JPWO2009150898A1 - 外力検知装置および配線破断検出方法 - Google Patents

外力検知装置および配線破断検出方法 Download PDF

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Abstract

外力検知装置（３０１）は、対応の駆動電極と駆動部（２５１）とを接続する１または複数の駆動配線（ＬＤ）と、対応のモニタ電極と駆動部（２５１）とを接続する１または複数のモニタ配線ＬＭとを備え、駆動部（２５１）は、１または複数の駆動配線（ＬＤ）経由で１または複数の駆動電極へ駆動信号を出力することにより振動子（１）を駆動し、かつ１または複数のモニタ電極によって１または複数のモニタ配線ＬＭ経由で得られる振動子（１）の振動状態に基づいて駆動信号レベルをＡＧＣ制御する。外力検知装置（３０１）は、さらに、複数である駆動配線（ＬＤ）またはモニタ配線ＬＭのうちの少なくとも１つの配線を介した振動子（１）および駆動部（２５１）間の電気経路を遮断するか否かを切り替える切り替え回路（２５）を備える。

Description

本発明は、たとえば角速度を検出するのに使用される外力検知装置および外力検知装置の配線破断検出方法に関する。
近年、車両の姿勢検知、ナビゲーション装置の進行方向検知、カメラの手振れ補正、および仮想現実操作などの手段として振動ジャイロが使用されている。このような振動ジャイロの一例として、たとえば、特開２００６−１７０６２０号公報（特許文献１）には、以下のようなジャイロセンサが開示されている。すなわち、互いに逆相の正弦波からなる２つの駆動信号をセンシングエレメントにおける２つの駆動電極にそれぞれ印加し、可動電極を駆動する。センシングエレメントの振動状態をモニタするための２つのモニター電極の容量変化が、それぞれＣＶ変換部によって２つのモニタ信号に変換され、可変利得器へ出力される。可変利得器は、これら２つのモニタ信号の振幅が所定値となるように、電圧・電流変換の変換係数を制御する。
特開２００６−１７０６２０号公報
ところで、特許文献１記載のジャイロセンサでは、たとえば駆動バッファと駆動電極とを接続する２つの配線のいずれか１つが断線した場合でも、センシングエレメントを正常に駆動することができてしまう。すなわち、たとえば駆動バッファと駆動電極とを接続する２つの配線のいずれか一方が破断した場合、駆動信号の振幅が半分になり、センシングエレメントの駆動レベルも半分になる。そして、可変利得器へのモニタ信号の振幅も半分になる。このとき、可変利得器は、モニタ信号が所定値になるように電圧・電流変換の変換係数を２倍にする、すなわち駆動電極への駆動信号の振幅を２倍にするため、センシングエレメントが正常に駆動される。したがって、特許文献１記載のジャイロセンサでは、駆動バッファと駆動電極とを接続する配線の断線を検出することができないという問題点があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動子に接続される配線の断線を正確に検出することが可能な外力検知装置および配線破断検出方法を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる外力検知装置は、駆動電極およびモニタ電極を有し、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方が複数である振動子と、振動子を駆動する駆動部と、駆動電極に対応して設けられ、対応の駆動電極と駆動部とを接続する１または複数の駆動配線と、モニタ電極に対応して設けられ、対応のモニタ電極と駆動部とを接続する１または複数のモニタ配線とを備え、駆動部は、１または複数の駆動配線経由で１または複数の駆動電極へ駆動信号を出力することにより振動子を駆動し、かつ１または複数のモニタ電極によって１または複数のモニタ配線経由で得られる振動子の振動状態に基づいて駆動信号レベルをＡＧＣ制御し、外力検知装置は、さらに、複数である駆動配線またはモニタ配線のうちの少なくとも１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断するか否かを切り替える第１の切り替え回路を備える。
好ましくは、振動子は、複数の駆動電極および複数のモニタ電極を有し、第１の切り替え回路は、複数の駆動配線のうちの少なくとも１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断するか否かを切り替え、外力検知装置は、さらに、複数のモニタ配線のうちの少なくとも１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断するか否かを切り替える第２の切り替え回路を備える。
好ましくは、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方がＮ（Ｎは２以上の自然数）個であり、第１の切り替え回路は、Ｎ個である駆動電極またはモニタ電極に対応するＮ本の駆動配線またはモニタ配線のうちの（Ｎ−１）本の配線を介した振動子および駆動部間の電気経路をそれぞれ遮断するか否かを切り替える。
好ましくは、第１の切り替え回路は、電気経路を遮断するか否かを切り替えるスイッチを含む。
好ましくは、駆動配線およびモニタ配線は、ワイヤボンディングによって形成されている。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる配線破断検出方法は、駆動電極およびモニタ電極を有し、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方が複数である振動子と、振動子を駆動する駆動部と、駆動電極に対応して設けられ、対応の駆動電極と駆動部とを接続する１または複数の駆動配線と、モニタ電極に対応して設けられ、対応のモニタ電極と駆動部とを接続する１または複数のモニタ配線とを備える外力検知装置における配線破断検出方法であって、駆動部が、１または複数の駆動配線経由で１または複数の駆動電極へ駆動信号を出力することにより振動子を駆動し、かつ１または複数のモニタ電極によって１または複数のモニタ配線経由で得られる振動子の振動状態に基づいて駆動信号レベルをＡＧＣ制御するステップと、駆動信号レベルを測定するステップと、複数である駆動配線またはモニタ配線のうちの少なくとも１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断するステップと、電気経路の遮断後における駆動信号レベルを測定するステップと、電気経路の遮断前後において測定した各駆動信号レベルに基づいて、複数である駆動配線またはモニタ配線の断線を検出するステップとを含む。
本発明によれば、振動子に接続される配線の断線を正確に検出することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作手順を定めたフローチャートである。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 モニタ配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の一例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の他の例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。図２は、振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置は、角速度検出素子としての振動子１を備えている。この振動子１は、静電駆動／容量検出型で、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面および裏面に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板３とを有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を確保するためのキャビティ４が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。
ここで、図１において、振動子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４および駆動梁８が可動部となっており、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。
上記の第１質量部７１においては、第１モニター電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。
また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、第１駆動枠１２１の内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第４質量部７４においては、第２モニター電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。
また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、第２駆動枠１２２の内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の回路構成を示すブロック図である。
図３を参照して、外力検知装置３０１は、たとえば振動ジャイロであり、振動子１と、駆動部２５１と、検出回路２０３と、フィルター回路５２と、位相調整回路６０と、同期検波回路６１と、平滑回路６２と、増幅回路６３と、出力調整回路６４とを備える。駆動部２５１は、駆動回路２０１と、検出回路２０２と、フィルター回路５１とを含む。駆動回路２０１は、反転回路２１と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路２２と、位相調整回路２３とを含む。検出回路２０２は、第１ＣＶ（容量電圧：Capacitance Voltage）変換回路３１と、第２ＣＶ変換回路３２と、第１差動増幅回路４１とを含む。検出回路２０３は、第３ＣＶ変換回路３３と、第４ＣＶ変換回路３４と、第２差動増幅回路４２とを含む。
第１モニター電極９１は第１ＣＶ変換回路３１に接続され、第２モニター電極９２は第２ＣＶ変換回路３２に接続されている。第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２は共に第１差動増幅回路４１に接続され、第１差動増幅回路４１はフィルター回路５１および位相調整回路２３を介してＡＧＣ回路２２に接続されている。また、第１差動増幅回路４１の出力は、フィルター回路５１を介して後述する位相調整回路６０の入力部に接続されている。ＡＧＣ回路２２の出力部は、第２駆動電極１０２および第３駆動電極１０３に接続されるとともに、反転回路２１を介して第１駆動電極１０１および第４駆動電極１０４に接続されている。
一方、第１検出電極１６１および第３検出電極１６３は共に第３ＣＶ変換回路３３に接続され、また、第２検出電極１６２および第４検出電極１６４は共に第４ＣＶ変換回路３４に接続されている。そして、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４は共に第２差動増幅回路４２に接続されている。さらに、第２差動増幅回路４２はフィルター回路５２を介して後述する同期検波回路６１の入力部に接続されている。
なお、上記の第１〜第４のＣＶ変換回路３１〜３４としては、たとえば、電荷増幅回路およびインピーダンス変換回路などが適用される。また、第１，第２差動増幅器４１，４２としては、たとえば演算増幅器が適用される。
位相調整回路６０は、フィルター回路５１の出力信号の位相を調整し、検波参照信号Ｓ４として同期検波回路６１へ出力する。
同期検波回路６１は、検波参照信号Ｓ４に同期して検出信号Ｓ５の位相検波を行なうものである。この同期検波回路６１には、平滑回路６２および増幅回路６３が順次接続されている。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の動作について説明する。
第１，第４駆動電極１０１，１０４にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１を反転回路２１でレベル反転した後の駆動信号Ｓ１２が与えられる。また、第２，第３駆動電極１０２，１０３にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１がそのまま与えられる。この場合、両駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２は、接地電位に対してたとえば＋２．５Ｖのオフセット電位を基準として互いにレベルが反転関係にある交流信号である。
このため、たとえば、駆動信号Ｓ１２がハイレベル、駆動信号Ｓ１１がローレベルの場合、第１，第４駆動電極１０１，１０４とこれらの電極１０１，１０４に対向する可動側電極１１１ａ，１５１ａおよび１１２ｂ，１５２ｂとの静電引力は“強”の状態になる一方、第２，第３駆動電極１０２，１０３とこれらの電極１０２，１０３に対向する可動側電極１１１ｂ，１５１ｂおよび１１２ａ，１５２ａとの静電引力は“弱”の状態になる。当然、両信号Ｓ１２，Ｓ１１のレベルが逆の場合には、上記の説明と逆の状態になる。このため、その静電引力の差によって、第１〜第４の各質量部７１〜７４において隣り合う質量部どうしがＸ軸方向に互いに逆相で駆動されて振動する。
この振動に依存して、第１質量部７１に設けられている可動側電極１１１ｃと第１モニター電極９１との間の容量、および第４質量部７４に設けられている可動側電極１１２ｃと第２モニター電極９２との間の容量がそれぞれ変化する。
振動子１のＸ軸方向の駆動振動状態をモニタする第１，第２モニター電極９１，９２における容量変化は、第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２によって各容量変化に対応した電圧レベルをもつモニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２に変換される。この場合、両モニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２は互いに逆相の信号であるので、次段の第１差動増幅回路４１で一つのモニタ信号Ｓ２に増幅変換される。
このモニタ信号Ｓ２は、フィルター回路５１で不要なノイズ成分が除かれた後、位相調整回路６０へ出力されるとともに、位相調整回路２３で自励発振に必要な位相調整が行われた後、ＡＧＣ回路２２へ出力される。ＡＧＣ回路２２は、ＡＧＣ回路２２の入力信号振幅が一定となるようにＡＧＣ回路２２の増幅率を自動的に調整する。このため、第１〜第４の各駆動電極１０１〜１０４には、適切な振幅をもつ駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２が常に与えられることになる。
このようにして、第１，第２モニター電極９１，９２で得られるモニタ信号Ｓ２から駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２をそれぞれ生成し、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２を第１〜第４駆動電極に印加することにより、閉ループの自励発振回路が構成され、振動子１は駆動信号と同じ周波数の共振周波数で振動が持続される。
この状態で、Ｚ軸を中心軸とした回転角速度が振動子１に加わると、各質量部７１〜７４には振動方向と直交するＹ軸方向にコリオリ力が発生する。そして、第１，第２検出梁１３１，１３２に支持されている第１，第２検出枠１４１，１４２は、コリオリ力によってＹ軸方向に互いに逆方向に駆動されてＸ軸方向の駆動振動と同じ周波数で振動する。この振動に依存して、第１，第２検出枠に設けられた可動側電極１７１，１７２と第１〜第４検出電極１６１〜１６４との間の容量がそれぞれ変化する。
角速度印加時に発生するコリオリ力Ｆは、次式で与えられる。
Ｆ＝２×Ｍ×ω×ｖ
ここで、Ｍは第１〜第４質量部７１〜７４全体の質量、ωは角速度、ｖは第１〜第４質量部７１〜７４全体の駆動振動速度である。
非共振型の振動子１においては、振動子１の構造的なＹ軸方向の共振周波数が駆動信号によりＸ軸方向に駆動される際の振動周波数と十分に離れているので、コリオリ力により生じるＹ軸方向の振動と駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２によって駆動されるＸ軸方向の駆動振動とは９０°の位相差を有している。このため、Ｘ軸方向に駆動振動している状態で、Ｙ軸方向の振動が生じると、第１〜第４の各質量部７１〜７４は楕円運動を行なう。したがって、駆動振動に伴って第１，第２モニター電極９１，９２に発生する容量変化と、コリオリ力による振動に伴って各検出電極１６１〜１６４に発生する容量変化とは、９０°の位相差が生じることになる。
一方、コリオリ力による振動に伴って第１，第３検出電極１６１，１６３に発生する容量変化は、第３ＣＶ変換回路３３によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号Ｓ３１に変換される。同様に、コリオリ力による振動に伴って第２，第４検出電極１６２，１６４に発生する容量変化は、第４ＣＶ変換回路３４によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号Ｓ３２に変換される。
この場合、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４からそれぞれ出力される検出信号Ｓ３１，Ｓ３２はコリオリ力に依存する成分に関しては互いに逆相の信号であるので、次段の第２差動増幅回路４２で一つの検出信号Ｓ３に増幅変換される。この検出信号Ｓ３はフィルター回路５２で不要なノイズ成分が除かれた後、検出信号Ｓ５として同期検波回路６１へ出力される。
位相調整回路６０を通過した後のモニタ信号は、次段の同期検波回路６１に対して検波参照信号Ｓ４として与えられる。同期検波回路６１は、この検波参照信号Ｓ４により、フィルター回路５２を通過した検出信号Ｓ５を同期検波する。両信号Ｓ４，Ｓ５は位相調整回路６０によってたとえば同相（あるいは逆相）になっている。この場合、同期検波回路６１で同期検波された後に出力される検出信号Ｓ７は正しく半波整流された形となり、これを平滑回路６２で平滑化すれば角速度の大きさに対応した所期の電圧レベルをもつ検出信号Ｓ８が得られる。そして、この検出信号Ｓ８が次段の増幅回路６３で増幅された後に出力される。この増幅回路６３で増幅された後の検出信号は、次段の出力調整回路６４により温度ドリフトの影響および感度の温度変化の影響が除かれた後、実際の角速度を算出する図示ない演算回路に与えられる。
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図４を参照して、外力検知装置３０１は、さらに、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２５と、断線検出回路２９と、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４と、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２とを備える。切り替え回路２５は、スイッチＳＷＤ４，ＳＷＭ２を含む。
駆動配線ＬＤ１は、駆動電極１０１と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ２は、駆動電極１０４と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ３は、駆動電極１０２と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。駆動配線ＬＤ４は、駆動電極１０３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ１経由で駆動電圧Ｖｄｒ１として駆動電極１０１に与えられる。反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ２経由で駆動電圧Ｖｄｒ２として駆動電極１０４に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極１０２に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ４経由で駆動電圧Ｖｄｒ４として駆動電極１０３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極９１と検出回路２０２とを接続する。モニタ配線ＬＭ２は、モニター電極９２と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＤ４は、駆動電極１０３とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ４を介した駆動電極１０３およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
スイッチＳＷＭ２は、モニター電極９２と検出回路２０２との間に接続され、モニタ配線ＬＭ２を介したモニター電極９２および検出回路２０２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。スイッチを用いることにより、切り替え回路２５の構成が簡易になる。
駆動電圧監視回路２４は、ＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１のレベルを監視する。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作について説明する。まず、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する場合について説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作手順を定めたフローチャートである。
図５を参照して、まず、駆動部２５１は、前述のように駆動電極１０１〜１０４へ駆動信号Ｓ１１およびＳ１２を出力することにより振動子１を駆動し、かつモニター電極９１および９２によって得られる振動子１の振動状態に基づいて駆動信号Ｓ１１およびＳ１２の振幅を制御する（ステップＳ１）。
次に、駆動電圧監視回路２４は、駆動配線ＬＤ４を介した振動子１および駆動回路２０１間の電気経路を遮断する前における駆動信号Ｓ１１の振幅を測定する（ステップＳ２）。
次に、切り替え回路２５１は、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうちの駆動配線ＬＤ４を介した振動子１および駆動回路２０１間の電気経路を遮断する（ステップＳ３）。
次に、駆動電圧監視回路２４は、上記電気経路の遮断後における駆動信号Ｓ１１の振幅を測定する（ステップＳ４）。
次に、断線検出回路２９は、上記電気経路の遮断前後において測定された各駆動信号の振幅に基づいて、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する（ステップＳ５）。
図６は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＭ２はオン状態である。
図６を参照して、まず、外力検知装置３０１において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ４をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が３／４になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４／３に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが４／３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が２／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２またはＬＤ３が断線している場合は、駆動配線ＬＤ１が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ４が断線している場合には、スイッチＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ４をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ４が断線しているか、あるいは駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ３のいずれかが断線しているかを判別することができる。
次に、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線を検出する場合について説明する。
図７は、モニタ配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＤ４はオン状態である。
図７を参照して、まず、外力検知装置３０１において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＭ２をオフする。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＭ２をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のうちモニタ配線ＬＭ１が断線している場合には、スイッチＳＷＭ２をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＭ２をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のうちモニタ配線ＬＭ２が断線している場合には、スイッチＳＷＭ２をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＭ２をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＭ２のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線の有無を検出することができる。さらに、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
ここで、外力検知装置において、振動子がたとえば２つの駆動電極を含む場合、駆動回路から出力される駆動信号レベルを単に測定する方法では、駆動信号レベルが通常の２倍になっていることが測定されても、駆動配線またはモニタ配線が断線しているのか、外力検知装置における他の箇所に故障が生じているのかを特定することができない。また、テスト用装置に振動子を接続して測定した駆動信号レベルと、検査対象の外力検知装置に振動子を接続して測定した駆動信号レベルとを比較する方法でも、検査対象の外力検知装置における駆動配線またはモニタ配線が破断していると推定することはできても、破断を特定することはできない。
しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置では、各駆動電極および駆動回路間の電気経路の一部、あるいは各モニター電極および検出回路間の電気経路の一部を意図的に遮断し、遮断前後の駆動信号レベルを測定する。このような構成により、駆動配線およびモニタ配線の断線の有無ならびに断線箇所を特定することができる。
なお、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４およびモニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がワイヤボンディングによって形成されている場合、これらの配線は破断しやすい。このような場合、配線の断線を正確に検出することができる本発明の効果は大きい。ただし、本発明は、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４およびモニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がフリップチップボンディングによって形成されている場合にも適用することが可能である。
また、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置では、静電駆動／容量検出型の振動子１を備えた振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、単結晶の圧電材料からなる音片型振動子を備えた振動ジャイロ、および音叉型振動子を備えた振動ジャイロについても適用することが可能である。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べてスイッチを追加した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図８を参照して、外力検知装置３０２は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて、切り替え回路２５の代わりに切り替え回路２６を含む。切り替え回路２６は、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４，ＳＷＭ２を含む。
スイッチＳＷＤ２は、駆動電極１０４とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ２を介した駆動電極１０４およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
スイッチＳＷＤ３は、駆動電極１０２とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ３を介した駆動電極１０２およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る外力検知装置が駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する際の動作について説明する。
図９は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＭ２はオン状態である。
図９を参照して、まず、外力検知装置３０２において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２が断線している場合は、駆動配線ＬＤ１が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ３が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が２／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ４が断線している場合は、駆動配線ＬＤ３が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
このように、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線しているか、あるいは駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線しているかを判別することができる。
図１０は、図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の一例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。
図１０を参照して、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線していることが判別された場合、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４に加えて、スイッチＳＷＤ２をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２が断線している場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
このように、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
なお、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが４倍になる。
また、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線している場合は、駆動配線ＬＤ２が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
図１１は、図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の他の例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。
図１１を参照して、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線していることが判別された場合において、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオンした状態で、スイッチＳＷＤ２をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。すなわち、駆動配線ＬＤ１が断線している場合にはスイッチＳＷＤ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは３／２倍になり、駆動配線ＬＤ２が断線している場合にはスイッチＳＷＤ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しないことから、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
なお、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線していることが判別された場合には、スイッチＳＷＤ２およびＳＷＤ３をオンした状態で、スイッチＳＷＤ４をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ３およびＬＤ４のいずれが断線しているかを判別することができる。
また、スイッチＳＷＤ２およびＳＷＤ４をオンした状態で、スイッチＳＷＤ３をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ３およびＬＤ４のいずれが断線しているかを判別することができる。
したがって、本発明の第２の実施の形態に係る外力検知装置では、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のいずれの配線が断線しているのかを特定することができる。すなわち、駆動配線またはモニタ配線がＮ（Ｎは２以上の自然数）本設けられている場合において、（Ｎ−１）本の配線に対応する（Ｎ−１）個のスイッチを設けることにより、Ｎ本の配線の断線箇所を特定することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて振動子の構造を変更した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。
図１２を参照して、振動子５０１において、四辺形の支持枠５０７の内側には、互いに対向する支持部５７１，５７２が設けられている。振動体５１１の外枠振動部５１６は、支持部５７１，５７２の先端部に支持部５７１，５７２と直交する方向に伸長して設けた外梁５１６ａ，５１６ｂの両端により支持されている。外枠振動部５１６の内側には、支持部５７１と支持部５７２とを結ぶ方向に対して直交する位置に、内側に向けてかつ対向して突出部５１６ｃ，５１６ｄが設けられている。この突出部５１６ｃ，５１６ｄの先端部には、外梁５１６ａ，５１６ｂの延長方向と直交する方向に伸長して内梁５１７ａ，５１７ｂが設けられている。この内梁５１７ａ，５１７ｂの両端には、内枠振動部５１７が支持されている。内枠振動部５１７の内側には、支持枠５０７の支持部５７１と支持部５７２とを結ぶ方向に伸びた質量部５１７ｃが設けられている。
外枠振動部５１６には、外梁５１６ａ，５１６ｂの伸長方向の両外縁に、駆動電極部５１２及び駆動電極部５１３が設けられている。この駆動電極部５１２，５１３は、外枠振動部５１６に形成された板状の外枠可動櫛形電極５１２ａ，５１３ａと、この外枠可動櫛形電極５１２ａ，５１３ａに微少空間を介して対向した板状の外枠駆動櫛形電極５１２ｂ，５１３ｂと、この外枠駆動櫛形電極５１２ｂ，５１３ｂを支持する外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃから構成されている。また、内枠振動部５１７の内側には、質量部５１７ｃの左右に検出電極部５１４，５１５が設けられている。この検出電極部５１４，５１５は、質量部５１７ｃに植設された板状の内枠可動櫛形電極５１４ａ，５１５ａと、この内枠可動櫛形電極５１４ａ，５１５ａに微少空間を介して対向した板状の内枠検出櫛形電極５１４ｂ，５１５ｂと、この内枠検出櫛形電極５１４ｂ，５１５ｂを支持する内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃとから構成されている。
図１２では、振動子５０１の支持基板及び蓋基板を図示していないが、支持枠５０７、外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃ及び内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃは、支持基板に固定され、その他の支持部５７１，５７２、振動体５１１の全体、櫛形電極５１２，５１３，５１４，５１５については、支持基板及び蓋基板との間に空隙が設けられ、振動体５１１が自由振動可能となっている。蓋基板は、支持枠５０７と接して振動子５０１を被覆している。また、振動子５０１は、図面と垂直な方向に厚みを有し、特に、上述の櫛形電極５１２ａ〜５１５ａ部分は、厚み方向の板状表面が微少空間を介して対向し、静電容量を有する構成となっている。また、外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃ及び内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃは、支持基板に形成したビアホールを介して支持基板外部と電気的に接続されている。
また、モニター電極部５１８は、駆動電極部５１３に隣接して外枠振動部５１６に設けられている。このモニター電極部５１８は、外枠振動部５１６に板状の連結電極５１８ａで結合された板状のモニタ可動櫛形電極５１８ｂ，５１８ｃと、この２つのモニタ可動櫛形電極５１８ｂおよびモニタ可動櫛形電極５１８ｃ間に介在しかつ微少空間を介してモニタ可動櫛形電極５１８ｂ，５１８ｃと対向した板状のモニタ固定櫛形電極５１８ｄと、このモニタ固定櫛形電極５１８ｄを支持するモニタ固定電極５１８ｅとから構成されている。
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図１３を参照して、外力検知装置３０３は、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２７と、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３と、モニタ配線ＬＭ１とを備える。切り替え回路２７は、スイッチＳＷＤ３を含む。
駆動配線ＬＤ１は、駆動電極部５１２と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ３は、駆動電極部５１３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ１経由で駆動電圧Ｖｄｒ１として駆動電極部５１２に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極部５１３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極部５１８と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＤ３は、駆動電極部５１３とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ３を介した駆動電極部５１３およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置が駆動配線ＬＤ１およびＬＤ３の断線を検出する場合について説明する。
図１４は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。
図１４を参照して、まず、外力検知装置３０３において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ３をオフする。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ３をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＤ３をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のうち駆動配線ＬＤ３が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＤ３をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＤ３のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のいずれが断線しているかを判別することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第３の実施の形態に係る外力検知装置と比べて振動子の構造を変更した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第３の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。
図１５を参照して、振動子５０２は、本発明の第３の実施の形態に係る振動子５０１と比べて、さらに、モニター電極部５１９を含む。
モニター電極部５１９は、駆動電極部５１２に隣接して外枠振動部５１６に設けられている。このモニター電極部５１９は、外枠振動部５１６に板状の連結電極５１９ａで結合された板状のモニタ可動櫛形電極５１９ｂ，５１９ｃと、この２つのモニタ可動櫛形電極５１９ｂおよびモニタ可動櫛形電極５１９ｃ間に介在しかつ微少空間を介してモニタ可動櫛形電極５１９ｂ，５１９ｃと対向した板状のモニタ固定櫛形電極５１９ｄと、このモニタ固定櫛形電極５１９ｄを支持するモニタ固定電極５１９ｅから構成されている。
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図１６を参照して、外力検知装置３０４は、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２８と、駆動配線ＬＤ３と、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２とを備える。切り替え回路２８は、スイッチＳＷＭ２を含む。
振動子５０２では、駆動電極部５１２および５１３が図示しない外部電極によって接続されている。
駆動配線ＬＤ３は、駆動電極部５１２および５１３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極部５１２および５１３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極部５１８と検出回路２０２とを接続する。モニタ配線ＬＭ２は、モニター電極部５１９と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＭ２は、モニター電極部５１９と検出回路２０２との間に接続され、モニタ配線ＬＭ２を介したモニター電極部５１９および検出回路２０２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線を検出する方法については、本発明の第１の実施の形態において図７を用いて説明した内容と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 振動子、２ 振動子基板、３ 保護基板、４ キャビティ、８ 駆動梁、７１〜７４ 第１〜第４の各質量部、９１，９２ 第１，第２モニター電極、１０１〜１０４ 第１〜第４駆動電極、１６１〜１６４ 第１〜第４検出電極、１８１，１８２ 接地電極、２５１ 駆動部、２０３ 検出回路、５２ フィルター回路、６０ 位相調整回路、６１ 同期検波回路、６２ 平滑回路、６３ 増幅回路、６４ 出力調整回路、２０１ 駆動回路、２０２ 検出回路、５１ フィルター回路、２１ 反転回路、２２ ＡＧＣ回路、２３ 位相調整回路、３１ 第１ＣＶ変換回路、３２ 第２ＣＶ変換回路、４１ 第１差動増幅回路、３３ 第３ＣＶ変換回路、３４ 第４ＣＶ変換回路、４２ 第２差動増幅回路、３０１〜３０４ 外力検知装置、２４ 駆動電圧監視回路、２５，２６，２７，２８ 切り替え回路、２９ 断線検出回路、ＬＤ１〜ＬＤ４ 駆動配線、ＬＭ１，ＬＭ２ モニタ配線、ＳＷＤ２〜ＳＷＤ４，ＳＷＭ２ スイッチ、５０１ 振動子、５１１ 振動体、５１６ 外枠振動部、５７１，５７２ 支持部、５１６ａ，５１６ｂ 外梁、５１６ｃ，５１６ｄ 突出部、５１７ 内枠振動部、５１７ａ，５１７ｂ 内梁、５０７ 支持枠、５１７ｃ 質量部、５１２，５１３ 駆動電極部、５１２ａ，５１３ａ 外枠可動櫛形電極、５１２ｂ，５１３ｂ 外枠駆動櫛形電極、５１２ｃ，５１３ｃ 外枠固定電極、５１４，５１５ 検出電極部、５１４ａ，５１５ａ 内枠可動櫛形電極、５１４ｂ，５１５ｂ 内枠検出櫛形電極、５１４ｃ，５１５ｃ 内枠固定電極、５１８，５１９ モニター電極部、５１８ａ，５１９ａ 連結電極、５１８ｂ，５１８ｃ，５１９ｂ，５１９ｃ モニタ可動櫛形電極、５１８ｄ，５１９ｄ モニタ固定櫛形電極、５１８ｅ，５１９ｅ モニタ固定電極。
本発明は、たとえば角速度を検出するのに使用される外力検知装置および外力検知装置の配線破断検出方法に関する。
近年、車両の姿勢検知、ナビゲーション装置の進行方向検知、カメラの手振れ補正、および仮想現実操作などの手段として振動ジャイロが使用されている。このような振動ジャイロの一例として、たとえば、特許文献１には、以下のようなジャイロセンサが開示されている。すなわち、互いに逆相の正弦波からなる２つの駆動信号をセンシングエレメントにおける２つの駆動電極にそれぞれ印加し、可動電極を駆動する。センシングエレメントの振動状態をモニタするための２つのモニター電極の容量変化が、それぞれＣＶ変換部によって２つのモニタ信号に変換され、可変利得器へ出力される。可変利得器は、これら２つのモニタ信号の振幅が所定値となるように、電圧・電流変換の変換係数を制御する。
特開２００６−１７０６２０号公報
ところで、特許文献１記載のジャイロセンサでは、たとえば駆動バッファと駆動電極とを接続する２つの配線のいずれか１つが断線した場合でも、センシングエレメントを正常に駆動することができてしまう。すなわち、たとえば駆動バッファと駆動電極とを接続する２つの配線のいずれか一方が破断した場合、駆動信号の振幅が半分になり、センシングエレメントの駆動レベルも半分になる。そして、可変利得器へのモニタ信号の振幅も半分になる。このとき、可変利得器は、モニタ信号が所定値になるように電圧・電流変換の変換係数を２倍にする、すなわち駆動電極への駆動信号の振幅を２倍にするため、センシングエレメントが正常に駆動される。したがって、特許文献１記載のジャイロセンサでは、駆動バッファと駆動電極とを接続する配線の断線を検出することができないという問題点があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動子に接続される配線の断線を正確に検出することが可能な外力検知装置および配線破断検出方法を提供することである。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる外力検知装置は、駆動電極およびモニタ電極を有し、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方が複数である振動子と、振動子を駆動する駆動部と、駆動電極に対応して設けられ、対応の駆動電極と駆動部とを接続する１または複数の駆動配線と、モニタ電極に対応して設けられ、対応のモニタ電極と駆動部とを接続する１または複数のモニタ配線とを備えたものである。駆動部は、１または複数の駆動配線経由で１または複数の駆動電極へ駆動信号を出力することにより振動子を駆動し、かつ１または複数のモニタ電極によって１または複数のモニタ配線経由で得られる振動子の振動状態に基づいて駆動信号レベルをＡＧＣ制御する。外力検知装置は、さらに、振動子と駆動部の間に複数である駆動配線またはモニタ配線のうちの１つの配線と直列接続され、複数である駆動配線またはモニタ配線の断線を検出する断線検出動作時にオフされて、１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断する第１のスイッチを備える。複数である駆動配線またはモニタ配線の断線は、電気経路の遮断前後における駆動信号レベルの変化に基いて検出される。
好ましくは、振動子は、複数の駆動電極および複数のモニタ電極を有する。第１のスイッチは、振動子と駆動部の間に複数の駆動配線のうちの１つの駆動配線と直列接続され、断線検出動作時において複数の駆動配線の断線を検出するときにオフされて、１つの駆動配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断する。外力検知装置は、さらに、振動子と駆動部の間に複数のモニタ配線のうちの１つのモニタ配線と直列接続され、断線検出動作時において複数のモニタ配線の断線を検出するときにオフされて、１つのモニタ配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断する第２のスイッチを備える。
好ましくは、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方がＮ（Ｎは２以上の自然数）個である。第１のスイッチは、Ｎ個である駆動電極またはモニタ電極に対応するＮ本の駆動配線またはモニタ配線のうちのＭ（ただし、ＭはＮよりも小さな２以上の自然数である）本の配線に対応してＭ個設けられる。各第１のスイッチは、振動子および駆動部間に対応の配線と直列接続される。
好ましくは、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方がＮ（Ｎは２以上の自然数）個である。第１のスイッチは、Ｎ個である駆動電極またはモニタ電極に対応するＮ本の駆動配線またはモニタ配線のうちの（Ｎ−１）本の配線に対応して（Ｎ−１）個設けられる。各第１のスイッチは、振動子および駆動部間に対応の配線と直列接続される。
好ましくは、電気経路の遮断前後における駆動信号レベルを検出する検出回路を備え、複数である駆動配線またはモニタ配線の断線は検出回路の検出結果に基いて検出される。
好ましくは、駆動配線およびモニタ配線の各々は、ワイヤボンディングによって形成されている。
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる配線破断検出方法は、駆動電極およびモニタ電極を有し、駆動電極およびモニタ電極の少なくとも一方が複数である振動子と、振動子を駆動する駆動部と、駆動電極に対応して設けられ、対応の駆動電極と駆動部とを接続する１または複数の駆動配線と、モニタ電極に対応して設けられ、対応のモニタ電極と駆動部とを接続する１または複数のモニタ配線とを備える外力検知装置における配線破断検出方法であって、駆動部が、１または複数の駆動配線経由で１または複数の駆動電極へ駆動信号を出力することにより振動子を駆動し、かつ１または複数のモニタ電極によって１または複数のモニタ配線経由で得られる振動子の振動状態に基づいて駆動信号レベルをＡＧＣ制御するステップと、駆動信号レベルを測定するステップと、複数である駆動配線またはモニタ配線のうちの少なくとも１つの配線を介した振動子および駆動部間の電気経路を遮断するステップと、電気経路の遮断後における駆動信号レベルを測定するステップと、電気経路の遮断前後において測定した各駆動信号レベルに基づいて、複数である駆動配線またはモニタ配線の断線を検出するステップとを含む。
本発明によれば、振動子に接続される配線の断線を正確に検出することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作手順を定めたフローチャートである。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 モニタ配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の一例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の他の例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。 駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。図２は、振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。
本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置は、角速度検出素子としての振動子１を備えている。この振動子１は、静電駆動／容量検出型で、かつ非共振型のものであって、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面および裏面に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板３とを有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を確保するためのキャビティ４が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。
ここで、図１において、振動子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４および駆動梁８が可動部となっており、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。
上記の第１質量部７１においては、第１モニター電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。
また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、第１駆動枠１２１の内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第４質量部７４においては、第２モニター電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。
また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、第２駆動枠１２２の内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
上記の第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の回路構成を示すブロック図である。
図３を参照して、外力検知装置３０１は、たとえば振動ジャイロであり、振動子１と、駆動部２５１と、検出回路２０３と、フィルター回路５２と、位相調整回路６０と、同期検波回路６１と、平滑回路６２と、増幅回路６３と、出力調整回路６４とを備える。駆動部２５１は、駆動回路２０１と、検出回路２０２と、フィルター回路５１とを含む。駆動回路２０１は、反転回路２１と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路２２と、位相調整回路２３とを含む。検出回路２０２は、第１ＣＶ（容量電圧：Capacitance Voltage）変換回路３１と、第２ＣＶ変換回路３２と、第１差動増幅回路４１とを含む。検出回路２０３は、第３ＣＶ変換回路３３と、第４ＣＶ変換回路３４と、第２差動増幅回路４２とを含む。
第１モニター電極９１は第１ＣＶ変換回路３１に接続され、第２モニター電極９２は第２ＣＶ変換回路３２に接続されている。第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２は共に第１差動増幅回路４１に接続され、第１差動増幅回路４１はフィルター回路５１および位相調整回路２３を介してＡＧＣ回路２２に接続されている。また、第１差動増幅回路４１の出力は、フィルター回路５１を介して後述する位相調整回路６０の入力部に接続されている。ＡＧＣ回路２２の出力部は、第２駆動電極１０２および第３駆動電極１０３に接続されるとともに、反転回路２１を介して第１駆動電極１０１および第４駆動電極１０４に接続されている。
一方、第１検出電極１６１および第３検出電極１６３は共に第３ＣＶ変換回路３３に接続され、また、第２検出電極１６２および第４検出電極１６４は共に第４ＣＶ変換回路３４に接続されている。そして、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４は共に第２差動増幅回路４２に接続されている。さらに、第２差動増幅回路４２はフィルター回路５２を介して後述する同期検波回路６１の入力部に接続されている。
なお、上記の第１〜第４のＣＶ変換回路３１〜３４としては、たとえば、電荷増幅回路およびインピーダンス変換回路などが適用される。また、第１，第２差動増幅器４１，４２としては、たとえば演算増幅器が適用される。
位相調整回路６０は、フィルター回路５１の出力信号の位相を調整し、検波参照信号Ｓ４として同期検波回路６１へ出力する。
同期検波回路６１は、検波参照信号Ｓ４に同期して検出信号Ｓ５の位相検波を行なうものである。この同期検波回路６１には、平滑回路６２および増幅回路６３が順次接続されている。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置の動作について説明する。
第１，第４駆動電極１０１，１０４にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１を反転回路２１でレベル反転した後の駆動信号Ｓ１２が与えられる。また、第２，第３駆動電極１０２，１０３にはＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１がそのまま与えられる。この場合、両駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２は、接地電位に対してたとえば＋２．５Ｖのオフセット電位を基準として互いにレベルが反転関係にある交流信号である。
このため、たとえば、駆動信号Ｓ１２がハイレベル、駆動信号Ｓ１１がローレベルの場合、第１，第４駆動電極１０１，１０４とこれらの電極１０１，１０４に対向する可動側電極１１１ａ，１５１ａおよび１１２ｂ，１５２ｂとの静電引力は“強”の状態になる一方、第２，第３駆動電極１０２，１０３とこれらの電極１０２，１０３に対向する可動側電極１１１ｂ，１５１ｂおよび１１２ａ，１５２ａとの静電引力は“弱”の状態になる。当然、両信号Ｓ１２，Ｓ１１のレベルが逆の場合には、上記の説明と逆の状態になる。このため、その静電引力の差によって、第１〜第４の各質量部７１〜７４において隣り合う質量部どうしがＸ軸方向に互いに逆相で駆動されて振動する。
この振動に依存して、第１質量部７１に設けられている可動側電極１１１ｃと第１モニター電極９１との間の容量、および第４質量部７４に設けられている可動側電極１１２ｃと第２モニター電極９２との間の容量がそれぞれ変化する。
振動子１のＸ軸方向の駆動振動状態をモニタする第１，第２モニター電極９１，９２における容量変化は、第１，第２ＣＶ変換回路３１，３２によって各容量変化に対応した電圧レベルをもつモニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２に変換される。この場合、両モニタ信号Ｓ２１，Ｓ２２は互いに逆相の信号であるので、次段の第１差動増幅回路４１で一つのモニタ信号Ｓ２に増幅変換される。
このモニタ信号Ｓ２は、フィルター回路５１で不要なノイズ成分が除かれた後、位相調整回路６０へ出力されるとともに、位相調整回路２３で自励発振に必要な位相調整が行われた後、ＡＧＣ回路２２へ出力される。ＡＧＣ回路２２は、ＡＧＣ回路２２の入力信号振幅が一定となるようにＡＧＣ回路２２の増幅率を自動的に調整する。このため、第１〜第４の各駆動電極１０１〜１０４には、適切な振幅をもつ駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２が常に与えられることになる。
このようにして、第１，第２モニター電極９１，９２で得られるモニタ信号Ｓ２から駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２をそれぞれ生成し、駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２を第１〜第４駆動電極に印加することにより、閉ループの自励発振回路が構成され、振動子１は駆動信号と同じ周波数の共振周波数で振動が持続される。
この状態で、Ｚ軸を中心軸とした回転角速度が振動子１に加わると、各質量部７１〜７４には振動方向と直交するＹ軸方向にコリオリ力が発生する。そして、第１，第２検出梁１３１，１３２に支持されている第１，第２検出枠１４１，１４２は、コリオリ力によってＹ軸方向に互いに逆方向に駆動されてＸ軸方向の駆動振動と同じ周波数で振動する。この振動に依存して、第１，第２検出枠に設けられた可動側電極１７１，１７２と第１〜第４検出電極１６１〜１６４との間の容量がそれぞれ変化する。
角速度印加時に発生するコリオリ力Ｆは、次式で与えられる。
Ｆ＝２×Ｍ×ω×ｖ
ここで、Ｍは第１〜第４質量部７１〜７４全体の質量、ωは角速度、ｖは第１〜第４質量部７１〜７４全体の駆動振動速度である。
非共振型の振動子１においては、振動子１の構造的なＹ軸方向の共振周波数が駆動信号によりＸ軸方向に駆動される際の振動周波数と十分に離れているので、コリオリ力により生じるＹ軸方向の振動と駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２によって駆動されるＸ軸方向の駆動振動とは９０°の位相差を有している。このため、Ｘ軸方向に駆動振動している状態で、Ｙ軸方向の振動が生じると、第１〜第４の各質量部７１〜７４は楕円運動を行なう。したがって、駆動振動に伴って第１，第２モニター電極９１，９２に発生する容量変化と、コリオリ力による振動に伴って各検出電極１６１〜１６４に発生する容量変化とは、９０°の位相差が生じることになる。
一方、コリオリ力による振動に伴って第１，第３検出電極１６１，１６３に発生する容量変化は、第３ＣＶ変換回路３３によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号Ｓ３１に変換される。同様に、コリオリ力による振動に伴って第２，第４検出電極１６２，１６４に発生する容量変化は、第４ＣＶ変換回路３４によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号Ｓ３２に変換される。
この場合、第３，第４ＣＶ変換回路３３，３４からそれぞれ出力される検出信号Ｓ３１，Ｓ３２はコリオリ力に依存する成分に関しては互いに逆相の信号であるので、次段の第２差動増幅回路４２で一つの検出信号Ｓ３に増幅変換される。この検出信号Ｓ３はフィルター回路５２で不要なノイズ成分が除かれた後、検出信号Ｓ５として同期検波回路６１へ出力される。
位相調整回路６０を通過した後のモニタ信号は、次段の同期検波回路６１に対して検波参照信号Ｓ４として与えられる。同期検波回路６１は、この検波参照信号Ｓ４により、フィルター回路５２を通過した検出信号Ｓ５を同期検波する。両信号Ｓ４，Ｓ５は位相調整回路６０によってたとえば同相（あるいは逆相）になっている。この場合、同期検波回路６１で同期検波された後に出力される検出信号Ｓ７は正しく半波整流された形となり、これを平滑回路６２で平滑化すれば角速度の大きさに対応した所期の電圧レベルをもつ検出信号Ｓ８が得られる。そして、この検出信号Ｓ８が次段の増幅回路６３で増幅された後に出力される。この増幅回路６３で増幅された後の検出信号は、次段の出力調整回路６４により温度ドリフトの影響および感度の温度変化の影響が除かれた後、実際の角速度を算出する図示ない演算回路に与えられる。
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図４を参照して、外力検知装置３０１は、さらに、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２５と、断線検出回路２９と、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４と、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２とを備える。切り替え回路２５は、スイッチＳＷＤ４，ＳＷＭ２を含む。
駆動配線ＬＤ１は、駆動電極１０１と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ２は、駆動電極１０４と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ３は、駆動電極１０２と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。駆動配線ＬＤ４は、駆動電極１０３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ１経由で駆動電圧Ｖｄｒ１として駆動電極１０１に与えられる。反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ２経由で駆動電圧Ｖｄｒ２として駆動電極１０４に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極１０２に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ４経由で駆動電圧Ｖｄｒ４として駆動電極１０３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極９１と検出回路２０２とを接続する。モニタ配線ＬＭ２は、モニター電極９２と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＤ４は、駆動電極１０３とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ４を介した駆動電極１０３およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
スイッチＳＷＭ２は、モニター電極９２と検出回路２０２との間に接続され、モニタ配線ＬＭ２を介したモニター電極９２および検出回路２０２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。スイッチを用いることにより、切り替え回路２５の構成が簡易になる。
駆動電圧監視回路２４は、ＡＧＣ回路２２から出力される駆動信号Ｓ１１のレベルを監視する。
次に、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作について説明する。まず、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する場合について説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置が配線の断線を検出する際の動作手順を定めたフローチャートである。
図５を参照して、まず、駆動部２５１は、前述のように駆動電極１０１〜１０４へ駆動信号Ｓ１１およびＳ１２を出力することにより振動子１を駆動し、かつモニター電極９１および９２によって得られる振動子１の振動状態に基づいて駆動信号Ｓ１１およびＳ１２の振幅を制御する（ステップＳ１）。
次に、駆動電圧監視回路２４は、駆動配線ＬＤ４を介した振動子１および駆動回路２０１間の電気経路を遮断する前における駆動信号Ｓ１１の振幅を測定する（ステップＳ２）。
次に、切り替え回路２５は、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうちの駆動配線ＬＤ４を介した振動子１および駆動回路２０１間の電気経路を遮断する（ステップＳ３）。
次に、駆動電圧監視回路２４は、上記電気経路の遮断後における駆動信号Ｓ１１の振幅を測定する（ステップＳ４）。
次に、断線検出回路２９は、上記電気経路の遮断前後において測定された各駆動信号の振幅に基づいて、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する（ステップＳ５）。
図６は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＭ２はオン状態である。
図６を参照して、まず、外力検知装置３０１において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ４をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が３／４になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４／３に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが４／３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が２／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２またはＬＤ３が断線している場合は、駆動配線ＬＤ１が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ４が断線している場合には、スイッチＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ４をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ４が断線しているか、あるいは駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ３のいずれかが断線しているかを判別することができる。
次に、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線を検出する場合について説明する。
図７は、モニタ配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＤ４はオン状態である。
図７を参照して、まず、外力検知装置３０１において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＭ２をオフする。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＭ２をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のうちモニタ配線ＬＭ１が断線している場合には、スイッチＳＷＭ２をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＭ２をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のうちモニタ配線ＬＭ２が断線している場合には、スイッチＳＷＭ２をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＭ２をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＭ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＭ２のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線の有無を検出することができる。さらに、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
ここで、外力検知装置において、振動子がたとえば２つの駆動電極を含む場合、駆動回路から出力される駆動信号レベルを単に測定する方法では、駆動信号レベルが通常の２倍になっていることが測定されても、駆動配線またはモニタ配線が断線しているのか、外力検知装置における他の箇所に故障が生じているのかを特定することができない。また、テスト用装置に振動子を接続して測定した駆動信号レベルと、検査対象の外力検知装置に振動子を接続して測定した駆動信号レベルとを比較する方法でも、検査対象の外力検知装置における駆動配線またはモニタ配線が破断していると推定することはできても、破断を特定することはできない。
しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置では、各駆動電極および駆動回路間の電気経路の一部、あるいは各モニター電極および検出回路間の電気経路の一部を意図的に遮断し、遮断前後の駆動信号レベルを測定する。このような構成により、駆動配線およびモニタ配線の断線の有無ならびに断線箇所を特定することができる。
なお、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４およびモニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がワイヤボンディングによって形成されている場合、これらの配線は破断しやすい。このような場合、配線の断線を正確に検出することができる本発明の効果は大きい。ただし、本発明は、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４およびモニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２がフリップチップボンディングによって形成されている場合にも適用することが可能である。
また、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置では、静電駆動／容量検出型の振動子１を備えた振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、単結晶の圧電材料からなる音片型振動子を備えた振動ジャイロ、および音叉型振動子を備えた振動ジャイロについても適用することが可能である。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べてスイッチを追加した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図８を参照して、外力検知装置３０２は、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて、切り替え回路２５の代わりに切り替え回路２６を含む。切り替え回路２６は、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４，ＳＷＭ２を含む。
スイッチＳＷＤ２は、駆動電極１０４とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ２を介した駆動電極１０４およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
スイッチＳＷＤ３は、駆動電極１０２とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ３を介した駆動電極１０２およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る外力検知装置が駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線を検出する際の動作について説明する。
図９は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。また、スイッチＳＷＭ２はオン状態である。
図９を参照して、まず、外力検知装置３０２において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２が断線している場合は、駆動配線ＬＤ１が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ３が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が２／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ４が断線している場合は、駆動配線ＬＤ３が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３／２倍になる。
このように、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線しているか、あるいは駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線しているかを判別することができる。
図１０は、図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の一例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。
図１０を参照して、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線していることが判別された場合、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４に加えて、スイッチＳＷＤ２をオフする。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ２が断線している場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は４／３である。そして、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
このように、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
なお、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／３になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を４に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが４倍になる。
また、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のうち駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線している場合は、駆動配線ＬＤ２が断線している場合と同様に、スイッチＳＷＤ２〜ＳＷＤ４のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが３倍になる。
図１１は、図９に示す断線検出を行なった後で、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別する方法の他の例を示す、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。
図１１を参照して、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ１またはＬＤ２が断線していることが判別された場合において、スイッチＳＷＤ３およびＳＷＤ４をオンした状態で、スイッチＳＷＤ２をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。すなわち、駆動配線ＬＤ１が断線している場合にはスイッチＳＷＤ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは３／２倍になり、駆動配線ＬＤ２が断線している場合にはスイッチＳＷＤ２のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しないことから、駆動配線ＬＤ１およびＬＤ２のいずれが断線しているかを判別することができる。
なお、図９に示す断線検出により、駆動配線ＬＤ３またはＬＤ４が断線していることが判別された場合には、スイッチＳＷＤ２およびＳＷＤ３をオンした状態で、スイッチＳＷＤ４をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ３およびＬＤ４のいずれが断線しているかを判別することができる。
また、スイッチＳＷＤ２およびＳＷＤ４をオンした状態で、スイッチＳＷＤ３をオン・オフしても、駆動配線ＬＤ３およびＬＤ４のいずれが断線しているかを判別することができる。
したがって、本発明の第２の実施の形態に係る外力検知装置では、本発明の第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて、駆動配線ＬＤ１〜ＬＤ４のいずれの配線が断線しているのかを特定することができる。すなわち、駆動配線またはモニタ配線がＮ（Ｎは２以上の自然数）本設けられている場合において、（Ｎ−１）本の配線に対応する（Ｎ−１）個のスイッチを設けることにより、Ｎ本の配線の断線箇所を特定することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る外力検知装置と比べて振動子の構造を変更した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。
図１２を参照して、振動子５０１において、四辺形の支持枠５０７の内側には、互いに対向する支持部５７１，５７２が設けられている。振動体５１１の外枠振動部５１６は、支持部５７１，５７２の先端部に支持部５７１，５７２と直交する方向に伸長して設けた外梁５１６ａ，５１６ｂの両端により支持されている。外枠振動部５１６の内側には、支持部５７１と支持部５７２とを結ぶ方向に対して直交する位置に、内側に向けてかつ対向して突出部５１６ｃ，５１６ｄが設けられている。この突出部５１６ｃ，５１６ｄの先端部には、外梁５１６ａ，５１６ｂの延長方向と直交する方向に伸長して内梁５１７ａ，５１７ｂが設けられている。この内梁５１７ａ，５１７ｂの両端には、内枠振動部５１７が支持されている。内枠振動部５１７の内側には、支持枠５０７の支持部５７１と支持部５７２とを結ぶ方向に伸びた質量部５１７ｃが設けられている。
外枠振動部５１６には、外梁５１６ａ，５１６ｂの伸長方向の両外縁に、駆動電極部５１２及び駆動電極部５１３が設けられている。この駆動電極部５１２，５１３は、外枠振動部５１６に形成された板状の外枠可動櫛形電極５１２ａ，５１３ａと、この外枠可動櫛形電極５１２ａ，５１３ａに微少空間を介して対向した板状の外枠駆動櫛形電極５１２ｂ，５１３ｂと、この外枠駆動櫛形電極５１２ｂ，５１３ｂを支持する外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃから構成されている。また、内枠振動部５１７の内側には、質量部５１７ｃの左右に検出電極部５１４，５１５が設けられている。この検出電極部５１４，５１５は、質量部５１７ｃに植設された板状の内枠可動櫛形電極５１４ａ，５１５ａと、この内枠可動櫛形電極５１４ａ，５１５ａに微少空間を介して対向した板状の内枠検出櫛形電極５１４ｂ，５１５ｂと、この内枠検出櫛形電極５１４ｂ，５１５ｂを支持する内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃとから構成されている。
図１２では、振動子５０１の支持基板及び蓋基板を図示していないが、支持枠５０７、外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃ及び内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃは、支持基板に固定され、その他の支持部５７１，５７２、振動体５１１の全体、櫛形電極５１２，５１３，５１４，５１５については、支持基板及び蓋基板との間に空隙が設けられ、振動体５１１が自由振動可能となっている。蓋基板は、支持枠５０７と接して振動子５０１を被覆している。また、振動子５０１は、図面と垂直な方向に厚みを有し、特に、上述の櫛形電極５１２ａ〜５１５ａ部分は、厚み方向の板状表面が微少空間を介して対向し、静電容量を有する構成となっている。また、外枠固定電極５１２ｃ，５１３ｃ及び内枠固定電極５１４ｃ，５１５ｃは、支持基板に形成したビアホールを介して支持基板外部と電気的に接続されている。
また、モニター電極部５１８は、駆動電極部５１３に隣接して外枠振動部５１６に設けられている。このモニター電極部５１８は、外枠振動部５１６に板状の連結電極５１８ａで結合された板状のモニタ可動櫛形電極５１８ｂ，５１８ｃと、この２つのモニタ可動櫛形電極５１８ｂおよびモニタ可動櫛形電極５１８ｃ間に介在しかつ微少空間を介してモニタ可動櫛形電極５１８ｂ，５１８ｃと対向した板状のモニタ固定櫛形電極５１８ｄと、このモニタ固定櫛形電極５１８ｄを支持するモニタ固定電極５１８ｅとから構成されている。
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図１３を参照して、外力検知装置３０３は、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２７と、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３と、モニタ配線ＬＭ１とを備える。切り替え回路２７は、スイッチＳＷＤ３を含む。
駆動配線ＬＤ１は、駆動電極部５１２と駆動回路２０１における反転回路２１とを接続する。駆動配線ＬＤ３は、駆動電極部５１３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
反転回路２１から出力された駆動信号Ｓ１２は、駆動配線ＬＤ１経由で駆動電圧Ｖｄｒ１として駆動電極部５１２に与えられる。ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極部５１３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極部５１８と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＤ３は、駆動電極部５１３とＡＧＣ回路２２との間に接続され、駆動配線ＬＤ３を介した駆動電極部５１３およびＡＧＣ回路２２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る外力検知装置が駆動配線ＬＤ１およびＬＤ３の断線を検出する場合について説明する。
図１４は、駆動配線の断線箇所と駆動信号レベルとの関係を示す図である。ここでは、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３がいずれも断線していない場合の駆動信号Ｓ１１の振幅を１としている。
図１４を参照して、まず、外力検知装置３０３において振動子が駆動されている状態において、スイッチＳＷＤ３をオフする。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３がいずれも断線していない場合には、スイッチＳＷＤ３をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が１／２になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を２に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルが２倍になる。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のうち駆動配線ＬＤ１が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＤ３をオフすると、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅が０になる。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅をたとえば０に変更する。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ後は駆動信号Ｓ１１が出力されなくなる。
駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のうち駆動配線ＬＤ３が断線している場合には、スイッチＳＷＤ３をオフする前の駆動信号Ｓ１１の振幅は２である。そして、スイッチＳＷＤ３をオフしても、ＡＧＣ回路２２が受けるモニタ信号の振幅は変わらない。このため、ＡＧＣ回路２２は、駆動信号Ｓ１１の振幅を変更しない。すなわち、スイッチＳＷＤ３のオフ前後で駆動信号Ｓ１１のレベルは変化しない。
このように、スイッチＳＷＤ３のオフ前後における駆動信号Ｓ１１のレベル変化を測定することにより、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３の断線の有無を検出することができる。さらに、駆動配線ＬＤ１，ＬＤ３のいずれが断線しているかを判別することができる。
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第３の実施の形態に係る外力検知装置と比べて振動子の構造を変更した外力検知装置に関する。以下で説明する内容以外は第３の実施の形態に係る外力検知装置と同様である。
図１５は、本発明の第４の実施の形態に係る外力検知装置に使用される振動子の構造を示す平面図である。
図１５を参照して、振動子５０２は、本発明の第３の実施の形態に係る振動子５０１と比べて、さらに、モニター電極部５１９を含む。
モニター電極部５１９は、駆動電極部５１２に隣接して外枠振動部５１６に設けられている。このモニター電極部５１９は、外枠振動部５１６に板状の連結電極５１９ａで結合された板状のモニタ可動櫛形電極５１９ｂ，５１９ｃと、この２つのモニタ可動櫛形電極５１９ｂおよびモニタ可動櫛形電極５１９ｃ間に介在しかつ微少空間を介してモニタ可動櫛形電極５１９ｂ，５１９ｃと対向した板状のモニタ固定櫛形電極５１９ｄと、このモニタ固定櫛形電極５１９ｄを支持するモニタ固定電極５１９ｅから構成されている。
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る振動子と振動子を駆動する回路との接続関係を示す図である。
図１６を参照して、外力検知装置３０４は、駆動電圧監視回路２４と、切り替え回路２８と、駆動配線ＬＤ３と、モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２とを備える。切り替え回路２８は、スイッチＳＷＭ２を含む。
振動子５０２では、駆動電極部５１２および５１３が図示しない外部電極によって接続されている。
駆動配線ＬＤ３は、駆動電極部５１２および５１３と駆動回路２０１におけるＡＧＣ回路２２とを接続する。
ＡＧＣ回路２２から出力された駆動信号Ｓ１１は、駆動配線ＬＤ３経由で駆動電圧Ｖｄｒ３として駆動電極部５１２および５１３に与えられる。
モニタ配線ＬＭ１は、モニター電極部５１８と検出回路２０２とを接続する。モニタ配線ＬＭ２は、モニター電極部５１９と検出回路２０２とを接続する。
スイッチＳＷＭ２は、モニター電極部５１９と検出回路２０２との間に接続され、モニタ配線ＬＭ２を介したモニター電極部５１９および検出回路２０２間の電気経路を遮断するか否かを切り替える。
モニタ配線ＬＭ１，ＬＭ２の断線を検出する方法については、本発明の第１の実施の形態において図７を用いて説明した内容と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 振動子、２ 振動子基板、３ 保護基板、４ キャビティ、８ 駆動梁、７１〜７４ 第１〜第４の各質量部、９１，９２ 第１，第２モニター電極、１０１〜１０４ 第１〜第４駆動電極、１６１〜１６４ 第１〜第４検出電極、１８１，１８２ 接地電極、２５１ 駆動部、２０３ 検出回路、５２ フィルター回路、６０ 位相調整回路、６１ 同期検波回路、６２ 平滑回路、６３ 増幅回路、６４ 出力調整回路、２０１ 駆動回路、２０２ 検出回路、５１ フィルター回路、２１ 反転回路、２２ ＡＧＣ回路、２３ 位相調整回路、３１ 第１ＣＶ変換回路、３２ 第２ＣＶ変換回路、４１ 第１差動増幅回路、３３ 第３ＣＶ変換回路、３４ 第４ＣＶ変換回路、４２ 第２差動増幅回路、３０１〜３０４ 外力検知装置、２４ 駆動電圧監視回路、２５，２６，２７，２８ 切り替え回路、２９ 断線検出回路、ＬＤ１〜ＬＤ４ 駆動配線、ＬＭ１，ＬＭ２ モニタ配線、ＳＷＤ２〜ＳＷＤ４，ＳＷＭ２ スイッチ、５０１ 振動子、５１１ 振動体、５１６ 外枠振動部、５７１，５７２ 支持部、５１６ａ，５１６ｂ 外梁、５１６ｃ，５１６ｄ 突出部、５１７ 内枠振動部、５１７ａ，５１７ｂ 内梁、５０７ 支持枠、５１７ｃ 質量部、５１２，５１３ 駆動電極部、５１２ａ，５１３ａ 外枠可動櫛形電極、５１２ｂ，５１３ｂ 外枠駆動櫛形電極、５１２ｃ，５１３ｃ 外枠固定電極、５１４，５１５ 検出電極部、５１４ａ，５１５ａ 内枠可動櫛形電極、５１４ｂ，５１５ｂ 内枠検出櫛形電極、５１４ｃ，５１５ｃ 内枠固定電極、５１８，５１９ モニター電極部、５１８ａ，５１９ａ 連結電極、５１８ｂ，５１８ｃ，５１９ｂ，５１９ｃ モニタ可動櫛形電極、５１８ｄ，５１９ｄ モニタ固定櫛形電極、５１８ｅ，５１９ｅ モニタ固定電極。

Claims (6)

  1. 駆動電極（１０１〜１０４）およびモニタ電極（９１，９２）を有し、前記駆動電極（１０１〜１０４）および前記モニタ電極（９１，９２）の少なくとも一方が複数である振動子（１）と、
    前記振動子（１）を駆動する駆動部（２５１）と、
    前記駆動電極（１０１〜１０４）に対応して設けられ、対応の前記駆動電極（１０１〜１０４）と前記駆動部（２５１）とを接続する１または複数の駆動配線（ＬＤ）と、
    前記モニタ電極（９１，９２）に対応して設けられ、対応の前記モニタ電極（９１，９２）と前記駆動部（２５１）とを接続する１または複数のモニタ配線（ＬＭ）とを備え、
    前記駆動部（２５１）は、前記１または複数の駆動配線（ＬＤ）経由で１または複数の前記駆動電極（１０１〜１０４）へ駆動信号を出力することにより前記振動子（１）を駆動し、かつ１または複数の前記モニタ電極（９１，９２）によって前記１または複数のモニタ配線（ＬＭ）経由で得られる前記振動子（１）の振動状態に基づいて前記駆動信号レベルをＡＧＣ（Automatic Gain Control）制御し、
    さらに、
    複数である前記駆動配線（ＬＤ）または前記モニタ配線（ＬＭ）のうちの少なくとも１つの配線を介した前記振動子（１）および前記駆動部（２５１）間の電気経路を遮断するか否かを切り替える第１の切り替え回路（２５，２６，２７，２８）を備える外力検知装置。
  2. 前記振動子（１）は、複数の駆動電極（１０１〜１０４）および複数のモニタ電極（９１，９２）を有し、
    前記第１の切り替え回路（２５，２６，２７）は、前記複数の駆動配線（ＬＤ）のうちの少なくとも１つの配線を介した前記振動子（１）および前記駆動部（２５１）間の電気経路を遮断するか否かを切り替え、
    前記外力検知装置は、さらに、
    前記複数のモニタ配線（ＬＭ）のうちの少なくとも１つの配線を介した前記振動子（１）および前記駆動部（２５１）間の電気経路を遮断するか否かを切り替える第２の切り替え回路（２５，２６，２７）を備える請求の範囲第１項に記載の外力検知装置。
  3. 前記駆動電極（１０１〜１０４）および前記モニタ電極（９１，９２）の少なくとも一方がＮ（Ｎは２以上の自然数）個であり、
    前記第１の切り替え回路（２５，２６，２７，２８）は、Ｎ個である前記駆動電極（１０１〜１０４）または前記モニタ電極（９１，９２）に対応するＮ本の前記駆動配線（ＬＤ）または前記モニタ配線（ＬＭ）のうちの（Ｎ−１）本の配線を介した前記振動子（１）および前記駆動部（２５１）間の電気経路をそれぞれ遮断するか否かを切り替える請求の範囲第１項に記載の外力検知装置。
  4. 前記第１の切り替え回路（２５，２６，２７，２８）は、前記電気経路を遮断するか否かを切り替えるスイッチ（ＳＷ）を含む請求の範囲第１項に記載の外力検知装置。
  5. 前記駆動配線（ＬＤ）および前記モニタ配線（ＬＭ）は、ワイヤボンディングによって形成されている請求の範囲第１項に記載の外力検知装置。
  6. 駆動電極（１０１〜１０４）およびモニタ電極（９１，９２）を有し、前記駆動電極（１０１〜１０４）および前記モニタ電極（９１，９２）の少なくとも一方が複数である振動子（１）と、前記振動子（１）を駆動する駆動部（２５１）と、前記駆動電極（１０１〜１０４）に対応して設けられ、対応の前記駆動電極（１０１〜１０４）と前記駆動部（２５１）とを接続する１または複数の駆動配線（ＬＤ）と、前記モニタ電極（９１，９２）に対応して設けられ、対応の前記モニタ電極（９１，９２）と前記駆動部（２５１）とを接続する１または複数のモニタ配線（ＬＭ）とを備える外力検知装置における配線破断検出方法であって、
    前記駆動部（２５１）が、前記１または複数の駆動配線（ＬＤ）経由で１または複数の前記駆動電極（１０１〜１０４）へ駆動信号を出力することにより前記振動子（１）を駆動し、かつ１または複数の前記モニタ電極（９１，９２）によって前記１または複数のモニタ配線（ＬＭ）経由で得られる前記振動子（１）の振動状態に基づいて前記駆動信号レベルをＡＧＣ制御するステップと、
    前記駆動信号レベルを測定するステップと、
    複数である前記駆動配線（ＬＤ）または前記モニタ配線（ＬＭ）のうちの少なくとも１つの配線を介した前記振動子（１）および前記駆動部（２５１）間の電気経路を遮断するステップと、
    前記電気経路の遮断後における前記駆動信号レベルを測定するステップと、
    前記電気経路の遮断前後において測定した各前記駆動信号レベルに基づいて、前記複数である前記駆動配線（ＬＤ）または前記モニタ配線（ＬＭ）の断線を検出するステップとを含む配線破断検出方法。
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