JP2016206048A - 物理量センサー用回路、物理量センサー、及び物理量センサーの製造方法 - Google Patents

物理量センサー用回路、物理量センサー、及び物理量センサーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】駆動部と検出部が分離しているジャイロ素子において、検出部の振動特性の検査を行うことができなかった。【解決手段】本発明の物理量センサー用回路としての角速度センサー用回路2は、駆動部11を駆動振動させる駆動信号を生成する駆動回路20と、物理量に応じて検出信号を出力する検出部12と駆動回路20とが導通している状態と、検出部12と駆動回路20とが非導通の状態と、を切り替える切り替え回路40と、を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、物理量センサー用回路、物理量センサー、及び物理量センサーの製造方法に関する。
従来、水晶振動子等の圧電素子をジャイロ素子とする振動ジャイロが知られていた。
特許文献1に記載の振動ジャイロでは、ジャイロ素子とする圧電素子と、圧電素子の駆動端に駆動信号をフィードバックして圧電素子を励振駆動する発振回路と、発振回路の駆動信号の外部への出力を制御する駆動信号スイッチ回路と、を備え、駆動信号スイッチ回路から発振回路の駆動信号の駆動電流又は駆動電圧を、圧電素子の等価定数の直列抵抗値を算出する信号として出力する。これにより、圧電素子の駆動部の直列抵抗値を測定し、外部に接続する測定装置を用いることなく圧電素子のドライブレベル検査を行っていた。
特開2008−107324号公報
しかしながら、特許文献1に記載の振動ジャイロの構成では、駆動部と検出部が分離しているジャイロ素子に対しては、検出部の検査を行うことができないという課題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる物理量センサー用回路は、駆動部を駆動振動させる駆動回路と、物理量に応じて検出信号を出力する検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替える切り替え回路と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、非導通の状態と、を切り替えることができるため、駆動回路からの信号を検出部にも印加することができる。このため、駆動回路からの信号によって検出部も検査できる物理量センサー用回路を提供することができる。
[適用例2]上記適用例にかかる物理量センサー用回路において、前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが非導通であり、前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが導通していることが好ましい。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、駆動部と駆動回路とが導通している状態と、を切り替えることができるため、検出部及び駆動部のそれぞれに対して、駆動回路からの信号を印加できる。このため、簡単な構成によって駆動部と検出部の両方を検査できる物理量センサー用回路を提供することができる。
[適用例3]上記適用例にかかる物理量センサー用回路において、前記駆動回路が、入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択されることが好ましい。
本適用例によれば、基準電圧に基づいて駆動電圧を制御し、かつ基準電圧を変更できる構成とすることができる。このため、物理量を検出する定常動作時は基準電圧に基づいて励振電流のレベルが一定になるように制御できる一方、基準電圧を変化させることで、定常動作時の駆動信号とは異なる検査用駆動信号を駆動回路から出力することができる。このため、簡単な構成で物理量の検出と、駆動部及び検出部の検査と、を行うことが可能な物理量センサー用回路を提供することができる。
[適用例4]本適用例にかかる物理量センサーは、駆動信号に応じて駆動振動する駆動部と、物理量に応じて検出信号を出力する検出部と、前記駆動信号を生成する駆動回路と、前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替える切り替え回路と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、非導通の状態と、を切り替えることができるため、駆動回路からの信号を検出部にも印加することができる。このため、駆動回路からの信号によって検出部も検査できる物理量センサーを提供することができる。
[適用例5]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが非導通であり、前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが導通していることが好ましい。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、駆動部と駆動回路とが導通している状態と、を切り替えることができるため、検出部及び駆動部のそれぞれに対して、駆動回路からの信号を印加できる。このため、簡単な構成によって駆動部と検出部の両方を検査できる物理量センサーを提供することができる。
[適用例6]上記適用例にかかる物理量センサーにおいて、前記駆動回路が、入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択されることが好ましい。
本適用例によれば、基準電圧に基づいて駆動電圧を制御し、かつ基準電圧を変更できる構成とすることができる。このため、物理量を検出する定常動作時は基準電圧に基づいて励振電流のレベルが一定になるように制御できる一方、基準電圧を変化させることで、定常動作時の駆動信号とは異なる検査用駆動信号を駆動回路から出力することができる。このため、簡単な構成で物理量の検出と、駆動部及び検出部の検査と、を行うことが可能な物理量センサー用回路を提供することができる。
[適用例7]本適用例にかかる物理量センサーの製造方法は、駆動部を駆動振動させる駆動回路によって、検査用駆動信号を生成し、切り替え回路によって、物理量に応じて検出信号を出力する検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替えて、前記検出部を検査することを特徴とする。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、非導通の状態と、を切り替えるため、駆動回路からの信号を検出部にも印加することができる。このため、駆動回路からの信号によって検出部を検査し、不良品の発生を低減できる物理量センサーの製造方法を提供することができる。
[適用例8]上記適用例にかかる物理量センサーの製造方法において、前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とを非導通とし、前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とを導通させることが好ましい。
本適用例によれば、切り替え回路により、検出部と駆動回路とが導通している状態と、駆動部と駆動回路とが導通している状態と、を切り替えることができるため、検出部及び駆動部のそれぞれに対して、駆動回路からの信号を印加できる。このため、簡単な構成によって駆動部と検出部の両方を検査できる物理量センサーの製造方法を提供することができる。
[適用例9]上記適用例にかかる物理量センサーの製造方法において、前記駆動回路が、入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの前記検査用駆動信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択され、前記検査用駆動信号の電圧レベルが、前記物理量を検出するときに前記駆動回路が生成する信号の電圧レベルより高いことが好ましい。
本適用例によれば、物理量を検出する定常動作時は基準電圧に基づいて励振電流のレベルが一定になるように制御する一方、検査時には定常動作時の駆動信号の電圧レベルより高い電圧レベルの検査用駆動信号を生成することができる。このため、検査用駆動信号を駆動部や検出部に印加することで、オーバードライブ検査を行うことができる。これにより、高い精度で不良品を排除できる物理量センサーの製造方法を提供することができる。
[適用例10]上記適用例にかかる物理量センサーの製造方法において、前記駆動回路が、入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの前記検査用駆動信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択され、複数の前記基準電圧に対して測定した、前記電流電圧変換回路の出力電圧レベル及び前記駆動信号生成回路の出力電圧レベルに基づいて、前記検出部及び前記駆動部の少なくとも一方を検査することが好ましい。
本適用例によれば、物理量を検出するときは基準電圧に基づいて励振電流のレベルが一定になるように制御できる一方、検査時には、複数の電圧レベルの検査用駆動信号を印加することによって、駆動レベルの変化に対する駆動部及び検出部の電気特性の変化に基づいて良否判定することができる。これにより、短時間で検査を行うことができ、効率が良い物理量センサーの製造方法を提供することができる。
実施形態1に係る物理量センサーの概略図。 駆動回路の回路図。 物理量センサーの検査工程図。 駆動部を検査するときの回路動作の概略図。 駆動部を検査するときの物理量検出素子の動作の概略図。 検出部を検査するときの回路動作の概略図。 検出部を検査するときの物理量検出素子の動作の概略図。 駆動部を検査したときの特性データ。 物理量センサーの製造工程図。 実施形態2に係る物理量センサーの概略図。 実施形態2に係る物理量センサーの駆動部を検査するときの回路動作の概略図。 実施形態2に係る物理量センサーの検出部を検査するときの回路動作の概略図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
(実施形態1)
<物理量センサーの概略構成>
図1は、実施形態1に係る物理量センサーの概略図である。
まず、実施形態1に係る物理量センサーとしての角速度センサー1の概略構成について説明する。角速度センサー1は、回転が生じると、与えられた角速度に応じた角速度信号を出力するセンサーである。
角速度センサー1は、駆動部11及び検出部12などによって構成されている角速度検出素子10(図5参照)及び物理量センサー用回路としての角速度センサー用回路2などによって構成されている。角速度センサー用回路2は、駆動回路20、検出回路30、切り替え回路40、及び制御回路50などによって構成されている。
角速度センサー1は、角速度を検出するための定常動作時において、駆動回路20が生成した駆動信号によって駆動部11を駆動振動させる。そして、与えられた角速度に応じて検出部12が生成する検出信号を検出回路30によって処理して、角速度信号を出力する。
また、角速度センサー1の検査時において、駆動回路20によって生成した検査用駆動信号によって駆動部11及び検出部12を振動させる。これにより、駆動部11及び検出部12を検査する。その際、検査用駆動信号を駆動部11に印加するか、検出部12に印加するかを切り替え回路40によって切り替える。
<各回路部の構成>
駆動回路20は、励振電流入力電極201、駆動電圧出力電極202、基準電圧入力電極203、検波クロック出力電極204、IVO電極205、電流電圧変換回路21、AGC回路22、及び第2コンパレーター23などによって構成されている。
駆動回路20は、定常動作時には、駆動信号を生成して駆動電圧出力電極202から出力し、駆動部11を駆動振動させる。駆動部11を流れる励振電流は、励振電流入力電極201から駆動回路20に入力され、電流電圧変換回路21によって電圧信号に変換され、AGC回路22に入力される。AGC回路22は、電流電圧変換回路21からの入力、及び基準電圧入力電極203から入力された基準電圧に基づいて、駆動部11を流れる励振電流が一定になるように、駆動信号の振幅を調整する。このようにして、定常動作時には、駆動部11と駆動回路20とで発振ループが形成される。また、第2コンパレーター23は、駆動信号から、検出回路30中で行われる同期検波処理のための検波クロック信号を生成し、検波クロック出力電極204に出力する。
検出回路30は、定常動作時に、検出部12からの検出信号に対して、検波クロック出力電極204からの検波クロック信号に基づく同期検波処理や、ローパスフィルターによるフィルター処理などの検出信号処理を行う。これにより、角速度の大きさに対応する角速度信号を検出端子301から出力する。
切り替え回路40は、第1スイッチ回路41、第2スイッチ回路42、第3スイッチ回路43、及び第4スイッチ回路44などによって構成されている。
第1スイッチ回路41は、第1−1端子411、第1−2端子412、及び第1−3端子413を備えている。第2スイッチ回路42は、第2−1端子421、第2−2端子422、及び第2−3端子423を備えている。第3スイッチ回路43は、第3−1端子431、第3−2端子432、及び第3−3端子433を備えている。第4スイッチ回路44は、第4−1端子441、第4−2端子442、及び第4−3端子443を備えている。
第1スイッチ回路41の第1−1端子411は駆動部11の一端と電気的に接続されており、第1−2端子412は駆動回路20の励振電流入力電極201と電気的に接続されており、第1−3端子413は第4スイッチ回路44の第4−3端子443と電気的に接続されている。第1スイッチ回路41は、第1−1端子411と第1−2端子412とが導通している状態と、第1−2端子412と第1−3端子413とが導通している状態と、を切り替えるように設けられている。
第2スイッチ回路42の第2−1端子421は駆動部11の他端と電気的に接続されており、第2−2端子422は駆動回路20の駆動電圧出力電極202と電気的に接続されており、第2−3端子423は第3スイッチ回路43の第3−3端子433と電気的に接続されている。第2スイッチ回路42は、第2−1端子421と第2−2端子422とが導通している状態と、第2−2端子422と第2−3端子423とが導通している状態と、を切り替えるように設けられている。
第3スイッチ回路43の第3−1端子431は検出部12の一端と電気的に接続されており、第3−2端子432は検出回路30の入力部の一端と電気的に接続されており、第3−3端子433は第2スイッチ回路42の第2−3端子423と電気的に接続されている。第3スイッチ回路43は、第3−1端子431と第3−2端子432とが導通している状態と、第3−1端子431と第3−3端子433とが導通している状態と、を切り替えるように設けられている。
第4スイッチ回路44の第4−1端子441は検出部12の他端と電気的に接続されており、第4−2端子442は検出回路30の入力部の他端と電気的に接続されており、第4−3端子443は第1スイッチ回路41の第1−3端子413と電気的に接続されている。第4スイッチ回路44は、第4−1端子441と第4−2端子442とが導通している状態と、第4−1端子441と第4−3端子443とが導通している状態と、を切り替えるように設けられている。
制御回路50は、第1スイッチ回路41〜第4スイッチ回路44に制御信号を入力し、それぞれの接続の切り替えを制御する。これにより、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態と、検出部12と駆動回路20とが非導通であり、駆動部11と駆動回路20とが導通している状態と、が切り替えられる。また、制御回路50は、複数の電圧値のいずれかから基準電圧を選択し、駆動回路20の基準電圧入力電極203に入力する。
<駆動回路の詳細な構成>
図2は、駆動回路20の詳細な構成を示す回路図である。
駆動回路20は、電流電圧変換回路21、AGC回路22、及び第2コンパレーター23などによって構成されており、AGC回路22は、ハイパスフィルター24、全波整流回路25、比較判定回路26、及び駆動信号生成回路27などによって構成されている。
電流電圧変換回路21は、入力された電流信号を電圧信号に変換する回路であり、並列に接続されたオペアンプ211、抵抗212、及びキャパシター213を備えている。電流電圧変換回路21は、駆動部11または検出部12から励振電流入力電極201に入力された励振電流に比例する電圧信号を出力する。電流電圧変換回路21の出力ノードはIVO電極205と電気的に接続されている。
ハイパスフィルター24は、低周波信号をカットする回路であり、並列接続されたキャパシター241及び抵抗242を備えている。ハイパスフィルター24により、電流電圧変換回路21からの出力に含まれるオフセット成分を除去すると共に、信号の位相を調整することができる。
全波整流回路25は、交流信号を全波整流する回路であり、コンパレーター251、オペアンプ252、抵抗253、抵抗254、スイッチ255、及びスイッチ256を備えている。電流電圧変換回路21からの出力をコンパレーター251によって基準と比較し、基準を上回るときは、スイッチ255をオンにすると共にスイッチ256をオフにすることでそのまま通過させる。一方、基準を下回るときは、スイッチ255をオフにすると共にスイッチ256をオンにすることで、抵抗253、抵抗254、及びオペアンプ252によって構成された反転増幅回路によって出力を反転させる。これにより、電流電圧変換回路21からの出力を全波整流した信号を出力する。
比較判定回路26は、全波整流回路25と基準電圧とを比較する回路であり、抵抗261、オペアンプ262、キャパシター263、抵抗264、及び抵抗265を備えている。オペアンプ262の一方の入力には全波整流回路25からの出力が入力され、他方の入力には基準電圧入力電極203からの信号が入力される。これにより、励振電流に対応する電圧と基準電圧との差を積分した信号が出力される。
駆動信号生成回路27は、矩形波の駆動信号を生成する回路であり、第1コンパレーター271及びNトランジスター272を備えている。第1コンパレーター271は、ハイパスフィルター24からの出力を基準と比較し、二値化した信号をNトランジスター272のゲートに入力する。また、Nトランジスター272のドレインには比較判定回路26からの出力が入力される。これにより、駆動信号生成回路27からは、ハイパスフィルター24からの出力信号の位相に応じた矩形波の駆動電圧が出力され、その電圧レベルVinは比較判定回路26の出力電圧に対応している。このため、駆動部11または検出部12を流れる励振電流の変化に対して、駆動信号の電圧レベルVinが調整され、例えば周囲の温度変化などにより駆動部11又は検出部12の等価抵抗が変化した場合にも、励振電流を一定レベルに保つことができる。
ここで、制御回路50が、基準電圧として別の電圧値を選択して基準電圧入力電極203に入力すると、比較判定回路26からの出力及び駆動信号の電圧レベルVinも変わる。このようにして、駆動信号の電圧レベルVinを基準電圧の種類に応じて変更することができる。
本実施形態に係る角速度センサー1及び角速度センサー用回路2によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、切り替え回路40により、検出部12と駆動回路20とが導通している状態と、検出部12と駆動回路20とが非導通の状態と、を切り替えることができるため、駆動回路20の信号を検出部12に印加することができる。従って、検出部12も検査することができる。
特に、角速度検出素子10のように、駆動部11が振動している状態でも検出部12がほぼ静止しているような構造である場合、駆動部11と一体となって検出部12が動くような物理量検出素子と比べて検出部12の振動状態を検査することが困難だったが、本実施形態に係る角速度センサー用回路2によれば、検出部12も駆動部11と同様に振動させることができ、精度が高い検査を行うことができる。
また、検出部12と駆動回路20とが導通している状態においては駆動部11と駆動回路20とを非導通とし、検出部12と駆動回路20とが非導通の状態においては駆動部11と駆動回路20とを導通させるため、駆動回路20からの信号が駆動部11に印加される状態と、検出部12に印加される状態と、を切り替え回路40により切り替えることができる。従って、一つの駆動回路20によって駆動部11と検出部12の両方を検査できる角速度センサー用回路2を有する角速度センサー1を提供することができる。
また、基準電圧入力電極203に入力される基準電圧が複数の電圧値から選択されるため、基準電圧に基づいて駆動電圧を制御し、かつ基準電圧を変更できる構成とすることができる。このため、定常動作時は、外部の温度変化などによらずに励振電流が一定になるように制御できる一方、基準電圧を変化させることで、定常動作時の駆動信号とは異なる検査用駆動信号を駆動回路20から出力することができる。このため、簡単な構成で物理量の検出と検査を行うことが可能な角速度センサー用回路2を有する角速度センサー1を提供することができる。
<物理量センサーの検査工程>
図3は、本実施形態に係る物理量センサーとしての角速度センサー1の検査工程を表す工程図である。
ステップS01では、第1スイッチ回路41〜第4スイッチ回路44を制御し、駆動部11と駆動回路20とが導通しており、検出部12と駆動回路20とが非導通の状態とする。
ステップS02では、駆動回路20からの検査用駆動信号によって、駆動部11を振動させて検査する。
検査用駆動信号は、制御回路50から基準電圧入力電極203に入力する基準電圧を変化させることで生成する。
例えば、物理量を検出する定常動作時より高い基準電圧を入力することにより、定常動作時の駆動信号より高い電圧レベルの検査用駆動信号を生成することができる。これにより、高い励振レベルで数十時間振動させ続け、検査前後で電気特性の変化を調べて不良品を排除する、いわゆるバーンイン検査を行うことができる。このバーンイン検査は高温下で行っても良く、高温下で行う場合はより高精度で不良品を発見することができる。
また、例えば、複数の基準電圧を入力することにより、複数の電圧レベルの駆動信号を生成することで、駆動信号の電圧レベル変化に対する電気特性の変化を調べる、いわゆるDLD(Drive Level Dependence;ドライブレベル依存性)検査を行うことができる。このDLD検査によれば、バーンイン検査に比べて短時間で検査を行うことができ、検査にかかるコストを低減することができる。
ステップS03では、これらの検査に基づいて、駆動部11に異常が有るか無いかを判断する。異常が有る場合(S03:yes)には不良品と判定して検査を終了する。異常が無い場合(S03:no)にはステップS04に移行する。
ステップS04では、第1スイッチ回路41〜第4スイッチ回路44を制御し、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態とする。
ステップS05では、駆動回路20からの検査用駆動信号によって、検出部12を振動させて検査する。検出部12の検査は、ステップS02における駆動部11の検査と同様に行われる。
ステップS06では、これらの検査に基づいて、検出部12に異常が有るか無いかを判断する。異常が有る場合(S06:yes)には不良品と判定して検査を終了する。異常が無い場合(S06:no)には良品と判定して検査を終了する。
<駆動部の検査の詳細>
駆動部11の検査について、以下に詳細に説明する。
図4は、駆動部11を検査するときの角速度センサー用回路2の動作を表す概略図である。
駆動部11を検査するとき、第1スイッチ回路41の第1−1端子411と第1−2端子412とを導通させ、第2スイッチ回路42の第2−1端子421と第2−2端子422とを導通させ、第3スイッチ回路43の第3−1端子431と第3−2端子432とを導通させ、第4スイッチ回路44の第4−1端子441と第4−2端子442とを導通させる。これにより、検出部12と駆動回路20とが非導通であり、駆動部11と駆動回路20とが導通している状態とする。これにより、太い矢印で示したように、駆動部11と駆動回路20とで発振ループが形成される。
駆動部11の検査は、例えばCI(Crystal Impedance;等価直列抵抗)値を測定することによって行われる。本実施形態においては、AGC回路22から出力される駆動電圧が駆動部11に印加される電圧であり、電流電圧変換回路21から出力される電圧信号が駆動部11に流れる励振電流に対応している。従って、駆動電圧出力電極202の出力電圧レベル、及び電流電圧変換回路21の出力ノードと電気的に接続されているIVO電極205の出力電圧レベルを測定し、(駆動電圧出力電極202の出力電圧レベル)/(IVO電極205の出力電圧レベル)を求めることにより、CI値に対応する値を得ることができる。以下では、便宜的にこの値のことをCI値と表記する。
図5は、駆動部11を検査するときの角速度検出素子10の動作を表す概略図である。
角速度検出素子10は、回転に伴って発生するコリオリ力に応じて検出振動し、この検出振動に応じた電気信号を出力する。好適例では、角速度検出素子10は、いわゆるダブルT型と呼ばれる振動子であり、基部101、駆動部11、検出部12、第1連結腕131、及び第2連結腕132などによって構成されている。また、角速度検出素子10は、水晶(SiO2結晶)を材料として形成されている。
検出部12は、第1検出腕121及び第2検出腕122を備えている。第1検出腕121及び第2検出腕122は、基部101から互いに逆向きに延出している。
駆動部11は、第1駆動腕111、第2駆動腕112、第3駆動腕113、及び第4駆動腕114を備えている。第1駆動腕111及び第2駆動腕112は、第1検出腕121及び第2検出腕122が延出している方向に沿って、第1連結腕131から互いに逆向きに延出している。第3駆動腕113及び第4駆動腕114は、第1検出腕121及び第2検出腕122が延出している方向に沿って、第2連結腕132から互いに逆向きに延出している。
また、第1連結腕131及び第2連結腕132は、基部101から、第1検出腕121及び第2検出腕122が延出している方向と交差する方向に沿って、互いに逆向きに延出している。
駆動部11を検査するとき、駆動部11が備える駆動電極(図示せず)を介して、第1駆動腕111〜第4駆動腕114に駆動部検査信号が印加される。すると、第1駆動腕111と第3駆動腕113とが互いに離間(図5に示すa方向)と接近(図5に示すb方向)とを繰り返す屈曲振動を行うと共に、第2駆動腕112と第4駆動腕114とが互いに離間(図5に示すa方向)と接近(図5に示すb方向)とを繰り返す屈曲振動を行う。
駆動部11にクラックなどの欠陥や異物の付着などがある場合、この屈曲振動が良品とは異なる挙動を示すため、上述の検査によって異常有りと判断することができる。
例えば、駆動部11に欠陥があるものに対してバーンイン検査を行った場合、欠陥が拡大することにより、バーンイン後のCI値はバーンイン前に比べて大きくなる。異物の付着があるものの場合も、バーンインによって異物の状態が変化し、CI値が変化する。
従って、バーンイン前後でのCI値の変化を調べ、変化が許容範囲を超えている場合には異常有りと判断し、許容範囲内にある場合には異常無しと判断することができる。
また、例えば、駆動部11に欠陥や異物の付着などがあるものに対してDLD検査を行った場合、駆動信号の電圧レベルVinを変化させると欠陥や異物の状態も変化するため、CI値の変化が良品とは異なる。従って、電圧レベルVinを変化させたときのCI値の挙動を調べて理想的な変化と比較し、許容範囲よりも外れている場合に異常有りと判断し、許容範囲内にある場合に異常無しと判断することができる。
<検出部の検査の詳細>
次に、検出部12の検査について、詳細に説明する。
図6は、検出部12を検査するときの角速度センサー用回路2の動作を表す概略図である。
検出部12を検査するとき、第1スイッチ回路41の第1−2端子412と第1−3端子413とを導通させ、第2スイッチ回路42の第2−2端子422と第2−3端子423とを導通させ、第3スイッチ回路43の第3−1端子431と第3−3端子433とを導通させ、第4スイッチ回路44の第4−1端子441と第4−3端子443とを導通させる。これにより、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態に切り替える。これにより、図6に太い矢印で示したように、検出部12と駆動回路20とで発振ループが形成される。
検出部12の検査も、駆動部11の場合と同様であり、例えばCI値を測定することで、異常が有るか無いかを判断することができる。
図7は、検出部12を検査するときの角速度検出素子10の動作を表す概略図である。
検出部12を検査するとき、検出部12が備える検出電極(図示せず)を介して、第1検出腕121及び第2検出腕122に検出部検査信号が印加される。すると、第1検出腕121と第2検出腕122とが、c方向及びd方向で示したように、互いに逆向きに振動する。
検出部12の場合も、この振動が良品と不良品とで異なる挙動を示すため、上述の検査によって不良品を検出することができる。
<得られたデータによる異常の有無の判断>
図8は、駆動部11のDLD検査で得られたデータを表す図である。横軸は駆動信号の電圧レベルVinを表しており、縦軸は駆動部11のCI値を表している。
凡例で“OK”と示しているのが良品のデータであり、“NG”と示しているのが不良品のデータである。良品の場合、CI値は駆動信号の電圧レベルVinの変化に対して、概ねグラフが下に凸になるように変化する。一方、不良品の場合、電圧レベルVinの増加に伴ってCI値が一旦急増した後、緩やかに増加する。すなわち、不良品のCI値のグラフには、上に凸な状態と下に凸な状態とが含まれる。
従って、DLD検査を行った後、得られたデータのグラフから良否判定を行うことができる。例えば、CI値の理想的な変化を表す曲線を設定し、それからのずれが許容範囲内にあれば異常なしと判定し、許容範囲外であれば異常ありと判定すればよい。
以上、駆動部11についての検査で得られたデータについて説明したが、検出部12についても同様である。
以上述べた検査方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
すなわち、切り替え回路40により、駆動回路20からの信号を検出部12に印加して検査を行うことができるため、特別な外部装置を用いることなく、簡単な構成で検出部12も検査することができる。特に、駆動回路20からの信号が検出部12に印加される状態と駆動部11に印加される状態とを切り替えるため、簡単な構成で検出部12及び駆動部11の検査を行うことができる。
<物理量センサーの製造工程>
図9は、本実施形態に係る物理量センサーとしての角速度センサー1の製造工程を表す工程図である。
ステップS1は、物理量検出素子としての角速度検出素子10やICチップを収容するためのパッケージを用意する工程である。パッケージは略直方体形状であり、セラミック材料で形成された本体部及び蓋部などによって構成されている。本体部には角速度検出素子10やICチップを収容するための凹部が設けられており、蓋部は本体部を封止するためのロウ材などを備えている。
ステップS2は、ICチップを用意する工程である。ICチップはシリコン等の半導体基板から形成されており、物理量センサー用回路としての角速度センサー用回路2を備えている。
ステップS3は、物理量検出素子としての角速度検出素子10を用意する工程である。角速度検出素子10は、水晶基板にフォトリソグラフィーやウェットエッチングのプロセスを施すことにより、外形及び電極が形成される。
ステップS4はICチップを実装する工程である。ICチップは、パッケージの本体部に載置され、好適例ではワイヤボンディングによって本体部に設けられた電極と電気的に接続される。
ステップS5は、角速度検出素子10を実装する工程である。角速度検出素子10は、ICチップの上方に配置されたタブテープの上に配置され、タブテープによって支持されるとともにICチップと電気的に接続される。
ステップS6は調整工程であり、角速度検出素子10にレーザーを照射して振動部の重さを調整し、共振周波数や漏れ信号出力の調整が行われる。
ステップS7は封止工程であり、パッケージの本体部が蓋部によって封止される。
ステップS8は検査工程であり、上述の検査方法によって駆動部11及び検出部12に異常が有るか無いかを判断し、不良品と判定されたものを除外する。
以上述べた製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
すなわち、駆動回路20からの信号を検出部12に印加して検査を行うことができるため、特別な外部装置を用いることなく、簡単な構成で検出部12も検査することができる。従って、簡単な構成で角速度センサー1を製造することができる。
(実施形態2)
図10は、実施形態2に係る物理量センサーとしての角速度センサー1aの概略図である。
本実施形態に係る物理量センサーについて、これらの図を参照して説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
角速度センサー1aは、角速度検出素子10及び物理量センサー用回路としての角速度センサー用回路2aなどによって構成されている。角速度センサー用回路2aは、駆動回路20、検出回路30、切り替え回路40a、及び制御回路50aなどによって構成されている。
切り替え回路40aは、第1スイッチ回路41、第2スイッチ回路42、第3スイッチ回路43a、及び第4スイッチ回路44aなどによって構成されている。
第3スイッチ回路43aは、第3−1端子431、及び第3−2端子432を備えている。第4スイッチ回路44aは、第4−1端子441及び第4−2端子442を備えている。第1スイッチ回路41及び第2スイッチ回路42の構成は実施形態1と同様である。
第1スイッチ回路41の第1−3端子413は、第4スイッチ回路44aの第4−1端子441及び検出部12の他端と電気的に接続されている。第2スイッチ回路42の第2−3端子423は、第3スイッチ回路43aの第3−1端子431及び検出部12の一端と電気的に接続されている。第3スイッチ回路43aの第3−1端子431は、第2スイッチ回路42の第2−3端子423及び検出部12の一端と電気的に接続されている。第4スイッチ回路44aの第4−1端子441は、第1スイッチ回路41の第1−3端子413及び検出部12の他端と電気的に接続されている。その他の端子の接続関係は実施形態1と同様である。
第3スイッチ回路43aは、第3−1端子431と第3−2端子432とが導通している状態と、非導通の状態と、を切り替えるように設けられており、第4スイッチ回路44aは、第4−1端子441と第4−2端子442とが導通している状態と、非導通の状態と、を切り替えるように設けられている。
制御回路50aは、第1スイッチ回路41〜第4スイッチ回路44aに制御信号を入力し、それぞれの接続の切り替えを制御する。
また、角速度センサー1aは基準電圧入力電極203と電気的に接続された外部端子VRを備えており、基準電圧を外部の装置から入力できる構成となっている。このため、駆動信号の電圧レベルVinを必要に応じて自由に変えることができる。
図11は、駆動部11を検査するときの角速度センサー1aの回路動作を示す概略図である。
駆動部11を検査するとき、第1スイッチ回路41の第1−1端子411と第1−2端子412とを導通させ、第2スイッチ回路42の第2−1端子421と第2−2端子422とを導通させる。これにより、検出部12と駆動回路20とが非導通であり、駆動部11と駆動回路20とが導通している状態とする。これにより、太い矢印で示したように、駆動部11と駆動回路20とで発振ループが形成され、駆動部11の検査を行うことができる。
なお、このとき、第3スイッチ回路43a及び第4スイッチ回路44aは、オン状態またはオフ状態のいずれでも構わない。
図12は、検出部12を検査するときの角速度センサー1aの回路動作を示す概略図である。
検出部12を検査するとき、第1スイッチ回路41の第1−2端子412と第1−3端子413とを導通させ、第2スイッチ回路42の第2−2端子422と第2−3端子423とを導通させる。また、第3スイッチ回路43a及び第4スイッチ回路44aは、いずれもオフ状態とする。これにより、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態とする。また、検出部12と検出回路30とが非導通の状態とする。これにより、太い矢印で示したように、検出部12と駆動回路20とで発振ループが形成され、検出部12の検査を行うことが可能となる。
以上述べたように、本実施形態に係る物理量センサーによれば、実施形態1で得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
すなわち、第3スイッチ回路43a及び第4スイッチ回路44aが備える端子がそれぞれ二つであるため、駆動部11に駆動回路20からの信号が印加される状態と、検出部12に駆動回路20からの信号が印加される状態とをより簡単な構成によって切り替えることができる。また、基準電圧を入力する外部端子VRを備えているため、検査の種類や角速度検出素子10の種類に応じて、自由に駆動信号の電圧レベルを変更することができる。
実施形態2に係る物理量センサーとしての角速度センサー1aについても、実施形態1に係る角速度センサー1と同様の工程により、検査及び製造を行うことができ、同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)
実施形態1では、第1スイッチ回路41及び第2スイッチ回路42が、それぞれ端子を三つ備えている構成としたが、それぞれ端子を二つ備えている構成であってもよい。この場合、例えば以下のような構成とすることにより、駆動回路20からの信号が検出部12に印加される状態と、駆動部11に印加される状態と、を切り替えることができる。
すなわち、第1スイッチ回路41の一端が駆動部11の一端と電気的に接続されており、他端が駆動回路20の励振電流入力電極201と電気的に接続されている構成とする。
また、第2スイッチ回路42の一端が駆動部11の他端と電気的に接続されており、他端が駆動回路20の駆動電圧出力電極202と電気的に接続されている構成とする。
また、第3スイッチ回路43の第3−1端子431が検出部12の一端と電気的に接続されており、第3−2端子432が検出回路30の入力部の一端と電気的に接続されており、第3−3端子433が第2スイッチ回路42の他端及び駆動回路20の駆動電圧出力電極202と電気的に接続されている構成とする。
また、第4スイッチ回路44の第4−1端子441は検出部12の他端と電気的に接続されており、第4−2端子442は検出回路30の入力部の他端と電気的に接続されており、第4−3端子443は第1スイッチ回路41の他端及び駆動回路20の励振電流入力電極201と電気的に接続されている構成とする。
上述のような構成において、切り替え回路40の制御は以下のように行う。
駆動部11の検査を行うときは、第1スイッチ回路41及び第2スイッチ回路42を共にオン状態とし、第3スイッチ回路43の第3−1端子431と第3−2端子432とを導通させ、第4スイッチ回路44の第4−1端子441と第4−2端子442とを導通させる。これにより、駆動部11と駆動回路20とが導通しており、検出部12と駆動回路20とが非導通の状態とする。
また、検出部12の検査を行うときは、第1スイッチ回路41及び第2スイッチ回路42を共にオフ状態とし、第3スイッチ回路43の第3−1端子431と第3−3端子433とを導通させ、第4スイッチ回路44の第4−1端子441と第4−3端子443とを導通させる。これにより、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態とする。
(変形例2)
実施形態1及び2では、切り替え回路40(40a)によって、検出部12と駆動回路20とが導通しており、駆動部11と駆動回路20とが非導通の状態と、検出部12と駆動回路20とが非導通であり、駆動部11と駆動回路20とが導通している状態と、を切り替える構成として説明したが、本発明に係る物理量センサー用回路及び物理量センサーはこれに限定されない。
例えば、駆動回路20が発振回路を二つ備えており、駆動部11と発振回路の一方とが常に導通している構成であっても良い。この場合、検出部12と発振回路の他方とが導通している状態と、非導通の状態とを切り替え回路40(40a)によって切り替える構成とすれば、駆動回路20からの信号によって検出部12を検査することができる。
この構成によれば、駆動部11と駆動回路20の間にスイッチ回路を設ける必要がないため、スイッチ回路の数を減らすことができる。
(変形例3)
実施形態1及び2では、切り替え回路40(40a)によって、検出部12と駆動回路20とが導通している状態と非導通の状態とを切り替えるとして説明したが、本発明に係る物理量センサーの検査方法及び製造方法はこれに限定されない。例えば、検出部12と駆動回路20とを導通させる配線を設けておき、検出部12を検査した後に、この配線をレーザー照射などによって断線させることによって、検出部12と駆動回路20とが導通している状態と非導通の状態とを切り替えても良い。
また、本発明に係る物理量センサーは、本発明の新規事項および効果から逸脱しない範囲において、上記実施形態及び変形例に種々の変形を加えることが可能である。
例えば、本発明に係る物理量センサーの形状はいわゆるダブルT型に限定されず、基部から並行して延出している二本の駆動腕と、駆動腕と逆向きに基部から並行して延出している二本の検出腕と、を備えた、いわゆるH型のセンサーであってもよい。
また、基部から並行して延出している二本の振動腕を備えた音叉型のセンサーであってもよい。音叉型のセンサーの場合、検出信号を出力する検出電極と駆動回路20が導通している状態と、定常動作時に駆動信号が印加される駆動電極と駆動回路20が導通している状態と、を切り替えることにより、駆動振動の方向と検出振動の方向のそれぞれについて振動腕の振動状態を検査することができる。
また、MEMS加工により形成された櫛歯型のセンサーであってもよい。
また、本発明に係る物理量センサーの材料は水晶に限定されず、例えばシリコンや圧電セラミック材料であっても良い。
また、本発明に係る物理量センサーは角速度センサーに限定されず、駆動部11と検出部12を備える振動型のセンサーであればよい。
また、本発明に係る物理量センサーは、例えばスマートフォン、デジタルカメラ、慣性計測ユニット、携帯電話機、ゲーム機器、カーナビゲーションシステム、移動体の自動運転制御機器、ポインティングデバイス、ヘッドマウントディスプレイ、又はタブレットPCなどの電子機器に組み込むことが可能である。
これらの電子機器は、本発明に係る物理量センサーを備えることにより、不良の発生をより低減することができる。
また、本発明に係る物理量センサーは、例えば自動車、航空機、又は船舶などの移動体に組み込むことも可能である。
これらの移動体は、本発明に係る物理量センサーを備えることにより、不良の発生をより低減することができる。
1,1a…物理量センサーとしての角速度センサー、10…物理量検出素子としての角速度検出素子、101…基部、11…駆動部、111…第1駆動腕、112…第2駆動腕、113…第3駆動腕、114…第4駆動腕、12…検出部、121…第1検出腕、122…第2検出腕、131…第1連結腕、132…第2連結腕、2,2a…物理量センサー用回路としての角速度センサー用回路、20…駆動回路、201…励振電流入力電極、202…駆動電圧出力電極、203…基準電圧入力電極、204…検波クロック出力電極、205…IVO電極、21…電流電圧変換回路、211…オペアンプ、212…抵抗、213…キャパシター、22…AGC回路、23…第2コンパレーター、24…ハイパスフィルター、241…キャパシター、242…抵抗、25…全波整流回路、251…コンパレーター、252…オペアンプ、253,254…抵抗、255,256…スイッチ、26…比較判定回路、261…抵抗、262…オペアンプ、263…キャパシター、264,265…抵抗、27…駆動信号生成回路、271…第1コンパレーター、272…Nトランジスター、30…検出回路、301…検出端子、40,40a…切り替え回路、41…第1スイッチ回路、411…第1−1端子、412…第1−2端子、413…第1−3端子、42…第2スイッチ回路、421…第2−1端子、422…第2−2端子、423…第2−3端子、43,43a…第3スイッチ回路、431…第3−1端子、432…第3−2端子、433…第3−3端子、44,44a…第4スイッチ回路、441…第4−1端子、442…第4−2端子、443…第4−3端子、50,50a…制御回路、VR…外部端子。

Claims (10)

  1. 駆動部を駆動振動させる駆動回路と、
    物理量に応じて検出信号を出力する検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替える切り替え回路と、
    を備えることを特徴とする物理量センサー用回路。
  2. 前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが非導通であり、
    前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが導通していることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサー用回路。
  3. 前記駆動回路が、
    入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
    前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、
    前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、
    前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1または2に記載の物理量センサー用回路。
  4. 駆動信号に応じて駆動振動する駆動部と、
    物理量に応じて検出信号を出力する検出部と、
    前記駆動信号を生成する駆動回路と、
    前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替える切り替え回路と、
    を備えることを特徴とする物理量センサー。
  5. 前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とが非導通であり、
    前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とを導通させることを特徴とする請求項4に記載の物理量センサー。
  6. 前記駆動回路が、
    入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
    前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、
    前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、
    前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択されることを特徴とする請求項4または5に記載の物理量センサー。
  7. 駆動部を駆動振動させる駆動回路によって、検査用駆動信号を生成し、
    切り替え回路によって、物理量に応じて検出信号を出力する検出部と前記駆動回路とが導通している状態または非導通の状態を切り替えて、前記検出部を検査することを特徴とする物理量センサーの製造方法。
  8. 前記検出部と前記駆動回路とが導通している状態において、前記駆動部と前記駆動回路とを非導通とし、
    前記検出部と前記駆動回路とが非導通の状態において、前記駆動部と前記駆動回路とを導通させることを特徴とする請求項7に記載の物理量センサーの製造方法。
  9. 前記駆動回路が、
    入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
    前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、
    前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの前記検査用駆動信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、
    前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択され、
    前記検査用駆動信号の電圧レベルが、前記物理量を検出するときに前記駆動回路が生成する信号の電圧レベルより高いことを特徴とする請求項7または8に記載の物理量センサーの製造方法。
  10. 前記駆動回路が、
    入力された電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
    前記電圧信号と基準電圧との比較に基づいた信号を出力する比較判定回路と、
    前記比較判定回路の出力に基づく電圧レベルの前記検査用駆動信号を出力する駆動信号生成回路と、を備え、
    前記基準電圧が、複数の電圧値のいずれかから選択され、
    複数の前記基準電圧に対して測定した、前記電流電圧変換回路の出力電圧レベル及び前記駆動信号生成回路の出力電圧レベルに基づいて、前記検出部及び前記駆動部の少なくとも一方を検査することを特徴とする請求項7または8に記載の物理量センサーの製造方法。
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