(57)【要約】【課題】物理量検出素子に発生する漏れ振動に基づいて故障診断に利用可能な信号を生成し、かつ、物理量検出信号に対する漏れ振動の影響を低減させることが可能な物理量検出回路を提供すること。【解決手段】第１の物理量成分と第１の振動漏れ成分とを含む第１の信号、及び前記第１の物理量成分と逆相である第２の物理量成分と前記第１の振動漏れ成分と同相である第２の振動漏れ成分とを含む第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路と、前記信号対を加算する加算回路と、前記差動増幅回路の出力信号に基づく信号を同期検波する第１の同期検波回路と、前記加算回路の出力信号に基づく信号を同期検波する第２の同期検波回路と、前記第１の同期検波回路の出力信号に基づいて物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成回路と、前記第２の同期検波回路の出力信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える、物理量検出回路。【選択図】図１
2020180785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を検出する物理量検出素子から出力される第１の信号及び第２の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路であって、
前記第１の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第１の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含み、
前記第２の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第２の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含み、
前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記第１の信号及び前記第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路と、
前記信号対を加算する加算回路と、
前記差動増幅回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分との差に応じた信号を出力する第１の同期検波回路と、
前記加算回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する第２の同期検波回路と、
前記第１の同期検波回路の出力信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成回路と、
前記第２の同期検波回路の出力信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える、物理量検出回路。
【請求項２】
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との差分量は実質的にゼロである、請求項１に記載の物理量検出回路。
【請求項３】
前記第１の信号が入力される第１のチャージアンプ回路と、
前記第２の信号が入力される第２のチャージアンプ回路と、を備え、
前記信号対は、前記第１のチャージアンプ回路の出力信号及び前記第２のチャージアンプ回路の出力信号である、請求項１又は２に記載の物理量検出回路。
【請求項４】
前記振動漏れ信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路を備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量検出回路。
【請求項５】
前記故障診断回路は、前記振動漏れ信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に故障であると診断する、請求項４に記載の物理量検出回路。
【請求項６】
前記第１の範囲は可変である、請求項５に記載の物理量検出回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
前記物理量検出素子と、を備えた、物理量センサー。
【請求項８】
請求項７に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、電子機器。
【請求項９】
請求項７に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えた、移動体。
【請求項１０】
物理量を検出し、第１の信号及び第２の信号を出力する物理量検出素子と、前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記第１の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第１の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含み、
前記第２の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第２の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含み、
前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記物理量検出素子から出力される前記第１の信号及び前記第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅工程と、
前記信号対を加算する加算工程と、
前記差動増幅工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分との差に応じた信号を生成する第１の同期検波工程と、
前記加算工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を生成する第２の同期検波工程と、
前記第１の同期検波工程で生成された信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成工程と、
前記第２の同期検波工程で生成された信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成工程と、
前記振動漏れ信号に基づいて、前記物理量センサーの故障診断を行う故障診断工程と、を含む、物理量センサーの故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、移動体及び物理量センサーの故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々なシステムや電子機器において、角速度を検出するジャイロセンサーや加速度を検出する加速度センサー等、各種の物理量を検出可能な物理量センサーが広く利用されている。近年、物理量センサーを用いたシステムにおいて、高い信頼性を実現するために、物理量センサーに故障が発生しているか否かを診断する手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、異常診断モードにおいて、物理量検出素子の２つの駆動振動腕の屈曲振動に起因して２つの検出振動腕に発生する漏れ振動を検出し、漏れ振動の大きさに応じた信号を出力する物理量検出回路を備えた物理量検出装置が記載されている。具体的には、特許文献１に記載の物理量検出装置では、物理量検出回路は、物理量検出モードにおいて、物理量検出素子の２つの検出電極から出力される信号を差動増幅回路で差動増幅した信号を同期検波回路で同期検波して物理量成分に応じた信号を生成し、異常診断モードでは、差動増幅回路及び同期検波回路を兼用し、同期検波回路に入力される検波信号の位相を変更することで振動漏れ成分に応じた信号を出力する。物理量検出素子に破損等の故障が発生した場合、漏れ振動の大きさが変化するため、異常診断モードにおいて物理量検出回路から出力される信号の大きさが変化するので、物理量検出回路から出力される信号に基づいて故障診断を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０７４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の物理量検出装置では、２つの検出電極から出力される信号に含まれる振動漏れ成分が互いに逆相になるように物理量検出素子をチューニングしており、差動増幅回路の出力信号には物理量成分とともに比較的大きな振動漏れ成分が含まれるため、物理量検出モードにおいて、製造ばらつき等に起因して検波信号の位相が設計値からずれると、同期検波回路の出力信号に比較的大きな振動漏れ成分が含まれることになる。そのため、物理量検出モードにおいて、物理量検出回路から出力される信号に含まれるノイズ成分が増加するとともに、物理量が加わっていないときの物理量検出信号の大きさであるゼロ点が設計値から不定量ずれるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る物理量検出回路の一態様は、
物理量を検出する物理量検出素子から出力される第１の信号及び第２の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路であって、
前記第１の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第１の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含み、
前記第２の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第２の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含み、
前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記第１の信号及び前記第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路と、
前記信号対を加算する加算回路と、
前記差動増幅回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分との差に応じた信号を出力する第１の同期検波回路と、
前記加算回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する第２の同期検波回路と、
前記第１の同期検波回路の出力信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成回路と、
前記第２の同期検波回路の出力信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える。
【０００７】
前記物理量検出回路の一態様において、
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との差分量は実質的にゼロであってもよい。
【０００８】
前記物理量検出回路の一態様は、
前記第１の信号が入力される第１のチャージアンプ回路と、
前記第２の信号が入力される第２のチャージアンプ回路と、を備え、
前記信号対は、前記第１のチャージアンプ回路の出力信号及び前記第２のチャージアンプ回路の出力信号であってもよい。
【０００９】
前記物理量検出回路の一態様は、
前記振動漏れ信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路を備えてもよい。
【００１０】
前記物理量検出回路の一態様において、
前記故障診断回路は、前記振動漏れ信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に故障であると診断してもよい。
【００１１】
前記物理量検出回路の一態様において、
前記第１の範囲は可変であってもよい。
【００１２】
本発明に係る物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、を備えている。
【００１３】
本発明に係る電子機器の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。
【００１４】
本発明に係る移動体の一態様は、
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。
【００１５】
本発明に係る物理量センサーの故障診断方法の一態様は、
物理量を検出し、第１の信号及び第２の信号を出力する物理量検出素子と、前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記第１の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第１の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含み、
前記第２の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第２の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含み、
前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記物理量検出素子から出力される前記第１の信号及び前記第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅工程と、
前記信号対を加算する加算工程と、
前記差動増幅工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第１の物理量成分と前記第２の物理量成分との差に応じた信号を生成する第１の同期検波工程と、
前記加算工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第１の振動漏れ成分と前記第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を生成する第２の同期検波工程と、
前記第１の同期検波工程で生成された信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成工程と、
前記第２の同期検波工程で生成された信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成工程と、
前記振動漏れ信号に基づいて、前記物理量センサーの故障診断を行う故障診断工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図。
【図２】ジャイロセンサー素子の振動片の平面図。
【図３】ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図。
【図４】ジャイロセンサー素子の動作について説明するための図。
【図５】駆動回路の構成例を示す図。
【図６】検出回路の構成例を示す図。
【図７】物理量検出素子の出力信号に含まれる物理量成分に対する各種信号の波形の一例を示す図。
【図８】物理量検出素子の出力信号に含まれる振動漏れ成分に対する各種信号の波形の一例を示す図。
【図９】本実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。
【図１０】本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図。
【図１１】電子機器の一例であるデジタルカメラを模式的に示す斜視図。
【図１２】本実施形態の移動体の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１８】
以下では、物理量として角速度を検出する物理量センサー、すなわち角速度センサーを例に挙げて説明する。
【００１９】
１．物理量センサー
１−１．物理量センサーの構成
図１は、本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。本実施形態の物理量センサー１は、物理量を検出する物理量検出素子１００と、物理量検出回路２００とを含む。
【００２０】
物理量検出素子１００は、駆動電極と検出電極が配置された振動片を有し、一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるために、振動片は気密性が確保されたパッケージに封止されている。本実施形態では、物理量検出素子１００は、Ｔ型の２つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルＴ型の振動片を有する。
【００２１】
図２は、本実施形態の物理量検出素子１００の振動片の平面図である。物理量検出素子１００は、例えば、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の振動片を有する。水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。
【００２２】
図２に示すように、物理量検出素子１００の振動片は、２つの駆動用基部１０４ａ，１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂが＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１０１ａの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１２及び１１３が形成されており、駆動振動腕１０１ｂの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１３及び１１２が形成されている。駆動電極１１２，１１３は、それぞれ、図１に示した物理量検出回路２００のＤＳ端子，ＤＧ端子を介して駆動回路２０に接続される。
【００２３】
駆動用基部１０４ａ，１０４ｂは、それぞれ−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕１０５ａ，１０５ｂを介して矩形状の検出用基部１０７に接続されている。
【００２４】
検出振動腕１０２は、検出用基部１０７から＋Ｙ軸方向及び−Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１０２の上面には検出電極１１４及び１１５が形成されており、検出振動腕１０２の側面には共通電極１１６が形成されている。検出電極１１４，１１５は、それぞれ、図１に示した物理量検出回路２００のＳ１端子、Ｓ２端子を介して検出回路３０に接続される。また、共通電極１１６は接地される。
【００２５】
駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動をする。以下では、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動を「励振振動」ということもある。
【００２６】
この状態で、物理量検出素子１００の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図４に示すように、連結腕１０５ａ，１０５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕１０２は、連結腕１０５ａ，１０５ｂの振動に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。このコリオリ力に伴う検出振動腕１０２の屈曲振動と駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動とは位相が９０°ずれている。
【００２７】
ところで、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂが屈曲振動をするときの振動エネルギーの大きさ又は振動の振幅の大きさが２本の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂで等しければ、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの振動エネルギーのバランスがとれており、物理量検出素子１００に角速度がかかっていない状態では検出振動腕１０２は屈曲振動しない。ところが、２つの駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの振動エネルギーのバランスがくずれると、物理量検出素子１００に角速度がかかっていない状態でも検出振動腕１０２に屈曲振動が発生する。この屈曲振動は漏れ振動と呼ばれ、コリオリ力に基づく振動と同様に矢印Ｄの屈曲振動であるが、コリオリ力に基づく振動とは位相が９０°ずれている。
【００２８】
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕１０２の検出電極１１４，１１５に発生する。ここで、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ、すなわち、物理量検出素子１００に加わる角速度の大きさに応じて変化する。一方、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、物理量検出素子１００に加わる角速度の大きさに関係せず一定である。
【００２９】
なお、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端には、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂよりも幅の広い矩形状の錘部１０３が形成されている。駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端に錘部１０３を形成することにより、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕１０２の先端には、検出振動腕１０２よりも幅の広い錘部１０６が形成されている。検出振動腕１０２の先端に錘部１０６を形成することにより、検出電極１１４，１１５に発生する交流電荷を大きくすることができる。
【００３０】
以上のようにして、物理量検出素子１００は、検出した物理量に基づく交流電荷と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷とを検出電極１１４，１１５を介して出力する。以下では、物理量に基づく交流電荷を「物理量成分」といい、漏れ振動に基づく交流電荷を「振動漏れ成分」ということもある。なお、本実施形態では、物理量検出素子１００が検出した物理量は、コリオリ力に応じた角速度である。
【００３１】
図１の説明に戻り、物理量検出回路２００は、基準電圧回路１０、駆動回路２０、検出回路３０、アナログ／デジタル変換回路４１、アナログ／デジタル変換回路４２、デジタル信号処理回路５１、デジタル信号処理回路５２、故障診断回路６０、インターフェース回路７０、記憶部８０及び発振回路９０を含む。物理量検出回路２００は、例えば、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で実現されてもよい。なお、物理量検出回路２００は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成であってもよい。
【００３２】
基準電圧回路１０は、物理量検出回路２００のＶＤＤ端子及びＶＳＳ端子からそれぞれ供給される電源電圧及びグラウンド電圧に基づいて、アナロググラウンド電圧である基準電圧などの定電圧や定電流を生成し、駆動回路２０や検出回路３０に供給する。
【００３３】
駆動回路２０は、物理量検出素子１００を励振振動させるための駆動信号を生成し、ＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１２に供給する。また、駆動回路２０は、物理量検出素子１００の励振振動により駆動電極１１３に発生する発振電流がＤＧ端子を介して入力され、この発振電流の振幅が一定に保持されるように駆動信号の振幅レベルをフィードバック制御する。また、駆動回路２０は、駆動信号と位相が同じ検波信号ＳＤＥＴ及び駆動信号と位相が９０°異なる検波信号ＱＤＥＴを生成し、検出回路３０に出力する。
【００３４】
検出回路３０は、物理量検出回路２００のＳ１端子及びＳ２端子を介して、物理量検出素子１００の２つの検出電極１１４，１１５に発生する交流電荷がそれぞれ入力され、検波信号ＳＤＥＴを用いて、これらの交流電荷に含まれる物理量成分を検出し、物理量成分の大きさに応じた電圧レベルのアナログ信号である物理量検出信号ＳＡＯを生成して出力する。また、検出回路３０は、Ｓ１端子及びＳ２端子を介して入力される交流電荷に含まれる振動漏れ成分を検出し、振動漏れ成分の大きさに応じた電圧レベルのアナログ信号である振動漏れ信号ＱＡＯを生成して出力する。
【００３５】
記憶部８０は、不図示の不揮発性メモリーを有し、当該不揮発性メモリーには、駆動回路２０や検出回路３０に対する各種のトリミングデータ、例えば、調整データや補正データが記憶されている。不揮発性メモリーは、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリーやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）として構成されてもよい。さらに、記憶部８０は、不図示のレジスターを有し、物理量検出回路２００の電源投入時に、すなわち、ＶＤＤ端子の電圧が０Ｖから所望の電圧まで立ち上がる時に、不揮発性メモリーに記憶されている各種のトリミングデータがレジスターに転送されて保持され、レジスターに保持された各種のトリミングデータが駆動回路２０や検出回路３０に供給されるように構成されてもよい。
【００３６】
アナログ／デジタル変換回路４１は、クロック信号ＡＤＣＬＫに基づいて動作し、アナログ信号である物理量検出信号ＳＡＯをデジタル信号である物理量検出信号ＳＤＯに変換して出力する。
【００３７】
アナログ／デジタル変換回路４２は、クロック信号ＡＤＣＬＫに基づいて動作し、アナログ信号である振動漏れ信号ＱＡＯをデジタル信号である振動漏れ信号ＱＤＯに変換して出力する。
【００３８】
デジタル信号処理回路５１は、マスタークロック信号ＭＣＬＫに基づいて動作し、アナログ／デジタル変換回路４１から出力される物理量検出信号ＳＤＯに対して所定の演算処理を行い、演算処理により得られた物理量検出信号ＳＤＯＸを出力する。
【００３９】
デジタル信号処理回路５２は、マスタークロック信号ＭＣＬＫに基づいて動作し、アナログ／デジタル変換回路４２から出力される振動漏れ信号ＱＤＯに対して所定の演算処理を行い、演算処理により得られた振動漏れ信号ＱＤＯＸを出力する。
【００４０】
故障診断回路６０は、マスタークロック信号ＭＣＬＫによって動作し、振動漏れ信号ＱＤＯＸに基づいて物理量センサー１の故障診断を行う。そして、故障診断回路６０は、物理量センサー１が故障しているか否かを示す故障診断結果信号ＱＦを出力する。物理量センサー１が正常であれば振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさは所定の範囲に含まれる。これに対して、例えば、物理量検出素子１００の一部が破損した場合や、物理量検出素子１００の検出電極１１４と電気的に接続される配線の一部が切断又は短絡し、あるいは、物理量検出素子１００の検出電極１１５と電気的に接続される配線の一部が切断又は短絡した場合には、振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさは所定の範囲から外れる。したがって、故障診断回路６０は、振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさが第１の範囲に含まれない場合に物理量センサー１が故障であると診断してもよい。例えば、第１の範囲は、振動漏れ信号ＱＤＯＸの設計値を含むとともに、経時変化によって当該設計値から変化し得る範囲を含むように設定されてもよい。また、第１の範囲は、固定であってもよいし、可変であってもよい。例えば、記憶部８０が有する、物理量検出回路２００の外部から書き換え可能なレジスターに記憶されている値に応じて第１の範囲が可変に設定されてもよい。
【００４１】
インターフェース回路７０は、物理量検出回路２００の外部装置であるＭＣＵ（Micro Control Unit）５からの要求に応じて、デジタル信号処理回路５１から出力される物理量検出信号ＳＤＯＸ及び故障診断結果信号ＱＦをＭＣＵ５に出力する処理を行う。また、インターフェース回路７０は、ＭＣＵ５からの要求に応じて、デジタル信号処理回路５２から出力される振動漏れ信号ＱＤＯＸをＭＣＵ５に出力する処理を行ってもよい。また、インターフェース回路７０は、ＭＣＵ５からの要求に応じて、記憶部８０の不揮発性メモリーやレジスターに記憶されているデータを読み出してＭＣＵ５に出力する処理や、ＭＣＵ５から入力されたデータを記憶部８０の不揮発性メモリーやレジスターに書き込む処理を行う。例えば、ＭＣＵ５は、所定のレジスターに、前述した第１の範囲を設定するための値を書き込む処理を行ってもよい。
【００４２】
インターフェース回路７０は、例えば、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）バスのインターフェース回路であり、ＭＣＵ５から送信された選択信号、クロック信号、データ信号が、それぞれ、物理量検出回路２００のＳＳ端子，ＳＣＬＫ端子，ＳＩ端子を介して入力され、物理量検出回路２００のＳＯ端子を介してデータ信号をＭＣＵ５に出力する。なお、インターフェース回路７０は、ＳＰＩバス以外の各種のバス、例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バス等に対応するインターフェース回路であってもよい。
【００４３】
発振回路９０は、マスタークロック信号ＭＣＬＫを発生させ、マスタークロック信号ＭＣＬＫをデジタル信号処理回路５１，５２及び故障診断回路６０に供給する。また、発振回路９０は、マスタークロック信号ＭＣＬＫを分周してクロック信号ＡＤＣＬＫを生成し、クロック信号ＡＤＣＬＫをアナログ／デジタル変換回路４１，４２に供給する。発振回路９０は、例えば、リングオシレーターやＣＲ発振回路によってマスタークロック信号ＭＣＬＫを発生させてもよい。
【００４４】
このように構成されている物理量センサー１では、物理量検出素子１００は、検出電極１１４に発生する交流電荷である第１の信号、及び検出電極１１５に発生する交流電荷である第２の信号を出力し、物理量検出回路２００は、物理量検出素子１００から出力される第１の信号及び第２の信号に基づいて、物理量検出素子１００が検出した物理量に応じた物理量検出信号ＳＤＯＸを生成する。
【００４５】
１−２．駆動回路の構成
図５は、駆動回路２０の構成例を示す図である。図５に示すように、駆動回路２０は、電流電圧変換回路２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３及び移相回路２４を含む。
【００４６】
物理量検出素子１００の励振振動により駆動電極１１３に発生する発振電流は、ＤＧ端子を介して電流電圧変換回路２１に入力され、電流電圧変換回路２１によって交流電圧信号に変換される。電流電圧変換回路２１から出力される交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路２２及び振幅調整回路２３に入力される。
【００４７】
ＡＣ増幅回路２２は、入力された交流電圧信号を増幅し、所定の電圧値でクリップさせて方形波の駆動信号を出力する。振幅調整回路２３は、電流電圧変換回路２１が出力する交流電圧信号のレベルに応じて、駆動信号の振幅を変化させ、発振電流の振幅が一定に保持するようにＡＣ増幅回路２２を制御する。
【００４８】
ＡＣ増幅回路２２から出力される駆動信号は、ＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１２に供給される。物理量検出素子１００は、駆動信号が供給されることで、励振振動を継続することができる。また、発振電流を一定に保つことにより、物理量検出素子１００の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂは一定の振動速度を得ることができる。そのため、コリオリ力を発生させる元となる振動速度は一定となり、感度をより安定にすることができる。
【００４９】
また、ＡＣ増幅回路２２は、駆動信号と同相である方形波の検波信号ＳＤＥＴを出力し、移相回路２４は、検波信号ＳＤＥＴの位相を９０°進めた検波信号ＱＤＥＴを出力する。そして、検波信号ＳＤＥＴ及び検波信号ＱＤＥＴは、検出回路３０に供給される。
【００５０】
１−３．検出回路の構成
図６は、検出回路３０の構成例を示す図である。図６に示すように、検出回路３０は、チャージアンプ回路３１Ａ，３１Ｂ、差動増幅回路３２、加算回路３３、ＡＣ増幅回路３４Ａ，３４Ｂ、同期検波回路３５Ａ，３５Ｂ、平滑回路３６Ａ，３６Ｂ、可変増幅回路３７Ａ，３７Ｂ及びフィルター回路３８Ａ，３８Ｂを含む。
【００５１】
チャージアンプ回路３１Ａには、Ｓ１端子を介して第１の信号が入力される。第１の信号は、物理量検出素子１００の検出電極１１４に発生する交流電荷であり、物理量検出素子１００が検出した物理量に基づく第１の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含む。
【００５２】
また、チャージアンプ回路３１Ｂには、Ｓ２端子を介して第２の信号が入力される。第２の信号は、物理量検出素子１００の検出電極１１５に発生する交流電荷であり、物理量検出素子１００が検出した物理量に基づく第２の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含む。
【００５３】
本実施形態では、図４に示したように、物理量検出素子１００に角速度が加わると、検出電極１１４が形成された検出振動腕１０２と検出電極１１５が形成された検出振動腕１０２とが、バランスをとるように互いに逆向きに屈曲振動する。そのため、第１の物理量成分と第２の物理量成分とは互いに逆相である。ここで、第１の物理量成分と第２の物理量成分とが互いに逆相であるとは、第１の物理量成分と第２の物理量成分との位相差が正確に１８０°である場合だけでなく、物理量検出素子１００の製造誤差や、信号伝搬経路の遅延時間の誤差等に起因して第１の物理量成分と第２の物理量成分との位相差が１８０°に対して微差を有する場合も含まれる。
【００５４】
また、本実施形態では、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とは互いに同相である。ここで、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とが互いに同相であるとは、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との位相差が正確に０°である場合だけでなく、物理量検出素子１００の製造誤差や、信号伝搬経路の遅延時間の誤差等に起因して第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との位相差が０°に対して微差を有する場合も含まれる。
【００５５】
例えば、２つの駆動振動腕１０１ａの振動エネルギーが等しく、かつ、２つの駆動振動腕１０１ｂの振動エネルギーが等しく、かつ、２つの駆動振動腕１０１ａの振動エネルギーの和と２つの駆動振動腕１０１ｂの振動エネルギーの和とに差が生じるように、４つの錘部１０３の重量をそれぞれチューニングすることにより、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とが互いに同相であるようにすることができる。また、２つの駆動振動腕１０１ａの振動エネルギーの和と２つの駆動振動腕１０１ｂの振動エネルギーの和との差が大きいほど第１の振動漏れ成分及び第２の振動漏れ成分が大きくなる。錘部１０３の重量のチューニングは、例えば、錘部１０３にレーザーを照射して錘部１０３の一部を削ることにより行うことができる。
【００５６】
チャージアンプ回路３１Ａは、第１の信号を、基準電圧回路１０により生成される基準電圧Ｖｒｅｆを基準とした交流電圧信号に変換して出力し、チャージアンプ回路３１Ｂは、第２の信号を、基準電圧Ｖｒｅｆを基準とした交流電圧信号に変換して出力する。なお、チャージアンプ回路３１Ａは「第１のチャージアンプ回路」の一例であり、チャージアンプ回路３１Ｂは「第２のチャージアンプ回路」の一例である。
【００５７】
差動増幅回路３２は、チャージアンプ回路３１Ａの出力信号及びチャージアンプ回路３１Ｂの出力信号からなる信号対を差動増幅する。この信号対は、第１の信号及び第２の信号に基づく信号対である。前述の通り、第１の物理量成分と第２の物理量成分とは互いに逆相であるため、差動増幅回路３２によって物理量成分は増幅される。一方、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とは互いに同相であるため、差動増幅回路３２によって振動漏れ成分は減衰される。したがって、差動増幅回路３２の出力信号において物理量成分に対する振動漏れ成分の影響が小さくなる。なお、差動増幅回路３２の出力信号において、実質的に物理量成分に対する振動漏れ成分の影響を無くすために、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との差分量は実質的にゼロであることが好ましい。なお、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との差分量が実質的にゼロであるとは、差分量が正確にゼロである場合だけでなく、第１の振動漏れ成分や第２の振動漏れ成分の最小調整分解能等に起因して差分量がゼロに対して微差を有する場合や、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との差分量の測定誤差に起因して測定値がゼロに対して微差を有する場合も含まれることを意味する。
【００５８】
ＡＣ増幅回路３４Ａは、差動増幅回路３２の出力信号を増幅する。ＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号は、同期検波回路３５Ａに入力される。
【００５９】
同期検波回路３５Ａは、ＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号を被検波信号として、検波信号ＳＤＥＴにより同期検波を行う。この同期検波回路３５Ａにより、ＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号に含まれる物理量成分が抽出される。すなわち、同期検波回路３５Ａは、差動増幅回路３２の出力信号に基づく信号であるＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号を同期検波して、第１の信号に含まれる第１の物理量成分と第２の信号に含まれる第２の物理量成分との差に応じた信号を出力する。同期検波回路３５Ａは、例えば、検波信号ＳＤＥＴの電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いときはＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号を選択し、検波信号ＳＤＥＴの電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いときはＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号を基準電圧Ｖｒｅｆに対して反転した信号を選択するスイッチ回路であってもよい。なお、同期検波回路３５Ａは、「第１の同期検波回路」の一例である。
【００６０】
同期検波回路３５Ａの出力信号は、平滑回路３６Ａで直流電圧信号に平滑化された後、可変増幅回路３７Ａに入力される。
【００６１】
可変増幅回路３７Ａは、平滑回路３６Ａの出力信号を、設定された利得で増幅又は減衰して検出感度を調整する。可変増幅回路３７Ａで増幅又は減衰された信号は、フィルター回路３８Ａに入力される。
【００６２】
フィルター回路３８Ａは、可変増幅回路３７Ａの出力信号を所望の周波数帯域に制限する回路である。フィルター回路３８Ａの出力信号は、物理量検出信号ＳＡＯとして検出回路３０から出力される。
【００６３】
なお、平滑回路３６Ａ、可変増幅回路３７Ａ、フィルター回路３８Ａ、アナログ／デジタル変換回路４１及びデジタル信号処理回路５１は、同期検波回路３５Ａの出力信号に基づいて物理量検出信号ＳＤＯＸを生成する回路であり、「物理量検出信号生成回路」の一例である。
【００６４】
加算回路３３は、チャージアンプ回路３１Ａの出力信号及びチャージアンプ回路３１Ｂの出力信号からなる信号対を加算する。前述の通り、第１の物理量成分と第２の物理量成分とは互いに逆相であるため、加算回路３３によって物理量成分は減衰される。一方、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とは互いに同相であるため、加算回路３３によって振動漏れ成分は増幅される。
【００６５】
ＡＣ増幅回路３４Ｂは、加算回路３３の出力信号を増幅する。ＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号は、同期検波回路３５Ｂに入力される。
【００６６】
同期検波回路３５Ｂは、ＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号を被検波信号として、検波信号ＱＤＥＴにより同期検波を行う。この同期検波回路３５Ｂにより、ＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号に含まれる振動漏れ成分が抽出される。すなわち、同期検波回路３５Ｂは、加算回路３３の出力信号に基づく信号であるＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号を同期検波して、第１の信号に含まれる第１の振動漏れ成分と第２の信号に含まれる第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する。同期検波回路３５Ｂは、例えば、検波信号ＱＤＥＴの電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高いときはＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号を選択し、検波信号ＱＤＥＴの電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いときはＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号を基準電圧Ｖｒｅｆに対して反転した信号を選択するスイッチ回路であってもよい。なお、同期検波回路３５Ｂは、「第２の同期検波回路」の一例である。
【００６７】
同期検波回路３５Ｂの出力信号は、平滑回路３６Ｂで直流電圧信号に平滑化された後、可変増幅回路３７Ｂに入力される。
【００６８】
可変増幅回路３７Ｂは、平滑回路３６Ｂの出力信号を、設定された利得で増幅又は減衰する。可変増幅回路３７Ｂで増幅又は減衰された信号は、フィルター回路３８Ｂに入力される。
【００６９】
フィルター回路３８Ｂは、可変増幅回路３７Ｂの出力信号を所望の周波数帯域に制限する回路である。フィルター回路３８Ｂの出力信号は、振動漏れ信号ＱＡＯとして検出回路３０から出力される。
【００７０】
なお、平滑回路３６Ｂ、可変増幅回路３７Ｂ、フィルター回路３８Ｂ、アナログ／デジタル変換回路４２及びデジタル信号処理回路５２は、同期検波回路３５Ｂの出力信号に基づいて振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成する回路であり、「振動漏れ信号生成回路」の一例である。
【００７１】
１−４．信号波形の例
図７は、物理量検出素子１００から出力される交流電荷に含まれる物理量成分に対する各種信号の波形の一例を示す図である。図７では、図５に示したＡ点からＣ点の各信号の波形及び図６に示したＤ点からＫ点の各信号の波形が示されており、各信号の波形について、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。なお、図７は、物理量検出素子１００に一定の角速度が加わった場合の例である。
【００７２】
Ａ点の信号は、電流電圧変換回路２１の出力信号であり、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。
【００７３】
Ｂ点の信号は、ＡＣ増幅回路２２の出力信号、すなわち検波信号ＳＤＥＴであり、Ａ点の信号と同相であり、かつ、振幅が一定値Ｖｃの方形波電圧信号である。
【００７４】
Ｃ点の信号は、移相回路２４の出力信号、すなわち検波信号ＱＤＥＴであり、Ｂ点の信号に対して位相が９０°進み、かつ、振幅が一定値Ｖｃの方形波電圧信号である。
【００７５】
Ｄ点の信号は、チャージアンプ回路３１Ａの出力信号に含まれる第１の物理量成分であり、Ａ点の信号に対して同相であり、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。
【００７６】
Ｅ点の信号は、チャージアンプ回路３１Ｂの出力信号に含まれる第２の物理量成分であり、Ａ点の信号に対して位相が１８０°異なり、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。Ｄ点の信号に含まれる第１の物理量成分とＥ点の信号に含まれる第２の物理量成分は、互いに逆相であり、かつ、実質的に振幅が同じである。
【００７７】
Ｆ点の信号は、ＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号に含まれる物理量成分、すなわちＤ点の信号に含まれる第１の物理量成分及びＥ点の信号に含まれる第２の物理量成分が差動増幅された信号であり、Ａ点の信号と同相であり、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。
【００７８】
Ｇ点の信号は、同期検波回路３５Ａの出力信号に含まれる物理量成分、すなわちＦ点の信号に含まれる物理量成分がＢ点の信号によって基準電圧Ｖｒｅｆを基準に全波整流された信号である。
【００７９】
Ｈ点の信号は、フィルター回路３８Ａの出力信号に含まれる物理量成分であり、物理量検出素子１００が検出した物理量に応じた電圧値Ｖ１の信号である。
【００８０】
Ｉ点の信号は、ＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号に含まれる物理量成分、すなわちＤ点の信号に含まれる第１の物理量成分及びＥ点の信号に含まれる第２の物理量成分が加算増幅されてほとんど除去された信号であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００８１】
Ｊ点の信号は、同期検波回路３５Ｂの出力信号に含まれる物理量成分、すなわちＩ点の信号に含まれる物理量成分がＣ点の信号によって基準電圧Ｖｒｅｆを基準に全波整流された信号であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００８２】
Ｋ点の信号は、フィルター回路３８Ｂの出力信号に含まれる物理量成分であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００８３】
図８は、物理量検出素子１００から出力される交流電荷に含まれる振動漏れ成分に対する各種信号の波形の一例を示す図である。図８では、図５に示したＡ点からＣ点の各信号の波形及び図６に示したＤ点からＫ点の各信号の波形が示されており、各信号の波形について、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
【００８４】
図８において、Ａ点の信号、Ｂ点の信号及びＣ点の信号は、図７と同じである。
【００８５】
Ｄ点の信号は、チャージアンプ回路３１Ａの出力信号に含まれる第１の振動漏れ成分であり、Ａ点の信号に対して位相が９０°進み、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。
【００８６】
Ｅ点の信号は、チャージアンプ回路３１Ｂの出力信号に含まれる第２の振動漏れ成分であり、Ａ点の信号に対して位相が９０°進み、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。Ｄ点の信号に含まれる第１の振動漏れ成分とＥ点の信号に含まれる第２の振動漏れ成分は、互いに同相であり、かつ、実質的に振幅が同じである。
【００８７】
Ｆ点の信号は、ＡＣ増幅回路３４Ａの出力信号に含まれる振動漏れ成分、すなわちＤ点の信号に含まれる第１の振動漏れ成分及びＥ点の信号に含まれる第２の振動漏れ成分が差動増幅されてほとんど除去された信号であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００８８】
Ｇ点の信号は、同期検波回路３５Ａの出力信号に含まれる振動漏れ成分、すなわちＦ点の信号に含まれる振動漏れ成分がＢ点の信号によって基準電圧Ｖｒｅｆを基準に全波整流された信号であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００８９】
Ｈ点の信号は、フィルター回路３８Ａの出力信号に含まれる振動漏れ成分であり、電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号である。
【００９０】
Ｉ点の信号は、ＡＣ増幅回路３４Ｂの出力信号に含まれる振動漏れ成分、すなわちＤ点の信号に含まれる第１の振動漏れ成分及びＥ点の信号に含まれる第２の振動漏れ成分が加算増幅された信号であり、Ａ点の信号に対して位相が９０°進み、かつ、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする一定周波数の信号である。
【００９１】
Ｊ点の信号は、同期検波回路３５Ｂの出力信号に含まれる振動漏れ成分、すなわちＩ点の信号に含まれる振動漏れ成分がＣ点の信号によって基準電圧Ｖｒｅｆを基準に全波整流された信号である。
【００９２】
Ｋ点の信号は、フィルター回路３８Ｂの出力信号に含まれる振動漏れ成分であり、物理量検出素子１００に発生した振動漏れに応じた電圧値Ｖ２の信号である。
【００９３】
実際には、Ｄ点からＫ点の各信号は、図７の各波形と図８の各波形とを加算した波形になる。ここで、図８におけるＨ点の信号は電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号であるから、フィルター回路３８Ａの出力信号、すなわち物理量検出信号ＳＡＯは、振動漏れ成分をほとんど含まず、図７におけるＨ点の信号とほぼ一致し、物理量成分に応じた電圧レベルの信号となる。したがって、ＭＣＵ５は、物理量検出信号ＳＡＯに基づいて生成される物理量検出信号ＳＤＯＸを読み出すことにより、物理量センサー１に加わった物理量を測定することができる。
【００９４】
また、図７におけるＫ点の信号は電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの信号であるから、フィルター回路３８Ｂの出力信号、すなわち振動漏れ信号ＱＡＯは、物理量成分をほとんど含まず、図８におけるＫ点の信号とほぼ一致し、振動漏れ成分に応じた電圧レベルの信号となる。そして、物理量センサー１が正常であれば、振動漏れ信号ＱＡＯの電圧レベルはほぼ一定である。したがって、故障診断回路６０は、振動漏れ信号ＱＡＯに基づいて生成される振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさが第１の範囲と異なる場合に物理量センサー１が故障であると診断することができる。
【００９５】
１−５．故障診断方法の手順
図９は、本実施形態の物理量センサー１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図９のフローチャートにおいて、各工程の処理を適宜入れ替えてもよい。
【００９６】
図９に示すように、本実施形態の物理量センサー１の故障診断方法では、まず、物理量検出回路２００のチャージアンプ回路３１Ａ，３１Ｂが、物理量検出素子１００から出力される第１の信号及び第２の信号に基づく信号対を生成する（工程Ｓ１）。ここで、第１の信号は、物理量検出素子１００が検出した物理量に基づく第１の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含む信号であり、Ｓ１端子を介してチャージアンプ回路３１Ａに入力される信号である。また、第２の信号は、物理量検出素子１００が検出した物理量に基づく第２の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含む信号であり、Ｓ２端子を介してチャージアンプ回路３１Ｂに入力される信号である。そして、図７におけるＤ点の信号及びＥ点の信号のように、第１の物理量成分と第２の物理量成分とは互いに逆相である。また、図８におけるＤ点の信号及びＥ点の信号のように、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とは互いに同相である。
【００９７】
次に、物理量検出回路２００の差動増幅回路３２が、工程Ｓ１で生成された、第１の信号及び第２の信号に基づく信号対を差動増幅する（工程Ｓ２）。
【００９８】
次に、物理量検出回路２００の同期検波回路３５Ａが、工程Ｓ２で得られた信号に基づく信号を同期検波して第１の物理量成分と第２の物理量成分との差に応じた信号を生成する（工程Ｓ３）。
【００９９】
次に、物理量検出回路２００の物理量検出信号生成回路が、工程Ｓ３で生成された信号に基づいて物理量検出信号ＳＤＯＸを生成する（工程Ｓ４）。ここで、物理量検出信号生成回路は、平滑回路３６Ａ、可変増幅回路３７Ａ、フィルター回路３８Ａ、アナログ／デジタル変換回路４１及びデジタル信号処理回路５１により構成される回路である。
【０１００】
また、物理量検出回路２００は、工程Ｓ２、工程Ｓ３及び工程Ｓ４の処理と並行して、工程Ｓ５、工程Ｓ６、工程Ｓ７及び工程Ｓ８の処理を行う。
【０１０１】
具体的には、まず、物理量検出回路２００の加算回路３３が、工程Ｓ１で生成された、第１の信号及び第２の信号に基づく信号対を加算する（工程Ｓ５）。
【０１０２】
次に、物理量検出回路２００の同期検波回路３５Ｂが、工程Ｓ５で得られた信号に基づく信号を同期検波して第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を生成する（工程Ｓ６）。
【０１０３】
次に、物理量検出回路２００の振動漏れ信号生成回路が、工程Ｓ６で生成された信号に基づいて振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成する（工程Ｓ７）。ここで、振動漏れ信号生成回路は、平滑回路３６Ｂ、可変増幅回路３７Ｂ、フィルター回路３８Ｂ、アナログ／デジタル変換回路４２及びデジタル信号処理回路５２により構成される回路である。
【０１０４】
次に、物理量検出回路２００の故障診断回路６０が、工程Ｓ７で生成された振動漏れ信号ＱＤＯＸに基づいて、物理量センサー１の故障診断を行う（工程Ｓ８）。
【０１０５】
そして、物理量検出回路２００は、工程Ｓ１〜Ｓ８の処理を繰り返し行う。
【０１０６】
なお、図９の工程Ｓ２は、「差動増幅工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ３は、「第１の同期検波工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ４は、「物理量検出信号生成工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ５は、「加算工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ６は、「第２の同期検波工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ７は、「振動漏れ信号生成工程」の一例である。また、図９の工程Ｓ８は、「故障診断工程」の一例である。
【０１０７】
１−６．作用効果
本実施形態の物理量センサー１では、物理量検出素子１００は、検出した物理量に基づく第１の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第１の振動漏れ成分とを含む第１の信号、及び、検出した物理量に基づく第２の物理量成分と、物理量検出素子１００の振動に基づく第２の振動漏れ成分とを含む第２の信号を出力する。また、物理量検出回路２００は、物理量検出素子１００から出力される第１の信号及び第２の信号に基づく信号対を加算する加算回路３３と、加算回路３３の出力信号に基づく信号を同期検波して第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する同期検波回路３５Ｂと、同期検波回路３５Ｂの出力信号に基づいて振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える。そして、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分とは互いに同相であるため、加算回路３３によって振動漏れ成分は増幅される。さらに、例えば、物理量検出素子１００の一部が破損し、あるいは、物理量検出素子１００と電気的に接続される配線の一部が切断又は短絡した場合には、第１の振動漏れ成分又は第２の振動漏れ成分の大きさが変化するため、振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさが変化する。したがって、本実施形態の物理量センサー１、物理量検出回路２００又は物理量センサー１の故障診断方法によれば、物理量検出素子１００に発生する漏れ振動に基づいて故障診断に利用可能な振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成することができる。
【０１０８】
また、本実施形態の物理量センサー１では、物理量検出回路２００は、物理量検出素子１００から出力される第１の信号及び第２の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路３２と、差動増幅回路３２の出力信号に基づく信号を同期検波して第１の物理量成分と第２の物理量成分との差に応じた信号を出力する同期検波回路３５Ａと、同期検波回路３５Ａの出力信号に基づいて物理量検出信号ＳＤＯＸを生成する物理量検出信号生成回路と、を備える。そして、第１の信号に含まれる第１の物理量成分と、第２の信号に含まれる第２の物理量成分とは互いに逆相であるため、差動増幅回路３２によって物理量成分は増幅される。さらに、物理量検出素子１００が検出した物理量の大きさに応じて第１の物理量成分及び第２の物理量成分の大きさが変化するため、物理量検出信号ＳＤＯＸの大きさが変化する。したがって、本実施形態の物理量センサー１、物理量検出回路２００又は物理量センサー１の故障診断方法によれば、物理量検出素子１００が検出した物理量に応じた物理量検出信号ＳＤＯＸを生成することができる。
【０１０９】
また、本実施形態の物理量センサー１では、第１の信号に含まれる第１の振動漏れ成分と、第２の信号に含まれる第２の振動漏れ成分とは互いに同相であるため、差動増幅回路３２によって振動漏れ成分は減衰される。そのため、製造ばらつき等に起因して、同期検波回路３５Ａに入力される検波信号ＳＤＥＴの位相が設計値からずれても、同期検波回路３５Ａの出力信号に含まれる振動漏れ成分が小さくなるので、物理量検出信号ＳＤＯＸに含まれるノイズ成分が増加するおそれやゼロ点が設計値から不定量だけずれるおそれが低減される。したがって、本実施形態の物理量センサー１、物理量検出回路２００又は物理量センサー１の故障診断方法によれば、物理量検出信号ＳＤＯＸに対する漏れ振動の影響を低減させることができる。特に、第１の振動漏れ成分と第２の振動漏れ成分との差分量が実質的にゼロであるように、物理量検出素子１００がチューニングされていれば、差動増幅回路３２の出力信号に含まれる振動漏れ成分は実質的にゼロである。したがって、検波信号ＳＤＥＴの位相が設計値からずれても、同期検波回路３５Ａの出力信号には振動漏れ成分がほとんど含まれず、物理量検出信号ＳＤＯＸに対する漏れ振動の影響がほとんど生じない。
【０１１０】
また、本実施形態の物理量センサー１では、第１の信号に含まれる第１の物理量成分と、第２の信号に含まれる第２の物理量成分とは互いに逆相であるため、加算回路３３によって物理量成分は減衰される。そのため、製造ばらつき等に起因して、同期検波回路３５Ｂに入力される検波信号ＱＤＥＴの位相が設計値からずれても、同期検波回路３５Ｂの出力信号に含まれる物理量成分が小さくなるので、振動漏れ信号ＱＤＯＸに含まれるノイズ成分が増加するおそれが低減される。したがって、本実施形態の物理量センサー１、物理量検出回路２００又は物理量センサー１の故障診断方法によれば、振動漏れ信号ＱＤＯＸに対する検出された物理量の影響を低減させることができ、物理量の検出と並行して故障診断を常時行うことができる。
【０１１１】
また、本実施形態の物理量センサー１では、物理量検出回路２００は、振動漏れ信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路６０を備える。そして、故障診断回路６０は、振動漏れ信号ＱＤＯＸの大きさが第１の範囲に含まれない場合に故障であると診断する。したがって、本実施形態の物理量センサー１、物理量検出回路２００又は物理量センサー１の故障診断方法によれば、外部装置であるＭＣＵ５が故障診断を行う必要がないので、ＭＣＵ５の処理負荷を低減させることができる。さらに、第１の範囲が可変であれば、第１の振動漏れ成分及び第２の振動漏れ成分の大きさに応じた適切な第１の範囲を設定可能であるので、故障診断回路６０による誤診断のおそれが低減される。あるいは、物理量検出回路２００の設計を変更することなく、第１の振動漏れ成分及び第２の振動漏れ成分の大きさが異なる複数種類の物理量検出素子１００のうちの任意の１つを物理量検出回路２００に接続することができる。
【０１１２】
１−７．変形例
例えば、上記の実施形態では、物理量検出回路２００は、故障診断回路６０を含むが、故障診断回路を含んでいなくてもよい。例えば、外部装置であるＭＣＵ５が、振動漏れ信号ＱＤＯＸに基づいて物理量センサー１の故障診断を行ってもよい。
【０１１３】
また、上記の実施形態では、物理量検出回路２００は、外部装置であるＭＣＵ５からの要求に応じて、インターフェース回路７０を介して、物理量検出信号ＳＤＯＸ及び故障診断結果信号ＱＦをＭＣＵ５に出力するが、インターフェース回路７０を介して、物理量検出信号ＳＤＯＸとは独立して故障診断結果信号ＱＦを出力してもよい。また、物理量検出回路２００は、インターフェース回路７０を介さずに、外部端子を介して故障診断結果信号ＱＦを出力してもよい。
【０１１４】
また、上記の実施形態では、物理量検出回路２００は、デジタル信号である物理量検出信号ＳＤＯＸ及び振動漏れ信号ＱＤＯＸを、インターフェース回路７０を介して出力しているが、アナログ信号である物理量検出信号及び振動漏れ信号を、外部端子を介して出力してもよい。
【０１１５】
また、上記の実施形態では、アナログ／デジタル変換回路４１が物理量検出信号ＳＡＯを物理量検出信号ＳＤＯに変換し、アナログ／デジタル変換回路４２が振動漏れ信号ＱＡＯを振動漏れ信号ＱＤＯに変換しているが、１つのアナログ／デジタル変換回路が、物理量検出信号ＳＡＯを物理量検出信号ＳＤＯに変換する処理と振動漏れ信号ＱＡＯを振動漏れ信号ＱＤＯに変換する処理とを時分割に行ってもよい。
【０１１６】
また、上記の実施形態では、デジタル信号処理回路５１が物理量検出信号ＳＤＯに対して所定の演算処理を行って物理量検出信号ＳＤＯＸを生成し、デジタル信号処理回路５２が振動漏れ信号ＱＤＯに対して所定の演算処理を行って振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成しているが、１つのデジタル信号処理回路が、物理量検出信号ＳＤＯＸを生成する処理と振動漏れ信号ＱＤＯＸを生成する処理とを時分割に行ってもよい。
【０１１７】
また、上記の実施形態では、物理量センサー１は、物理量として角速度を検出する物理量検出素子１００を含むが、角速度以外の物理量を検出する物理量検出素子を含んでもよい。例えば、物理量センサー１は、加速度、角加速度、速度、力などの物理量を検出する物理量検出素子を含んでもよい。
【０１１８】
また、上記の実施形態では、物理量センサー１は、１つの物理量検出素子を含むが、複数の物理量検出素子を含んでもよい。例えば、物理量センサー１は、複数の物理量検出素子を含み、複数の物理量検出素子の各々が、互いに直交する２軸以上のいずれか１つを検出軸として物理量を検出してもよい。また、例えば、物理量センサー１は、複数の物理量検出素子を含み、複数の物理量検出素子の各々が、角速度、加速度、角加速度、速度、力等の複数の種類の物理量のいずれか１つを検出してもよい。すなわち、物理量センサー１は、複合センサーであってもよい。
【０１１９】
また、上記の実施形態では、物理量検出素子１００の振動片がダブルＴ型の水晶振動片である例を挙げたが、各種の物理量を検出する物理量検出素子の振動片は、例えば、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。また、物理量検出素子の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ2）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよいし、シリコン半導体を用いてもよい。また、物理量検出素子の振動片は、例えば、シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。例えば、物理量検出素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であってもよい。
【０１２０】
また、上記の実施形態では、圧電型の物理量検出素子を例示したが、各種の物理量を検出する物理量検出素子は、圧電型の素子に限らず、静電容量型、動電型、渦電流型、光学型、ひずみゲージ型等の素子であってもよい。また、物理量検出素子の検出方式は、振動式に限らず、例えば、光学式、回転式、流体式であってもよい。
【０１２１】
２．電子機器
図１０は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、本実施形態の電子機器３００は、物理量センサー３１０、処理回路３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含む。なお、本実施形態の電子機器は、図１０の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１２２】
物理量センサー３１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路３２０に出力する。物理量センサー３１０として、例えば、上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することができる。
【０１２３】
処理回路３２０は、物理量センサー３１０の出力信号に基づく処理を行う。具体的には、処理回路３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、物理量センサー３１０と通信し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。その他、処理回路３２０は、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
【０１２４】
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を処理回路３２０に出力する。
【０１２５】
ＲＯＭ３４０は、処理回路３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【０１２６】
ＲＡＭ３５０は、処理回路３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、処理回路３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１２７】
通信部３６０は、処理回路３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【０１２８】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、処理回路３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
【０１２９】
物理量センサー３１０として、例えば上述した本実施形態の物理量センサー１を適用することにより、物理量検出素子に発生する漏れ振動に基づいて故障診断に利用可能な信号を生成し、かつ、物理量検出信号に対する漏れ振動の影響を低減させることができるので、例えば、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
【０１３０】
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、モバイル型、ラップトップ型、タブレット型などのパーソナルコンピューター、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、デジタルカメラ、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡等の医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶等の計器類、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、歩行者自立航法（ＰＤＲ：Pedestrian Dead Reckoning）装置等が挙げられる。
【０１３１】
図１１は、本実施形態の電子機器３００の一例であるデジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１１には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。
【０１３２】
デジタルカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。デジタルカメラ１３００は、例えば、角速度センサーである物理量センサー３１０を有し、物理量センサー３１０の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。
【０１３３】
３．移動体
図１２は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図１２に示す移動体４００は、物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、バッテリー４７０、ナビゲーション装置４８０を含む。なお、本実施形態の移動体は、図１２の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【０１３４】
物理量センサー４１０、処理回路４４０，４５０，４６０、ナビゲーション装置４８０は、バッテリー４７０から供給される電源電圧で動作する。
【０１３５】
物理量センサー４１０は、物理量を検出して検出結果を処理回路４４０，４５０，４６０に出力する。
【０１３６】
処理回路４４０，４５０，４６０は、物理量センサー４１０の出力信号に基づく処理を行う。例えば、処理回路４４０，４５０，４６０は、それぞれ、物理量センサー４１０の出力信号を用いて、姿勢制御システム、横転防止システム、ブレーキシステム等の各種の制御を行う。
【０１３７】
ナビゲーション装置４８０は、内蔵のＧＰＳ受信機の出力情報に基づき、移動体４００の位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。また、ナビゲーション装置４８０は、ＧＰＳの電波が届かない時でも物理量センサー４１０の出力信号に基づいて移動体４００の位置や向きを特定し、必要な情報の表示を継続する。
【０１３８】
例えば、物理量センサー４１０として、上述した各実施形態の物理量センサー１を適用することにより、物理量検出素子に発生する漏れ振動に基づいて故障診断に利用可能な信号を生成し、かつ、物理量検出信号に対する漏れ振動の影響を低減させることができるので、例えば、信頼性の高い移動体を実現することができる。
【０１３９】
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、電気自動車等の自動車、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１４０】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１４１】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１４２】
１…物理量センサー、５…ＭＣＵ、１０…基準電圧回路、２０…駆動回路、２１…電流電圧変換回路、２２…ＡＣ増幅回路、２３…振幅調整回路、２４…移相回路、３０…検出回路、３１Ａ…チャージアンプ回路、３１Ｂ…チャージアンプ回路、３２…差動増幅回路、３３…加算回路、３４Ａ…ＡＣ増幅回路、３４Ｂ…ＡＣ増幅回路、３５Ａ…同期検波回路、３５Ｂ…同期検波回路、３６Ａ…平滑回路、３６Ｂ…平滑回路、３７Ａ…可変増幅回路、３７Ｂ…可変増幅回路、３８Ａ…フィルター回路、３８Ｂ…フィルター回路、４１…アナログ／デジタル変換回路、４２…アナログ／デジタル変換回路、５１…デジタル信号処理回路、５２…デジタル信号処理回路、６０…故障診断回路、７０…インターフェース回路、８０…記憶部、９０…発振回路、１００…物理量検出素子、１０１ａ，１０１ｂ…駆動振動腕、１０２…検出振動腕、１０３…錘部、１０４ａ，１０４ｂ…駆動用基部、１０５ａ，１０５ｂ…連結腕、１０６…錘部、１０７…検出用基部、１１２，１１３…駆動電極、１１４，１１５…検出電極、１１６…共通電極、２００…物理量検出回路、３００…電子機器、３１０…物理量センサー、３２０…処理回路、３３０…操作部、３４０…ＲＯＭ、３５０…ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…物理量センサー、４４０，４５０，４６０…処理回路、４７０…バッテリー、４８０…ナビゲーション装置、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター
【図１】
2020180785.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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