JP3418577B2 - 電気光学プローブ - Google Patents
電気光学プローブInfo
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Description
て発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光
学結晶に光を入射し、入射光の偏光状態により、被測定
信号の波形を観測する電気光学プローブに関するもので
ある。
光学結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入
射し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観
測することができる。ここでレーザ光をパルス状にし、
被測定信号をサンプリングすると非常に高い時間分解能
で測定することができる。この現象を利用した電気光学
プローブを用いたのが電気光学サンプリングオシロスコ
ープである。
ic Sampling)オシロスコープ(以下「EOSオシロス
コープ」と略記する)は、電気式プローブを用いた従来
のサンプリングオシロスコープと比較して、 1)信号を測定する際に、グランド線を必要としないた
め、測定が容易 2)電気光学プローブの先端にある金属ピンが回路系か
ら絶縁されているので高入力インピーダンスを実現で
き、その結果被測定点の状態をほとんど乱すことがない 3)光パルスを利用することからGHzオーダーまでの
広帯域測定が可能 といった特徴があり注目を集めている。
う際に用いられる従来の電気光学プローブ1の構成を図
7により説明する。図7に示す電気光学プローブ1にお
いては、プローブ本体2の先端に、絶縁体からなるプロ
ーブヘッド3が設けられており、この中心に金属ピン3
aが嵌め込まれている。また、プローブヘッド3には、
電気光学素子4が固定されている。この電気光学素子4
は、金属ピン3a側の端面に反射膜4aが設けられ、金
属ピン3aに接する構成となっている。また、符号5
は、1/2波長板であり、符号6は、1/4波長板である。符
号7,8は、偏光ビームスプリッタである。符号9は、
1/2波長板であり、符号10は、ファラデー素子であ
る。符号12は、コリメートレンズであり、符号13
は、レーザダイオードである。符号14及び15は、集
光レンズであり、符号16及び17は、フォトダイオー
ドである。
8、1/2波長板9、及びファラデー素子10は、レーザ
ダイオード13が出射した光を通過させ、反射膜4aに
よって反射された光を分離するためのアイソレータ19
である。
13から発せられたレーザ光の光路について説明する。
図7において、レーザ光の光路を符号Aで表す。先ず、
レーザダイオード13から出射したレーザ光はコリメー
トレンズ12により平行光に変換され、偏光ビームスプ
リッタ8、ファラデー素子10、1/2波長板9及び偏光
ビームスプリッタ7を直進し、さらに、1/4波長板6と1
/2波長板5を通って電気光学素子4に入射する。入射し
た光は、金属ピン3a側の電気光学素子4の端面に形成
された反射膜4aにより反射する。
/4波長板6を通り、レーザ光の一部は、偏光ビームスプ
リッタ7により反射され、集光レンズ14によって集光
されて、フォトダイオード16へ入射する。一方、偏光
ビームスプリッタ7を透過したレーザ光は、偏光ビーム
スプリッタ8で反射され、集光レンズ15によって集光
されて、フォトダイオード17へ入射する。なお、1/2
波長板5と1/4波長板6はフォトダイオード16とフォ
トダイオード17とへ入射するレーザ光の強度が同一に
なるように、その光軸に関する回転角が調整される。
いて、被測定信号を測定する動作について説明する。金
属ピン3aを、測定点に接触させると、金属ピン3aに
加わる電圧によって、電気光学素子4では、その電界が
電気光学素子4へ伝搬し、ポッケルス効果により複屈折
率が変化する現象が起きる。これにより、レーザダイオ
ード13から発せられたレーザ光が電気光学素子4へ入
射して、そのレーザ光が電気光学素子4を伝搬するとき
に光の偏光状態が変化する。そして、この偏光状態が変
化したレーザ光は、反射膜4aによって反射され、フォ
トダイオード16,17へ集光されて入射し、電気信号
に変換される。
学素子4によって偏光状態の変化がフォトダイオード1
6とフォトダイオード17の出力差として生じることと
なり、この出力差を検出することによって、金属ピン3
aに加わる電気信号を測定することができる。なお、以
上説明した電気光学プローブ1において、フォトダイオ
ード16,17から得られた電気信号は、電気光学サン
プリングオシロスコープに入力されて、処理されるが、
これに代えて、フォトダイオード16,17に、専用コ
ントローラを介してリアルタイム型オシロスコープ等の
従来からある測定器を接続し、信号測定を行うこともで
きる。これにより、電気光学プローブ1を使用して広帯
域測定を簡単に行うことができる。
学プローブ1を用いた信号測定においては、金属ピン3
aを測定点に接触させることが必要であるため、測定の
繰り返しにより金属ピン3aが摩耗し、プローブヘッド
3の交換が必要となる場合があった。このような場合、
プローブヘッド3に固定された電気光学素子4が高価で
あることから、コストが嵩むこととなっていた。
によって最適な金属ピンの種類が変化するのに対し、上
述の電気光学プローブ1においては、金属ピン3aがプ
ローブヘッド3に固定されているために、被測定信号の
特性等に合わせて、最適な金属ピン3aを選択しようと
しても、対応が困難であった。
は、金属ピンを容易に交換できるような電気光学プロー
ブを提供することを課題とする。
に本発明においては以下の手段を採用した。請求項1記
載の電気光学プローブは、プローブ本体の内部における
該プローブ本体の基端部側と先端部側との間に光路が形
成され、前記光路の前記プローブ本体の基端部側の一端
には、レーザーダイオードが配置され、前記光路の前記
プローブ本体の先端部側の他端には、電気光学素子が前
記プローブ本体の先端部を構成するプローブヘッドに保
持された状態で配置され、該プローブヘッドには、金属
ピンが、その基端が前記電気光学素子に接続するととも
に、その先端が該プローブヘッドから突出する状態で設
けられ、前記レーザダイオードから発せられるレーザ光
を、前記光路を通じて前記電気光学素子に入射し、この
入射光を前記電気光学素子に設けられた反射膜によって
反射し、さらに、この反射光を分離してフォトダイオー
ドにより電気信号に変換する構成となっており、前記プ
ローブヘッドは、前記電気光学素子を保持するヘッド本
体と、該ヘッド本体に着脱自在に設けられて、前記金属
ピンを保持する先端部材とを備えた構成とされているこ
とを特徴としている。
光学プローブにおいては、先端部材を交換することによ
って、金属ピンの交換を容易に行うことができる。
項1記載の電気光学プローブであって、前記ヘッド本体
と前記先端部材とのいずれか一方には、同他方に向けて
突出する雄ネジ部が設けられ、同他方には、前記雄ネジ
部と嵌合する雌ネジ部が形成され、これら雄ネジ部およ
び雌ネジ部が着脱可能とされていることを特徴としてい
る。
項1記載の電気光学プローブであって、前記先端部材に
は、ビス孔が設けられ、該先端部材は、前記ビス孔に配
設されたビスによって、前記ヘッド本体に対して固定さ
れることを特徴としている。
項1から3のいずれかに記載の電気光学プローブであっ
て、前記電気光学素子と前記金属ピンの基端とは、これ
ら電気光学素子および金属ピン間の接触による衝撃を緩
和する緩衝板を介して互いに接続されていることを特徴
としている。
光学プローブにおいては、先端部材をプローブ本体に着
脱する際に、金属ピンとの接触により電気光学素子にダ
メージが与えられることを防ぐことができる。
項1から4のいずれかに記載の電気光学プローブであっ
て、前記フォトダイオードおよび前記レーザダイオード
は、電気光学サンプリングオシロスコープに接続され、
前記レーザダイオードは、前記レーザー光を前記電気光
学サンプリングオシロスコープからの制御信号に基づい
てパルス光として発することを特徴としている。
項1から4のいずれかに記載の電気光学プローブであっ
て、前記レーザーダイオードは、前記レーザ光として連
続光を発することを特徴としている。
ーブにおいては、レーザーダイオードから連続光を発す
るようにすることにより、フォトダイオードから連続的
な出力を得ることができ、したがって、フォトダイオー
ドを専用コントローラを介してリアルタイム型オシロス
コープなどの従来からある汎用測定器に接続して測定を
行うことも可能となる。
面に基づいて説明する。図1および図2は、本発明の一
実施の形態を示す電気光学プローブ21の立断面図およ
び平面図である。この電気光学プローブ21は、プロー
ブ本体22の内部に、光路23が形成された概略構成と
なっている。
プローブヘッド24として形成されており、また、その
基端部22bには、レーザダイオード25が収納された
構成となっている。レーザダイオード25は、光路23
におけるプローブ本体22の基端部22b側の一端23
aに位置し、図示略のEOSオシロスコープに対して接
続されている。
の先端部22a側の他端23bには、電気光学素子26
が配置されている。電気光学素子26は、プローブヘッ
ド24によって保持されており、また、電気光学素子2
6のプローブ本体22の先端部22a側の端面26aに
は、反射膜28が形成された構成となっている。
子26を固定するヘッド本体30と、ヘッド本体30の
さらに先端に設けられた先端部材31とを備えた構成と
なっている。図中に示すように、ヘッド本体30には、
先端部材31側に向かって突出する雄ネジ部30aが設
けられており、一方、先端部材31には、雄ネジ部30
aと嵌合可能な雌ネジ部31aが設けられている。これ
ら雄ネジ部30aおよび雌ネジ部31aにより、先端部
材31は、ヘッド本体30に対して着脱自在な構成とな
っている。
定されている。金属ピン32は、その基端32aが、電
気光学素子26に対して接続されており、また、その先
端32bが、先端部材31から突出する構成となってい
る。
に、コリメートレンズ33、偏光ビームスプリッタ3
4、ファラデー素子35、偏光ビームスプリッタ37、
1/4波長板38が配列されている。また、光路23の側
方の偏光ビームスプリッタ34,37に対応する位置に
は、フォトダイオード41,42が設けられている。こ
れらフォトダイオード41,42は、前記EOSオシロ
スコープに接続されており、入射光を電気信号に変換し
て、EOSオシロスコープに送信できるようになってい
る。
は、光路23を通る光の一部を分離してフォトダイオー
ド41,42側に反射するアイソレータとして機能する
ものとされている。
場合には、金属ピン32の先端32bを測定点に接触さ
せた状態で、EOSオシロスコープを起動させる。これ
により、EOSオシロスコープから発せられた制御信号
に基づき、レーザダイオード25から、レーザ光が出射
され、このレーザ光がコリメートレンズ33によって平
行光に変換され、光路23を直進し、電気光学素子26
に到達する。
反射膜28に入射されるとともに、反射されて、光路2
3をレーザダイオード25側に進行することとなる。こ
のとき、電気光学素子26は、金属ピン32を介して伝
搬された測定点の電界の変化により複屈折率が変化した
状態となっているために、レーザ光は、電気光学素子2
6を伝搬する際に偏光状態が変化することとなり、偏光
状態が変化した状態で、偏光ビームスプリッタ34,3
7によって分離され、フォトダイオード41,42へ集
光されて入射し、電気信号に変換される。これにより、
レーザ光の偏光状態の変化をフォトダイオード41,4
2の出力差として検出し、測定点の電気信号を測定する
ことができる。
合、金属ピン32が、その先端32b側から摩耗してい
くこととなり、したがって、金属ピン32の交換が必要
となるが、このような場合、電気光学プローブ21にお
いては、先端部材31がヘッド本体30に対して着脱自
在な構成となっているために、金属ピン32を先端部材
31ごと交換するようにすれば、容易に金属ピン32の
交換を行うことができる。これにより、従来と異なり、
金属ピン32を交換するにあたって、プローブヘッド2
4全体を交換する必要が無くなり、その結果、高価な電
気光学素子26の交換が不要となるため、コスト的に有
利となる。
ては、先端部材31を、測定対象の信号の特性等に合わ
せて、最適な金属ピン32が装着されたものに容易に交
換できることから、従来に比較して、測定精度の向上を
図ることができる。
が、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内で、形状・構造等の変
更が可能である。
26と金属ピン32の基端32aとの間に緩衝板44を
設け、これにより、先端部材31の着脱時に、金属ピン
32と電気光学素子26との間に発生する衝撃を緩和す
るようにしてもよい。この場合には、電気光学素子26
に損傷が発生する危険が少なくなり、電気光学プローブ
21の耐久性を向上させることができる。
定するための手段は、必ずしも上記実施の形態に限定さ
れず、例えば、先端部材31側に雄ネジ部を、ヘッド本
体30側に雌ネジ部を設けるようにしてもよい。また、
図4に示すように、先端部材31にビス孔45を設ける
とともに、このビス孔45にビス46を配設し、これに
より、先端部材31をヘッド本体30に固定するように
してもよい。もちろん、この場合にも、図5に示すよう
に、電気光学素子26と金属ピン32の基端32aとの
間に緩衝板44を設けるようにしても構わない。
に、金属ピン32を基端部32cおよび先端部32dに
分割しておくとともに、基端部32を電気光学素子26
に固定し、先端部32dを先端部材31に固定しておく
こととし、先端部材31をヘッド本体30に嵌合させる
際に、これら基端部32cおよび先端部32dを一体化
するようにしてもよい。
の基端32aと電気光学素子26との位置関係を一定に
することができ、精度の高い測定を実現することができ
る。また、この場合、基端部32cと先端部32dの間
に、銀ペーストを配置するようにすれば、これらを良好
に一体化することができる。
イオード25から連続光を発するようにすれば、リアル
タイム型オシロスコープ、サンプリングオシロスコー
プ、スペアナ等の従来からある汎用測定器による信号測
定も可能となる。この場合、フォトダイオード41,4
2に、EOSオシロスコープに代えて、専用コントロー
ラを介して、リアルタイム型オシロスコープ、サンプリ
ングオシロスコープ、スペクトルアナライザ等を接続す
るようにすればよい。
気光学プローブは、金属ピンを保持する先端部材をヘッ
ド本体から着脱自在となるように形成したために、金属
ピンの交換が必要となった場合には、これを先端部材ご
と容易に交換することができる。これにより、従来と異
なり、金属ピンを交換するにあたって、プローブヘッド
全体を交換する必要が無くなり、その結果、高価な電気
光学素子の交換が不要となるため、コスト的に有利とな
る。
部材とヘッド本体とのいずれか一方に雄ネジ部を、他方
に雌ネジ部を設けるようにすれば、先端部材とヘッド本
体とを容易に着脱自在とすることができ、請求項1の発
明を良好に実現することができる。さらに、請求項3の
ように、先端部材にビス孔を設け、このビス孔に配設し
たビスによって先端部材をヘッド本体に固定するように
しても、請求項2と同様の効果を得ることができる。
と金属ピンとの間に緩衝板を設けるようにすれば、先端
部材の着脱時に電気光学素子に衝撃が加わることが防が
れ、その結果、耐久性の向上を図ることができる。
うに、フォトダイオードおよびレーザダイオードを、電
気光学サンプリングオシロスコープに接続し、レーザダ
イオードからレーザー光を電気光学サンプリングオシロ
スコープからの制御信号に基づいてパルス光として発す
るようにすれば、電気光学サンプリングオシロスコープ
による広帯域における高精度な信号測定が可能となる。
ードから連続光を発するようにすることにより、フォト
ダイオードから連続的な出力を得ることができ、したが
って、フォトダイオードを専用コントローラを介してリ
アルタイムオシロスコープなどの従来からある汎用測定
器に接続して測定を行うことも可能となり、汎用性が高
い。
学プローブの立断面図である。
ピンと電気光学素子との間に緩衝板を配置した場合の例
を示すプローブヘッドの立断面図である。
とは別の手段により固定した際の状態を示すプローブヘ
ッドの立断面図である。
ピンと電気光学素子との間に緩衝板を配置した場合の例
を示す立断面図である。
ピンを基端部と先端部とに分割した場合の例を示す立断
面図である。
プローブの概略構成図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 プローブ本体の内部における該プローブ
本体の基端部側と先端部側との間に光路が形成され、 前記光路の前記プローブ本体の基端部側の一端には、レ
ーザーダイオードが配置され、 前記光路の前記プローブ本体の先端部側の他端には、電
気光学素子が前記プローブ本体の先端部を構成するプロ
ーブヘッドに保持された状態で配置され、 該プローブヘッドには、金属ピンが、その基端が前記電
気光学素子に接続するとともに、その先端が該プローブ
ヘッドから突出する状態で設けられ、 前記レーザダイオードから発せられるレーザ光を、前記
光路を通じて前記電気光学素子に入射し、この入射光を
前記電気光学素子に設けられた反射膜によって反射し、
さらに、この反射光を分離してフォトダイオードにより
電気信号に変換する構成となっており、 前記プローブヘッドは、前記電気光学素子を保持するヘ
ッド本体と、該ヘッド本体に着脱自在に設けられて、前
記金属ピンを保持する先端部材とを備えた構成とされて
いることを特徴とする電気光学プローブ。 - 【請求項2】 請求項1記載の電気光学プローブであっ
て、 前記ヘッド本体と前記先端部材とのいずれか一方には、
同他方に向けて突出する雄ネジ部が設けられ、同他方に
は、前記雄ネジ部と嵌合する雌ネジ部が形成され、これ
ら雄ネジ部および雌ネジ部が着脱可能とされていること
を特徴とする電気光学プローブ。 - 【請求項3】 請求項1記載の電気光学プローブであっ
て、 前記先端部材には、ビス孔が設けられ、 該先端部材は、前記ビス孔に配設されたビスによって、
前記ヘッド本体に対して固定されることを特徴とする電
気光学プローブ。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の電気
光学プローブであって、 前記電気光学素子と前記金属ピンの基端とは、これら電
気光学素子および金属ピン間の接触による衝撃を緩和す
る緩衝板を介して互いに接続されていることを特徴とす
る電気光学プローブ。 - 【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の電気
光学プローブであって、 前記フォトダイオードおよび前記レーザダイオードは、
電気光学サンプリングオシロスコープに接続され、 前記レーザダイオードは、前記レーザー光を前記電気光
学サンプリングオシロスコープからの制御信号に基づい
てパルス光として発することを特徴とする電気光学プロ
ーブ。 - 【請求項6】 請求項1から4のいずれかに記載の電気
光学プローブであって、 前記レーザーダイオードは、前記レーザ光として連続光
を発することを特徴とする電気光学プローブ。
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