JP2007192731A - 周波数特性測定方法、および周波数特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ正確に共振周波数を測定することができる周波数特性測定方法、および周波数特性測定装置を提供する。
【解決手段】圧電振動子の共振周波数を測定する周波数特性測定方法において、周波数の掃引を第１の周波数の掃引（第１掃引工程Ｓ１）と第２の周波数の掃引（第２掃引工程Ｓ４）により行い、第１の周波数の掃引では掃引を十分速い掃引速度で掃引を行い、第２の周波数の掃引では周波数の掃引を十分に遅い掃引速度で掃引を行うことにより、高速かつ正確に共振周波数を測定することができる。また、第１の周波数の掃引と第２の周波数の掃引の掃引方向を互いに逆方向にすることにより、高速かつ正確に共振周波数を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動デバイスの共振周波数を測定するための周波数特性測定方法、および周波数特性測定装置に関する。

圧電振動デバイスとして、例えば、水晶振動子などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体が略直方体のパッケージで構成される。このパッケージはベースとキャップとから構成され、ベースとキャップとが接合されることでパッケージに内部空間が形成され、この内部空間は気密封止される。

上記した水晶振動子の製造工程において、水晶振動子の共振周波数を測定する周波数特性測定工程がある。周波数特性測定工程では、入力信号の周波数を低周波数側から高周波数側にかけて掃引して水晶振動子からの出力信号を測定する。そして、そのピークを取得して、このピークに対応する周波数を水晶振動子の共振周波数として得る。例えば、ネットワークアナライザにより形成した入力信号を水晶振動子に入力し、ネットワークアナライザで出力信号を取得して、出力信号からそのピークとなる周波数を取得することにより、水晶振動子の共振周波数を得ている。

しかしながら、高速で周波数の掃引を行うと、得られる水晶振動子の共振周波数が真の値からずれてしまい（外れてしまい）、正確な水晶振動子の共振周波数が測定できない。そのため、周波数の掃引速度を高速にすることができなかった。

そこで、効率的に水晶振動子の共振周波数を測定する方法として、水晶振動子の複素インピーダンスの虚数成分と周波数との関係を利用して、水晶振動子の共振周波数を求めていた。具体的には、水晶振動子の各周波数におけるインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスから虚数値を求め、さらに周波数に対する各虚数値の直線性を利用して、水晶振動子の共振周波数を求めていた。

このような方法により、水晶振動子の共振周波数の測定時間が短縮化されるが、実際の製品検査工程においては更なる測定時間の短縮化が要求されていた。

そこで、水晶振動子の共振周波数を求める演算速度を向上させるために、インピーダンスの虚数値と周波数の関係式を変形することにより、演算ステップ数を削減し、より高速に水晶振動子の共振周波数を求める方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−２４１４７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、水晶振動子の共振周波数はインピーダンスから間接的に求めるものであるので、必ずしも正確な共振周波数が求められるものではなかった。また、インピーダンスの虚数値と周波数との直線性を利用して１次近似式を求め、１次近似式から水晶振動子の共振周波数を求めるものであるため、水晶振動子の共振周波数に計算誤差が含まれてしまうという問題があった。

また、正確な水晶振動子の共振周波数を得るためには１次近似式の精度を上げる必要があるが、そのためには、より多数の測定ポイントで測定する必要あり、測定時間がさらに長くなってしまうという問題が生じる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、高速かつ正確に水晶振動子の共振周波数を測定することができる周波数特性測定方法、および周波数特性測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る周波数特性測定方法は、圧電振動デバイスの共振周波数を、低周波数側と高周波数側との間を掃引して測定する周波数特性測定方法において、前記圧電振動デバイスに入力する入力信号の周波数を低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第１掃引工程と、該第１掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第１ピーク周波数を取得する第１ピーク周波数取得工程と、前記第１ピーク周波数に基づいて周波数の掃引を再開する掃引再開周波数を設定する再開周波数設定工程と、前記圧電振動デバイスに入力する前記入力信号の周波数を前記掃引再開周波数から低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第２掃引工程と、該第２掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第２ピーク周波数を取得する第２ピーク周波数取得工程と、前記第２ピーク周波数を共振周波数とする共振周波数取得工程とを含むことを特徴とする。

この構成により、第２掃引工程における周波数の掃引は第１ピーク周波数に基づいて設定される掃引再開周波数から行われることから、第１ピーク周波数の周辺範囲において再測定することができるので、より正確な共振周波数を得ることができる。

また、第２掃引工程が存在することから、第１掃引工程における測定は精度が要求されないので掃引速度を高速化することができる。

また、掃引再開周波数は、第１ピーク周波数の近傍の周波数に設定することができることから、第２掃引工程における周波数の掃引範囲を狭くすることができ、これにより、第２掃引工程における周波数の掃引時間は短縮される。したがって、周波数特性測定の時間は、全体的に短縮される。

本発明に係る周波数特性測定方法では、前記掃引再開周波数は、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向で前記第１ピーク周波数を超えた周波数とされ、前記第２掃引工程における周波数の掃引は、前記第１掃引工程における周波数の掃引速度より遅い速度で、前記第１掃引工程における掃引方向とは逆方向に行ってもよい。

この構成により、第２掃引工程における周波数の掃引は、第１ピーク周波数の近傍範囲から十分に遅い速度で掃引されることから、第１ピーク周波数の周辺範囲において高精度に測定が行われる。したがって、正確な共振周波数を得ることができる。

また、第２掃引工程における周波数の掃引は、第１ピーク周波数を超えた周波数（または、第１ピーク周波数）から第１掃引工程における周波数の掃引方向と逆方向に再開されることから、第２掃引工程における周波数の掃引範囲を狭くできるので、第２掃引工程における周波数の掃引時間は短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

また、ピーク周波数は、共振周波数に対して掃引方向にずれて計測されることから、第２掃引工程において、第１ピーク周波数を超えた周波数から第１掃引工程における周波数の掃引方向とは逆方向に掃引が行われることにより、無駄な掃引を行うことなく第２ピーク周波数を捉えることができる。

本発明に係る周波数特性測定方法では、前記第２掃引工程では、前記出力信号のピークを検出した後に周波数の掃引を終了してもよい。

この構成により、第２掃引工程における周波数の掃引は、第１ピーク周波数に近い周波数から開始され、第２ピークが検出された後に終了することから、第１掃引工程における周波数の掃引範囲と比較して周波数の掃引範囲がさらに狭くなる。これにより、第２掃引工程における周波数の掃引時間が短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

本発明に係る周波数特性測定方法では、前記掃引再開周波数は、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向で前記第１ピーク周波数に至るまでの周波数とされ、前記第２掃引工程における周波数の掃引は、前記第１掃引工程における周波数の掃引速度より遅い速度で、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向と同方向に行ってもよい。

この構成により、第２掃引工程では、第１ピーク周波数の近傍範囲において十分に遅い速度で掃引されることから、第１ピーク周波数の周辺範囲において高精度に測定が行われることになる。したがって、正確な共振周波数を得ることができる。

また、第２掃引工程における周波数の掃引は、第１ピーク周波数の手前から掃引が再開されることから、第２掃引工程における周波数の掃引範囲は狭くなるので、第２掃引工程における周波数の掃引時間は短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

本発明に係る周波数特性測定方法では、前記第２掃引工程では、前記出力信号のピークを検出したときに掃引を終了してもよい。

この構成により、第２順序の周波数の掃引は、第１ピーク周波数に近い周波数から開始され、第２ピークが検出された後に終了することから、第１順序に比較して掃引範囲がさらに狭くなる。これにより、第２順序の掃引時間が短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

また、本発明に係る周波数特性測定方法は、圧電振動デバイスの共振周波数を、低周波数側と高周波数側との間を掃引して測定する周波数特性測定方法において、前記圧電振動デバイスに入力する入力信号の周波数を低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第１掃引工程と、該第１掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第１ピーク周波数を取得する第１ピーク周波数取得工程と、前記圧電振動デバイスに入力する前記入力信号の周波数を前記第１掃引工程における周波数の掃引方向と逆の方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第２掃引工程と、該第２掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第２ピーク周波数を取得する第２ピーク周波数取得工程と、前記第１ピーク周波数および前記第２ピーク周波数に基づき共振周波数周波数を導き出す共振周波数導出工程とを含むことを特徴とする。

この構成により、圧電振動デバイスを低周波数側と高周波数側との間を双方向に周波数を掃引してピークに対応するピーク周波数（第１ピーク周波数および第２ピーク周波数）を取得し、第１ピーク周波数と第２ピーク周波数に基づき共振周波数を導き出すことから、各掃引工程（第１および第２掃引工程）における各ピーク周波数（第１ピーク周波数または第２ピーク周波数）と共振周波数とのずれを相殺することができる。これにより、正確な共振周波数を得ることができる。

また、掃引速度を上げるとピーク周波数と共振周波数とのずれが大きくなるが、各掃引工程におけるピーク周波数と共振周波数とのずれは相殺されることから、掃引速度を上げても正確な共振周波数を得ることができる。

本発明に係る周波数特性測定方法では、前記第１掃引工程と前記第２掃引工程での掃引速度は等しく、前記第１ピーク周波数と前記第２ピーク周波数の平均値を共振周波数としてもよい。

この構成により、簡単な計算式により共振周波数を得ることができる。すなわち、第１掃引工程と第２掃引工程との掃引速度を等速としてあることから、第１ピーク周波数と共振周波数とのずれと第２ピーク周波数と共振周波数とのずれが等しくなるので、第１ピーク周波数と第２ピーク周波数の平均値を共振周波数とすることができる。

また、本発明に係る周波数特性測定装置は、圧電振動デバイスの共振周波数を測定する共振周波数測定装置において、低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器と、前記圧電振動デバイスに入力された前記入力信号に対して出力される出力信号を取得する出力取得部と、前記出力信号のピークを算出するピーク演算部と、前記ピークに対応するピーク周波数を記憶する記憶部と、低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に周波数掃引して得られる前記ピーク周波数に基づいて周波数の掃引を再開させるための掃引再開周波数を設定させ、前記掃引再開周波数から低周波数側と高周波数側とのいずれか一方向に再掃引させる制御部と、周波数の再掃引で得られた前記ピーク周波数を共振周波数とする共振周波数取得部とを備えていることを特徴とする。

この構成により、周波数の再掃引はピーク周波数に基づいて設定される掃引再開周波数から行われることから、ピーク周波数の周辺範囲において再測定され、これにより、正確な共振周波数が得られる。

また、掃引再開周波数をピーク周波数の近傍の周波数に設定することができる。これにより、周波数の再掃引の掃引範囲を狭くすることができるので、周波数の再掃引の掃引時間を短縮することができる。したがって、周波数特性測定の時間を全体的に短縮することができる。

また、本発明に係る周波数特性測定装置は、圧電振動デバイスの共振周波数を測定する共振周波数測定装置において、低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器と、前記圧電振動デバイスに入力された前記入力信号に対して出力される出力信号を取得する出力取得部と、前記出力信号のピークを算出するピーク演算部と、前記ピークに対応するピーク周波数を記憶する記憶部と、低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に周波数の掃引を実行し、この周波数の掃引方向とは逆の方向に周波数の再掃引を実行する制御部と、前記周波数の掃引により得られた前記ピーク周波数と前記周波数の再掃引により得られた前記ピーク周波数とに基づき共振周波数を導出する共振周波数導出部とを備えていることを特徴とする。

この構成により、周波数の掃引と周波数の再掃引とにおける各ピーク周波数と共振周波数とのずれが相殺されることから、正確な共振周波数を得ることができる。

また、掃引速度を上げるとピーク周波数と共振周波数とのずれが大きくなるが、周波数の掃引と周波数の再掃引との掃引方向が互いに逆になっていることから、周波数の掃引と周波数の再掃引とにおけるピークと共振周波数とのずれは相殺される。したがって、掃引速度を上げても正確に共振周波数が得ることができる周波数特性測定装置となっている。

本発明に係る周波数特性測定方法によれば、周波数の掃引を第１掃引工程と第２掃引工程により行うので、第２掃引工程では、正確に共振周波数が測定できる程度の速度で行うことができ、正確な共振周波数を得ることができる。また、第１掃引工程における周波数の掃引を高速化できるので、周波数特性測定の時間を短縮化できる。

また、本発明に係る周波数特性測定方法によれば、第２掃引工程では、第１ピーク周波数の周辺の周波数（第１ピーク周波数の前後の周波数）から掃引が再開されることから、掃引範囲を狭くすることができるので、さらに、周波数特性測定の時間を短縮化できる。

また、本発明に係る周波数特性測定方法によれば、第２掃引工程では、出力信号のピークを取得したときに掃引を終了させることから、さらに、周波数特性測定の時間を短縮化できる。

また、本発明に係る周波数特性測定方法によれば、周波数の掃引を第１掃引工程と第２掃引工程により行ない、第１掃引工程と第２掃引工程とにおける周波数の掃引方向は互いに逆方向であることから、ピーク周波数と真の共振周波数とのずれが相殺されることになり、正確な共振周波数を得ることができる。

本発明に係る周波数特性測定装置によれば、周波数の掃引と周波数の再掃引が実行され、周波数の再掃引では、正確に共振周波数が測定できる程度の速度で周波数の再掃引が実行されることから、正確な共振周波数を得ることができる。また、周波数の掃引におけるその掃引速度を高速に設定することができるので、周波数特性測定の時間を短縮化できる。

また、本発明に係る周波数特性測定装置によれば、周波数の掃引と周波数の再掃引が実行され、これら周波数の掃引の方向と周波数の再掃引の方向とは互いに逆方向としていることから、ピーク周波数と真の共振周波数とのずれを相殺することができるので、正確に共振周波数が測定できる。また、周波数の掃引と周波数の再掃引との掃引速度を高速に設定することができるので、周波数特性測定の時間を短縮化できる。

本発明に係る周波数特性測定方法は、圧電振動デバイスとしての水晶振動片や水晶振動子等に適用される。

水晶振動片は、例えばＡＴカット水晶振動片からなり、水晶ウエハから切り出され、所定の厚さにまで研磨することにより形成される。また、水晶振動片は、水晶ウエハのロットや水晶振動片の加工状態によって共振周波数が異なるため、共振周波数特性の測定を行って所定の共振周波数に区分けしてランク分けされる。

具体的には、水晶振動片を下電極体の上に搭載し、上電極体を上方から水晶振動片に近接させこの状態で水晶振動片に対して電圧を印加して、本発明に係る周波数測定方法を適用することにより共振周波数の測定が行われる。なお、上電極体は、水晶振動片との間に１ｍｍ未満の隙間を設けるようにして配置される。

次に、水晶振動片の両面にそれぞれ励振電極が形成される。励振電極の形成状態により共振周波数の値が変化するので、共振周波数の測定が行われる。具体的には、励振電極にプローブピンを当接させて、本発明に係る周波数測定方法を適用することにより共振周波数の測定が行われる。

励振電極が形成された水晶振動片は、水晶振動片を保持するベースに接合材により固定される。さらに、真空若しくは不活性ガス雰囲気中でベースにキャップを嵌合させて接合することにより、水晶振動片はパッケージ内に密封される。このようにして、水晶振動子Ｃ（図１１参照）が製造される。

なお、ベースは、アルミナ等のセラミック材料からなり、一面に開口面を有した箱状体に形成されたものである。開口面においてベースとキャップとが接合される。キャップは、金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に形成されている。キャップは、下面にろう材が形成されており、シーム溶接やビーム溶接等によりベースに接合される。また、水晶振動片をベースに固定する接合材として、銀フィラを含有したシリコーンが用いられる。

水晶振動子Ｃの共振周波数は、振動片がパッケージに固定され密封されることにより、振動片の共振周波数とは異なる値となるので、再び、共振周波数が測定される。具体的には、水晶振動子Ｃの端子にプローブを当接させて、本発明に係る周波数測定方法を適用することにより共振周波数の測定が行われる。

なお、本発明に係る周波数測定方法は、上述に示した共振周波数特性の測定に限定して適用されるものではなく、水晶振動片または水晶振動子の製造工程において必要に応じて実施される共振周波数の測定に対しても適用されるものである。

以下、本発明に係る周波数特性測定方法について図面を参照して説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る周波数特性測定方法の工程を示す工程図である。図２は、実施の形態１に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。本実施の形態に係る周波数特性測定では、図１１に示す周波数特性測定装置１００が用いられる。周波数特性測定装置１００については実施の形態４に詳述する。なお、実施の形態１に係る周波数特性測定は、図１１に示す周波数特性測定装置１００を用いて行われることに限定されるものではない。

まず、測定対象物が保持器（不図示）に保持され、入力信号Ｓｉｎを印加できる状態とされる。具体的には、測定対象物として水晶振動子Ｃ（図１１参照）を測定する場合は、保持器に固定して端子にプローブピンを当接し測定ができる状態にする。また、測定対象物として水晶振動片を測定する場合は、上述の上電極体と下電極体の間に水晶振動片を配置し測定ができる状態にする。

次に、入力信号Ｓｉｎが入力され、出力信号Ｓｏｕｔが取得される（第１掃引工程Ｓ１）。入力信号Ｓｉｎは、開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまでの周波数ｆの掃引として入力される。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対応するようにして取得される。

なお、本実施の形態では、周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行うことを第１掃引順序（図２に示す符号Ｔ１）という。また、第１掃引工程Ｓ１において周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行っているが、この掃引方向は限定されるものではなく、第１掃引工程Ｓ１における掃引方向を図２における終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまでとしてもよい。

入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引幅は、測定する水晶振動子Ｃの共振周波数ｆ０を含むように設定される。出力信号Ｓｏｕｔは、掃引する周波数ｆに対応させて取得される。また、出力信号Ｓｏｕｔは一旦周波数ｆと関連づけして記憶部１０５（図１１参照）に記憶される。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ１として得られる（図２参照）。

第１掃引順序Ｔ１の周波数ｆの掃引は、高速で行うことができる。これは、第１掃引順序Ｔ１とは異なる第２掃引順序Ｔ２（下記参照）において行われる周波数ｆの掃引が、正確に共振周波数ｆ０を測定できる程度の速度で行われることからである。すなわち、第１掃引順序Ｔ１における周波数ｆの掃引は、共振周波数ｆ０の大体の値を把握するために行われる。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ、第１掃引順序Ｔ１でのピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１が取得される（第１ピーク周波数取得工程Ｓ２）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔを比較することにより、最大値がピークとして求められ、第１掃引順序Ｔ１のピークに対応する周波数ｆが第１ピーク周波数ｆ１として記憶される。なお、出力信号Ｓｏｕｔの出力の極性を反転させ、最小値をピークとして求めてもよいし、また、第１掃引において、最初に検出された顕著なピーク（ファーストピーク）を第１ピーク周波数ｆ１として取得してもよい。

次に、第１ピーク周波数ｆ１に基づいて掃引を再開する周波数（掃引再開周波数ｆｒｓ）が設定される（再開周波数設定工程Ｓ３）。具体的には、第１掃引順序Ｔ１の掃引方向で第１ピーク周波数ｆ１を超え、第１ピーク周波数ｆ１から所定幅離れた周波数ｆ（または、第１ピーク周波数ｆ１）が掃引再開周波数ｆｒｓとして設定される。すなわち、第１掃引順序Ｔ１において周波数ｆを増加させる方向に掃引した場合は、第１ピーク周波数ｆ１より大きい値（または、第１ピーク周波数ｆ１）が掃引再開周波数ｆｒｓに設定され、また、周波数ｆを減少させる方向に掃引した場合は、第１ピーク周波数ｆ１より小さい値（または、第１ピーク周波数ｆ１）が掃引再開周波数ｆｒｓに設定される。なお、第１ピーク周波数ｆ１から離される所定幅は、測定する対象物により設定する値は異なる。

次に、入力信号Ｓｉｎを入力して第１掃引順序Ｔ１の掃引方向に対して逆方向に掃引再開周波数ｆｒｓから開始周波数ｆｓまで周波数ｆの掃引を行う。そして、周波数ｆに対応する出力信号Ｓｏｕｔを取得する（第２掃引工程Ｓ４）。

なお、図２においては、第１掃引順序Ｔ１において周波数ｆを増加させる方向に掃引した場合を示している。また、第１掃引順序Ｔ１の後に周波数ｆの掃引を掃引再開周波数ｆｒｓから開始周波数ｆｓまで行うことを第２掃引順序（図２に示す符号Ｔ２）という。

第２掃引順序Ｔ２では、第１掃引順序Ｔ１の掃引速度より遅く、高精度に共振周波数ｆ０が測定できる速度で周波数ｆの掃引が行われる。また、第２掃引順序Ｔ２の周波数ｆの掃引は、開始周波数ｆｓに至るまで行われる。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ２として得られる（図２参照）。

第１掃引順序Ｔ１のように高速で掃引したときには、出力信号Ｓｏｕｔのピークは共振周波数ｆ０から掃引方向に大きくずれて計測される。したがって、第１ピーク周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０から第１掃引順序Ｔ１の掃引方向にずれることになる。これに対して、第２掃引順序Ｔ２では、第１ピーク周波数ｆ１を超えた周波数（あるいは第１ピーク周波数ｆ１）から第１掃引順序Ｔ１の掃引方向に対して逆方向に掃引が行われる。これにより、第２掃引順序Ｔ２では確実に共振周波数ｆ０が捉えられる。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２が取得される（第２ピーク周波数取得工程Ｓ５）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔが比較され最大値（または最小値）がピークとして求められ、第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する周波数ｆが第２ピーク周波数ｆ２として記憶部１０５（図１１参照）に記憶される。

次に、第２ピーク周波数ｆ２が共振周波数ｆ０とされる（共振周波数取得工程Ｓ６）。

このような周波数特性測定方法により得られた共振周波数ｆ０は、真の共振周波数と比較して殆どずれがなくなる。

すなわち、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１の近傍の掃引再開周波数ｆｒｓから十分に遅い速度で掃引されることから、第１ピーク周波数ｆ１の周辺範囲において高精度に測定が行われる。したがって、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

また、第２掃引工程Ｓ４が存在することから、第１掃引工程Ｓ１における測定は精度が要求されないので掃引速度を高速化することができる。また、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１を超えた周波数（または第１ピーク周波数ｆ１）から掃引が逆方向に再開されることから、第２掃引順序Ｔ２の掃引範囲を狭くできる。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

また、第１ピーク周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０に対してその掃引方向にずれて計測されることから、第２掃引工程Ｓ４において、第１ピーク周波数ｆ１を超えた周波数（掃引再開周波数ｆｒｓ）、あるいは第１ピーク周波数ｆ１から第１掃引順序Ｔ１の掃引方向とは逆方向に掃引が行われることで、無駄な掃引を行うことなく第２ピーク周波数ｆ２を捉えることができる。

次に、本実施の形態において、第２掃引順序Ｔ２の周波数の掃引を出力信号Ｓｏｕｔのピークを検出した時点で終了するようにした周波数特性測定方法について説明する。

本周波数特性測定方法では、第２掃引工程Ｓ４において、出力信号Ｓｏｕｔのピークを検出した時点で掃引を終了するようにする。具体的には、取得した出力信号Ｓｏｕｔを比較し、出力信号Ｓｏｕｔが上昇から下降（または、下降から上昇）に転換した時点を検知することにより、ピークを検出する。

これにより、第２掃引順序Ｔ２の周波数の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１に近い周波数（掃引再開周波数ｆｒｓ）から開始され、ピークが検出された後に終了することから、さらに掃引範囲が狭くなる。これにより、第２掃引順序Ｔ２の掃引時間が短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

次に、通常の周波数特性測定方法と実施の形態１に係る周波数特性測定方法とを比較して、その効果の説明をする。

図３は、通常の周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。縦軸はゲイン（ｄＢ）を示し、横軸は周波数ｆ（ＭＨｚ）を示している。出力信号Ｓｏｕｔはゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１１として示されている。ここで、ゲインとは、水晶振動子Ｃから得られる出力信号Ｓｏｕｔの値、または、入力信号値と出力信号値との差である。

通常の周波数特性測定では、デジタルネットワークアナライザを使用しており、周波数ｆは離散的になっており、各周波数ポイントにおける測定時間を設定できる。なお、本実施の形態または以下に説明する実施の形態においても、同性能の機能を有したデジタルネットワークアナライザが使用される。

通常の周波数特性測定では、周波数ｆの掃引は、周波数ｆを増加させる方向に測定ポイント数８０１とし、掃引速度１ｍｓ／ポイント、開始周波数３.９９８９９１ＭＨｚ、終了周波数４.０００９８８で行っている。測定時間は８０１ｍｓになる。また、共振周波数は４．００００１７４ＭＨｚである（図１０、ＴｅｓｔＰ参照、図１０は、各実施の形態に係る周波数特性測定方法により得られた結果をまとめた図表である。）。この条件により得られた共振周波数ｆ０と、標準治具により得られた十分信頼性のある共振周波数ｆ０（３．９９９９９１４ＭＨｚ）との差（以下、測定差（図１０参照）という）は、２６Ｈｚである。なお、掃引速度とは、掃引する周波数における任意の一点（周波数ｆ）での測定時間を示す。

図４は、実施の形態１に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。縦軸はゲイン（ｄＢ）を示し、横軸は周波数ｆ（ＭＨｚ）を示している。第１掃引順序Ｔ１の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１２として示されている。また、第２掃引順序Ｔ２の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１３として示されている。

第１掃引順序Ｔ１では、周波数ｆを増加させる方向に測定ポイント数８０１とし、掃引速度０.２ｍｓ／ポイント、開始周波数３.９９８９９１ＭＨｚ、終了周波数４.０００９８８で掃引している（図１０、Ｔｅｓｔ１参照）。

第２掃引順序Ｔ２では、周波数ｆを減少させる方向に測定ポイント数６０とし、掃引速度３.４ｍｓ／ポイント、第１ピーク周波数ｆ１（４.００００６２ＭＨｚ）から３.９９９９１５ＭＨｚまで掃引している。なお、第１掃引順序Ｔ１と第２掃引順序Ｔ２の切替時間を１０ｍｓとしている。測定時間は３７４.２ｍｓになる（図１０、Ｔｅｓｔ１参照）。

この条件では、共振周波数ｆ０は３．９９９９７９９ＭＨｚであり、共振周波数ｆ０の測定差（図１０参照）という）は−１１．５Ｈｚである。

第１掃引順序Ｔ１の掃引は、０.２ｍｓ／ポイントとして高速に周波数ｆの掃引が行われている。第２掃引順序Ｔ２の掃引は、３.４ｍｓ／ポイントとして、高精度に共振周波数ｆ０が測定できる速度で掃引が行われている。すなわち、１回目の掃引を高速にして、２回目の掃引を共振周波数ｆ０の近傍範囲にのみ掃引を行うことによって、通常の周波数特性測定より測定時間は大幅に短縮されている。

また、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、測定ポイントの測定時間を通常より３.４倍にしている。これにより、共振周波数ｆ０の測定差は、通常の周波数特性測定方法と比較して小さいものとなっている（図１０、Ｔｅｓｔ１参照）。

なお、第１掃引順序Ｔ１における掃引方向は、周波数を増加させる方向、または周波数を減少させる方向いずれでもよい。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る周波数特性測定方法は、実施の形態１に係る周波数特性測定方法とは第１順序より後の工程の内容が異なっているので、主に、第１順序より後の工程について図１を参照して説明する。また、実施の形態１と同一構成や内容についてはその説明を省略して同一符号を付す。

図５は、実施の形態２に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。

まず、測定対象物が保持器（不図示）に保持され、入力信号Ｓｉｎを印加できる状態とされる。具体的には、測定対象物として水晶振動子Ｃ（図１１参照）を測定する場合は、保持器に固定して端子にプローブピンを当接し測定ができる状態にする。また、測定対象物として水晶振動片を測定する場合は、上述の上電極体と下電極体の間に水晶振動片を配置し測定ができる状態にする。

次に、入力信号Ｓｉｎ（図１１参照）を入力して周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで第１順序で行い、周波数ｆに対応する出力信号Ｓｏｕｔ（図１１参照）を取得する（第１掃引工程Ｓ１）。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ３として得られる。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ、第１掃引順序Ｔ１でのピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１が取得される（第１ピーク周波数取得工程Ｓ２）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔを比較することにより、最大値（または最小値）がピークとして求められ、第１掃引順序Ｔ１のピークに対応する周波数ｆが第１ピーク周波数ｆ１として記憶される。

次に、第２順序において掃引を開始する周波数（掃引再開周波数ｆｒｓ）が第１ピーク周波数ｆ１に基づいて設定される（再開周波数設定工程Ｓ３）。具体的には、第１順序の掃引方向に対して第１ピーク周波数ｆ１に至るまでの範囲において、第１ピーク周波数ｆ１から所定幅離れた周波数ｆが掃引再開周波数ｆｒｓとして設定される。なお、第１ピーク周波数ｆ１から離される所定幅は、測定する対象物により設定する値は異なる。

次に、入力信号Ｓｉｎを入力して第１掃引順序Ｔ１の掃引方向と同方向に掃引再開周波数ｆｒｓから終了周波数ｆｅまで周波数ｆの掃引を行う。そして、周波数ｆに対応する出力信号Ｓｏｕｔを取得する（第２掃引工程Ｓ４）。

なお、図５においては、第１掃引順序Ｔ１において周波数ｆを増加させる方向に掃引した場合を示している。また、第１掃引順序Ｔ１の後に周波数ｆの掃引を掃引再開周波数ｆｒｓから終了周波数ｆｅまで行うことを第２掃引順序（図５に示す符号Ｔ２）という。

第２掃引順序Ｔ２では、第１掃引順序Ｔ１の掃引速度より遅く、高精度に共振周波数ｆ０が測定できる速度で周波数ｆの掃引が行われる。また、第２掃引順序Ｔ２の周波数ｆの掃引は、開始周波数ｆｅに至るまで行われる。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ４として得られる（図５参照）。

第１掃引順序Ｔ１のように高速で掃引したときには、出力信号Ｓｏｕｔのピークは、共振周波数ｆ０から掃引方向に大きくずれて計測される。したがって、第１ピーク周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０から第１掃引順序Ｔ１の掃引方向にずれていることになる。これに対して、第２掃引順序Ｔ２では、第１ピーク周波数ｆ１から第１掃引順序Ｔ１の掃引方向に対して十分手前から低速で同方向に掃引が行われる。これにより、第２掃引順序Ｔ２では第１ピーク周波数ｆ１より手前で確実に共振周波数ｆ０が捉えられる。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ、第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２が取得される（第２ピーク周波数取得工程Ｓ５）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔが比較され最大値（または最小値）がピークとして求められ、第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する周波数ｆが第２ピーク周波数ｆ２として記憶部１０５（図１１参照）に記憶される。

次に、第２ピーク周波数ｆ２は共振周波数ｆ０とされ（共振周波数取得工程Ｓ６）、共振周波数ｆ０が測定される。第２掃引順序Ｔ２における周波数ｆの掃引は、高精度に共振周波数ｆ０が測定できる速度で周波数ｆの掃引が行われることから、第２ピーク周波数ｆ２と共振周波数ｆ０とのずれは殆どなくなることになる。

すなわち、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１の近傍の掃引再開周波数ｆｒｓから十分に遅い速度で掃引されることから、第１ピーク周波数ｆ１の周辺範囲において高精度に測定が行われる。したがって、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

また、第２掃引工程Ｓ４が存在することから、第１掃引工程Ｓ１における測定は精度が要求されないので掃引速度を高速化することができる。また、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１の手前から掃引が再開されることから、第２掃引順序Ｔ２の掃引範囲は狭くなるので、第２掃引順序Ｔ２の掃引時間は短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

次に、本実施の形態において、第２掃引順序Ｔ２の周波数の掃引を出力信号Ｓｏｕｔのピークを検出した時点で終了するようにした周波数特性測定方法について説明する。

本周波数特性測定方法では、第２掃引工程Ｓ４において、出力信号Ｓｏｕｔのピークを検出した時点で掃引を終了するようにする。具体的には、取得した出力信号Ｓｏｕｔを比較し、出力信号Ｓｏｕｔが上昇から下降（または下降から上昇）に転換した時点を検知することにより、ピークを検出する。

これにより、第２掃引順序Ｔ２の周波数の掃引は、第１ピーク周波数ｆ１に近い周波数（掃引再開周波数ｆｒｓ）から開始され、第２ピークが検出された後に終了することから、さらに掃引範囲が狭くなる。これにより、第２掃引順序Ｔ２の掃引時間が短縮される。したがって、周波数特性測定の時間が全体的に短縮される。

次に、通常の周波数特性測定方法と実施の形態２に係る周波数特性測定方法とを比較して、その効果の説明をする。

通常の周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図は、上述したように図３に示されている。

図６は、実施の形態２に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。縦軸はゲイン（ｄＢ）を示し、横軸は周波数ｆ（ＭＨｚ）を示している。第１掃引順序Ｔ１の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１４として示されている。また、第２掃引順序Ｔ２の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１５として示されている。

第１掃引順序Ｔ１では、周波数ｆを増加させる方向に測定ポイント数８０１とし、掃引速度０.２ｍｓ／ポイント、開始周波数３.９９８９９１ＭＨｚ、終了周波数４.０００９８８で掃引している（図１０、Ｔｅｓｔ２参照）。

第２掃引順序Ｔ２では、周波数ｆを増加させる方向に測定ポイント数８１とし、掃引速度３.４ｍｓ／ポイント、第１ピーク周波数ｆ１より手前の周波数３．９９９８９０８ＭＨｚから４．００００９０６ＭＨｚまで掃引している。なお、第１掃引順序Ｔ１と第２掃引順序Ｔ２の切替時間を１０ｍｓとしている。測定時間は４４５．６ｍｓになる（図１０、Ｔｅｓｔ２参照）。

この条件では、共振周波数ｆ０は３．９９９９９８２ＭＨｚであり、共振周波数ｆ０の測定差（図１０参照）は、６．８Ｈｚである。

第１掃引順序Ｔ１の掃引は、０.２ｍｓ／ポイントとして高速に周波数ｆの掃引が行われている。第２掃引順序Ｔ２の掃引は、３.４ｍｓ／ポイントとして、高精度に共振周波数ｆ０が測定できる速度で掃引が行われている。すなわち、正確な共振周波数ｆ０を得るために２回掃引を行っているが、１回目の掃引を高速にして、２回目の掃引を共振周波数ｆ０の近傍範囲にのみ掃引を行うことによって、通常の周波数特性測定よりの測定時間は大幅に短縮されている。

また、第２掃引順序Ｔ２の掃引は、測定ポイントの測定時間を通常より３.４倍にしている。これにより、共振周波数ｆ０の測定差は、通常の周波数特性測定方法と比較して小さいものとなっている（図１０、Ｔｅｓｔ２参照）。

なお、第１掃引順序Ｔ１における掃引方向は、周波数を増加させる方向、または周波数を減少させる方向いずれでもよい。

＜実施の形態３＞
本実施の形態に係る周波数特性測定方法は、実施の形態１に係る周波数特性測定方法とは第１順序より後の工程の内容が異なっているので、主に、第１順序より後の工程について図を参照して説明する。本実施の形態に係る周波数特性測定では、図１１に示す周波数特性測定装置１００が用いられる。周波数特性測定装置１００については実施の形態５に詳述する。なお、実施の形態１に係る周波数特性測定は、図１１に示す周波数特性測定装置１００を用いて行われることに限定されるものではない。

図７は、実施の形態３に係る周波数特性測定方法の工程を示す工程図である。図８は、実施の形態３に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。

まず、測定対象物が保持器（不図示）に保持され、入力信号Ｓｉｎを印加できる状態とされる。具体的には、測定対象物として水晶振動子Ｃ（図１１参照）を測定する場合は、保持器に固定して端子にプローブピンを当接し測定ができる状態にする。また、測定対象物として水晶振動片を測定する場合は、上述の上電極体と下電極体の間に水晶振動片を配置し測定ができる状態にする。

次に、入力信号Ｓｉｎ（図１１参照）を入力して周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行い、周波数ｆに対応する出力信号Ｓｏｕｔ（図１１参照）を取得する（第１掃引工程Ｓ１）。

なお、本実施の形態では、周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行うことを第１掃引順序（図８に示す符号Ｔ１）という。また、第１掃引工程Ｓ１において周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行っているが、この掃引方向は限定されるものではなく、第１掃引工程Ｓ１における掃引方向を図８を参照して終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまでとしてもよい。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ５として得られる（図８参照）。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ、第１掃引順序Ｔ１でのピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１が取得される（第１ピーク周波数取得工程Ｓ２）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔを比較することにより、最大値（または最小値）がピークとして求められ、第１掃引順序Ｔ１のピークに対応する周波数ｆが第１ピーク周波数ｆ１として記憶される。

次に、第１掃引順序Ｔ１の掃引方向に対して逆方向（図８に示す終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまで）に入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引を行い、周波数ｆに対応する出力信号Ｓｏｕｔを取得する（第２掃引工程Ｓ４）。なお、本実施の形態では、第１掃引順序の後に周波数ｆの掃引を終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまで行うことを第２掃引順序（図８に示す符号Ｔ２）という。

第２掃引順序Ｔ２では、第１掃引順序Ｔ１の掃引速度と等速度で周波数ｆの掃引が行われる。また、第２掃引順序Ｔ２の掃引範囲は第１掃引順序Ｔ１と同一範囲で行われる。出力信号Ｓｏｕｔは、周波数ｆの掃引に対して共振周波数ｆ０の付近でピークを有する共振特性Ｃｈ６として得られる（図８参照）。

なお、第２掃引順序Ｔ２の周波数ｆの掃引は、第１ピーク周波数ｆ１の周囲の範囲において周波数ｆを掃引するように設定してもよい。これにより、第２掃引順序Ｔ２の周波数ｆの掃引時間が短縮化される。

次に、出力信号Ｓｏｕｔのピークが求められ第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２が取得される（第２ピーク周波数取得工程Ｓ５）。具体的には、取得された全ての出力信号Ｓｏｕｔが比較されて最大値（または最小値）がピークとして求められ、第２掃引順序Ｔ２のピークに対応する周波数ｆが第２ピーク周波数ｆ２として記憶部１０５（図１１参照）に記憶される。

次に、第１ピーク周波数ｆ１および第２ピーク周波数ｆ２に基づき共振周波数ｆ０が導出され（共振周波数導出工程Ｓ７）、共振周波数ｆ０が出力される。具体的には、第１ピーク周波数ｆ１と第２ピーク周波数ｆ２との平均値が共振周波数ｆ０とされる。

第１掃引順序Ｔ１におけるピーク周波数は、共振周波数ｆ０に対して第１掃引順序Ｔ１の掃引方向にずれる。他方、第２掃引順序Ｔ２におけるピーク周波数は、共振周波数ｆ０に対して第２掃引順序Ｔ２の掃引方向にずれる。第１掃引順序Ｔ１と第２掃引順序Ｔ２の掃引速度は等速であることから、そのずれは同程度となる。したがって、第１ピーク周波数ｆ１と第２ピーク周波数ｆ２との平均値を算出することにより、ずれが相殺され、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

なお、第１掃引順序Ｔ１と第２掃引順序Ｔ２における掃引速度を変えたときは、第１ピーク周波数ｆ１または第２ピーク周波数ｆ２に所定の係数を乗じて共振周波数ｆ０を算出してもよい。また、実際の測定（または測定条件、測定機器）に応じて最適な係数を求め、第１ピーク周波数ｆ１または第２ピーク周波数ｆ２に求めた係数を乗じて共振周波数ｆ０を算出してもよい。

このような構成により、水晶振動子Ｃを順方向と逆方向から周波数を掃引してピークに対応するピーク周波数（第１ピーク周波数ｆ１および第２ピーク周波数ｆ２）を取得し、第１ピーク周波数ｆ１（順方向）と第２ピーク周波数ｆ２（逆方向）に基づき共振周波数ｆ０を導き出すことから、各掃引工程（第１掃引工程Ｓ１および第２掃引工程Ｓ２）における各ピーク周波数（第１ピーク周波数ｆ１または第２ピーク周波数ｆ２）と共振周波数ｆ０とのずれを相殺することができる。これにより、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

また、掃引速度を上げるとピーク周波数と共振周波数とのずれが大きくなるが、各掃引工程におけるピーク周波数（ｆ１、ｆ２）と共振周波数ｆ０とのずれは相殺されることから、掃引速度を上げても正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

また、簡単な計算式により共振周波数ｆ０を得ることができる。すなわち、第１順序と第２順序との掃引速度を等速としてあることから、第１ピーク周波数ｆ１と共振周波数ｆ０とのずれと第２ピーク周波数ｆ２と共振周波数ｆ０とのずれとが等しくなるので、第１ピーク周波数ｆ１と第２ピーク周波数ｆ２の平均値を共振周波数ｆ０とすることができる。

次に、通常の周波数特性測定方法と実施の形態３に係る周波数特性測定方法とを比較して、その効果の説明をする。

通常の周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図は、上述したように図３に示されている。

図９は、実施の形態３に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。縦軸はゲイン（ｄＢ）を示し、横軸は周波数ｆ（ＭＨｚ）を示している。第１掃引順序Ｔ１の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１６として示されている。また、第２掃引順序Ｔ２の出力信号Ｓｏｕｔは、ゲインとして測定され、共振曲線Ｃｈ１７として示されている。

第１掃引順序Ｔ１では、周波数ｆを増加させる方向に測定ポイント数８０１とし、掃引速度０.２ｍｓ／ポイント、開始周波数３.９９８９９１ＭＨｚ、終了周波数４.０００９８８で掃引している（図１０、Ｔｅｓｔ３参照）。

第２掃引順序Ｔ２では、周波数ｆを減少させる方向に測定ポイント数８０１とし、掃引速度０.２ｍｓ／ポイント、開始周波数４.０００９８８ＭＨｚ、終了周波数３.９９８９９１で掃引している。なお、第１掃引順序Ｔ１と第２掃引順序Ｔ２の切替時間を１０ｍｓとしている。測定時間は３３０.４ｍｓになる（図１０、Ｔｅｓｔ３参照）。

この条件では、第１ピーク周波数はｆ１は４．００００５９９ＭＨｚであり、第２ピーク周波数ｆ２は３．９９９９２７４ＭＨｚであり、その平均値は、３．９９９９９３７ＭＨｚとなる。共振周波数ｆ０の測定差（図１０参照）という）は、２．３Ｈｚである。

第１掃引順序Ｔ１の掃引と第２掃引順序Ｔ２の掃引は、０.２ｍｓ／ポイントとして高速に周波数ｆの掃引が行われている。このような高速の掃引を行っても、第１掃引順序Ｔ１の掃引と第２掃引順序Ｔ２の掃引は、等速で互いに逆方向に行われることから、ピーク周波数の平均値を取ることによりピーク周波数と共振周波数ｆ０とずれが相殺される。したがって、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

次に、共振周波数ｆ０を測定することができる周波数特性測定装置について図を参照して説明する。実施の形態４または実施の形態５では、水晶振動子Ｃを測定対象物として例に挙げる。なお、実施の形態４または実施の形態５に係る周波数特性測定装置は、測定対象物として水晶振動子Ｃに対して適用されるものに限定されるものではなく、圧電振動デバイスその他共振周波数特性を有する電子デバイスに適用されるものである。

＜実施の形態４＞
本実施の形態に係る周波数特性測定装置を図２の共振周波数特性の概略図および図１１を参照して説明する。

図１１は、本実施の形態４に係る周波数特性測定装置のブロック図である。

本実施の形態に係る周波数特性測定装置１００は、低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器１１０と、水晶振動子Ｃに入力された入力信号Ｓｉｎに対して出力される出力信号Ｓｏｕｔを取得する出力取得部１０３と、出力信号Ｓｏｕｔのピークを算出するピーク演算部１０４と、出力信号Ｓｏｕｔとピークに対応するピーク周波数とを関連づけて記憶する記憶部１０５と、低周波数側（図２に示す開始周波数ｆｓ）から高周波数側（図２に示す終了周波数ｆｅ）まで周波数掃引して得られるピーク周波数に基づいて周波数ｆの掃引を再開させるための掃引再開周波数ｆｒｓを設定させ、掃引再開周波数ｆｒｓから図２に示す開始周波数ｆｓに再掃引させる制御部１０６と、周波数側の再掃引で得られたピーク周波数を共振周波数ｆ０とする共振周波数取得部１０７とを備えている。

なお、本実施の形態では、周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行うことを第１掃引順序（図２に示す符号Ｔ１）といい、第１掃引順序の後に周波数ｆの掃引を掃引再開周波数ｆｒｓから開始周波数ｆｓまで行うことを第２掃引順序（図２に示す符号Ｔ２）という。

入力信号発生器１１０は、掃引される周波数ｆを形成する周波数掃引発振器１０１と、形成された周波数ｆに基づき入力信号Ｓｉｎを形成する高周波信号発生器１０２により主要部が構成される。

周波数掃引発振器１０１は、電圧−容量変換素子（例えば、バリキャップとコイルとを組合せた同調回路の同調周波数ｆで発振させる発振回路）により構成され、周波数ｆを所定の範囲で掃引することができるようになっている。

また、制御部１０６からの命令により、掃引を開始する開始周波数ｆｓや掃引方向を変更できるものとなっている。例えば、所定の条件により設定される開始周波数ｆｓから掃引を開始させることができる。また、所定のタイミングにおいて掃引方向を反転させることができる。

具体的に、本実施の形態では、第１掃引順序Ｔ１では周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行っているが、この掃引方向は限定されるものではなく、第１掃引順序Ｔ１における掃引方向を図２を参照して終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまでとしてもよい。さらに、第２掃引順序Ｔ２では、第１掃引順序Ｔ１の後に周波数ｆの掃引を掃引再開周波数ｆｒｓから開始周波数ｆｓまで行っているが、これに限定されるものではなく、第２掃引順序Ｔ２における掃引方向を図２を参照して掃引再開周波数ｆｒｓから終了周波数ｆｅまでとしてもよい。

高周波信号発生器１０２は、周波数掃引発振器１０１からの掃引周波数ｆを受け、これに基づいて入力信号Ｓｉｎを形成するものである。

出力取得部１０３は、入力信号Ｓｉｎが加えられた水晶振動子Ｃからの出力信号Ｓｏｕｔを取得するものである。また、入力信号Ｓｉｎに対して得られた出力信号Ｓｏｕｔは、入力信号Ｓｉｎの周波数ｆと同期されて記憶部１０５に記憶される。

ピーク演算部１０４は、出力信号Ｓｏｕｔからピークを算出するものであり、また、ピークに対応するピーク周波数を記憶部１０５に記憶させる。ピーク周波数の記憶は順序毎に記憶される。すなわち、第１掃引順序Ｔ１で得られたピークは第１ピーク周波数ｆ１として、第２掃引順序Ｔ２で得られたピークは第２ピーク周波数ｆ２として記憶される。

記憶部１０５は、出力信号Ｓｏｕｔを周波数ｆと関連づけて記憶し、また、ピーク周波数を記憶するものである。

制御部１０６は、第１順序で周波数ｆの掃引を実行させ、第１順序で得られるピーク周波数に基づき周波数ｆの掃引を再開させる掃引再開周波数ｆｒｓを設定させ、第２順序で周波数ｆの掃引を再実行させるように、各構成要素（周波数掃引発振器１０１、入力信号発生器１１０（高周波信号発生器１０２、出力取得部１０３）、ピーク演算部１０４、記憶部１０５、共振周波数取得部１０７）を制御する。

具体的には、制御部１０６は、第１順序で周波数掃引発振器１０１と高周波信号発生器１０２により入力信号Ｓｉｎを形成させて、入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引を所定の範囲で実行させる。次に、出力取得部１０３により出力信号Ｓｏｕｔを取得させて、ピークを検出させて、ピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１を記憶部１０５に記憶させる。次に、第１ピーク周波数ｆ１の基づき第２掃引順序Ｔ２における掃引再開周波数ｆｒｓを設定する。

なお、第２掃引順序Ｔ２で掃引方向を反転させる場合には、第１ピーク周波数ｆ１を第１掃引順序Ｔ１の掃引方向側に超えた周波数ｆ（または、第１ピーク周波数）が掃引再開周波数ｆｒｓとして設定される（実施の形態１参照）。

第２掃引順序Ｔ２と第１掃引順序Ｔ１の掃引方向とを同じとする場合には、第１ピーク周波数ｆ１に至るまでの周波数ｆが掃引再開周波数ｆｒｓとして設定される（実施の形態２参照）。

次に、第２掃引順序Ｔ２で、周波数掃引発振器１０１と高周波信号発生器１０２により入力信号Ｓｉｎを形成し、入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引を所定の範囲で実行させる。第２掃引順序Ｔ２での掃引速度は、第１手順Ｔ１での掃引速度より遅く、共振周波数ｆ０が正確に測定できる程度の速度に設定される。

次に、出力取得部１０３により出力信号Ｓｏｕｔを取得させて、ピークを算出させて、ピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２を記憶部１０５に記憶させる。

共振周波数取得部１０７は、第２掃引順序Ｔ２で取得された第２ピーク周波数ｆ２を共振周波数ｆ０として記憶／出力するものである。

このような構成により、第１ピーク周波数ｆ１の周辺範囲において共振周波数ｆ０が正確に測定できる程度の速度で再測定されることから、正確な共振周波数ｆ０を得ることができる。

また、第２掃引順序Ｔ２の掃引再開周波数ｆｒｓを第１ピーク周波数ｆ１の近傍の周波数に設定することができる。これにより、第２掃引順序Ｔ２の掃引範囲を狭くすることができるので、第２掃引順序Ｔ２の掃引時間を短縮することができる。したがって、周波数特性測定の時間を全体的に短縮することができる。

次に、本実施の形態に係る周波数特性測定装置１００の構成例について説明する。

例えば、周波数特性測定装置１００は、ネットワークアナライザとＰＣ（パーソナルコンピュータ）により主要部が構成される。ネットワークアナライザは、周波数掃引器１０１、高周波発生装置１０２、および出力取得部１０３の機能を担う。ＰＣは、ピーク演算部１０４、記憶部１０５、制御部１０６、および共振周波数取得部１０７の機能を担う。

また、ＰＣは、測定条件を入力できるものとしてもよい。測定条件は、例えば、第１掃引順序Ｔ１における周波数ｆの掃引範囲や掃引速度や掃引方向（第１条件）、あるいは、第２掃引順序Ｔ２における周波数ｆの掃引範囲や掃引速度や掃引方向（第２条件）、等である。なお、上記ＰＣの機能をネットワークアナライザに組み込んだ構成としてもよい。

以下に、具体的な動作について説明する。

ＰＣに入力された測定条件はネットワークアナライザに出力される。ネットワークアナライザは、測定条件（例えば、第１条件）に従って測定対象物（水晶振動子Ｃ、振動片等）に入力信号Ｓｉｎを印加しつつ、第１の出力信号Ｓｏｕｔを取得する。第１の出力信号Ｓｏｕｔは、ネットワークアナライザからＰＣに出力される（実施の形態１又は２に示す第１掃引工程を参照）。

ＰＣでは、第１の出力信号のピークに対応するピーク周波数が求められる。ピーク周波数は、第１ピーク周波数ｆ１として記憶される（実施の形態１又は２に示す第１ピーク周波数取得工程を参照）。

次いで、ピーク周波数に基づき掃引再開周波数ｆｒｓが算出される（実施の形態１又は２に示す再開周波数設定工程を参照）。なお、掃引再開周波数ｆｒｓの算出条件は、測定対象物によって異なるものであるので、予め算出条件を入力するように構成してもよい。

ネットワークアナライザは、ＰＣから掃引再開周波数ｆｒｓを含む情報を取得し、測定条件（例えば、第２条件）に従って測定対象物（水晶振動子Ｃ、振動片等）に入力信号Ｓｉｎを印加しつつ、第２の出力信号Ｓｏｕｔを取得する。第２の出力信号Ｓｏｕｔは、ネットワークアナライザを介してＰＣに出力される（実施の形態１又は２に示す第２掃引工程を参照）。

ＰＣでは、第２の出力信号のピークに対応するピーク周波数が求められる。ピーク周波数は第２ピーク周波数ｆ２として記憶される。また、第２ピーク周波数ｆ２は、共振周波数ｆ０として記憶される（実施の形態１又は２に示す第２ピーク周波数取得工程を参照）。

＜実施の形態５＞
本実施の形態に係る周波数特性測定装置を図８の共振周波数特性の概略図および図１１を参照して説明する。

本実施の形態５に係る周波数特性測定装置１００の構成は、実施の形態４に係る周波数特性測定装置１００と同様であるので、図１１を参照して説明する。

本実施の形態に係る周波数特性測定装置１００は、低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器１１０と、水晶振動子Ｃに入力された入力信号Ｓｉｎに対して出力される出力信号Ｓｏｕｔを取得する出力取得部１０３と、入力信号Ｓｉｎのピークを算出するピーク演算部１０４と、出力信号Ｓｏｕｔとピークに対応するピーク周波数とを関連づけて記憶する記憶部１０５と、低周波数側（図８に示す開始周波数ｆｓ）から高周波数側（図８に示す終了周波数ｆｅ）まで周波数ｆの掃引を実行し、この周波数ｆの掃引方向とは逆の方向に周波数ｆの再掃引を実行する制御部１０６と、周波数ｆの掃引により得られた第１ピーク周波数ｆ１と周波数ｆの再掃引により得られた第２ピーク周波数ｆ２とに基づき共振周波数ｆ０を導出する共振周波数導出部１０８（図１１においては、共振周波数取得部１０７と同一ブロックで表示しているが、機能は異なるものである）とを備えている。

なお、本実施の形態では、周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行うことを第１掃引順序（図８に示す符号Ｔ１）といい、第１掃引順序Ｔ１の後に周波数ｆの掃引を終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまで行うことを第２掃引順序（図８に示す符号Ｔ２）という。また、本実施の形態では、第１掃引工程Ｓ１において周波数ｆの掃引を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅまで行なっているが、この掃引方向は限定されるものではなく、第１掃引工程Ｓ１における掃引方向を図８を参照して終了周波数ｆｅから開始周波数ｆｓまでとしてもよい。

上述の構成において、実施の形態４と異なる構成要素は、制御部１０６と共振周波数ｆ０導出部１０８であるので、この点について詳述する。他の構成要素は実施の形態４と同様であるのでその説明を省略し、同一構成要素には同一符号を付す。

制御部１０６は、第１掃引順序Ｔ１で周波数ｆの掃引を実行させ、第２掃引順序Ｔ２では第１掃引順序Ｔ１の掃引方向と逆方向に周波数ｆの掃引を再実行させるように各構成部（周波数掃引発振器１０１、入力信号発生器１１０（高周波信号発生器１０２、出力取得部１０３）、ピーク演算部１０４、記憶部１０５、共振周波数導出部１０８）を制御する。

具体的には、制御部１０６は、第１順序で周波数掃引発振器１０１と高周波信号発生器１０２により入力信号Ｓｉｎを形成し、入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引を所定の範囲で実行させる。次に、出力取得部１０３で出力信号Ｓｏｕｔを取得させて、ピークを検出させて、ピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１を記憶部１０５に記憶させる。

次に、第２掃引順序Ｔ２で、周波数掃引発振器１０１と高周波信号発生器１０２により入力信号Ｓｉｎを形成し、入力信号Ｓｉｎの周波数ｆの掃引を所定の範囲で実行させる。なお、第２掃引順序Ｔ２の掃引方向は、第１掃引順序Ｔ１の掃引方向とは逆方向とされ、掃引速度は、第１掃引順序Ｔ１の掃引速度と等速度とされる。

次に、出力取得部１０３で出力信号Ｓｏｕｔを取得させて、ピークを算出させて、ピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２を記憶部１０５に記憶させる。

共振周波数導出部１０８は、第１ピーク周波数ｆ１と第２ピーク周波数ｆ２の平均値を共振周波数ｆ０として記憶／出力するものである。

このような構成により、各掃引工程（第１掃引工程Ｓ１および第２掃引工程Ｓ４）における各ピーク周波数（第１ピーク周波数ｆ１または第２ピーク周波数ｆ２）と共振周波数とのずれが相殺されることから、正確な共振周波数を得ることができる。

また、掃引速度を上げるとピーク周波数（ｆ１、ｆ２）と共振周波数ｆ０とのずれが大きくなるが、各順序での（第１掃引順序Ｔ１および第２掃引順序Ｔ２）の掃引方向が互いに逆になっていることから、各順序におけるピークと共振周波数ｆ０とのずれは相殺される。したがって、掃引速度を上げても正確に共振周波数ｆ０が得ることができる周波数特性測定装置１００となっている。

次に、本実施の形態に係る周波数特性測定装置１００の構成例について説明する。

例えば、周波数特性測定装置１００は、ネットワークアナライザとＰＣ（パーソナルコンピュータ）により主要部が構成される。ネットワークアナライザは、周波数掃引器１０１、高周波発生装置１０２、および出力取得部１０３の機能を担う。ＰＣは、ピーク演算部１０４、記憶部１０５、制御部１０６、および共振周波数導出部１０８の機能を担う。

また、ＰＣは、測定条件を入力できるものとしてもよい。測定条件は、例えば、第１掃引順序Ｔ１における周波数ｆの掃引範囲や掃引速度や掃引方向（第１条件）、第２掃引順序Ｔ２における周波数ｆの掃引範囲や掃引速度や掃引方向（第２条件）、等である。なお、上記ＰＣの機能をネットワークアナライザに組み込んだ構成としてもよい。

以下に、具体的な動作について説明する。

ＰＣに入力された測定条件はネットワークアナライザに出力される。ネットワークアナライザは、測定条件（例えば、第１条件）に従って測定対象物（水晶振動子Ｃ、振動片等）に入力信号Ｓｉｎを印加しつつ、第１の出力信号Ｓｏｕｔを取得する。第１の出力信号Ｓｏｕｔは、ネットワークアナライザからＰＣに出力される（実施の形態３に示す第１掃引工程を参照）。

次いで、測定条件（例えば、第２条件）に従って測定対象物（水晶振動子Ｃ、振動片等）に入力信号Ｓｉｎを印加しつつ、第２の出力信号Ｓｏｕｔを取得する。第２の出力信号Ｓｏｕｔは、ネットワークアナライザを介してＰＣに出力される（実施の形態３に示す第２掃引工程を参照）。

ＰＣでは、第１の出力信号のピークに対応する第１ピーク周波数ｆ１、および第２の出力信号のピークに対応する第２ピーク周波数ｆ２が求められる（実施の形態３に示す第１ピーク周波数取得工程、および、第２ピーク周波数取得工程を参照）。

次いで、第１ピーク周波数ｆ１および第２ピーク周波数ｆ２に基づき共振周波数ｆ０が算出され記録される（実施の形態３に示す共振周波数導出工程を参照）。

実施の形態１に係る周波数特性測定方法の工程を示す工程図である。 実施の形態１に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。 通常の周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。 実施の形態１に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。 実施の形態２に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。 実施の形態２に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。 実施の形態３に係る周波数特性測定方法の工程を示す工程図である。 実施の形態３に係る周波数特性測定方法により得られる共振周波数特性の概略図である。 実施の形態３に係る周波数特性測定方法により測定して得られた共振周波数特性図である。 各実施の形態に係る周波数特性測定方法により得られた結果をまとめた図表である。 本実施の形態４に係る周波数特性測定装置のブロック図である。

符号の説明

Ｓ１ 第１掃引工程
Ｓ２ 第１ピーク周波数取得工程
Ｓ３ 再開周波数設定工程
Ｓ４ 第２掃引工程
Ｓ５ 第２ピーク周波数取得工程
Ｓ６ 共振周波数取得工程
Ｓ７ 共振周波数導出工程
Ｃ 水晶振動子
Ｔ１ 第１掃引順序
Ｔ２ 第２掃引順序
ｆ 周波数
ｆ０ 共振周波数
ｆ１ 第１ピーク周波数
ｆ２ 第２ピーク周波数
ｆｒｓ 掃引再開周波数
ｆｓ 開始周波数
ｆｅ 終了周波数
Ｓｉｎ 入力信号
Ｓｏｕｔ 出力信号
１００ 周波数特性測定装置
１０１ 周波数掃引発振器
１０２ 高周波信号発生器
１０３ 出力取得部
１０４ ピーク演算部
１０５ 記憶部
１０６ 制御部
１０７ 共振周波数取得部
１０８ 共振周波数導出部
１１０ 入力信号発生器

Claims (10)

1. 圧電振動デバイスの共振周波数を、低周波数側と高周波数側との間を掃引して測定する周波数特性測定方法において、
   前記圧電振動デバイスに入力する入力信号の周波数を低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第１掃引工程と、
   該第１掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第１ピーク周波数を取得する第１ピーク周波数取得工程と、
   前記第１ピーク周波数に基づいて周波数の掃引を再開する掃引再開周波数を設定する再開周波数設定工程と、
   前記圧電振動デバイスに入力する前記入力信号の周波数を前記掃引再開周波数から低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第２掃引工程と、
   該第２掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第２ピーク周波数を取得する第２ピーク周波数取得工程と、
   前記第２ピーク周波数を共振周波数とする共振周波数取得工程と
   を含むことを特徴とする周波数特性測定方法。
2. 前記掃引再開周波数は、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向で前記第１ピーク周波数を超えた周波数とされ、
   前記第２掃引工程における周波数の掃引は、前記第１掃引工程における周波数の掃引速度より遅い速度で、前記第１掃引工程における掃引方向とは逆方向に行うことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性測定方法。
3. 前記掃引再開周波数は、前記第１ピーク周波数とされ、
   前記第２掃引工程における周波数の掃引は、前記第１掃引工程における周波数の掃引速度より遅い速度で、前記第１掃引工程における掃引方向とは逆方向に行うことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性測定方法。
4. 前記第２掃引工程では、前記出力信号のピークを検出した後に周波数の掃引を終了することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の周波数特性測定方法。
5. 前記掃引再開周波数は、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向で前記第１ピーク周波数に至るまでの周波数とされ、
   前記第２掃引工程における周波数の掃引は、前記第１掃引工程における周波数の掃引速度より遅い速度で、前記第１掃引工程における周波数の掃引方向と同方向に行うことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性測定方法。
6. 前記第２掃引工程では、前記出力信号のピークを検出したときに掃引を終了することを特徴とする請求項５記載の周波数特性測定方法。
7. 圧電振動デバイスの共振周波数を、低周波数側と高周波数側との間を掃引して測定する周波数特性測定方法において、
   前記圧電振動デバイスに入力する入力信号の周波数を低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第１掃引工程と、
   該第１掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第１ピーク周波数を取得する第１ピーク周波数取得工程と、
   前記圧電振動デバイスに入力する前記入力信号の周波数を前記第１掃引工程における周波数の掃引方向と逆の方向に掃引し、その周波数に対応する出力信号を取得する第２掃引工程と、
   該第２掃引工程で取得した出力信号のピークに対応する第２ピーク周波数を取得する第２ピーク周波数取得工程と、
   前記第１ピーク周波数および前記第２ピーク周波数に基づき共振周波数周波数を導き出す共振周波数導出工程と
   を含むことを特徴とする周波数特性測定方法。
8. 前記第１掃引工程と前記第２掃引工程での掃引速度は等しく、
   前記第１ピーク周波数と前記第２ピーク周波数の平均値を共振周波数とすることを特徴とする請求項７に記載の周波数特性測定方法。
9. 圧電振動デバイスの共振周波数を測定する共振周波数測定装置において、
   低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器と、
   前記圧電振動デバイスに入力された前記入力信号に対して出力される出力信号を取得する出力取得部と、
   前記出力信号のピークを算出するピーク演算部と、
   前記ピークに対応するピーク周波数を記憶する記憶部と、
   低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に周波数掃引して得られる前記ピーク周波数に基づいて周波数の掃引を再開させるための掃引再開周波数を設定させ、前記掃引再開周波数から低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に再掃引させる制御部と、
   周波数の再掃引で得られた前記ピーク周波数を共振周波数とする共振周波数取得部とを備えていることを特徴とする周波数特性測定装置。
10. 圧電振動デバイスの共振周波数を測定する共振周波数測定装置において、
    低周波数側と高周波数側との間で掃引させる入力信号を発生させる入力信号発生器と、
    前記圧電振動デバイスに入力された前記入力信号に対して出力される出力信号を取得する出力取得部と、
    前記出力信号のピークを算出するピーク演算部と、
    前記ピークに対応するピーク周波数を記憶する記憶部と、
    低周波数側と高周波数側との間をいずれか一方向に周波数の掃引を実行し、この周波数の掃引方向とは逆の方向に周波数の再掃引を実行する制御部と、
    前記周波数の掃引により得られた前記ピーク周波数と前記周波数の再掃引により得られた前記ピーク周波数とに基づき共振周波数を導出する共振周波数導出部とを備えていることを特徴とする周波数特性測定装置。

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