JP3018982B2 - プリント基板の信号波形測定装置 - Google Patents

プリント基板の信号波形測定装置

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JP3018982B2
JP3018982B2 JP8137167A JP13716796A JP3018982B2 JP 3018982 B2 JP3018982 B2 JP 3018982B2 JP 8137167 A JP8137167 A JP 8137167A JP 13716796 A JP13716796 A JP 13716796A JP 3018982 B2 JP3018982 B2 JP 3018982B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板の信号
波形測定装置に関し、特にプリント基板に実装されてい
る装置の接続配線等に流れる内部信号を測定する信号波
形測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、かかるプリント基板の信号波形測
定装置は、プリント基板における内部信号を専用に測定
する金属プローブを備えた信号波形測定装置が用いられ
ている。
【0003】図3はかかる従来の一例を説明するための
プリント基板の信号波形測定装置の先端部の斜視図であ
る。図3に示すように、従来の測定装置は、プリント基
板31に実装されている部品32の端子33、あるいは
テスト用配線を介して端子33に接続されたプリント基
板31のテストパッド34に金属プローブ35を接触さ
せ、被測定信号を直接金属プローブ35に導通させるこ
とにより、表示装置(図示省略)等を用いて信号波形を
測定するようにしている。
【0004】また、このような金属プローブを用いない
プリント基板の信号波形測定装置としては、特開平1−
119778号公報あるいは特開平3−167490号
公報などに開示された測定装置が知られている。これら
の信号波形測定装置では、下面に反射膜を備えた電気−
光学物体を被測定部に接触あるいは近接させたり、もし
くはインターフェース部材を介して接触あるいは近接さ
せるものがある。このような測定装置では、ビームスプ
リッタを通過させた光を電気−光学物体に対して垂直に
入射させ、反射膜によって垂直に反射させている。その
際、偏光変化の生じた反射光をビームスプリッタによっ
て検出部が位置する方向へ反射させ、検出部で反射光の
偏光量を検出することにより、電気信号波形を測定して
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプリン
ト基板の信号波形測定装置において、プリント基板の高
密度化により金属プローブを接触させる端子は数十μm
程度と狭いため、金属プローブを接触させること自体が
困難になり、しかも接触を容易にするために金属プロー
ブを細くすると、それに伴って金属プローブの寿命が短
くなるという問題がある。
【0006】また、プリント基板に搭載されるボール・
グリッド・アレイ(BGA)パッケージやチップ・サイ
ズ・パッケージ(CSP)などの部品の入出力信号測定
を行うには、一般に配線が保護膜を塗布されているた
め、直接接触による信号測定ができず、プリント基板に
テストパッドを設ける必要がある。この場合には、テス
ト専用のパッドを設けるために、基板の実装面接が減少
してしまうという問題がある。
【0007】さらに、上述したプローブに代えて電気光
学系を用いた装置においては、光を電気光学物体に対し
て垂直に入射しているため、電気光学物体の反射膜によ
って反射された光の一部が光源に戻ってしまい、光源の
出力が不安定となり、精度良く信号測定を実現できない
という問題がある。
【0008】本発明の目的は、かかる高密度化されたプ
リント基板における配線の信号測定を容易に実現するだ
けでなく、保護膜が塗布された配線の信号測定をテスト
パッドなどを設けずに可能にするとともに、電気信号測
定を精度よく実現することのできるプリント基板の信号
波形測定装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のプリント基板の
信号波形測定装置は、上面に透明導電膜、下面に反射膜
を形成した電気−光学素子と、被測定信号による電界を
前記電気−光学素子に誘導する金属ピンと、レーザ光を
出力するレーザダイオードと、前記レーザ光を反射させ
て前記電気−光学素子に入射させる反射ミラーと、前記
電界による複屈折性の変化を生じた前記電気−光学素子
内を通過し且つ前記反射膜で反射する道程において位相
変調を受けた被変調レーザ光の位相変化量を光強度の変
化量に変換する光学手段と、前記光強度の変化量を電気
信号変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオー
ドの出力信号を増幅する増幅器とを筒状本体部に一体化
して備え、前記電気−光学素子の前記透明導電膜に接続
される接地用端子を前記筒状本体部の外部に導出し且つ
前記反射ミラーは、前記筒状本体部の内部に沿ってリン
グ状に形成するとともに、内面のレーザ光反射面を前記
電気−光学素子に向って狭く傾斜させ、前記電気−光学
素子の上面に形成した前記透明導電膜に対して前記レー
ザ光を斜めに入射させるように構成される。
【0010】
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0013】図1は本発明の一実施の形態を説明するた
めのプリント基板の信号波形測定装置の構成図である。
図1に示すように、本実施の形態のプリント基板の信号
波形測定装置は、外観がT字型に金属材で形成した筒状
本体部17と、この筒状本体部17に結合された入力手
段としてのLD(レーザダイオード)駆動回路15と、
同様に筒状本体部17に結合された出力手段としての信
号波形表示装置16とを備えている。この筒状本体部1
7は、LD駆動回路15に接続され且つ制御されたレー
ザ光2を出力するレーザダイオード1と、レーザダイオ
ード1からのレーザ光2を平行な光線とするコリメート
レンズ13と、直線偏光のみを選択する偏光板3と、偏
光板3を通ったレーザ光2を集光する集光レンズ14
と、レーザ光2を反射させるリング状に形成した反射ミ
ラー4と、この反射ミラー4からのレーザ光を斜めに入
射し且つ斜めに反射出力させる電気−光学素子(E−O
素子)5と、このE−O素子5から斜めに出射されたレ
ーザ光を反射ミラー4,集光レンズ14を介して入射
し、直角に方向を変える偏光ビームスプリッタ6と、常
光線と異常光線との間にπ/2位相差を与えるλ/4板
7と、ウォラストンプリズム8,集光レンズ14,光強
度の変化量を電気信号に変換するフォトダイオード9
と、フォトダイオード9の出力を増幅し信号波形表示装
置16に出力する増幅器10とを内部に一体化して設
け、また筒状本体部17の最下端部には、E−O素子5
を電気的に接続するように取り付けるとともに、被測定
対象であるプリント基板の配線(図示省略)等に接触で
きるように先端を細く形成した金属ピン11を設けてい
る。なお、筒状本体部17の外部には、接地用端子12
が導出される。
【0014】特に、E−O素子5は上面に接地用端子1
2に接続される透明導電膜、下面に反射膜を形成してお
り、また金属ピン11は被測定信号による電界をこのE
−O素子5に誘導する機能を備えている。そのため、レ
ーザ光2は、かかる電界により複屈折性の変化を生じた
E−O素子5内を通過し、反射膜で反射する道程におい
て、各光学系素子により、位相変調を受けた被変調レー
ザ光の位相変化量を光強度の変化量に変換される。さら
に、リング状反射ミラー4は、筒状本体部17の内部に
沿って形成するとともに、内面のレーザ光反射面をE−
O素子5に向って狭くなるように傾斜させ、E−O素子
5の上面に形成した透明導電膜に対してレーザ光2を斜
めに入射させる。
【0015】図2(a)〜(d)はそれぞれ各種の結晶
形態を有するE−O素子とレーザ光の位相変化を表わす
図である。上述したように、E−O素子5は屈折率体2
4と、この屈折率体24の上面に形成し且つ接地用端子
12に接続した透明導電膜22と、下面に形成し且つ金
属ピン11に電気的に接続した反射膜23とから構成さ
れている。
【0016】まず、図2(a),(b)に示すように、
この場合のE−O素子5は、等軸晶系の結晶を用いたと
きの被測定信号がない場合(V=0)および被測定信号
がある場合(V≠0)のレーザ光2の位相変化並びに素
子断面を表わしている。特に、図2(a)に示すよう
に、被測定電圧がないV=0Vのとき、屈折率体24は
球体になり、また図2(b)に示すように、被測定電圧
があるV≠0Vとき、屈折率体24は楕円形状を示す。
【0017】例えば、本実施の形態における具体的実施
例として、レーザダイオード1はシングルモード性の高
いDFBレーザを用い、出力は高出力、波長は短波長の
ものが好ましい。また、反射ミラー4はアルミニウム
(Al)などの高い反射率をもつ金属からなり、E−O
素子5に対するレーザ光の入射角度を10度程度になる
ように反射面方向を設定している。さらに、E−O素子
5は電気光学部材として等軸晶系に属する結晶GaAs
やZTeなどを用いており、上面の透明導電膜22と
しては、インジウム、錫の酸化物からなるインジウム・
錫酸化物(ITO膜)を用い、下面の反射膜としては、
AlやAgなどの金属や誘電体多層膜を成膜して用い
る。そのときの面積は、300×300μm2 程度に加
工されるが、できる限り小さい方が好ましい。
【0018】一方、図2(c),(d)に示すように、
この場合のE−O素子5は、上述した等軸晶系に属する
結晶に代えて、従来知られている三方晶系に属する結晶
や正方晶系に属する結晶を用いたときの被測定信号がな
い場合(V=0)および被測定信号がある場合(V≠
0)のレーザ光2の位相変化並びに素子断面を表わして
いる。
【0019】この場合、すなわちE−O素子5として、
仮に三方晶系に属する結晶LiNbO3 ,LiTaO3
や正方晶系に属する結晶KDP,ADPを用いた場合、
図2(c)に示すように、被測定電圧がない(V=0)
ときにも、図2(d)の被測定電圧がある(V≠0)と
きと同様、屈折率体24は楕円体であるため、直線偏光
のレーザ光を斜め入射すると、レーザ光が位相変調を受
け、反射膜23によって反射されたレーザ光も楕円偏光
になってしまう。
【0020】したがって、本実施の形態においては、図
2(a),(b)に示すように、E−O素子5として等
軸晶系に属する結晶GaAsやZTeなどを用いた方
が、被測定電圧がないときの屈折率体24を球体にでき
るため、レーザ光を斜め入射させても位相変調を受ける
ことはない。このため、本実施の形態によれば、ノイズ
を減少でき、正確に信号測定を実現できる。
【0021】以下、本実施の形態における測定装置の使
用形態および動作を図1,図2(a),(b)を参照し
て説明する。
【0022】まず、金属ピン11の先端を被測定部(図
示省略)に接触させる一方、接地用端子12をプリント
基板のGND部に接触させる。この被測定部に信号が流
れていると、被測定部から発生するフリンジ(漏れ)電
界は、金属ピン11を通過してE−O素子5内に注がれ
る。このとき、図2(a)あるいは図2(b)に示すよ
うに、接地用端子12と電気的に接続されている透明導
電層22はGNDレベルになっているため、E−O素子
5内部の電界は横方向(水平方向)に漏れることなく、
上面方向(垂直方向)に向かう。
【0023】一方、LD駆動回路15によって制御され
たレーザダイオード1からレーザ光2が出力され、コリ
メートレンズ13で平行光にされた後、偏光板3を通過
し、集光レンズ14で集光され、反射ミラー4で反射さ
れると、図2(b)に示すように、E−O素子5に直線
偏光で斜め入射される。ここで、図2(b)に示すよう
に、前述した被測定部からの電界に基き、屈折率変化を
生じたE−O素子5により偏光面が変化したレーザ光
は、反射膜23で反射され、再びリング状の反射ミラー
4で反射され、偏光ビームスプリッタ6で直角に反射さ
れる。
【0024】ついで、この偏光ビームスプリッタ6で反
射されたレーザ光は、λ/4板7を通過することによ
り、E−O素子5への入射光の直線偏光方向に対して楕
円偏光の実効的な位相差分の角度だけ傾いた偏光面の直
線偏光となる。さらに、この直線偏光はウォラストンプ
リズム8を通過することにより、直交する2つの成分に
分離される。この分離された光は、フォトダイオード9
で共に受光され、その2つの成分の光強度に対する電流
の差として出力される。フォトダイオード9の出力は、
増幅器10で電流・電圧変換して増幅され、信号波形表
示装置16に表示出力される。
【0025】なお、被測定部に信号が流れていないとき
は、レーザ光がE−O素子5内を通過する過程におい
て、そのレーザ光に位相変調を与えないで済むので、ノ
イズを減少させるとともに、正確な測定が可能となる。
【0026】要するに、本実施の形態においては、被測
定部からの電界をE−O素子5で検出することにより、
信号波形を測定しているので、保護膜を塗布された配線
からの電界が保護膜を越えてE−O素子5に誘起されさ
えすれば、配線の信号測定が可能であり、また反射ミラ
ー4を用い、レーザ光をE−O素子5の上面に対して斜
めに入射させることにより、E−O素子5からの反射光
をレーザダイオード1に戻さなくても済むため、レーザ
ダイオード1のレーザ出力を安定化させ、精度よく測定
することが可能になる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプリント
基板の信号波形測定装置は、被測定部から生ずる電界を
金属ピンを介して電気−光学物体(E−O素子)の内部
に導き、その電界によって生じた電気−光学物体の屈折
率変化を光学手段を介して検出することにより、被測定
部を流れる信号を測定することができるので、保護膜を
塗布された配線の信号測定を実現できるという効果があ
る。
【0028】また、本発明は筒状本体部に反射ミラーを
設け、レーザ光を反射させるとともに、その反射光を電
気−光学物体に対して斜めに入射させることにより、電
気−光学物体からの反射光を光源であるレーザダイオー
ドに戻さないで済むので、レーザダイオードの出力を安
定化させることができ、精度良く信号測定を実現できる
という効果がある。
【0029】さらに、本発明は電気−光学物体として等
軸晶系に属する結晶を用いることにより、被測定電圧が
ないときには、電気−光学物体からの反射光に位相変調
を与えないことができるので、ノイズを減少させるとと
もに正確に信号測定を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を説明するためのプリン
ト基板の信号波形測定装置の構成図である。
【図2】図1におけるE−O素子とレーザ光の位相変化
を表わす図である。
【図3】従来の一例を説明するためのプリント基板の信
号波形測定装置の先端部の斜視図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード 2 レーザ光 3 偏光板 4 反射ミラー 5 電気−光学物体(E−O素子) 6 偏光ビームスプリッタ 7 λ/4板 8 ウォラストンプリズム 9 フォトダイオード 10 増幅器 11 金属ピン 12 接地用端子 13 コリメートレンズ 14 集光レンズ 15 LD駆動回路 16 信号波形表示装置 17 筒状本体部 22 透明導電膜(層) 23 反射膜 24 屈折率体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−167490(JP,A) 特開 平7−146316(JP,A) 特開 平6−102296(JP,A) 特開 平7−181212(JP,A) 特開 平9−89940(JP,A) 特開 平7−35827(JP,A) 特開 平8−262117(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/302 G01R 1/07 H01L 21/66

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に透明導電膜、下面に反射膜を形成
    した電気−光学素子と、被測定信号による電界を前記電
    気−光学素子に誘導する金属ピンと、レーザ光を出力す
    るレーザダイオードと、前記レーザ光を反射させて前記
    電気−光学素子に入射させる反射ミラーと、前記電界に
    よる複屈折性の変化を生じた前記電気−光学素子内を通
    過し且つ前記反射膜で反射する道程において位相変調を
    受けた被変調レーザ光の位相変化量を光強度の変化量に
    変換する光学手段と、前記光強度の変化量を電気信号変
    換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの出
    力信号を増幅する増幅器とを筒状本体部に一体化して備
    え、前記電気−光学素子の前記透明導電膜に接続される
    接地用端子を前記筒状本体部の外部に導出し且つ前記反
    射ミラーは、前記筒状本体部の内部に沿ってリング状に
    形成するとともに、内面のレーザ光反射面を前記電気−
    光学素子に向って狭く傾斜させ、前記電気−光学素子の
    上面に形成した前記透明導電膜に対して前記レーザ光を
    斜めに入射させることを特徴とするプリント基板の信号
    波形測定装置。
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