JP6828544B2 - センサー素子制御装置、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサー素子制御装置、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法に関する。

現在、様々なシステムや電子機器において、加速度を検出する加速度センサーや角速度を検出するジャイロセンサー等、種々の物理量を検出可能な各種の物理量センサーが広く利用されている。物理量センサーを用いたシステムや電子機器では、物理量センサーが故障すると誤った制御が行われるため、物理量センサーに、自己の故障を診断し、故障診断の結果を出力する機能が求められる。例えば、特許文献１には、故障診断モード時に、角速度疑似信号を生成し、生成した角速度疑似信号を駆動信号に重畳して振動子の駆動電極に供給し、第１の検出電極に伝搬した信号と、前記角速度疑似信号が第２の静電結合容量を介して前記第２の検出電極に伝搬した信号の振幅差に基づいて故障診断を行う角速度検出装置が開示されている。

特許第５３６５７７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の角速度検出装置では、駆動電極と第１の検出電極との静電結合容量と、駆動電極と第２の検出電極との静電結合容量との差を意図的に作りこむ必要があるため、温度変化や経年変化によって駆動振幅レベルが変化すると、静電結合容量差に起因して角速度の検出レベルが変化し、角速度の検出精度に影響を及ぼす可能性がある。

本発明のいくつかの態様によれば、駆動振幅レベルが変化しても物理量の検出精度に及ぼす影響を低減させながら故障診断を行うことが可能なセンサー素子制御装置及び物理量センサーを提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該物理量センサーを用いた電子機器及び移動体を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るセンサー素子制御装置は、駆動部と検出部とを有するセンサー素子に接続可能なセンサー素子制御装置であって、前記駆動部に駆動信号を出力する駆動回路と、前記検出部から出力される信号に基づいて検出信号を生成する検出回路と、前記駆動部が振動する周波数である駆動周波数と前記検出部が振動する周波数である検出周波数との差の周波数である離調周波数を有する診断信号を生成する診断信号生成回路と、前記駆動信号に前記診断信号が重畳されているときに前記検出部から出力される信号に基づいて、故障診断を行う故障診断回路と、を有する。

駆動周波数は、駆動部が振動する周波数範囲に含まれる任意の周波数であり、検出周波数は、検出部が振動する周波数範囲に含まれる任意の周波数である。従って、離調周波数は、駆動部の振幅が最大となる周波数（駆動部の共振周波数）と検出部の振幅が最大となる周波数（検出部の共振周波数）との差の周波数に限られない。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、離調周波数を有する診断信号が重畳された駆動信号がセンサー素子の駆動部に出力されることにより、センサー素子の検出部が励振されるため、検出部から出力される信号に基づいて、センサー素子との間の断線やセンサー素子の欠損等の故障を診断することができる。そして、本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子の駆動電極と２つの検出電極との間の静電結合容量差を利用することなく故障診断を行うので、当該静電結合容量差を小さくしても良く、駆動振幅レベルが変化しても物理量の検出精度に及ぼす影響を低減させることができる。

［適用例２］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記診断信号が重畳されているときの前記駆動信号は、前記離調周波数で振幅が変化してもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、駆動信号の周波数を一定に保つことによりセンサー素子の駆動部を安定して発振させながら、検出部を励振させることができるので、故障診断を精度良く行うことができる。

［適用例３］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置は、前記診断信号の振幅が可変であってもよい。

例えば、起動時の故障診断とその後の故障診断とで診断信号の振幅が異なるようにしてもよいし、センサー素子の状態の変化に応じて診断信号の振幅が変化するようにしてもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、診断信号を適切な振幅に設定することにより、故障診断を精度良く行うことができる。

［適用例４］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記診断信号生成回路は、前記駆動部から出力される信号の振幅に基づいて、前記診断信号の振幅を変更してもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子の温度特性や経年変化に起因する駆動振幅レベルの変化に応じて診断信号の振幅を適切に変更することにより、駆動振幅レベルが変化しても故障診断を精度良く行うことができる。

［適用例５］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記検出回路は、前記検出部から出力される信号に対して同期検波を行う同期検波回路を備え、前記故障診断回路は、前記同期検波回路の出力信号に対して前記離調周波数が通過帯域に含まれるバンドパスフィルター処理がされた信号に基づいて前記故障診断を行ってもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、バンドパスフィルター処理により、離調周波数を含む通過帯域に含まれない周波数の信号が減衰されるので、故障診断を精度良く行うことができる。本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、例えば、センサー素子が検出した物理量に応じた検出信号の生成と故障診断を同時に行うことができる。

［適用例６］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置は、前記離調周波数の情報を記憶する記憶部をさらに含んでもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、接続されるセンサー素子の特性（駆動部の共振周波数と検出部の共振周波数との差）に応じた適切な離調周波数を記憶部に設定することにより、故障診断を精度良く行うことができる。

［適用例７］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記故障診断回路は、前記センサー素子制御装置の起動時に前記故障診断を行ってもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子制御装置が停止中に故障が発生した場合に起動後すぐに故障を検出することができる。

［適用例８］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記故障診断回路は、前記センサー素子制御装置の起動後の所定のタイミングでさらに前記故障診断を行ってもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子制御装置の起動後に発生する故障を検出することができる。

［適用例９］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記故障診断回路は、前記駆動部から出力される信号の振幅に基づいて、前記故障診断のための閾値を変更してもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子の温度特性や経年変化に起因する駆動振幅レベルの変化に応じて故障診断のための閾値を適切に変更することにより、駆動振幅レベルが変化しても故障診断を精度良く行うことができる。

［適用例１０］
上記適用例に係るセンサー素子制御装置において、前記診断信号生成回路は、互いに異なる前記離調周波数を有する複数の前記診断信号を生成し、前記故障診断回路は、前記駆動信号に前記複数の前記診断信号の各々が重畳されているときに前記検出部から出力される信号に基づいて前記故障診断を行ってもよい。

本適用例に係るセンサー素子制御装置によれば、センサー素子の欠損等により駆動部の共振周波数と検出部の共振周波数との差が変化した場合、駆動信号にいずれかの診断信号が重畳されているときに前記検出部から出力される信号のレベルが大きく変化するので、故障診断の精度を向上させることができる。

［適用例１１］
本適用例に係る物理量センサーは、上記のいずれかのセンサー素子制御装置と、前記センサー素子と、を備えている。

本適用例に係る物理量センサーによれば、センサー素子制御装置から、離調周波数を有する診断信号が重畳された駆動信号がセンサー素子の駆動部に出力されることにより、センサー素子の検出部が励振されるため、センサー素子制御装置は、検出部から出力される信号に基づいて、センサー素子との間の断線やセンサー素子の欠損等の故障を診断することができる。そして、本適用例に係る物理量センサーによれば、センサー素子制御装置は、センサー素子の駆動電極と２つの検出電極との間の静電結合容量差を利用することなく故障診断を行うので、当該静電結合容量差を小さくしても良く、駆動振幅レベルが変化しても物理量の検出精度に及ぼす影響を低減させることができる。

［適用例１２］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記センサー素子の前記駆動部は、前記駆動信号によって振動駆動され、前記センサー素子の前記検出部は、物理量の変化に基づく信号を出力してもよい。

本適用例に係る物理量センサーによれば、振動子を用いて構成されるセンサー素子の故障を診断することができる。

［適用例１３］
上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記センサー素子は、前記検出部と前記駆動部とを連結する複数の連結腕をさらに有し、前記検出部は、検出用基部と、前記検出用基部から延出する複数の検出振動腕と、を備え、前記駆動部は、前記複数の連結腕の各々により前記検出用基部と連結される複数の駆動用基部と、前記複数の駆動用基部の各々から延出する複数の駆動振動腕と、を備えていてもよい。

本適用例に係る物理量センサーによれば、ダブルＴ型のセンサー素子の故障を診断することができる。

［適用例１４］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの物理量センサーを備えている。

［適用例１５］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかの物理量センサーを備えている。

これらの適用例によれば、駆動振幅レベルが変化しても物理量の検出精度に及ぼす影響を低減させながら故障診断を行うことが可能な物理量センサーを備えているので、例えば、信頼性の高い電子機器及び移動体を実現することも可能である。

［適用例１６］
本適用例に係る物理量センサーの故障診断方法は、駆動部と検出部とを有するセンサー素子と、前記センサー素子を制御するセンサー素子制御装置とを備えている物理量センサーの故障を診断する故障診断方法であって、前記駆動部が振動する周波数である駆動周波数と前記検出部が振動する周波数である検出周波数との差の周波数である離調周波数を有する診断信号を生成する工程と、駆動信号に前記診断信号を重畳させて前記駆動部に出力する工程と、前記検出部から出力される信号に基づいて、前記物理量センサーの故障診断を行う工程と、を含む。

本適用例に係る物理量センサーの故障診断方法によれば、離調周波数を有する診断信号が重畳された駆動信号がセンサー素子の駆動部に出力されることにより、センサー素子の検出部が励振されるため、検出部から出力される信号に基づいて、センサー素子との間の断線やセンサー素子の欠損等の故障を診断することができる。そして、本適用例に係る物理量センサーの故障診断方法によれば、センサー素子の駆動電極と２つの検出電極との間の静電結合容量差を利用することなく故障診断を行うので、当該静電結合容量差を小さくしても良く、駆動振幅レベルが変化しても物理量の検出精度に及ぼす影響を低減させることができる。

本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。 物理量検出素子の振動片の平面図。 物理量検出素子の動作について説明するための図。 物理量検出素子の動作について説明するための図。 駆動周波数及び検出周波数と離調周波数との関係を説明するための図。 故障診断の一例について説明するための図。 故障診断時の信号波形の一例を示す図。 故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。 第１実施形態における故障診断処理の手順の一例を示すフローチャート図。 第２実施形態における故障診断の一例について説明するための図。 第２実施形態における故障診断処理の手順の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の物理量センサーの変形例の機能ブロック図。 本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。 電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

以下では、物理量として角速度を検出する物理量センサー（角速度センサー）を例にとり説明する。

１．物理量センサー
１−１．第１実施形態
図１は、本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の物理量センサー１は、物理量に関わるアナログ信号を出力するセンサー素子２と、センサー素子２に接続可能なセンサー素子制御装置３と、を備えている。

センサー素子２は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖによって振動駆動される駆動部２０１と、物理量（角速度）の変化に基づく信号を出力する検出部２０２と、を有する。センサー素子２は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動片は気密性が確保されたパッケージに封止される。本実施形態では、センサー素子２は、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動片を有する。

図２は、センサー素子２の振動片の平面図である。センサー素子２は、例えば、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の振動片を有する。水晶（ＳｉＯ₂）を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。

図２に示すように、センサー素子２は、駆動部２０１と、検出部２０２と、検出部２０２と駆動部２０１とを連結する複数の連結腕１０５ａ，１０５ｂと、を有する。検出部２０２は、検出用基部１０７と、検出用基部１０７から延出する複数の検出振動腕１０２と、を備えている。また、駆動部２０１は、複数の連結腕１０５ａ，１０５ｂの各々により検出用基部１０７と連結される複数の駆動用基部１０４ａ，１０４ｂと、複数の駆動用基部１０４ａ，１０４ｂの各々から延出する複数の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂ（駆動用基部１０４ａから延出する複数の駆動振動腕１０１ａ及び駆動用基部１０４ｂから延出する複数の駆動振動腕１０１ｂ）と、を備えている。

より詳細には、センサー素子２の振動片は、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂが＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１０１ａの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１２及び１１３が形成されており、駆動振動腕１０１ｂの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１３及び１１２が形成されている。駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、図１に示すセンサー素子制御装置３のＤＳ端子，ＤＧ端子を介して駆動回路１０に接続される。

駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕１０５ａ，１０５ｂを介して矩形状の検出用基部１０７に接続されている。

検出振動腕１０２は、検出用基部１０７から＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１０２の上面には検出電極１１４及び１１５が形成されており、検出振動腕１０２の側面には共通電極１１６が形成されている。検出電極１１４、１１５は、それぞれ、図１に示したセンサー素子制御装置３のＳ１端子，Ｓ２端子を介して検出回路２０に接続される。また、共通電極１１６は接地される。

駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動（励振振動）をする。

この状態で、センサー素子２の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図４に示すように、連結腕１０５ａ、１０５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕１０２は、連結腕１０５ａ、１０５ｂの振動（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕１０２の屈曲振動と駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの屈曲振動（励振振動）とは位相が９０°ずれている。

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５に発生する。ここで、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ（言い換えれば、センサー素子２に加わる角速度の大きさ）に応じて変化する。

なお、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端には、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂよりも幅の広い矩形状の錘部１０３が形成されている。駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端に錘部１０３を形成することにより、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕１０２の先端には、検出振動腕１０２よりも幅の広い錘部１０６が形成されている。検出振動腕１０２の先端に錘部１０６を形成することにより、検出電極１１４、１１５に発生する交流電荷を大きくすることができる。

以上のようにして、センサー素子２は、Ｚ軸を検出軸としてコリオリ力に基づく交流電荷（角速度成分）を、検出電極１１４、１１５を介して出力する。このセンサー素子２は、角速度を検出する角速度センサーとして機能する。

図１に戻り、センサー素子制御装置３は、駆動回路１０、検出回路２０、ハイパスフィルター３０、ＲＭＳ（Root Mean Square）値変換回路４０、故障診断回路５０、記憶部６０、診断信号生成回路７０及び制御部８０を有し、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）であってもよい。なお、本実施形態におけるセンサー素子制御装置３は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

駆動回路１０は、センサー素子２の駆動部２０１を駆動する（励振振動させる）ための駆動信号Ｓ_ｄｒｖを生成し、駆動部２０１に出力する。この駆動信号Ｓ_ｄｒｖは、駆動部２０１の駆動電極１１２に供給される。また、駆動回路１０は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖにより駆動部２０１に流れる駆動電流によって駆動電極１１３から出力される駆動電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号Ｓ_ｄｒｖの振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路１０は、検波信号Ｓ_ｄｅｔを生成し、検出回路２０に出力する。

図１に示すように、駆動回路１０は、Ｉ／Ｖ変換器１１、コンパレーター１２、整流器１３、積分器１４、コンパレーター１５及び乗算回路１６を含んで構成されている。なお、本実施形態における駆動回路１０は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

Ｉ／Ｖ変換器１１は、センサー素子２の駆動部２０１の駆動電極１１３から入力される駆動電流を電圧信号に変換する。

コンパレーター１２は、Ｉ／Ｖ変換器１１の出力電圧を基準電圧と比較して２値化し、検波信号Ｓ_ｄｅｔとして出力する。この検波信号Ｓ_ｄｅｔは、例えば、ハイレベルの電圧が電源電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧（０Ｖ）であり、検出回路２０に出力される。

整流器１３は、Ｉ／Ｖ変換器１１の出力信号を整流（例えば、全波整流）して出力する。

積分器１４は、整流器１３の出力電圧を積分して出力する。この積分器１４は、所定の電圧を基準に整流器１３の出力電圧を反転して積分する。

コンパレーター１５は、Ｉ／Ｖ変換器１１の出力電圧を基準電圧と比較して２値化する。コンパレーター１５の出力信号（フィードバック信号Ｓ_ｆｂｋ）は、ハイレベルの電圧が積分器１４の出力電圧であり、ローレベルの電圧がグラウンド電圧（０Ｖ）である。

乗算回路１６は、コンパレーター１５の出力信号（フィードバック信号Ｓ_ｆｂｋ）と診断信号生成回路７０の出力信号との乗算を行う。この乗算回路１６の出力信号は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖとしてセンサー素子２の駆動部２０１に出力され、駆動部２０１は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖによって振動駆動される。

本実施形態では、物理量センサー１の通常動作時（故障診断時以外）には、診断信号生成回路７０は、所定のＤＣ信号を出力する。従って、乗算回路１６はコンパレーター１５の出力信号と当該ＤＣ信号との乗算を行う。その結果、乗算回路１６の出力信号（駆動信号Ｓ_ｄｒｖ）の電圧は、コンパレーター１５の出力電圧と一致する。この駆動信号Ｓ_ｄｒｖにより、センサー素子２の駆動部２０１は、その共振周波数あるいは共振周波数に近い周波数で自励発振する。そして、Ｉ／Ｖ変換器１１に入力される駆動電流の振幅が大きいほど、コンパレーター１５の出力信号のハイレベルの電圧が低くなり、駆動電流の振幅が小さいほど、コンパレーター１５の出力信号のハイレベルの電圧が高くなるので、駆動電流の振幅が一定に保持されるように自動利得制御（ＡＧＣ：Auto Gain Control）がかかる。これにより、センサー素子２の駆動部２０１を安定発振させることができる。

一方、物理量センサー１の故障診断時には、診断信号生成回路７０は、センサー素子２の駆動部２０１が振動する周波数（駆動周波数ｆ_ｄｒｖ）とセンサー素子２の検出部２０２が振動する周波数（検出周波数ｆ_ｄｅｔ）との差の周波数である離調周波数Δｆを有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する。図５に示すように、駆動周波数ｆ_ｄｒｖは、駆動部２０１が発振可能な周波数範囲（駆動周波数範囲）に含まれる任意の周波数である。同様に、検出周波数ｆ_ｄｅｔは、検出部２０２が発振可能な周波数範囲（検出周波数範囲）に含まれる任意の周波数である。従って、離調周波数Δｆは、駆動部２０１が発振可能な周波数範囲と検出部２０２が発振可能な周波数範囲との関係で決まる周波数範囲に含まれる任意の周波数である。図５に示すように、例えば、駆動周波数ｆ_ｄｒｖは駆動部２０１の共振周波数であり、検出周波数ｆ_ｄｅｔは検出部２０２の共振周波数であってもよく、この場合、離調周波数Δｆは駆動部２０１の共振周波数と検出部２０２の共振周波数との差の周波数である。

このように、物理量センサー１の故障診断時には、診断信号生成回路７０の出力信号は診断信号Ｓ_ｄｉａｇであり、乗算回路１６は、コンパレーター１５の出力信号と診断信号Ｓ_ｄｉａｇとの乗算を行う。その結果、乗算回路１６の出力信号（駆動信号Ｓ_ｄｒｖ）には、離調周波数Δｆを有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳され、診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの駆動信号Ｓ_ｄｒｖは、コンパレーター１５の出力信号（駆動周波数ｆ_ｄｒｖ）が診断信号Ｓ_ｄｉａｇ（離調周波数Δｆ）で振幅変調（ＡＭ（Amplitude Modulation））された信号となり、離調周波数Δｆで振幅が変化する。従って、駆動信号Ｓ_ｄｒｖには、駆動周波数ｆ_ｄｒｖと離調周波数Δｆとの和に相当する周波数成分、すなわち、検出周波数ｆ_ｄｅｔに相当する周波数成分が含まれており、この周波数成分によりセンサー素子２の検出部２０２が励振される。なお、離調周波数Δｆは、駆動部２０１の共振周波数とは大きく離れているため、診断信号Ｓ_ｄｉａｇは駆動部２０１を励振させることができず、Ｉ／Ｖ変換器１１に入力される駆動電流には、離調周波数Δｆに相当する周波数成分は含まれておらず、駆動部２０１の自励発振には影響を与えない。

図１に示すように、検出回路２０は、センサー素子２の検出部２０２から出力される信号に基づいて検出信号Ｓ_ｏｕｔを生成する。図１に示すように、検出回路２０は、チャージアンプ２１、チャージアンプ２２、差動増幅器２３、ＡＣ増幅器２４、同期検波回路２５、ローパスフィルター２６、ローパスフィルター２７及び信号調整回路２８を含んで構成されている。なお、本実施形態における検出回路２０は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

検出部２０２による角速度検出時には、チャージアンプ２１は、検出電極１１４から、角速度成分を含む交流電荷（検出電流）が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。

同様に、チャージアンプ２２は、検出部２０２の検出電極１１５から、角速度成分を含む交流電荷（検出電流）が入力され、当該交流電荷に応じた電圧の信号を発生させる。

チャージアンプ２１に入力される検出電流とチャージアンプ２２に入力される検出電流は、互いに逆位相（位相差が１８０°）であり、チャージアンプ２１の出力信号とチャージアンプ２２の出力信号も互いに逆位相となる。

一方、物理量センサー１の故障診断時には、前述の通り、検出部２０２が励振されるため、チャージアンプ２１に入力される検出電流とチャージアンプ２２に入力される検出電流には、検出周波数ｆ_ｄｅｔの成分が含まれる。従って、チャージアンプ２１の出力信号とチャージアンプ２２の出力信号には、検出周波数ｆ_ｄｅｔの成分が含まれることになる。

なお、物理量センサー１の故障診断時において、センサー素子２に角速度が加わった場合には、チャージアンプ２１の出力信号とチャージアンプ２２の出力信号には、検出周波数ｆ_ｄｅｔの成分とともに角速度成分が含まれることになる。そのため、本実施形態では、チャージアンプ２１及びチャージアンプ２２の後段の回路により、検出すべき角速度成分と、検出周波数ｆ_ｄｅｔと駆動周波数ｆ_ｄｒｖとの差である離調周波数Δｆの成分とを分離するために、離調周波数Δｆは角速度の検出帯域の上限周波数よりも高い周波数に設定される。例えば、角速度の検出帯域の上限周波数が２００Ｈｚである場合、離調周波数Δｆは１ｋＨｚに設定可能である。

差動増幅器２３は、チャージアンプ２１から出力される信号とチャージアンプ２２から出力される信号とを差動増幅してシングルエンドの信号を出力する。この差動増幅器２３により、チャージアンプ２１から出力される信号及びチャージアンプ２２から出力される信号に含まれる同相ノイズ成分が除去される。

ＡＣ増幅器２４は、差動増幅器２３から出力される信号を増幅又は減衰させて、所望の電圧レベルの信号を出力する。このＡＣ増幅器２４は、可変ゲインアンプ（ＰＧＡ：Programmable Gain Amplifier）として構成されてもよい。

同期検波回路２５は、センサー素子２の検出部２０２から出力される信号に対して同期検波を行う回路であり、具体的には、駆動回路１０が出力する駆動周波数ｆ_ｄｒｖを有する検波信号Ｓ_ｄｅｔを用いて、ＡＣ増幅器２４から出力される信号（被検波信号）を同期検波し、角速度成分及び離調周波数Δｆ（検出周波数ｆ_ｄｅｔと駆動周波数ｆ_ｄｒｖとの差の周波数）の成分を抽出する。同期検波回路２５は、例えば、検波信号Ｓ_ｄｅｔがハイレベルの時はＡＣ増幅器２４から出力される信号をそのまま出力し、検波信号Ｓ_ｄｅｔがローレベルの時はＡＣ増幅器２４から出力される信号を基準電圧に対して反転した信号を出力する回路として構成することができる。従って、同期検波回路２５の出力信号には、角速度成分及び離調周波数Δｆが含まれる。

ローパスフィルター２６は、同期検波回路２５の出力信号に含まれる角速度成分及び離調周波数Δｆの成分を通過させるとともに、高周波成分を減衰させるフィルターである。従って、ローパスフィルター２６のカットオフ周波数は、離調周波数Δｆよりも少し高い周波数に設定される。

ローパスフィルター２７は、ローパスフィルター２６の出力信号に含まれる角速度成分を通過させるとともに、離調周波数Δｆの成分を減衰させるフィルターである。従って、ローパスフィルター２７のカットオフ周波数は、角速度の検出帯域の上限周波数よりも少し高く、かつ、離調周波数Δｆよりも低い周波数に設定される。

信号調整回路２８は、ローパスフィルター２７の出力信号（角速度成分の信号）に対して、オフセット補正（０点補正）、感度補正、温度特性補正等の処理を行い、検出信号Ｓ_ｏｕｔ（角速度検出信号）を生成する。この検出信号Ｓ_ｏｕｔ（角速度検出信号）は、物理量センサー１の外部に出力される。

ハイパスフィルター３０は、ローパスフィルター２６の出力信号に含まれる離調周波数Δｆの成分を通過させるとともに、角速度成分を減衰させるフィルターである。従って、ハイパスフィルター３０のカットオフ周波数は、離調周波数Δｆよりも少し低く、かつ、角速度の検出帯域の上限周波数よりも高い周波数に設定される。

ローパスフィルター２６とハイパスフィルター３０とにより、離調周波数Δｆが通過帯域に含まれるバンドパスフィルターが構成され、同期検波回路２５の出力信号に対してバンドパスフィルター処理がされた信号がＲＭＳ値変換回路４０に入力される。

ＲＭＳ値変換回路４０は、ハイパスフィルター３０の出力信号（離調周波数ΔｆのＡＣ信号）を、その実効値に相当するＤＣ信号に変換して出力する。

故障診断回路５０は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）に基づいて、物理量センサー１の故障診断を行い、故障診断の結果を示す故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒを生成する。この故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒは、物理量センサー１の外部に出力される。本実施形態では、故障診断回路５０は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値を閾値と比較し、比較結果に基づいて物理量センサー１の故障を診断する。例えば、図６に示すように、故障診断回路５０は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓを上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎと比較し、下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ以下であれば故障していないと診断し、下限閾値ＶＴ_ｍｉｎよりも小さいか上限閾値ＶＴ_ｍａｘよりも大きい場合は故障していると診断してもよい。

制御部８０は、診断信号生成回路７０の動作及び故障診断回路５０の動作を制御する。本実施形態では、制御部８０は、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の起動時（電源投入後、駆動部２０１の発振が安定した後）に、診断信号生成回路７０に対して診断信号Ｓ_ｄｉａｇの生成を指示し、所定の時間が経過後（駆動部２０１が安定発振し、かつ、センサー素子２の検出部２０２が励振された後）、故障診断回路５０に対して故障診断を指示する。すなわち、本実施形態では、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の起動時に、診断信号生成回路７０が診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成し、故障診断回路５０が故障診断を行う。

また、制御部８０は、物理量センサー１の外部から供給される制御信号Ｓ_ｃｎｔｌにより故障診断を要求された時に、診断信号生成回路７０に対して診断信号Ｓ_ｄｉａｇの生成を指示し、所定の時間が経過後（センサー素子２の検出部２０２が励振された後）、故障診断回路５０に対して故障診断を指示する。すなわち、本実施形態では、制御信号Ｓ_ｃｎｔｌにより故障診断を要求された時にも、診断信号生成回路７０が診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成し、故障診断回路５０が故障診断を行う。

なお、前述の通り、離調周波数Δｆの成分は、ローパスフィルター２７によって減衰されるため、診断信号Ｓ_ｄｉａｇが検出信号Ｓ_ｏｕｔに与える影響は非常に小さい。従って、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の起動後、制御信号Ｓ_ｃｎｔｌによらず常時あるいは一定の周期で（角速度検出時も）、診断信号生成回路７０が診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成し、故障診断回路５０が故障診断を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態では、故障診断回路５０は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときにセンサー素子２の検出部２０２から出力される信号に基づいて、故障診断を行う。具体的には、故障診断回路５０は、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の起動時に故障診断を行い、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の起動後の所定のタイミングでさらに故障診断を行う。

記憶部６０は、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性メモリーを有しており、当該不揮発性メモリーには、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）の外部から、センサー素子制御装置３が有する不図示のインターフェース回路を介して、各種の情報が設定される。

例えば、記憶部６０（不揮発性メモリー）には、前述した故障診断のための閾値（上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ）の情報が記憶されており、当該閾値（上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ）が可変に設定されてもよい。そして、故障診断回路５０は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値を、記憶部６０に記憶されている閾値（上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ）と比較し、比較結果に基づいて物理量センサー１の故障を診断してもよい。

また、例えば、記憶部６０（不揮発性メモリー）には、離調周波数Δｆの情報が記憶されており、離調周波数Δｆが可変に設定されてもよい。そして、診断信号生成回路７０は、記憶部６０に記憶されている離調周波数Δｆを有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成してもよい。

また、例えば、記憶部６０（不揮発性メモリー）には、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅情報が記憶されており、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅が可変に設定されてもよい。

これにより、製造ばらつき等に起因するセンサー素子２毎の特性の違いに応じて、あるいは、センサー素子２の経年変化に応じて、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅や離調周波数Δｆを適切に設定することができるので、一定の故障診断精度を実現することができる。

また、診断信号生成回路７０は、センサー素子２の駆動部２０１から出力される信号（駆動電流）の振幅に基づいて、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅を変更してもよい。例えば、記憶部６０（不揮発性メモリー）に、積分器１４の出力電圧値を変数として診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅を補正するための補正関数が記憶されており、診断信号生成回路７０は、当該補正関数に基づいて、積分器１４の出力電圧が大きいほど診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅が小さくなるように変更（補正）してもよい。

これにより、センサー素子２の温度変化や経年変化等に起因して検出電流の振幅が変化しても、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅が適切に補正されるので、一定の故障診断精度を実現することができる。

図７に、故障診断時の信号波形の一例を示す。図７において、例えば、フィードバック信号Ｓ_ｆｂｋは５０ｋＨｚの矩形波の信号であり、診断信号Ｓ_ｄｉａｇは１ｋＨｚの正弦波の信号である。すなわち、離調周波数Δｆが、例えば１ｋＨｚである。従って、駆動信号Ｓ_ｄｒｖは５０ｋＨｚの矩形波に１ｋＨｚで振幅変調がかかった信号である。このとき、ローパスフィルター２６の出力信号Ｓ_ｌｐｆは、角速度成分と離調周波数Δｆの成分（１ｋＨｚの正弦波）を含む信号となる。そして、ハイパスフィルター３０の出力信号Ｓ_ｈｐｆは角速度成分が除去された離調周波数Δｆ（１ｋＨｚの正弦波）の信号となり、検出信号Ｓ_ｏｕｔは離調周波数Δｆの成分（１ｋＨｚの正弦波）が除去され、角速度に応じた電圧値の信号となる。このように、本実施形態の物理量センサー１（センサー素子制御装置３）では、角速度の検出と故障診断とを同時に行うことが可能である。

図８は、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）による故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。

図８の例では、物理量センサー１は、電源が投入されると（工程Ｓ１０のＹ）、センサー素子２の駆動部２０１が安定発振するまで待機する（工程Ｓ２０のＮ）。例えば、物理量センサー１は、電源投入後、あらかじめ決められた所定時間（駆動部２０１が安定発振するのに必要な時間よりも長い時間）が経過するまで待機してもよいし、所定時間継続して積分器１４の電圧値が所定範囲に含まれるようになるまで待機してもよい。

次に、物理量センサー１は、駆動部２０１が安定発振すると（工程Ｓ２０のＹ）、故障診断処理を行う（工程Ｓ３０）。この工程Ｓ３０の処理は、物理量センサー１の起動時に行われる故障診断処理である。

次に、物理量センサー１は、制御信号Ｓ_ｃｎｔｌにより故障診断を要求された場合（工程Ｓ４０）、故障診断処理を行う（工程Ｓ５０）。この工程Ｓ５０の処理は、物理量センサー１の起動後、所定のタイミングで行われる故障診断処理である。

そして、物理量センサー１は、電源が遮断されるまで（工程Ｓ６０のＮ）、工程Ｓ４０の処理及び工程Ｓ５０の処理を繰り返す。

図９は、図８の工程Ｓ３０の故障診断処理及びＳ５０の故障診断処理の手順の一例を示すフローチャート図である。

図９の例では、まず、物理量センサー１は、離調周波数Δｆを有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する（工程Ｓ１００）。

次に、物理量センサー１は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに工程Ｓ１００で生成した診断信号Ｓ_ｄｉａｇを重畳させてセンサー素子２の駆動部２０１に出力する（工程Ｓ１１０）。

次に、物理量センサー１は、センサー素子２の検出部２０２から出力される信号に基づいて故障診断を行う（工程Ｓ１２０）。

最後に、物理量センサー１は、工程Ｓ１２０における故障診断の結果を示す故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒを出力する（工程Ｓ１３０）。

以上に説明したように、第１実施形態の物理量センサー１では、センサー素子制御装置３が離調周波数Δｆを有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳された駆動信号Ｓ_ｄｒｖをセンサー素子２の駆動部２０１に出力することにより、センサー素子２の検出部２０２が励振されて駆動周波数ｆ_ｄｒｖと離調周波数Δｆとの和の検出周波数ｆ_ｄｅｔで振動する。そのため、センサー素子制御装置３は、検出部２０２から出力される信号（検出電流）に基づいて、センサー素子２とセンサー素子制御装置３との間の断線やセンサー素子２の欠損等の故障を診断することができる。そして、第１実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子２の駆動電極と２つの検出電極との間の静電結合容量差を利用することなく故障診断を行うので、当該静電結合容量差を小さくしても良く、駆動振幅レベルが変化しても物理量（角速度）の検出精度に及ぼす影響を低減させることができる。

また、第１実施形態の物理量センサー１では、故障診断時に、駆動信号Ｓ_ｄｒｖは離調周波数ΔｆでＦＭ変調ではなくＡＭ変調がかかった信号であるため、駆動周波数ｆ_ｄｒｖは一定に保たれる。従って、第１実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子２の駆動部２０１を安定して発振させながら、検出部２０２を励振させることができるので、センサー素子制御装置３は故障診断を精度良く行うことができる。

また、第１実施形態の物理量センサー１によれば、記憶部６０に、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの周波数（離調周波数Δｆ）や振幅が可変に設定されるので、センサー素子制御装置３は、周波数（離調周波数Δｆ）や振幅が適切に設定された診断信号Ｓ_ｄｉａｇに基づき、故障診断を精度良く行うことができる。

また、第１実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子制御装置３は、駆動部２０１から出力される信号（駆動電流）の振幅（積分器１４の出力電圧）に基づいて、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅を変更（補正）することにより、センサー素子２の温度特性や経年変化に起因して駆動振幅レベルが変化しても故障診断を精度良く行うことができる。

また、第１実施形態の物理量センサー１では、ローパスフィルター２６とハイパスフィルター３０とによって構成されるバンドパスフィルターにより、離調周波数Δｆの成分は減衰されず、角速度成分は減衰されてＲＭＳ値変換回路４０に入力される。一方、ローパスフィルター２７により、角速度成分は減衰されず、離調周波数Δｆの成分は減衰されて、信号調整回路２８に入力される。従って、第１実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子制御装置３は、検出回路２０による検出信号Ｓ_ｏｕｔの生成と故障診断回路５０による故障診断を同時に行うことができる。

また、第１実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子制御装置３は、起動時に故障診断を行うとともに、起動後、制御信号Ｓ_ｃｎｔｌに基づく所定のタイミングでさらに故障診断を行うので、停止中に故障が発生した場合に起動後すぐに故障を検出することができるとともに、起動後に発生する故障も検出することができる。

１−２．第２実施形態
以下、第２実施形態の物理量センサー１について、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して第１実施形態と重複する説明を省略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。

センサー素子２の駆動部２０１の一部の欠損等が発生すると駆動部２０１の共振周波数が変化し、その結果、駆動周波数ｆ_ｄｒｖが変化する。同様に、センサー素子２の検出部２０２の一部の欠損等が発生すると検出部２０２の共振周波数が変化し、その結果、検出周波数ｆ_ｄｅｔが変化する。そして、駆動周波数ｆ_ｄｒｖあるいは検出周波数ｆ_ｄｅｔが変化すると、角速度の検出精度が低下する可能性がある。従って、駆動周波数ｆ_ｄｒｖあるいは検出周波数ｆ_ｄｅｔを変化させるような状態は、故障と診断することが望ましい場合もある。しかしながら、第１実施形態の物理量センサー１では、物理量センサー１の故障検出時において、故障診断回路５０は、例えば、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓを上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎと比較し、下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ以下であれば故障していないと診断するため、駆動周波数ｆ_ｄｒｖあるいは検出周波数ｆ_ｄｅｔが変化した後のＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓが依然として下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ以下にあれば、故障と診断されないことになる。そこで、第２実施形態の物理量センサー１では、故障診断時において、診断信号生成回路７０は、互いに異なる離調周波数Δｆを有する複数の診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成し、故障診断回路５０は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに当該複数の診断信号Ｓ_ｄｉａｇの各々が重畳されているときにセンサー素子２の検出部２０２から出力される信号（検出電流）に基づいて故障診断を行う。

例えば、図１０に示すように、診断信号生成回路７０は、互いに異なる離調周波数Δｆ_０，Δｆ_１，Δｆ_２（Δｆ_１＜Δｆ_０＜Δｆ_２）を有する３つの診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する。例えば、記憶部６０（不揮発性メモリー）に離調周波数Δｆ_０，Δｆ_１，Δｆ_２の情報が記憶されていてもよい。駆動周波数ｆ_ｄｒｖあるいは検出周波数ｆ_ｄｅｔが出荷時から変化していない場合、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧は、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの周波数に対して図１０の実線で示すような挙動を示す。この場合、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_０を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_ｒｍｓ０は、離調周波数Δｆ_０に対応づけられる下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ０以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ０以下の電圧範囲Ｖ_０に含まれている。同様に、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_１を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_ｒｍｓ１は、離調周波数Δｆ_１に対応づけられる下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ１以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ１以下の電圧範囲Ｖ_１に含まれている。同様に、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_２を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_ｒｍｓ２は、離調周波数Δｆ_２に対応づけられる下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ２以上かつ上限閾値ＶＴ_ｍａｘ２以下の電圧範囲Ｖ_２に含まれている。この場合、故障診断回路５０は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_０，Δｆ_１，Δｆ_２を有する３つの診断信号Ｓ_ｄｉａｇがそれぞれ重畳されているときの電圧値Ｖ_ｒｍｓ０，Ｖ_ｒｍｓ１，Ｖ_ｒｍｓ２は、それぞれ、適正な電圧範囲Ｖ_０，Ｖ_１，Ｖ_２に含まれているので、故障していないと診断する。

一方、駆動周波数ｆ_ｄｒｖあるいは検出周波数ｆ_ｄｅｔが出荷時から変化している場合、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧は、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの周波数に対して図１０の一点鎖線で示すような挙動を示す。この場合、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_０を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_{ｒｍｓ０’}は適正な電圧範囲Ｖ_０に含まれている。しかしながら、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_１を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_{ｒｍｓ１’}は適正な電圧範囲Ｖ_１に含まれていない。同様に、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_２を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときの電圧値Ｖ_{ｒｍｓ２’}は適正な電圧範囲Ｖ_２に含まれていない。この場合、故障診断回路５０は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに離調周波数Δｆ_１，Δｆ_２を有する２つの診断信号Ｓ_ｄｉａｇがそれぞれ重畳されているときの電圧値Ｖ_{ｒｍｓ１’}，Ｖ_{ｒｍｓ２’}は、それぞれ、適正な電圧範囲Ｖ_１，Ｖ_２に含まれていないので、故障していると診断する。

図１１は、第２実施形態における故障診断処理（図８の工程Ｓ３０及び工程Ｓ５０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１１の例では、まず、物理量センサー１は、離調周波数Δｆ_０を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する（工程Ｓ２００）。

次に、物理量センサー１は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに工程Ｓ２００で生成した診断信号Ｓ_ｄｉａｇを重畳させてセンサー素子２の駆動部２０１に出力する（工程Ｓ２１０）。

次に、物理量センサー１は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓを電圧範囲Ｖ_０と比較する（工程Ｓ２２０）。

次に、物理量センサー１は、離調周波数Δｆ_１を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する（工程Ｓ２３０）。

次に、物理量センサー１は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに工程Ｓ２３０で生成した診断信号Ｓ_ｄｉａｇを重畳させてセンサー素子２の駆動部２０１に出力する（工程Ｓ２４０）。

次に、物理量センサー１は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓを電圧範囲Ｖ_１と比較する（工程Ｓ２５０）。

次に、物理量センサー１は、離調周波数Δｆ_２を有する診断信号Ｓ_ｄｉａｇを生成する（工程Ｓ２６０）。

次に、物理量センサー１は、駆動信号Ｓ_ｄｒｖに工程Ｓ２６０で生成した診断信号Ｓ_ｄｉａｇを重畳させてセンサー素子２の駆動部２０１に出力する（工程Ｓ２７０）。

次に、物理量センサー１は、ＲＭＳ値変換回路４０の出力信号（ＤＣ信号）の電圧値Ｖ_ｒｍｓを電圧範囲Ｖ_２と比較する（工程Ｓ２８０）。

次に、物理量センサー１は、工程Ｓ２２０、工程Ｓ２５０及び工程Ｓ２８０の比較結果に基づいて故障診断を行う（工程Ｓ２９０）。例えば、物理量センサー１は、工程Ｓ２２０において電圧値Ｖ_ｒｍｓが電圧範囲Ｖ_０に含まれ、かつ、工程Ｓ２５０において電圧値Ｖ_ｒｍｓが電圧範囲Ｖ_１に含まれ、かつ、工程Ｓ２８０において電圧値Ｖ_ｒｍｓが電圧範囲Ｖ_２に含まれる場合は故障していないと診断し、それ以外の場合は故障していると診断する。

最後に、物理量センサー１は、工程Ｓ２９０における故障診断の結果を示す故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒを出力する（工程Ｓ３００）。

以上に説明した第２実施形態の物理量センサー１によれば、第１実施形態の物理量センサー１と同様の効果を奏する。

さらに、第２実施形態の物理量センサー１では、センサー素子制御装置３は、互いに異なる離調周波数Δｆ_０，Δｆ_１，Δｆ_２を有する複数の診断信号Ｓ_ｄｉａｇを順番に重畳させた複数の駆動信号Ｓ_ｄｒｖに基づいて故障診断を行う。従って、第２実施形態の物理量センサー１によれば、センサー素子２の欠損等により駆動部２０１の共振周波数と検出部２０２の共振周波数との差が変化した場合、いずれかの診断信号Ｓ_ｄｉａｇが重畳されているときに検出部２０２から出力される信号のレベルが大きく変化するので、故障診断の精度を向上させることができる。

１−３．変形例
故障診断回路５０は、センサー素子２の駆動部２０１から出力される信号（駆動電流）の振幅に基づいて、故障診断のための閾値（上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ）を変更してもよい。例えば、図１２に示すように、記憶部６０（不揮発性メモリー）に、積分器１４の出力電圧値を変数として上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎを補正するための補正関数が記憶されており、故障診断回路５０は、当該補正関数に基づいて、積分器１４の出力電圧が大きいほど上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎが大きくなるように変更（補正）してもよい。このように、センサー素子制御装置３は、駆動部２０１から出力される信号（駆動電流）の振幅（積分器１４の出力電圧）に基づいて、故障診断のための閾値（上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎ）を変更（補正）することにより、センサー素子２の温度特性や経年変化に起因して駆動振幅レベルが変化し、その結果、検出部２０２から出力される信号（検出電流）の振幅が変化しても、故障診断を精度良く行うことができる。この変形例の場合、診断信号生成回路７０は、センサー素子２の駆動部２０１から出力される信号（駆動電流）の振幅に基づいて、診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅を変更しなくてもよいが、変更してもよい。例えば、積分器１４の出力電圧が大きいほど、診断信号生成回路７０は診断信号Ｓ_ｄｉａｇの振幅が小さくなるように変更し、かつ、故障診断回路５０は上限閾値ＶＴ_ｍａｘ及び下限閾値ＶＴ_ｍｉｎが大きくなるように変更してもよい。

また、上記の各実施形態では、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）では、故障診断回路５０は、バンドパスフィルター処理された同期検波回路２５からの出力信号に対してＲＭＳ値変換されたＤＣ信号の電圧値を閾値と比較して故障診断を行っているが、これ以外の故障診断方法により故障診断を行ってもよい。例えば、ローパスフィルター２６とハイパスフィルター３０とによってバンドパスフィルター処理された同期検波回路２５からの出力信号と診断信号Ｓ_ｄｉａｇに基づく信号とが入力される位相比較器を設け、故障診断回路５０が、当該位相比較器によって位相比較された結果に基づく信号を閾値と比較して故障診断を行ってもよい。

また、上記の各実施形態では、物理量センサー１（センサー素子制御装置３）は、検出信号Ｓ_ｏｕｔや故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒをアナログ信号として外部に出力するが、デジタル信号の検出信号Ｓ_ｏｕｔや故障診断結果信号Ｓ_ｅｒｒを生成し、不図示のシリアルインターフェース回路を介して外部に出力してもよい。この変形例の場合、不図示のシリアルインターフェース回路を介して故障診断コマンドを受け取り、診断信号生成回路７０に対して診断信号Ｓ_ｄｉａｇの生成を指示し、故障診断回路５０に対して故障診断を指示するようにしてもよい。

また、上記の各実施形態では、センサー素子２の振動片はダブルＴ型であるが、Ｈ型、音叉型又はくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。

また、上記の各実施形態では、センサー素子２は、角速度を検出するが、角速度以外の物理量、例えば、角加速度、加速度、地磁気、傾斜などを検出可能であってもよい。

また、上記の実施形態では、センサー素子２の振動片の材料は水晶（ＳｉＯ₂）であるが、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料であってもよい。また、センサー素子２の振動片は、シリコン半導体を用いた構造であってもよいし、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。センサー素子２は、圧電型の素子に限らず、動電型、静電容量型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の振動式の素子であってもよい。

２．電子機器
図１３は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１３に示すように、本実施形態の電子機器３００は、物理量センサー３１０、制御装置（ＭＣＵ）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

物理量センサー３１０は、物理量を検出して検出結果を制御装置（ＭＣＵ）３２０に出力する。物理量センサー３１０として、例えば、上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することができる。

制御装置（ＭＣＵ）３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量センサー３１０に通信信号を発信し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、制御装置（ＭＣＵ）３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を制御装置（ＭＣＵ）３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、制御装置（ＭＣＵ）３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、制御装置（ＭＣＵ）３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＭＣＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。

物理量センサー３１０として、例えば上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い電子機器を実現することができる。

このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター（例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター）、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、インクジェット式吐出装置（例えば、インクジェットプリンター）、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、ＰＤＲ（歩行者位置方位計測）等が挙げられる。

図１４は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１４には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、物理量センサー３１０を有し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。

３．移動体
図１５は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１５に示す移動体４００は、物理量センサー４１０、コントローラー４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１５の構成要素（各部）の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

物理量センサー４１０、コントローラー４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。

物理量センサー４１０は、物理量を検出して検出結果をコントローラー４４０，４５０，４６０に出力する。

コントローラー４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量センサー４１０の出力信号を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う制御装置である。

ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機（不図示）の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量センサー４１０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。

例えば、物理量センサー４１０として、上述した各実施形態の物理量センサー１を適用することにより、例えば、信頼性の高い移動体を実現することができる。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…物理量センサー、２…センサー素子、３…センサー素子制御装置、１０…駆動回路、１１…Ｉ／Ｖ変換器、１２…コンパレーター、１３…整流器、１４…積分器、１５…コンパレーター、１６…乗算回路、２０…検出回路、２１…チャージアンプ、２２…チャージアンプ、２３…差動増幅器、２４…ＡＣ増幅器、２５…同期検波回路、２６…ローパスフィルター、２７…ローパスフィルター、２８…信号調整回路、３０…ハイパスフィルター、４０…ＲＭＳ値変換回路、５０…故障診断回路、６０…記憶部、７０…診断信号生成回路、８０…制御部、１０１ａ，１０１ｂ…駆動振動腕、１０２…検出振動腕、１０３…錘部、１０４ａ，１０４ｂ…駆動用基部、１０５ａ，１０５ｂ…連結腕、１０６…錘部、１０７…検出用基部、１１２，１１３…駆動電極、１１４，１１５…検出電極、１１６…共通電極、２０１…駆動部、２０２…検出部、３００…電子機器、３１０…物理量センサー、３２０…制御装置（ＭＣＵ）、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…物理量センサー、４４０，４５０，４６０…コントローラー、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター

Claims (16)

1. 駆動部と検出部とを有するセンサー素子に接続可能なセンサー素子制御装置であって、
   前記駆動部に駆動信号を出力する駆動回路と、
   前記検出部から出力される信号に基づいて検出信号を生成する検出回路と、
   前記駆動部が振動する周波数である駆動周波数と前記検出部が振動する周波数である検出周波数との差の周波数である離調周波数を有する診断信号を生成する診断信号生成回路と、
   前記駆動信号に前記診断信号が重畳されているときに前記検出部から出力される信号に基づいて、故障診断を行う故障診断回路と、を有する、センサー素子制御装置。
2. 前記診断信号が重畳されているときの前記駆動信号は、前記離調周波数で振幅が変化する、請求項１に記載のセンサー素子制御装置。
3. 前記診断信号の振幅が可変である、請求項１又は２に記載のセンサー素子制御装置。
4. 前記診断信号生成回路は、
   前記駆動部から出力される信号の振幅に基づいて、前記診断信号の振幅を変更する、請求項３に記載のセンサー素子制御装置。
5. 前記検出回路は、
   前記検出部から出力される信号に対して同期検波を行う同期検波回路を備え、
   前記故障診断回路は、
   前記同期検波回路の出力信号に対して前記離調周波数が通過帯域に含まれるバンドパスフィルター処理がされた信号に基づいて前記故障診断を行う、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置。
6. 前記離調周波数の情報を記憶する記憶部をさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置。
7. 前記故障診断回路は、前記センサー素子制御装置の起動時に前記故障診断を行う、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置。
8. 前記故障診断回路は、前記センサー素子制御装置の起動後の所定のタイミングでさらに前記故障診断を行う、請求項７に記載のセンサー素子制御装置。
9. 前記故障診断回路は、
   前記駆動部から出力される信号の振幅に基づいて、前記故障診断のための閾値を変更する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置。
10. 前記診断信号生成回路は、
    互いに異なる前記離調周波数を有する複数の前記診断信号を生成し、
    前記故障診断回路は、前記駆動信号に前記複数の前記診断信号の各々が重畳されているときに前記検出部から出力される信号に基づいて前記故障診断を行う、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のセンサー素子制御装置と、前記センサー素子と、を備えている、物理量センサー。
12. 前記センサー素子の前記駆動部は、前記駆動信号によって振動駆動され、
    前記センサー素子の前記検出部は、物理量の変化に基づく信号を出力する、請求項１１に記載の物理量センサー。
13. 前記センサー素子は、前記検出部と前記駆動部とを連結する複数の連結腕をさらに有し、
    前記検出部は、
    検出用基部と、前記検出用基部から延出する複数の検出振動腕と、を備え、
    前記駆動部は、
    前記複数の連結腕の各々により前記検出用基部と連結される複数の駆動用基部と、前記複数の駆動用基部の各々から延出する複数の駆動振動腕と、を備えている、請求項１１又は１２に記載の物理量センサー。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えている、電子機器。
15. 請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えている、移動体。
16. 駆動部と検出部とを有するセンサー素子と、前記センサー素子を制御するセンサー素子制御装置とを備えている物理量センサーの故障を診断する故障診断方法であって、
    前記駆動部が振動する周波数である駆動周波数と前記検出部が振動する周波数である検出周波数との差の周波数である離調周波数を有する診断信号を生成する工程と、
    駆動信号に前記診断信号を重畳させて前記駆動部に出力する工程と、
    前記検出部から出力される信号に基づいて、前記物理量センサーの故障診断を行う工程と、を含む、物理量センサーの故障診断方法。

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