JP2008209395A - 圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数短期安定度を精度良く検査することができる圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法を提供する。
【解決手段】圧電デバイス１０の出力信号と、基準発振器２から出力される圧電デバイス１０の発振周波数から所定周波数ずれた発振周波数の基準信号を混合器３で混合して差信号を出力し、その差信号をカウンタ４でカウントしてビート周波数を測定し、演算部５においてビート周波数から周波数短期安定度を演算するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は水晶振動子等の圧電デバイスの周波数短期安定度を検査するのに好適な圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法及びその検査装置に関するものである。

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。励振レベル依存特性（以下、「ＤＬＤ」と称する）とは、例えば圧電素子である水晶振動子の直列共振周波数についての励振レベル条件変化による影響を示したものである。従来、ＤＬＤ検査は、圧電素子に印加するドライブレベルを可変（掃引）しながら圧電素子の発振周波数を測定する。換言すれば圧電素子を流れる励振電流を可変しながら圧電素子の発振周波数を測定する。そして、測定した発振周波数の変化によりＤＬＤが正常であるか否かの判定を行うようにしていた。

図６は、従来のＤＬＤ検査装置の一例を示した図である。
この図６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、回路や素子等の被測定物（ＤＵＴ：Device Under 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ＤＵＴ１０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。ＤＵＴ１０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ＤＵＴ１０に印加するドライブレベルの信号が入力される。ＤＵＴ１０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。
なお、π回路治具１０２の具体的な構成は、日本工業標準調査会ＪＩＳ Ｃ ６７０１に記載されている。

図７は、図６に示したＤＬＤ検査装置１００によるＤＬＤ検査結果を示した図であり、（ａ）（ｂ）には良品と判定されたサンプルＡ、Ｂの検査結果が、（ｃ）には不良品と判定されたサンプルＣの検査結果が示されている。
図７（ａ）（ｂ）に示す良品と判定されたサンプルＡ、Ｂでは、水晶電流０．７ｍＡまでは発振周波数が殆ど変化していない。これに対して、図７（ｃ）に示す不良品と判定されたサンプルＣでは、水晶電流０．７ｍＡに達するまでに発振周波数が変動していることが見て取れる。このようＤＬＤ不良の主な原因としては、圧電素子の素板や電極上にゴミなどの異物が付着することにより安定した振動が得られなくなることによるものである。
なお、先行文献としては、特許文献１には２つのレーザ光の周波数差であるビート周波数を検出して、そのビート周波数をアラン分散処理することにより周波数安定度を測定するようにしたレーザ周波数安定度測定装置が開示されている。また特許文献２には、ビート法を用いた圧電デバイスの周波数調整方法が開示されている。また、特許文献３には、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小周波数ジャンプ）を判定する水晶振動子の漂動特性の測定方法及び測定装置が開示されている。また、引用文献４には、短時間で実質的にアラン分散を測定できる発振器の周波数安定度測定方法、発振器の周波数安定度測定装置およびこれを用いた発振器の製造方法が開示されている。
特開平２−２５７０２６号公報 特開平１０−１７３４６３号公報 特開平９−５４１２９号公報 特開２００３−１９４８６０公報

ところで、近年、ＧＰＳやデジタル通信等の高速伝送装置に用いられる水晶振動子においては、高い周波数短期安定度が求められている。周波数短期安定度とは短い時間周期内における出力周波数の揺らぎ（不規則変動）を表したものである。
しかしながら、上記したような従来のＤＬＤ検査方法によれば、ＤＬＤ不良を除去することができるが、周波数短期安定度に着目した場合、上記したようなＤＬＤ検査では検出できない不良モードが存在する。その結果、周波数短期安定度が悪い圧電デバイスが市場に流出するという問題点があった。このため、本願発明者らは圧電素子の周波数短期安定度の検査が可能か否かの検討を行った。その結果、圧電素子に印加する電流を高電流にすると、従来のＤＬＤ検査において判別できなかった周波数短期安定度が悪い製品を判別できることを見いだした。具体的には、水晶振動子に８ｍＡ程度の励振電流を流した場合、周波数短期安定度の良い製品と悪い製品とにおいて周波数挙動が大きく異なることを見いだした。
しかしながら、従来のＤＬＤ検査に用いられているネットワークアナライザ１０１では、装置の性能上、検査対象物であるＤＵＴ１０に印加する励振電流を８ｍＡ程度まで高電流に設定することができないという問題点があった。

そこで、図８に示すような構成のＤＬＤ検査装置が考えられる。
図８に示すＤＬＤ検査装置１２０は、図６に示したＤＬＤ検査装置１００のπ回路治具１０２の入力側に増幅器（Ａｍｐ）１０３を挿入すると共に、その出力側に減衰器（ＡＴＴ）１０４を挿入するように構成したものである。増幅器１０３は、ネットワークアナライザ１０１の信号源から入力信号を増幅する。減衰器１０４は、増幅器１０３の増幅量に対応したレベル分だけπ回路治具１０２からの出力信号を減衰させてネットワークアナライザ１０１に出力する。このように構成すれば、ＤＵＴ１０に印加する電流を８ｍＡ程度まで高電流に設定することが可能になるため、従来のＤＬＤ検査装置１００において検査できなかった周波数短期安定度を検査することが可能になる。
しかしながら、図８に示したＤＬＤ検査装置１２０は、増幅器１０３や減衰器１０４を追加する必要があるため、大幅なコストアップを招くという欠点があった。
また、増幅器１０３及び減衰器１０４を挿入しているため、増幅器１０３の増幅率や減衰器１０４の減衰率のバラツキ等によって検査精度が悪い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、従来のＤＬＤ検査では判別することができなかった周波数短期安定度を精度良く検査することができる圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法は、検査対象物である圧電デバイスの出力信号と、前記圧電デバイスとは発振周波数が微小に異なる周波数の基準信号を混合したときに生じるビート周波数を測定する測定工程と、所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算工程と、を含むことを特徴とする。
このような本発明によれば、従来のＤＬＤ検査では判別できなかった圧電デバイスの周波数短期安定度を精度良く判別することが可能になった。これにより、周波数短期安定度の悪い圧電デバイスが市場へ流出するのを防止することができる。
また、圧電デバイスの周波数（例えばＶＨＦ帯〜ＵＨＦ帯の周波数）を直接測定する場合は高い周波数を測定することになるので、測定値に誤差が含まれやすく、ｐｐｂ（１０^-9）オーダの僅かな周波数変動を精度良く判別することが困難であるが、本発明では、基準信号との混合により生じるビート周波数を測定しており、圧電デバイスの周波数よりも桁違いに低い周波数を測定しているので、測定値に含まれる誤差を格段に小さくできる。

本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法は、検査対象物である圧電デバイスを発振させて得られる共振周波数と、前記圧電デバイスの共振周波数より高い基本波の周波数を出力する高周波共振子をクロック源としたダイレクト・ディジタル・シンセサイザから出力され、前記圧電デバイスとは発振周波数が微小に異なる基準周波数を混合したときに生じるビート周波数を測定する測定工程と、所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算工程と、を含むことを特徴とする。
このような本発明によれば、従来のＤＬＤ検査では判別できなかった圧電デバイスの周波数短期安定度を精度良く判別することが可能になった。これにより、周波数短期安定度の悪い圧電デバイスが市場へ流出するのを防止することができる。
また、圧電デバイスの周波数に応じてダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力周波数を自由に設定できるので利便性が向上する。
さらに、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザのクロック源に基本波を出力する発振器を用いるようにしているため、周波数の測定精度が低下するのを防止することができる。

また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法は、圧電デバイスの複数点の励振電流から周波数短期安定度の検査を行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、周波数短期安定度に加えてＤＬＤ検査も行うことが可能になった。
また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法は、演算工程において、複数のビート周波数のうち、或るビート周波数をＦ_n+1、該ビート周波数Ｆ_n+1に時間的に隣接する２点のビート周波数をそれぞれＦ_n、Ｆ_n+2、ｎを自然数、としたときに、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の周波数差の演算を行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、水晶電流の変化によるｐｐｍオーダの周波数変化や周波数ドリフトをキャンセルすることができるため、測定精度の向上や判定時間の短縮を図ることができる。
また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法は、演算工程において、前記複数のビート周波数のうち、測定開始直後のビート周波数をＦ₁、ｎ番目のビート周波数をＦ_nとしたときに、Ｆ_n−Ｆ₁の演算と、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の演算を並行して、あるいは連続して行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、短期安定度の評価だけでなく、主振動と副振動との結合による特性劣化不良の検出を行うことができる。

また本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査装置は、検査対象物である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、前記混合手段から出力される差信号のビート周波数を測定するカウント手段と、前記カウント手段により所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
このような本発明によれば、従来のＤＬＤ検査では判別できなかった圧電デバイスの周波数短期安定度を精度良く判別することが可能になった。これにより、周波数短期安定度の悪い圧電デバイスが市場へ流出するのを防止することができる。

また本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査装置は、検査対象物である圧電デバイスの共振周波数より高い基本波の周波数を出力する高周波共振子をクロック源としたダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記圧電デバイスの出力信号と、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力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、前記混合手段から出力される差信号のビート周波数を測定するカウント手段と、前記カウント手段により所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
このような本発明によれば、従来のＤＬＤ検査では判別できなかった圧電デバイスの周波数短期安定度を精度良く判別することが可能になった。これにより、周波数短期安定度の悪い圧電デバイスが市場へ流出するのを防止することができる。
また、圧電デバイスの周波数に応じてダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力周波数を自由に設定できるので利便性が向上する。
さらに、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザのクロック源に基本波を出力する発振器を用いるようにしているため、周波数の測定精度が低下するのを防止することができる。

また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査装置は、圧電デバイスの複数点の励振電流から周波数短期安定度の検査を行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、周波数短期安定度に加えてＤＬＤ検査も行うことが可能になった。
また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査装置は、演算手段において、或るビート周波数をＦ_n+1、該ビート周波数に隣接する２点のビート周波数をそれぞれＦ_n、Ｆ_n+2としたときに、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の周波数差の演算を行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、水晶電流の変化によるｐｐｍオーダの周波数変化や周波数ドリフトをキャンセルすることができるため、測定精度の向上や判定時間の短縮を図ることができる。
また、本発明の圧電デバイスの周波数短期安定度検査装置は、演算手段において、測定開始直後のビート周波数をＦ₁、ｎ番目のビート周波数をＦ_nとしたときに、Ｆ_n−Ｆ₁の演算と、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の演算を並行して、あるいは連続して行うことを特徴とする。
このような本発明によれば、短期安定度の評価だけでなく、主振動と副振動との結合による特性劣化不良の検出を行うことができる。

本発明に至った背景について説明する。
本願発明者らは、圧電素子のｐｐｂ（１０^-9）オーダの周波数変動に着目した。そして、この圧電デバイスの圧電素子の出力信号と、基準信号源の基準信号と周波数差（ビート周波数）をアラン分散処理することにより、従来のＤＬＤ検査方法では精度良く検査することができなかった周波数短期安定度を検査できることを見いだした。すなわち、従来のＤＬＤ検査では励振電流を可変したときのｐｐｍ（１０^-6）オーダの周波数変動を検査していたのに対して、本発明ではｐｐｂオーダの周波数変動を検査することで周波数短期安定度の検査を行うようにしたものである。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の周波数短期安定度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）として水晶振動子を用いた場合を例に挙げて説明する。
図１に示す周波数短期安定度検査装置（以下、単に検査装置と称する）１は、基準発振手段である基準発振器２、混合手段である混合器（ＭＩＸ）３、カウント手段であるカウンタ４、及び演算手段である演算部５により構成される。
ＤＵＴ１０から出力される所定の周波数ｆｏの出力信号は混合器３に入力される。基準発振器２は、ＤＵＴ１０とは１ｋＨｚ〜数ｋＨｚ程度ずらした微小に異なる周波数ｆｏ＋ｆｂで発振しており、その基準出力信号は混合器３に入力される。混合器３は、ＤＵＴ１０からの出力信号と基準発振器２からの基準信号とを混合してその周波数差（ビート周波数）ｆｂを出力する。カウンタ４は混合器３より出力されるビート周波数をカウントして出力する。演算部５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４から出力されるカウント信号にアラン分散処理を施す。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、アラン分散は、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（ｍ−１）で割って平方根を計算することで求める（ｍは周波数差のサンプル数）。

基準発振器２には、ＤＵＴ１０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最も望ましいが、その場合はＤＵＴ１０の周波数に応じて基準発振器を替える必要があり不便である。そこで、本実施形態では、例えばＤＵＴ１０の共振周波数より高い基本波の周波数を出力する高周波基本波振動子やＳＡＷレゾネータなどの高周波共振子（オーバートーンや逓倍でない）をクロック源に用いたＤＤＳ（ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ）を用いて基準発振器２を構成するようにした。この場合、ＤＵＴ１０の周波数に応じてＤＤＳの出力周波数を自由に設定できるので利便性が向上する。
また、本実施形態では、ＤＤＳのクロック源に基本波を出力する発振器を用いるようにしているため、例えばクロック源に逓倍やＰＬＬ等の帰還型発振器を用いたときのようにＣ／Ｎが悪化しないので、周波数の測定精度が低下することがない。

ここで、図２にＤＤＳの構成例を示しておく。
この図２に示すＤＤＳは、アキュムレータ１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）１３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４により構成される。
アキュムレータ１１には、データ入力端子１５を介して周波数設定データが入力されると共に、クロック入力端子１６を介してクロック信号が入力されており、クロック信号の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングで出力設定データに入力データを累積加算する。ここで、アキュムレータ１１のビット数をｐとすると、アキュムレータ１１の累算値が２^pを越えると、その超過分を初期値として累算動作を継続する。このアキュムレータ１１の出力設定データ（累積値データ）はＲＯＭ１２に入力される。
ＲＯＭ１２には、正弦波のデジタル・データが予め書き込まれており、アキュムレータ１１から出力データによりアドレス指定を行ってアドレス指定に応じた正弦波データを出力する。この正弦波データはＤＡＣ１３に入力され、ＤＡＣ１３においてアナログ信号に変換される。ＤＡＣ１３から出力されるアナログ信号はクロック周波数で変化する階段波形であるため、ＬＰＦ１４により平滑化してデータ出力端子１７を介して出力する。
ここで、クロック信号のクロック周波数をｆ_CLK、入力データをＮとすると出力周波数ｆ_OUTは次のようになる。
ｆ_OUT＝（Ｎ／２^p）ｆ_CLK
このように構成されるＤＤＳは、ＰＬＬ（位相同期ループ）のようにフィードバックを用いていないため、周波数分解能を高くでき、また、出力周波数を高速で切り替えることが出来る。
なお、基準発振器２は、必ずしもＤＤＳを用いて構成する必要はなく、検査対象物である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を基準信号として出力できる発振器であれば、その構成は特に限定されるものではない。

上記のように構成される本実施形態の検査装置１を用いてＤＵＴ１０の周波数短期安定度の検査を行う場合は、ＤＵＴ１０の出力信号と、ＤＵＴ１０とは発振周波数が所定周波数異なる基準発振器２からの基準信号を混合器３で混合したときに生じるビート周波数をカウンタ４により測定する。そして、そのビート周波数から演算部５において周波数短期安定度を演算するようにした。このとき、本実施形態では、ＤＵＴ１０のドライブレベルを１０μＷ（水晶電流０．７ｍＡ）と１３００μＷ（水晶電流８ｍＡ）の２点に設定したときの周波数短期安定度とに基づいて圧電デバイスの周波数安定度を検査するようにしている。

図３及び図４は本実施形態の検査装置による検査結果を示した図であり、（ａ）はドライブレベルを１０μＷに設定したときに隣接する３点間の周波数差（即ち、ｎを自然数とし、ｎ点目の周波数をＦ_n、その２０ｍｓｅｃ後である（ｎ＋１）点目の周波数をＦ_n+1、さらにその２０ｍｓｅｃ後である（ｎ＋２）点目の周波数をＦ_n+2とした時、隣接する３点間の周波数差を（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）と表す）、（ｂ）はドライブレベルを１３００μＷに設定したときに隣接する３点間の周波数差、（ｃ）はドライブレベルを１３００μＷに設定したときの周波数変動をそれぞれ示した図である。なお、図３は従来のＤＬＤ検査において良品と判定されたサンプルＡ（図６参照）の検査結果、図４は同じく従来のＤＬＤ検査において良品と判定されたサンプルＢ（図６参照）の検査結果をそれぞれ示している。
図３と図４の検査結果を比較すると、図３（ａ）、図４（ａ）に示すようにＤＵＴ１０のドライブレベルを１０μＷに設定した場合、すなわち水晶デバイスの水晶電流（０．７ｍＡ）を低電流に設定した場合は、短期安定度ＡＤＥＶが良好であることが見てとれる。
これに対して、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すようにＤＵＴ１０のドライブレベルを１３００μＷに設定した場合、すなわち、水晶デバイスの水晶電流（８ｍＡ）を高電流に設定した場合は、図３（ｂ）に示すサンプルＡでは短期安定度ＡＤＥＶの悪化は無いものの、図４（ｂ）に示すサンプルＢでは短期安定度ＡＤＥＶが悪化することが確認された。また図３（ｃ）、図４（ｃ）に示す周波数変動ｄｆからも、サンプルＢにおいては周波数変動が大きくなって、短期安定度が悪化していることが確認された。

また本出願人は検査装置１を用いてさらに詳細にＤＵＴ１０の周波数短期安定度の検査を行った。
具体的には、ＤＵＴ１０の水晶電流を０．７ｍＡ、１．７ｍＡ、２．４ｍＡ、５．３ｍＡ、８．０ｍＡに設定したときの周波数短期安定度に基づいて圧電デバイスの周波数安定度の検査を行った。
図５は本実施形態の検査装置によるさらに詳細な検査結果を示した図であり、（ａ）は水晶電流を０．７ｍＡに設定したときに隣接する３点間の周波数差（即ち、ｎを自然数とし、ｎ点目の周波数をＦ_n、その２０ｍｓｅｃ後である（ｎ＋１）点目の周波数をＦ_n+1、さらにその２０ｍｓｅｃ後である（ｎ＋２）点目の周波数をＦ_n+2とした時、隣接する３点間の周波数差を（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）と表す）、（ｂ）は水晶電流を１．７ｍＡに設定したときに隣接する３点間の周波数差、（ｃ）は水晶電流を２．４ｍＡに設定したときに隣接する３点間の周波数差、（ｄ）は水晶電流を５．３ｍＡに設定したときに隣接する３点間の周波数差、（ｅ）は水晶電流を８．０ｍＡに設定したときに隣接する３点間の周波数差をそれぞれ示している。なお、サンプルＡは従来のＤＬＤ検査において良品と判定されたサンプルＡ（図７参照）の検査結果、サンプルＢは同じく従来のＤＬＤ検査において良品と判定されたサンプルＢ（図７参照）の検査結果、サンプルＣは同じく従来のＤＬＤ検査において不良と判定されたサンプルＣ（図７参照）の検査結果をそれぞれ示している。なお、本実施形態では、ビート周波数を取得する時間間隔の一例として２０ｍｓｅｃを例に挙げて説明したが、あくまでも一例であり、伝送装置によって適宜変更可能である。例えば、高速の伝送装置であれば時間間隔を２０ｍｓｅｃより短く設定し、逆に低速の伝送装置であれば時間間隔を２０ｍｓｅｃより長く設定するといったことが可能である。

図５の検査結果を比較すると、図５（ａ）に示すように、サンプルＡ、Ｂの水晶電流を０．７ｍＡに設定した場合、すなわち水晶デバイスの水晶電流を低電流に設定した場合は、短期安定度が良好であることが見てとれる。一方、サンプルＣは水晶電流を０．７ｍＡに設定した場合、短期安定度が悪化していることが確認できる。
またＤＵＴ１０の水晶電流を１．７ｍＡ、２．４ｍＡ、５．３ｍＡに設定した場合、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すようにサンプルＡ、Ｂ、Ｃの短期安定度は良好であることが見てとれる。
またＤＵＴ１０の水晶電流を８．０ｍＡに設定した場合、図５（ｄ）に示すようにサンプルＡ、Ｃの短期安定度は良好であることが見てとれるが、サンプルＢは短期安定度が劣化していることが確認できる。
このように本実施形態の検査装置１においては、ＤＵＴ１０に対して異なる水晶電流を印加して、各水晶電流値におけるビート周波数をある時間間隔で複数回測定し、それら複数のビート周波数測定値の隣接する３点間の周波数差を演算することで、ＤＵＴ１０の周波数短期安定度の検査を行うようにした。このようにすれば、従来のＤＬＤ検査では判別できなかった周波数短期安定度の不良を検査にて判別することが可能になり、周波数短期安定度の悪い水晶振動などの圧電デバイスが市場へ流出するのを防止することができる。
なお、複数のビート周波数測定値をアラン分散処理すれば、各水晶電流値における周波数短期安定度を、グラフ等の図示ではなく、数値で表すことができることは言うまでもない。

また、本実施形態の検査装置１においては、ＤＵＴ１０の水晶電流を０．７ｍＡ→１．７ｍＡ→２．４ｍＡ→５．３ｍＡ→８．０ｍＡに変化させて周波数短期安定度の検査を行うと、従来のＤＬＤ周波数特性との相関性のある結果も確認された。よって、本実施形態の検査装置１によれば、周波数短期安定度に加えてＤＬＤ検査も行うことが可能になる。なお、上記した水晶電流の値はあくまでも一例であり、水晶振動子を使用する範囲の上限値などに基づいて適宜設定すればよい。
さらに本実施形態の検査装置１では、ビート周波数の隣接する３点間の周波数差を演算することで、水晶電流の変化によるｐｐｍオーダの周波数変化や周波数ドリフトをキャンセルすることができるため、測定精度の向上や判定時間の短縮を図ることができるという利点がある。即ち、単にＦ_n−Ｆ_n+1を演算してしまうと、周波数が大まかな傾向を有しつつ徐々に変化するｐｐｍオーダの周波数変化と、比較的ランダムに揺らぐｐｐｂオーダの周波数変化とが重畳した周波数差となってしまい、後者の周波数変化のみを抽出するための特別な後処理（演算）が必要となってしまうが、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）を演算することにより、前者の周波数変化をキャンセルして、後者の周波数変化のみを評価、判定することが可能となる。

さらに本実施形態の検査装置１では、ＤＬＤ特性において副振動との結合により周波数の立ち上がりの速いものは（即ち、水晶デバイスの主振動と副振動との結合が生じてしまった結果、ドライブレベルの僅かな変化により周波数が急激に変化するものは）、短期安定度の測定開始直後から周波数変動（周波数ドリフト、即ち測定開始時の周波数を基準とした周波数変動）が大きいという関係も確認された。よって、この関係を考慮すれば、短期安定度の評価だけでなく、主振動と副振動との結合による特性劣化不良の検出を行うことも可能になる。これは、測定開始直後の周波数をＦ₁とし、ｎ番目の周波数をＦ_nとして、Ｆ_n−Ｆ₁の演算と、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の演算を並行して、あるいは連続して行うことにより達成される。

本実施形態の周波数短期安定度検査装置の構成を示した図である。 ＤＤＳの構成例を示したブロック図である。 本実施形態の周波数短期安定度検査装置による検査結果を示した図である。 本実施形態の周波数短期安定度検査装置による検査結果を示した図である。 本実施形態の周波数短期安定度検査装置によるさらに詳細な検査結果を示した図である。 従来のＤＬＤ検査装置の構成例を示した図である。 図６に示したＤＬＤ検査装置による検査結果を示した図である。 ＤＬＤ検査装置の他の構成例を示した図である。

符号の説明

１…周波数短期安定度検査装置、２…基準発振器、３…混合器、４…カウンタ、５…演算部、１０…ＤＵＴ、１１…アキュムレータ、１２…ＲＯＭ、１３…Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）、１４…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１５…データ入力端子、１６…クロック入力端子、１７…データ出力端子

Claims (7)

1. 検査対象物である圧電デバイスの出力信号と、前記圧電デバイスとは発振周波数が微小に異なる周波数の基準信号を混合したときに生じるビート周波数を測定する測定工程と、
   所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算工程と、
   を含むことを特徴とする圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法。
2. 検査対象物である圧電デバイスを発振させて得られる共振周波数と、前記圧電デバイスの共振周波数より高い基本波の周波数を出力する高周波共振子をクロック源としたダイレクト・ディジタル・シンセサイザから出力され、前記圧電デバイスとは発振周波数が微小に異なる基準周波数を混合したときに生じるビート周波数を測定する測定工程と、
   所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度を演算する演算工程と、
   を含むことを特徴とする圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法。
3. 前記圧電デバイスの複数点の励振電流から周波数短期安定度の検査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周波数短期安定度検査方法。
4. 前記演算工程において、前記複数のビート周波数のうち、或るビート周波数をＦ_n+1、該ビート周波数Ｆ_n+1に時間的に隣接する２点のビート周波数をそれぞれＦ_n、Ｆ_n+2、ｎを自然数、としたときに、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の周波数差の演算を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法。
5. 前記演算工程において、前記複数のビート周波数のうち、測定開始直後のビート周波数をＦ₁、ｎ番目のビート周波数をＦ_nとしたときに、Ｆ_n−Ｆ₁の演算と、（Ｆ_n−Ｆ_n+1）−（Ｆ_n+1−Ｆ_n+2）の演算を並行して、あるいは連続して行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の圧電デバイスの周波数短期安定度検査方法。
6. 検査対象物である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、
   前記混合手段から出力される差信号のビート周波数を測定するカウント手段と、
   前記カウント手段により所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度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周波数短期安定度検査装置。
7. 検査対象物である圧電デバイスの共振周波数より高い基本波の周波数を出力する高周波共振子をクロック源としたダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、
   前記圧電デバイスの出力信号と、ダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力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、
   前記混合手段から出力される差信号のビート周波数を測定するカウント手段と、
   前記カウント手段により所定の時間間隔でサンプリングした複数の前記ビート周波数から周波数短期安定度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周波数短期安定度検査装置。

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