(57)【要約】【課題】周波数短期安定度と圧電振動子の直列等価抵抗の検査を行うことができる検査装置を提供する。【解決手段】ＤＵＴ２の周波数短期安定度を測定する周波数短期安定度測定部３と、周波数短期安定度測定部３の測定結果からＤＵＴ２の水晶振動子Ｘの直列等価抵抗Ｒ１を演算する演算部４と、を備えている。周波数短期安定度測定部３は、混合器（ＭＩＸ）５、基準発振器６、カウンタ７、及び分散処理部８により構成され、ＤＵＴ２の周波数短期安定度を測定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物である圧電デバイスの出力信号をカウントするカウント手段と、該カウント
手段のカウント出力に分散処理を行う分散処理手段とを有し、前記圧電デバイスの周波数
短期安定度を測定する周波数短期安定度測定手段と、
前記周波数短期安定度測定手段により測定された測定出力から前記圧電デバイスの直列
等価抵抗の値を演算する演算手段と、
を備えたことを特徴とする圧電デバイスの検査装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記周波数短期安定度測定手段の測定出力から単位周波数帯域あたり
の位相雑音の値を演算する第１演算手段と、
前記第１演算手段において算出した位相雑音の値から前記圧電デバイスのＱの値を演算
する第２演算手段と、
前記第２演算手段において算出した前記Ｑの値から前記圧電デバイスの直列等価抵抗の
値を演算する第３演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの検査装置。
【請求項３】
前記分散処理手段は、分散処理としてアラン分散処理を行うことを特徴とする請求項１
又は２に記載の圧電デバイスの検査装置。
【請求項４】
前記周波数短期安定度測定手段は、前記圧電デバイスの出力信号とは発振周波数が微小
に異なる周波数の基準信号を出力する基準発振手段と、前記圧電デバイスの出力信号と前
記基準信号を混合したときに生じる差信号を出力する混合手段と、を備え、前記混合手段
から出力される差信号のビート周波数を前記カウント手段でカウントすることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの検査装置。
【請求項５】
検査対象物である圧電デバイスの出力信号をカウントしたカウント出力に分散処理を行
って周波数短期安定度を測定する工程と、
前記周波数短期安定度の測定出力から単位周波数帯域あたりの位相雑音の値を演算する
工程と、
前記位相雑音の値から前記圧電デバイスのＱの値を演算する工程と、
前記Ｑの値から前記圧電デバイスの直列等価抵抗の値を演算する工程と、
を有することを特徴とする圧電デバイスの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶振動子等の圧電デバイスの検査装置と、その検査方法に関わり、特に周波
数短期安定度と圧電振動子の直列等価抵抗を検査するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子などの各種圧電デバイスにおいては、製品出荷時において、圧電素子の励振
レベル依存特性（ＤＬＤ：Drive Level Dependency）の検査が一般的に行われている。
圧電振動子のＤＬＤ測定方法は、日本工業標準調査会ＪＩＳ Ｃ ６７０１に開示されて
いる。
図５は従来のＤＬＤ測定装置の構成例を示した図である。
この図５に示すＤＬＤ検査装置１００は、ネットワークアナライザ１０１、及びπ回路
治具１０２により構成される。
ネットワークアナライザ１０１は、高周波回路や各種デバイスの高周波特性（インピー
ダンスなど）を測定する測定器であり、回路や素子等の検査対象物（ＤＵＴ：Device Und
er Test）に高周波信号を入力したときの被測定物からの反射信号、通過信号を測定して
被測定物の高周波特性の測定を行う。π回路治具１０２は、水晶振動子などのＤＵＴ１１
０が装着可能に構成され、その入力側及び出力側にそれぞれπ回路１０２ａ、１０２ｂが
設けられている。ＤＵＴ１１０には入力側のπ回路１０２ａを介してネットワークアナラ
イザ１０１の信号源からＤＵＴ１１０に印加するドライブレベルの信号が入力される。Ｄ
ＵＴ１１０の出力はπ回路１０２ｂを介してネットワークアナライザ１０１に出力される
。
【０００３】
上記した従来のＤＬＤ検査装置１００を用いて圧電デバイス（例えば圧電振動子）のＤ
ＬＤ検査を行う際には、圧電デバイスに印加するレベル（ネットワークアナライザ１０１
の出力レベル）を可変させたときの圧電デバイスの周波数短期安定度（ΔＦ／Ｆ）を測定
している。
ネットワークアナライザ１０１は、被測定物の入力インピーダンスを測定するものであ
り、上記短期周波数安定度の他に圧電振動子の直列等価抵抗Ｒ１（ＣＩ（クリスタルイン
ピーダンス）とも呼ばれている）を測定することができる。
なお、水晶電流の変化に対する発振周波数の変化の非直線性から漂動特性（副振動の影
響による微少周波数ジャンプ）を判定する水晶振動子の漂動特性方法、及び測定装置が引
用文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平９−５４１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記図５により説明した検査方法では、ｐｐｍ（１０-6）レベルの周波数変動を検出す
ることは可能とされる。しかしながら、この検査では判別できない不良モード（ｐｐｂ（
１０-9）レベルの周波数変動）が存在するという問題点があった。
そこで、本出願人は、上記課題を解決するために、アラン分散（二標本分散）処理を用
いて圧電振動子の周波数短期安定度を簡単に検査する方法を提案している（特願２００７
−２１４４４２号）。この検査方法によれば、圧電振動子と基準発振器とのビート成分を
アラン分散処理することで、従来検出できなかったｐｐｂの周波数変動を明確に検出する
ことができる。これにより、ｐｐｂレベルの周波数変動をともなう不良モードを高精度に
識別することができる。
特願２００７−２１４４４２号において提案された検査方法では、圧電振動子のｐｐｂ
レベルの周波数変動を識別することが可能になるが、圧電振動子としては他にも検査すべ
き項目がある。例えば、圧電振動子の直列等価抵抗Ｒ１を測定することは圧電振動子を検
査する上での重要な測定項目である。
しかしながら、特願２００７−２１４４４２号の検査方法では、圧電振動子の直列等価
抵抗を測定することができない。このため、図５に示したＪＩＳ Ｃ ６７０１の検査方法
を別途行う必要があり、検査手順が複雑化し時間がかかるという問題点があった。
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、周波数短期安定度と圧電振動
子の直列等価抵抗の検査を行うことができる圧電デバイスの検査装置と、その検査方法を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］検査対象物である圧電デバイスの出力信号をカウントするカウント手段と
、該カウント手段のカウント出力に分散処理を行う分散処理手段とを有し、前記圧電デバ
イスの周波数短期安定度を測定する周波数短期安定度測定手段と、前記周波数短期安定度
測定手段により測定された測定出力から前記圧電デバイスの直列等価抵抗の値を演算する
演算手段と、を備えた圧電デバイスの検査装置を特徴とする。
【０００７】
このような本発明によれば、周波数短期安定度測定手段により周波数短期安定度の測定
を行うことができると共に、その測定結果から演算手段により圧電振動子等の圧電デバイ
の直列等価抵抗を求めることが可能になる。
これにより、圧電デバイスの周波数短期安定度の検査と、圧電振動子等の圧電デバイス
の直列等価抵抗の検査を行うことができる圧電デバイスの検査装置を実現することができ
る。
【０００８】
［適用例２］前記演算手段は、前記周波数短期安定度測定手段の測定出力から単位周波
数帯域あたりの位相雑音の値を演算する第１演算手段と、前記第１演算手段において算出
した位相雑音の値から前記圧電デバイスのＱの値を演算する第２演算手段と、前記第２演
算手段において算出した前記Ｑの値から前記圧電デバイスの直列等価抵抗の値を演算する
第３演算手段と、を備えた適用例１に記載の圧電デバイスの検査装置を特徴とする。
【０００９】
このような本発明によれば、周波数短期安定度測定手段の測定結果から第１の演算手段
により単位周波数帯域あたりの位相雑音の値を算出し、算出した単位周波数帯域あたりの
位相雑音の値から第２の演算手段によりＱの値を算出し、算出したＱの値から第３の演算
手段により圧電振動子の直列等価抵抗を算出することで、周波数短期安定度測定手段の測
定結果から圧電デバイスに含まれる圧電振動子の直列等価抵抗を容易に求めることが可能
になる。
【００１０】
［適用例３］前記分散処理手段は、分散処理としてアラン分散処理を行う適用例１又は
２に記載の圧電デバイスの検査装置を特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、検査対象物の周囲温度の変化等によって周波数が変動した
場合でも、周波数短期安定度測定手段における周波数短期安定度の測定精度を高めること
ができる。
【００１２】
［適用例４］前記周波数短期安定度測定手段は、前記圧電デバイスの出力信号とは発振
周波数が微小に異なる周波数の基準信号を出力する基準発振手段と、前記圧電デバイスの
出力信号と前記基準信号を混合したときに生じる差信号を出力する混合手段と、を備え、
前記混合手段から出力される差信号のビート周波数を前記カウント手段でカウントする適
用例１乃至３のいずれか一項に記載の圧電デバイスの検査装置を特徴とする。
【００１３】
このような本発明によれば、検査対象物である圧電デバイスの発振周波数やＱが高い場
合でも、周波数短期安定度測定手段において周波数短期安定度を精度良く測定することが
できる。
【００１４】
［適用例５］検査対象物である圧電デバイスの出力信号をカウントしたカウント出力に
分散処理を行って周波数短期安定度を測定する工程と、前記周波数短期安定度の測定出力
から単位周波数あたりの位相雑音の値を演算する工程と、前記位相雑音の値から前記圧電
デバイスのＱの値を演算する工程と、前記Ｑの値から前記圧電デバイスの直列等価抵抗の
値を演算する工程と、を有する圧電デバイスの検査方法を特徴とする。
【００１５】
このような本発明によれば、周波数短期安定度を測定する工程により周波数短期安定度
を測定することができると共に、この測定結果から圧電デバイスに含まれる圧電振動子の
直列等価抵抗を求めることが可能になる。これにより、圧電デバイスの周波数短期安定度
と圧電デバイスに含まれる圧電素子の直列等価抵抗の検査を従来に比べて簡略化すること
ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の圧電デバイスの検査装置の構成を示した図である。なお、本実施
形態では、検査対象物（ＤＵＴ）として水晶発振器を用いた場合を例に挙げて説明する。
図１に示す検査装置１は、検査対象物である水晶発振器（以下、ＤＵＴと表記する）２
の周波数短期安定度を測定する周波数短期安定度測定部（周波数短期安定度測定手段）３
と、周波数短期安定度測定部３の測定結果からＤＵＴ２の水晶振動子Ｘの直列等価抵抗Ｒ
１を演算する演算部（演算手段）４と、を備えている。
周波数短期安定度測定部３は、混合手段である混合器（ＭＩＸ）５、基準発振器６、カ
ウンタ（カウント手段）７、及び分散処理部（分散処理手段）８により構成され、ＤＵＴ
２の周波数短期安定度を測定するようにしている。
この場合、ＤＵＴ２から出力される所定周波数の出力信号は混合器５に入力される。基
準発振器６は、ＤＵＴ２とは１ｋＨｚ〜数ｋＨｚ程度ずらした微小に異なる周波数で発振
しており、その基準信号は混合器５に入力される。なお、基準発振器６には、ＤＵＴ２と
同等以上の短期安定度を有する水晶発振器を用いることが望ましい。
混合器５は、ＤＵＴ２の出力信号と基準発振器６からの基準信号とを混合し、その周波
数差（ビート周波数）を出力する。
カウンタ７は、混合器５から出力されるビート周波数をカウントして出力する。
分散処理部８は、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成され、カウンタ７の出
力に例えばアラン分散処理を行う。
ここで、アラン分散とは、圧電デバイス等の出力周波数の短期安定度特性に関する時間
領域で定義された客観的評価であり、連続的に振動している圧電デバイスがある期間にわ
たって同一の周波数を実現しうる度合い、すなわち、周波数安定度を示す尺度のうち特に
時間領域における周波数安定度の尺度をいう。
具体的には、式１に示すように、ある期間にわたり周波数測定を複数回連続して行って
複数の周波数測定値を得て、これらの複数の周波数測定値の時間的に隣接する値同士の差
（周波数差）の自乗の総和を２（Ｎ−２）で割って平方根を計算することで求めることが
できる（Ｎはデータ数）。
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Ｎ＝データ数・・・（１）
【００１７】
図２は、図１に示した演算部の構成を示した図である。
図２に示す演算部４は、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成され、第１演算
部１１、第２演算部１２、及び第３演算部１３を備える。第１演算部１１は、周波数短期
安定度測定部３の分散処理部８から出力されるアラン分散値ＡＤＥＶを単位周波数帯域あ
たりの位相雑音の値に変換する。具体的には、アラン分散値ＡＤＥＶから、公知の（式２
）により１Ｈｚあたりの位相雑音Ｂの値を演算する。
Ｂ＝（ＡＤＥＶ／１．１７）2・・・（２）
第２演算部１２は、第１の演算部１１において算出した位相雑音Ｂの値をＤＵＴ２の発
振回路の回路Ｑの値ＱＬに変換する。
本発明者は、１Ｈｚあたりの位相雑音Ｂと発振回路の回路Ｑの値ＱＬとの間には相関関
係があり、（式３）により１Ｈｚあたりの位相雑音Ｂの値から発振回路の回路Ｑの値ＱＬ
が求められることを見出した。
ＱＬ＝（ｋ／Ｂ）1/3・・・（３）
但し、ｋ：位相雑音Ｂの実測値又はサンプルからの予測値
【００１８】
第３演算部１３は、第２演算部１２において算出した発振回路の回路Ｑの値ＱＬをＤＵ
Ｔ２の水晶振動子Ｘの直列等価抵抗Ｒ１に変換する。具体的には、第２演算部１２におい
て算出した値ＱＬから式４により算出することができる。
Ｒ１＝（（２π・Ｆ０・Ｌ１）／ＱＬ）−Ｒｐ・・・（４）
但し、Ｆ０は公称周波数、Ｒｐは、図３に示す発振等価回路の損失抵抗値（回路シミュ
レーションより求める）、Ｌ１は圧電振動子の等価直列インダクタンス（設計値又は実測
値（サンプルロットの平均））とする。
【００１９】
このような本実施形態の圧電デバイスの検査装置１によれば、ＤＵＴ２の発振周波数が
高い場合でも、周波数短期安定度測定部３においてｐｐｂオーダーの周波数変動を測定す
ることができる。つまり周波数短期安定度を測定することができる。
また、周波数短期安定度測定部３の測定結果から演算部４によりＤＵＴ２の水晶振動子
Ｘの直列等価抵抗を求めることができる。
従って、本実施形態の検査装置によれば、ＤＵＴ２の周波数短期安定度の検査と、ＤＵ
Ｔ２の水晶振動子Ｘの直列等価抵抗Ｒ１の検査を行うことができる検査装置を実現するこ
とができる。
また、本実施形態の検査装置１では、分散処理部８の分散処理としてアラン分散処理を
行うようにしているので、ＤＵＴ２の周囲温度の変化等によって周波数が変動した場合で
も周波数短期安定度測定部３における周波数短期安定度の測定精度を高めることができる
。
更に、周波数短期安定度測定部３に混合器５と基準発振器６を設け、混合器５から出力
される差信号のビート周波数をカウンタ７でカウントすることで、ＤＵＴ２の発振周波数
が高く、且つＱが高い場合でも周波数短期安定度を精度良く測定することが可能になる。
【００２０】
ここで、本実施形態の検査装置１を用いて水晶発振器２の検査を行った結果、Ｆ０＝１
６．３６６９［ＭＨｚ］、Ｒｐ＝８．０２５［Ω］、Ｌ１＝１６．６９０［ｍＨ］、ＡＤ
ＥＶ＝２．０３９×１０-4［Ｈｚ］、Ｂ＝３．０００×１０-8［Ｈｚ］
ＱＬ＝７５３９１となり、Ｒ１＝１４．７［Ω］であった。一方、従来の検査装置（Ｊ
ＩＳ Ｃ ６７０１）を用いて上記水晶発振器２の検査を行った結果、Ｒ１＝１４．５［Ω
］であった。この検査結果から本実施形態の検査装置１における直列等価抵抗Ｒ１の検査
結果と、従来の検査装置における直列等価抵抗Ｒ１の検査結果は、ほぼ同等の結果が得ら
れることを確認した。
また、上記した検査装置１の周波数短期安定度測定部３では、ＤＵＴ２の出力信号とは
発振周波数が微小に異なる周波数の基準信号を出力する基準発振器６と、ＤＵＴ２の出力
信号と基準信号を混合したときに生じる差信号を出力する混合器５を備えているが、これ
はあくまでも一例であり、ＤＵＴ２の発振周波数が低く、且つＱが低い場合には混合器５
及び基準発振器６などは必ずしも設ける必要は無い。
【００２１】
図４は、本実施形態の圧電デバイスの検査装置の他の構成を示した図である。なお、図
１に示す検査装置１と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この図４に示す検査装置２０は、周波数短期安定度測定部２１の構成が上記図１に示し
た周波数短期安定度測定部３から混合器５、及び基準発振器６を削除した構成となってい
る。この場合、ＤＵＴ２から出力される所定周波数の出力信号を、直接カウンタ７に入力
し、そのカウント出力を分散処理部８において分散処理を行う。ＤＵＴ２の発振周波数が
低く、且つＱが低い場合には、このような構成に検査装置２０でも、周波数短期安定度を
精度良く測定することができると共に、周波数短期安定度測定部２１の測定結果から演算
部４によりＤＵＴ２の水晶振動子Ｘの直列等価抵抗を求めることが可能である。
【００２２】
また、周囲温度の変化等によって測定の際にＤＵＴ２の発振周波数が変動しない場合に
は、分散処理部８における処理をアラン分散処理に代えて式５に示すような標準偏差処理
を行い、その標準偏差値ＳＤＥＶから周波数短期安定度を求めることも可能である。
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・・・（５）
なお、測定の際にＤＵＴ２の発振周波数が変動しない場合には、図１に示した検査装置
１の分散処理部８においてアラン分散処理の代わりに標準偏差処理を行ってもよいことは
言うまでもない。
なお、本実施形態の検査装置における検査方法は、分散処理部８においてＤＵＴ２の出
力信号をカウントしたカウント出力に分散処理を行って周波数短期安定度を測定し、演算
部４において、周波数短期安定度の測定出力から単位周波数帯域あたりの位相雑音の値を
算出し、算出した位相雑音の値からＤＵＴ２のＱの値を算出し、算出したＱの値からＤＵ
Ｔ２の直列等価抵抗Ｒの値を算出することにより実現される。
このような本実施形態の検査方法によれば、分散処理部８により周波数短期安定度を測
定することができると共に、この測定結果から演算部４によりＤＵＴ２に含まれる圧電振
動子Ｘの直列等価抵抗Ｒ１を求めることが可能になる。これにより、ＤＵＴ２の周波数短
期安定度と直列等価抵抗Ｒ１の検査を従来に比べて簡略化することができる。
なお、本発明は圧電デバイスとして弾性表面波素子にも適用可能であり、これを用いた
発振器（ＳＡＷ発振器）を前記ＤＵＴ２としても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の圧電デバイスの検査装置の構成を示した図である。
【図２】演算部の内部構成を示した図である。
【図３】水晶発振器の等価回路である。
【図４】本実施形態の圧電デバイスの検査装置の他の構成を示した図である。
【図５】従来のＤＬＤ検査装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ２０…検査装置、２…水晶発振器（ＤＵＴ）、３  ２１…周波数短期安定度測定部、
４…演算部、５…基準発振器、６…混合器７…カウンタ、８…分散処理部、１１…第１演
算部、１２…第２演算部、１３…第３演算部
【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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