JPWO2015004872A1 - 駆動装置、物理量検出装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

駆動装置は、振動子と、駆動信号を振動子に入力して振動子を振動させる駆動回路とを備える。駆動回路は、モニタ信号に基づいて振動子に駆動信号を出力する出力アンプと、電源電圧を供給する電源部と、電源電圧を制御して出力アンプに供給する電源電圧制御部とを有する。この駆動装置は振動子の振動の振幅を大きくでき、この駆動装置を用いた物理量検出装置の検出感度を大きくすることができる。

Description

本発明は、駆動装置、振動型角速度センサ等の物理量検出装置および電子機器に関する。

従来、振動子に駆動電圧を与える構成を備えた物理量検出装置が知られている。該物理量検出装置は、例えば、特許文献１に開示されている。該物理量検出装置では、物理量の検出感度を大きくするために、振動子に与える駆動電圧を大きくすることが必要である。

特開２００１−１１６５５３号公報

しかし、従来の物理量検出装置では、高温（あるいは低温）時における物理量の検出感度を十分に大きくした上で、常温時においても、物理量の検出感度を十分に大きくすることが困難なことがある。つまり、高温（あるいは低温）時における駆動電圧を十分に大きくした上で、常温時においても、駆動電圧を十分に大きくすることが困難なことがある。

そこで、本明細書において、以下の駆動装置を開示する。該駆動装置は、入力された駆動信号により振動し、かつ振動に応じてモニタ信号を出力する振動子と、駆動信号を振動子に入力して振動子を振動させる駆動回路とを備える。駆動回路は、モニタ信号に基づいて振動子に駆動信号を出力する出力アンプと、電源電圧を供給する電源部と、電源電圧を制御して制御された電源電圧を出力アンプに供給する電源電圧制御部とを有する。

この駆動装置は振動子の振動の振幅を大きくでき、この駆動装置を用いた物理量検出装置の検出感度を大きくすることができる。

図１Ａは実施の形態１における物理量検出装置のブロック図である。 図１Ｂは実施の形態１における物理量検出装置の電源電圧制御部のブロック図である。 図２Ａは実施の形態１における物理量検出装置の常温での駆動電圧を示す図である。 図２Ｂは実施の形態１における物理量検出装置の高温での駆動電圧を示す図である。 図３は実施の形態１における物理量検出装置の振動子の上面図である。 図４は図３に示す振動子の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。 図５Ａは図３に示す振動子のＺ軸周りの角速度を検出する動作を表す概略図である。 図５Ｂは図３に示す振動子のＹ軸周りの角速度を検出する場合の動作を表す概略図である。 図６は実施の形態１における物理量検出装置の駆動回路が出力する駆動電圧の温度による変化を示す図である。 図７Ａは実施の形態１における物理量検出装置の駆動回路が出力する駆動電圧を示す図である。 図７Ｂは実施の形態１における物理量検出装置の駆動回路が出力する駆動電圧を示す図である。 図８は実施の形態１における物理量検出装置の別の振動子の上面図である。 図９は図８に示す振動子の線ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。 図１０は図８に示す振動子を備えた実施の形態１における物理量検出装置の駆動電圧の振幅の温度による変化を示す図である。 図１１は図８に示す振動子を備えた実施の形態１における物理量検出装置の駆動電圧の振幅の温度による変化を示す図である。 図１２は実施の形態２における物理量検出装置のブロック図である。 図１３は実施の形態２における物理量検出装置の電源電圧制御部のブロック図である。 図１４は実施の形態２における物理量検出装置の他の駆動回路のブロック図である。 図１５は実施の形態２における物理量検出装置のＡＧＣ回路部のブロック図である。 図１６は実施の形態３における電子機器の構成図である。 図１７は実施の形態４における昇圧回路の回路図である。 図１８Ａは図１７に示す昇圧回路の動作を示す回路図である。 図１８Ｂは図１７に示す昇圧回路の動作を示す回路図である。 図１８Ｃは図１７に示す昇圧回路の別の動作を示す回路図である。 図１８Ｄは図１７に示す昇圧回路のさらに別の動作を示す回路図である。 図１９は比較例の昇圧回路の回路図である。 図２０Ａは比較例の昇圧回路の動作を示す回路図である。 図２０Ｂは比較例の昇圧回路の動作を示す回路図である。 図２１Ａは比較例の昇圧回路の別の動作を示す回路図である。 図２１Ｂは比較例の昇圧回路の別の動作を示す回路図である。 図２２Ａは比較例の昇圧回路のさらに別の動作を示す回路図である。 図２２Ｂは比較例の昇圧回路のさらに別の動作を示す回路図である。 図２３は実施の形態４における昇圧回路の出力電流能力を示す図である。 図２４は実施の形態４における別の昇圧回路の回路図である。 図２５Ａは図２４に示す昇圧回路の動作を示す回路図である。 図２５Ｂは図２４に示す昇圧回路の動作を示す回路図である。 図２５Ｃは図２４に示す昇圧回路の別の動作を示す回路図である。 図２５Ｄは図２４に示す昇圧回路のさらに別の動作を示す回路図である。 図２５Ｅは図２４に示す昇圧回路のさらに別の動作を示す回路図である。 図２６は実施の形態４における昇圧装置の回路図である。 図２７は実施の形態５における物理量検出装置のブロック図である。

以下、各実施の形態について説明する。各実施の形態で説明する内容は、矛盾の無い範囲で組み合わせ可能である。

（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１における物理量検出装置１のブロック図である。物理量検出装置１は、駆動装置９１と、検出回路４とを備える。駆動装置９１は、振動子２と、振動子２に接続されることによって発振ループを構成する駆動回路３とを備える。駆動回路３は振動子２に駆動信号を供給して振動子２を駆動し、振動周波数で振動子２を振動させる。振動子２は、駆動信号により振動し、かつ振動に応じたモニタ信号を出力する。駆動回路３は、振動子２に駆動信号を出力する出力アンプ１２と、出力アンプ１２に電源電圧Ｖｔｙｐを供給する電源部１４と、電源電圧制御部１５とを備える。電源電圧制御部１５には電源電圧Ｖｔｙｐが入力され、電源電圧制御部１５は、電源電圧Ｖｔｙｐを制御して、制御された電源電圧Ｖｓを出力アンプ１２に供給する。なお、駆動回路３は、温度検出部１３をさらに備えていてもよい。この場合、電源電圧制御部１５は、温度検出部１３により得られた温度に基づいて、電源電圧Ｖｔｙｐを制御して、制御された電源電圧Ｖｓを出力アンプ１２に供給する。

この構成により、駆動装置９１は温度変化がある場合でも、駆動電圧の飽和を防ぎつつ適切な大きさの電圧の駆動信号を出力することができ、感度特性の向上と温度特性とを両立できる。

実施の形態１における物理量検出装置１は、例えば、角速度を検出する角速度センサであり、その構成と動作について以下に説明する。

駆動回路３は振動子２と発振ループを構成して、その発振ループによって振動子２を駆動して振動させる。

駆動回路３は、高電位ＶＤＤと、高電位ＶＤＤより低い接地電位ＧＮＤ（低電位）との間で動作する。但し、接地電位ＧＮＤの代わりにアナロググランドＡＧＮＤを用いることもあり得る。アナロググランドＡＧＮＤは駆動回路３の基準電位であり、接地電位ＧＮＤと一致するとは限らない。具体的には、振動子２の種類に応じて使用できる電源電位が異なる。

振動子２が圧電振動子等の容量結合型の振動子である場合、振動子２の発振駆動に発振ループの直流成分が関係しないので、発振ループの駆動信号の電圧の振幅を所望のレベルに調整できれば振動子２は駆動でき、駆動信号の電圧の直流成分の大きさは任意に設定できる。したがって、低電位としては接地電位ＧＮＤやアナロググランドＡＧＮＤを含む任意の電位を使用することができる。

振動子２が可変抵抗型振動子である場合、発振ループのバイアス電圧を所望のレベルに設定する必要があることから、回路内の電源電圧である所望のレベルのアナロググランドＡＧＮＤを使用することが好ましい。

実施の形態１における駆動装置９１は上述の振動子２の形態のいずれも採用が可能である。

実施の形態１では振動子２は圧電振動子であり、駆動回路は、高電位ＶＤＤ（例えば３Ｖ）と接地電位ＧＮＤ間で動作する。振動子２は外部から与えられた慣性力に起因して検出信号（電荷）を発生させる。検出回路４は検出信号（電荷）を検出する。

検出回路４は、検出アンプ５と、検波器６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７とを有する。実施の形態１において、検出アンプ５は入力された電流を電圧に変換して出力するＩ／Ｖ変換増幅器である。

駆動回路３は、入力アンプ８と、移相器９と、自動利得調整（ＡＧＣ）回路部１０と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１をさらに有する。入力アンプ８は駆動回路３の初段に設けられ、オペアンプならびに帰還抵抗Ｒｆ、帰還容量Ｃｆからなり、ローパスフィルタ特性をもつ積分型の電流／電圧変換アンプである。振動子２から出力されるモニタ信号は電荷の流れすなわち電流である。入力アンプ８は発振ループの構成要素の一つであり、振動子２から出力された電流であるモニタ信号を電圧信号に変換する。入力アンプ８はローパスフィルタの特性をもつことによって不要な発振を効果的に防止することができる。移相器９は、この電圧信号を９０°位相回転させて検出回路４に出力する。ＡＧＣ回路部１０は、この電圧信号に従って発振ループの利得（ゲイン）を自動的に調整する。

ＡＧＣ回路部１０は、整流器と平滑器と基準信号源と比較器と利得可変増幅器とを有する。ＡＧＣ回路部１０は、発振定常状態において、発振ループのループゲインが１になるように自動的に利得可変増幅器の利得を調整する。出力アンプ１２は駆動回路３の後段に設けられ、ＡＧＣ回路部１０からの信号を増幅した駆動信号を振動子２に出力する。具体的には、ＡＧＣ回路部１０からの信号はＢＰＦ１１を介して出力アンプ１２に入力される。

駆動回路３には振動子２が接続される。振動子２はモニタ信号を出力するモニタ端子Ｄ１と、振動子２に駆動信号を入力するドライブ端子Ｄ２と、振動子２からの検出信号を出力する検出端子Ｓとを有する。

次に、検出回路４の構成と動作について説明する。通常動作時には、駆動回路３を含む発振ループによって振動子２に所定方向の駆動振動周波数ｆｄの振動が生じる。この状態で振動子２が回転すると、その回転に起因して駆動振動と直交する方向にコリオリ力が発生し、そのコリオリ力による振動が生じて検出端子Ｓから検出信号（電荷）が出力され、その検出信号は検出回路４の初段に設けられる検出アンプ５に入力される。

但し、検出信号には、駆動振動が漏れて発生した不要成分が重畳されている。検出信号は駆動振動と直交する振動方向から生じるので、コリオリ力に起因する検出信号の周波数と不要信号の周波数は共に駆動振動周波数ｆｄであり、検出信号と不要信号の位相には９０°の差がある。不要成分を除去するため、検波器６は、駆動回路３からの同期検波用参照信号によって検出信号を同期検波する。同期検波用参照信号は、駆動回路３の入力アンプ８からの出力信号に所定の位相回転を与える移相器９から出力される。

振動子２に一定の角速度が加わっている状態では、検波器６が同期検波して出力する信号にはコリオリ力に起因する直流の成分と不要信号に起因する周波数２×ｆｄの成分とが含まれる。

ローパスフィルタ７は不要信号に起因する周波数２×ｆｄの交流の成分を除去して、振動子２に加わった角速度に対応する所望の角速度信号である直流を出力する。

駆動回路３は、振動子２に駆動信号を出力する出力アンプ１２と、周囲温度を検出する温度検出部１３と、出力アンプ１２に電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして供給する電源部１４と、温度検出部１３より検出された温度に基づいて電源電圧Ｖｓを制御する電源電圧制御部１５とを有する。

ここで、物理量検出装置１の検出感度は振動子２の機械振動の振幅に依存する。振動子２の駆動電圧と機械振動の振幅の関係は温度によって変化し、振動子２を構成する材料の温度特性と、振動子２の形状や寸法等の構造と、振動子２の周囲の空気の粘性の温度特性とを含む複数の要因が影響している。一般に、振動子２は常温よりも高温あるいは低温で機械的に振動し難くなる。ＡＧＣ回路部１０は、温度によらず振動子２の振動の振幅を一定とするように、高温あるいは低温において出力アンプ１２からの駆動信号の電圧の振幅が常温においてよりも大きくなるように駆動信号を制御する。

図１Ｂは電源電圧制御部１５のブロック図である。電源電圧制御部１５は、温度検出部１３で検出された温度に基づいて制御信号を出力する制御部１８と、制御部１８からの制御信号と電源部１４からの電源電圧Ｖｔｙｐが入力される昇圧回路１９と、制御部１８からの制御信号と昇圧回路１９から出力される昇圧電圧Ｖｈｉ及び電源電圧Ｖｔｙｐが入力されるスイッチ２０とを備えている。昇圧回路１９は、電源部１４からの電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧して昇圧電圧Ｖｈｉを発生する。

スイッチ２０は、入力された電源電圧Ｖｔｙｐと昇圧電圧Ｖｈｉのいずれか一方を制御部１８からの制御信号に応じて選択的に電源電圧Ｖｓとして出力する。

図２Ａは図１Ａに示す物理量検出装置１のドライブ端子Ｄ２における常温での駆動信号の電圧を示す。図２Ｂは、ドライブ端子Ｄ２における高温での駆動信号の電圧を示す。図２Ａと図２Ｂにおいて横軸は時間を示し、縦軸は駆動信号の電圧を示す。

図２Ａに示すように、常温では、出力アンプ１２に電源電圧Ｖｔｙｐが供給され、電源電圧Ｖｔｙｐは駆動電圧の振幅より大きい。実施の形態１では、電源電圧Ｖｔｙｐは３Ｖであり、常温での駆動電圧の振幅は２．５Ｖである。ただし、電源電圧Ｖｔｙｐと駆動電圧の振幅との電圧差は、駆動回路３および出力アンプ１２が駆動電圧を飽和させない最低限の値に設定することができ、実施の形態１ではこの電圧差に過大なマージンを設けていない。また、図２Ｂに示すように、高温では出力アンプ１２に電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧して得られた昇圧電圧Ｖｈｉが供給されている。これにより、駆動回路３および出力アンプ１２は駆動電圧を飽和させることなく出力することができる。実施の形態１では、昇圧電圧Ｖｈｉは４．５Ｖであり、高温での駆動信号の電圧の振幅は４．０Ｖである。

図３は振動子２の上面図である。図４は図３に示す振動子２の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図３において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義し、さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。

振動子２は、基部２５と、基部２５に支持された一端をそれぞれ有するアーム２６〜２９と、アーム２６〜２９にそれぞれ接続された錘３０と、アーム２６〜２９をＸＹ平面と平行に駆動し振動させる駆動部３１と、アーム２６に設けられた検出部３２ａと、基部２５上に設けられた検出部３２ｂ、３２ｃと、駆動部３１および検出部３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれから引き出されて配線を介して電気的に接続される接続用電極３５とを備える。検出部３２ａはアーム２６上で基部２５の近傍に設けられ、Ｚ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部３２ｂはＹ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部３２ｃはＸ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。基部２５、アーム２６〜２９、錘３０はそれぞれがシリコン（Ｓｉ）で構成される。基部２５は、一対の支持部２２と、一対の支持部２２に接続された両端をそれぞれ有する一対の縦梁２３と、一対の縦梁２３の略中央にそれぞれ接続された両端を有する横梁２４とから構成される。一対の支持部２２は外部の基板と接続される接続用電極３５を備える。アーム２６〜２９は基部２５の横梁２４に接続されている。振動子２は大気圧に維持されたパッケージ内に実装されている。

検出部３２ａは、アーム２６の上に形成された下部電極２０５と、下部電極２０５の上に形成された圧電薄膜２２０と、圧電薄膜２２０の上に形成された上部電極２２５とを有する。他の検出部３２ｂ、３２ｃ、駆動部３１も同様に、アームの上に形成された下部電極と、下部電極の上に形成された圧電薄膜と、圧電薄膜の上に形成された上部電極とを有する。

図５Ａは振動子２のＺ軸周りの角速度４０を検出する場合の動作を示し、図５Ｂは振動子２のＹ軸周りの角速度４３を検出する場合の動作を示す。

図５Ａに示すように、駆動回路３から駆動部３１に駆動信号が与えられることにより、錘３０にはＸＹ平面内で駆動振動４１が発生する。物理量検出装置１にＺ軸の周りの角速度４０が与えられると、慣性力（コリオリ力）がＹ軸の方向に発生し、錘３０に検出振動４２が発生する。検出振動４２により検出部３２ａから出力される検出信号は、駆動振動と同じ周波数を有し、かつ、角速度４０の大きさに依存した振幅を有する。したがって、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度４０の大きさを検出することができる。

図５Ｂに示すように、Ｙ軸の周りの角速度４３が入力されると、慣性力により錘３０にＺ軸の方向の検出振動４４が発生する。検出振動４４により検出部３２ｂから出力される検出信号は、駆動振動４１と同じ周波数を有し、かつ、角速度４３の大きさに依存した振幅を有する。したがって、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度４３の大きさを検出することができる。なお、物理量検出装置１はＸ軸周りの角速度も、Ｙ軸周りの角速度と同様にして検出できる。

図６は、駆動回路３が出力する駆動信号の電圧の振幅の温度による変化を示す。図７Ａは、常温で駆動回路３が出力する駆動信号の電圧の振幅を示し、図７Ｂは、高温及び低温での駆動信号の電圧の振幅を示す。

振動子２は高温と低温で機械的に振動し難くなる。すなわち、振動子２の機械的な振幅を温度変化に関わらず一定にするには、高温と低温とで駆動振動の電圧の振幅を常温よりも大きくする必要がある。したがって、振動子２を用いた駆動装置９１では、電源電圧制御部１５は、温度検出部１３により得られた温度が所定の高温側閾値ＴｔｈＨより高いまたは所定の低温側閾値ＴｔｈＬより低いときに、電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧して得られた昇圧電圧Ｖｈｉを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に出力することが好ましい。さらに電源電圧制御部１５は、温度検出部１３により得られた温度が所定の高温側閾値ＴｔｈＨ以下でありかつ所定の低温側閾値ＴｔｈＬ以上であるときに、電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に出力することが好ましい。実施の形態１では、所定の高温側閾値ＴｔｈＨは７０℃であり、所定の低温側閾値ＴｔｈＬは−１０℃である。

図８は実施の形態１における物理量検出装置１の別の振動子３０１の上面図である。図９は図８に示す振動子３０１の線ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。

図９に示すように、振動子３０１は、音叉型のシリコン基板３０２、３０３と、シリコン基板３０２の上に形成された下部電極３０８、３０９、３１０と、シリコン基板３０３の上に形成された下部電極３１１、３１２、３１３と、下部電極３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、３１３の上にそれぞれ形成された圧電薄膜３１４、３１５、３１６、３１７、３１８、３１９と、圧電薄膜３１４、３１５、３１６、３１７、３１８、３１９の上にそれぞれ形成された上部電極３２０、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５とを有する。上部電極３２０、３２２、３２３、３２５は駆動電極を構成する。上部電極３２１、３２４は検出電極を構成する。下部電極３０８、３０９、３１０、３１１、３１２、３１３は全て基準電位に接続されている。

振動子３０１のアーム３０６、３０７は、駆動電極３２０、３２２、３２３、３２５に所定の駆動信号の電圧が印加されることで、Ｘ軸方向に振動する。振動子３０１のアーム３０６、３０７がＸ軸方向に振動している状態で、Ｙ軸周りの角速度が印加されるとアーム３０６、３０７にコリオリ力が発生する。コリオリ力によりアーム３０６、３０７はＺ軸方向に撓み、圧電薄膜３１５、３１８が同じく撓むことによって、検出電極３２１、３２４に電荷が発生する。この電荷の量がコリオリ力に比例することから、この電荷を検出することで角速度を検出することが可能となる。

振動子３０１は、大気圧に維持されたパッケージ内に実装される。

図１０は、振動子２の代わりに振動子３０１を備えた物理量検出装置１の駆動回路３が出力する駆動信号の電圧の振幅の温度による変化を示す。図１０において、縦軸は駆動信号の電圧の振幅を示し、横軸は振動子３０１の周囲の温度を示す。ここで、振動子３０１は常温より低い低温では常温に比べて機械的に振動し難くなる。したがって、電源電圧制御部１５は、温度検出部１３により得られた温度が低温の時に電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧した昇圧電圧Ｖｈｉを出力することが好ましい。

図１１は、振動子３０１を備えた物理量検出装置１の駆動回路３が出力する駆動信号の電圧の振幅の温度による変化を示す。図１１において、縦軸は駆動信号の電圧の振幅を示し、横軸は振動子３０１の周囲の温度を示す。ここで、振動子３０１は真空に維持されたパッケージ内に実装されている。この場合、振動子３０１は常温よりも高い高温で常温に比べて機械的に振動し難くなる。したがって、電源電圧制御部１５は、温度検出部１３により得られた温度が高温の時に電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧した昇圧電圧Ｖｈｉを出力することが好ましい。

以上のように、振動子２、３０１は、振動子の構造の違いや周囲の気圧の違い、或いは構成する材料の違いによって温度に対する機械振動のし難さが異なる。ここで、振動子２、３０１の構造の違いとは、例えば、機械振動するアームとその周囲にある基部の間にある空間や、隣り合う２つのアームの間にある空間の大きさの違いである。したがって、実施の形態１における駆動装置９１は、温度検出部１３により得られた温度が高温または低温の時に電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧した昇圧電圧Ｖｈｉを出力アンプ１２へ供給して、出力アンプ１２からの駆動信号の電圧の振幅を大きくすることができる。

これにより、振動子２、３０１の機械振幅に温度による変化がある場合でも、駆動振動の電圧の振幅のマージンを低減でき、駆動装置９１を用いた物理量検出装置１は、常温での駆動信号の電圧の振幅を大きくすることができ、振動子２の変位を大きくできるので、検出感度を大きくすることができる。

なお、実施の形態１における物理量検出装置１は振動子２として微細な構造を採用した小型な振動子を用いることが可能であり、広い温度範囲で高い検出感度を有する。また、振動子２を大気圧中に実装することができるので、実装するパッケージを小型で低コストにすることも可能であり、簡易的な封止であっても広い温度範囲で高感度な物理量検出装置１を実現することができる。また、振動子２を構成する材料が異なっても同様の効果が得られるので、例えば、振動子２を構成する材料をＰＺＴ等の一般的な圧電セラミックスからニオブ酸ナトリウムカリウムやビスマスフェライト等の低環境負荷な無鉛圧電材料に変えたとしても、広い温度範囲で高感度な物理量検出装置１を実現することができる。

なお、図１Ｂに示す電源電圧制御部１５において、スイッチ２０が電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に供給しているときには、昇圧電圧Ｖｈｉは不要である。したがって、電源電圧制御部１５が電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に供給しているときには、制御部１８は、昇圧回路１９へ供給する電力を抑制するかもしくはその電力供給を停止して、昇圧回路１９を動作させなくすることが好ましい。すなわち、昇圧回路１９は温度検出部１３が検出した温度が高温または低温であるときに動作し、その温度が常温であるときには動作しない。これにより、低消費電力な物理量検出装置１を実現することができる。

（実施の形態２）
図１２は実施の形態２における物理量検出装置５０ａのブロック図である。図１２において、図１Ａに示す実施の形態１における物理量検出装置１と同じ部分には同じ参照符号を付す。物理量検出装置５０ａは、図１Ａに示す実施の形態１における物理量検出装置１の駆動回路３を有する駆動装置９１の代わりに駆動回路３ａを有する駆動装置９１ａを備える。

図１２に示す駆動回路３ａは、図１Ａに示す実施の形態１における駆動回路３の温度検出部１３の代わりに、駆動信号の振幅Ｖｄを検出する振幅検出部１６ａを有する。電源電圧制御部１５は、振幅検出部１６ａで検出された駆動信号の振幅Ｖｄに少なくとも基づいて出力アンプ１２に供給される電源電圧Ｖｓを制御する。

振幅検出部１６ａは、駆動信号の電圧の振幅Ｖｄと電源電圧Ｖｓと比較する比較器１７を備えている。

比較器１７は、駆動信号の振幅Ｖｄの大きさと電源電圧Ｖｓとを比較して、その比較結果を電源電圧制御部１５へ出力する。実施の形態２では、この比較結果とは、駆動信号の振幅Ｖｄと電源電圧Ｖｓとの差（Ｖｓ−Ｖｄ）である。

電源電圧制御部１５は、比較器１７から出力された比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）に応じた電源電圧Ｖｓを出力アンプ１２へ供給する。電源電圧Ｖｓとは、電源部１４が出力した電源電圧Ｖｔｙｐもしくは電源電圧Ｖｔｙｐを１．５倍に昇圧した昇圧電圧Ｖｈｉである。実施の形態２では、電源電圧Ｖｔｙｐは例えば３Ｖであり、昇圧電圧Ｖｈｉは例えば４．５Ｖである。

図１３は電源電圧制御部１５のブロック図である。電源電圧制御部１５は、比較器１７から出力された比較結果が入力されて制御信号を出力する制御部１８と、制御部１８からの制御信号と電源部１４からの電源電圧Ｖｔｙｐが入力される昇圧回路１９と、制御部１８からの制御信号と昇圧回路１９から出力される昇圧電圧Ｖｈｉ及び電源電圧Ｖｔｙｐが入力されるスイッチ２０とを備えている。昇圧回路１９は、電源部１４からの電源電圧Ｖｔｙｐを昇圧して昇圧電圧Ｖｈｉを発生する。

スイッチ２０は、入力された電源電圧Ｖｔｙｐと昇圧電圧Ｖｈｉのいずれか一方を制御部１８からの制御信号に応じて選択的に電源電圧Ｖｓとして出力する。

電源電圧制御部１５に入力される比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）に基づく電源電圧制御部１５の動作を以下に説明する。なお、実施の形態２では、電源電圧Ｖｔｙｐは３Ｖであり、昇圧電圧Ｖｈｉは４．５Ｖである。

（ｉ）電源電圧Ｖｓが電源電圧Ｖｔｙｐ（３Ｖ）であるときの動作
電源電圧Ｖｓが電源電圧Ｖｔｙｐ（３Ｖ）である状態で比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）が第１の閾値よりも大きければ、制御部１８はスイッチ２０を制御して電源電圧Ｖｓを電源電圧Ｖｔｙｐのまま変化させない。一方、電源電圧Ｖｓが電源電圧Ｖｔｙｐ（３Ｖ）である状態で比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）が第１の閾値電圧以下であれば、制御部１８はスイッチ２０を制御して電源電圧Ｖｓを昇圧電圧Ｖｈｉへ切り替える。

第１の閾値は、駆動信号の振幅Ｖｄを飽和させない出力アンプ１２の出力ダイナミックレンジに基づいて設定され、実施の形態２では０．７Ｖである。

（ｉｉ）電源電圧Ｖｓが昇圧電圧Ｖｈｉであるときの動作
電源電圧Ｖｓが昇圧電圧Ｖｈｉである状態で比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）が第２の閾値よりも大きければ、制御部１８はスイッチ２０を制御して電源電圧Ｖｓを電源電圧Ｖｔｙｐへ切り替える。一方、電源電圧Ｖｓが昇圧電圧Ｖｈｉである状態で比較結果である差（Ｖｓ−Ｖｄ）が第２の閾値以下であれば、制御部１８はスイッチ２０を制御して電源電圧Ｖｓを昇圧電圧Ｖｈｉのまま変化させない。

第２の閾値は、電源電圧Ｖｔｙｐと昇圧電圧Ｖｈｉの電圧差に出力アンプ１２の出力ダイナミックレンジを加えた電圧に基づいて設定され、実施の形態２では１．７Ｖである。第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。

この構成により、実施の形態２における物理量検出装置５０ａは、出力アンプ１２から出力される駆動信号の振幅Ｖｄを直接検出して、この駆動信号が出力アンプ１２で飽和しないように出力アンプ１２に供給される電源電圧Ｖｓを制御する。したがって、駆動回路３のＢＰＦ１１の特性や出力アンプ１２の増幅量等がばらついた場合でも、広い温度範囲で高感度な物理量検出装置５０ａを実現することができる。

図１４は実施の形態２における別の物理量検出装置５０ｂブロック図である。図１４において、図１２に示す物理量検出装置５０ａと同じ部分には同じ参照符号を付す。物理量検出装置５０ｂは、図１２に示す物理量検出装置５０ａの駆動回路３ａを有する駆動装置９１ａの代わりに駆動回路３ｂを有する駆動装置９１ｂを備える。駆動回路３ｂは図１２に示す駆動回路３ａの振幅検出部１６ａの代わりに振幅検出部１６ｂを有する。駆動装置９１ｂでは、電源電圧制御部１５はＡＧＣ回路部１０で検出したモニタ信号の振幅に基づいて電源電圧Ｖｓを制御する。

ＡＧＣ回路部１０には入力アンプ８の出力信号（モニタ信号）が入力され、モニタ信号の大きさに基づいてＡＧＣ回路部１０の利得可変増幅器の利得に応じたＡＧＣ電圧Ｖｃを出力する。図１４に示す振幅検出部１６ｂは、ＡＧＣ回路部１０から出力されたＡＧＣ電圧Ｖｃを電源電圧制御部１５へ出力している。

図１５はＡＧＣ回路部１０のブロック図である。ＡＧＣ回路部１０は、整流器１０ａ、平滑器１０ｂ、基準信号源１０ｃ、比較器１０ｄ、利得可変増幅器１０ｅで構成される。整流器１０ａは入力アンプ８からのモニタ信号を整流した信号を出力し、平滑器１０ｂは整流器１０ａの出力信号を平滑した直流電圧を出力する。比較器１０ｄはこの直流電圧と基準信号源１０ｃの出力である所定の基準電圧を比較してＡＧＣ電圧Ｖｃを出力する。利得可変増幅器１０ｅは、ＢＰＦ１１を介して入力アンプ８からのモニタ信号を増幅して得られた信号を出力アンプ１２へ出力する。利得可変増幅器１０ｅの利得はＡＧＣ電圧Ｖｃに基づいて制御され、ＡＧＣ電圧ＶｃはＡＧＣ回路部１０に入力されるモニタ信号の極めて小さな変化を検出して利得可変増幅器１０ｅの増幅量を大きく変化させる。これにより、温度変動が発生して振動子２が機械振動し難くなったとしても、駆動回路３はモニタ信号の大きさをほぼ一定にしながら駆動信号の電圧の振幅Ｖｄが大きくなるように制御され、その結果、振動子２の機械的な振動の振幅が一定に制御される。

以上のことから、ＡＧＣ電圧Ｖｃはモニタ信号の電圧に基づいており、電源電圧制御部１５は、モニタ信号の電圧に基づくＡＧＣ電圧Ｖｃを取得することによって駆動信号の電圧の振幅を検出することができる。すなわち、振幅検出部１６ｂは、モニタ信号の振幅を検出し、電源電圧制御部１５は、検出された振幅に基づいて電源電圧Ｖｓを制御する。

この構成により、物理量検出装置５０ｂは、ＡＧＣ回路部１０を駆動信号の振幅Ｖｄを検出する振幅検出部１６ｂとして併用しているので、回路規模が小さく、より簡単な構成で出力アンプ１２から出力される駆動信号の電圧の振幅Ｖｄを間接的に検出して、駆動信号が出力アンプ１２に供給される電源電圧Ｖｔｙｐによって飽和しないように出力アンプ１２の電源電圧Ｖｓを制御することができる。

なお、図１Ｂに示す電源電圧制御部１５において、スイッチ２０が電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に供給しているときには、昇圧電圧Ｖｈｉは不要である。したがって、電源電圧制御部１５が電源電圧Ｖｔｙｐを電源電圧Ｖｓとして出力アンプ１２に供給しているときには、制御部１８は昇圧回路１９を動作させなくすることが好ましい。これにより、低消費電力な物理量検出装置５０ａ、５０ｂを実現することができる。

（実施の形態３）
図１６は実施の形態３における電子機器７０の構成図である。電子機器７０は、実施の形態１における物理量検出装置１と、表示部７１と、ＣＰＵ等の処理部７２と、メモリ７３と、操作部７４とを備える。このように、電子機器７０は、記載の物理量検出装置１と、物理量検出装置１に接続された回路（表示部７１、処理部７２、メモリ７３等）を備える。実施の形態３における電子機器７０はデジタルカメラである。電子機器７０は物理量検出装置１の代わりに実施の形態２における物理量検出装置５０ａまたは物理量検出装置５０ｂを備えてもよい。

物理量検出装置１は、図１Ａに示すように、振動子２、駆動回路３および検出回路４を備える。駆動回路３は、温度変化がある様な場合でも、駆動電圧の飽和を防ぎつつ適切な大きさの電圧の駆動信号を出力することができ、感度特性の向上と温度特性との両立が可能である。したがって、物理量検出装置１を内蔵する電子機器７０は、電子機器７０が、例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラである場合、高精度の手振れ補正等の処理が可能である。

このように、電子機器７０は高い性能を有する。なお、電子機器７０は、デジタルカメラの他、カーナビゲーションシステムや航空機やロボットであってもよい。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、他にも多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できる。例えば、本発明に係る駆動装置を用いた物理量検出装置の一例として、角速度センサを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明に係る駆動装置を用いた振動型加速度センサや振動型角加速度センサ、振動型歪センサ、振動型圧力センサ、水晶発振器等、が実現可能である。

なお、振動子２を構成する材質としては、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛を用いることができる。

（実施の形態４）
図１７は実施の形態４における昇圧回路５１０の回路図である。昇圧回路５１０は図１Ｂと図１３に示す実施の形態１、２における昇圧回路１９として用いることができる。昇圧回路５１０は、コンデンサＣ１〜Ｃ４と、電位Ｖｄｄを供給する入力端子５１２と、電位Ｖｇｎｄを供給する共通端子５１３と、電位Ｖｄｄ、Ｖｇｎｄの間の電圧を昇圧して得られた電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子５１４と、スイッチ１００ａ、２００ａとを備える。スイッチ１００ａは、端子５１２、５１３の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに直列に接続する直列接続と、端子５１２、５１３の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに並列に接続する並列接続とを切り替えることができる。スイッチ２００ａは、端子５１２、５１４の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに並列に接続することができる。

電圧源５１１は入力端子５１２に電位Ｖｄｄを供給する。実施の形態４では、電位Ｖｄｄは電源電位であり、電位Ｖｇｎｄは接地電位であり０Ｖである。

コンデンサＣ１〜Ｃ４は互いに等しい容量を有する。コンデンサＣ１は端Ｃ１ａ、Ｃ１ｂを有する。コンデンサＣ２は端Ｃ２ａ、Ｃ２ｂを有する。コンデンサＣ３は端Ｃ３ａ、Ｃ３ｂを有する。コンデンサＣ４は端Ｃ４ａ、Ｃ４ｂを有する。

スイッチ１００ａはスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１よりなる。スイッチＳＷ１０１は入力端子５１２とコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ａとに接続されている。スイッチＳＷ１０２は共通端子５１３とコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ１ｂとに接続されている。スイッチＳＷ１０３はコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に端Ｃ１ｂと端Ｃ２ａとに接続されている。スイッチＳＷ１０４は入力端子５１２とコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ２ａとに接続されている。スイッチＳＷ１０５は共通端子５１３とコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ２ｂとに接続されている。スイッチＳＷ１０６はコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に端Ｃ２ｂと端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ１０７は入力端子５１２とコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ１０８は共通端子５１３とコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ３ｂとに接続されている。スイッチＳＷ１０９はコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に端Ｃ３ｂと端Ｃ４ａとに接続されている。スイッチＳＷ１１０は入力端子５１２とコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ４ａとに接続されている。スイッチＳＷ１１１は共通端子５１３とコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ４ｂとに接続されている。

スイッチ２００ａはスイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８よりなる。

スイッチＳＷ２０１は入力端子５１２とコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ｂとに接続されている。スイッチＳＷ２０２は出力端子５１４とコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとの間で直列に端子５１４と端Ｃ１ａとに接続されている。スイッチＳＷ２０３は入力端子５１２とコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ２ｂとに接続されている。スイッチＳＷ２０４は出力端子５１４とコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に端子５１４と端Ｃ２ａとに接続されている。スイッチＳＷ２０５は入力端子５１２とコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ３ｂとに接続されている。スイッチＳＷ２０６は出力端子５１４とコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に端子５１４と端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ２０７は入力端子５１２とコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ４ｂとに接続されている。スイッチＳＷ２０８は出力端子５１４とコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に端子５１４と端Ｃ４ａとに接続されている。

スイッチ１００ａ（スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１）の切り替えによるコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を以下に説明する。スイッチ１００ａでコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を切り替える際にはスイッチ２００ａ（スイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８）はオフであり、コンデンサＣ１〜Ｃ４は出力端子５１４に接続されておらず出力端子５１４から切断されている。

スイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０３、ＳＷ１０６、ＳＷ１０９、ＳＷ１１１がオンでありスイッチＳＷ１０２、ＳＷ１０４、ＳＷ１０５、ＳＷ１０７、ＳＷ１０８、ＳＷ１１０がオフである状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

また、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０３、ＳＷ１０５、ＳＷ１０７、ＳＷ１０９、ＳＷ１１１がオンでありスイッチＳＷ１０２、ＳＷ１０４、ＳＷ１０６、ＳＷ１０８、ＳＷ１１０がオフである状態では、コンデンサＣ１、Ｃ２は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続されると同時に、コンデンサＣ３、Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

さらに、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ＳＷ１０４、ＳＷ１０５、ＳＷ１０７、ＳＷ１０８、ＳＷ１１０、ＳＷ１１１がオンでありスイッチＳＷ１０３、ＳＷ１０６、ＳＷ１０９がオフであるの状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに並列に端子５１２、５１３に接続される。

次に、スイッチ２００ａ（スイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８）の切り替えによるコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を説明する。スイッチ２００ａでコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を切り替える際にはスイッチ１００ａ（スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１）はオフである。

スイッチ２００ａのスイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８がオンである状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に接続される。

昇圧回路５１０の動作を以下に説明する。図１８Ａから図１８Ｄは昇圧回路５１０の動作を示す回路図である。

図１８Ａと図１８Ｂに示す動作では、昇圧回路５１０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを１．２５倍して得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図１８Ａに示すようにスイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０３、ＳＷ１０６、ＳＷ１０９、ＳＷ１１１をオンにしてスイッチ１００ａ、２００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフに維持することで、コンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれは０．２５×Ｖｄｄの電圧に充電される。

次に、図１８Ｂに示すように、スイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１を全てオフにしてスイッチ２００ａのスイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８をオンにする。これにより、０．２５×Ｖｄｄの電圧でそれぞれ充電されたコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧０．２５×Ｖｄｄが加算されて１．２５×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．２５×Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

図１８Ｂと図１８Ｃに示す動作では、昇圧回路５１０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを１．５倍して得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図１８Ｃに示すようにスイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０３、ＳＷ１０５、ＳＷ１０７、ＳＷ１０９、ＳＷ１１１をオンにしてスイッチ１００ａ、２００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフに維持することで、コンデンサＣ１、Ｃ２が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続され、同時に、コンデンサＣ３、Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれは０．５×Ｖｄｄの電圧で充電される。

次に、図１８Ｂに示すように、スイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１を全てオフにしてスイッチ２００ａのスイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８をオンにする。これにより、０．５×Ｖｄｄの電圧でそれぞれ充電されたコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧０．５×Ｖｄｄが加算されて１．５×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．５×Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

図１８Ｂと図１８Ｄに示す動作では、昇圧回路５１０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを２．０倍して得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図１８Ｄに示すようにスイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ＳＷ１０４、ＳＷ１０５、ＳＷ１０７、ＳＷ１０８、ＳＷ１１０、ＳＷ１１１をオンにしてスイッチ１００ａ、２００ａのうちのこれら以外の他のスイッチをオフに維持することで、コンデンサＣ１〜Ｃ４を入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに並列に端子５１２、５１３に接続する。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれはＶｄｄの電圧が充電される。

次に、図１８Ｂに示すように、スイッチ１００ａのスイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１１１を全てオフにしてスイッチ２００ａ（スイッチＳＷ２０１〜ＳＷ２０８）をオンにする。これにより、Ｖｄｄの電圧でそれぞれ充電されたコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｄｄが加算されて２×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

実施の形態４における昇圧回路５１０は出力の放電能力の低下を抑制することができ、以下にその効果を説明する。

図１９は比較例の昇圧回路の回路図である。昇圧回路５０１は、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４と、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ１５とを備える。コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４は互いに等しい容量Ｃを有する。昇圧回路５０１を用いることで、電圧源５０２の電源電位Ｖｉｎを昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

以下、比較例の昇圧回路５０１の動作を説明する。図２０Ａと図２０Ｂは昇圧回路５０１の動作を示す。図２０ＡはコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の充電時の接続状態を示し、図２０ＢはコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の放電時の接続状態を示す。図２０Ａと図２０Ｂに示す動作では、電源電位Ｖｉｎを１．２５倍に昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

まず、図２０Ａに示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５が閉状態となり、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１５が開状態となることで、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４が直列に接続される。これにより、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４のそれぞれには０．２５Ｖｉｎの電圧がかかる。次に、図２０Ｂに示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５が開状態となり、同時に、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１３が閉状態となることで、破線で示す経路で出力電圧が発生する。これにより、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４は互いに等しい容量Ｃを有するので、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４のそれぞれに加えられていた電圧０．２５×Ｖｉｎと電圧Ｖｉｎとが加算され、電源電位Ｖｉｎの１．２５倍の出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

図２１Ａと図２１Ｂは比較例の昇圧回路５０１の別の動作を示す。図２１ＡはコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の充電時の接続状態を示し、図２１Ｂは放電時の接続状態を示す。図２１Ａと図２１Ｂに示す動作では、電源電位Ｖｉｎを１．５倍に昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

まず、図２１Ａに示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５が閉状態であり、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１５が開状態となることで、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４が直列に接続される。これにより、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４のそれぞれには０．２５×Ｖｉｎの電圧がかかる。次に、図２１Ｂに示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５が開状態となり、同時に、スイッチＳＷ７、ＳＷ９、ＳＷ１０、ＳＷ１２が閉状態となることで、破線で示す経路で出力電圧Ｖｏｕｔが発生する。すなわち、電圧０．２５×Ｖｉｎでそれぞれ充電された２つのコンデンサＣ５０１、Ｃ５０２が直列に接続され、電圧０．２５×Ｖｉｎでそれぞれ充電された２つのコンデンサＣ５０３、Ｃ５０４が直列に接続されて得られた電圧０．５×Ｖｉｎと電圧Ｖｉｎとが加算され、電源電位Ｖｉｎを１．５倍に昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

図２２Ａと図２２Ｂは比較例の昇圧回路５０１のさらに別の動作を示す。図２２ＡはコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の充電時の接続状態を示し、図２２ＢはコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の放電時の接続状態を示す。図２２Ａと図２２Ｂに示す動作では、電源電位Ｖｉｎを２．０倍に昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。

まず、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ１４、ＳＷ１５が閉状態であり、スイッチＳＷ３、ＳＷ６〜ＳＷ１３が開状態となることで、コンデンサＣ５０１、Ｃ５０２が直列に接続され、コンデンサＣ５０３、Ｃ５０４が直列に接続される。これにより、コンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４のそれぞれには０．５×Ｖｉｎの電圧がかかる。次に、図２２Ｂに示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ５、ＳＷ１４、ＳＷ１５が開状態となり、同時に、スイッチＳＷ７、ＳＷ９、ＳＷ１０、ＳＷ１２が閉状態となることで、破線で示す経路で出力電圧Ｖｏｕｔが発生する。

これにより、０．５×Ｖｉｎの電圧に充電した２つのコンデンサＣ５０１、Ｃ５０２が直列に接続され、０．５×Ｖｉｎに充電した２つのコンデンサＣ５０３、Ｃ５０４が直列に接続されて電圧Ｖｉｎと電圧Ｖｉｎとが加算され、電源電位Ｖｉｎを２．０倍に昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

以上のように、４つのコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４を用いることで、電源電位Ｖｉｎを１．２５倍、１．５倍、あるいは２．０倍に昇圧する比率を切り替えて出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

図２３は図１７に示す実施の形態４における昇圧回路５１０と図１９に示す比較例の昇圧回路５０１の出力電流能力を示す。出力電流能力とは、昇圧回路５１０が出力端子５１４に接続された負荷へ出力することのできる電流Ｉと時間ｔの積（Ｉ×ｔ）すなわち電気量の大きさである。例えば、ある電流Ｉを時間ｔに安定持続的に放電する場合、電圧Ｖが充電された大きな容量Ｃのコンデンサを必要とする。

図２３に示すように、比較例の昇圧回路５０１は、昇圧比率を上げると放電能力が低下する。これは、昇圧比率を細かく切り替えることができるように構成された４つのコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４が高い昇圧比率（１．５倍、２．０倍）の場合に直列に接続され、放電時に出力端子から見たコンデンサＣ５０１〜Ｃ５０４の合成容量が小さくなることに起因する。

一方、実施の形態４における昇圧回路５１０は、図２３に示すように、昇圧比率を大きくしても出力電流能力の低下が抑制されている。これは、充電したコンデンサＣ１〜Ｃ４を放電する際に、コンデンサＣ１〜Ｃ４を並列に接続して昇圧電圧Ｖｏｕｔを生成しているので、出力端子５１４から見たコンデンサＣ１〜Ｃ４の合成容量が小さくならないことに起因する。

以上のように、実施の形態４における昇圧回路５１０では、スイッチ１００ａはコンデンサＣ１〜Ｃ４を電位Ｖｄｄと電位Ｖｇｎｄとの間で直列又は並列に接続する。スイッチ２００ａはコンデンサＣ１〜Ｃ４を電位Ｖｄｄと出力端子５１４との間で並列に接続する。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４の放電の際においても出力端子５１４から見たコンデンサＣ１〜Ｃ４の合成容量が小さくなることを防ぐことができ、出力放電能力の低下を抑制することができる。

図２４は実施の形態４における別の昇圧回路５２０の回路図である。昇圧回路５２０は図１Ｂと図１３に示す実施の形態１、２における昇圧回路１９として用いることができる。図２４において、図１７に示す昇圧回路５１０と同じ部分には同じ参照番号を付す。昇圧回路５２０は、図１７に示す昇圧回路５１０のスイッチ１００ａ、２００ａの代わりにスイッチ３００ａ、４００ａを備える。スイッチ３００ａは、図１７に示す昇圧回路５１０のスイッチ１００ａと同様に、端子５１２、５１３の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに直列する直列接続と、端子５１２、５１３の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに並列に接続する並列接続とを切り替えることができる。スイッチ４００ａは、図１７に示す昇圧回路５１０のスイッチ２００ａと同様に、端子５１２、５１４の間でコンデンサＣ１〜Ｃ４を互いに並列に接続することができる。

スイッチ３００ａはスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１よりなる。スイッチＳＷ３０１は入力端子５１２とコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ａとに接続されている。スイッチＳＷ３０２はコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に端Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂに接続されている。スイッチＳＷ３０３はコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に端Ｃ１ｂ、Ｃ２ａに接続されている。スイッチＳＷ３０４はコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に端Ｃ１ａ、Ｃ２ａに接続されている。スイッチＳＷ３０５は共通端子５１３とコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ２ｂとに接続されている。スイッチＳＷ３０６はコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に端Ｃ２ｂ、Ｃ３ａに接続されている。スイッチＳＷ３０７は入力端子５１２とコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ３０８はコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に端Ｃ３ｂ、Ｃ４ｂに接続されている。スイッチＳＷ３０９はコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に端Ｃ３ｂ、Ｃ４ａに接続されている。スイッチＳＷ３１０はコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に端Ｃ３ａ、Ｃ４ａに接続されている。スイッチＳＷ３１１は共通端子５１３とコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に共通端子５１３と端Ｃ４ｂとに接続されている。

スイッチ４００ａはスイッチＳＷ４０１〜ＳＷ４０８よりなる。スイッチＳＷ４０１は入力端子５１２とコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０２は入力端子５１２とコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ２ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０３は入力端子５１２とコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ３ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０４は入力端子５１２とコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０５は出力端子５１４とコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ１ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０６は出力端子５１４とコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ２ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０７は出力端子５１４とコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０８は出力端子５１４とコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ４ａとに接続されている。

スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１の切り替えによるコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を以下に説明する。スイッチ３００ａ（スイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１）でコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を切り替える際には、スイッチ４００ａ（スイッチＳＷ４０１〜ＳＷ４０８）はオフであり、コンデンサＣ１〜Ｃ４は出力端子５１４に接続されておらず出力端子５１４から切断されている。

スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０３、ＳＷ３０６、ＳＷ３０９、ＳＷ３１１がオンでありスイッチＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０がオフである状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

また、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０３、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３０９、ＳＷ３１１がオンでありスイッチＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０６、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０がオフである状態では、コンデンサＣ１、Ｃ２は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３接続されると同時に、コンデンサＣ３、Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

さらに、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０６、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０、ＳＷ３１１がオンであり、スイッチＳＷ３０３、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３０９がオフである状態では、コンデンサＣ１、Ｃ２が互いに並列に接続されて並列接続体を構成し、コンデンサＣ３、Ｃ４が互いに並列に接続されて別の並列接続体を構成し、これら２つの並列接続体が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

次に、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１〜ＳＷ４０８の切り替えによるコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を説明する。スイッチ４００ａでコンデンサＣ１〜Ｃ４の接続を切り替える際には、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３１１はオフである。

まず、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１〜ＳＷ４０８がオンであり、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１がオフである状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ４は入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。

また、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０２、ＳＷ４０４、ＳＷ４０５、ＳＷ４０７とスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０がオンであり、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１、ＳＷ４０３、ＳＷ４０６、ＳＷ４０８とスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０３、ＳＷ３０６、ＳＷ３０９がオフである状態では、コンデンサＣ１、Ｃ２は互いに並列に接続されて並列接続体を構成し、コンデンサＣ３、Ｃ４も互いに並列に接続されて別の並列接続体を構成し、これら２つの並列接続体が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。すなわちコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。

昇圧回路５２０の動作を以下に説明する。図２５Ａから図２５Ｅは昇圧回路５２０の動作を示す回路図である。

図２５Ａと図２５Ｂに示す動作では、昇圧回路５２０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを１．２５倍して得られた昇圧電圧を出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図２５Ａに示すようにスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０３、ＳＷ３０６、ＳＷ３０９、ＳＷ３１１をオンにしてスイッチ３００ａ、４００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフに維持することで、コンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１４（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれは０．２５×Ｖｄｄの電圧に充電される。

次に、図２５Ｂに示すように、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１〜４０８をオンにしスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１をオフにすることでコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧０．２５×Ｖｄｄが加算されて１．２５×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．２５×Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４と共通端子５１３との間から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

図２５Ｂと図２５Ｃに示す動作では、昇圧回路５２０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを１．５倍して得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図２５Ｃに示すようにスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０６、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０、ＳＷ３１１をオンにし、スイッチ３００ａ、４００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフに維持することで、コンデンサＣ１、Ｃ２は互いに並列に接続されて並列接続体を構成し、コンデンサＣ３、Ｃ４も互いに並列に接続されて別の並列接続体を構成し、これの２つの並列接続体が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれは０．５×Ｖｄｄの電圧で充電される。

次に、図２５Ｂに示すように、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１〜４０８をオンにしスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１をオフにすることでコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧０．５×Ｖｄｄが加算されて、１．５×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．５×Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４と共通端子５１３との間から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

図２５Ｂと図２５Ｄに示す動作では、昇圧回路５２０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを２．０倍して得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを出力端子５１４から出力する。

図２５Ｄに示すようにスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０、ＳＷ３１１をオンにし、スイッチ３００ａ、４００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフにすることにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに並列に端子５１２、６１３に接続される。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれはＶｄｄの電圧で充電される。

次に、図２５Ｂに示すように、スイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０１〜４０８をオンにしスイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１〜ＳＷ３１１をオフにすることでコンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。これにより、入力端子５１２の電位ＶｄｄにコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｄｄが加算されて、２．０×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力端子５１４と共通端子５１３との間から出力されるようにコンデンサＣ１〜Ｃ４が放電される。

図２５Ｅに示す動作では、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０とスイッチ４００ａのスイッチＳＷ４０２、ＳＷ４０４、ＳＷ４０５、ＳＷ４０７をオンにしスイッチ３００ａ、４００ａのうちのこれら以外のスイッチをオフにする。これにより、コンデンサＣ１〜Ｃ４が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で互いに並列に端子５１２、５１４に接続される。したがって、昇圧回路５２０は、図２５Ｂに示す動作の代わりに図２５Ｅに示す動作を行っても同様に端子５１２〜５１３とコンデンサＣ１〜Ｃ４を接続することができる。

図２３は図２４に示す昇圧回路５２０の出力電流能力をさらに示す。昇圧回路５２０は、図２３に示すように、図１７に示す昇圧回路５１０と同様に、昇圧比率を大きくしても出力電流能力の低下が抑制されている。これは、充電したコンデンサＣ１〜Ｃ４を放電する際に、コンデンサＣ１〜Ｃ４を並列に接続して昇圧電圧Ｖｏｕｔを生成しているので、出力端子５１４から見たコンデンサＣ１〜Ｃ４の合成容量が小さくならないことに起因する。

以上のように、昇圧回路５２０においても、スイッチ３００ａはコンデンサＣ１〜Ｃ４を入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で直列又は並列に接続する。スイッチ４００ａは、コンデンサＣ１〜Ｃ４を入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と出力端子５１４との間で並列に接続する。これによりコンデンサＣ１〜Ｃ４の放電の際においても出力端子５１４から見たコンデンサＣ１〜Ｃ４の合成容量が小さくなることを防ぐことができ、昇圧回路５２０の出力放電能力の低下を抑制することができる。

なお、図１７（図２４）に示す昇圧回路５１０（５２０）は４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４を備えるが、これに限らず、複数のコンデンサを備えてもよい。昇圧回路５１０（５２０）は例えば、５つのコンデンサを備えてもよい。この場合、まず、スイッチ１００ａ（３００ａ）で５つのコンデンサを入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に入力端子５１２と共通端子５１３とに接続することで各コンデンサを０．２×Ｖｄｄの電圧で充電する。次に、充電された５つのコンデンサを入力端子５１２と出力端子５１４との間で互いに並列に入力端子５１２と出力端子５１４に接続してこれらのコンデンサを放電することにより、昇圧回路は放電能力を維持しつつ、１．２×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．２×Ｖｄｄ）の昇圧電圧を出力端子から出力することができる。

図２６は実施の形態４における昇圧装置５３０の回路図である。昇圧装置５３０は図１Ｂと図１３に示す実施の形態１、２における昇圧回路１９として用いることができる。昇圧装置５３０は、昇圧回路５１０ａと、昇圧回路５１０ａに接続されたスイッチ５００ａと、スイッチ５００ａを介して昇圧回路５１０ａに接続された昇圧回路５１０ｂとを備える。昇圧回路５１０ａ、５１０ｂは、入力端子５１２ａ、５１２ｂと、共通端子５１３ａ、５１３ｂと出力端子５１４ａ、５１４ｂをそれぞれ有する。昇圧回路５１０ａ、５１０ｂは図１７に示す昇圧回路５１０と同じ構成を有する。昇圧回路５１０ａ、５１０ｂの入力端子５１２ａ、５１２ｂは昇圧回路５１０の入力端子５１２に対応し、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂの共通端子５１３ａ、５１３ｂは昇圧回路５１０の共通端子５１３に対応し、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂの出力端子５１４ａ、５１４ｂは昇圧回路５１０の出力端子５１４に対応する。このように、昇圧装置５３０では、昇圧回路５１０ａの出力端子５１４ａがスイッチ５００ａを介して昇圧回路５１０ｂの入力端子５１２ｂに接続されており、すなわち２つの昇圧回路５１０ａ、５１０ｂが縦続接続されている。この構成により、さらに精細に昇圧比率を制御することができる。

昇圧装置５３０の構成を以下に詳述する。電圧源５１１ａは昇圧回路５１０ａの入力端子５１２ａに電位Ｖｄｄを供給する。昇圧回路５１０ａ、５１０ｂを接続するスイッチ５００ａはスイッチＳＷ５０１、ＳＷ５０２よりなる。スイッチＳＷ５０１は昇圧回路５１０ａの出力端子５１４ａと昇圧回路５１０ｂの入力端子５１２ｂとの間に直列に端子５１４ａ、５１２ｂに接続されている。スイッチＳＷ５０２は電圧源５１１ｂと昇圧回路５１０ｂの入力端子５１２ｂとの間で直列に電圧源５１１ｂと入力端子５１２ｂに接続されている。電圧源５１１ｂはスイッチＳＷ５０２を介して入力端子５１２ｂに電位Ｖｄｄを供給する。

昇圧装置５３０の動作を以下に説明する。昇圧装置５３０では、昇圧回路５１０ａの入力端子５１２ａの電位に、昇圧回路５１０ａの入力端子５１２ａと出力端子５１４ａの間の電圧と昇圧回路５１０ｂの入力端子５１２ｂと出力端子５１４ｂの間の電圧とを加算して得られた電圧を出力端子５１４ｂから出力する。例えば、スイッチ５００ａのスイッチＳＷ５０１をオフにしてスイッチＳＷ５０２をオンにした状態で、昇圧回路５１０ａを図１８Ｃに示す昇圧回路５１０と同様に動作させて昇圧回路５１０ａのコンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれを０．５×Ｖｄｄの電圧で充電し、昇圧回路５１０ｂを図１８Ａに示す昇圧回路５１０と同様に動作させて昇圧回路５１０ｂのコンデンサＣ１〜Ｃ４のそれぞれを０．２５×Ｖｄｄの電圧で充電する。次に、スイッチ５００ａのスイッチＳＷ５０１をオンにしてスイッチＳＷ５０２をオフにした状態で、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂを共に図１８Ｂに示す昇圧回路５１０と同様に動作させて、昇圧回路５１０ａのコンデンサＣ１〜Ｃ４を入力端子５１２ａと出力端子５１４ａの間で互いに並列に端子５１２ａ、５１４ａに接続し、かつ昇圧回路５１０ｂのコンデンサＣ１〜Ｃ４を入力端子５１２ｂと出力端子５１４ｂの間で互いに並列に端子５１２ｂ、５１４ｂに接続する。これにより、昇圧回路５１０ａの出力端子５１４ａから１．５×Ｖｄｄ（＝Ｖｄｄ＋０．５×Ｖｄｄ）の電圧が出力され、昇圧回路５１０ｂの出力端子５１４ｂから１．７５×Ｖｄｄ（＝１．５×Ｖｄｄ＋０．２５×Ｖｄｄ）の電圧Ｖｏｕｔが出力される。

昇圧装置５３０は、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂを様々に動作させることで電圧Ｖｏｕｔを様々な値にすることができる。上記の動作のように、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂの入力端子５１２ａ、５１２ｂに同じ電位Ｖｄｄが供給される場合は、スイッチＳＷ５０２を電圧源５１１ｂに接続する代わりに、スイッチＳＷ５０２は、昇圧回路５１０ａ、５１０ｂの入力端子５１２ａ、５１２ｂの間に直列に入力端子５１２ａ、５１２ｂに接続されていてもよい。また、電圧源５１１ａ、５１１ｂの電圧を互いに異ならせることで、昇圧装置５３０は出力端子５１４ｂの電圧Ｖｏｕｔをより精細に設定でき、昇圧比率をより精細に制御することができる。

実施の形態４における昇圧装置５３０の昇圧回路５１０ａ、５１０ｂは共に図１７に示す昇圧回路５１０であるが、図２４に示す昇圧回路５２０であっても同様の効果を有する。

このように、実施の形態４における昇圧回路５１０、５２０や昇圧装置５３０は高い電力変換効率で精細に昇圧比率を設定することができる。また、昇圧回路５１０、５２０や昇圧装置５３０は、直列に接続された同じ容量の複数のコンデンサの組み合わせで昇圧比率を設定できるので小型な回路で実現することが可能である。さらに、昇圧回路５１０、５２０や昇圧装置５３０は、昇圧比率に応じてコンデンサを並列接続させるので放電能力（出力電流能力）が大きく、負荷駆動能力に優れている。

実施の形態４における昇圧回路や昇圧装置は種々の電子機器に適用することができる。例えば、実施の形態４における昇圧回路は慣性センサ、ＬＥＤユニット、電源装置、電池ユニット等に適用が可能である。

（実施の形態５）
図２７は実施の形態５における物理量検出装置５５１のブロック図である。実施の形態５における物理量検出装置５５１は、角速度を検出する角速度センサであり、実施の形態４における昇圧回路５１０、５２０もしくは昇圧装置５３０を備える。

物理量検出装置５５１は、振動子５５２、振動子５５２を駆動信号で発振駆動するための駆動回路５５３と、検出回路５５４とを備える。検出回路５５４は、外部から与えられる慣性力に起因して振動子５５２に生じる検出信号（電荷）を検出する。

検出回路５５４は、検出アンプ５５５と、検波器５５６と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５５７とを有する。実施の形態５では、検出アンプ５５５は、電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換増幅器である。

駆動回路５５３の初段に設けられる入力アンプ５５８は、オペアンプならびに帰還抵抗Ｒｆ、帰還容量Ｃｆからなり、ローパスフィルタ特性をもつ積分型の電流／電圧変換アンプである。入力アンプ５５８は発振ループの構成要素の一つであり、振動子５５２からのモニタ信号（電荷）を電圧信号に変換する。入力アンプ５５８はローパスフィルタ特性をもつことによって不要な発振を効果的に防止することができる。駆動回路５５３は、この電圧信号を９０°位相回転させて検出回路５５４に出力する移相器５５９と、この電圧信号に従って発振ループの利得（ゲイン）を自動的に調整するための自動利得調整（ＡＧＣ）回路部５６０）とを有する。

ＡＧＣ回路部５６０は、発振定常状態において、発振ループのループゲインが１になるように自動的に利得を調整する。駆動回路５５３の後段に設けられる出力アンプ５６２は、ＡＧＣ回路部５６０からの信号を増幅して得られた駆動信号を振動子５５２に出力する。出力アンプ５６２は電圧を電圧に変換するＶ／Ｖ変換増幅器である。

駆動回路５５３には、振動子５５２が接続される。図２７に示すように、振動子５５２は、モニタ信号を出力するモニタ端子Ｄ５０１と、振動子５５２に駆動信号を与えるためのドライブ端子Ｄ５０２と、検出信号を出力する検出端子Ｓとを有する。

検出回路５５４の構成と動作について以下に説明する。通常動作時には、駆動回路を含む発振ループによって振動子５５２に駆動振動周波数ｆｄでの所定方向の駆動振動が生じる。この状態で振動子５５２が回転すると回転慣性力（コリオリ力）が加わると、その回転に起因して駆動振動と直交する方向にコリオリ力による振動が生じて検出端子Ｓから検出信号（電荷）が生成される。その検出信号は検出回路５５４の初段に設けられる検出アンプ５５５に入力される。

検出信号には、駆動振動の漏れ成分である不要成分が重畳されている。検出信号は駆動振動と直交する振動方向から生じるので、検出信号（コリオリ力に起因する成分）の位相と不要信号（駆動振動の漏れ成分）の周波数は共に周波数ｆｄであるが、それらの位相には９０度の差がある。この不要成分を除去するため、検波器５５６は、駆動回路５５３からの同期検波用参照信号によって検出信号を同期検波する。同期検波用参照信号は、駆動回路５５３の入力アンプ５５８からの出力信号に所定の位相回転を与える移相器５５９から出力される。

振動子５５２に一定の角速度が加わっている状況において、検波器５５６が同期検波した信号にはコリオリ力に起因する成分である直流と不要信号に起因する２×ｆｄの成分が含まれる。

ローパスフィルタ５５７は不要信号に起因する２×ｆｄの周波数の成分を除去して、角速度に対応する所望の角速度信号（直流）を出力する。

駆動回路５５３は、振動子５５２に駆動信号を出力する出力アンプ５６２と、出力アンプ５６２に電源電位を供給する電源部５６４と、電源電位を昇圧制御する昇圧回路５６５とを有する。

昇圧回路５６５は、電源電位を昇圧した昇圧電圧を出力アンプ５６２へ供給ことにより、出力アンプ５６２からの駆動電圧の振幅を大きくすることができる。

振動子５５２は、振動子５５２の構造の違い（例えば、機械振動するアームの重さや隣り合う複数のアームの間にある空間の大きさの違い）や周囲の気圧の違い（例えば、真空と大気圧の違い）、或いは振動子５５２を構成する材料の違いによって、温度に対する機械振動のし難さが異なる。即ち、実施の形態５における物理量検出装置５５１は、温度が高温又は低温の時に電源電位を昇圧した昇圧電圧を出力アンプ５６２へ供給して、出力アンプ５６２からの駆動電圧の振幅を大きくすることができる。したがって、振動子５５２の機械振幅に温度変化がある場合でも、振動子５５２の変位を大きくできるので、物理量検出装置５５１の検出感度を大きくすることができる。

また、昇圧回路５６５は、図１７等に示される通り、昇圧比率を細かく切り替えることができるように複数個の同じ容量のコンデンサ備え、出力電流能力の低下を抑制することができる。したがって、実施の形態４における昇圧回路を内蔵する物理量検出装置５５１は消費電力が低く、小型な回路で、広い温度範囲において良好な感度特性を実現することが可能である。

実施の形態４における物理量検出装置５５１は角速度センサであるが、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態５における物理量検出装置５５１は、振動型加速度センサや振動型角加速度センサ、振動型歪センサ、振動型圧力センサ、水晶発振器等に適用できる。

本発明における駆動装置は、慣性力センサ等の物理量検出装置および小型のビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子機器に有用である。

１ 物理量検出装置
２ 振動子
３ 駆動回路
８ 入力アンプ
１０ ＡＧＣ回路部
１２ 出力アンプ
１３ 温度検出部
１４ 電源部
１５ 電源電圧制御部
１６ａ，１６ｂ 振幅検出部
１７ 比較器
１８ 制御部
１９ 昇圧回路
９１，９１ａ，９１ｂ 駆動装置
１０４ 検出回路
１０５ 検出アンプ
１０６ 検波器

スイッチ４００ａはスイッチＳＷ４０１〜ＳＷ４０８よりなる。スイッチＳＷ４０１は入力端子５１２とコンデンサＣ１の端Ｃ１ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ１ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０２は入力端子５１２とコンデンサＣ２の端Ｃ２ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ２ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０３は入力端子５１２とコンデンサＣ３の端Ｃ３ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ３ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０４は入力端子５１２とコンデンサＣ４の端Ｃ４ｂとの間で直列に入力端子５１２と端Ｃ４ｂとに接続されている。スイッチＳＷ４０５は出力端子５１４とコンデンサＣ１の端Ｃ１ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ１ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０６は出力端子５１４とコンデンサＣ２の端Ｃ２ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ２ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０７は出力端子５１４とコンデンサＣ３の端Ｃ３ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ３ａとに接続されている。スイッチＳＷ４０８は出力端子５１４とコンデンサＣ４の端Ｃ４ａとの間で直列に出力端子５１４と端Ｃ４ａとに接続されている。

さらに、スイッチ３００ａのスイッチＳＷ３０１、ＳＷ３０２、ＳＷ３０４、ＳＷ３０６、ＳＷ３０８、ＳＷ３１０、ＳＷ３１１がオンであり、スイッチＳＷ３０３、ＳＷ３０５、ＳＷ３０７、ＳＷ３０９がオフである状態では、コンデンサＣ１、Ｃ２が互いに並列に接続されて並列接続体を構成し、コンデンサＣ３、Ｃ４が互いに並列に接続されて別の並列接続体を構成し、これら２つの並列接続体が入力端子５１２（電位Ｖｄｄ）と共通端子５１３（電位Ｖｇｎｄ）との間で互いに直列に端子５１２、５１３に接続される。

図２５Ａと図２５Ｂに示す動作では、昇圧回路５２０は入力端子５１２に供給された電位Ｖｄｄを１．２５倍して得られた昇圧電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子５１４から出力する。

駆動回路５５３の初段に設けられる入力アンプ５５８は、オペアンプならびに帰還抵抗Ｒｆ、帰還容量Ｃｆからなり、ローパスフィルタ特性をもつ積分型の電流／電圧変換アンプである。入力アンプ５５８は発振ループの構成要素の一つであり、振動子５５２からのモニタ信号（電荷）を電圧信号に変換する。入力アンプ５５８はローパスフィルタ特性をもつことによって不要な発振を効果的に防止することができる。駆動回路５５３は、この電圧信号を９０°位相回転させて検出回路５５４に出力する移相器５５９と、この電圧信号に従って発振ループの利得（ゲイン）を自動的に調整するための自動利得調整（ＡＧＣ）回路部５６０とを有する。

Claims (13)

1. 入力された駆動信号により振動し、かつ振動に応じてモニタ信号を出力する振動子と、
   前記駆動信号を前記振動子に入力して前記振動子を振動させる駆動回路と、
   を備え、
   前記駆動回路は、
   前記モニタ信号に基づいて前記振動子に前記駆動信号を出力する出力アンプと、
   電源電圧を供給する電源部と、
   前記電源電圧を制御して前記制御された電源電圧を前記出力アンプに供給する電源電圧制御部と、
   を有する、駆動装置。
2. 温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   前記電源電圧制御部は前記温度に基づいて前記電源電圧を制御する、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記電源電圧制御部は、前記温度に応じて前記電源電圧を昇圧した昇圧電圧と前記電源電圧のいずれかの電圧を前記出力アンプに選択的に出力する、請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記電源電圧制御部は、
   前記温度が所定の高温側閾値より高いかまたは前記所定の高温側閾値より低い所定の低温側閾値より低いときに前記昇圧電圧を前記出力アンプに出力する、
   請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記電源電圧制御部は、
   前記電源電圧が入力されて前記昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
   前記昇圧回路を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記電源電圧制御部が前記電源電圧を前記出力アンプに出力している間に前記昇圧回路へ供給する電力を抑制する、請求項３に記載の駆動装置。
6. 前記駆動回路は、前記モニタ信号の振幅または前記駆動信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに有し、
   前記電源電圧制御部は、前記モニタ信号の振幅又は前記駆動信号の振幅に基づいて前記電源電圧を制御する、請求項１に記載の駆動装置。
7. 前記電源電圧制御部は、前記電源電圧を昇圧して得られた昇圧電圧と前記電源電圧とのいずれかの電圧を選択的に前記出力アンプに出力する、請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記駆動回路は、前記駆動信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに有し、
   前記振幅検出部は、前記出力アンプから出力される駆動信号の電圧を前記制御された電源電圧と比較する比較器を有し、
   前記電源電圧制御部は、前記比較器により得られた比較結果に応じて前記昇圧電圧と前記電源電圧とのいずれかの前記電圧を選択的に前記出力アンプに供給する、請求項１に記載の駆動装置。
9. 前記電源電圧制御部は、前記駆動信号の前記振幅が所定の第１の閾値より小さいときに前記昇圧電圧を前記出力アンプに供給する、請求項８に記載の駆動装置。
10. 前記電源電圧制御部は、
    前記電源電圧が入力されて前記昇圧電圧を出力する昇圧回路と、
    前記昇圧回路を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記電源電圧制御部が前記電源電圧を前記出力アンプに出力している間に前記昇圧回路への供給する電力を抑制する、請求項７に記載の駆動装置。
11. 前記駆動回路は、
    前記モニタ信号を増幅して出力する入力アンプと、
    前記入力アンプから出力された信号にもとづいて利得を自動的に調整するＡＧＣ回路部と、
    をさらに有する、請求項１に記載の駆動装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の駆動装置と、
    前記振動子からの検出信号を増幅する検出アンプと、
    前記検出アンプの後段に設けられた、前記駆動回路からの参照信号に基づいて同期検波を行う検波器と、
    を有する検出回路と、
    を備えた物理量検出装置。
13. 請求項１２に記載の物理量検出装置と、
    前記物理量検出装置に接続された回路と、
    を備えた電子機器。

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