WO2015190104A1 - 物理量センサ - Google Patents

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WO2015190104A1
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angular velocity
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detection
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PCT/JP2015/002919
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圭正 杉本
直記 吉田
酒井　峰一
伸明 葛谷
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure describes a physical quantity in which an acceleration sensor formed with a sensing unit that outputs a sensor signal according to acceleration and an angular velocity sensor formed with a sensing unit that outputs a sensor signal according to angular velocity are accommodated in an accommodation space of a common case. It relates to sensors.
  • the acceleration sensor since it is desired that the acceleration sensor is in a stationary state when no acceleration is applied, it is preferable to detect acceleration under atmospheric pressure where air damping (gas flow resistance) is large.
  • the angular velocity sensor has a vibrating body and detects the angular velocity in a state where the vibrating body is vibrating. For this reason, it is preferable that the angular velocity sensor detects the angular velocity under a vacuum pressure with small air damping so that the vibrating body can easily vibrate.
  • the pressure of the accommodation space is set to the vacuum pressure
  • the angular velocity sensor is arranged in the accommodation space as it is.
  • the acceleration sensor is arranged in the accommodation space in a package structure in which the sensing unit is hermetically sealed in an airtight chamber at atmospheric pressure.
  • the acceleration sensor outputs a sensor signal corresponding to the applied acceleration even when the pressure in the hermetic chamber fluctuates.
  • the angular velocity sensor outputs a sensor signal corresponding to the applied angular velocity even when the pressure in the accommodation space varies. That is, when the detection environment changes, acceleration and angular velocity are detected with the detection accuracy changed.
  • the physical quantity sensor cannot grasp the detection environment. For this reason, when various processes, such as driving control of a vehicle, are performed using the sensor signal output from an acceleration sensor and the sensor signal output from an angular velocity sensor, an erroneous process may be performed.
  • This indication aims at providing the physical quantity sensor which can self-diagnose the detection environment of an acceleration sensor and an angular velocity sensor in view of the above-mentioned point.
  • the physical quantity sensor includes an acceleration sensor having a first sensing unit that outputs a sensor signal corresponding to acceleration, and a second sensing unit having a vibrating body that vibrates in a predetermined direction.
  • the sensor includes an angular velocity sensor that outputs a sensor signal corresponding to the angular velocity from the sensing unit, and a case that has an accommodating space that is set to a predetermined pressure, and that accommodates the acceleration sensor and the angular velocity sensor in the accommodating space.
  • At least one of the acceleration sensor and the angular velocity sensor has a cap portion disposed on the sensor portion where the sensing portion is formed, and the sensing portion is hermetically sealed in an airtight chamber configured between the sensor portion and the cap portion.
  • Package structure having a first sensing unit that outputs a sensor signal corresponding to acceleration, and a second sensing unit having a vibrating body that vibrates in a predetermined direction.
  • the sensor includes an angular velocity sensor that outputs a sensor signal corresponding to the angular velocity from
  • the physical quantity sensor has a detection unit that outputs a detection signal corresponding to the vibration of the vibrating body in the angular velocity sensor, and a self-diagnosis unit that self-diagnose the detection environment of the angular velocity sensor based on the detection signal output from the detection unit. is doing.
  • the self-diagnosis unit can self-diagnose the detection environment of the angular velocity sensor.
  • the pressure in the housing space is a vacuum pressure
  • the pressure in the housing space angular velocity Since the detection environment of the sensor fluctuates, the vibration state of the vibrating body changes. For this reason, it can be determined that the detection environment of the angular velocity sensor is abnormal based on the detection signal.
  • the detection environment of the angular velocity sensor becomes abnormal when a leak occurs in the airtight chamber of the acceleration sensor that is a package structure. Therefore, when the angular velocity sensor is abnormal, the detection environment of the acceleration sensor is also abnormal. Can be determined. Therefore, when various processes are performed using signals output from the acceleration sensor and the angular velocity sensor, erroneous processes can be suppressed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a physical quantity sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a cross-sectional view of the acceleration sensor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the sensor unit shown in FIG. 4 is a plan view of the angular velocity sensor shown in FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV in FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of the angular velocity sensor and the circuit board shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between pressure and impedance
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the pressure in the accommodation space when a leak occurs in the hermetic chamber and the ratio of the volume of the hermetic chamber to the volume of the accommodation space.
  • the physical quantity sensor includes a case 10, and the case 10 includes a storage portion 11 and a lid portion 12.
  • the accommodating portion 11 is formed by laminating a plurality of ceramic layers such as alumina, the first concave portion 13 is formed on one surface 11a, and the second concave portion 14 is formed on the bottom surface of the first concave portion 13, whereby the accommodating space 15 is configured. It has a box shape. And in the accommodating part 11, the internal connection terminals 16a and 16b are formed in the inner wall surface (the wall surface of the 1st recessed part 13, and the wall surface of the 2nd recessed part 14), and the external connection terminal which is not shown in figure is formed in the outer wall surface. The internal connection terminals 16a and 16b and the external connection terminals are appropriately electrically connected by an inner layer wiring (not shown) formed inside.
  • the lid portion 12 is made of metal or the like, and hermetically seals the accommodation space 15 by being welded or joined to the one surface 11a of the accommodation portion 11.
  • the accommodation space 15 is set to a vacuum pressure, for example, 1 Pa.
  • the acceleration sensor 20, the angular velocity sensor 30, and the circuit board 40 are accommodated, respectively.
  • the circuit board 40 is disposed on the bottom surface of the second recess 14 via an adhesive 51, and the acceleration sensor 20 is laminated on the circuit board 40 via an adhesive 52.
  • the circuit board 40 is electrically connected to the internal connection terminals 16 b via the bonding wires 61, and the acceleration sensor 20 is electrically connected to the circuit board 40 via the bonding wires 62.
  • the angular velocity sensor 30 is disposed on the bottom surface of the first recess 13 via the adhesive 53. More specifically, the angular velocity sensor 30 has an outer peripheral portion 313, and the outer peripheral portion 313 is joined to the adhesive 53. The angular velocity sensor 30 is electrically connected to the internal connection terminal 16 a via the bonding wire 63.
  • the acceleration sensor 20 has a package structure sealed at atmospheric pressure, and is arranged in the accommodation space 15 in a packaged state. Further, the angular velocity sensor 30 is arranged in the accommodation space 15 as it is. For this reason, the acceleration sensor 20 detects acceleration under atmospheric pressure, and the angular velocity sensor 30 detects angular velocity under vacuum pressure.
  • the acceleration sensor 20 has a package structure including a sensor unit 201 and a cap unit 202, as shown in FIG.
  • the sensor unit 201 is configured using an SOI (Silicon on Insulator) substrate 214 in which a support substrate 211, an insulating film 212, and a semiconductor layer 213 are sequentially stacked.
  • SOI Silicon on Insulator
  • the support substrate 211 and the semiconductor layer 213 are formed of a silicon substrate or the like
  • the insulating film 212 is formed of an oxide film or the like.
  • the well-known micromachine processing is performed on the SOI substrate 214 to form the first sensing unit 215.
  • the semiconductor layer 213 is formed with a movable portion 220 having a comb-shaped beam structure, a first fixed portion 230, and a second fixed portion 240 by forming the groove portion 216.
  • a first sensing unit 215 that outputs a sensor signal corresponding to the acceleration is formed by the beam structure.
  • an opening 217 that is removed in a rectangular shape by sacrificial layer etching or the like is formed in a portion of the insulating film 212 corresponding to the region where the beam structures 220 to 240 are formed.
  • the movable portion 220 is disposed so as to cross the opening 217, and both ends in the longitudinal direction of the rectangular weight portion 221 are integrally connected to the anchor portions 223a and 223b via the beam portion 222.
  • the anchor portions 223 a and 223 b are supported on the support substrate 211 via the insulating film 212 at the opening edge of the opening 217. Thereby, the weight part 221 and the beam part 222 are in a state of facing the opening part 217. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the beam portion 222 has a rectangular frame shape in which two parallel beams are connected at both ends thereof, and has a spring function of being displaced in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the two beams. Specifically, when the beam portion 222 receives an acceleration including a component in a direction along the longitudinal direction of the weight portion 221, the beam portion 221 is displaced in the longitudinal direction, and the original state according to the disappearance of the acceleration. To restore. Therefore, the weight portion 221 connected to the support substrate 211 via the beam portion 222 is displaced in the displacement direction of the beam portion 222 when acceleration is applied.
  • the movable part 220 includes a plurality of movable electrodes 224 that are integrally projected in opposite directions from both side surfaces of the weight part 221 in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the weight part 221.
  • four movable electrodes 224 are formed on the left side and the right side of the weight part 221 so as to face the opening 217.
  • Each movable electrode 224 is formed integrally with the weight portion 221 and the beam portion 222, and can be displaced in the longitudinal direction of the weight portion 221 together with the weight portion 221 when the beam portion 222 is displaced.
  • the first fixing portion 230 and the second fixing portion 240 are supported by the support substrate 211 via the insulating film 212 at the opposite side portions where the anchor portions 223a and 223b are not supported among the opening edge portions of the opening portion 217. ing. That is, the first fixed part 230 and the second fixed part 240 are arranged so as to sandwich the movable part 220. In FIG. 3, the first fixed portion 230 is disposed on the left side of the paper with respect to the movable portion 220, and the second fixed portion 240 is disposed on the right side of the paper with respect to the movable portion 220.
  • the first fixing part 230 and the second fixing part 240 are electrically independent from each other.
  • first fixed portion 230 and the second fixed portion 240 are a plurality of first fixed electrodes 231 and second fixed electrodes that are arranged to face each other in parallel with the side surface of the movable electrode 224 so as to have a predetermined detection interval.
  • the four first fixed electrodes 231 and four second fixed electrodes 241 are formed in FIG. 3 and are arranged in a comb shape so as to mesh with the gaps of the comb teeth in the movable electrode 224. And it is in the state which faced the opening part 217 by being supported by each wiring part 232 and 242 in the shape of a cantilever.
  • the above is the configuration of the sensor unit 201 in the present embodiment.
  • the cap portion 202 has an insulating film 252 formed on one surface side of the substrate 251 made of silicon or the like facing the sensor portion 201 and insulated on the other surface opposite to the one surface.
  • a film 253 was formed.
  • the insulating film 252 is joined to the sensor part 201 (semiconductor layer 213).
  • the insulating film 252 and the sensor unit 201 (semiconductor layer 213) are bonded by so-called direct bonding or the like in which the bonding surfaces of the insulating film 252 and the semiconductor layer 213 are activated and bonded.
  • the cap portion 202 has a recess 254 formed at a portion facing the first sensing portion 215.
  • the airtight chamber 255 is comprised in the space containing this hollow part 254, and the 1st sensing part 215 formed in the sensor part 201 is airtightly sealed to the airtight chamber 255. It has been stopped.
  • the hermetic chamber 255 is at atmospheric pressure. That is, in the present embodiment, the acceleration sensor 20 has a package structure in which the first sensing unit 215 is hermetically sealed in the hermetic chamber 255 that is set to atmospheric pressure.
  • the cap portion 202 is formed with a plurality of through holes 256 (only one is shown in FIG. 2) that penetrates the cap portion 202 and the sensor portion 201 in the stacking direction.
  • the through hole 256 is formed to expose predetermined portions of the anchor portion 223b, the first wiring portion 232, and the second wiring portion 242.
  • An insulating film 257 made of TEOS (tetraethyl orthosilicate) or the like is formed on the wall surface of the through hole 256, and a through electrode 258 made of Al or the like is appropriately formed on the insulating film 257 with the anchor portion 223b and
  • the first wiring part 232 and the second wiring part 242 are formed so as to be electrically connected.
  • a pad portion 259 that is electrically connected to the circuit board 40 is formed on the insulating film 253.
  • a protective film 260 is formed on the insulating film 253, the through electrode 258, and the pad portion 259, and a contact hole 260 a that exposes the pad portion 259 is formed in the protective film 260.
  • the acceleration sensor 20 when the acceleration is applied, the weight portion 221 is displaced according to the acceleration, whereby the capacitance between the movable electrode 224, the first fixed electrode 231, and the second fixed electrode 241 changes. To do. For this reason, a sensor signal corresponding to the acceleration (capacity) is output from the acceleration sensor 20.
  • the angular velocity sensor 30 includes a sensor unit 301 configured using a substrate 310 such as quartz or PZT (lead zirconate titanate) as a piezoelectric material.
  • the substrate 310 is subjected to well-known micromachining to form a groove portion 311, and the groove portion 311 defines a vibrating body 312 and an outer peripheral portion 313.
  • the vibrating body 312 In the vibrating body 312, the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316 are held by the base portion 317, and the base portion 317 is fixed to the outer peripheral portion 313 via the beam portion 318. More specifically, the vibrating body 312 is a so-called tripod tuning fork type in which the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316 are arranged so as to protrude from the base 317 in the same direction. Is disposed between the first drive piece 314 and the second drive piece 315.
  • the beam part 318 relieves the stress which generate
  • the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316 are front surfaces 314 a, 315 a, 316 a, rear surfaces 314 b, 315 b, 316 b that are parallel to the surface direction of the substrate 310. , Side bars 314 c, 314 d, 315 c, 315 d, 316 c, and 316 d, and a bar shape having a rectangular cross section.
  • a driving electrode 319a is formed on the front surface 314a
  • a driving electrode 319b is formed on the back surface 314b
  • common electrodes 319c and 319d are formed on the side surfaces 314c and 314d.
  • the drive electrode 320a is formed on the front surface 315a
  • the drive electrode 320b is formed on the back surface 315b
  • the common electrodes 320c and 320d are formed on the side surfaces 315c and 315d.
  • a detection electrode 321a is formed on the front surface 316a
  • a detection electrode 321b is formed on the back surface 316b
  • common electrodes 321c and 321d are formed on the side surfaces 316c and 316d.
  • the second sensing unit 322 includes the first drive piece 314 and the second drive piece 315, the detection piece 316, the drive electrodes 319a to 320b, the detection electrodes 321a and 321b, and the common electrodes 319c to 321d. Has been.
  • the outer peripheral portion 313 is electrically connected to the drive electrodes 319a to 320b, the detection electrodes 321a and 321b, and the common electrodes 319c to 321d via a wiring layer (not shown) and the circuit board 40.
  • a plurality of pad portions 323 that are electrically connected to each other are formed.
  • the second sensing unit 322 is not hermetically sealed in the hermetic chamber.
  • the first drive piece 314 and the second drive piece 315 are vibrated in the arrangement direction of the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316 (the left and right direction in FIG. 4). The angular velocity is detected in the state.
  • the first drive piece 314 and the second drive piece 315 are along the protruding direction with respect to the base 317 of the first drive piece 314 and the second drive piece 315.
  • a pair of Coriolis forces that are directions and opposite directions are periodically generated. For this reason, the moment generated by the Coriolis force is transmitted to the detection piece 316 via the base 317, so that the detection piece 316 vibrates in the arrangement direction of the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316. (Bending), a charge corresponding to the angular velocity is generated in the detection piece 316. Therefore, a sensor signal corresponding to the angular velocity (charge) is output from the angular velocity sensor 30.
  • the circuit board 40 includes an angular velocity sensor control circuit 410 that drives the angular velocity sensor 30, a self-diagnosis circuit 420, an acceleration sensor control circuit (not shown) that controls the acceleration sensor 20, and each sensor. It has a processing circuit (not shown) for processing signals.
  • the detection piece 316 is omitted.
  • the angular velocity sensor control circuit 410 includes a drive circuit 411, a charge amplifier 412, a rectifier circuit 413, a first reference voltage generation circuit 414, a differential amplifier 415, and the like.
  • the self-diagnosis circuit 420 includes a low-pass filter 421, a second reference voltage generation circuit 422, an adder 423, a subtractor 424, a window comparator 425, and the like.
  • the drive circuit 411 includes an AGC (Auto Gain Control) circuit and is connected to the drive electrodes 319a and 319b of the first drive piece 314 and the drive electrode 320b of the second drive piece 315. Then, a fixed drive signal whose amplification factor is adjusted based on the voltage signal input from the charge amplifier 412 and the difference signal 430 input from the differential amplifier 415 is applied to the drive electrodes 319a, 319b, and 320b. That is, the adjusted drive signal is applied to the drive electrodes 319a, 319b, and 320b so that the vibration amplitudes of the first drive piece 314 and the second drive piece 315 are constant.
  • AGC Automatic Gain Control
  • a pulsed drive signal (carrier wave) having a predetermined amplitude and frequency is applied to the drive electrodes 319a and 319b of the first drive piece 314.
  • a drive signal (carrier wave) that is 180 ° out of phase with the drive signal (carrier wave) applied to the drive electrodes 319a and 319b is applied to the drive electrode 320b of the second drive piece 315. Accordingly, the first drive piece 314 and the second drive piece 315 vibrate in the arrangement direction of the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316.
  • the charge amplifier 412 is connected to the drive electrode 320a of the second drive piece 315 and is connected to the drive circuit 411 and the rectifier circuit 413. Then, the electric charge generated in the drive electrode 320a due to the vibration of the second drive piece 315 is converted into a voltage signal, and the voltage signal is input to the drive circuit 411 and the rectifier circuit 413.
  • the electric charge generated at the drive electrode 320 a of the second drive piece 315 changes according to the vibration state of the second drive piece 315. That is, it changes according to the pressure (detection environment) around the second drive piece 315 (vibrating body 312).
  • the rectifier circuit 413 is connected to the differential amplifier 415, generates a DC voltage corresponding to the vibration amplitude of the second drive piece 315 from the voltage signal input from the charge amplifier 412, and inputs the DC voltage to the differential amplifier 415.
  • the first reference voltage generation circuit 414 is connected to the differential amplifier 415 and inputs the first reference voltage to the differential amplifier 415.
  • the differential amplifier 415 is connected to the drive circuit 411, the low-pass filter 421, and the window comparator 425. Then, a difference signal 430 between the DC voltage input from the rectifier circuit 413 and the first reference voltage input from the first reference voltage generation circuit 414 is input to the drive circuit 411, the low-pass filter 421, and the window comparator 425.
  • the difference signal 430 output from the differential amplifier 415 is also a signal according to the detection environment.
  • the differential amplifier 415 corresponds to a detection unit, and the difference signal 430 corresponds to a detection signal.
  • the low pass filter 421 has a large time constant and is connected to the adder 423 and the subtractor 424.
  • the difference signal 430 When the difference signal 430 is input, an output signal that gently follows the difference signal 430 is generated, and the output signal is input to the adder 423 and the subtractor 424.
  • the low-pass filter 421 basically generates an output having a voltage equivalent to that of the difference signal 430.
  • the difference signal 430 fluctuates rapidly, the low-pass filter 421 can follow the signal so as to completely match it. Instead, an output signal that follows in a slightly delayed state is generated.
  • a filter having a cutoff frequency of about 0.1 Hz or 0.01 Hz is used as the low-pass filter 421 in order to absorb temperature fluctuation and aging.
  • the second reference voltage generation circuit 422 is connected to the adder 423 and the subtractor 424, generates a second reference voltage, and inputs the second reference voltage to the adder 423 and the subtractor 424. This second reference voltage determines the range of the determination threshold value in the window comparator 425.
  • the adder 423 is connected to the window comparator 425, and inputs the upper reference voltage 431 obtained by adding the second reference voltage to the output of the low-pass filter 421 to the window comparator 425.
  • the subtractor 424 is connected to the window comparator 425, and inputs the lower limit reference voltage 432 obtained by subtracting the second reference voltage from the output of the low-pass filter 421 to the window comparator 425.
  • the window comparator 425 includes the voltage of the difference signal 430 between the normal voltage range defined by the upper limit reference voltage 431 input from the adder 423 and the lower limit reference voltage 432 input from the subtractor 424. Determine whether. Then, the window comparator 425 outputs a diagnosis detection signal Vout according to whether or not the voltage of the difference signal 430 is within the normal voltage range. For example, when the voltage of the difference signal 430 is within the normal voltage range, the window comparator 425 outputs a high-level voltage signal indicating that the diagnosis signal Vout is normal. Further, when the voltage of the difference signal 430 is not within the normal voltage range, a low level detection signal indicating that the diagnosis signal Vout is abnormal is output.
  • the window comparator 425 corresponds to a self-diagnosis unit.
  • the common electrodes 319c to 320d are connected to the ground potential.
  • the voltage signal converted by the charge amplifier 412 changes, and the difference signal 430 output from the differential amplifier 415 changes. That is, the differential signal 430 corresponding to the detection environment of the vibrating body 312 is output from the differential amplifier 415.
  • the difference signal 430 is input from the differential amplifier 415 to the window comparator 425, and it is determined whether or not the difference signal 430 is within the normal voltage range.
  • the window comparator 425 outputs an abnormal voltage as the diagnosis detection signal Vout, and it is detected that the pressure in the accommodation space 15 has fluctuated. . That is, the detection environment of the angular velocity sensor 30 is self-diagnosed.
  • the detection environment of the angular velocity sensor 30 is abnormal, a leak has occurred in the airtight chamber 255 of the acceleration sensor 20, so that the self-diagnosis can be made that the detection environment of the acceleration sensor 20 is also abnormal.
  • the ratio of the volume of the hermetic chamber 255 to the volume of the accommodation space 15 is set to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 7 or more. As shown in FIG. 8, when the ratio of the volume of the airtight chamber 255 to the volume of the storage space 15 is less than 1.0 ⁇ 10 ⁇ 7 , even if a leak occurs in the airtight chamber 255, This is because the pressure does not easily fluctuate.
  • the vibration state of the first drive piece 314 and the second drive piece 315 is detected, and the difference signal 430 corresponding to the vibration state is output from the differential amplifier 415. That is, when a leak occurs in the hermetic chamber 255 and the pressure in the accommodation space 15 fluctuates, the vibration state of the first drive piece 314 and the second drive piece 315 changes, and therefore a difference corresponding to the pressure in the accommodation space 15. A signal 430 is output from the differential amplifier 415.
  • the window comparator 425 determines whether the difference signal 430 is within the normal voltage range. For this reason, the self-diagnosis of the detection environment of the angular velocity sensor 30 (pressure in the accommodation space 15) can be performed. Further, when the detection environment of the angular velocity sensor 30 is abnormal, a leak has occurred in the airtight chamber 255 of the acceleration sensor 20, so that it can be self-diagnosed that the detection environment of the acceleration sensor 20 is also abnormal. Therefore, when various processes are performed using the signals output from the acceleration sensor 20 and the angular velocity sensor 30, it is possible to suppress erroneous processes.
  • the acceleration sensor 20 is packaged, but the angular velocity sensor 30 may be packaged.
  • the accommodation space 15 is set to atmospheric pressure, and the airtight chamber that seals the second sensing unit 322 of the angular velocity sensor 30 is set to a vacuum pressure.
  • both the acceleration sensor 20 and the angular velocity sensor 30 may be packaged.
  • the storage space 15 may be set to atmospheric pressure or a vacuum pressure.
  • the angular velocity sensor 30 may not be a tripod tuning fork type.
  • the angular velocity sensor 30 may be a so-called T-type tuning fork type in which the first drive piece 314, the second drive piece 315, and the detection piece 316 protrude from both sides with the base portion 317 interposed therebetween.
  • the angular velocity sensor 30 may be a so-called H-type tuning fork, a normal tuning fork type, or the like.
  • the angular velocity sensor 30 may be a capacitive type. That is, the configuration of the angular velocity sensor 30 is not particularly limited as long as the angular velocity is detected while vibrating the vibrating body 312.
  • the acceleration sensor 20 may be a piezoelectric type.

Abstract

　物理量センサは、角速度センサ（３０）における振動体（３１２）の振動に応じた検出信号（４３０）を出力する検出部（４１５）と、検出部（４１５）から出力された検出信号（４３０）に基づき、加速度センサ（２０）および角速度センサ（３０）の検出環境を自己診断する自己診断部（４２５）を備える。

Description

物理量センサ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年６月１２日に出願された日本出願番号２０１４－１２１６９０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が形成された加速度センサおよび角速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が形成された角速度センサを共通のケースの収容空間に収容した物理量センサに関するものである。
　従来より、加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が形成された加速度センサおよび角速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が形成された角速度センサを共通のケースの収容空間に収容した物理量センサが記載されている（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、加速度センサは、加速度が印加されていない状態では静止状態であることが望まれるため、エアダンピング（気体の流動抵抗）が大きい大気圧下で加速度の検出を行うことが好ましい。これに対し、角速度センサは、振動体を有し、振動体を振動させている状態で角速度の検出を行う。このため、角速度センサは、振動体が振動し易いようにエアダンピングが小さい真空圧下で角速度の検出を行うことが好ましい。
　したがって、共通のケースの収容空間に加速度センサおよび角速度センサを収容する場合には、例えば、収容空間の圧力が真空圧とされ、角速度センサがそのまま収容空間に配置される。また、加速度センサは、センシング部が大気圧とされた気密室に気密封止されたパッケージ構造の状態で収容空間に配置される。
特開２０１３－１０１１３２号公報
　しかしながら、上記物理量センサでは、パッケージ構造とされた加速度センサの気密室にリークが発生すると、収容空間の圧力および気密室の圧力が変動する。また、加速度センサは、気密室の圧力が変動した場合でも印加された加速度に応じたセンサ信号を出力する。同様に、角速度センサは、収容空間の圧力が変動した場合でも印加された角速度に応じたセンサ信号を出力する。つまり、検出環境が変動した場合には、検出精度が変化した状態のまま加速度および角速度の検出を行う。そして、上記物理量センサでは、検出環境を把握することができない。このため、加速度センサから出力されるセンサ信号および角速度センサから出力されるセンサ信号を用いて車両の走行制御等の各種の処理を行う場合、誤った処理を行ってしまう可能性がある。
　本開示は上記点に鑑みて、加速度センサおよび角速度センサの検出環境を自己診断できる物理量センサを提供することを目的とする。
　本開示の第一の態様において、物理量センサは、加速度に応じたセンサ信号を出力する第１センシング部が形成された加速度センサと、所定方向に振動する振動体を有する第２センシング部が形成され、センシング部から角速度に応じたセンサ信号が出力される角速度センサと、所定圧力とされた収容空間を有し、収容空間に加速度センサおよび角速度センサを収容するケースと、を備えている。加速度センサおよび角速度センサの少なくともいずれか一方は、センシング部が形成されたセンサ部にキャップ部が配置され、センシング部がセンサ部とキャップ部との間に構成される気密室に気密封止されたパッケージ構造である。
　物理量センサは、角速度センサにおける振動体の振動に応じた検出信号を出力する検出部と、検出部から出力された検出信号に基づき、角速度センサの検出環境を自己診断する自己診断部と、を有している。
　これによれば、自己診断部によって角速度センサの検出環境を自己診断できる。例えば、加速度センサのみがパッケージ構造とされ、収容空間の圧力が真空圧とされている物理量センサにおいて、パッケージ構造である加速度センサの気密室にリークが発生した場合には、収容空間の圧力（角速度センサの検出環境）が変動するため、振動体の振動状態が変化する。このため、検出信号に基づいて角速度センサの検出環境が異常であると判定できる。そして、角速度センサの検出環境が異常となるのはパッケージ構造である加速度センサの気密室にリークが発生した場合であるため、角速度センサが異常である場合には加速度センサの検出環境も異常であると判定できる。したがって、加速度センサおよび角速度センサから出力される信号を用いて各種の処理を行う場合、誤った処理を行うことを抑制できる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の第１実施形態における物理量センサの断面図であり、 図２は、図１に示す加速度センサの断面図であり、 図３は、図２に示すセンサ部の平面図であり、 図４は、図１に示す角速度センサの平面図であり、 図５は、図４中のＶ－Ｖ線に沿った断面図であり、 図６は、図１に示す角速度センサと回路基板との回路構成を示す図であり、 図７は、圧力とインピーダンスとの関係を示す図であり、 図８は、気密室にリークが発生したときの収容空間の圧力と、収容空間の体積に対する気密室の体積の比との関係を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように、物理量センサは、ケース１０を備えており、当該ケース１０は収容部１１と蓋部１２とを有する。
　収容部１１は、アルミナ等のセラミック層が複数積層され、一面１１ａに第１凹部１３が形成されると共に第１凹部１３の底面に第２凹部１４が形成されることによって収容空間１５が構成される箱状とされている。そして、収容部１１には、内壁面（第１凹部１３の壁面、第２凹部１４の壁面）に内部接続端子１６ａ、１６ｂが形成され、外壁面に図示しない外部接続端子が形成されている。これら内部接続端子１６ａ、１６ｂおよび外部接続端子は、内部に形成された図示しない内層配線等によって適宜電気的に接続されている。
　蓋部１２は、金属等で構成されており、収容部１１の一面１１ａに溶接接合等されることにより、収容空間１５を気密封止している。本実施形態では、収容空間１５は真空圧とされ、例えば、１Ｐａとされている。
　そして、ケース１０の収容空間１５には、加速度センサ２０、角速度センサ３０および回路基板４０がそれぞれ収容されている。具体的には、第２凹部１４の底面に回路基板４０が接着剤５１を介して配置され、回路基板４０の上に加速度センサ２０が接着剤５２を介して積層されている。そして、回路基板４０は、内部接続端子１６ｂとボンディングワイヤ６１を介して電気的に接続され、加速度センサ２０は回路基板４０とボンディングワイヤ６２を介して電気的に接続されている。
　また、第１凹部１３の底面に接着剤５３を介して角速度センサ３０が配置されている。詳述すると、角速度センサ３０は、外周部３１３を有しており、外周部３１３が接着剤５３と接合されている。そして、角速度センサ３０は、内部接続端子１６ａとボンディングワイヤ６３を介して電気的に接続されている。
　なお、加速度センサ２０は大気圧で封止されたパッケージ構造とされており、パッケージ状態で収容空間１５に配置されている。また、角速度センサ３０はそのまま収容空間１５に配置されている。このため、加速度センサ２０は大気圧下で加速度の検出を行い、角速度センサ３０は真空圧下で角速度の検出を行う。
　次に、加速度センサ２０、角速度センサ３０および回路基板４０の構成についてそれぞれ説明する。
　加速度センサ２０は、図２に示されるように、センサ部２０１とキャップ部２０２とを備えたパッケージ構造とされている。
　センサ部２０１は、支持基板２１１、絶縁膜２１２、半導体層２１３が順に積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板２１４を用いて構成されている。なお、支持基板２１１および半導体層２１３はシリコン基板等で構成され、絶縁膜２１２は酸化膜等で構成される。
　そして、ＳＯＩ基板２１４には、図２および図３に示されるように、周知のマイクロマシン加工が施されて第１センシング部２１５が形成されている。具体的には、半導体層２１３には、溝部２１６が形成されることによって櫛歯形状の梁構造体を有する可動部２２０および第１固定部２３０と第２固定部２４０が形成されており、この梁構造体によって加速度に応じたセンサ信号を出力する第１センシング部２１５が形成されている。
　また、絶縁膜２１２のうちの梁構造体２２０～２４０の形成領域に対応した部位には、犠牲層エッチング等によって矩形状に除去された開口部２１７が形成されている。
　可動部２２０は、開口部２１７を横断するように配置されており、矩形状の錘部２２１における長手方向の両端が梁部２２２を介してアンカー部２２３ａ、２２３ｂに一体に連結した。アンカー部２２３ａ、２２３ｂは、開口部２１７の開口縁部で絶縁膜２１２を介して支持基板２１１に支持されている。これにより、錘部２２１および梁部２２２は、開口部２１７に臨んだ状態となっている。なお、図２中のセンサ部２０１は、図３中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図に相当している。
　梁部２２２は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部２２２は、錘部２２１の長手方向に沿った方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部２２１を長手方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させる。したがって、このような梁部２２２を介して支持基板２１１に連結された錘部２２１は、加速度が印加されると梁部２２２の変位方向へ変位する。
　また、可動部２２０は、錘部２２１の長手方向と直交した方向に、錘部２２１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極２２４を備えている。図３では、可動電極２２４は、錘部２２１の左側および右側に各々４個ずつ突出して形成されており、開口部２１７に臨んだ状態となっている。また、各可動電極２２４は、錘部２２１および梁部２２２と一体的に形成されており、梁部２２２が変位することによって錘部２２１と共に錘部２２１の長手方向に変位可能となっている。
　第１固定部２３０と第２固定部２４０は、開口部２１７の開口縁部のうちのアンカー部２２３ａ、２２３ｂが支持されていない対向辺部において、絶縁膜２１２を介して支持基板２１１に支持されている。すなわち、第１固定部２３０と第２固定部２４０は、可動部２２０を挟むように配置されている。図３では、第１固定部２３０が可動部２２０に対して紙面左側に配置され、第２固定部２４０が可動部２２０に対して紙面右側に配置されている。そして、第１固定部２３０と第２固定部２４０は互いに電気的に独立している。
　また、第１固定部２３０と第２固定部２４０は、可動電極２２４の側面と所定の検出間隔を有するように平行した状態で対向配置された複数個の第１固定電極２３１と第２固定電極２４１と、絶縁膜２１２を介して支持基板２１１に支持された第１配線部２３２と第２配線部２４２とを有している。
　第１固定電極２３１と第２固定電極２４１は、図３では４個ずつ形成されており、可動電極２２４における櫛歯の隙間に噛み合うように櫛歯状に配列されている。そして、各配線部２３２と２４２に片持ち状に支持されることにより、開口部２１７に臨んだ状態となっている。以上が本実施形態におけるセンサ部２０１の構成である。
　キャップ部２０２は、図２に示されるように、シリコン等の基板２５１のうちのセンサ部２０１と対向する一面側に絶縁膜２５２が形成されていると共に、この一面と反対側の他面に絶縁膜２５３が形成された。
　そして、このキャップ部２０２は、絶縁膜２５２がセンサ部２０１（半導体層２１３）と接合されている。本実施形態では、絶縁膜２５２とセンサ部２０１（半導体層２１３）とは、絶縁膜２５２および半導体層２１３のうちの接合面を活性化させて接合するいわゆる直接接合等で接合されている。
　また、キャップ部２０２には、第１センシング部２１５と対向する部分に窪み部２５４が形成されている。そして、センサ部２０１とキャップ部２０２との間には、この窪み部２５４を含む空間にて気密室２５５が構成され、センサ部２０１に形成された第１センシング部２１５が気密室２５５に気密封止されている。なお、本実施形態では、気密室２５５は大気圧とされている。つまり、本実施形態では、加速度センサ２０は、第１センシング部２１５が大気圧とされた気密室２５５に気密封止されたパッケージ構造とされている。
　また、キャップ部２０２には、当該キャップ部２０２とセンサ部２０１との積層方向に貫通する複数の貫通孔２５６（図２中では１つのみ図示）が形成されている。具体的には、この貫通孔２５６は、アンカー部２２３ｂおよび第１配線部２３２と第２配線部２４２の所定箇所を露出させるように形成されている。そして、貫通孔２５６の壁面には、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）等で構成される絶縁膜２５７が成膜され、絶縁膜２５７の上にはＡｌ等で構成される貫通電極２５８が適宜アンカー部２２３ｂおよび第１配線部２３２と第２配線部２４２と電気的に接続されるように形成されている。また、絶縁膜２５３の上には、回路基板４０と電気的に接続されるパッド部２５９が形成されている。
　そして、絶縁膜２５３、貫通電極２５８、パッド部２５９の上には、保護膜２６０が形成されており、保護膜２６０にはパッド部２５９を露出させるコンタクトホール２６０ａが形成されている。
　以上が加速度センサ２０の構成である。このような加速度センサ２０では、加速度が印加されると、錘部２２１が加速度に応じて変位することにより、可動電極２２４と第１固定電極２３１と第２固定電極２４１との間の容量が変化する。このため、加速度センサ２０から加速度（容量）に応じたセンサ信号が出力される。
　次に、角速度センサ３０の構成について説明する。角速度センサ３０は、図４に示されるように、圧電材料としての水晶やＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）等の基板３１０を用いて構成されるセンサ部３０１を備えている。そして、基板３１０には、周知のマイクロマシン加工が施されて溝部３１１が形成され、溝部３１１によって振動体３１２および外周部３１３が区画形成されている。
　振動体３１２は、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６が基部３１７に保持され、当該基部３１７が梁部３１８を介して外周部３１３に固定された。詳述すると、振動体３１２は、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６が基部３１７から同じ方向に突出するように配置されたいわゆる三脚音叉型とされており、検出片３１６が第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の間に配置されている。
　なお、梁部３１８は、外周部３１３に発生する応力を緩和して当該応力が振動体３１２に伝達されることを抑制するものであるが、備えられていなくてもよい。つまり、基部３１７がそのまま外周部３１３と連結されていてもよい。
　第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６は、図４および図５に示されるように、基板３１０の面方向と平行となる表面３１４ａ、３１５ａ、３１６ａ、裏面３１４ｂ、３１５ｂ、３１６ｂ、側面３１４ｃ、３１４ｄ、３１５ｃ、３１５ｄ、３１６ｃ、３１６ｄを有する断面矩形状とされた棒状とされている。
　そして、第１駆動片３１４には、表面３１４ａに駆動電極３１９ａが形成されていると共に裏面３１４ｂに駆動電極３１９ｂが形成され、側面３１４ｃ、３１４ｄに共通電極３１９ｃ、３１９ｄが形成されている。同様に、第２駆動片３１５には、表面３１５ａに駆動電極３２０ａが形成されていると共に裏面３１５ｂに駆動電極３２０ｂが形成され、側面３１５ｃ、３１５ｄに共通電極３２０ｃ、３２０ｄが形成されている。また、検出片３１６には、表面３１６ａに検出電極３２１ａが形成されていると共に裏面３１６ｂに検出電極３２１ｂが形成され、側面３１６ｃ、３１６ｄに共通電極３２１ｃ、３２１ｄが形成されている。
　なお、本実施形態では、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５、検出片３１６、駆動電極３１９ａ～３２０ｂ、検出電極３２１ａ、３２１ｂ、共通電極３１９ｃ～３２１ｄを含んで第２センシング部３２２が構成されている。
　外周部３１３には、図４に示されるように、駆動電極３１９ａ～３２０ｂ、検出電極３２１ａ、３２１ｂ、共通電極３１９ｃ～３２１ｄと図示しない配線層等を介して電気的に接続されると共に回路基板４０と電気的に接続される複数のパッド部３２３が形成されている。
　以上が角速度センサ３０の構成である。つまり、本実施形態の角速度センサ３０は、第２センシング部３２２が気密室に気密封止されていない。このような角速度センサ３０では、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５を第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６の配列方向（図４中紙面左右方向）に振動させた状態で角速度の検出を行う。
　そして、センサ部３０１の面内で角速度が印加されると、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５には、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の基部３１７に対する突出方向に沿った方向であり、向きが反対の一対のコリオリ力が周期的に発生する。このため、コリオリ力によって発生するモーメントが基部３１７を介して検出片３１６に伝達されることにより、検出片３１６が第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６の配列方向に振動し（撓み）、検出片３１６に角速度に応じた電荷が発生する。したがって、角速度センサ３０から角速度（電荷）に応じたセンサ信号が出力される。
　なお、角速度が印加されない場合には、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５から基部３１７を介して検出片３１６に印加されるモーメントは逆方向であって相殺されるため、検出片３１６はほぼ静止した状態となる。
　次に、回路基板４０の回路構成について説明する。回路基板４０は、図６に示されるように、角速度センサ３０を駆動する角速度センサ用制御回路４１０、自己診断回路４２０、加速度センサ２０を制御する加速度センサ用制御回路（図示せず）、各センサ信号を処理する処理回路（図示せず）等を有するものである。なお、図６では、検出片３１６を省略して示している。
　角速度センサ用制御回路４１０は、駆動回路４１１、チャージアンプ４１２、整流回路４１３、第１基準電圧発生回路４１４、差動増幅器４１５等を有している。自己診断回路４２０は、ローパスフィルタ４２１、第２基準電圧発生回路４２２、加算器４２３、減算器４２４、ウィンドウコンパレータ４２５等を有している。
　駆動回路４１１は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路等を有するものであり、第１駆動片３１４の駆動電極３１９ａ、３１９ｂおよび第２駆動片３１５の駆動電極３２０ｂと接続されている。そして、チャージアンプ４１２から入力される電圧信号および差動増幅器４１５から入力される差信号４３０に基づいて増幅率を調整した一定の駆動信号を駆動電極３１９ａ、３１９ｂ、３２０ｂに印加する。つまり、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の振動振幅が一定となるように、調整した駆動信号を駆動電極３１９ａ、３１９ｂ、３２０ｂに印加する。
　なお、第１駆動片３１４の駆動電極３１９ａ、３１９ｂには、所定の振幅、周波数を有するパルス状の駆動信号（搬送波）が印加される。また、第２駆動片３１５の駆動電極３２０ｂには、駆動電極３１９ａ、３１９ｂに印加される駆動信号（搬送波）と位相が１８０°異なる駆動信号（搬送波）が印加される。これにより、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５が第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６の配列方向に振動する。
　チャージアンプ４１２は、第２駆動片３１５の駆動電極３２０ａに接続されていると共に、駆動回路４１１および整流回路４１３に接続されている。そして、第２駆動片３１５が振動することによって駆動電極３２０ａに発生した電荷を電圧信号に変換し、当該電圧信号を駆動回路４１１および整流回路４１３に入力する。
　なお、第２駆動片３１５の駆動電極３２０ａに発生する電荷は、第２駆動片３１５の振動状態に応じて変化する。つまり、第２駆動片３１５（振動体３１２）の周囲の圧力（検出環境）に応じて変化する。
　整流回路４１３は、差動増幅器４１５に接続されており、チャージアンプ４１２から入力された電圧信号から第２駆動片３１５の振動振幅に相当するＤＣ電圧を生成して差動増幅器４１５に入力する。
　第１基準電圧発生回路４１４は、差動増幅器４１５に接続されており、第１基準電圧を差動増幅器４１５に入力する。
　差動増幅器４１５は、駆動回路４１１、ローパスフィルタ４２１、ウィンドウコンパレータ４２５に接続されている。そして、整流回路４１３から入力されたＤＣ電圧と、第１基準電圧発生回路４１４から入力された第１基準電圧との差信号４３０を駆動回路４１１、ローパスフィルタ４２１、ウィンドウコンパレータ４２５に入力する。
　なお、上記のように、第２駆動片３１５は検出環境に応じた電荷を発生するため、差動増幅器４１５から出力される差信号４３０も検出環境に応じた信号となる。このため、本実施形態では、差動増幅器４１５が検出部に相当し、差信号４３０が検出信号に相当している。
　ローパスフィルタ４２１は、大きな時定数を有するものであり、加算器４２３および減算器４２４と接続されている。そして、差信号４３０が入力されると、当該差信号４３０に対して緩やかに追従する出力信号を発生し、当該出力信号を加算器４２３および減算器４２４に入力する。つまり、ローパスフィルタ４２１は、基本的には差信号４３０と同等の電圧を有する出力を発生させるが、差信号４３０が急激に変動する場合には、それに対して完全に一致するようには追従せずに、若干遅れた状態で追従する出力信号を発生させる。具体的には、ローパスフィルタ４２１としては、温度変動や経年変化を吸収するために、０．１Ｈｚや０．０１Ｈｚ程度のカットオフ周波数を持つものが用いられる。
　第２基準電圧発生回路４２２は、加算器４２３および減算器４２４と接続されており、第２基準電圧を発生して当該第２基準電圧を加算器４２３および減算器４２４に入力する。この第２基準電圧は、ウィンドウコンパレータ４２５での判定閾値の範囲を決定するものである。
　加算器４２３は、ウィンドウコンパレータ４２５と接続されており、ローパスフィルタ４２１の出力に対して第２基準電圧を加算した上限基準電圧４３１をウィンドウコンパレータ４２５に入力する。
　減算器４２４は、ウィンドウコンパレータ４２５と接続されており、ローパスフィルタ４２１の出力に対して第２基準電圧を減算した下限基準電圧４３２をウィンドウコンパレータ４２５に入力する。
　ウィンドウコンパレータ４２５は、加算器４２３から入力される上限基準電圧４３１と減算器４２４から入力される下限基準電圧４３２とによって規定される正常電圧範囲の間に差信号４３０の電圧が含まれているか否かを判定する。そして、ウィンドウコンパレータ４２５は、差信号４３０の電圧が正常電圧範囲の間に入っているか否かに応じたダイアグ検出信号Ｖｏｕｔを出力する。例えば、ウィンドウコンパレータ４２５は、差信号４３０の電圧が正常電圧範囲内である場合には、ダイアグ検出信号Ｖｏｕｔとして正常であることを意味するハイレベルの電圧信号を出力する。また、差信号４３０の電圧が正常電圧範囲内でない場合には、ダイアグ検出信号Ｖｏｕｔとして異常であることを意味するローレベルの検出信号を出力する。
　なお、ここでの正常であるとは、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５が所望の振動をしていることであり、異常であるとは、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５が所望の振動をしていないことである。そして、本実施形態では、ウィンドウコンパレータ４２５が自己診断部に相当している。また、共通電極３１９ｃ～３２０ｄは、グランド電位と接続されている。
　以上が本実施形態における物理量センサの構成である。次に、上記物理量センサの自己診断について説明する。
　このような物理量センサでは、加速度センサ２０における気密室２５５にリークが発生すると、収容空間１５の圧力（真空度）が高くなる。このため、図７に示されるように、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５のインピーダンスが大きくなり、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の振動が小さくなる。言い換えると、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５が正常に振動しなくなる。そして、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の振動が小さくなるため、第２駆動片３１４の駆動電極３２０ａに発生する電荷も小さくなる。
　したがって、チャージアンプ４１２で変換される電圧信号が変化し、差動増幅器４１５から出力される差信号４３０が変化する。つまり、差動増幅器４１５から振動体３１２の検出環境に応じた差信号４３０が出力される。
　次に、上記のように、差動増幅器４１５から差信号４３０がウィンドウコンパレータ４２５に入力され、差信号４３０が正常電圧範囲内であるか否かが判定される。そして、差信号４３０が正常電圧範囲内にない場合には、ウィンドウコンパレータ４２５からダイアグ検出信号Ｖｏｕｔとして異常であることを意味する電圧が出力され、収容空間１５の圧力が変動したことが検出される。つまり、角速度センサ３０の検出環境が自己診断される。
　そして、角速度センサ３０の検出環境が異常である場合は、加速度センサ２０における気密室２５５にリークが発生しているため、加速度センサ２０の検出環境も異常であると自己診断できる。
　ここで、本実施形態では、収容空間１５の体積に対する気密室２５５の体積の比が１．０×１０－７以上とされている。図８に示されるように、収容空間１５の体積に対する気密室２５５の体積の比が１．０×１０－７未満とされていると、気密室２５５にリークが発生しても収容空間１５の圧力が変動し難いためである。
　以上説明したように、本実施形態では、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の振動状態を検出し、振動状態に応じた差信号４３０が差動増幅器４１５から出力される。つまり、気密室２５５にリークが発生して収容空間１５の圧力が変動した場合には第１駆動片３１４と第２駆動片３１５の振動状態が変化するため、収容空間１５の圧力に応じた差信号４３０が差動増幅器４１５から出力される。
　そして、ウィンドウコンパレータ４２５において、差信号４３０が正常電圧範囲内であるか否かを判定している。このため、角速度センサ３０の検出環境（収容空間１５の圧力）を自己診断できる。また、角速度センサ３０の検出環境が異常である場合は、加速度センサ２０における気密室２５５にリークが発生しているため、加速度センサ２０の検出環境も異常であると自己診断できる。したがって、加速度センサ２０および角速度センサ３０から出力される信号を用いて各種の処理を行う場合、誤った処理を行うことを抑制できる。
　（他の実施形態）
　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
　例えば、上記第１実施形態では、加速度センサ２０がパッケージ化されたものを説明したが、角速度センサ３０がパッケージ化されていてもよい。この場合、収容空間１５が大気圧とされ、角速度センサ３０の第２センシング部３２２を封止する気密室が真空圧とされる。また、加速度センサ２０および角速度センサ３０が共にパッケージ化されていてもよい。この場合、収容空間１５は大気圧とされていてもよいし、真空圧とされていてもよい。
　また、上記第１実施形態において、角速度センサ３０は、三脚音叉型でなくてもよい。例えば、角速度センサ３０は、第１駆動片３１４と第２駆動片３１５および検出片３１６がそれぞれ基部３１７を挟んで両側に突出したいわゆるＴ型音叉型とされていてもよい。また、角速度センサ３０は、いわゆるＨ型音叉や通常の音叉型等とされていてもよい。さらに、角速度センサ３０は、容量型であってもよい。つまり、振動体３１２を振動させながら角速度の検出を行うものであれば、角速度センサ３０の構成は特に限定されるものではない。
　そして、上記第１実施形態において、加速度センサ２０は、圧電型であってもよい。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (5)

  1. 　加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（２１５）が形成された加速度センサ（２０）と、
    　所定方向に振動する振動体（３１２）を有するセンシング部（３２２）が形成され、前記センシング部から角速度に応じたセンサ信号が出力される角速度センサ（３０）と、
    　所定圧力とされた収容空間（１５）を有し、前記収容空間に前記加速度センサおよび前記角速度センサを収容するケース（１０）と、を備え、
    　前記加速度センサおよび前記角速度センサの少なくともいずれか一方は、前記センシング部が形成されたセンサ部（２０１）にキャップ部（２０２）が配置され、前記センシング部が前記センサ部と前記キャップ部との間に構成される気密室（２５５）に気密封止されたパッケージ構造であり、
    　前記角速度センサにおける振動体の振動に応じた検出信号（４３０）を出力する検出部（４１５）と、
    　前記検出部から出力された検出信号に基づき、前記角速度センサの検出環境を自己診断する自己診断部（４２５）と、を有している物理量センサ。
  2. 　前記収容空間の体積に対する前記気密室の体積の比は、１．０×１０－７以上とされている請求項１に記載の物理量センサ。
  3. 　前記加速度センサは、前記パッケージ構造とされ、前記気密室が大気圧とされており、
    　前記収容空間は、真空圧とされている請求項１または２に記載の物理量センサ。
  4. 　前記角速度センサは、前記パッケージ構造とされ、前記気密室が真空圧とされており、
    　前記収容空間は、大気圧とされている請求項１または２に記載の物理量センサ。
  5. 　前記角速度センサは、前記パッケージ構造とされ、前記気密室が真空圧とされており、
    　前記加速度センサは、前記パッケージ構造とされ、前記気密室が大気圧とされている請求項１または２に記載の物理量センサ。

     
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