(57)【特許請求の範囲】
【請求項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る物理量センサにおいて、
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を出力する検出手段（４１５）と、
前記検出手段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手段（４２５）と、を有し、
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、
前記検出手段および前記自己診断手段は、回路基板に備えられ、前記ケースの収容空間に配置されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
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る物理量センサにおいて、
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を出力する検出手段（４１５）と、
前記検出手段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手段（４２５）と、を有し、
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、
前記検出手段および前記自己診断手段は、回路基板に備えられ、前記ケースの収容空間に配置されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
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る物理量センサにおいて、
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を出力する検出手段（４１５）と、
前記検出手段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手段（４２５）と、を有し、
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、
前記検出手段および前記自己診断手段は、回路基板に備えられ、前記ケースの収容空間に配置されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項４】
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以上とされていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０１１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１ないし３に記載の発明では、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、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、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（１０）と、を備え、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（２０１）にキャップ部（２０２）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（２５５）に気密封止されたパッケージ構造である物理量センサにおいて、以下の点を特徴としている。
【０００９】
すなわち、請求項１ないし３に記載の発明では、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手段（４１５）と、検出手段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手段（４２５）と、を有していることを特徴としている。また、請求項１に記載の発明では、加速度センサは、パッケージ構造とされ、気密室が大気圧とされており、収容空間は、真空圧とされていることを特徴としている。請求項２に記載の発明では、角速度センサは、パッケージ構造とされ、気密室が真空圧とされており、収容空間は、大気圧とされていることを特徴としている。請求項３に記載の発明では、角速度センサは、パッケージ構造とされ、気密室が真空圧とされており、加速度センサは、パッケージ構造とされ、気密室が大気圧とされていることを特徴としている。さらに、請求項１ないし３に記載の発明では、検出手段および自己診断手段は、回路基板に備えられ、ケースの収容空間に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
これによれば、自己診断手段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。
【００１１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における物理量センサの断面図である。
【図２】図１に示す加速度センサの断面図である。
【図３】図２に示すセンサ部の平面図である。
【図４】図１に示す角速度センサの平面図である。
【図５】図４中のV−V線に沿った断面図である。
【図６】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る。
【図７】圧力とインピーダンスとの関係を示す図である。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明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。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第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とを有する構成とされている。
【００１５】
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、第２凹部１３、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、後述するように外周部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。
【００１９】
なお、具体的には後述するが、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、第２固定部２３０、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センシング部２１５が形成されている。
【００２４】
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。
【００２５】
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に一体に連結した構成とされている。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。
【００２６】
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ようになっている。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。
【００２７】
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。
【００２８】
第１、第２固定部２３０、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、第２固定部２３０、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、第２固定部２３０、２４０は互いに電気的に独立している。
【００２９】
また、第１、第２固定部２３０、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、第２固定電極２３１、２４１と、絶縁膜２１２を介して支持基板２１１に支持された第１、第２配線部２３２、２４２とを有している。
【００３０】
第１、第２固定電極２３１、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、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。
【００３１】
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が形成された構成とされている。
【００３２】
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。
【００３３】
また、キャップ部２０２には、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、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。
【００３４】
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、第２配線部２３２、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（Tetra ethyl ortho silicate）等で構成される絶縁膜２５７が成膜され、絶縁膜２５７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、第２配線部２３２、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。
【００３５】
そして、絶縁膜２５３、貫通電極２５８、パッド部２５９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。
【００３６】
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、第２固定電極２３１、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。
【００３７】
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。
【００３８】
振動体３１２は、第１、第２駆動片３１４、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に固定された構成とされている。詳述すると、振動体３１２は、第１、第２駆動片３１４、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、第２駆動片３１４、３１５の間に配置されている。
【００３９】
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。
【００４０】
第１、第２駆動片３１４、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。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１、第２駆動片３１４、３１５、検出片３１６、駆動電極３１９ａ〜３２０ｂ、検出電極３２１ａ、３２１ｂ、共通電極３１９ｃ〜３２１ｄを含んでセンシング部３２２が構成されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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、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、第２駆動片３１４、３１５を第１、第２駆動片３１４、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。
【００４５】
そして、センサ部３０１の面内で角速度が印加されると、第１、第２駆動片３１４、３１５には、第１、第２駆動片３１４、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、第２駆動片３１４、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。
【００４６】
なお、角速度が印加されない場合には、第１、第２駆動片３１４、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、第２駆動片３１４、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。
【００５０】
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、第２駆動片３１４、３１５が第１、第２駆動片３１４、３１５および検出片３１６の配列方向に振動する。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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が本発明の検出手段に相当し、差信号４３０が本発明の検出信号に相当している。
【００５７】
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ようになっている。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
なお、ここでの正常であるとは、第１、第２駆動片３１４、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、第２駆動片３１４、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が本発明の自己診断手段に相当している。また、共通電極３１９ｃ〜３２０ｄは、グランド電位と接続されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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、第２駆動片３１４、３１５のインピーダンスが大きくなり、第１、第２駆動片３１４、３１５の振動が小さくなる。言い換えると、第１、第２駆動片３１４、３１５が正常に振動しなくなる。そして、第１、第２駆動片３１４、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態では、第１、第２駆動片３１４、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、第２駆動片３１４、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。
【００７０】
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。
【００７１】
（他の実施形態）
本発明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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、第２駆動片３１４、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。
【００７４】
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。
【符号の説明】
【００７５】
１０    ケース
１５    収容空間
２０    加速度センサ
３０    角速度センサ
２０１  センサ部
２０２  キャップ部
２１５  センシング部
２５５  気密室
３２２  センシング部
４１５  検出手段
４２５  自己診断手段
【図１】
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【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】
0006409351.tif 000007
【図７】
0006409351.tif 000008
【図８】
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