期式カウンター３００と同期式カウンター４００の一方をアップカウンター、他方をダウンカウンターとして構成し、減算処理部５００を、同期式カウンター３００のカウント値３０２と同期式カウンター４００のカウント値４０２を加算する処理を行う加算処理部に置き換えて構成してもよい。
【０１１５】
また、例えば、図６や図１０では、時刻ｔ１以前の静止状態においてクロック信号１２０とクロック信号２２０が同位相になっており、かつ、カウント値３０２とカウント値４０２が同じ値になっている。しかし、起動時の温度等の要因によって、水晶発振器１４の発振安定時間と水晶発振器２４の発振安定時間が変化すると、クロック信号１２０とクロック信号２２０の位相差やカウント値３０２とカウント値４０２の差が図６や図１０と異なる場合もある。そのため、静止状態における減算値５１２が０にならない場合もあるが、例えば、起動時に、水晶発振器１４の発振と水晶発振器２４の発振がともに安定した後の減算値５１２を基準値として記憶しておき、その後の減算値５１２から当該基準値を減算した値に基づいて速度値を計算するようにしてもよい。
【０１１６】
また、第３実施形態の速度センサー１Ｃの一例として、図１２では、図８に示した第２実施形態の速度センサー１Ｂに同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成を示したが、例えば、図２に示した第１実施形態の速度センサー１Ａに対して同様に同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成としてもよい。さらに、図１３に示した距離センサー１Ｄや図１４に示した加速度センサー１Ｅについても、同様に、同期化回路７０と同期化回路８０を追加した構成とすることもできる。
【０１１７】
また、例えば、図１３に示した距離センサー１Ｄや図１４に示した加速度センサー１Ｅにおいて、水晶発振器１４と水晶発振器２４の一方が加速度センサーでない構成にしてもよい。
【０１１８】
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】
【０１１９】
１ 物理量センサー、１Ａ〜１Ｃ 速度センサー、１０ 第１の周波数信号発生部、１１ 第１の共振器、１２ 第１の周波数信号、１４ 水晶発振器、２０ 第２の周波数信号発生部、２１ 第２の共振器、２２ 第２の周波数信号、２４ 水晶発振器、３０ 第１のカウント部、３２ カウント値、４０ 第２のカウント部、４２ カウント値、５０ デジタル演算部、５２ デジタル値、６０ 検出信号生成部、６２ 検出信号、７０ 同期化回路、７２ クロック信号、８０ 同期化回路、８２ クロック信号、９０ クロック信号、１００ 水晶振動子、１０１ 双音叉振動片、１０２〜１０３ 基部、１０４〜１０５ 振動腕、１０６ カンチレバー、１０７ 固定端部、１０８ 自由端部、１０９ 連結部、１１０ 発振回路、１１１〜１１２ キャパシター、１１３〜１１４ 抵抗、１１５ インバーター、１２０ クロック信号、２００ 水晶振動子、２０１ 双音叉振動片、２０２〜２０３ 基部、２０４〜２０５ 振動腕、２０６ カンチレバー、２０７ 固定端部、２０８ 自由端部、２０９ 連結部、２１０ 発振回路、２１１〜２１２ キャパシター、２１３〜２１４ 抵抗、２１５ インバーター、２２０ クロック信号、３００ 同期式カウンター、３０２ カウント値、４００ 同期式カウンター、４０２ カウント値、５００ 減算処理部、５０２ 減算値、５１０ レジスター、５１２ 減算値、６００ 乗算処理部、６０２ 速度検出信号、６１０ 積分処理部、６１２ 距離検出信号、６２０ 微分処理部、６２２ 加速度検出信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出する物理量センサーであって、
第１の共振器を有し、前記第１の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号を発生する第１の周波数信号発生部と、
加速度の変化に応じて共振周波数が変化する第２の共振器を有し、前記第２の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号を発生する第２の周波数信号発生部と、
前記第１の周波数信号の周期数をカウントする第１のカウント部と、
前記第２の周波数信号の周期数をカウントする第２のカウント部と、
前記第１のカウント部のカウント値と前記第２のカウント部のカウント値に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数と前記第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値を計算するデジタル演算部と、
前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に基づいて、前記物理量に応じたデジタル値の検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、
加速度が加わっていない状態における前記第１の周波数信号の周波数と前記第２の周波数信号の周波数が一致する、物理量センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の共振器は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する、物理量センサー。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されている、物理量センサー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第１の周波数信号の周波数及び前記第２の周波数信号の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号に基づいて、前記第１の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第１の同期化周波数信号を生成する第１の同期化回路と、
前記クロック信号に基づいて、前記第２の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第２の同期化周波数信号を生成する第２の同期化回路と、を含み、
前記第１のカウント部は、
前記第１の同期化周波数信号に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数をカウントし、
前記第２のカウント部は、
前記第２の同期化周波数信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周期数をカウントする、物理量センサー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記検出信号生成部は、
前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に所定の係数を乗算し、速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【請求項６】
請求項５において、
前記検出信号生成部は、
前記速度信号を積分し、移動距離に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【請求項７】
請求項５において、
前記検出信号生成部は、
前記速度信号を微分し、加速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【請求項１】
所定の物理量を検出する物理量センサーであって、
第１の共振器を有し、前記第１の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第１の周波数信号を発生する第１の周波数信号発生部と、
加速度の変化に応じて共振周波数が変化する第２の共振器を有し、前記第２の共振器の共振周波数と対応づけられた周波数の第２の周波数信号を発生する第２の周波数信号発生部と、
前記第１の周波数信号の周期数をカウントする第１のカウント部と、
前記第２の周波数信号の周期数をカウントする第２のカウント部と、
前記第１のカウント部のカウント値と前記第２のカウント部のカウント値に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数と前記第２の周波数信号の周期数の差を表すデジタル値を計算するデジタル演算部と、
前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に基づいて、前記物理量に応じたデジタル値の検出信号を生成する検出信号生成部と、を含み、
加速度が加わっていない状態における前記第１の周波数信号の周波数と前記第２の周波数信号の周波数が一致する、物理量センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の共振器は、加速度の変化に応じて共振周波数が変化する、物理量センサー。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の共振器及び前記第２の共振器は、加速度の検出方向が互いに逆方向になるように配置されている、物理量センサー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記第１の周波数信号の周波数及び前記第２の周波数信号の周波数のいずれよりも高い周波数のクロック信号に基づいて、前記第１の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第１の同期化周波数信号を生成する第１の同期化回路と、
前記クロック信号に基づいて、前記第２の周波数信号を前記クロック信号に同期化させた第２の同期化周波数信号を生成する第２の同期化回路と、を含み、
前記第１のカウント部は、
前記第１の同期化周波数信号に基づいて、前記第１の周波数信号の周期数をカウントし、
前記第２のカウント部は、
前記第２の同期化周波数信号に基づいて、前記第２の周波数信号の周期数をカウントする、物理量センサー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記検出信号生成部は、
前記デジタル演算部が計算した前記デジタル値に所定の係数を乗算し、速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【請求項６】
請求項５において、
前記検出信号生成部は、
前記速度信号を積分し、移動距離に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【請求項７】
請求項５において、
前記検出信号生成部は、
前記速度信号を微分し、加速度に応じたデジタル値の前記検出信号を生成する、物理量センサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４７８０９（Ｐ２０１１−４７８０９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９６８０１（Ｐ２００９−１９６８０１）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
[ Back to top ]