专利名称：外力检测装置和布线断裂检测方法
技术领域：
本发明涉及一种例如用于检测角速度的外力检测装置和外力检测装置的布线断 裂检测方法。
背景技术：
近年来，作为车辆的姿势检测、导航装置的行进方向检测、照相机的手抖动校正以 及虚拟现实操作等单元，使用振动陀螺仪(gyro)。作为这样的振动陀螺仪的一例，例如在 JP特开2006-170620号公报(专利文献1)中，公开了如下的陀螺仪传感器(gyro sensor) 0 即，对传感元件中的两个驱动电极分别施加由相互反相的正弦波构成的两个驱动信号，驱 动可动电极。用于对传感元件的振动状态进行监视的两个监视电极的电容变化分别被CV 转换器转换为两个监视信号，并输出到可变增益器。可变增益器按照这两个监视信号的振 幅成为规定值的方式控制电压/电流变换的变换系数。专利文献1JP特开2006-170620号公报但是，在专利文献1所记载的陀螺仪传感器中，例如在连接驱动缓冲器和驱动电 极的两个布线中的任一个出现断线的情况下，都能正常驱动传感元件。即，例如，在连接 驱动缓冲器和驱动电极的两个布线中的任一个出现断裂的情况下，驱动信号的振幅成为一 半，传感元件的驱动电平也成为一半。并且，向可变增益器的监视信号的振幅也成为一半。 此时，由于可变增益器按照监视信号成为规定值的方式将电压/电流变换的变换系数设为 两倍，即将向驱动电极的驱动信号的振幅设为两倍，所以可正常驱动传感元件。因此，在专 利文献1所记载的陀螺仪传感器中，存在不能检测连接驱动缓冲器和驱动电极的布线的断 线的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而完成的，其目的在于提供一种能够正确地检测连 接到振子的布线的断线的外力检测装置和布线断裂检测方法。为解决上述课题，本发明的一个方面的外力检测装置，包括振子，其具有驱动电 极和监视电极，驱动电极和监视电极中的至少一方是多个；驱动部，其驱动振子；一根或多 根驱动布线，与驱动电极对应地设置，且连接对应的驱动电极和驱动部；以及一根或多根监 视布线，与监视电极对应地设置，且连接对应的监视电极和驱动部，驱动部通过经由一根或 多根驱动布线向一个或多个驱动电极输出驱动信号来驱动振子，且基于由一个或多个监视 电极经由一根或多根监视布线得到的振子的振动状态，对驱动信号电平进行AGC控制，外 力检测装置还包括第一切换电路，其切换是否切断经由多根驱动布线或监视布线中的至 少一根布线的振子和驱动部之间的电路径。优选振子具有多个驱动电极和多个监视电极，第一切换电路切换是否切断经由多 根驱动布线中的至少一根布线的振子和驱动部之间的电路径，外力检测装置还包括第二 切换电路，其切换是否切断经由多根监视布线中的至少一根布线的振子和驱动部之间的电路径。优选驱动电极和监视电极中的至少方个是N(N是2以上的自然数)个，第一切换 电路切换是否分别切断经由与N个驱动电极或监视电极对应的N根驱动布线或者监视布线 中的(N-I)根布线的振子和驱动部之间的电路径。优选第一切换电路包括开关，该开关切换是否切断电路径。
优选驱动布线和监视布线通过弓I线接合而形成。为解决上述课题，本发明的一个方面的布线断裂检测方法是外力检测装置中的布 线断裂检测方法，该外力检测装置包括振子，其具有驱动电极以及监视电极，驱动电极和 监视电极中的至少一方是多个；驱动部，其驱动振子；一根或多根驱动布线，与驱动电极对 应地设置，且连接对应的驱动电极和驱动部；以及一根或多根监视布线，与监视电极对应地 设置，且连接对应的监视电极和驱动部，该布线断裂检测方法包括如下的步骤驱动部通 过经由一根或多根驱动布线向一个或多个驱动电极输出驱动信号来驱动振子，且基于由一 个或多个监视电极经由一根或多根监视布线得到的振子的振动状态，对驱动信号电平进行 AGC控制的步骤；测量驱动信号电平的步骤；切断经由多根驱动布线或监视布线中的至少 一根布线的振子和驱动部之间的电路径的步骤；测量切断电路径之后的驱动信号电平的步 骤；以及基于在电路径的切断前后测量出的各个驱动信号电平，检测多根驱动布线或监视 布线的断线的步骤。(发明效果)根据本发明，能够正确地检测与振子相连的布线的断线。
图1是表示在本发明的第1实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的俯 视图。图2是表示接合了振子基板和保护基板的状态的一部分的剖视图。图3是表示本发明的第1实施方式的外力检测装置的电路结构的框图。图4是表示本发明的第1实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。图5是决定了本发明的第1实施方式的外力检测装置检测布线的断线时的动作顺 序的流程图。图6是表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。图7是表示监视布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。图8是表示本发明的第2实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。图9是表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。图10是表示在进行了图9所示的断线检测之后判别驱动布线LDl和LD2中的哪一 个出现断线的方法的一例的、表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。图11是表示在进行了图9所示的断线检测之后判别驱动布线LDl和LD2中的哪 一个出现断线的方法的其他例的、表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的 图。
图12是表示在本发明的第3实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的 俯视图。图13是表示本发明的第3实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。图14是表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。图15是表示在本发明的第4实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的 俯视图。图16是表示本发明的第4实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。图中1-振子；2-振子基板；3-保护基板；4-空腔；8-驱动梁；71 74-第一 第四各质量部；91、92_第一、第二监视电极；101 104-第一 第四驱动电极；161 164-第一 第四检测电极；181、182-接地电极；251-驱动部；203-检测电路；52-滤波器 电路；60-相位调整电路；61-同步检波电路；62-平滑电路；63-放大电路；64-输出调整 电路；201-驱动电路；202-检测电路；51-滤波器电路；21-反相电路；22-AGC电路；23-相 位调整电路；31-第一 CV转换电路；32-第二 CV转换电路；41-第一差动放大电路；33-第 三CV转换电路；34-第四CV转换电路；42-第二差动放大电路；301 304-外力检测装 置；24-驱动电压监视电路；25、26、27、28_切换电路；29-断线检测电路；LDl LD4-驱动 布线；LMU LM2-监视布线；SWD2 SWD4、SWM2-开关；501-振子；511-振动体；516-外框 振动部；571,572-支承部；516a、516b-外梁；516c、516d_突出部；517-内框振动部；517a、 517b-内梁；507-支承框；517c-质量部；512、513_驱动电极部；5Ua、513a_外框可动梳形 电极；512b、51!3b-外框驱动梳形电极；512c、513c-外框固定电极；514、515_检测电极部； 514a,515a-内框可动梳形电极；514b、5Mb-内框检测梳形电极；514c、515c-内框固定电 极；518、519-监视电极部；518a、519a-连接电极；518b、518c、519b、519c_监视可动梳形电 极；518d、519d-监视固定梳形电极；518e、519e-监视固定电极。
具体实施例方式以下，使用
本发明的实施方式。另外，对图中相同或者相应的部分附加相 同的附图标记，并且不再重复说明。<第1实施方式>结构和基本动作图1是表示在本发明的第1实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的俯 视图。图2是表示接合了振子基板和保护基板的状态的一部分的剖视图。本发明的第1实施方式的外力检测装置包括作为角速度检测元件的振子1。该振 子1是静电驱动/电容检测型，且具有振子基板2和保护基板3，振子基板2例如由单晶或 多晶的低电阻硅材料构成，保护基板3设置在该振子基板2的主面和背面上，且例如由高电 阻的硅材料或玻璃材料等构成。并且，两个基板2、3除了在形成有用于确保振子基板2的 可动部分的空腔(cavity)4的部位之外，例如通过阴极接合等接合方法接合为一体。此外， 为了降低振动阻尼(damping)，在空腔4内保持真空状态或者低压状态。通过实施蚀刻处理等微细加工，在振子基板2中形成有第一 第四各质量部71 74、驱动梁8、第一监视电极91、第二监视电极92、第一 第四驱动电极101 104、第一 第四检测电极161 164、以及接地电极181、182等。其中，在图1中，将振子1的长度方向设为Y轴方向、将与其正交的宽度方向设为 X轴方向、将与两个轴同时正交的垂直于纸面的方向设为Z轴方向时，由部分连接到接地电 极181、182的驱动梁8沿着Y轴方向串行支承第一 第四各质量部71 74，由此，第一 第四各质量部71 74成为可沿着X轴方向振动的状态。即，第一 第四各质量部71 74 和驱动梁8成为可动部，第一、第二监视电极91、92、第一 第四驱动电极101 104以及接 地电极181、182成为固定部。在上述的第一质量部71中，按照与第一监视电极91和第一、第二驱动电极101、 102的梳齿状部分对置的方式，设有向左右突出形成的梳齿状的可动侧电极llla、lllb、 111c。此外，第二质量部72具有第一驱动框121和第一检测框141，第一驱动框121是 被驱动梁8支承的四边形的框，第一检测框141是在第一驱动框121的内侧连接了被上下 的第一检测梁131支承的两个四边形的形状。在第一驱动框121的外侧，靠近第一质量部 71而形成有与上述的第一、第二驱动电极101、102的梳齿状部分对置的梳齿状可动侧电极 151a、151b。此外，在第一检测框141的两个四边形部分的内侧，分别与梳齿状的第一、第二 检测电极161、162对置地分别形成有梳齿状的可动侧电极171。由此，第一检测框141成为 可与可动侧电极171 —同通过第一检测梁131沿着Y轴方向振动的状态。在上述的第四质量部74中，按照与第二监视电极92和第三、第四驱动电极103、 104的梳齿状部分对置的方式，设有向左右突出形成的梳齿状的可动侧电极llh、112b、 112c。此外，第三质量部73具有第二驱动框122和第二检测框142，第二驱动框122是由 驱动梁8支承的四边形的框，第二检测框142是在第二驱动框122的内侧连接了被上下的 第二检测梁132支承的两个四边形的形状。在第二驱动框122的外侧，靠近第四质量部74 而形成有与上述的第三、第四驱动电极103、104的梳齿状部分对置的梳齿状的可动侧电极 152aU52b0此外，在第二检测框142的两个四边形部分的内侧，分别与梳齿状的第三、第四 检测电极163、164对置地分别形成有梳齿状的可动侧电极172。由此，第二检测框142成为 能够与可动侧电极172 —同通过第二检测梁132沿着Y轴方向振动的状态。上述的第一、第二监视电极91、92、第一 第四驱动电极101 104、第一 第四检 测电极161 164、以及接地电极181、182形成在振子基板2上的与保护基板3的接合部位 上并成为固定状态。并且，如图2所示，这些固定侧的各电极91、92、101 104、161 164、 181、182分别独立地与各电极焊点(pad) 5相连，能够经由这些各电极焊点5与后述的外部 电路进行电连接。另外，振子1的可动部分经由驱动梁8与接地电极181、182机械地电连 接，从而保持接地电位。图3是表示本发明的第1实施方式的外力检测装置的电路结构的框图。参照图3，外力检测装置301例如是振动陀螺仪，包括振子1、驱动部251、检测电 路203、滤波器电路52、相位调整电路60、同步检波电路61、平滑电路62、放大电路63、以及 输出调整电路64。驱动部251包括驱动电路201、检测电路202、以及滤波器电路51。驱 动电路201包括反相电路21、AGC(Automatic Gain Control,自动增益控制)电路22、以及相位调整电路23。检测电路202包括第ICV (电容电压Capacitance Voltage)转换电 路31、第二 CV转换电路32、以及第一差动放大电路41。检测电路203包括第三CV转换 电路33、第四CV转换电路34、以及第二差动放大电路42。第一监视电极91与第一 CV转换电路31相连，第二监视电极92与第二 CV转换电 路32相连。第一、第二 CV转换电路31、32 —同与第一差动放大电路41相连，第一差动放 大电路41经由滤波器电路51和相位调整电路23与AGC电路22相连。此外，第一差动放 大电路41的输出经由滤波器电路51与后述的相位调整电路60的输入部相连。AGC电路 22的输出部与第二驱动电极102和第三驱动电极103相连，并且经由反相电路21与第一驱 动电极101和第四驱动电极104相连。另一方面，第一检测电极161和第三检测电极163 —同与第三CV转换电路33相 连，此外，第二检测电极162和第四检测电极164—同与第四CV转换电路34相连。并且， 第三、第四CV转换电路33、34 —同与第二差动放大电路42相连。进而，第二差动放大电路 42经由滤波器电路52与后述的同步检波电路61的输入部相连。另外，作为上述的第一 第四CV转换电路31 34，例如应用电荷放大电路和阻抗 变换电路等。此外，作为第一、第二差动放大电路41、42，例如应用运算放大器。相位调整电路60调整滤波器电路51的输出信号的相位，并作为检波参考信号S4 而输出给同步检波电路61。同步检波电路61与检波参考信号S4同步地进行检测信号S5的相位检波。在该 同步检波电路61中，依次连接平滑电路62和放大电路63。接着，说明本发明的第1实施方式的外力检测装置的动作。向第一、第四驱动电极101、104提供由反相电路21对从AGC电路22输出的驱动 信号Sll进行电平反转后的驱动信号S12。此外，向第二、第三驱动电极102、103直接提供 从AGC电路22输出的驱动信号S11。此时，两个驱动信号Sll、S12是如下的交流信号相 对于接地电位，例如以+2. 5V的偏移电位为基准，电平彼此具有反相关系。因此，例如在驱动信号S12为高电平、驱动信号Sll为低电平的情况下，第一、第四 驱动电极101、104和与这些电极101、104对置的可动侧电极111a、151a、112b、152b之间的 静电引力成为“强”的状态的一方面，第二、第三驱动电极102、103和与这些电极102、103 对置的可动侧电极lllb、151b、112a、15h之间的静电引力成为“弱”的状态。当然，在两个 信号S12、S11的电平相反的情况下，成为与上述说明相反的状态。因此，根据该静电引力之 差，在第一 第四各质量部71 74中，相邻的质量部彼此在X轴方向上相互以反相被驱动 从而进行振动。依赖于该振动，设置在第一质量部71中的可动侧电极Illc与第一监视电极91之 间的电容、以及设置在第四质量部74中的可动侧电极112c与第二监视电极92之间的电容 分别产生变化。对振子1的X轴方向的驱动振动状态进行监视的第一、第二监视电极91、92中的 电容变化通过第一、第二 CV转换电路31、32被转换为具有与各个电容变化对应的电压电平 的监视信号S21、S22。此时，由于两个监视信号S21、S22是相互反相的信号，所以由下一级 的第一差动放大电路41将它们放大转换为一个监视信号S2。该监视信号S2在滤波器电路51中被除去不需要的噪声成分之后，被输出到相位调整电路60，并且在相位调整电路23中进行自激振荡所需的相位调整之后，被输出到AGC 电路22。AGC电路22按照AGC电路22的输入信号振幅成为一定的方式自动调整AGC电路 22的放大率。因此，向第一 第四的各驱动电极101 104始终提供具有适当的振幅的驱 动信号S11、S12。由此，根据由第一、第二监视电极91、92得到的监视信号S2，分别生成驱动信号 SlU S12，并将驱动信号Sll、S12施加给第一 第四驱动电极，从而构成闭环自激振荡电 路，振子1以与驱动信号相同频率的谐振频率持续振动。在该状态下，若向振子1施加以Z轴为中心轴的旋转角速度，则在各质量部71 74中在与振动方向正交的Y轴方向上产生科里奥利力(Coriolis force)。并且，被第一、 第二检测梁131、132支承的第一、第二检测框141、142通过科里奥利力而在Y轴方向上向 相互相反方向被驱动，从而以与X轴方向的驱动振动相同的频率振动。依赖于该振动，设置 在第一、第二检测框中的可动侧电极171、172与第一 第四检测电极161 164之间的电 容分别产生变化。根据如下的式表示施加角速度时所产生的科里奥利力F。F = 2XMX ω Xv其中，M是第一 第四质量部71 74整体的质量，ω是角速度，ν是第一 第四 质量部71 74整体的驱动振动速度。在非谐振型的振子1中，由于振子1的结构上的Y轴方向的谐振频率充分远离了 通过驱动信号在X轴方向上被驱动时的振动频率，所以由科里奥利力产生的Y轴方向的振 动和通过驱动信号S11、S12被驱动的X轴方向的驱动振动具有90°的相位差。因此，若在 X轴方向上驱动振动的状态下，产生Y轴方向的振动，则第一 第四各质量部71 74进行 椭圆运动。因此，伴随着驱动振动在第一、第二监视电极91、92中产生的电容变化与伴随着 基于科里奥利力的振动在各检测电极161 164中产生的电容变化之间产生90°的相位 差。另一方面，由第三CV转换电路33将伴随着基于科里奥利力的振动而在第一、第三 检测电极161、163中产生的电容变化转换为具有与电容变化对应的电压电平的检测信号 S31。同样地，由第四CV转换电路34将伴随着基于科里奥利力的振动而在第二、第四检测 电极162、164中产生的电容变化转换为具有与电容变化对应的电压电平的检测信号S32。此时，由于从第三、第四CV转换电路33、34分别输出的检测信号S31、S32关于依 赖科里奥利力的成分是相互反相的信号，所以由下一级的第二差动放大电路42将它们放 大转换为一个检测信号S3。该检测信号S3通过滤波器电路52除去不需要的噪声成分之 后，作为检测信号S5而输出到同步检波电路61。将经过相位调整电路60之后的监视信号作为检波参考信号S4而提供给下一级的 同步检波电路61。同步检波电路61根据该检波参考信号S4，对经过了滤波器电路52的检 测信号S5进行同步检波。因相位调整电路60，两个信号S4、S5例如成为同相(或者反相)。 此时，在同步检波电路61中被同步检波之后输出的检测信号S7成为正确地被进行半波整 流的形状，若在平滑电路62中对其进行平滑化，则能够得到具有与角速度的大小对应的期 望的电压电平的检测信号S8。然后，由下一级的放大电路63放大该检测信号S8之后加以 输出。通过下一级的输出调整电路64除去由该放大电路63放大之后的检测信号中的温度漂移的影响和灵敏度的温度变化的影响之后，将由该放大电路63放大之后的检测信号提 供给计算实际的角速度的未图示的运算电路。图4是表示本发明的第1实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。参照图4，外力检测装置301还包括驱动电压监视电路对、切换电路25、断线检 测电路四、驱动布线LDl LD4、以及监视布线LM1、LM2。切换电路25包括开关SWD4、SWM2。驱动布线LDl连接驱动电极101和驱动电路201中的反相电路21。驱动布线LD2 连接驱动电极104和驱动电路201中的反相电路21。驱动布线LD3连接驱动电极102和 驱动电路201中的AGC电路22。驱动布线LD4连接驱动电极103和驱动电路201中的AGC 电路22。将从反相电路21输出的驱动信号S12经由驱动布线LDl而提供给驱动电极101， 作为驱动电压Vdrl。将从反相电路21输出的驱动信号S12经由驱动布线LD2而提供给驱 动电极104，作为驱动电压Vdr2。将从AGC电路22输出的驱动信号Sll经由驱动布线LD3 而提供给驱动电极102，作为驱动电压Vdr3。将从AGC电路22输出的驱动信号Sll经由驱 动布线LD4而提供给驱动电极103，作为驱动电压Vdr4。监视布线LMl连接监视电极91和检测电路202。监视布线LM2连接监视电极92 和检测电路202。开关SWD4连接在驱动电极103与AGC电路22之间，切换是否切断经由驱动布线 LD4的驱动电极103和AGC电路22之间的电路径。开关SWM2连接在监视电极92与检测电路202之间，切换是否切断经由监视布线 LM2的监视电极92和检测电路202之间的电路径。通过使用开关，可简化切换电路25的结构。驱动电压监视电路M监视从AGC电路22输出的驱动信号S 11的电平。接着，说明本发明的第1实施方式的外力检测装置检测布线的断线时的动作。首 先，说明检测驱动布线LDl LD4的断线的情况。图5是决定了本发明的第1实施方式的外力检测装置检测布线的断线时的动作顺 序的流程图。参照图5，首先，驱动部251通过如上所述那样向驱动电极101 104输出驱动信 号Sll和S12，从而驱动振子1，且基于由监视电极91和92得到的振子1的振动状态，控制 驱动信号Sll和S12的振幅(步骤Si)。接着，驱动电压监视电路M对切断经由驱动布线LD4的振子1和驱动电路201之 间的电路径之前的驱动信号Sll的振幅进行测量(步骤S2)。接着，切换电路251对经由驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD4的振子1和驱 动电路201之间的电路径进行切断(步骤S3)。接着，驱动电压监视电路M对切断上述电路径之后的驱动信号Sll的振幅进行测 量(步骤S4)。接着，断线检测电路四基于在上述电路径的切断前后测量出的各驱动信号的振 幅，检测驱动布线LDl LD4的断线(步骤S5)。图6是表示驱动布线的断线部位和驱动信号电平之间的关系的图。这里，将驱动布线LDl LD4均没有产生断线时的驱动信号Sll的振幅设为1。此外，开关SWM2处于接 通状态。参照图6，首先，在外力检测装置301中振子被驱动的状态下，断开开关SWD4。在驱动布线LDl LD4均没有产生断线的情况下，若断开开关SWD4，则AGC电路22 所接收的监视信号的振幅成为3/4。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为4/3。 即，在开关SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为4/3倍。在驱动布线LDl LD4之中驱动布线LDl产生断线的情况下，断开开关SWD4前的 驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，若断开开关SWD4，则AGC电路22接收的监视信号的振 幅成为2/3。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为2。即，在开关SWD4的断开 前后，驱动信号Sll的电平成为3/2倍。在驱动布线LDl LD4之中驱动布线LD2或LD3产生断线的情况下，与驱动布线 LDl产生断线的情况相同地，在开关SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为3/2倍。在驱动布线LDl LD4之中驱动布线LD4产生断线的情况下，断开开关SWD4前的 驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，即使断开开关SWD4，AGC电路22所接收的监视信号的 振幅也不会变化。因此，AGC电路22不会变更驱动信号Sll的振幅。即，在开关SWD4的断 开前后，驱动信号Sll的电平不会产生变化。由此，通过测量开关SWD4的断开前后的驱动信号Sll的电平变化，能够检测驱动 布线LDl LD4有无断线。进而，能够判别是驱动布线LD4产生了断线，还是驱动布线LDl LD3中的任一个产生了断线。接着，说明检测监视布线LM1、LM2的断线的情况。图7是表示监视布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。这里，将监视 布线LM1、LM2均没有产生断线时的驱动信号Sll的振幅设为1。此外，开关SWD4处于接通 状态。参照图7，首先，在外力检测装置301中振子被驱动的状态下，断开开关SWM2。在监视布线LM1、LM2均没有产生断线的情况下，若断开开关SWM2，则AGC电路22 接收的监视信号的振幅成为1/2。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为2。艮口， 在开关SWM2的断开前后，驱动信号Sll的电平成为2倍。在监视布线LM1、LM2中的监视布线LMl产生断线的情况下，断开开关SWM2前的驱 动信号Sll的振幅是2。然后，若断开开关SWlMU AGC电路22接收的监视信号的振幅成 为0。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为例如0。即，在断开开关SWM2后，不 会输出驱动信号Sll。在监视布线LM1、LM2中的监视布线LM2出现断线的情况下，断开开关SWM2前的驱 动信号Sll的振幅是2。然后，即使断开开关SWM2，AGC电路22接收的监视信号的振幅也不 会变化。因此，AGC电路22不会变更驱动信号Sll的振幅。即，在开关SWM2的断开前后， 驱动信号Sll的电平不会变化。由此，通过测量断开开关SWM2前后的驱动信号Sll的电平变化，能够检测监视布 线LM1、LM2有无断线。进而，能够判别监视布线LM1、LM2中的哪一个出现断线。这里，在外力检测装置中，在振子例如包括两个驱动电极的情况下，根据仅仅测量 从驱动电路输出的驱动信号电平的方法，虽然能够测量驱动信号电平成为通常的两倍的情况，但不能特定是驱动布线或者监视布线出现断线还是外力检测装置中的其他部位产生故 障。此外，根据比较在测试用装置上连接振子而测量出的驱动信号电平和在检查对象的外 力检测装置上连接振子而测量出的驱动信号电平的方法，虽然能够推测出检查对象的外力 检测装置中的驱动布线或者监视布线断裂，但不能特定断裂。但是，在本发明的第1实施方式的外力检测装置中，有意地将各驱动电极和驱动 电路之间的电路径的一部分、或者各监视电极和检测电路之间的电路径的一部分断开，并 测量切断前后的驱动信号电平。通过这样的结构，能够特定驱动布线和监视布线有无断线 以及断线部位。另外，在驱动布线LDl LD4和监视布线LM1、LM2通过引线接合形成的情况下，这 些布线容易断裂。在这种情况下，能够正确地检测布线的断线的本发明的效果较大。其中， 本发明还能够应用于驱动布线LDl LD4和监视布线LM1、LM2通过倒装式接合(flip chip bonding)而形成的情况。此外，在本发明的第1实施方式的外力检测装置中，说明了具备静电驱动/电容检 测型振子1的振动陀螺仪，但本发明并非限于此，例如还可以应用于具备由单晶低压材料 构成的音片型振子的振动陀螺仪以及具备音叉型振子的振动陀螺仪。接着，使用
本发明的其他实施方式。另外，在图中相同或者相应部分附加 相同的附图标记，且不重复其说明。<第2实施方式>本实施方式涉及与第1实施方式的外力检测装置相比追加了开关的外力检测装 置。除了以下说明的内容以外，与第1实施方式的外力检测装置相同。图8是表示本发明的第2实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。参照图8，与本发明的第1实施方式的外力检测装置相比，外力检测装置302包括 切换电路26，从而代替了切换电路25。切换电路沈包括开关SWD2 SWD4、SWM2。开关SWD2连接在驱动电极104与AGC电路22之间，切换是否切断经由驱动布线 LD2的驱动电极104和AGC电路22之间的电路径。开关SWD3连接在驱动电极102与AGC电路22之间，切换是否切断经由驱动布线 LD3的驱动电极102和AGC电路22之间的电路径。接着，说明本发明的第2实施方式的外力检测装置检测驱动布线LDl LD4的断 线时的动作。图9是表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。这里，将驱动 布线LDl LD4均没有出现断线时的驱动信号Sll的振幅设为1。此外，开关SWM2是接通 状态。参照图9，首先，在外力检测装置302中，在振子被驱动的状态下，断开开关SWD3和 SWD4。在驱动布线LDl LD4均没有出现断线的情况下，若断开开关SWD3和SWD4，则AGC 电路22接收的监视信号的振幅成为1/2。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为 2。S卩，在断开开关SWD3和SWD4前后，驱动信号Sll的电平成为两倍。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LDl出现断线的情况下，断开开关SWD3和SWD4前的驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，若断开开关SWD3和SWD4，则AGC电路22接收 的监视信号的振幅成为1/3。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为4。S卩，在开 关SWD3和SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为三倍。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD2出现断线的情况下，与驱动布线LDl出 现断线的情况相同地，在开关SWD3和SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为三倍。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD3出现断线的情况下，断开开关SWD3和 SWD4前的驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，若断开开关SWD3和SWD4，则AGC电路22接收 的监视信号的振幅成为2/3。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为2。S卩，在开 关SWD3和SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为3/2倍。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD4出现断线的情况下，与驱动布线LD3出 现断线的情况相同地，在开关SWD3和SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为3/2倍。由此，通过测量断开开关SWD3和SWD4前后的驱动信号Sll的电平变化，能够检测 驱动布线LDl LD4有无断线。进而，能够判别是驱动布线LDl或LD2出现断线，还是驱动 布线LD3或LD4出现断线。图10是表示在进行图9所示的断线检测之后判别驱动布线LDl和LD2中的哪一 个出现断线的方法的一例的、表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。参照图10，在通过图9所示的断线检测而判别为驱动布线LDl或LD2出现断线的 情况下，除了断开开关SWD3和SWD4之外，还断开开关SWD2。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LDl出现断线的情况下，断开开关SWD2 SWD4前的驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，若断开开关SWD2 SWD4，则AGC电路22接收 的监视信号的振幅成为0。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅例如变更为0。S卩，在 断开开关SWD2 SWD4之后，不会输出驱动信号S11。在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD2出现断线的情况下，断开开关SWD2 SWD4前的驱动信号Sll的振幅是4/3。然后，若断开开关SWD2 SWD4，则AGC电路22接收 的监视信号的振幅成为1/3。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为4。S卩，在开 关SWD2 SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为三倍。由此，通过测量断开开关SWD2 SWD4前后的驱动信号Sll的电平变化，能够判别 驱动布线LDl和LD2中的哪一个出现断线。另外，在驱动布线LDl LD4均没有出现断线的情况下，若断开开关SWD2 SWD4， 则AGC电路22接收的监视信号的振幅成为1/3。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅 变更为4。即，在开关SWD2 SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成为四倍。此外，在驱动布线LDl LD4中的驱动布线LD3或LD4出现断线的情况下，与驱动 布线LD2出现断线的情况相同地，在开关SWD2 SWD4的断开前后，驱动信号Sll的电平成 为三倍。图11是表示在进行图9所示的断线检测之后判别驱动布线LDl和LD2中的哪一个 出现断线的方法的其他例的、表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。参照图11，在通过图9所示的断线检测而判别为驱动布线LDl或LD2出现断线的 情况下，在接通开关SWD3和SWD4的状态下，即使接通/断开开关SWD2，也能够判别驱动布 线LDl和LD2中的哪一个出现断线。即，在驱动布线LDl出现断线的情况下，在开关SWD2的13断开前后驱动信号Sl 1的电平成为3/2倍，在驱动布线LD2出现断线的情况下，在开关SWD2 的断开前后驱动信号Sll的电平不会产生变化，所以能够判别驱动布线LDl和LD2中的哪 一个出现断线。另外，在通过图9所示的断线检测而判别为驱动布线LD3或LD4出现断线的情况 下，在接通开关SWD2和SWD3的状态下，即使接通/断开开关SWD4，也能够判别驱动布线LD3 和LD4中的哪一个出现断线。此外，在接通了开关SWD2和SWD4的状态下，即使接通/断开开关SWD3，也能够判 别驱动布线LD3和LD4中的哪一个出现断线。因此，在本发明的第2实施方式的外力检测装置中，与本发明的第1实施方式的 外力检测装置相比，能够特定驱动布线LDl LD4中的哪一个布线出现断线。即，在设有 N(N是2以上的自然数)根驱动布线或监视布线的情况下，通过设置与(N-I)根布线对应的 (N-I)个开关，从而能够确定N根布线的断线部位。接着，使用
本发明的其他实施方式。另外，在图中相同或者相应的部分附 加相同的附图标记，且不重复其说明。〈第3实施方式〉本实施方式涉及与第1实施方式的外力检测装置相比变更了振子的结构的外力 检测装置。除了以下说明的内容以外，与第1实施方式的外力检测装置相同。图12是表示在本发明的第3实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的 俯视图。参照图12，在振子501中，在四边形的支承框507的内侧，设有相互对置的支承部 571、572。振动体511的外框振动部516由外梁516a、516b的两端所支承，在支承部571、 572的前端部向与支承部571、572正交的方向延伸而设置所述外梁516a、516b。在外框振 动部516的内侧，在与连接支承部571和支承部572的方向正交的位置上，面向内侧且对置 地设有突出部516c、516d。在该突出部516c、516d的前端部，向与外梁516a、516b的延长方 向正交的方向延伸而设置内梁517a、517b。在该内梁517a、517b的两端，支承有内框振动部 517。在内框振动部517的内侧，设有向连接支承框507的支承部571和支承部572的方向 延伸的质量部517c。在外框振动部516中，在外梁516a、516b的延伸方向的两个外缘设置有驱动电极 部512和驱动电极部513。该驱动电极部512、513由形成在外框振动部516中的板状的外 框可动梳形电极51h、513a、经由微小空间与该外框可动梳形电极512a、513a对置的板状 的外框驱动梳形电极512b、513b以及支承该外框驱动梳形电极512b、513b的外框固定电 极512c、513c构成。此外，在内框振动部517的内侧，在质量部517c的左右设置有检测电 极部514、515。该检测电极部514、515由嵌入到质量部517c中的板状的内框可动梳形电 极5Ha、515a、经由微小空间与该内框可动梳形电极514a、51 对置的板状的内框检测梳 形电极514b、515b以及支承该内框检测梳形电极514b、515b的内框固定电极514c、515c构 成。在图12中，未图示振子501的支承基板和盖基板，但支承框507、外框固定电极 512c,513c以及内框固定电极514c、515c被固定在支承基板上，其他的支承部571、572、振 动体511的全体、梳形电极512、513、514、515呈在支承基板和盖罩基板之间设有空隙且振动体511可自由振动的状态。盖罩基板与支承框507连接而覆盖振子501。此外，振子501 在垂直于图面的方向上具有厚度，特别是，上述的梳形电极51 51 部分成为厚度方向 的板状表面经由微小空间而对置且具有静电电容的结构。此外，外框固定电极512c、513c 和内框固定电极514c、515c经由形成在支承基板中的通孔(via hole)与支承基板外部电 连接。此外，监视电极部518与驱动电极部513相邻地设置于外框振动部516。该监视电 极部518由通过板状的连接电极518a与外框振动部516结合的板状的监视可动梳形电极 518b、518c、介于这两个监视可动梳形电极518b和监视可动梳形电极518c之间且经由微小 空间与监视可动梳形电极518b和518c对置的板状的监视固定梳形电极518d、支承该监视 固定梳形电极518d的监视固定电极518e构成。图13是表示本发明的第3实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。参照图13，外力检测装置303包括驱动电压监视电路对、切换电路27、驱动布线 LD1、LD3以及监视布线LMl。切换电路27包括开关SWD3。驱动布线LDl连接驱动电极部512和驱动电路201中的反相电路21。驱动布线 LD3连接驱动电极部513和驱动电路201中的AGC电路22。将从反相电路21输出的驱动信号S12经由驱动布线LDl而提供给驱动电极部 512，作为驱动电压Vdrl。将从AGC电路22输出的驱动信号Sll经由驱动布线LD3而提供 给驱动电极部513，作为驱动电压Vdr3。监视布线LMl连接监视电极部518和检测电路202。开关SWD3连接在驱动电极部513和AGC电路22之间，切换是否切断经由驱动布 线LD3的驱动电极部513和AGC电路22之间的电路径。接着，说明本发明的第3实施方式的外力检测装置检测驱动布线LDl和LD3的断 线的情况。图14是表示驱动布线的断线部位与驱动信号电平之间的关系的图。这里，将驱动 布线LD1、LD3均没有出现断线时的驱动信号Sll的振幅设为1。参照图14，首先，在外力检测装置303中振子被驱动的状态下，断开开关SWD3。在驱动布线LD1、LD3均没有出现断线的情况下，若断开开关SWD3，则AGC电路22 接收的监视信号的振幅成为1/2。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为2。艮口， 在开关SWD3的断开前后，驱动信号Sll的电平成为两倍。在驱动布线LD1、LD3中的驱动布线LDl出现断线的情况下，断开开关SWD3前的驱 动信号Sll的振幅是2。然后，若断开开关SWD3，则AGC电路22接收的监视信号的振幅成 为0。因此，AGC电路22将驱动信号Sll的振幅变更为例如0。即，在断开开关SWD3之后， 不会输出驱动信号S11。在驱动布线LD1、LD3中的驱动布线LD3出现断线的情况下，断开开关SWD3前的驱 动信号Sll的振幅是2。然后，即使断开开关SWD3，AGC电路22接收的监视信号的振幅也 不会产生变化。因此，AGC电路22不会变更驱动信号Sll的振幅。即，在开关SWD3的断开 前后，驱动信号Sll的电平不会产生变化。由此，通过测量断开开关SWD3前后的驱动信号Sll的电平变化，能够检测驱动布线LD1、LD3有无断线。进而，能够判别驱动布线LD1、LD3中的哪一个出现断线。接着，使用
本发明的其他实施方式。另外，在图中相同或者相应的部分附 加相同的附图标记，且不重复其说明。〈第4实施方式〉本实施方式涉及与第3实施方式的外力检测装置相比变更了振子的结构的外力 检测装置。除了以下说明的内容以外，与第3实施方式的外力检测装置相同。图15是表示在本发明的第4实施方式的外力检测装置中所使用的振子的结构的 俯视图。参照图15，振子502与本发明的第3实施方式的振子501相比，还包括监视电极部 519。监视电极部519与驱动电极部512相邻地设置于外框振动部516。该监视电极部 519由通过板状的连接电极519a与外框振动部516结合的板状的监视可动梳形电极519b、 519c、介于这两个监视可动梳形电极519b和519c之间且经由微小空间与监视可动梳形电 极519b和519c对置的板状的监视固定梳形电极519d、支承该监视固定梳形电极519d的监 视固定电极519e构成。图16是表示本发明的第4实施方式的振子与驱动振子的电路之间的连接关系的 图。参照图16，外力检测装置304包括驱动电压监视电路对、切换电路观、驱动布线 LD3以及监视布线LM1、LM2。切换电路28包括开关SWM2。在振子502中，通过未图示的外部电极连接驱动电极部512和513。驱动布线LD3连接驱动电极部512、513和驱动电路201中的AGC电路22。从AGC电路22输出的驱动信号Sll经由驱动布线LD3而提供给驱动电极部512 和513，作为驱动电压Vdr3。监视布线LMl连接监视电极部518和检测电路202。监视布线LM2连接监视电极 部519和检测电路202。开关SWM2连接在监视电极部519和检测电路202之间，切换是否切断经由监视布 线LM2的监视电极部519和检测电路202之间的电路径。由于检测监视布线LM1、LM2的断线的方法与在本发明的第1实施方式中利用图7 说明的内容相同，所以在这里不重复详细的说明。应认为本次公开的实施方式在所有方面是例示而非限制性的。由权利要求的范围 表示本发明的范围，而非上述的说明，意图包含与权利要求的范围等同的含义和在范围内 的所有变更。
权利要求
1.一种外力检测装置，包括振子(1)，其具有驱动电极(101 104)以及监视电极(91、92)，所述驱动电极(101 104)和所述监视电极(91、92)中的至少一方是多个；驱动部051)，其驱动所述振子(1)；一根或多根驱动布线(LD)，与所述驱动电极(101 104)对应地设置，且连接对应的所 述驱动电极(101 104)和所述驱动部051)；以及一根或多根监视布线(LM)，与所述监视电极(91、9幻对应地设置，且连接对应的所述 监视电极(91,92)和所述驱动部(251)，所述驱动部(251)通过经由所述一根或多根驱动布线(LD)向一个或多个所述驱动 电极(101 104)输出驱动信号来驱动所述振子(1)，且基于由一个或多个所述监视电极 (91,92)经由所述一根或多根监视布线(LM)得到的所述振子(1)的振动状态，对所述驱动 信号电平进行AGC即自动增益控制，所述外力检测装置还包括第一切换电路05、沈、27、观)，其切换是否切断经由多根 所述驱动布线(LD)或所述监视布线(LM)中的至少一根布线的所述振子(1)和所述驱动部 (251)之间的电路径。
2.根据权利要求1所述的外力检测装置，其中，所述振子(1)具有多个驱动电极(101 104)和多个监视电极(91、92)，所述第一切换电路05、沈、27)切换是否切断经由所述多根驱动布线(LD)中的至少一 根布线的所述振子(1)和所述驱动部(251)之间的电路径，所述外力检测装置还包括第二切换电路(25、26、27)，其切换是否切断经由所述多根 监视布线(LM)中的至少一根布线的所述振子(1)和所述驱动部(251)之间的电路径。
3.根据权利要求1所述的外力检测装置，其中，所述驱动电极(101 104)和所述监视电极(91、92)中的至少一方是N个，其中，N是 2以上的自然数，所述第一切换电路05、沈、27、观)切换是否分别切断经由与N个所述驱动电极 (101 104)或所述监视电极(91、92)对应的N根所述驱动布线(LD)或者所述监视布线 (LM)中的(N-I)根布线的所述振子(1)和所述驱动部(251)之间的电路径。
4.根据权利要求1所述的外力检测装置，其中，所述第一切换电路(25、26、27、28)包括开关(SW)，该开关(SW)切换是否切断所述电路径。
5.根据权利要求1所述的外力检测装置，其中，所述驱动布线(LD)和所述监视布线(LM)通过引线接合而形成。
6.一种布线断裂检测方法，用于外力检测装置，该外力检测装置包括振子(1)，其具 有驱动电极(101 104)以及监视电极(91、92)，所述驱动电极(101 104)和所述监视 电极(91、92)中的至少一方是多个；驱动部051)，其驱动所述振子(1)；一根或多根驱动 布线(LD)，与所述驱动电极(101 104)对应地设置，且连接对应的所述驱动电极(101 104)和所述驱动部051)；以及一根或多根监视布线(LM)，与所述监视电极(91、9幻对应 地设置，且连接对应的所述监视电极(91、9幻和所述驱动部051)，该布线断裂检测方法包 括如下的步骤所述驱动部(251)通过经由所述一根或多根驱动布线(LD)向一个或多个所述驱动 电极(101 104)输出驱动信号来驱动所述振子(1)，且基于由一个或多个所述监视电极 (91,92)经由所述一根或多根监视布线(LM)得到的所述振子(1)的振动状态，对所述驱动 信号电平进行AGC控制的步骤； 测量所述驱动信号电平的步骤；切断经由多根所述驱动布线(LD)或所述监视布线(LM)中的至少一根布线的所述振子 (1)和所述驱动部051)之间的电路径的步骤；测量切断所述电路径之后的所述驱动信号电平的步骤；以及基于在所述电路径的切断前后测量出的各个所述驱动信号电平，检测所述多根所述驱 动布线(LD)或所述监视布线(LM)的断线的步骤。
全文摘要
本发明提供外力检测装置和布线断裂检测方法。外力检测装置(301)包括连接对应的驱动电极和驱动部(251)的一根或多根驱动布线(LD)；和连接对应的监视电极和驱动部(251)的一根或多根监视布线(LM)，驱动部(251)通过经由一根或多根驱动布线(LD)向一个或多个驱动电极输出驱动信号来驱动振子(1)，且基于由一个或多个监视电极经由一根或多根监视布线(LM)得到的振子(1)的振动状态，对驱动信号电平进行AGC控制。外力检测装置(301)还包括切换电路(25)，其切换是否切断经由多根驱动布线(LD)或监视布线(LM)中的至少一根布线的振子(1)和驱动部(251)之间的电路径。
文档编号G01C19/5776GK102057249SQ200980120700
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年6月10日
发明者加藤良隆, 市原聪, 森章 申请人:株式会社村田制作所
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