物理量検出装置
【課題】故障の有無を判定するだけでなく、故障箇所をある程度特定することができる物理量検出装置を提供すること。
【解決手段】角速度検出装置１（物理量検出装置の一例）は、振動子１００、駆動回路２０、検出回路３０、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、故障判定回路６０を含む。駆動回路２０は、駆動信号を生成して振動子１００に供給する。検出回路３０は、振動子１００の出力信号に対して検波処理を行う同期検波回路３５を有し、同期検波回路３５の出力信号に基づいて角速度（物理量の一例）に応じた検出信号を生成する。電圧判定回路５０ａ、５０ｂは、それぞれ、駆動回路２０の入力信号又は出力信号の電圧レベル及び同期検波回路３５の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、判定結果を示す信号が外部出力端子１８を介して外部に出力される。故障判定回路６０は、電圧判定回路５０ａ、５０ｂの判定結果に基づいて、角速度検出装置１が故障しているか否かを判定する。
【解決手段】角速度検出装置１（物理量検出装置の一例）は、振動子１００、駆動回路２０、検出回路３０、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、故障判定回路６０を含む。駆動回路２０は、駆動信号を生成して振動子１００に供給する。検出回路３０は、振動子１００の出力信号に対して検波処理を行う同期検波回路３５を有し、同期検波回路３５の出力信号に基づいて角速度（物理量の一例）に応じた検出信号を生成する。電圧判定回路５０ａ、５０ｂは、それぞれ、駆動回路２０の入力信号又は出力信号の電圧レベル及び同期検波回路３５の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、判定結果を示す信号が外部出力端子１８を介して外部に出力される。故障判定回路６０は、電圧判定回路５０ａ、５０ｂの判定結果に基づいて、角速度検出装置１が故障しているか否かを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な物理量を検出する物理量検出装置が知られている。例えば、物理量として角速度を検出する角速度検出装置が知られており、角速度検出装置を搭載し、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて所定の制御を行う様々な電子機器やシステムが広く利用されている。例えば、カーナビゲーションシステムや携帯電話機では角速度検出装置により検出された角速度に基づいて現在位置が特定され、デジタルカメラでは角速度検出装置により検出された角速度に基づいて手ぶれ補正が行われる。また、例えば、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて自動車の傾きを検出し、傾きを一定にするように制御して横転事故を防止したり、横転を検出してサイドエアバックを作動させるシステムも開発されている。
【０００３】
これらの電子機器やシステムでは、角速度検出装置が故障すると誤った制御が行われるので、最近では、角速度検出装置が故障していないかどうかを検出し、故障している場合には警告ランプを点灯して修理を促す等の対策が行われている。特に、前述した自動車の横転防止や横転検出のような人命に関わるような制御は誤りが許されないため、角速度検出装置の故障をすばやく検出することが重要である。
【０００４】
例えば、特許文献１では、内部に故障判定回路を設けて故障の有無を判定し、故障判定信号を出力する角速度センサ装置が提案されている。
【特許文献１】特開平６−２０７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
角速度センサ装置の故障の有無を判定し、故障した角速度センサ装置を交換すれば修理は行えるが、製品の信頼性を維持するためには故障箇所を特定し、今後の設計開発にフィードバックすることも重要である。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された角速度センサ装置では、故障の有無を判定するだけであり、故障箇所を容易に特定することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、故障の有無を判定するだけでなく、故障箇所をある程度特定することができる物理量検出装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、前記物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力するセンサー素子と、駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、前記センサー素子の出力信号に対して検波処理を行う検波回路を有し、前記検波回路の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、複数の所定の信号の各々の電圧レベルが正常か否かを判定する複数の電圧判定回路と、前記複数の前記電圧判定回路の判定結果に基づいて、当該物理量検出装置が故障しているか否かを判定する故障判定回路と、前記電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子と、を含み、第１の前記電圧判定回路は、前記駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、第２の前記電圧判定回路は、前記検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする。
【０００９】
所定の物理量は、例えば、角速度、加速度、地磁気、圧力等である。
【００１０】
本発明の物理量検出装置において、例えば、電圧判定回路の数に等しい数の外部出力端子を設けて各電圧判定回路の判定結果を示す信号をそれぞれ専用の外部出力端子から出力するようにしてもよいし、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための兼用の外部出力端子を１つだけ設けるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の物理量検出装置では、第１の電圧判定回路により駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、第２の電圧判定回路により検出回路に含まれる検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、故障判定回路により、第１の電圧判定回路の判定結果及び第２の電圧判定回路の判定結果に基づいて故障の有無を判定する。
【００１２】
従って、本発明の物理量検出装置によれば、駆動回路の故障又は検出回路における検波回路より前の回路の故障があった場合には故障を検出することができる。
【００１３】
そして、本発明の物理量検出装置は、第１の電圧判定回路の判定結果を示す信号及び第２の電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子を含むので、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路が故障しているのかを特定することができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、故障の有無を判定するだけでなく、故障箇所をある程度特定することができる物理量検出装置を提供することができる。
【００１５】
（２）本発明の物理量検出装置は、各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力するスイッチ回路を含むようにしてもよい。
【００１６】
本発明の物理量検出装置によれば、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力する外部出力端子が１つで済むのでピン数の制約が厳しい場合であっても故障箇所を特定することができる。
【００１７】
（３）本発明の物理量検出装置は、各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択する第１のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路により選択された信号又は前記故障判定回路の判定結果を示す信号を選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力する第２のスイッチ回路と、を含むようにしてもよい。
【００１８】
本発明の物理量検出装置によれば、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力するためと故障判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力するために１つの外部出力端子を兼用することができるので、ピン数の制約が厳しい場合であっても故障の有無と故障箇所の特定を行うことができる。
【００１９】
（４）本発明の物理量検出装置において、第３の前記電圧判定回路は、前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の物理量検出装置によれば、検出回路における検波回路以降の回路の故障も検出することができる。
【００２１】
また、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路における検波回路より前の回路が故障しているのか、検出回路における検波回路以降の回路が故障しているのかを特定することができる。
【００２２】
（５）本発明の物理量検出装置において、前記第３の電圧判定回路は、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを第１の閾値と比較し、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを前記第１の閾値と異なる第２の閾値と比較し、比較結果に基づいて前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００２３】
本発明の物理量検出装置では、検出回路の出力信号の正常電圧範囲が移動時と停止時で異なる範囲に設定される。従って、例えば、検出回路の出力信号について、停止時は０点電圧付近のごく狭い電圧範囲を正常電圧範囲とし、移動時は検出可能な物理量の大きさに応じて正常電圧範囲を広くすれば、故障の有無をより高い精度で判定することができる。
【００２４】
（６）本発明の物理量検出装置において、前記第３の電圧判定回路は、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないようにしてもよい。
【００２５】
移動時における検出回路の出力信号の正常電圧範囲は、検出可能な物理量に応じて広い範囲に設定しなければならない。そのため、故障があっても検出回路の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲にあれば検出できない。また、検出回路の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲を超えている場合であっても、故障しているのか検出可能な最大値よりも大きい物理量が加わったのかを区別することができない。すなわち、移動時は故障の有無を正確に判定するのは難しく、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性がある。
【００２６】
一方、停止時は検出回路の出力信号の正常電圧範囲を０点電圧を含む狭い範囲に設定されるので、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性は低い。
【００２７】
本発明の物理量検出装置によれば、停止時は検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、移動時は検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないので、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性を低くすることができる。
【００２８】
（７）本発明の物理量検出装置は、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを示す制御信号が入力される外部入力端子を含み、前記第３の電圧判定回路は、前記制御信号に基づいて、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを判断するようにしてもよい。
【００２９】
一般的に、移動しているのか停止しているのかを物理量検出装置の内部で正確に判断するためには面積サイズの大きい複雑な回路が必要になるため、物理量検出装置のコストが高くなる。
【００３０】
本発明によれば、移動しているか停止しているかを示す制御信号が外部から入力されるので、物理量検出装置のコストアップを抑制することができる。なお、外部のマイコンであれば、移動しているか停止しているかをより正確に判断して制御信号を生成し、本発明の物理量検出装置に供給することは比較的容易である。
【００３１】
（８）本発明の物理量検出装置は、外部から供給される入力電源に基づいて内部電源を生成する電源回路を含み、第４の前記電圧判定回路は、前記入力電源又は前記内部電源の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００３２】
本発明の物理量検出装置によれば、入力電源の異常又は電源回路の故障も検出することができる。
【００３３】
また、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路における検波回路より前の回路が故障しているのか、検出回路における検波回路以降の回路が故障しているのか、電源回路の故障しているのか（又は入力電源の異常なのか）を特定することができる。
【００３４】
（９）本発明の物理量検出装置において、前記物理量は、角速度であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。
【００３６】
また、以下では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置（角速度検出装置）を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置に適用可能である。
【００３７】
１．第１実施形態の角速度検出装置
図１は、第１実施形態の角速度検出装置の構成を示す図である。
【００３８】
第１実施形態の角速度検出装置１は、振動子１００と角速度検出用ＩＣ１０を含む。以下、振動子１００及び角速度検出用ＩＣ１０について順に説明する。
【００３９】
［振動子］
振動子１００は、本発明におけるセンサー素子として機能し、角速度を検出し、検出した角速度の大きさに応じた信号を出力する。
【００４０】
図２は、振動子１００の平面図である。図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。
【００４１】
図２に示すように、振動子１００は、水晶などの圧電材料の薄板から形成され、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂ（広義には、駆動用振動片）が水晶の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。図１に示すように、駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部出力端子１１、外部入力端子１２を介して駆動回路２０に接続される。
【００４２】
駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ水晶のＸ軸方向に延びる連結腕１０５ａ、１０５ｂを介して検出用基部１０７に接続されている。検出振動腕１０２（広義には、検出振動片）は、検出用基部１０７から水晶のＹ軸方向に延出されている。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１０２ａの側面には共通電極１１６が形成されている。図１に示すように、検出電極１１４、１１５は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部入力端子１３、１４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。
【００４３】
駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に交番電圧／交番電流からなる駆動信号が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは圧電効果によって矢印Ｂのように屈曲振動する。
【００４４】
ここで、振動子１００が水晶のＺ軸を回転軸とした回転運動をすると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向と水晶の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（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。
【００４５】
そして、これらの屈曲振動に基づいて発生する逆圧電効果によって、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５と共通電極１１６との間には、それぞれ逆方向の交番電圧／交番電流が発生する。以上のようにして、振動子１００は、水晶のＺ軸を検出軸としてコリオリの力に基づく角速度成分を検出し、検出電極１１４、１１５を介して検出信号を出力する。
【００４６】
なお、図２の構成では、振動子１００のバランスを良くするために、検出用基部１０７を中央に配置し、検出用基部１０７から＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に検出振動腕１０２を延出させている。さらに、検出用基部１０７から＋Ｘ軸と−Ｘ軸の両方向に連結腕１０５ａ、１０５ｂを延出させ、連結腕１０５ａ、１０５ｂのそれぞれから、＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂを延出させている。
【００４７】
また、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端を幅広の幅広部１０３にし、さらに、錘を付けることでコリオリの力を大きくしている。また、錘効果によって、所望の共振周波数を、短い振動腕で得ることができる。同様の理由で、検出振動腕１０２の先端を幅広の幅広部１０６にし、さらに、錘を付けている。
【００４８】
なお、振動子１００は、上述のＷＴ型の構成に限らず、例えば、駆動振動腕と検出振動腕とを兼ねる構成であってもよく、また、駆動振動腕や検出振動腕に圧電膜を形成した構成であってもよい。
【００４９】
［角速度検出用ＩＣ］
図１に示すように、角速度検出用ＩＣ１０は、駆動回路２０、検出回路３０、電源回路４０、電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、故障判定回路６０、スイッチ回路７０を含む。
【００５０】
駆動回路２０は、本発明における駆動回路として機能し、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３を含んで構成されている。
【００５１】
振動子１００が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動電極１１３から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路２１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路２１は、入力された交流電流を振動子１００の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。
【００５２】
Ｉ／Ｖ変換回路２１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路２２に入力される。ＡＣ増幅回路２２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
【００５３】
ＡＣ増幅回路２２から出力された交流電圧信号は振幅調整回路２３に入力される。振幅調整回路２３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を振動子１００の駆動電極１１２に出力する。この駆動電極１１２に入力される交流電圧信号（駆動信号）により振動子１００が振動する。
【００５４】
検出回路３０は、本発明における検出回路として機能し、チャージアンプ回路３１、３２、差動増幅回路３３、ＡＣ増幅回路３４、同期検波回路３５、平滑回路３６、可変増幅器３７、フィルター回路３８を含んで構成されている。
【００５５】
チャージアンプ回路３１、３２には、振動子１００により検出された互いに逆位相の検出信号（交流電流）が検出電極１２、１３を介して入力される。そして、チャージアンプ回路３１、３２は、入力された検出信号（交流電流）を基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号に変換する。
【００５６】
差動増幅回路３３はチャージアンプ回路３１の出力信号とチャージアンプ回路３２の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路３３の出力信号は、さらにＡＣ増幅回路３４で増幅される。
【００５７】
同期検波回路３５は、本発明における検波回路として機能し、ＡＣ増幅回路２２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路３４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。
【００５８】
同期検波回路３５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路３６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路３７に入力される。
【００５９】
可変増幅回路３７は、平滑回路３６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（又は減衰率）で増幅（又は減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路３７で増幅（又は減衰）された信号は、フィルター回路３８に入力される。
【００６０】
フィルター回路３８は、可変増幅回路３７の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向及び大きさに応じた極性及び電圧レベルの検出信号を生成する。そして、この検出信号は外部出力端子１６から外部へ出力される。
【００６１】
電源回路４０は、本発明における電源回路として機能し、電源入力端子１５から入力された入力電源をレギュレートして所定電圧の内部電源を生成し、駆動回路２０、検出回路３０、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、故障判定回路６０及びスイッチ回路７０に供給する。
【００６２】
電圧判定回路５０ａは、本発明における第１の電圧判定回路として機能し、駆動回路２０の出力信号（図１では振幅調整回路２３の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路５０ａは、駆動回路２０の入力信号（図１ではＩ／Ｖ変換回路２１の入力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６３】
電圧判定回路５０ｂは、本発明における第２の電圧判定回路として機能し、検出回路３０に含まれる同期検波回路３５の入力信号（図１では振幅調整回路２３の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。
【００６４】
電圧判定回路５０ｃは、本発明における第３の電圧判定回路として機能し、検出回路３０の出力信号（図１ではフィルター回路３８の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。
【００６５】
電圧判定回路５０ｄは、本発明における第４の電圧判定回路として機能し、電源回路４０が生成する内部電源が入力され、内部電源の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路５０ｃは、電源回路４０に入力される入力電源が入力され、入力電源の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６６】
例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６７】
故障判定回路６０は、本発明における故障判定回路として機能し、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの電圧判定信号がすべて正常を示していれば角速度検出装置１は故障していないと判定し、少なくとも１つの電圧判定信号が異常を示していれば角速度検出装置１は故障していると判定し、判定結果を示す故障判定信号を出力する。例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力する場合、故障判定回路６０はＯＲ回路で実現することができ、故障なしであればローレベル、故障ありであればハイレベルとなる故障判定信号が生成される。故障判定信号は外部出力端子１７から外部へ出力される。
【００６８】
外部出力端子１７には、通常使用時にホストＣＰＵが接続され、ホストＣＰＵは外部出力端子１７の電圧レベルをモニターして角速度検出装置１が故障しているか否かをリアルタイムに判断し、故障していると判断すれば、例えば、警告ランプを表示することができる。
【００６９】
スイッチ回路７０は、本発明におけるスイッチ回路として機能し、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの電圧判定信号のいずれか１つを選択して外部出力端子１８から外部へ出力する。スイッチ回路７０は、例えば、内部レジスタ（図示しない）の設定値や外部からの制御信号（図示しない）に基づいて、電圧判定信号を選択する。
【００７０】
角速度検出装置１が故障している場合には、外部出力端子１８に故障解析装置（例えば、ＰＣ）を接続し、スイッチ回路７０を切り替えながら外部出力端子１８の電圧レベルをモニターすることにより、角速度検出装置１の故障箇所を特定することができる。また、通常使用時に外部出力端子１８にホストＣＰＵを接続し、ホストＣＰＵが外部出力端子１８の電圧レベルをモニターして角速度検出装置１の故障箇所をリアルタイムに特定し、故障箇所に応じてより詳細な制御を行うようにしてもよい。
【００７１】
図５は、角速度検出装置１に角速度が加わっている時の図１のＡ点〜Ｈ点における信号波形の一例を示す図である。図５において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。
【００７２】
振幅調整回路２３の出力（Ａ点）には基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号（駆動信号）が発生し、この駆動信号が振動子１００の駆動電極１１２に供給されて振動子１００が振動し、ＡＣ増幅回路２２の出力（Ｂ点）には振動子１００の駆動電極１１３からフィードバックされた信号が増幅された交流電圧信号が発生する。
【００７３】
振動子１００にＺ軸を中心とする角速度が加わると、振動子１００の検出電極１１４、１１５には駆動電極１１２に供給される駆動信号と同じ周波数の交流電流が発生する。
【００７４】
振動子１００の検出電極１１４に発生した交流電流はチャージアンプ回路３１により交流電圧信号に変換され、チャージアンプ回路３１の出力（Ｃ点）にはＡＣ増幅回路２２の出力信号（Ｂ点の信号）と同じ位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７５】
振動子１００の検出電極１１５に発生する交流電流は検出電極１１４に発生する交流電流に対して逆位相であるので、チャージアンプ回路３２の出力（Ｄ点）にはチャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）に対して逆位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７６】
チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｄ点の信号）は差動増幅され、ＡＣ増幅回路３４の出力（Ｅ点）には、チャージアンプ回路３１の出力（Ｃ点）に発生する正弦波電圧信号と同位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７７】
ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｅ点の信号）は、同期検波回路３５によりＡＣ増幅回路２２の出力信号（Ｂ点の信号）に基づいて同期検波される。その結果、同期検波回路３５の出力（Ｆ点）には、ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｅ点の信号）が全波整流された信号が発生する。なお、振動子１００の検出電極１１４、１１５には、駆動電極１１２に供給される駆動信号と同位相で同じ周波数の不要な交流電流が発生するが、この不要な交流電流は同期検波回路３５により除去される。
【００７８】
平滑回路３６により同期検波回路３５の出力信号（Ｆ点の信号）が平滑化され、平滑回路３６の出力（Ｇ点）には基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧の信号が発生し、その結果、フィルター回路３８の出力（Ｈ点）、すなわち検出回路３０の出力にも基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧の信号が発生する。
【００７９】
なお、角速度検出装置１に図５と逆方向の角速度が加わった場合には、チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｄ点の信号）がともに１８０°反転した波形になる。そのため、検出回路３０の出力には基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧の信号が発生する。
【００８０】
このようにして検出回路３０は角速度を検出することができる。そして、検出回路３０が出力する検出信号は、その電圧レベルがコリオリの力の大きさ（角速度の大きさ）に比例し、その極性が回転方向により決まるので、外部出力端子１６に接続された外部装置は、検出信号に基づいて角速度検出装置１に加えられた角速度を計算することができる。
【００８１】
図６は、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃの回路構成の一例を示す図である。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態における電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、整流回路５２、平滑回路５４及び比較回路５６を含んで構成されている。
【００８３】
本実施形態における整流回路５２は、抵抗５２１、抵抗５２２、抵抗５２３、差動増幅器５２４、ダイオード５２５、ダイオード５２６及び抵抗５２７を含んで構成されている。
【００８４】
抵抗５２１の第１端子及び抵抗５２２の第１端子は、入力端子Ｉ１と接続されている。入力端子Ｉ１には図１に示した駆動回路２０の出力信号、同期検波回路３５の入力信号又は検出回路３０の出力信号が入力される。
【００８５】
抵抗５２１と抵抗５２３の抵抗値は等しく、抵抗５２１の第２端子、抵抗５２３の第１端子及び差動増幅器５２４の非反転入力端子（＋入力端子）が互いに接続されている。また、抵抗５２３の第２端子と差動増幅器５２４の出力端子が接続されている。また、抵抗５２２の第２端子、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及びダイオード５２５のアノード端子が互いに接続されている。また、ダイオード５２５のカソード端子、ダイオード５２６のカソード端子及び抵抗５２７の第１端子が互いに接続され、ダイオード５２６のアノード端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。抵抗５２７の第２端子は接地されている。
【００８６】
ダイオード５２６には順方向の電流が流れるので、ｐｎ接合の順方向降下電圧をＶｄとすると、ダイオード５２６のカソード端子の電圧はＶｒｅｆ−Ｖｄになる。従って、ダイオード５２５のカソード端子の電圧もＶｒｅｆ−Ｖｄになる。
【００８７】
入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い時、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶの時はダイオード５２５に順方向の電流が流れるので、ダイオード５２５のアノード端子の電圧はＶｒｅｆになる。従って、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及び非反転入力端子（＋入力端子）の電圧もともにＶｒｅｆになる。そうすると、抵抗５２１と抵抗５２３の抵抗値が等しいので、差動増幅器５２４の出力端子の電圧はＶｒｅｆ−ΔＶ、すなわち、入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶ）を基準電圧Ｖｒｅｆに対して折り返した電圧になる。
【００８８】
一方、入力端子Ｉ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い時、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ−ΔＶの時はダイオード５２５に電流が流れないので、ダイオード５２５のアノード端子の電圧は入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）と等しくなる。従って、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及び非反転入力端子（＋入力端子）の電圧もともにＶｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）になる。そのため、差動増幅器５２４の出力端子の電圧は入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）と等しくなる。
【００８９】
すなわち、整流回路５２は、入力端子Ｉ１に供給される信号を基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧の信号に整流する。
【００９０】
本実施形態における平滑回路５４は、抵抗５４１及びコンデンサー５４２を含んで構成されている。抵抗５４１の第１端子は差動増幅器５４４の出力端子と接続されており、抵抗５４１の第２端子とコンデンサー５４２の第１端子が接続され、コンデンサー５４２の第２端子は接地されている。すなわち、抵抗５４１とコンデンサー５４２による積分回路が構成されており、整流回路５２の出力信号は平滑回路５４により平滑されて直流信号になる。
【００９１】
本実施形態における比較回路５６は、差動増幅器５６１、５６３、可変抵抗５６２、５６４、ＯＲ回路５６５を含んで構成されている。
【００９２】
差動増幅器５６１の非反転入力端子（＋入力端子）と差動増幅器５６３の反転入力端子（−入力端子）は抵抗５４１の第２端子及びコンデンサー５４２の第１端子と接続されており、差動増幅器５６１の出力端子及び差動増幅器５６１の出力端子はそれぞれＯＲ回路５６５の第１入力端子及び第２入力端子と接続されている。可変抵抗５６２、５６４は、例えば、電源とグランドの間に複数の抵抗が直列接続された回路で実現することができ、選択信号（図示せず）に従い差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）及び差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）がそれぞれ各抵抗の間のタップのいずれかと接続される。
【００９３】
差動増幅器５６１及び５６３は、非反転入力端子（＋入力端子）の電圧が反転入力端子（−入力端子）の電圧よりも高い時は出力端子にハイレベルの電圧を出力し、非反転入力端子（＋入力端子）の電圧が反転入力端子（−入力端子）よりも低い時は出力端子にローレベルの電圧を出力する。差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）には、選択信号に従って電源電圧が抵抗分圧された電圧が上限閾値電圧として供給され、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが上限閾値電圧と比較される。差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）には、選択信号に従って電源電圧が抵抗分圧された電圧が下限閾値電圧として供給され、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と比較される。なお、本実施形態では、可変抵抗５６２及び５６４の抵抗値を変更することによって上限閾値電圧及び下限閾値電圧を変更することができるように構成されているが、上限閾値電圧及び下限閾値電圧を固定するようにしてもよい。
【００９４】
そして、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と上限閾値電圧の間にあればＯＲ回路５６５の出力信号がローレベルになり、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と上限閾値電圧の間になければＯＲ回路５６５の出力信号がハイレベルになる。そして、ＯＲ回路５６５の出力端子は出力端子Ｏ１と接続されており、ＯＲ回路５６５の出力信号は、出力端子Ｏ１を介して図１に示したスイッチ回路７０及び故障判定回路６０に供給される。
【００９５】
このように、本実施形態の電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、それぞれ、図１に示した駆動回路２０の出力信号（Ａ点の信号）、同期検波回路３５の入力信号（Ｅ点の信号）に発生する交流電圧信号の電圧レベルの積算値（パワー）が所定範囲にあれば正常と判定してローレベルの電圧を出力し、所定範囲になければ異常と判定してハイレベルの電圧を出力する。
【００９６】
図７は、電圧判定回路５０ｄの回路構成の一例を示す図である。
【００９７】
図７に示すように、本実施形態における電圧判定回路５０ｄは、比較回路５６のみで構成されている。電圧判定回路５０ｄには図１に示した電源回路４０が生成する内部電源が供給されるが、内部電源は一定の直流電圧信号であるため、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃと異なり、整流回路５２、平滑回路５４は不要である。
【００９８】
本実施形態の電圧判定回路５０ｄは、図１に示した電源回路４０が生成する内部電源の電圧レベルが所定範囲にあれば正常と判定してローレベルの電圧を出力し、所定範囲になければ異常と判定してハイレベルの電圧を出力する。
【００９９】
［故障箇所の特定手順］
図８は、角速度検出装置１の故障箇所を特定する手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図８のフローチャートにおいて、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、スイッチ回路７０は故障していないことを前提とする。なお、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力するものとする。また、故障判定回路６０は故障なしであればローレベル、故障ありであればハイレベルとなる故障判定信号を出力するものとする。以下、図８のフローチャートについて説明する。
【０１００】
まず、以後のすべての処理が終了するまで、角速度検出装置１を所定の角速度で回転、又は静止させる（ステップＳ１０）。
【０１０１】
次に、外部出力端子１７をモニターし、外部出力端子１７がローレベルであれば（ステップＳ２０でＮｏの場合）、故障なしと判断し（ステップＳ３０）、故障箇所の特定処理を行わずに終了する。
【０１０２】
外部出力端子１７がハイレベルであれば（ステップＳ２０でＹｅｓの場合）、故障ありと判断する（ステップＳ４０）。
【０１０３】
故障ありの場合は、まず、スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｄの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ５０）。これにより、電圧判定回路５０ｄが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０４】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ６０でＹｅｓの場合）、電源入力端子１５から入力される入力電源電圧が異常であるか、又は、電源回路４０が故障していると判断し（ステップＳ７０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０５】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ６０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ａの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ８０）。これにより、電圧判定回路５０ａが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０６】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ９０でＹｅｓの場合）、振動子１００の駆動部が故障しているか、又は、駆動回路２０のＩ／Ｖ変換回路２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１００）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０７】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ９０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｂの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ１１０）。これにより、電圧判定回路５０ｂが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０８】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ１２０でＹｅｓの場合）、振動子１００の検出部が故障しているか、又は、検出回路３０のチャージアンプ回路３１、３２、差動増幅回路３３、ＡＣ増幅回路３４のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１３０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０９】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ１２０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｃの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ１４０）。これにより、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１１０】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ１５０でＹｅｓの場合）、検出回路３０の同期検波回路３５、平滑回路３６、可変増幅回路３７、フィルター回路３８のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１６０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１１１】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、故障判定回路６０が故障していると判断し（ステップＳ１７０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１１２】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態の角速度検出装置では、電圧判定回路５０ａにより駆動回路２０（振幅調整回路２３）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｂにより同期検波回路３５の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｃにより検出回路３０（フィルター回路３８）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｃにより検出回路３０（フィルター回路３８）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｄにより電源回路４０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定する。そして、故障判定回路６０により、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの出力信号に基づいて故障の有無を判定する。
【０１１３】
故障判定回路６０が出力する故障判定信号は外部出力端子１７から外部に出力されるので、第１実施形態の角速度検出装置によれば、外部出力端子１７の電圧レベルをモニターすれば、故障の有無を外部から容易に判断することができる。
【０１１４】
さらに、スイッチ回路７０を切り替えれば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号が外部出力端子１８から外部に出力されるので、第１実施形態の角速度検出装置によれば、外部出力端子１７の電圧レベルをモニターすれば、駆動回路２０、検出回路３０、電源回路４０のいずれが故障しているかを外部からある程度特定することができる。
【０１１５】
また、第１実施形態の角速度検出装置によれば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号を外部へ出力する外部出力端子が１つで済むので角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が厳しい場合であっても故障箇所を特定することができる。
【０１１６】
［変形例］
図９及び図１０は、第１実施形態の変形例の構成を示す図である。
【０１１７】
図９に示す変形例は、角速度検出用ＩＣ１０がスイッチ回路７０及び外部出力端子１８を含まず、代わりに外部出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含む。そして、外部出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄからは、それぞれ電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する電圧判定信号が出力される。
【０１１８】
図９の変形例は、角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が緩い場合等に適用することができる。そして、図９の変形例によれば、スイッチ回路７０の分だけチップ面積を小さくできる可能性があり、また、スイッチで切り替えて電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号を選択する必要がないのでより簡単かつ短時間で故障箇所の特定ができる。
【０１１９】
図１０に示す変形例は、角速度検出用ＩＣ１０がスイッチ回路８０を含む。スイッチ回路８０は、本発明における第２のスイッチ回路として機能し、故障判定回路６０が出力する故障判定信号とスイッチ回路７０（本発明における第２のスイッチ回路として機能する）により選択された電圧判定信号のいずれかを選択して外部出力端子１７から外部へ出力する。スイッチ回路８０は、例えば、内部レジスタ（図示しない）の設定値や外部からの制御信号（図示しない）に基づいて、故障判定信号又は電圧判定信号を選択する。
【０１２０】
通常動作時は、スイッチ回路８０が故障判定信号を選択するように設定し、外部出力端子１６、１７に接続された外部装置（例えば、ホストＣＰＵ）は、外部出力端子１７から出力される故障判定信号の電圧レベルにより、角速度検出装置１の故障の有無を判定し、故障と判定した場合は、例えば警告ランプを点灯させることができる。
【０１２１】
一方、故障解析時は、スイッチ回路８０が故障判定信号を選択するように設定し、外部出力端子１６、１７に接続された外部装置（例えば、ＰＣ）は、スイッチ回路７０を切り替えながら、外部出力端子１７から出力される電圧判定信号の電圧レベルを順にモニターすることにより、角速度検出装置１の故障箇所を特定することができる。
【０１２２】
このように、図１０の変形例における角速度検出用ＩＣ１０は、故障判定信号又は電圧判定信号を外部に出力するために外部出力端子１７を兼用する。そのため、図１０の変形例は、角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が厳しい場合には特に有効である。
【０１２３】
２．第２実施形態の角速度検出装置
角速度検出装置１の移動時は角速度が加わるので角速度を検出可能な範囲を正常電圧範囲とする必要がある。そのため、第１実施形態では、例えば、電圧判定回路５０ｃにおいて、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は広い範囲に設定される。従って、検出回路３０の出力信号が電源電圧に張り付くような故障が検出できる。
【０１２４】
一方、角速度検出装置１の停止時は角速度が０であり、検出回路３０の出力信号は理想的には基準電圧Ｖｒｅｆの一定電圧の信号になるので、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする狭い範囲が正常電圧範囲である。そのため、第１実施形態では、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を移動時に合わせて広く設定していると、停止時の電圧（０点電圧）が基準電圧Ｖｒｅｆに対してオフセットを持つような故障を検出することができない。
【０１２５】
そこで、第２実施形態では、電圧判定回路５０ｃにおいて、停止時と移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲が異なる範囲に設定される。
【０１２６】
図１１は、第２実施形態の角速度検出装置の構成を示す図である。図１１において、図１と同じ構成には同じ番号を付している。
【０１２７】
第２実施形態の角速度検出装置１では、図１に示した第１実施形態の構成に対して外部入力端子１９が追加されており、外部入力端子１９から電圧判定回路５０ｃに制御信号１９２が入力される。制御信号１９２は、角速度検出装置１が移動しているか停止しているかを示す信号であり、例えば、移動時はハイレベル、停止時はローレベルとなる。
【０１２８】
第２実施形態における電圧判定回路５０ｃは、制御信号１９２に基づいて、図６に示した差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）に供給する上限閾値電圧及び差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）に供給する下限閾値電圧を変更する。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、検出回路３０の出力信号における移動時の正常電圧範囲と停止時の正常電圧範囲が異なるように、例えば、移動時の正常電圧範囲を停止時の正常電圧範囲よりも広くすることができる。
【０１２９】
このように設定することにより、例えば、故障により停止時であっても検出回路３０の出力信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆにごく近い値にならない場合、移動時は検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲が広いので故障検出ができないが、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆを中心とするごく狭い範囲としておけば、停止時に故障を検出することができるようになる。
【０１３０】
第２実施形態におけるその他の構成は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【０１３１】
なお、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、検出すべき角速度の大きさの最大値と感度電圧に基づいて決定することができる。
【０１３２】
例えば、角速度検出装置１を自動車の横転防止や横転検出に利用する場合、自動車が横転する角速度が約±３００ｄｐｓ（degree per second）、角速度検出装置１の感度電圧を６ｍＶ／ｄｐｓとすると、自動車が横転する時の検出回路３０の出力信号の電圧レベルは、基準電圧Ｖｒｅｆ±１．８Ｖである。実際には、角速度が約±２５０ｄｐｓを超えることは稀であるとすると、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆ−１．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋１．５Ｖ以下とすることができる。
【０１３３】
しかし、基準電圧Ｖｒｅｆ−１．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋１．５Ｖ以下を正常電圧範囲とすると、急カーブを高速で走行した場合等に、検出回路３０が故障していないのに故障判定回路６０から故障を示す故障判定信号が出力されて警告ランプを点灯する等の制御が行われる可能性がある。従って、検出回路３０が確実に故障している場合だけ故障判定回路６０から故障を示す故障判定信号が出力されるようにするためには、ノイズの影響も考慮して、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ−２．０Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋２．０Ｖ以下とすることが望ましい。
【０１３４】
一方、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする狭い範囲でよい。
【０１３５】
例えば、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、ノイズの影響も考慮して、基準電圧Ｖｒｅｆ−０．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋０．５Ｖ以下とすることができる。さらに、なるべく早く故障を検出することに重点を置くのであれば、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆ−０．３Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋０．３Ｖ以下とすることが望ましい。
【０１３６】
このように、第２実施形態の角速度検出装置において、検出回路３０の出力信号について、停止時は０点電圧付近のごく狭い電圧範囲を正常電圧範囲とし、移動時は検出可能な角速度の大きさに応じて正常電圧範囲を広くすることにより、故障の有無をより高い精度で判定することができる。
【０１３７】
３．第３実施形態の角速度検出装置
第３実施形態の角速度検出装置の構成は、図１１に示した第２実施形態の角速度検出装置１と同じ構成であるが、電圧判定回路５０ｃの構成が異なる。
【０１３８】
前述のとおり、角速度検出装置１の移動時は、一般に、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は広い範囲に設定される。そして、角速度検出装置１が故障していたとしても検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲にあれば故障検出できない。また、一般的には、検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲を超えている場合（例えば、検出回路３０の出力信号が電源電圧に張り付くような場合）であっても、角速度検出装置１が故障しているのか検出可能な最大の角速度よりも大きい角速度が加わったのかを区別することができない。すなわち、角速度検出装置１の移動時は故障の有無を正確に判定するのは難しく、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性がある。
【０１３９】
一方、一般的に、角速度検出装置１の停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は０点電圧を含む狭い電圧範囲に設定されるので、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性は低い。
【０１４０】
従って、角速度検出装置１の停止時にのみ検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するのが現実的である場合もある。そこで、第３実施形態における電圧判定回路５０ｃは、外部入力端子１９から入力される制御信号１９２に基づいて角速度検出装置１が移動しているか停止しているかを判断し、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しない。
【０１４１】
図１２に、第３実施形態における電圧判定回路５０ｃの構成例を示す。第３実施形態における電圧判定回路５０ｃは、図６に示した第１実施形態における電圧判定回路５０ｃに対して、入力端子Ｉ２、反転回路５６６及びＡＮＤ回路５６７が追加されており、その他の構成は同じである。
【０１４２】
反転回路５６６の入力端子は入力端子Ｉ２と接続されており、反転回路５６６の出力端子はＡＮＤ回路の第２入力端子と接続されている。ＡＮＤ回路５６７の第１入力端子はＯＲ回路５６５の出力端子と接続されており、ＡＮＤ回路５６７の出力端子は出力端子Ｏ１と接続されている。そして、ＡＮＤ回路５６７の出力信号は、出力端子Ｏ１を介して図１１に示したスイッチ回路７０及び故障判定回路６０に供給される。
【０１４３】
反転回路５６６には、入力端子Ｉ２を介して制御信号１９２が入力される。そして、制御信号１９２は、角速度検出装置１が移動している時はハイレベル、停止している時はローレベルとなる。
【０１４４】
従って、角速度検出装置１の移動時は反転回路５６６の出力がローレベルになり、その結果、ＡＮＤ回路５６７の出力もローレベルとなる。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、角速度検出装置１の移動時は、常に検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常であることを示す電圧判定信号を出力する。従って、角速度検出装置１の移動時は、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号は故障判定回路６０による故障判定に影響を与えない。
【０１４５】
一方、角速度検出装置１の停止時は反転回路５６６の出力がハイレベルになり、その結果、ＡＮＤ回路５６７の出力にＯＲ回路５６５の出力信号が伝搬する。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、角速度検出装置１の停止時は、検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定信号を出力する。従って、角速度検出装置１の停止時は、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号は故障判定回路６０による故障判定に使用される。
【０１４６】
このように、第３実施形態の角速度検出装置によれば、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、移動時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないので、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性を低くすることができる。
【０１４７】
なお、第１実施形態〜第３実施形態の角速度検出装置は、デジタルカメラ、携帯電話機、携帯型情報端末、カーナビゲーションシステム、自動車等の移動体やロボットの姿勢検出、姿勢制御を行う装置、バーチャルリアリティー等に使用されるヘッドマウントディスプレイ、頭の姿勢角度を検出するトラッカー、３Ｄゲームパッド等を使用するゲーム機等の種々の電子機器やシステムに組み込むことができる。
【０１４８】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１４９】
例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃを図７に示した電圧判定回路５０ｄと同じ回路構成で実現してもよい。
【０１５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】第１実施形態の角速度検出装置の構成を示す図。
【図２】振動子の平面図。
【図３】振動子の動作について説明するための図。
【図４】振動子の動作について説明するための図。
【図５】角速度検出装置に角速度が加わっている時の信号波形の一例を示す図。
【図６】電圧判定回路の回路構成の一例を示す図。
【図７】電圧判定回路の回路構成の一例を示す図。
【図８】角速度検出装置の故障箇所を特定する手順の一例を示すフローチャート図。
【図９】第１実施形態の変形例の構成を示す図。
【図１０】第１実施形態の他の変形例の構成を示す図。
【図１１】第２実施形態及び第３実施形態の角速度検出装置の構成を示す図。
【図１２】第３実施形態における電圧判定回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 角速度検出装置、１０ 角速度検出用ＩＣ、２０ 駆動回路、２１ Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）、２２ ＡＣ増幅回路、２３ 振幅調整回路、３０ 検出回路、３１ チャージアンプ回路、３２ チャージアンプ回路、３３ 差動増幅回路、３４ ＡＣ増幅回路、３５ 同期検波回路、３６ 平滑回路、３７ 可変増幅器、３８ フィルター回路、４０ 電源回路、５０a〜５０ｄ 電圧判定回路、５２ 整流回路、５４ 平滑回路、５６ 比較回路、６０ 故障判定回路、７０ スイッチ回路、８０ スイッチ回路、１００振動子、 １０１ａ 駆動振動腕、１０１ｂ 駆動振動腕、１０２ 検出振動腕、１０３ 幅広部、１０４ａ 駆動用基部、１０４ｂ 駆動用基部、１０５ａ 連結腕、１０５ｂ 連結腕、１０６ 幅広部、１０７ 検出用基部、１１２ 駆動電極、１１３ 駆動電極、１１４ 検出電極、１１５ 検出電極、１１６ 共通電極、１９２ 制御信号、５２１ 抵抗、５２２ 抵抗、５２３ 抵抗、５２４ 差動増幅器、５２５ ダイオード、５２６ ダイオード、５２７ 抵抗、５４１ 抵抗、５４２ コンデンサー、５６１ 差動増幅器、５６２ 可変抵抗、５６３ 差動増幅器、５６４ 可変抵抗、５６５ ＯＲ回路、５６６ 反転回路、５６７ ＡＮＤ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な物理量を検出する物理量検出装置が知られている。例えば、物理量として角速度を検出する角速度検出装置が知られており、角速度検出装置を搭載し、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて所定の制御を行う様々な電子機器やシステムが広く利用されている。例えば、カーナビゲーションシステムや携帯電話機では角速度検出装置により検出された角速度に基づいて現在位置が特定され、デジタルカメラでは角速度検出装置により検出された角速度に基づいて手ぶれ補正が行われる。また、例えば、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて自動車の傾きを検出し、傾きを一定にするように制御して横転事故を防止したり、横転を検出してサイドエアバックを作動させるシステムも開発されている。
【０００３】
これらの電子機器やシステムでは、角速度検出装置が故障すると誤った制御が行われるので、最近では、角速度検出装置が故障していないかどうかを検出し、故障している場合には警告ランプを点灯して修理を促す等の対策が行われている。特に、前述した自動車の横転防止や横転検出のような人命に関わるような制御は誤りが許されないため、角速度検出装置の故障をすばやく検出することが重要である。
【０００４】
例えば、特許文献１では、内部に故障判定回路を設けて故障の有無を判定し、故障判定信号を出力する角速度センサ装置が提案されている。
【特許文献１】特開平６−２０７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
角速度センサ装置の故障の有無を判定し、故障した角速度センサ装置を交換すれば修理は行えるが、製品の信頼性を維持するためには故障箇所を特定し、今後の設計開発にフィードバックすることも重要である。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された角速度センサ装置では、故障の有無を判定するだけであり、故障箇所を容易に特定することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、故障の有無を判定するだけでなく、故障箇所をある程度特定することができる物理量検出装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、前記物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力するセンサー素子と、駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、前記センサー素子の出力信号に対して検波処理を行う検波回路を有し、前記検波回路の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、複数の所定の信号の各々の電圧レベルが正常か否かを判定する複数の電圧判定回路と、前記複数の前記電圧判定回路の判定結果に基づいて、当該物理量検出装置が故障しているか否かを判定する故障判定回路と、前記電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子と、を含み、第１の前記電圧判定回路は、前記駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、第２の前記電圧判定回路は、前記検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする。
【０００９】
所定の物理量は、例えば、角速度、加速度、地磁気、圧力等である。
【００１０】
本発明の物理量検出装置において、例えば、電圧判定回路の数に等しい数の外部出力端子を設けて各電圧判定回路の判定結果を示す信号をそれぞれ専用の外部出力端子から出力するようにしてもよいし、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための兼用の外部出力端子を１つだけ設けるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の物理量検出装置では、第１の電圧判定回路により駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、第２の電圧判定回路により検出回路に含まれる検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、故障判定回路により、第１の電圧判定回路の判定結果及び第２の電圧判定回路の判定結果に基づいて故障の有無を判定する。
【００１２】
従って、本発明の物理量検出装置によれば、駆動回路の故障又は検出回路における検波回路より前の回路の故障があった場合には故障を検出することができる。
【００１３】
そして、本発明の物理量検出装置は、第１の電圧判定回路の判定結果を示す信号及び第２の電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子を含むので、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路が故障しているのかを特定することができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、故障の有無を判定するだけでなく、故障箇所をある程度特定することができる物理量検出装置を提供することができる。
【００１５】
（２）本発明の物理量検出装置は、各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力するスイッチ回路を含むようにしてもよい。
【００１６】
本発明の物理量検出装置によれば、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力する外部出力端子が１つで済むのでピン数の制約が厳しい場合であっても故障箇所を特定することができる。
【００１７】
（３）本発明の物理量検出装置は、各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択する第１のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路により選択された信号又は前記故障判定回路の判定結果を示す信号を選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力する第２のスイッチ回路と、を含むようにしてもよい。
【００１８】
本発明の物理量検出装置によれば、各電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力するためと故障判定回路の判定結果を示す信号を外部へ出力するために１つの外部出力端子を兼用することができるので、ピン数の制約が厳しい場合であっても故障の有無と故障箇所の特定を行うことができる。
【００１９】
（４）本発明の物理量検出装置において、第３の前記電圧判定回路は、前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の物理量検出装置によれば、検出回路における検波回路以降の回路の故障も検出することができる。
【００２１】
また、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路における検波回路より前の回路が故障しているのか、検出回路における検波回路以降の回路が故障しているのかを特定することができる。
【００２２】
（５）本発明の物理量検出装置において、前記第３の電圧判定回路は、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを第１の閾値と比較し、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを前記第１の閾値と異なる第２の閾値と比較し、比較結果に基づいて前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００２３】
本発明の物理量検出装置では、検出回路の出力信号の正常電圧範囲が移動時と停止時で異なる範囲に設定される。従って、例えば、検出回路の出力信号について、停止時は０点電圧付近のごく狭い電圧範囲を正常電圧範囲とし、移動時は検出可能な物理量の大きさに応じて正常電圧範囲を広くすれば、故障の有無をより高い精度で判定することができる。
【００２４】
（６）本発明の物理量検出装置において、前記第３の電圧判定回路は、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないようにしてもよい。
【００２５】
移動時における検出回路の出力信号の正常電圧範囲は、検出可能な物理量に応じて広い範囲に設定しなければならない。そのため、故障があっても検出回路の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲にあれば検出できない。また、検出回路の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲を超えている場合であっても、故障しているのか検出可能な最大値よりも大きい物理量が加わったのかを区別することができない。すなわち、移動時は故障の有無を正確に判定するのは難しく、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性がある。
【００２６】
一方、停止時は検出回路の出力信号の正常電圧範囲を０点電圧を含む狭い範囲に設定されるので、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性は低い。
【００２７】
本発明の物理量検出装置によれば、停止時は検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、移動時は検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないので、故障判定回路が故障の有無を誤判定する可能性を低くすることができる。
【００２８】
（７）本発明の物理量検出装置は、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを示す制御信号が入力される外部入力端子を含み、前記第３の電圧判定回路は、前記制御信号に基づいて、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを判断するようにしてもよい。
【００２９】
一般的に、移動しているのか停止しているのかを物理量検出装置の内部で正確に判断するためには面積サイズの大きい複雑な回路が必要になるため、物理量検出装置のコストが高くなる。
【００３０】
本発明によれば、移動しているか停止しているかを示す制御信号が外部から入力されるので、物理量検出装置のコストアップを抑制することができる。なお、外部のマイコンであれば、移動しているか停止しているかをより正確に判断して制御信号を生成し、本発明の物理量検出装置に供給することは比較的容易である。
【００３１】
（８）本発明の物理量検出装置は、外部から供給される入力電源に基づいて内部電源を生成する電源回路を含み、第４の前記電圧判定回路は、前記入力電源又は前記内部電源の電圧レベルが正常か否かを判定するようにしてもよい。
【００３２】
本発明の物理量検出装置によれば、入力電源の異常又は電源回路の故障も検出することができる。
【００３３】
また、本発明の物理量検出装置によれば、故障があった場合には、駆動回路が故障しているのか、検出回路における検波回路より前の回路が故障しているのか、検出回路における検波回路以降の回路が故障しているのか、電源回路の故障しているのか（又は入力電源の異常なのか）を特定することができる。
【００３４】
（９）本発明の物理量検出装置において、前記物理量は、角速度であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。
【００３６】
また、以下では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置（角速度検出装置）を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置に適用可能である。
【００３７】
１．第１実施形態の角速度検出装置
図１は、第１実施形態の角速度検出装置の構成を示す図である。
【００３８】
第１実施形態の角速度検出装置１は、振動子１００と角速度検出用ＩＣ１０を含む。以下、振動子１００及び角速度検出用ＩＣ１０について順に説明する。
【００３９】
［振動子］
振動子１００は、本発明におけるセンサー素子として機能し、角速度を検出し、検出した角速度の大きさに応じた信号を出力する。
【００４０】
図２は、振動子１００の平面図である。図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。
【００４１】
図２に示すように、振動子１００は、水晶などの圧電材料の薄板から形成され、２つの駆動用基部１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂ（広義には、駆動用振動片）が水晶の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。図１に示すように、駆動電極１１２、１１３は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部出力端子１１、外部入力端子１２を介して駆動回路２０に接続される。
【００４２】
駆動用基部１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ水晶のＸ軸方向に延びる連結腕１０５ａ、１０５ｂを介して検出用基部１０７に接続されている。検出振動腕１０２（広義には、検出振動片）は、検出用基部１０７から水晶のＹ軸方向に延出されている。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１０２ａの側面には共通電極１１６が形成されている。図１に示すように、検出電極１１４、１１５は、それぞれ、角速度検出用ＩＣ１０の外部入力端子１３、１４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。
【００４３】
駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に交番電圧／交番電流からなる駆動信号が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは圧電効果によって矢印Ｂのように屈曲振動する。
【００４４】
ここで、振動子１００が水晶のＺ軸を回転軸とした回転運動をすると、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向と水晶の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（矢印Ｃ）に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。
【００４５】
そして、これらの屈曲振動に基づいて発生する逆圧電効果によって、検出振動腕１０２の検出電極１１４、１１５と共通電極１１６との間には、それぞれ逆方向の交番電圧／交番電流が発生する。以上のようにして、振動子１００は、水晶のＺ軸を検出軸としてコリオリの力に基づく角速度成分を検出し、検出電極１１４、１１５を介して検出信号を出力する。
【００４６】
なお、図２の構成では、振動子１００のバランスを良くするために、検出用基部１０７を中央に配置し、検出用基部１０７から＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に検出振動腕１０２を延出させている。さらに、検出用基部１０７から＋Ｘ軸と−Ｘ軸の両方向に連結腕１０５ａ、１０５ｂを延出させ、連結腕１０５ａ、１０５ｂのそれぞれから、＋Ｙ軸と−Ｙ軸の両方向に駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂを延出させている。
【００４７】
また、駆動振動腕１０１ａ、１０１ｂの先端を幅広の幅広部１０３にし、さらに、錘を付けることでコリオリの力を大きくしている。また、錘効果によって、所望の共振周波数を、短い振動腕で得ることができる。同様の理由で、検出振動腕１０２の先端を幅広の幅広部１０６にし、さらに、錘を付けている。
【００４８】
なお、振動子１００は、上述のＷＴ型の構成に限らず、例えば、駆動振動腕と検出振動腕とを兼ねる構成であってもよく、また、駆動振動腕や検出振動腕に圧電膜を形成した構成であってもよい。
【００４９】
［角速度検出用ＩＣ］
図１に示すように、角速度検出用ＩＣ１０は、駆動回路２０、検出回路３０、電源回路４０、電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、故障判定回路６０、スイッチ回路７０を含む。
【００５０】
駆動回路２０は、本発明における駆動回路として機能し、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３を含んで構成されている。
【００５１】
振動子１００が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動電極１１３から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路２１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路２１は、入力された交流電流を振動子１００の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。
【００５２】
Ｉ／Ｖ変換回路２１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路２２に入力される。ＡＣ増幅回路２２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
【００５３】
ＡＣ増幅回路２２から出力された交流電圧信号は振幅調整回路２３に入力される。振幅調整回路２３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を振動子１００の駆動電極１１２に出力する。この駆動電極１１２に入力される交流電圧信号（駆動信号）により振動子１００が振動する。
【００５４】
検出回路３０は、本発明における検出回路として機能し、チャージアンプ回路３１、３２、差動増幅回路３３、ＡＣ増幅回路３４、同期検波回路３５、平滑回路３６、可変増幅器３７、フィルター回路３８を含んで構成されている。
【００５５】
チャージアンプ回路３１、３２には、振動子１００により検出された互いに逆位相の検出信号（交流電流）が検出電極１２、１３を介して入力される。そして、チャージアンプ回路３１、３２は、入力された検出信号（交流電流）を基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号に変換する。
【００５６】
差動増幅回路３３はチャージアンプ回路３１の出力信号とチャージアンプ回路３２の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路３３の出力信号は、さらにＡＣ増幅回路３４で増幅される。
【００５７】
同期検波回路３５は、本発明における検波回路として機能し、ＡＣ増幅回路２２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路３４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。
【００５８】
同期検波回路３５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路３６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路３７に入力される。
【００５９】
可変増幅回路３７は、平滑回路３６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（又は減衰率）で増幅（又は減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路３７で増幅（又は減衰）された信号は、フィルター回路３８に入力される。
【００６０】
フィルター回路３８は、可変増幅回路３７の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向及び大きさに応じた極性及び電圧レベルの検出信号を生成する。そして、この検出信号は外部出力端子１６から外部へ出力される。
【００６１】
電源回路４０は、本発明における電源回路として機能し、電源入力端子１５から入力された入力電源をレギュレートして所定電圧の内部電源を生成し、駆動回路２０、検出回路３０、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、故障判定回路６０及びスイッチ回路７０に供給する。
【００６２】
電圧判定回路５０ａは、本発明における第１の電圧判定回路として機能し、駆動回路２０の出力信号（図１では振幅調整回路２３の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路５０ａは、駆動回路２０の入力信号（図１ではＩ／Ｖ変換回路２１の入力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６３】
電圧判定回路５０ｂは、本発明における第２の電圧判定回路として機能し、検出回路３０に含まれる同期検波回路３５の入力信号（図１では振幅調整回路２３の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。
【００６４】
電圧判定回路５０ｃは、本発明における第３の電圧判定回路として機能し、検出回路３０の出力信号（図１ではフィルター回路３８の出力信号）が入力され、当該信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。
【００６５】
電圧判定回路５０ｄは、本発明における第４の電圧判定回路として機能し、電源回路４０が生成する内部電源が入力され、内部電源の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路５０ｃは、電源回路４０に入力される入力電源が入力され、入力電源の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６６】
例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力するようにしてもよい。
【００６７】
故障判定回路６０は、本発明における故障判定回路として機能し、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの電圧判定信号がすべて正常を示していれば角速度検出装置１は故障していないと判定し、少なくとも１つの電圧判定信号が異常を示していれば角速度検出装置１は故障していると判定し、判定結果を示す故障判定信号を出力する。例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力する場合、故障判定回路６０はＯＲ回路で実現することができ、故障なしであればローレベル、故障ありであればハイレベルとなる故障判定信号が生成される。故障判定信号は外部出力端子１７から外部へ出力される。
【００６８】
外部出力端子１７には、通常使用時にホストＣＰＵが接続され、ホストＣＰＵは外部出力端子１７の電圧レベルをモニターして角速度検出装置１が故障しているか否かをリアルタイムに判断し、故障していると判断すれば、例えば、警告ランプを表示することができる。
【００６９】
スイッチ回路７０は、本発明におけるスイッチ回路として機能し、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの電圧判定信号のいずれか１つを選択して外部出力端子１８から外部へ出力する。スイッチ回路７０は、例えば、内部レジスタ（図示しない）の設定値や外部からの制御信号（図示しない）に基づいて、電圧判定信号を選択する。
【００７０】
角速度検出装置１が故障している場合には、外部出力端子１８に故障解析装置（例えば、ＰＣ）を接続し、スイッチ回路７０を切り替えながら外部出力端子１８の電圧レベルをモニターすることにより、角速度検出装置１の故障箇所を特定することができる。また、通常使用時に外部出力端子１８にホストＣＰＵを接続し、ホストＣＰＵが外部出力端子１８の電圧レベルをモニターして角速度検出装置１の故障箇所をリアルタイムに特定し、故障箇所に応じてより詳細な制御を行うようにしてもよい。
【００７１】
図５は、角速度検出装置１に角速度が加わっている時の図１のＡ点〜Ｈ点における信号波形の一例を示す図である。図５において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。
【００７２】
振幅調整回路２３の出力（Ａ点）には基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号（駆動信号）が発生し、この駆動信号が振動子１００の駆動電極１１２に供給されて振動子１００が振動し、ＡＣ増幅回路２２の出力（Ｂ点）には振動子１００の駆動電極１１３からフィードバックされた信号が増幅された交流電圧信号が発生する。
【００７３】
振動子１００にＺ軸を中心とする角速度が加わると、振動子１００の検出電極１１４、１１５には駆動電極１１２に供給される駆動信号と同じ周波数の交流電流が発生する。
【００７４】
振動子１００の検出電極１１４に発生した交流電流はチャージアンプ回路３１により交流電圧信号に変換され、チャージアンプ回路３１の出力（Ｃ点）にはＡＣ増幅回路２２の出力信号（Ｂ点の信号）と同じ位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７５】
振動子１００の検出電極１１５に発生する交流電流は検出電極１１４に発生する交流電流に対して逆位相であるので、チャージアンプ回路３２の出力（Ｄ点）にはチャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）に対して逆位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７６】
チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｄ点の信号）は差動増幅され、ＡＣ増幅回路３４の出力（Ｅ点）には、チャージアンプ回路３１の出力（Ｃ点）に発生する正弦波電圧信号と同位相の正弦波電圧信号が発生する。
【００７７】
ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｅ点の信号）は、同期検波回路３５によりＡＣ増幅回路２２の出力信号（Ｂ点の信号）に基づいて同期検波される。その結果、同期検波回路３５の出力（Ｆ点）には、ＡＣ増幅回路３４の出力信号（Ｅ点の信号）が全波整流された信号が発生する。なお、振動子１００の検出電極１１４、１１５には、駆動電極１１２に供給される駆動信号と同位相で同じ周波数の不要な交流電流が発生するが、この不要な交流電流は同期検波回路３５により除去される。
【００７８】
平滑回路３６により同期検波回路３５の出力信号（Ｆ点の信号）が平滑化され、平滑回路３６の出力（Ｇ点）には基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧の信号が発生し、その結果、フィルター回路３８の出力（Ｈ点）、すなわち検出回路３０の出力にも基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い電圧の信号が発生する。
【００７９】
なお、角速度検出装置１に図５と逆方向の角速度が加わった場合には、チャージアンプ回路３１の出力信号（Ｃ点の信号）及びチャージアンプ回路３２の出力信号（Ｄ点の信号）がともに１８０°反転した波形になる。そのため、検出回路３０の出力には基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧の信号が発生する。
【００８０】
このようにして検出回路３０は角速度を検出することができる。そして、検出回路３０が出力する検出信号は、その電圧レベルがコリオリの力の大きさ（角速度の大きさ）に比例し、その極性が回転方向により決まるので、外部出力端子１６に接続された外部装置は、検出信号に基づいて角速度検出装置１に加えられた角速度を計算することができる。
【００８１】
図６は、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃの回路構成の一例を示す図である。
【００８２】
図６に示すように、本実施形態における電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、整流回路５２、平滑回路５４及び比較回路５６を含んで構成されている。
【００８３】
本実施形態における整流回路５２は、抵抗５２１、抵抗５２２、抵抗５２３、差動増幅器５２４、ダイオード５２５、ダイオード５２６及び抵抗５２７を含んで構成されている。
【００８４】
抵抗５２１の第１端子及び抵抗５２２の第１端子は、入力端子Ｉ１と接続されている。入力端子Ｉ１には図１に示した駆動回路２０の出力信号、同期検波回路３５の入力信号又は検出回路３０の出力信号が入力される。
【００８５】
抵抗５２１と抵抗５２３の抵抗値は等しく、抵抗５２１の第２端子、抵抗５２３の第１端子及び差動増幅器５２４の非反転入力端子（＋入力端子）が互いに接続されている。また、抵抗５２３の第２端子と差動増幅器５２４の出力端子が接続されている。また、抵抗５２２の第２端子、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及びダイオード５２５のアノード端子が互いに接続されている。また、ダイオード５２５のカソード端子、ダイオード５２６のカソード端子及び抵抗５２７の第１端子が互いに接続され、ダイオード５２６のアノード端子には基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。抵抗５２７の第２端子は接地されている。
【００８６】
ダイオード５２６には順方向の電流が流れるので、ｐｎ接合の順方向降下電圧をＶｄとすると、ダイオード５２６のカソード端子の電圧はＶｒｅｆ−Ｖｄになる。従って、ダイオード５２５のカソード端子の電圧もＶｒｅｆ−Ｖｄになる。
【００８７】
入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い時、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶの時はダイオード５２５に順方向の電流が流れるので、ダイオード５２５のアノード端子の電圧はＶｒｅｆになる。従って、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及び非反転入力端子（＋入力端子）の電圧もともにＶｒｅｆになる。そうすると、抵抗５２１と抵抗５２３の抵抗値が等しいので、差動増幅器５２４の出力端子の電圧はＶｒｅｆ−ΔＶ、すなわち、入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ＋ΔＶ）を基準電圧Ｖｒｅｆに対して折り返した電圧になる。
【００８８】
一方、入力端子Ｉ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い時、すなわち、Ｖｉｎ＝Ｖｒｅｆ−ΔＶの時はダイオード５２５に電流が流れないので、ダイオード５２５のアノード端子の電圧は入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）と等しくなる。従って、差動増幅器５２４の反転入力端子（−入力端子）及び非反転入力端子（＋入力端子）の電圧もともにＶｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）になる。そのため、差動増幅器５２４の出力端子の電圧は入力端子Ｉ１の電圧Ｖｉｎ（＝Ｖｒｅｆ−ΔＶ）と等しくなる。
【００８９】
すなわち、整流回路５２は、入力端子Ｉ１に供給される信号を基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧の信号に整流する。
【００９０】
本実施形態における平滑回路５４は、抵抗５４１及びコンデンサー５４２を含んで構成されている。抵抗５４１の第１端子は差動増幅器５４４の出力端子と接続されており、抵抗５４１の第２端子とコンデンサー５４２の第１端子が接続され、コンデンサー５４２の第２端子は接地されている。すなわち、抵抗５４１とコンデンサー５４２による積分回路が構成されており、整流回路５２の出力信号は平滑回路５４により平滑されて直流信号になる。
【００９１】
本実施形態における比較回路５６は、差動増幅器５６１、５６３、可変抵抗５６２、５６４、ＯＲ回路５６５を含んで構成されている。
【００９２】
差動増幅器５６１の非反転入力端子（＋入力端子）と差動増幅器５６３の反転入力端子（−入力端子）は抵抗５４１の第２端子及びコンデンサー５４２の第１端子と接続されており、差動増幅器５６１の出力端子及び差動増幅器５６１の出力端子はそれぞれＯＲ回路５６５の第１入力端子及び第２入力端子と接続されている。可変抵抗５６２、５６４は、例えば、電源とグランドの間に複数の抵抗が直列接続された回路で実現することができ、選択信号（図示せず）に従い差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）及び差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）がそれぞれ各抵抗の間のタップのいずれかと接続される。
【００９３】
差動増幅器５６１及び５６３は、非反転入力端子（＋入力端子）の電圧が反転入力端子（−入力端子）の電圧よりも高い時は出力端子にハイレベルの電圧を出力し、非反転入力端子（＋入力端子）の電圧が反転入力端子（−入力端子）よりも低い時は出力端子にローレベルの電圧を出力する。差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）には、選択信号に従って電源電圧が抵抗分圧された電圧が上限閾値電圧として供給され、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが上限閾値電圧と比較される。差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）には、選択信号に従って電源電圧が抵抗分圧された電圧が下限閾値電圧として供給され、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と比較される。なお、本実施形態では、可変抵抗５６２及び５６４の抵抗値を変更することによって上限閾値電圧及び下限閾値電圧を変更することができるように構成されているが、上限閾値電圧及び下限閾値電圧を固定するようにしてもよい。
【００９４】
そして、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と上限閾値電圧の間にあればＯＲ回路５６５の出力信号がローレベルになり、平滑回路５４の出力信号の電圧レベルが下限閾値電圧と上限閾値電圧の間になければＯＲ回路５６５の出力信号がハイレベルになる。そして、ＯＲ回路５６５の出力端子は出力端子Ｏ１と接続されており、ＯＲ回路５６５の出力信号は、出力端子Ｏ１を介して図１に示したスイッチ回路７０及び故障判定回路６０に供給される。
【００９５】
このように、本実施形態の電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、それぞれ、図１に示した駆動回路２０の出力信号（Ａ点の信号）、同期検波回路３５の入力信号（Ｅ点の信号）に発生する交流電圧信号の電圧レベルの積算値（パワー）が所定範囲にあれば正常と判定してローレベルの電圧を出力し、所定範囲になければ異常と判定してハイレベルの電圧を出力する。
【００９６】
図７は、電圧判定回路５０ｄの回路構成の一例を示す図である。
【００９７】
図７に示すように、本実施形態における電圧判定回路５０ｄは、比較回路５６のみで構成されている。電圧判定回路５０ｄには図１に示した電源回路４０が生成する内部電源が供給されるが、内部電源は一定の直流電圧信号であるため、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃと異なり、整流回路５２、平滑回路５４は不要である。
【００９８】
本実施形態の電圧判定回路５０ｄは、図１に示した電源回路４０が生成する内部電源の電圧レベルが所定範囲にあれば正常と判定してローレベルの電圧を出力し、所定範囲になければ異常と判定してハイレベルの電圧を出力する。
【００９９】
［故障箇所の特定手順］
図８は、角速度検出装置１の故障箇所を特定する手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図８のフローチャートにおいて、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、スイッチ回路７０は故障していないことを前提とする。なお、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、各入力信号の電圧レベルが正常と判定すればローレベル、異常と判定すればハイレベルとなる電圧判定信号を出力するものとする。また、故障判定回路６０は故障なしであればローレベル、故障ありであればハイレベルとなる故障判定信号を出力するものとする。以下、図８のフローチャートについて説明する。
【０１００】
まず、以後のすべての処理が終了するまで、角速度検出装置１を所定の角速度で回転、又は静止させる（ステップＳ１０）。
【０１０１】
次に、外部出力端子１７をモニターし、外部出力端子１７がローレベルであれば（ステップＳ２０でＮｏの場合）、故障なしと判断し（ステップＳ３０）、故障箇所の特定処理を行わずに終了する。
【０１０２】
外部出力端子１７がハイレベルであれば（ステップＳ２０でＹｅｓの場合）、故障ありと判断する（ステップＳ４０）。
【０１０３】
故障ありの場合は、まず、スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｄの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ５０）。これにより、電圧判定回路５０ｄが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０４】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ６０でＹｅｓの場合）、電源入力端子１５から入力される入力電源電圧が異常であるか、又は、電源回路４０が故障していると判断し（ステップＳ７０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０５】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ６０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ａの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ８０）。これにより、電圧判定回路５０ａが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０６】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ９０でＹｅｓの場合）、振動子１００の駆動部が故障しているか、又は、駆動回路２０のＩ／Ｖ変換回路２１、ＡＣ増幅回路２２、振幅調整回路２３のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１００）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０７】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ９０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｂの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ１１０）。これにより、電圧判定回路５０ｂが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１０８】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ１２０でＹｅｓの場合）、振動子１００の検出部が故障しているか、又は、検出回路３０のチャージアンプ回路３１、３２、差動増幅回路３３、ＡＣ増幅回路３４のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１３０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１０９】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ１２０でＮｏの場合）スイッチ回路７０を切り替え、電圧判定回路５０ｃの出力と外部出力端子１８を接続する（ステップＳ１４０）。これにより、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号が外部出力端子１８から出力されるようになる。
【０１１０】
外部出力端子１８がハイレベルであれば（ステップＳ１５０でＹｅｓの場合）、検出回路３０の同期検波回路３５、平滑回路３６、可変増幅回路３７、フィルター回路３８のいずれかが故障していると判断し（ステップＳ１６０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１１１】
外部出力端子１８がローレベルであれば（ステップＳ１５０でＮｏの場合）、故障判定回路６０が故障していると判断し（ステップＳ１７０）、故障箇所の特定処理を終了する。
【０１１２】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態の角速度検出装置では、電圧判定回路５０ａにより駆動回路２０（振幅調整回路２３）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｂにより同期検波回路３５の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｃにより検出回路３０（フィルター回路３８）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｃにより検出回路３０（フィルター回路３８）の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定回路５０ｄにより電源回路４０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定する。そして、故障判定回路６０により、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの出力信号に基づいて故障の有無を判定する。
【０１１３】
故障判定回路６０が出力する故障判定信号は外部出力端子１７から外部に出力されるので、第１実施形態の角速度検出装置によれば、外部出力端子１７の電圧レベルをモニターすれば、故障の有無を外部から容易に判断することができる。
【０１１４】
さらに、スイッチ回路７０を切り替えれば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号が外部出力端子１８から外部に出力されるので、第１実施形態の角速度検出装置によれば、外部出力端子１７の電圧レベルをモニターすれば、駆動回路２０、検出回路３０、電源回路４０のいずれが故障しているかを外部からある程度特定することができる。
【０１１５】
また、第１実施形態の角速度検出装置によれば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号を外部へ出力する外部出力端子が１つで済むので角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が厳しい場合であっても故障箇所を特定することができる。
【０１１６】
［変形例］
図９及び図１０は、第１実施形態の変形例の構成を示す図である。
【０１１７】
図９に示す変形例は、角速度検出用ＩＣ１０がスイッチ回路７０及び外部出力端子１８を含まず、代わりに外部出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを含む。そして、外部出力端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄからは、それぞれ電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する電圧判定信号が出力される。
【０１１８】
図９の変形例は、角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が緩い場合等に適用することができる。そして、図９の変形例によれば、スイッチ回路７０の分だけチップ面積を小さくできる可能性があり、また、スイッチで切り替えて電圧判定回路５０a、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが出力する各電圧判定信号を選択する必要がないのでより簡単かつ短時間で故障箇所の特定ができる。
【０１１９】
図１０に示す変形例は、角速度検出用ＩＣ１０がスイッチ回路８０を含む。スイッチ回路８０は、本発明における第２のスイッチ回路として機能し、故障判定回路６０が出力する故障判定信号とスイッチ回路７０（本発明における第２のスイッチ回路として機能する）により選択された電圧判定信号のいずれかを選択して外部出力端子１７から外部へ出力する。スイッチ回路８０は、例えば、内部レジスタ（図示しない）の設定値や外部からの制御信号（図示しない）に基づいて、故障判定信号又は電圧判定信号を選択する。
【０１２０】
通常動作時は、スイッチ回路８０が故障判定信号を選択するように設定し、外部出力端子１６、１７に接続された外部装置（例えば、ホストＣＰＵ）は、外部出力端子１７から出力される故障判定信号の電圧レベルにより、角速度検出装置１の故障の有無を判定し、故障と判定した場合は、例えば警告ランプを点灯させることができる。
【０１２１】
一方、故障解析時は、スイッチ回路８０が故障判定信号を選択するように設定し、外部出力端子１６、１７に接続された外部装置（例えば、ＰＣ）は、スイッチ回路７０を切り替えながら、外部出力端子１７から出力される電圧判定信号の電圧レベルを順にモニターすることにより、角速度検出装置１の故障箇所を特定することができる。
【０１２２】
このように、図１０の変形例における角速度検出用ＩＣ１０は、故障判定信号又は電圧判定信号を外部に出力するために外部出力端子１７を兼用する。そのため、図１０の変形例は、角速度検出用ＩＣ１０のピン数の制約が厳しい場合には特に有効である。
【０１２３】
２．第２実施形態の角速度検出装置
角速度検出装置１の移動時は角速度が加わるので角速度を検出可能な範囲を正常電圧範囲とする必要がある。そのため、第１実施形態では、例えば、電圧判定回路５０ｃにおいて、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は広い範囲に設定される。従って、検出回路３０の出力信号が電源電圧に張り付くような故障が検出できる。
【０１２４】
一方、角速度検出装置１の停止時は角速度が０であり、検出回路３０の出力信号は理想的には基準電圧Ｖｒｅｆの一定電圧の信号になるので、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする狭い範囲が正常電圧範囲である。そのため、第１実施形態では、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を移動時に合わせて広く設定していると、停止時の電圧（０点電圧）が基準電圧Ｖｒｅｆに対してオフセットを持つような故障を検出することができない。
【０１２５】
そこで、第２実施形態では、電圧判定回路５０ｃにおいて、停止時と移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲が異なる範囲に設定される。
【０１２６】
図１１は、第２実施形態の角速度検出装置の構成を示す図である。図１１において、図１と同じ構成には同じ番号を付している。
【０１２７】
第２実施形態の角速度検出装置１では、図１に示した第１実施形態の構成に対して外部入力端子１９が追加されており、外部入力端子１９から電圧判定回路５０ｃに制御信号１９２が入力される。制御信号１９２は、角速度検出装置１が移動しているか停止しているかを示す信号であり、例えば、移動時はハイレベル、停止時はローレベルとなる。
【０１２８】
第２実施形態における電圧判定回路５０ｃは、制御信号１９２に基づいて、図６に示した差動増幅器５６１の反転入力端子（−入力端子）に供給する上限閾値電圧及び差動増幅器５６３の非反転入力端子（＋入力端子）に供給する下限閾値電圧を変更する。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、検出回路３０の出力信号における移動時の正常電圧範囲と停止時の正常電圧範囲が異なるように、例えば、移動時の正常電圧範囲を停止時の正常電圧範囲よりも広くすることができる。
【０１２９】
このように設定することにより、例えば、故障により停止時であっても検出回路３０の出力信号の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆにごく近い値にならない場合、移動時は検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲が広いので故障検出ができないが、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆを中心とするごく狭い範囲としておけば、停止時に故障を検出することができるようになる。
【０１３０】
第２実施形態におけるその他の構成は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。
【０１３１】
なお、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、検出すべき角速度の大きさの最大値と感度電圧に基づいて決定することができる。
【０１３２】
例えば、角速度検出装置１を自動車の横転防止や横転検出に利用する場合、自動車が横転する角速度が約±３００ｄｐｓ（degree per second）、角速度検出装置１の感度電圧を６ｍＶ／ｄｐｓとすると、自動車が横転する時の検出回路３０の出力信号の電圧レベルは、基準電圧Ｖｒｅｆ±１．８Ｖである。実際には、角速度が約±２５０ｄｐｓを超えることは稀であるとすると、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆ−１．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋１．５Ｖ以下とすることができる。
【０１３３】
しかし、基準電圧Ｖｒｅｆ−１．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋１．５Ｖ以下を正常電圧範囲とすると、急カーブを高速で走行した場合等に、検出回路３０が故障していないのに故障判定回路６０から故障を示す故障判定信号が出力されて警告ランプを点灯する等の制御が行われる可能性がある。従って、検出回路３０が確実に故障している場合だけ故障判定回路６０から故障を示す故障判定信号が出力されるようにするためには、ノイズの影響も考慮して、移動時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を、例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ−２．０Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋２．０Ｖ以下とすることが望ましい。
【０１３４】
一方、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする狭い範囲でよい。
【０１３５】
例えば、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は、ノイズの影響も考慮して、基準電圧Ｖｒｅｆ−０．５Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋０．５Ｖ以下とすることができる。さらに、なるべく早く故障を検出することに重点を置くのであれば、停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲を基準電圧Ｖｒｅｆ−０．３Ｖ以上基準電圧Ｖｒｅｆ＋０．３Ｖ以下とすることが望ましい。
【０１３６】
このように、第２実施形態の角速度検出装置において、検出回路３０の出力信号について、停止時は０点電圧付近のごく狭い電圧範囲を正常電圧範囲とし、移動時は検出可能な角速度の大きさに応じて正常電圧範囲を広くすることにより、故障の有無をより高い精度で判定することができる。
【０１３７】
３．第３実施形態の角速度検出装置
第３実施形態の角速度検出装置の構成は、図１１に示した第２実施形態の角速度検出装置１と同じ構成であるが、電圧判定回路５０ｃの構成が異なる。
【０１３８】
前述のとおり、角速度検出装置１の移動時は、一般に、検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は広い範囲に設定される。そして、角速度検出装置１が故障していたとしても検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲にあれば故障検出できない。また、一般的には、検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常電圧範囲を超えている場合（例えば、検出回路３０の出力信号が電源電圧に張り付くような場合）であっても、角速度検出装置１が故障しているのか検出可能な最大の角速度よりも大きい角速度が加わったのかを区別することができない。すなわち、角速度検出装置１の移動時は故障の有無を正確に判定するのは難しく、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性がある。
【０１３９】
一方、一般的に、角速度検出装置１の停止時における検出回路３０の出力信号の正常電圧範囲は０点電圧を含む狭い電圧範囲に設定されるので、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性は低い。
【０１４０】
従って、角速度検出装置１の停止時にのみ検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定するのが現実的である場合もある。そこで、第３実施形態における電圧判定回路５０ｃは、外部入力端子１９から入力される制御信号１９２に基づいて角速度検出装置１が移動しているか停止しているかを判断し、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しない。
【０１４１】
図１２に、第３実施形態における電圧判定回路５０ｃの構成例を示す。第３実施形態における電圧判定回路５０ｃは、図６に示した第１実施形態における電圧判定回路５０ｃに対して、入力端子Ｉ２、反転回路５６６及びＡＮＤ回路５６７が追加されており、その他の構成は同じである。
【０１４２】
反転回路５６６の入力端子は入力端子Ｉ２と接続されており、反転回路５６６の出力端子はＡＮＤ回路の第２入力端子と接続されている。ＡＮＤ回路５６７の第１入力端子はＯＲ回路５６５の出力端子と接続されており、ＡＮＤ回路５６７の出力端子は出力端子Ｏ１と接続されている。そして、ＡＮＤ回路５６７の出力信号は、出力端子Ｏ１を介して図１１に示したスイッチ回路７０及び故障判定回路６０に供給される。
【０１４３】
反転回路５６６には、入力端子Ｉ２を介して制御信号１９２が入力される。そして、制御信号１９２は、角速度検出装置１が移動している時はハイレベル、停止している時はローレベルとなる。
【０１４４】
従って、角速度検出装置１の移動時は反転回路５６６の出力がローレベルになり、その結果、ＡＮＤ回路５６７の出力もローレベルとなる。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、角速度検出装置１の移動時は、常に検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常であることを示す電圧判定信号を出力する。従って、角速度検出装置１の移動時は、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号は故障判定回路６０による故障判定に影響を与えない。
【０１４５】
一方、角速度検出装置１の停止時は反転回路５６６の出力がハイレベルになり、その結果、ＡＮＤ回路５６７の出力にＯＲ回路５６５の出力信号が伝搬する。すなわち、電圧判定回路５０ｃは、角速度検出装置１の停止時は、検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、電圧判定信号を出力する。従って、角速度検出装置１の停止時は、電圧判定回路５０ｃが出力する電圧判定信号は故障判定回路６０による故障判定に使用される。
【０１４６】
このように、第３実施形態の角速度検出装置によれば、停止時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、移動時は検出回路３０の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないので、故障判定回路６０が故障の有無を誤判定する可能性を低くすることができる。
【０１４７】
なお、第１実施形態〜第３実施形態の角速度検出装置は、デジタルカメラ、携帯電話機、携帯型情報端末、カーナビゲーションシステム、自動車等の移動体やロボットの姿勢検出、姿勢制御を行う装置、バーチャルリアリティー等に使用されるヘッドマウントディスプレイ、頭の姿勢角度を検出するトラッカー、３Ｄゲームパッド等を使用するゲーム機等の種々の電子機器やシステムに組み込むことができる。
【０１４８】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１４９】
例えば、電圧判定回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃを図７に示した電圧判定回路５０ｄと同じ回路構成で実現してもよい。
【０１５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】第１実施形態の角速度検出装置の構成を示す図。
【図２】振動子の平面図。
【図３】振動子の動作について説明するための図。
【図４】振動子の動作について説明するための図。
【図５】角速度検出装置に角速度が加わっている時の信号波形の一例を示す図。
【図６】電圧判定回路の回路構成の一例を示す図。
【図７】電圧判定回路の回路構成の一例を示す図。
【図８】角速度検出装置の故障箇所を特定する手順の一例を示すフローチャート図。
【図９】第１実施形態の変形例の構成を示す図。
【図１０】第１実施形態の他の変形例の構成を示す図。
【図１１】第２実施形態及び第３実施形態の角速度検出装置の構成を示す図。
【図１２】第３実施形態における電圧判定回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
【０１５２】
１ 角速度検出装置、１０ 角速度検出用ＩＣ、２０ 駆動回路、２１ Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）、２２ ＡＣ増幅回路、２３ 振幅調整回路、３０ 検出回路、３１ チャージアンプ回路、３２ チャージアンプ回路、３３ 差動増幅回路、３４ ＡＣ増幅回路、３５ 同期検波回路、３６ 平滑回路、３７ 可変増幅器、３８ フィルター回路、４０ 電源回路、５０a〜５０ｄ 電圧判定回路、５２ 整流回路、５４ 平滑回路、５６ 比較回路、６０ 故障判定回路、７０ スイッチ回路、８０ スイッチ回路、１００振動子、 １０１ａ 駆動振動腕、１０１ｂ 駆動振動腕、１０２ 検出振動腕、１０３ 幅広部、１０４ａ 駆動用基部、１０４ｂ 駆動用基部、１０５ａ 連結腕、１０５ｂ 連結腕、１０６ 幅広部、１０７ 検出用基部、１１２ 駆動電極、１１３ 駆動電極、１１４ 検出電極、１１５ 検出電極、１１６ 共通電極、１９２ 制御信号、５２１ 抵抗、５２２ 抵抗、５２３ 抵抗、５２４ 差動増幅器、５２５ ダイオード、５２６ ダイオード、５２７ 抵抗、５４１ 抵抗、５４２ コンデンサー、５６１ 差動増幅器、５６２ 可変抵抗、５６３ 差動増幅器、５６４ 可変抵抗、５６５ ＯＲ回路、５６６ 反転回路、５６７ ＡＮＤ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力するセンサー素子と、
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、
前記センサー素子の出力信号に対して検波処理を行う検波回路を有し、前記検波回路の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、
複数の所定の信号の各々の電圧レベルが正常か否かを判定する複数の電圧判定回路と、
前記複数の前記電圧判定回路の判定結果に基づいて、当該物理量検出装置が故障しているか否かを判定する故障判定回路と、
前記電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子と、を含み、
第１の前記電圧判定回路は、
前記駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、
第２の前記電圧判定回路は、
前記検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力するスイッチ回路を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択する第１のスイッチ回路と、
前記第１のスイッチ回路により選択された信号又は前記故障判定回路の判定結果を示す信号を選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力する第２のスイッチ回路と、を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
第３の前記電圧判定回路は、
前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第３の電圧判定回路は、
当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを第１の閾値と比較し、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを前記第１の閾値と異なる第２の閾値と比較し、比較結果に基づいて前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記第３の電圧判定回路は、
当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、
当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを示す制御信号が入力される外部入力端子を含み、
前記第３の電圧判定回路は、
前記制御信号に基づいて、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを判断することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
外部から供給される入力電源に基づいて内部電源を生成する電源回路を含み、
第４の前記電圧判定回路は、前記入力電源又は前記内部電源の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記物理量は、角速度であることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１】
所定の物理量を検出する物理量検出装置であって、
前記物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力するセンサー素子と、
駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記センサー素子に供給する駆動回路と、
前記センサー素子の出力信号に対して検波処理を行う検波回路を有し、前記検波回路の出力信号に基づいて前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、
複数の所定の信号の各々の電圧レベルが正常か否かを判定する複数の電圧判定回路と、
前記複数の前記電圧判定回路の判定結果に基づいて、当該物理量検出装置が故障しているか否かを判定する故障判定回路と、
前記電圧判定回路の判定結果を示す信号を外部に出力するための少なくとも１つの外部出力端子と、を含み、
第１の前記電圧判定回路は、
前記駆動回路の入力信号又は出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、
第２の前記電圧判定回路は、
前記検波回路の入力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力するスイッチ回路を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
各前記電圧判定回路の判定結果を示す複数の信号から１つを選択する第１のスイッチ回路と、
前記第１のスイッチ回路により選択された信号又は前記故障判定回路の判定結果を示す信号を選択して１つの前記外部出力端子を介して外部へ出力する第２のスイッチ回路と、を含むことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
第３の前記電圧判定回路は、
前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第３の電圧判定回路は、
当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを第１の閾値と比較し、当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルを前記第１の閾値と異なる第２の閾値と比較し、比較結果に基づいて前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記第３の電圧判定回路は、
当該物理量検出装置が停止している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定し、当該物理量検出装置が移動している時は前記検出回路の出力信号の電圧レベルが正常か否かを判定しないことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、
当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを示す制御信号が入力される外部入力端子を含み、
前記第３の電圧判定回路は、
前記制御信号に基づいて、当該物理量検出装置が移動しているか停止しているかを判断することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
外部から供給される入力電源に基づいて内部電源を生成する電源回路を含み、
第４の前記電圧判定回路は、前記入力電源又は前記内部電源の電圧レベルが正常か否かを判定することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記物理量は、角速度であることを特徴とする物理量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１６９４０９（Ｐ２０１０−１６９４０９Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６５０（Ｐ２００９−９６５０）
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２０日（２００９．１．２０）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]