JP3489701B2 - 電気信号測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用い
て、例えば集積回路、実装ボード、プリント基板等に設
けられている信号線を伝播する電気信号を測定する電気
信号測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気信号測定装置としては、例え
ば図１に示すようなＦＥＴプローブがある。このプロー
ブは被測定回路４２の信号線４３とグランド４４を各々
プローブヘッド５２とグランド線５３の２点で接触させ
ることにより、信号線４３からわずかに電流を取り出
し、この取り出した信号線４３からの電流を同軸線５０
を介して高入力インピーダンスであるＦＥＴ入力信号増
幅部５１に入力して、信号線４３を伝播する電気信号を
測定し、この測定した電気信号の波形を波形表示装置５
７に表示するようになっている。

【０００３】また、従来の電気信号測定装置としては、
例えば特開平５−７２２９９号公報に開示されたものが
ある。この従来の装置は、電気光学材料を固定したプロ
ーブを電気信号が伝播する信号線に近接させることによ
り信号線からの漏れ電界により電気光学材料に発生する
電気光学効果を測定し、これにより信号線の電位を非接
触で測定するものであるが、信号線と電気光学材料との
間の距離により電界強度が変化するため、電気光学材料
を信号線に対して高精度に位置決めするための大規模な
位置決め装置が必要となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置の
うち、図１に示した装置においては、プローブを２点で
接触させることが必要であり、測定点付近にグランドが
ない場合には、広帯域な測定ができなかったり、またわ
ずかであるが信号線から電流を取り出すので、特に駆動
力の低い被測定回路では、測定時に被測定回路が擾乱を
受けて被測定信号が変化し、高精度な測定を行うことが
できないという問題がある。

【０００５】また、特開平５−７２２９９号公報に開示
された従来の装置では、電気光学材料を信号線に対して
高精度に位置決めする必要があり、そのために大規模な
位置決め装置が必要となるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、信号線を伝播する電気信号を
低擾乱、高精度、広帯域、かつ比較的コンパクトで経済
的に測定することができる電気信号測定装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、測定対象の信号線を伝播する電気信号を測
定する電気信号測定装置であって、前記測定対象の信号
線に一点で接触させる導体と、前記導体から結合される
電界の強度によって複屈折率が変化する電気光学材料で
あって、前記導体と接続された第一の面と、前記第一の
面に対向する第二の面とを有する電気光学材料と、前記
電気光学材料にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記
電気光学材料の複屈折率変化によって偏光変化を受けた
前記レーザ光を検出する偏光検出手段と、前記レーザ光
源が出力するレーザ光の光量を増幅する光増幅器と、前
記光増幅器によって重畳される雑音成分を前記光増幅器
の出力から除去する光学バンドパスフィルタと、前記光
学バンドパスフィルタが出力するレーザ光を直線偏光化
する偏光制御器と、前記偏光制御器が出力する直線偏光
化されたレーザ光を偏光状態を保持したまま前記電気光
学材料に導く偏波保持ファイバとを有することを特徴と
する電気信号測定装置を提供する。

【０００８】 また、本発明では、前記偏光制御器は、
レーザ光を直線偏光化するポラライザと、前記ポラライ
ザに入力されるレーザ光の偏光を調節する偏光調節手段
と、前記ポラライザが出力するレーザ光の一部を前記偏
波保持ファイバに集光するレンズと、前記ポラライザが
出力するレーザ光の残りを電流に変換する光電変換素子
と、前記光電変換素子が出力する電流を測定する電流計
と、前記電流計で測定された電流値をディジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器が出力す
るディジタルデータを処理して前記偏光調節手段を制御
する演算器と、を有することを特徴とする。

【０００９】 また、本発明では、前記偏光調節手段
は、レーザ光の偏光を変化させる波長板と、前記波長板
を回転させる回転機構と、前記回転機構を前記演算器の
出力に基づいて駆動する信号を出力するドライバとから
なることを特徴とする。

【００１０】 また、本発明では、前記偏光調節手段
は、レーザ光の偏光を変化させる電圧制御型偏光変調器
と、前記電圧制御型偏光変調器による変調を前記演算器
の出力に基づいて制御する電圧を出力する電圧発生器と
からなることを特徴とする。

【００１１】 また、本発明は、測定対象の信号線を伝
播する電気信号を測定する電気信号測定装置であって、
前記測定対象の信号線に一点で接触させる導体と、前記
導体から結合される電界の強度によって複屈折率が変化
する電気光学材料であって、前記導体と接続された第一
の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有する電
気光学材料と、前記電気光学材料にレーザ光を照射する
レーザ光源と、前記電気光学材料の複屈折率変化によっ
て偏光変化を受けた前記レーザ光を検出する偏光検出手
段とを備え、前記偏光検出手段は、前記電気光学材料か
らの反射レーザ光を前記電気光学材料への入射レーザ光
から分離して互いに直交する偏光成分として取り出す光
学系と、前記光学系で取り出された反射レーザ光の互い
に直交する偏光成分を各々電気信号に変換する二つの光
電変換素子とを有し、前記光学系は、前記反射レーザ光
の偏光を変化させる波長板と、前記波長板を回転させて
前記反射レーザ光の互いに直交する偏光成分の強度バラ
ンスを調節する回転機構とを有することを特徴とする電
気信号測定装置を提供する。

【００１２】 また、本発明は、測定対象の信号線を伝
播する電気信号を測定する電気信号測定装置であって、
前記測定対象の信号線に一点で接触させる導体と、前記
導体から結合される電界の強度によって複屈折率が変化
する電気光学材料であって、前記導体と接続された第一
の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有する電
気光学材料と、前記電気光学材料にレーザ光を照射する
レーザ光源と、前記電気光学材料の複屈折率変化によっ
て偏光変化を受けた前記レーザ光を検出する偏光検出手
段とを備え、前記偏光検出手段は、前記電気光学材料か
らの反射レーザ光を前記電気光学材料への入射レーザ光
から分離して互いに直交する偏光成分として取り出す光
学系と、前記光学系で取り出された反射レーザ光の互い
に直交する偏光成分を各々電気信号に変換する二つの光
電変換素子とを有し、前記光学系は、前記反射レーザ光
の偏光を変化させる電圧制御型偏光変調器と、前記電圧
制御型偏光変調器による変調を制御する電圧を出力する
電圧発生器と、前記電圧発生器が出力する電圧を前記二
つの光電変換素子が出力する電気信号に基づいて制御す
るフィードバック系とを有することを特徴とする電気信
号測定装置を提供する。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００４７】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る
電気信号測定装置を示す図である。図２において、１は
被測定回路４２の信号線４３に１点で接触させる円筒状
の導体である。この導体１は、信号線４３が細い場合の
ために、信号線幅に合わせて先端が細く円錐状に加工さ
れている。５は電気光学材料２にパルスレーザ光を照射
するレーザ光源である。また、要求される測定帯域がそ
れほど高くなく１ＧＨｚ以下である場合は、システム構
成が簡単になるＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）
光を発生するレーザ光源を用いても良い。

【００４８】３はレーザ光源５から出力されるレーザ光
４０を反射するミラーである。電気光学材料２はミラー
３を介して導体１に電気的に接続される。このミラー３
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように金属や誘電体多層
膜を電気光学材料２の下面に蒸着して形成される金属ミ
ラー３ａまたは誘電体多層膜ミラー３ｂであるか、ある
いは図３（ｃ）に示すように導体１の上部を鏡面研磨す
ることで形成される鏡面研磨ミラー３ｃである。これら
の導体１、電気光学材料２、ミラー３で構成される部分
がプローブヘッド４である。

【００４９】なお、電気光学材料としては、レーザ光の
進行方向と平行な方向の電界に感度を有するＢＳＯ（Ｂ
ｉ₁₂ＳｉＯ₂₀）、ＣｄＴｅ，ＧａＡｓ，ＬＮ（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）−５５°カット、ＺｎＴｅ，ＫＤ^* Ｐ，ＣｕＣ
ｌ，ＺｎＳ，あるいはＫＴＰ−Ｚカットを使用する。

【００５０】図３（ａ）に示すように、前記ミラー３と
して、導体１と電気光学材料２との間に金属ミラー３ａ
を設けた場合には、導体１とは異なる面積の大きな金属
ミラー３ａを設けることにより、レーザ光を完全に反射
することができる。すなわち、容量を小さくするため
に、導体１を細くした場合、導体の上面がミラーとなっ
ている構造では、ミラーの面積が小さくなり、レーザ光
の反射が困難になるが、前記金属ミラー３ａを設けるこ
とにより、レーザ光を完全に反射でき、これを解決する
ことができる。また、導体１の上面が荒れていても、反
射に影響がない。更に、図３（ａ）の構造では、導体１
と金属ミラー３ａに異なる金属を用いることができ、ミ
ラーとして例えば金、銀、白金等の反射率の高い金属を
用い、導体として例えばリン青銅等抵抗率の低い金属を
用いる等、金属の選択の余地を広くすることが可能であ
る。

【００５１】また、図３（ｂ）に示すように、誘電体多
層膜ミラー３ｂを設けた場合には、次のような効果があ
る。すなわち、一般に電気光学材料に侵入する電界はほ
ぼ接する導体の接触面面積に比例するが、導体１の面積
のディメンジョンが電気光学材料２の厚みに対して大き
い場合は、電界が電気光学材料の上面を突き抜けてしま
い、上面のポテンシャルが零にならない。このような状
態にあると、測定したい信号線以外の信号線からの電界
の影響を受けやすくなり、絶対値測定ができなくなる。
上述したように金属ミラー３ａを用いた場合、金属ミラ
ー３ａ全体から電界が発生し、上述したように電界が電
気光学材料の上面に突き抜け易くなる。これを防ぐため
に、電界の発生源は電気光学材料の中央に小さく存在
し、かつミラーの面積を大きくするために、誘電体多層
膜ミラー３ｂを用いる。

【００５２】更に、図３（ｃ）に示すように、導体１の
面を鏡面研磨した場合には、上述した他の方法に比較し
て、構成が最も簡単であるという利点がある。

【００５３】図２に示す電気信号測定装置では、信号線
４３に導体１を接触させることで導体１を信号線４３と
同電位にし、信号線４３を伝播する被測定電気信号によ
って導体１から電界４１が漏れ、該電界が電気光学材料
２に結合する。この状態の電気光学材料２にレーザ光４
０を入射させると、レーザ光４０の偏光が変化する。こ
の偏光変化は電気の強度変化として偏光検出器６で検出
され、信号処理装置３５で信号処理された後、波形表示
装置７で表示される。なお、偏光検出器６は後述するよ
うに偏光ビームスプリッタ、ファラディ素子、波長板、
光電変換素子等の光学部品で構成される。

【００５４】電気光学材料２に結合する電界４１はプロ
ーブヘッド４を構成する導体１、電気光学材料２、ミラ
ー３の材質、形状により決まる。十分に電気光学材料２
を厚くし、電界４１が電気光学材料２の上面に到達しな
いようにすれば、測定したい信号線以外の隣接する信号
線からの電界の影響がなくなり、電気光学材料２の上面
の電位を零とみなせ、かつ電気光学材料２の下面が信号
線４３と同電位なので、本発明の電気信号測定装置は１
点接触で測定対象の形状に依存しない絶対値測定ができ
る。

【００５５】より一般的には、本発明の電気信号測定装
置における電気光学材料は、導体が接続された面と、こ
の面に対向する面であってその電位が測定対象の信号線
及びそれ以外の信号線からの電界によって変化しない対
向面とを有するものである。具体的には、例えば測定対
称が１０ＧＨｚの場合には導体１の直径を０．５ｍｍ、
高さを４ｍｍとし、測定対称が５．５ＧＨｚの場合には
導体１の直径を２ｍｍ、高さを８．５ｍｍとし、いづれ
の場合も電気光学材料２の厚さを導体１の直径に対して
十分に厚い５ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００５６】更に、本発明の電気信号測定装置では、適
当な信号線を使って既知の電気信号を予め測定し、その
電気信号の既知の電圧とプローブにより検出される信号
強度の関係から補正係数を求めて記憶しておき、実際の
測定対象の測定時にはこの補正係数を使って検出される
信号強度を補正することにより、電圧軸のキャリブレー
ションが行える。即ち、図４に示すように、所定の基準
配線９０に既知の電圧を有する電気信号９１を所定の信
号源９２から印加し、この基準配線９０に本発明の電気
信号測定装置のプローブヘッド４を１点接触させて測定
を行い、検出された信号強度と電気信号９１の既知の電
圧との関係から補正係数を信号処理装置３５で求めて、
この補正係数を信号処理装置３５内のメモリ３５Ａに記
憶する。以降、実際の測定対象の測定時には、検出され
た信号強度にメモリ３５Ａに記憶された補正係数を乗じ
てから波形表示装置７で表示を行う。なお、図４の基準
配線９０と信号源９２は本発明の電気信号測定装置の一
部として装置本体に装備するようにしても良い。また、
既知の電圧を有する電気信号９１が低周波、たとえば１
０ＭＨｚ程度の場合には、基準配線９０の代りに金属端
子を用いても良い。図５は、電気光学材料２をレーザ光
源５と偏光検出器６に絶縁性の固定具６０を介して固定
する（若しくは保持させる）ようにした図２の電気信号
測定装置の一変形例を示すものである。

【００５７】これにより、電気光学材料２に対するレー
ザ光源５と偏光検出器６との位置関係を固定し得ること
から、装置組み立ての初期段階にレーザの光軸調整を一
度行えば、以後調整の必要はなくなるため、装置内部に
光学系調整機構が不要となり、装置を小型化することが
可能となる。

【００５８】図６は、上述した実施例に使用され得る電
気光学材料２の変形構成例を示す図である。図６（ａ）
は導体１と電気的に絶縁分離されて導体１の電位と無関
係なある固定電位の電極２ａを電気光学材料２の側面に
設けたものであり、また図６（ｂ）は、同様に導体１と
電気的に絶縁分離されて導体１の電位と無関係なある固
定電位の透明電極２ｂを電気光学材料２の上面に設けた
ものである。

【００５９】図６（ａ）に示すように、電気光学材料２
の両側面に電極２ａを設けることにより、この電極の電
位を適当に選ぶことで、電気光学材料２に入った電界を
電極に吸い込ませることができ、電界の電気光学材料２
の上面への突き抜けを防止することができる。また図６
（ｂ）に示すように、電気光学材料２の上面に透明電極
２ｂを設けた場合には、レーザ光の透過は可能となると
ともに、同様に電界が電気光学材料２の上面へ突き抜け
ることを防止することができる。なお、図６に示す構成
は、図３に示したすべての構造に適用できるものであ
る。

【００６０】図７は、レーザ光の進行方向と直交する方
向の電界に感度を有するＬＴ（ＬｉＴａＯ₃ ），ＬＮ
（ＬｉＮｂＯ₃ ），ＫＴＰ，ＤＡＳＴ，あるいはＡＡＮ
Ｐを使用した電気光学材料２’とした場合のプローブヘ
ッド４の構成例である。図７（ａ）はこの電気光学材料
２’の一側面に直角の曲げ部分を有する導体１’を接続
しただけの構成例を示す。図７（ｂ）は図７（ａ）の構
成において電気光学材料２’の下面にレーザ光４０を反
射するミラーを追加した構成例を示す。図７（ｃ）はこ
の電気光学材料２’の一側面に接続された電極１ｂと直
角の曲げ部分を有する導電性ワイヤ１ａを介して導体１
を接続し、前記一側面に対向する面に導体１と電気的に
絶縁分離された電極２ａ’を追加した構成例を示す。図
７（ｄ）は図７（ｃ）の構成において電極２ａ’に代え
て前記一側面に対向する面以外の面（例えば図７（ｄ）
では上面）に導体１と電気的に絶縁分離された電極２
ｂ’を追加した構成例を示す。なお、このような電気光
学材料２’を用いる場合には、ミラー３は上記図３
（ｂ）に示したような誘電体多層膜ミラーとする。

【００６１】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る
電気信号測定装置の構成を示す図である。この電気信号
測定装置は、手持ち型のプローブを構成し、特に図２に
おけるレーザ光の発生以降から波形表示前までの構成を
詳細に示している。図８において、４は図２で示した導
体１、電気光学材料２、ミラー３からなるプローブヘッ
ドであり、絶縁性のホルダ３１によってプローブ本体３
２に装着されている。９はレーザ光源５から発生された
レーザ光４０をプローブ本体３２に導入する偏波保持フ
ァイバである。この偏波保持ファイバ９に適当な直線偏
光のレーザ光をレーザ光源５から入射すれば、ファイバ
部分をねじる等の外乱が加わっても、直線偏光を保った
ままプローブ本体３２にレーザ光を導入できるので、プ
ローブ本体３２を任意の角度に傾けて測定しても測定条
件はかわらない。なお、図８において、太線の矢印はレ
ーザ光の流れを示し、細線の矢印は電気信号の流れを示
している。

【００６２】レーザ光４０は第一偏光ビームスプリッタ
１１で紙面に対して平行方向の偏光成分が直進し、紙面
に垂直な偏光成分は９０°進行方向が曲げられる。レー
ザ光４０はファラディ素子１２で偏光が４５°回転させ
られ、次の第一波長板１３でファラディ素子１２で回転
させられた４５°だけ偏光が戻される。このような光学
系にするとプローブヘッド４で反射されたレーザ光４０
を入射光と分離して、第一偏光ビームスプリッタ１１と
第二偏光ビームスプリッタ１４で互いに直交する偏光成
分として得ることができる。分離したあとは、第一光電
変換素子１７と第二光電変換素子１８により電気信号に
変換された後、逆相となる信号成分を差動増幅器１９に
より検出する。ここで雑音は同相成分となるので差動検
出により除去される。第二波長板１５はレーザ光４０の
光軸を中心に回転可能とする機構を有し、これにより二
つに分離されたレーザ光の強度バランスをとりながらＳ
／Ｎが大きくなるように調整するもので、これによって
検出される信号のＳ／Ｎを調整することができる。ま
た、差動増幅器１９で検出された信号は波形表示装置７
に取り込まれその波形が表示される。

【００６３】以上の光学部品を小型モジュール化して手
持ち型とすることで、装置に組み込まれたボードやプリ
ント基板などの測定環境の制約がある場合でも容易に測
定が可能となる。

【００６４】図９は、図８の電気信号測定装置を更に具
体的にした本発明の第３の実施の形態に係る電気信号測
定装置の構成を示す図である。図９に示す装置は、図８
の電気信号測定装置と同様に手持ち型のプローブを構成
するものであり、導体１、電気光学材料２、誘電体多層
膜ミラー３からなるプローブヘッド４が絶縁性のホルダ
３１によってプローブ本体３２に装着されている。

【００６５】この図９に示す構成では、レーザ光源５が
出力するレーザ光４０のパワーが少ない場合は、光増幅
器３９を用いて増幅し、該光増幅器３９を用いることで
重畳される雑音成分を光学バンドパスフィルタ３８で取
り除く。なお、レーザ光源５が出力するレーザ光４０の
パワーが大きい場合は、光増幅器３９と光学バンドパス
フィルタ３８を使用しなくてもよい。

【００６６】８は、光学バンドパスフィルタ３８が出力
するレーザ光４０を直線偏光化し、偏波保持ファイバ９
に入射する偏光制御器である。ここで偏光制御器８から
出力されるレーザ光４０の偏光の向きを、偏波保持ファ
イバ９内で偏光が保存されるように偏光制御器８内で調
整する。このように調整すれば、偏波保持ファイバ９の
ねじり、曲げ等の外乱が加わっても、直線偏光を保った
ままプローブ本体３２にレーザ光４０を入射できるの
で、プローブ本体３２を任意の角度に傾けて測定しても
測定条件は変わらない。

【００６７】偏波保持ファイバ９が出力するレーザ光４
０は、コリメートレンズ１０により平行光になる。レー
ザ光４０は第一偏光ビームスプリッタ１１で紙面に対し
て平行方向の偏光成分が直進し、紙面に垂直な偏光成分
は９０度進行方向が曲げられる。レーザ光４０はファラ
ディ素子１２で偏光が４５度回転する。ファラディ素子
１２で回転した４５度だけ、次の第一λ／２波長板１３
で偏光の向きが戻る。このような光学系にすると、プロ
ーブヘッド４で反射したレーザ光４０を入射光と分離し
て、第一偏光ビームスプリッタ１１と第二偏光ビームス
プリッタ１４で互いに直交する偏光成分として得ること
ができる。分離した後は、第一光電変換素子１７と第二
光電変換素子１８により電気信号に変換し、逆相となる
信号成分を差動増幅器１９により検出する。ここでは雑
音は同相成分となるので差動検出により除去する。λ／
４波長板１５Ａと第二λ／２波長板１５Ｂはレーザ光４
０の光軸を中心に回転可能とする機構を有し、これによ
り第一光電変換素子１７と第二光電変換素子１８に到達
するレーザ光の強度のバランスをとりながらＳ／Ｎが大
きくなるように調整するもので、結果的に検出される信
号のＳ／Ｎを調整することができる。差動増幅器１９が
出力する信号のうち被測定信号の含まれる周波数成分だ
けを電気バンドパスフィルタ３６により通過させ、これ
をアベレージャ３７により加算平均した後、波形表示装
置７に取込んでその波形を表示させる。

【００６８】図１０は、図９の装置に用いられている前
記偏光制御器８の構成を詳細に示す図である。レーザ光
源５が出力するレーザ光４０は、λ／４波長板２０とλ
／２波長板２２の回転によって任意の偏光状態に変化で
きる。λ／４波長板２０とλ／２波長板２２はそれぞれ
第一回転機構２１と第二回転機構２３に接続されてい
る。二つの波長板を通過したレーザ光をポラライザ２５
に入射すると互いに直交する直線偏光成分を出力する。
該ポラライザ２５が出力する一方の直線偏光化レーザ光
は光電変換素子２７に入射され、他方は集光レンズ３４
により集光され偏波保持ファイバ９に入射される。

【００６９】光電変換素子２７で受けたレーザ光量は電
流計２８で電流として測定され、この値をＡ／Ｄ変換器
２９でディジタルデータに変換した後、光電変換素子２
７で受けたレーザ光量、すなわち電流計２８で検出され
る電流が最小になるように、演算器３０により第一回転
機構２１と第二回転機構２３を駆動するドライバ２４に
命令を送り、λ／４波長板２０とλ／２波長板２２の回
転を調整する。このような構成にすることで、直線偏光
化されたレーザ光を常に効率よく偏波保持ファイバ９に
入射することができる。ここで、直線偏光化されたレー
ザ光の偏光が保存されるように偏波保持ファイバ９の入
射面の向きを調整してレーザ光の偏光方向と偏波保持フ
ァイバ９の偏波保持方向が合わされる。

【００７０】また、ポラライザ２５が出力するレーザ光
を光電変換素子２７で受ける代りに、ポラライザ２５と
集光レンズ３４との間にビームスプリッタを設け、偏波
保持ファイバ９に入射するレーザ光のうちの一部を取り
出し、該レーザ光を光電変換素子２７で受け、該レーザ
光の光量、すなわち電流計２８で検出される電流が最大
になるように、λ／４波長板２０とλ／２波長板２２の
回転を調整してもよい。

【００７１】更に、λ／４波長板２０とλ／２波長板２
２のかわりにレーザ光の偏光を電圧によって制御できる
偏光変調器を用い、ドライバのかわりに制御信号を発生
する電圧発生器を用いることで、以上の制御系を構成し
てもよい。即ち、図１１に示すように、図１０のλ／４
波長板２０，第一回転機構２１，λ／２波長板２２，第
二回転機構２３を電圧制御型偏光変調器６１に置換え、
ドライバ２４を電圧発生器６２に置換えた構成としても
よい。

【００７２】また、図９の構成を図１２に示すように変
形してもよい。即ち、図９のλ／４波長板１５Ａとλ／
２波長板１５Ｂを電圧制御型偏光変調器１５Ｃに置換
え、差動増幅器１９の出力と電圧制御型偏光変調器１５
Ｃの間にＡ／Ｄ変換器６３，演算器６４，電圧発生器６
５を設ける。この場合、差動増幅器１９の出力から第一
光電気変換素子１７と第二光電変換素子１８に到達する
レーザ光強度のバランスのずれを検出できるので、この
ずれをＡ／Ｄ変換器６３でＡ／Ｄ変換して演算器６４に
入力し、ずれを補正するような電圧を電圧制御型偏光変
調器１５Ｃに入力するように演算器６４から電圧発生器
６５を制御するフィードバック系が構成される。これに
より、迅速にＳ／Ｎが良好な状態に調整することが可能
となる。

【００７３】更に、図９の構成を図１３に示すように変
形してもよい。即ち、プローブ本体３２内に半導体レー
ザ７１を内蔵し、プローブ本体３２外には半導体レーザ
７１を発光させるための電気信号を発生するレーザドラ
イバ７２を設けた構成としてもよい。この場合、プロー
ブ本体３２の外部から見るとプローブ本体３２に対し電
気信号を入力して電気信号の出力を得る構成となる。

【００７４】図１４は、図９の装置に使用され得るプロ
ーブヘッド４と絶縁性ホルダ３１の種々の構成を示すも
のであり、導体１が信号線に接触するときに生じる衝撃
を緩和して電気光学材料２やミラー３を保護する緩衝機
構を有するものである。図１４（ａ）は導体１、電気光
学材料２、ミラー３が一体になったプローブヘッドの場
合に、導体１の側部に絶縁性ホルダ３１ａに当接する凸
部状のストッパ１Ａを設けたものであり、また図１４
（ｂ）は、導体１を電気光学材料２およびミラー３から
分離して絶縁性ホルダ３１ｂで保持し、導体１とミラー
３との間に導電性かつ弾性のワイヤ８１を設けたもので
あり、図１４（ｃ）は、絶縁性ホルダ３１ｃにレーザ光
の光軸と同一方向にのみ自由度を有するばね等の弾性体
８２を設けて、これを介して導体１を保持するものであ
る。

【００７５】図１４（ａ）に示すように、導体１の一部
にストッパ１Ａを設けることにより、導体１が信号線に
接触するときに生じる衝撃をストッパ１Ａを通して絶縁
性ホルダ３１ａ全体で受けるので、電気光学材料２への
衝撃を緩和することができる。また、図１４（ｂ）に示
すように、導体１とミラー３との間に導電性かつ弾性の
ワイヤ８１を設けることにより、導体１が信号線に接触
するときに生じる衝撃をワイヤ８１の曲げにより吸収で
き、電気光学材料２への衝撃を緩和することができる。
また、図１４（ｃ）に示すように、絶縁性ホルダ３１ｃ
にばね等の弾性体８２を設けることにより、導体１が信
号線に接触するときに生じる衝撃を弾性体８２の弾性に
より吸収でき、電気光学材料２への衝撃を緩和すること
ができる。

【００７６】また、図１４（ｄ）に示すように導体１の
側部に凹部状切欠きを設け、この凹部状切欠きを含む導
体１の側部を絶縁性ホルダ３１ｄに対して接着剤８３で
固定するようにしてもよい。この場合も図１４（ａ）に
示す場合と同様に導体１が信号線に接触するときに生じ
る衝撃を絶縁性ホルダ３１ｄ全体で受けるので、電気光
学材料２への衝撃を緩和することができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号線に導体を接触し、該導体から発生する電界が結合
し、該結合電界強度によって複屈折率が変化する電気光
学材料にレーザ光を照射して、電気光学材料の複屈折率
変化によって偏光変化を受けたレーザ光を検出している
ので、従来のように信号線から信号検出部に電流を取り
出すことがないために、信号線を伝播する電気信号を高
精度にかつ低擾乱で広帯域に測定することができるとと
もに、また大規模な位置決め装置を必要としないため
に、経済的で比較的コンパクトに構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電気信号測定装置の一例の概略構成を示
す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の形態に係る電気信号測
定装置の概略構成を示す図である。

【図３】図２の電気信号測定装置に使用出来る種々のミ
ラーの構成を示す図である。

【図４】図２の電気信号測定装置における電圧軸のキャ
リブレーションを行う構成を示す図である。

【図５】図２の電気信号測定装置の一変形例の概略構成
を示す図である。

【図６】図２の電気信号測定装置に使用され得る電気光
学材料の変形構成例を示す図である。

【図７】図２の電気信号測定装置に使用され得る電気光
学材料の他の構成例を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電気信号測定
装置の構成を示す図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電気信号測定
装置の構成を示す図である。

【図１０】図９に示した電気信号測定装置に使用される
偏光制御器の構成の一例を示す図である。

【図１１】図９に示した電気信号測定装置に使用される
偏光制御器の構成の他の例を示す図である。

【図１２】図９の電気信号測定装置の一変形例の構成を
示す図である。

【図１３】図９の電気信号測定装置の他の変形例の構成
を示す図である。

【図１４】図９に示した電気信号測定装置に使用出来る
種々の緩衝機構を有するプローブヘッドの構成を示す図
である。

【符号の説明】

１ 導体 ２ 電気光学材料 ３ ミラー ４ プローブヘッド ５ レーザ光源 ６ 偏光検出器 ７ 波形表示装置 ８ 偏光制御器 ９ 偏波保持ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 15/07 Ｃ (72)発明者 武谷 健 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−350568（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−34378（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−147376（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267408（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−47883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−19682（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102295（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196862（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 1/06 - 1/073 G01R 15/00 - 19/00 G01R 31/28 - 31/3193 G02F 1/03 H01L 21/64 - 21/66

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象の信号線を伝播する電気信号を
   測定する電気信号測定装置であって、 前記測定対象の信号線に一点で接触させる導体と、 前記導体から結合される電界の強度によって複屈折率が
   変化する電気光学材料であって、前記導体と接続された
   第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有す
   る電気光学材料と、 前記電気光学材料にレーザ光を照射するレーザ光源と、 前記電気光学材料の複屈折率変化によって偏光変化を受
   けた前記レーザ光を検出する偏光検出手段と、 前記レーザ光源が出力するレーザ光の光量を増幅する光
   増幅器と、前記光増幅器によって重畳される雑音成分を
   前記光増幅器の出力から除去する光学バンドパスフィル
   タと、前記光学バンドパスフィルタが出力するレーザ光
   を直線偏光化する偏光制御器と、前記偏光制御器が出力
   する直線偏光化されたレーザ光を偏光状態を保持したま
   ま前記電気光学材料に導く偏波保持ファイバとを有する
   ことを特徴とする電気信号測定装置。
2. 【請求項２】 前記偏光制御器は、レーザ光を直線偏光
   化するポラライザと、前記ポラライザに入力されるレー
   ザ光の偏光を調節する偏光調節手段と、前記ポラライザ
   が出力するレーザ光の一部を前記偏波保持ファイバに集
   光するレンズと、前記ポラライザが出力するレーザ光の
   残りを電流に変換する光電変換素子と、前記光電変換素
   子が出力する電流を測定する電流計と、前記電流計で測
   定された電流値をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変
   換器と、前記Ａ／Ｄ変換器が出力するディジタルデータ
   を処理して前記偏光調節手段を制御する演算器と、を有
   することを特徴とする請求項１記載の電気信号測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記偏光調節手段は、レーザ光の偏光を
   変化させる波長板と、前記波長板を回転させる回転機構
   と、前記回転機構を前記演算器の出力に基づいて駆動す
   る信号を出力するドライバとからなることを特徴とする
   請求項２記載の電気信号測定装置。
4. 【請求項４】 前記偏光調節手段は、レーザ光の偏光を
   変化させる電圧制御型偏光変調器と、前記電圧制御型偏
   光変調器による変調を前記演算器の出力に基づいて制御
   する電圧を出力する電圧発生器とからなることを特徴と
   する請求項２記載の電気信号測定装置。
5. 【請求項５】 測定対象の信号線を伝播する電気信号を
   測定する電気信号測定装置であって、 前記測定対象の信号線に一点で接触させる導体と、 前記導体から結合される電界の強度によって複屈折率が
   変化する電気光学材料であって、前記導体と接続された
   第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有す
   る電気光学材料と、 前記電気光学材料にレーザ光を照射するレーザ光源と、 前記電気光学材料の複屈折率変化によって偏光変化を受
   けた前記レーザ光を検出する偏光検出手段とを備え、 前記偏光検出手段は、前記電気光学材料からの反射レー
   ザ光を前記電気光学材料への入射レーザ光から分離して
   互いに直交する偏光成分として取り出す光学系と、前記
   光学系で取り出された反射レーザ光の互いに直交する偏
   光成分を各々電気信号に変換する二つの光電変換素子と
   を有し、 前記光学系は、前記反射レーザ光の偏光を変化させる波
   長板と、前記波長板を回転させて前記反射レーザ光の互
   いに直交する偏光成分の強度バランスを調節する回転機
   構とを有することを特徴とする電気信号測定装置。
6. 【請求項６】 測定対象の信号線を伝播する電気信号を
   測定する電気信号測定装置であって、 前記測定対象の信号線に一点で接触させる導体と、 前記導体から結合される電界の強度によって複屈折率が
   変化する電気光学材料であって、前記導体と接続された
   第一の面と、前記第一の面に対向する第二の面とを有す
   る電気光学材料と、 前記電気光学材料にレーザ光を照射するレーザ光源と、 前記電気光学材料の複屈折率変化によって偏光変化を受
   けた前記レーザ光を検出する偏光検出手段とを備え、 前記偏光検出手段は、前記電気光学材料からの反射レー
   ザ光を前記電気光学材料への入射レーザ光から分離して
   互いに直交する偏光成分として取り出す光学系と、前記
   光学系で取り出された反射レーザ光の互いに直交する偏
   光成分を各々電気信号に変換する二つの光電変換素子と
   を有し、 前記光学系は、前記反射レーザ光の偏光を変化させる電
   圧制御型偏光変調器と、前記電圧制御型偏光変調器によ
   る変調を制御する電圧を出力する電圧発生器と、前記電
   圧発生器が出力する電圧を前記二つの光電変換素子が出
   力する電気信号に基づいて制御するフィードバック系と
   を有することを特徴とする電気信号測定装置。