KR101200652B1

KR101200652B1 - 외력검지장치 및 배선 파단 검출방법

Info

Publication number: KR101200652B1
Application number: KR1020107026263A
Authority: KR
Inventors: 아키라 모리; 요시타카 카토우; 사토시 이치하라
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2013-01-09
Also published as: CN102057249A; EP2287562A4; EP2287562A1; KR20110004449A; WO2009150898A1; EP2287562B1; JPWO2009150898A1; US20110056293A1; US8225661B2; EP2287562B8; JP4915474B2; CN102057249B

Abstract

외력검지장치(301)는, 대응의 구동전극과 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 구동배선(LD)과, 대응의 모니터전극과 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 모니터배선(LM)을 포함하고, 구동부(251)는, 하나 또는 복수의 구동배선(LD) 경유로 하나 또는 복수의 구동전극으로 구동신호를 출력함으로써 진동자(1)를 구동하면서, 하나 또는 복수의 모니터전극에 의해 하나 또는 복수의 모니터배선(LM) 경유로 얻어지는 진동자(1)의 진동 상태에 근거하여 구동신호 레벨을 AGC 제어한다. 외력검지장치(301)는, 또한 복수인 구동배선(LD) 또는 모니터배선(LM) 중의 적어도 하나의 배선을 통한 진동자(1) 및 구동부(251)간의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 전환회로(25)를 포함한다.

Description

외력검지장치 및 배선 파단 검출방법{EXTERNAL FORCE DETECTION DEVICE AND WIRING BREAKAGE DETECTION METHOD}

본 발명은, 예를 들면 각속도를 검출하는데 사용되는 외력검지장치 및 외력검지장치의 배선 파단 검출방법에 관한 것이다.

최근, 차량의 자세 검지, 내비게이션 장치의 진행방향 검지, 카메라의 손떨림 보정, 및 가상 현실 조작 등의 수단으로서 진동 자이로가 사용되고 있다. 이러한 진동 자이로의 일례로서, 예를 들면 일본국 공개특허공보 2006-170620호(특허문헌 1)에는, 이하와 같은 자이로 센서가 개시되어 있다. 즉, 서로 역상(逆相)의 정현파(正弦波)로 이루어지는 2개의 구동신호를 센싱 엘리먼트(sensing element)에서의 2개의 구동전극에 각각 인가하여, 가동전극을 구동한다. 센싱 엘리먼트의 진동 상태를 모니터하기 위한 2개의 모니터전극의 용량 변화가, 각각 CV 변환부에 의해 2개의 모니터 신호로 변환되어, 가변 이득기로 출력된다. 가변 이득기는, 이들 2개의 모니터 신호의 진폭이 소정값이 되도록, 전압·전류 변환의 변환계수를 제어한다.

일본국 공개특허공보 2006-170620호

그런데, 특허문헌 1에 기재된 자이로 센서에서는, 예를 들면 구동버퍼와 구동전극을 접속하는 2개의 배선의 어느 하나가 단선(斷線)한 경우에도, 센싱 엘리먼트를 정상적으로 구동할 수 있게 되어 버린다. 즉, 예를 들면 구동버퍼와 구동전극을 접속하는 2개의 배선의 어느 한쪽이 파단한 경우, 구동신호의 진폭이 반(半)이 되고, 센싱 엘리먼트의 구동 레벨도 반이 된다. 그리고, 가변 이득기로의 모니터 신호의 진폭도 반이 된다. 이때, 가변 이득기는, 모니터 신호가 소정값이 되도록 전압·전류 변환의 변환계수를 2배로 하는, 즉 구동전극에의 구동신호의 진폭을 2배로 하기 때문에 센싱 엘리먼트가 정상적으로 구동된다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 자이로 센서에서는, 구동버퍼와 구동전극을 접속하는 배선의 단선을 검출할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 진동자에 접속되는 배선의 단선을 정확하게 검출하는 것이 가능한 외력검지장치 및 배선 파단 검출방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 이 발명의 한 국면에 따른 외력검지장치는, 구동전극 및 모니터전극을 가지고, 구동전극 및 모니터전극의 적어도 한쪽이 복수인 진동자와, 진동자를 구동하는 구동부와, 구동전극에 대응하여 마련되고, 대응의 구동전극과 구동부를 접속하는 하나 또는 복수의 구동배선과, 모니터전극에 대응하여 마련되고, 대응의 모니터전극과 구동부를 접속하는 하나 또는 복수의 모니터배선을 포함하며, 구동부는, 하나 또는 복수의 구동배선 경유로 하나 또는 복수의 구동전극으로 구동신호를 출력함으로써 진동자를 구동하면서, 하나 또는 복수의 모니터전극에 의해 하나 또는 복수의 모니터배선 경유로 얻어지는 진동자의 진동 상태에 근거하여 구동신호 레벨을 AGC 제어하고, 외력검지장치는, 또한 복수인 구동배선 또는 모니터배선 중의 적어도 하나의 배선을 통한 진동자 및 구동부 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 제1의 전환회로를 포함한다.

바람직하게는, 진동자는, 복수의 구동전극 및 복수의 모니터전극을 가지고, 제1의 전환회로는, 복수의 구동배선 중 적어도 하나의 배선을 통한 진동자 및 구동부간의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하고, 외력검지장치는, 또한 복수의 모니터배선 중 적어도 하나의 배선을 통한 진동자 및 구동부간의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 제2의 전환회로를 포함한다.

바람직하게는, 구동전극 및 모니터전극의 적어도 한쪽이 N(N은 2 이상의 자연수)개이고, 제1의 전환회로는, N개인 구동전극 또는 모니터전극에 대응하는 N개의 구동배선 또는 모니터배선 중의 (N-1)개의 배선을 통한 진동자 및 구동부간의 전기 경로를 각각 차단할지 아닐지를 전환한다.

바람직하게는, 제1의 전환회로는 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 스위치를 포함한다.

바람직하게는, 구동배선 및 모니터배선은 와이어 본딩에 의해 형성되어 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 이 발명의 한 국면에 따른 배선 파단 검출방법은, 구동전극 및 모니터전극을 가지고, 구동전극 및 모니터전극의 적어도 한쪽이 복수인 진동자와, 진동자를 구동하는 구동부와, 구동전극에 대응하여 마련되며, 대응의 구동전극과 구동부를 접속하는 하나 또는 복수의 구동배선과, 모니터전극에 대응하여 마련되고, 대응의 모니터전극과 구동부를 접속하는 하나 또는 복수의 모니터배선을 포함하는 외력검지장치에서의 배선 파단 검출방법으로서, 구동부가, 하나 또는 복수의 구동배선 경유로 하나 또는 복수의 구동전극으로 구동신호를 출력함으로써 진동자를 구동하면서, 하나 또는 복수의 모니터전극에 의해 하나 또는 복수의 모니터배선 경유로 얻어지는 진동자의 진동 상태에 근거하여 구동신호 레벨을 AGC 제어하는 스텝과, 구동신호 레벨을 측정하는 스텝과, 복수인 구동배선 또는 모니터배선 중 적어도 하나의 배선을 통한 진동자 및 구동부간의 전기 경로를 차단하는 스텝과, 전기 경로의 차단 후에서의 구동신호 레벨을 측정하는 스텝과, 전기 경로의 차단 전후에 있어서 측정한 각 구동신호 레벨에 근거하여, 복수인 구동배선 또는 모니터배선의 단선을 검출하는 스텝을 포함한다.

본 발명에 의하면, 진동자에 접속되는 배선의 단선을 정확하게 검출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 2는 진동자 기판과 보호기판을 접합한 상태의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치의 회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치가 배선의 단선을 검출할 때의 동작 순서를 정한 플로우 차트이다.
도 6은 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 모니터배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 나타내는 단선 검출을 행한 후에, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별하는 방법의 일례를 나타내는, 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9에 나타내는 단선 검출을 행한 후에, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별하는 방법의 다른 예를 나타내는, 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.
도 14는 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제4의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제4의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하며 그 설명은 반복하지 않는다.

<제1의 실시의 형태>

[구성 및 기본 동작]

도 1은, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 2는, 진동자 기판과 보호기판을 접합한 상태의 일부를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치는 각속도 검출 소자로서의 진동자(1)를 포함하고 있다. 이 진동자(1)는, 정전 구동/용량 검출형으로, 예를 들면 단결정 또는 다결정의 저저항의 실리콘 재료로 이루어지는 진동자 기판(2)과, 이 진동자 기판(2)의 주면 및 이면에 마련된 예를 들면 고저항의 실리콘 재료 또는 유리 재료 등으로 이루어지는 보호기판(3)을 가진다. 그리고, 양 기판(2,3)은, 진동자 기판(2)의 가동 부분을 확보하기 위한 캐비티(4)가 형성되는 개소를 제외하고 예를 들면 양극 접합 등의 접합방법에 의해 일체적으로 접합되어 있다. 또한 캐비티(4) 내는 진동 덤핑을 저감하기 위해 진공 상태 혹은 저압력 상태로 유지되고 있다.

진동자 기판(2)에는, 에칭 처리 등의 미세 가공을 실시함으로써, 제1~제4의 각 질량부(71~74), 구동 빔(8), 제1, 제2모니터전극(91,92), 제1~제4구동전극(101~104), 제1~제4검출전극(161~164), 및 접지전극(181,182) 등이 형성되어 있다.

여기서, 도 1에 있어서, 진동자(1)의 긴 방향을 Y축 방향, 이것에 직교하는 짧은 방향을 X축 방향, 양 축에 함께 직교하는 지면에 수직인 방향을 Z축 방향으로 했을 때, 제1~제4의 각 질량부(71~74)는, 부분적으로 접지전극(181,182)에 접속된 구동 빔(8)에 의해 Y축 방향을 따라 직렬로 지지되어 있고, 이것에 의해 제1~제4의 각 질량부(71~74)는 X축 방향을 따라 진동 가능한 상태로 되어 있다. 즉, 제1~제4의 각 질량부(71~74) 및 구동 빔(8)이 가동부로 되어 있고, 제1, 제2모니터전극(91,92), 제1~제4구동전극(101~104), 및 접지전극(181,182)이 고정부로 되어 있다.

상기의 제1질량부(71)에 있어서는, 제1모니터전극(91) 및 제1, 제2의 구동전극(101,102)의 빗살상 부분에 대향하도록 좌우에 돌출 형성된 빗살상의 가동측 전극(111a,111b,111c)이 마련되어 있다.

또한 제2질량부(72)는, 구동 빔(8)에 의해 지지된 사각형의 제1구동프레임(121)과, 제1구동프레임(121)의 내측에 있어서 상하의 제1검출빔(131)에 의해 지지된 2개의 사각형을 연접(連接)한 형상의 제1검출프레임(141)을 가진다. 제1구동프레임(121)의 외측에는 제1질량부(71)에 근접하여 상기의 제1, 제2구동전극(101,102)의 빗살상 부분에 대향한 빗살상의 가동측 전극(151a,151b)이 형성되어 있다. 또한 제1검출프레임(141)의 2개의 사각형 부분의 내측에는 각각 빗살상의 제1, 제2검출전극(161,162)에 각각 대향하여 빗살상의 가동측 전극(171)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 제1검출프레임(141)은 가동측 전극(171)과 함께 제1검출빔(131)에 의해 Y축 방향을 따라 진동 가능한 상태로 되어 있다.

상기의 제4질량부(74)에 있어서는, 제2모니터전극(92) 및 제3, 제4의 구동전극(103,104)의 빗살상 부분에 대향하도록 좌우에 돌출 형성된 빗살상의 가동측 전극(112a,112b,112c)이 마련되어 있다.

또한 제3질량부(73)는, 구동 빔(8)에 의해 지지된 사각형의 제2구동프레임(122)과, 제2구동프레임(122)의 내측에 있어서 상하의 제2검출빔(132)에 의해 지지된 2개의 사각형을 연접한 형상의 제2검출프레임(142)을 가진다. 제2구동프레임(122)의 외측에는 제4질량부(74)에 근접하여 상기의 제3, 제4구동전극(103,104)의 빗살상 부분에 대향한 빗살상의 가동측 전극(152a,152b)이 형성되어 있다. 또한 제2검출프레임(142)의 2개의 사각형 부분의 내측에는 각각 빗살상의 제3, 제4검출전극(163,164)에 각각 대향하여 빗살상의 가동측 전극(172)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 제2검출프레임(142)은 가동측 전극(172)과 함께 제2검출빔(132)에 의해 Y축 방향을 따라 진동 가능한 상태로 되어 있다.

상기의 제1, 제2모니터전극(91,92), 제1~제4구동전극(101~104), 제1~제4검출전극(161~164), 및 접지전극(181,182)은, 진동자 기판(2)상의 보호기판(3)과의 접합 개소 위에 형성되어 있어 고정 상태로 되어 있다. 그리고, 이들 고정측의 각 전극((91,92),(101~104),(161~164),(181,182))은, 도 2에 나타내는 바와 같이 각 전극 패드(5)에 각각 개별로 접속되어 있고, 이들 각 전극 패드(5)를 통해 후술하는 외부의 전기회로와 전기적 접속이 가능하게 되어 있다. 또한 진동자(1)의 가동 부분은, 구동 빔(8)을 통해 접지전극(181,182)과 기계적이면서 전기적으로 접속되어 있어 접지 전위로 유지되고 있다.

도 3은, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치의 회로 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하여, 외력검지장치(301)는, 예를 들면 진동 자이로이고, 진동자(1)와, 구동부(251)와, 검출회로(203)와, 필터회로(52)와, 위상조정회로(60)와, 동기검파회로(61)와, 평활회로(62)와, 증폭회로(63)와, 출력조정회로(64)를 포함한다. 구동부(251)는 구동회로(201)와, 검출회로(202)와, 필터회로(51)를 포함한다. 구동회로(201)는 반전회로(21)와, AGC(Automatic Gain Control) 회로(22)와, 위상조정회로(23)를 포함한다. 검출회로(202)는 제1CV(용량 전압: Capacitance Voltage)변환회로(31)와, 제2CV변환회로(32)와, 제1차동증폭회로(41)를 포함한다. 검출회로(203)는 제3CV변환회로(33)와, 제4CV변환회로(34)와, 제2차동증폭회로(42)를 포함한다.

제1모니터전극(91)은 제1CV변환회로(31)에 접속되고, 제2모니터전극(92)은 제2CV변환회로(32)에 접속되어 있다. 제1, 제2CV변환회로(31,32)는 함께 제1차동증폭회로(41)에 접속되고, 제1차동증폭회로(41)는 필터회로(51) 및 위상조정회로(23)를 통해 AGC 회로(22)에 접속되어 있다. 또한 제1차동증폭회로(41)의 출력은, 필터회로(51)를 통해 후술하는 위상조정회로(60)의 입력부에 접속되어 있다. AGC 회로(22)의 출력부는, 제2구동전극(102) 및 제3구동전극(103)에 접속되는 동시에, 반전회로(21)를 통해 제1구동전극(101) 및 제4구동전극(104)에 접속되어 있다.

한편, 제1검출전극(161) 및 제3검출전극(163)은 함께 제3CV변환회로(33)에 접속되고, 또한 제2검출전극(162) 및 제4검출전극(164)은 함께 제4CV변환회로(34)에 접속되어 있다. 그리고, 제3, 제4CV변환회로(33,34)는 함께 제2차동증폭회로(42)에 접속되어 있다. 또한 제2차동증폭회로(42)는 필터회로(52)를 통해 후술하는 동기검파회로(61)의 입력부에 접속되어 있다.

또한 상기의 제1~제4의 CV변환회로(31~34)로서는, 예를 들면 전하증폭회로 및 임피던스 변환회로 등이 적용된다. 또한 제1, 제2차동증폭기(41,42)로서는, 예를 들면 연산 증폭기가 적용된다.

위상조정회로(60)는, 필터회로(51)의 출력 신호의 위상을 조정하고, 검파참조신호(S4)로서 동기검파회로(61)로 출력한다.

동기검파회로(61)는, 검파참조신호(S4)에 동기하여 검출신호(S5)의 위상 검파를 행하는 것이다. 이 동기검파회로(61)에는, 평활회로(62) 및 증폭회로(63)가 순차 접속되어 있다.

다음으로, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치의 동작에 대하여 설명한다.

제1, 제4구동전극(101,104)에는 AGC 회로(22)로부터 출력되는 구동신호(S11)를 반전회로(21)로 레벨 반전한 후의 구동신호(S12)가 부여된다. 또한 제2, 제3구동전극(102,103)에는 AGC 회로(22)로부터 출력되는 구동신호(S11)가 그대로 부여된다. 이 경우, 양 구동신호(S11,S12)는, 접지 전위에 대하여 예를 들면 +2.5V의 오프셋 전위를 기준으로 하여 서로 레벨이 반전 관계에 있는 교류신호이다.

이 때문에, 예를 들면 구동신호(S12)가 하이 레벨, 구동신호(S11)가 로우 레벨인 경우, 제1, 제4구동전극(101,104)과 이들 전극(101,104)에 대향하는 가동측 전극(111a,151a 및 112b,152b)의 정전 인력은 "강"의 상태가 되는 한편, 제2, 제3구동전극(102,103)과 이들 전극(102,103)에 대향하는 가동측 전극(111b,151b 및 112a,152a)의 정전 인력은 "약"의 상태가 된다. 물론 양 신호(S12,S11)의 레벨이 반대인 경우에는, 상기의 설명과 반대의 상태가 된다. 이 때문에, 그 정전 인력의 차에 의해, 제1~제4의 각 질량부(71~74)에 있어서 서로 이웃하는 질량부끼리가 X축 방향에 서로 역상으로 구동되어 진동한다.

이 진동에 의존하여, 제1질량부(71)에 마련되어 있는 가동측 전극(111c)과 제1모니터전극(91) 사이의 용량, 및 제4질량부(74)에 마련되어 있는 가동측 전극(112c)과 제2모니터전극(92) 사이의 용량이 각각 변화한다.

진동자(1)의 X축 방향의 구동 진동 상태를 모니터하는 제1, 제2모니터전극(91,92)에서의 용량 변화는, 제1, 제2CV변환회로(31,32)에 의해 각 용량 변화에 대응한 전압 레벨을 가지는 모니터 신호(S21,S22)로 변환된다. 이 경우, 양 모니터 신호(S21,S22)는 서로 역상의 신호이므로, 다음 단의 제1차동증폭회로(41)에서 하나의 모니터 신호(S2)로 증폭 변환된다.

이 모니터 신호(S2)는, 필터회로(51)에서 불필요한 노이즈 성분이 제거된 후, 위상조정회로(60)로 출력되는 동시에, 위상조정회로(23)에서 자려발진(自勵發振)에 필요한 위상 조정이 행해진 후, AGC 회로(22)로 출력된다. AGC 회로(22)는, AGC 회로(22)의 입력신호 진폭이 일정해지도록 AGC 회로(22)의 증폭율을 자동적으로 조정한다. 이 때문에, 제1~제4의 각 구동전극(101~104)에는 적절한 진폭을 가지는 구동신호(S11,S12)가 항상 부여되게 된다.

이와 같이 하여, 제1, 제2모니터전극(91,92)에서 얻어지는 모니터 신호(S2)로부터 구동신호(S11,S12)를 각각 생성하고, 구동신호(S11,S12)를 제1~제4구동전극에 인가함으로써, 폐(閉)루프의 자려발진회로가 구성되고, 진동자(1)는 구동신호와 같은 주파수의 공진 주파수로 진동이 지속된다.

이 상태에서, Z축을 중심축으로 한 회전 각속도가 진동자(1)에 가해지면, 각 질량부(71~74)에는 진동방향과 직교하는 Y축 방향에 코리올리 힘이 발생한다. 그리고, 제1, 제2검출빔(131,132)에 지지되어 있는 제1, 제2검출프레임(141,142)은, 코리올리 힘에 의해 Y축 방향에 서로 역방향으로 구동되어 X축 방향의 구동 진동과 같은 주파수로 진동한다. 이 진동에 의존하여, 제1, 제2검출프레임에 마련된 가동측 전극(171,172)과 제1~제4검출전극(161~164) 사이의 용량이 각각 변화한다.

각속도 인가시에 발생하는 코리올리 힘(F)은 다음 식으로 부여된다.

F=2×M×ω×v

여기서, M은 제1~제4질량부(71~74) 전체의 질량, ω는 각속도, v는 제1~제4질량부(71~74) 전체의 구동 진동 속도이다.

비공진형의 진동자(1)에 있어서는, 진동자(1)의 구조적인 Y축 방향의 공진 주파수가 구동신호에 의해 X축 방향으로 구동될 때의 진동 주파수와 충분히 떨어져 있으므로, 코리올리 힘에 의해 생기는 Y축 방향의 진동과 구동신호(S11,S12)에 의해 구동되는 X축 방향의 구동 진동은 90°의 위상 차를 가지고 있다. 이 때문에, X축 방향으로 구동 진동하고 있는 상태에서, Y축 방향의 진동이 생기면, 제1~제4의 각 질량부(71~74)는 타원 운동을 행한다. 따라서, 구동 진동에 수반하여 제1, 제2모니터전극(91,92)에 발생하는 용량 변화와, 코리올리 힘에 의한 진동에 수반하여 각 검출전극(161~164)에 발생하는 용량 변화는 90°의 위상 차가 생기게 된다.

한편, 코리올리 힘에 의한 진동에 수반하여 제1, 제3검출전극(161,163)에 발생하는 용량 변화는, 제3CV변환회로(33)에 의해 용량 변화에 대응한 전압 레벨을 가지는 검출신호(S31)로 변환된다. 마찬가지로, 코리올리 힘에 의한 진동에 수반하여 제2, 제4검출전극(162,164)에 발생하는 용량 변화는, 제4CV변환회로(34)에 의해 용량 변화에 대응한 전압 레벨을 가지는 검출신호(S32)로 변환된다.

이 경우, 제3, 제4CV변환회로(33,34)로부터 각각 출력되는 검출신호(S31,S32)는 코리올리 힘에 의존하는 성분에 관해서는 서로 역상의 신호이므로, 다음 단의 제2차동증폭회로(42)에서 하나의 검출신호(S3)에 증폭 변환된다. 이 검출신호(S3)는 필터회로(52)에서 불필요한 노이즈 성분이 제거된 후, 검출신호(S5)로서 동기검파회로(61)로 출력된다.

위상조정회로(60)를 통과한 후의 모니터 신호는, 다음 단의 동기검파회로(61)에 대하여 검파참조신호(S4)로서 부여된다. 동기검파회로(61)는, 이 검파참조신호(S4)에 의해, 필터회로(52)를 통과한 검출신호(S5)를 동기 검파한다. 양 신호(S4,S5)는 위상조정회로(60)에 의해 예를 들면 동상(同相)(혹은 역상)으로 되어 있다. 이 경우, 동기검파회로(61)에서 동기 검파된 후에 출력되는 검출신호(S7)는 올바르게 반파(半波) 정류(整流)된 형태가 되고, 이것을 평활회로(62)로 평활화하면 각속도의 크기에 대응한 소기(所期)의 전압 레벨을 가지는 검출신호(S8)가 얻어진다. 그리고, 이 검출신호(S8)가 다음 단의 증폭회로(63)에서 증폭된 후에 출력된다. 이 증폭회로(63)로 증폭된 후의 검출신호는, 다음 단의 출력조정회로(64)에 의해 온도 드리프트의 영향 및 감도의 온도 변화의 영향이 제거된 후, 실제의 각속도를 산출하는 도시하지 않은 연산회로에 부여된다.

도 4는 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하여, 외력검지장치(301)는, 또한 구동전압 감시회로(24)와, 전환회로(25)와, 단선검출회로(29)와, 구동배선(LD1~LD4)과, 모니터배선(LM1,LM2)을 포함한다. 전환회로(25)는 스위치(SWD4,SWM2)를 포함한다.

구동배선(LD1)은, 구동전극(101)과 구동회로(201)에서의 반전회로(21)를 접속한다. 구동배선(LD2)은 구동전극(104)과 구동회로(201)에서의 반전회로(21)를 접속한다. 구동배선(LD3)은 구동전극(102)과 구동회로(201)에서의 AGC 회로(22)를 접속한다. 구동배선(LD4)은 구동전극(103)과 구동회로(201)에서의 AGC 회로(22)를 접속한다.

반전회로(21)로부터 출력된 구동신호(S12)는 구동배선(LD1) 경유로 구동전압(Vdr1)으로서 구동전극(101)에 부여된다. 반전회로(21)로부터 출력된 구동신호(S12)는 구동배선(LD2) 경유로 구동전압(Vdr2)으로서 구동전극(104)에 부여된다. AGC 회로(22)로부터 출력된 구동신호(S11)는, 구동배선(LD3) 경유로 구동전압(Vdr3)으로서 구동전극(102)에 부여된다. AGC 회로(22)로부터 출력된 구동신호(S11)는 구동배선(LD4) 경유로 구동전압(Vdr4)으로서 구동전극(103)에 부여된다.

모니터배선(LM1)은 모니터전극(91)과 검출회로(202)를 접속한다. 모니터배선(LM2)은 모니터전극(92)과 검출회로(202)를 접속한다.

스위치(SWD4)는, 구동전극(103)과 AGC 회로(22) 사이에 접속되어, 구동배선(LD4)을 통한 구동전극(103) 및 AGC 회로(22) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다.

스위치(SWM2)는, 모니터전극(92)과 검출회로(202) 사이에 접속되어, 모니터배선(LM2)을 통한 모니터전극(92) 및 검출회로(202) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다. 스위치를 사용함으로써 전환회로(25)의 구성이 간이해진다.

구동전압 감시회로(24)는 AGC 회로(22)로부터 출력되는 구동신호(S11)의 레벨을 감시한다.

다음으로, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치가 배선의 단선을 검출할 때의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 구동배선(LD1~LD4)의 단선을 검출하는 경우에 대하여 설명한다.

도 5는, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치가 배선의 단선을 검출할 때의 동작 순서를 정한 플로우 차트이다.

도 5를 참조하여, 우선 구동부(251)는, 상술과 같이 구동전극(101~104)으로 구동신호(S11 및 S12)를 출력함으로써 진동자(1)를 구동하면서, 모니터전극(91 및 92)에 의해 얻어지는 진동자(1)의 진동 상태에 근거하여 구동신호(S11 및 S12)의 진폭을 제어한다(스텝 S1).

다음으로, 구동전압 감시회로(24)는, 구동배선(LD4)을 통한 진동자(1) 및 구동회로(201) 사이의 전기 경로를 차단하기 전에 있어서의 구동신호(S11)의 진폭을 측정한다(스텝 S2).

다음으로, 전환회로(251)는, 구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD4)을 통한 진동자(1) 및 구동회로(201) 사이의 전기 경로를 차단한다(스텝 S3).

다음으로, 구동전압 감시회로(24)는 상기 전기 경로의 차단 후에서의 구동신호(S11)의 진폭을 측정한다(스텝 S4).

다음으로, 단선검출회로(29)는, 상기 전기 경로의 차단 전후에 있어서 측정된 각 구동신호의 진폭에 근거하여, 구동배선(LD1~LD4)의 단선을 검출한다(스텝 S5).

도 6은 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 구동배선(LD1~LD4)이 모두 단선되어 있지 않은 경우의 구동신호(S11)의 진폭을 1로 하고 있다. 또한 스위치(SWM2)은 온(on) 상태이다.

도 6을 참조하여, 우선 외력검지장치(301)에 있어서 진동자가 구동되어 있는 상태에 있어서, 스위치(SWD4)를 오프한다.

구동배선(LD1~LD4)이 모두 단선되어 있지 않은 경우에는, 스위치(SWD4)를 오프하면 AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 3/4이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 4/3로 변경한다. 즉, 스위치(SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 4/3배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD4)를 오프하면 AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 2/3가 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 2로 변경한다. 즉, 스위치(SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3/2배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD2 또는 LD3)이 단선되어 있는 경우는, 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우와 마찬가지로, 스위치(SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3/2배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD4)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD4)를 오프해도, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭은 변하지 않는다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 변경하지 않는다. 즉, 스위치(SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨은 변화하지 않는다.

이와 같이, 스위치(SWD4)의 오프 전후에서의 구동신호(S11)의 레벨 변화를 측정함으로써, 구동배선(LD1~LD4)의 단선의 유무를 검출할 수 있다. 또한 구동배선(LD4)이 단선되어 있거나, 혹은 구동배선(LD1~LD3)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

다음으로, 모니터배선(LM1,LM2)의 단선을 검출할 경우에 대하여 설명한다.

도 7은 모니터배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 모니터배선(LM1,LM2)이 모두 단선되어 있지 않은 경우의 구동신호(S11)의 진폭을 1로 하고 있다. 또한 스위치(SWD4)는 온 상태이다.

도 7을 참조하여, 우선 외력검지장치(301)에 있어서 진동자가 구동되어 있는 상태에 있어서, 스위치(SWM2)를 오프한다.

모니터배선(LM1,LM2)이 모두 단선되어 있지 않은 경우에는, 스위치(SWM2)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/2이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 2로 변경한다. 즉, 스위치(SWM2)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 2배가 된다.

모니터배선(LM1,LM2) 중 모니터배선(LM1)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWM2)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 2이다. 그리고, 스위치(SWM2)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 0이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 예를 들면 0으로 변경한다. 즉, 스위치(SWM2)의 오프 후는 구동신호(S11)가 출력되지 않게 된다.

모니터배선(LM1,LM2) 중 모니터배선(LM2)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWM2)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 2이다. 그리고, 스위치(SWM2)를 오프해도, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭은 변하지 않는다. 이 때문에, AGC 회로(22)는, 구동신호(S11)의 진폭을 변경하지 않는다. 즉, 스위치(SWM2)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨은 변화하지 않는다.

이와 같이, 스위치(SWM2)의 오프 전후에서의 구동신호(S11)의 레벨 변화를 측정함으로써, 모니터배선(LM1,LM2)의 단선의 유무를 검출할 수 있다. 또한 모니터배선(LM1,LM2)의 어느 것이 단선되어 있는 지를 판별할 수 있다.

여기서, 외력검지장치에 있어서, 진동자가 예를 들면 2개의 구동전극을 포함할 경우, 구동회로로부터 출력되는 구동신호 레벨을 단순히 측정하는 방법에서는, 구동신호 레벨이 통상의 2배가 되어 있는 것이 측정되어도, 구동배선 또는 모니터배선이 단선되어 있는지, 외력검지장치에서의 다른 개소에 고장이 생긴 것인지를 특정할 수 없다. 또한 테스트용 장치에 진동자를 접속하여 측정한 구동신호 레벨과, 검사 대상의 외력검지장치에 진동자를 접속하여 측정한 구동신호 레벨을 비교하는 방법에서도, 검사 대상의 외력검지장치에서의 구동배선 또는 모니터배선이 파단되어 있다고 추정할 수는 있어도, 파단을 특정할 수는 없다.

그러나 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에서는, 각 구동전극 및 구동회로 사이의 전기 경로의 일부, 혹은 각 모니터전극 및 검출회로 사이의 전기 경로의 일부를 의도적으로 차단하고, 차단 전후의 구동신호 레벨을 측정한다. 이러한 구성에 의해, 구동배선 및 모니터배선의 단선의 유무 및 단선 개소를 특정할 수 있다.

또한 구동배선(LD1~LD4) 및 모니터배선(LM1,LM2)이 와이어 본딩에 의해 형성되어 있는 경우, 이들 배선은 파단되기 쉽다. 이러한 경우, 배선의 단선을 정확하게 검출할 수 있는 본 발명의 효과는 크다. 단, 본 발명은, 구동배선(LD1~LD4) 및 모니터배선(LM1,LM2)이 플립칩 본딩에 의해 형성되어 있는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.

또한 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에서는, 정전 구동/용량 검출형의 진동자(1)를 포함한 진동 자이로에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 단결정의 압전재료로 이루어지는 음편형(音片型) 진동자를 포함한 진동 자이로, 및 음차형(音叉型) 진동자를 포함한 진동 자이로에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시의 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 또한 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하며 그 설명은 반복하지 않는다.

<제2의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 비해 스위치를 추가한 외력검지장치에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외에는 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치와 동일하다.

도 8은, 본 발명의 제2의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하여, 외력검지장치(302)는, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 비해, 전환회로(25) 대신에 전환회로(26)를 포함한다. 전환회로(26)는 스위치(SWD2~SWD4,SWM2)를 포함한다.

스위치(SWD2)는, 구동전극(104)과 AGC 회로(22) 사이에 접속되어, 구동배선(LD2)을 통한 구동전극(104) 및 AGC 회로(22) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다.

스위치(SWD3)는, 구동전극(102)과 AGC 회로(22) 사이에 접속되어, 구동배선(LD3)을 통한 구동전극(102) 및 AGC 회로(22) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다.

다음으로, 본 발명의 제2의 실시의 형태에 따른 외력검지장치가 구동배선(LD1~LD4)의 단선을 검출할 때의 동작에 대하여 설명한다.

도 9는, 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 구동배선(LD1~LD4)이 모두 단선되어 있지 않은 경우의 구동신호(S11)의 진폭을 1로 하고 있다. 또한 스위치(SWM2)는 온 상태이다.

도 9를 참조하여, 우선 외력검지장치(302)에 있어서 진동자가 구동되어 있는 상태에 있어서, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프한다.

구동배선(LD1~LD4)이 모두 단선되어 있지 않은 경우에는, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/2이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 2로 변경한다. 즉, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 2배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/3이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 4로 변경한다. 즉, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD2)이 단선되어 있는 경우는, 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우와 마찬가지로, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD3)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 2/3이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 2로 변경한다. 즉, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3/2배가 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD4)이 단선되어 있는 경우는, 구동배선(LD3)이 단선되어 있는 경우와 마찬가지로, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3/2배가 된다.

이와 같이, 스위치(SWD3 및 SWD4)의 오프 전후에서의 구동신호(S11)의 레벨 변화를 측정함으로써, 구동배선(LD1~LD4)의 단선의 유무를 검출할 수 있다. 또한 구동배선(LD1 또는 LD2)이 단선되어 있는지, 혹은 구동배선(LD3 또는 LD4)이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

도 10은, 도 9에 나타내는 단선 검출을 행한 후에, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별하는 방법의 일례를 나타내는, 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하여, 도 9에 나타내는 단선 검출에 의해, 구동배선(LD1 또는 LD2)이 단선되어 있는 것이 판별된 경우, 스위치(SWD3 및 SWD4)와 더불어 스위치(SWD2)를 오프한다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD2~SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD2~SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 0이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 예를 들면 0으로 변경한다. 즉, 스위치(SWD2~SWD4)의 오프 후는 구동신호(S11)가 출력되지 않게 된다.

구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD2)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD2~SWD4)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 4/3이다. 그리고, 스위치(SWD2~SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/3이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 4로 변경한다. 즉, 스위치(SWD2~SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3배가 된다.

이와 같이, 스위치(SWD2~SWD4)의 오프 전후에서의 구동신호(S11)의 레벨 변화를 측정함으로써, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

또한 구동배선(LD1~LD4)이 모두 단선되어 있지 않은 경우에는, 스위치(SWD2~SWD4)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/3이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 4로 변경한다. 즉, 스위치(SWD2~SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 4배가 된다.

또한 구동배선(LD1~LD4) 중 구동배선(LD3 또는 LD4)이 단선되어 있는 경우는, 구동배선(LD2)이 단선되어 있는 경우와 마찬가지로, 스위치(SWD2~SWD4)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 3배가 된다.

도 11은, 도 9에 나타내는 단선 검출을 행한 후에, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별하는 방법의 다른 예를 나타내는, 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하여, 도 9에 나타내는 단선 검출에 의해, 구동배선(LD1 또는 LD2)이 단선되어 있는 것이 판별된 경우에 있어서, 스위치(SWD3 및 SWD4)를 온한 상태에서, 스위치(SWD2)를 온·오프해도, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다. 즉, 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우에는 스위치(SWD2)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨은 3/2배가 되고, 구동배선(LD2)이 단선되어 있는 경우에는 스위치(SWD2)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨은 변화하지 않기 때문에, 구동배선(LD1 및 LD2)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

또한 도 9에 나타내는 단선 검출에 의해, 구동배선(LD3 또는 LD4)이 단선되어 있는 것이 판별된 경우에는, 스위치(SWD2 및 SWD3)를 온한 상태에서, 스위치(SWD4)를 온·오프해도, 구동배선(LD3 및 LD4)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

또한 스위치(SWD2 및 SWD4)를 온한 상태에서, 스위치(SWD3)를 온·오프해도, 구동배선(LD3 및 LD4)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에서는, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 비해, 구동배선(LD1~LD4)의 어느 배선이 단선되어 있는지를 특정할 수 있다. 즉, 구동배선 또는 모니터배선이 N(N은 2 이상의 자연수)개 마련되어 있는 경우에 있어서, (N-1)개의 배선에 대응하는 (N-1)개의 스위치를 마련함으로써, N개의 배선의 단선 개소를 특정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시의 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하며 그 설명은 반복하지 않는다.

<제3의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 비해 진동자의 구조를 변경한 외력검지장치에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외에는 제1의 실시의 형태에 따른 외력검지장치와 동일하다.

도 12는, 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 12를 참조하여, 진동자(501)에 있어서, 사변형의 지지 프레임(507)의 내측에는 서로 대향하는 지지부(571,572)가 마련되어 있다. 진동체(511)의 외프레임 진동부(516)는, 지지부(571,572)의 선단부에 지지부(571,572)와 직교하는 방향으로 신장하여 마련한 외측 빔(516a,516b)의 양단에 의해 지지되어 있다. 외프레임 진동부(516)의 내측에는, 지지부(571)와 지지부(572)를 연결하는 방향에 대하여 직교하는 위치에, 내측을 향하면서 대향하여 돌출부(516c,516d)가 마련되어 있다. 이 돌출부(516c,516d)의 선단부에는, 외측 빔(516a,516b)의 연장방향과 직교하는 방향으로 신장하여 내측 빔(517a,517b)이 마련되어 있다. 이 내측 빔(517a,517b)의 양단에는 내프레임 진동부(517)가 지지되어 있다. 내프레임 진동부(517)의 내측에는, 지지 프레임(507)의 지지부(571)와 지지부(572)를 연결하는 방향으로 신장된 질량부(517c)가 마련되어 있다.

외프레임 진동부(516)에는, 외측 빔(516a,516b)의 신장방향의 양 바깥 가장자리에, 구동전극부(512) 및 구동전극부(513)가 마련되어 있다. 이 구동전극부(512,513)는, 외프레임 진동부(516)에 형성된 판상의 외프레임 가동 빗형전극(512a,513a)과, 이 외프레임 가동 빗형전극(512a,513a)에 미소(微小) 공간을 통해 대향한 판상의 외프레임 구동 빗형전극(512b,513b)과, 이 외프레임 구동 빗형전극(512b,513b)을 지지하는 외프레임 고정전극(512c,513c)으로 구성되어 있다. 또한 내프레임 진동부(517)의 내측에는, 질량부(517c)의 좌우에 검출 전극부(514,515)가 마련되어 있다. 이 검출 전극부(514,515)는, 질량부(517c)에 마련된 판상의 내프레임 가동 빗형전극(514a,515a)과, 이 내프레임 가동 빗형전극(514a,515a)에 미소 공간을 통해 대향한 판상의 내프레임 검출 빗형전극(514b,515b)과, 이 내프레임 검출 빗형전극(514b,515b)을 지지하는 내프레임 고정전극(514c,515c)으로 구성되어 있다.

도 12에서는, 진동자(501)의 지지기판 및 뚜껑기판을 도시하고 있지 않지만, 지지 프레임(507), 외프레임 고정전극(512c,513c) 및 내프레임 고정전극(514c,515c)은 지지기판에 고정되고, 그 외의 지지부(571,572), 진동체(511)의 전체, 빗형전극(512,513,514,515)에 대해서는, 지지기판 및 뚜껑기판과의 사이에 틈이 마련되어, 진동체(511)가 자유 진동 가능하게 되어 있다. 뚜껑기판은 지지 프레임(507)과 접하여 진동자(501)를 피복하고 있다. 또한 진동자(501)는 도면과 수직인 방향에 두께를 가지고, 특히 상술한 빗형전극(512a~515a) 부분은, 두께방향의 판상 표면이 미소 공간을 통해 대향하며, 정전 용량을 가지는 구성으로 되어 있다. 또한 외프레임 고정전극(512c,513c) 및 내프레임 고정전극(514c,515c)은, 지지기판에 형성한 비아홀을 통해 지지기판 외부와 전기적으로 접속되어 있다.

또한 모니터전극부(518)는 구동전극부(513)에 인접하여 외프레임 진동부(516)에 마련되어 있다. 이 모니터전극부(518)는, 외프레임 진동부(516)에 판상의 연결전극(518a)으로 결합된 판상의 모니터 가동 빗형전극(518b,518c)과, 이 2개의 모니터 가동 빗형전극(518b) 및 모니터 가동 빗형전극(518c) 사이에 개재하면서 미소 공간을 통해 모니터 가동 빗형전극(518b,518c)과 대향한 판상의 모니터 고정 빗형전극(518d)과, 이 모니터 고정 빗형전극(518d)을 지지하는 모니터 고정전극(518e)으로 구성되어 있다.

도 13은, 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하여, 외력검지장치(303)는 구동전압 감시회로(24)와, 전환회로(27)와, 구동배선(LD1,LD3)과, 모니터배선(LM1)을 포함한다. 전환회로(27)는 스위치(SWD3)를 포함한다.

구동배선(LD1)은 구동전극부(512)와 구동회로(201)에서의 반전회로(21)를 접속한다. 구동배선(LD3)은 구동전극부(513)와 구동회로(201)에서의 AGC 회로(22)를 접속한다.

반전회로(21)로부터 출력된 구동신호(S12)는, 구동배선(LD1) 경유로 구동전압(Vdr1)으로서 구동전극부(512)에 부여된다. AGC 회로(22)로부터 출력된 구동신호(S11)는, 구동배선(LD3) 경유로 구동전압(Vdr3)으로서 구동전극부(513)에 부여된다.

모니터배선(LM1)은 모니터전극부(518)와 검출회로(202)를 접속한다.

스위치(SWD3)는, 구동전극부(513)와 AGC 회로(22) 사이에 접속되고, 구동배선(LD3)을 통한 구동전극부(513) 및 AGC 회로(22) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다.

다음으로, 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 외력검지장치가 구동배선(LD1 및 LD3)의 단선을 검출하는 경우에 대하여 설명한다.

도 14는 구동배선의 단선 개소와 구동신호 레벨의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는, 구동배선(LD1,LD3)이 모두 단선되어 있지 않은 경우의 구동신호(S11)의 진폭을 1로 하고 있다.

도 14를 참조하여, 우선 외력검지장치(303)에 있어서 진동자가 구동되어 있는 상태에 있어서, 스위치(SWD3)를 오프한다.

구동배선(LD1,LD3)이 모두 단선되어 있지 않은 경우에는, 스위치(SWD3)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 1/2이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 2로 변경한다. 즉, 스위치(SWD3)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨이 2배가 된다.

구동배선(LD1,LD3) 중 구동배선(LD1)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD3)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 2이다. 그리고, 스위치(SWD3)를 오프하면, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭이 0이 된다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 예를 들면 0으로 변경한다. 즉, 스위치(SWD3)의 오프 후는 구동신호(S11)가 출력되지 않게 된다.

구동배선(LD1,LD3) 중 구동배선(LD3)이 단선되어 있는 경우에는, 스위치(SWD3)를 오프하기 전의 구동신호(S11)의 진폭은 2이다. 그리고, 스위치(SWD3)를 오프해도, AGC 회로(22)가 받는 모니터 신호의 진폭은 변하지 않는다. 이 때문에, AGC 회로(22)는 구동신호(S11)의 진폭을 변경하지 않는다. 즉, 스위치(SWD3)의 오프 전후에서 구동신호(S11)의 레벨은 변화하지 않는다.

이와 같이, 스위치(SWD3)의 오프 전후에서의 구동신호(S11)의 레벨 변화를 측정함으로써, 구동배선(LD1,LD3)의 단선의 유무를 검출할 수 있다. 또한 구동배선(LD1,LD3)의 어느 것이 단선되어 있는지를 판별할 수 있다.

<제4의 실시의 형태>

본 실시의 형태는, 제3의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 비해 진동자의 구조를 변경한 외력검지장치에 관한 것이다. 이하에서 설명하는 내용 이외에는 제3의 실시의 형태에 따른 외력검지장치와 동일하다.

도 15는, 본 발명의 제4의 실시의 형태에 따른 외력검지장치에 사용되는 진동자의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 15를 참조하여, 진동자(502)는, 본 발명의 제3의 실시의 형태에 따른 진동자(501)에 비해, 모니터전극부(519)를 더 포함한다.

모니터전극부(519)는, 구동전극부(512)에 인접하여 외프레임 진동부(516)에 마련되어 있다. 이 모니터전극부(519)는, 외프레임 진동부(516)에 판상의 연결전극(519a)으로 결합된 판상의 모니터 가동 빗형전극(519b,519c)과, 이 2개의 모니터 가동 빗형전극(519b) 및 모니터 가동 빗형전극(519c) 사이에 개재하면서 미소 공간을 통해 모니터 가동 빗형전극(519b,519c)과 대향한 판상의 모니터 고정 빗형전극(519d)과, 이 모니터 고정 빗형전극(519d)을 지지하는 모니터 고정전극(519e)으로 구성되어 있다.

도 16은, 본 발명의 제4의 실시의 형태에 따른 진동자와 진동자를 구동하는 회로의 접속 관계를 나타내는 도면이다.

도 16을 참조하여, 외력검지장치(304)는 구동전압 감시회로(24)와, 전환회로(28)와, 구동배선(LD3)과, 모니터배선(LM1,LM2)을 포함한다. 전환회로(28)는 스위치(SWM2)를 포함한다.

진동자(502)에서는, 구동전극부(512 및 513)가 도시하지 않는 외부전극에 의해 접속되어 있다.

구동배선(LD3)은, 구동전극부(512 및 513)와 구동회로(201)에서의 AGC 회로(22)를 접속한다.

AGC 회로(22)로부터 출력된 구동신호(S11)는, 구동배선(LD3) 경유로 구동전압(Vdr3)으로서 구동전극부(512 및 513)에 부여된다.

모니터배선(LM1)은 모니터전극부(518)와 검출회로(202)를 접속한다. 모니터배선(LM2)은 모니터전극부(519)와 검출회로(202)를 접속한다.

스위치(SWM2)는, 모니터전극부(519)와 검출회로(202) 사이에 접속되고, 모니터배선(LM2)을 통한 모니터전극부(519) 및 검출회로(202) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환한다.

모니터배선(LM1,LM2)의 단선을 검출하는 방법에 대해서는, 본 발명의 제1의 실시의 형태에 있어서 도 7을 사용하여 설명한 내용과 동일하기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 반복하지 않는다.

이번에 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 진동자 2: 진동자 기판
3: 보호기판 4: 캐비티
8: 구동 빔 71~74: 제1~제4의 각 질량부
91, 92: 제1, 제2모니터전극 101~104: 제1~제4구동전극
161~164: 제1~제4검출전극 181, 182: 접지전극
251: 구동부 203: 검출회로
52: 필터회로 60: 위상조정회로
61: 동기검파회로 62: 평활회로
63: 증폭회로 64: 출력조정회로
201: 구동회로 202: 검출회로
51: 필터회로 21: 반전회로
22: AGC 회로 23: 위상조정회로
31: 제1CV변환회로 32: 제2CV변환회로
41: 제1차동증폭회로 33: 제3CV변환회로
34: 제4CV변환회로 42: 제2차동증폭회로
301~304: 외력검지장치 24: 구동전압 감시회로
25, 26, 27, 28: 전환회로 29: 단선검출회로
LD1~LD4: 구동배선 LM1, LM2: 모니터배선
SWD2~SWD4, SWM2: 스위치 501: 진동자
511: 진동체 516: 외프레임 진동부
571, 572: 지지부 516a, 516b: 외측 빔
516c, 516d: 돌출부 517: 내프레임 진동부
517a, 517b: 내측 빔 507: 지지 프레임
517c: 질량부 512,513: 구동전극부
512a, 513a: 외프레임 가동 빗형전극 512b, 513b: 외프레임 구동 빗형전극
512c, 513c: 외프레임 고정전극 514, 515: 검출 전극부
514a, 515a: 내프레임 가동 빗형전극 514b, 515b: 내프레임 검출 빗형전극
514c, 515c: 내프레임 고정전극 518, 519: 모니터전극부
518a, 519a: 연결전극
518b, 518c, 519b, 519c: 모니터 가동 빗형전극
518d, 519d: 모니터 고정 빗형전극 518e, 519e: 모니터 고정전극

Claims

구동전극(101~104) 및 모니터전극(91,92)을 가지고, 상기 구동전극(101~104) 및 상기 모니터전극(91,92)의 적어도 한쪽이 복수인 진동자(1)와,
상기 진동자(1)를 구동하는 구동부(251)와,
상기 구동전극(101~104)에 대응하여 마련되고, 대응의 상기 구동전극(101~104)과 상기 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 구동배선(LD)과,
상기 모니터전극(91,92)에 대응하여 마련되고, 대응의 상기 모니터전극(91,92)과 상기 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 모니터배선(LM)을 포함하고,
상기 구동부(251)는, 상기 하나 또는 복수의 구동배선(LD) 경유로 하나 또는 복수의 상기 구동전극(101~104)으로 구동신호를 출력함으로써 상기 진동자(1)를 구동하면서, 하나 또는 복수의 상기 모니터전극(91,92)에 의해 상기 하나 또는 복수의 모니터배선(LM) 경유로 얻어지는 상기 진동자(1)의 진동 상태에 근거하여 상기 구동신호 레벨을 AGC(Automatic Gain Control) 제어하며,
또한,
복수인 상기 구동배선(LD) 또는 상기 모니터배선(LM) 중 적어도 하나의 배선을 통한 상기 진동자(1) 및 상기 구동부(251) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 제1의 전환회로(25,26,27,28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외력검지장치.
제1항에 있어서,
상기 진동자(1)는, 복수의 구동전극(101~104) 및 복수의 모니터전극(91,92)을 가지고,
상기 제1의 전환회로(25,26,27)는, 상기 복수의 구동배선(LD) 중 적어도 하나의 배선을 통한 상기 진동자(1) 및 상기 구동부(251) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하며,
상기 외력검지장치는 또한,
상기 복수의 모니터배선(LM) 중 적어도 하나의 배선을 통한 상기 진동자(1) 및 상기 구동부(251) 사이의 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 제2의 전환회로(25,26,27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외력검지장치.
제1항에 있어서,
상기 구동전극(101~104) 및 상기 모니터전극(91,92)의 적어도 한쪽이 N(N은 2 이상의 자연수)개이고,
상기 제1의 전환회로(25,26,27,28)는, N개인 상기 구동전극(101~104) 또는 상기 모니터전극(91,92)에 대응하는 N개의 상기 구동배선(LD) 또는 상기 모니터배선(LM) 중 (N-1)개의 배선을 통한 상기 진동자(1) 및 상기 구동부(251) 사이의 전기 경로를 각각 차단할지 아닐지를 전환하는 것을 특징으로 하는 외력검지장치.
제1항에 있어서,
상기 제1의 전환회로(25,26,27,28)는, 상기 전기 경로를 차단할지 아닐지를 전환하는 스위치(SW)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외력검지장치.
제1항에 있어서,
상기 구동배선(LD) 및 상기 모니터배선(LM)은, 와이어 본딩에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 외력검지장치.
구동전극(101~104) 및 모니터전극(91,92)을 가지고, 상기 구동전극(101~104) 및 상기 모니터전극(91,92)의 적어도 한쪽이 복수인 진동자(1)와, 상기 진동자(1)를 구동하는 구동부(251)와, 상기 구동전극(101~104)에 대응하여 마련되고, 대응의 상기 구동전극(101~104)과 상기 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 구동배선(LD)과, 상기 모니터전극(91,92)에 대응하여 마련되고, 대응의 상기 모니터전극(91,92)과 상기 구동부(251)를 접속하는 하나 또는 복수의 모니터배선(LM)을 포함하는 외력검지장치에서의 배선 파단 검출방법으로서,
상기 구동부(251)가, 상기 하나 또는 복수의 구동배선(LD) 경유로 하나 또는 복수의 상기 구동전극(101~104)으로 구동신호를 출력함으로써 상기 진동자(1)를 구동하면서, 하나 또는 복수의 상기 모니터전극(91,92)에 의해 상기 하나 또는 복수의 모니터배선(LM) 경유로 얻어지는 상기 진동자(1)의 진동 상태에 근거하여 상기 구동신호 레벨을 AGC 제어하는 스텝과,
상기 구동신호 레벨을 측정하는 스텝과,
복수인 상기 구동배선(LD) 또는 상기 모니터배선(LM) 중 적어도 하나의 배선을 통한 상기 진동자(1) 및 상기 구동부(251) 사이의 전기 경로를 차단하는 스텝과,
상기 전기 경로의 차단 후에 있어서의 상기 구동신호 레벨을 측정하는 스텝과,
상기 전기 경로의 차단 전후에 있어서 측정한 각 상기 구동신호 레벨에 근거하여, 상기 복수인 상기 구동배선(LD) 또는 상기 모니터배선(LM)의 단선을 검출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 파단 검출방법.