JPH03156379A - 高感度電圧検出装置 - Google Patents
高感度電圧検出装置Info
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- JPH03156379A JPH03156379A JP2015319A JP1531990A JPH03156379A JP H03156379 A JPH03156379 A JP H03156379A JP 2015319 A JP2015319 A JP 2015319A JP 1531990 A JP1531990 A JP 1531990A JP H03156379 A JPH03156379 A JP H03156379A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じた電
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する電圧検出方法及びそ
の装置に係り、特に、時間分解能が高く、検出感度の高
い電圧検出方法及びその装置に関するものである。
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する電圧検出方法及びそ
の装置に係り、特に、時間分解能が高く、検出感度の高
い電圧検出方法及びその装置に関するものである。
ＭＯＤＦＥＴ等の超高速トランジスタや、超格子型光検
出器、高速集積回路等のピコ秒オーダで作動する高速装
置上の所定部分の電界（電気力線）を、ピコ秒オーダの
時間分解能とマイクロボルトオーダの感度により非接触
で高速測定する技術として、ポッケルス効果を利用し、
被測定物の所定部分の電界によって屈折率が変化する電
気光学材料、例えばＬｉＴａＯ３結晶を用いて、電気−
光変換により前記電界を検出する電界検出装置が開発さ
れている。即ち、前記電気光学材料を偏光方向が互いに
直交する偏光子と検光子の間に配置することにより、電
界の変化を光ビームの透過光量の変化として検出するこ
とができる。 このポッケルス効果を利用した電界検出装置には、例え
ば板状の電気光学材料に電極を設けて被測定物の電極と
接続する電極型と、電気光学材料をブＯ−ブ状として、
任意の被測定部分に外部から容易に接近できるようにし
たプローブ型とがある。前者は、例えば、米国特許第４
６０３２９３号、米国特許第４６１８８１９号、ヨーロ
ッパ特許出願公開第１９７１９６号、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎ（ｕｓ Ｅ ｆ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 ｖｏｌ、Ｑ Ｅ −２２。 Ｎｏ、１．Ｊａｎ、１９８６ ＰＰ６９〜７８に開示
されている。 一方、後者のプローブ型は、例えば、ＣＬＥＯ−８７Ｐ
Ｐ３５２〜３５３、Ｌ Ｌ Ｅ Ｒｅｖｌｅｗ。 Ｖｏｌ、３２．Ｊｕｌｙ−３ｅｐ、１９８７ ＰＰ１
５８〜１６３に開示されている。後者において、被測定
部分に接近させる光ブ０−ブとしては、ＣＬＥＯ−８７
ＰＰ３５２〜３５３に、第１６図に示す如く、シリカサ
ポート１２の先端に、截頭４面ピラミッド形状からなる
チップ状のＬｉＴａＯ３結晶１４を取付け、更にその底
面に、検出用の光ビーム１８を反射するための誘電体多
層膜による全反射ミラー１６が蒸着された光プローブ１
０が開示されている。例えば集積回路である被測定物２
０には、複数の電極２２が二次元的に配置されているの
で、その電極２２の間の回路表面上には電気力線で示さ
れる電界が存在する。従って、前記光プローブ１０の先
端を被測定物２０に接近させれば、ＬｉＴａ０ａ結晶１
４の屈折率が変化するので、これによって光ビーム１８
は変調される。従って、偏光子と検光子を用いて透過光
量の変化に変換することによって、被測定物２０の電極
２２間に生じる電界を検出することができる。 又、光プローブ１０の他の例としては、ＬＬＥＲｅｖｉ
ｅｗ、 Ｖｏｌ、 ３２． Ｊｕｌｙ−８ｅｐ、 １
９８７ＰＰ１５８〜１６３に、第１７図に示す如く、Ｌ
Ｔａｇｓ結晶３０の内面で光ビーム１８を３回合反射し
てビーム方向を変えることにより、結晶底面の反射膜を
不要としたものが開示されている。 この光プローブ１０においては、Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏｓ
結晶３０の底面近傍で、Ｚ軸と平行の電界により該Ｌｉ
Ｔａ○コ結晶３０の屈折率が変調される。 一方、前記光ビームをレーザダイオード（ＬＤ）からの
出力光とするとき、その出力光は励起電流や温度が変化
すると、その発光波長や光強度が変化する。又、縦モー
ドの競合や、モードホッピングによっても光強度が変化
する。このような光強度の変動を低減する方法としては
、レーザダイオード光の一部をフォトダイオード（ＰＤ
）等の受光素子で受光し、検出した光強度レベルと予め
設定したレベルとの誤差信号を求めて、これをレーザダ
イオードを駆動する励起電流源にフィードバックする方
法が知られている。このような技術は、既に、コンパク
トディスク（Ｃｏ）プレーヤの光ピツクアップ等に使用
されている。 しかしながら、従来の光強度変動の低減方法は、全て、
連続光（連続発成（ＣＷ）光又は直流（ＤＣ）光）を発
生するレーデダイオードに適用されており、パルス光を
発生するときの該パルス光の光強度のノイズについては
未だ議論されておらず、パルス光強度を安定化する試み
もなかった。 一方、例えば、非常に短い光パルスをサンプリングゲー
トとして用い、電気光学効果を利用して電気信号を非接
触で計測する電気光学（Ｅ−０）サンプリング（Ｉ Ｅ
Ｅ Ｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅ Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 Ｖｏｌ、 ＱＥ −２２
，ＮＯ，１、Ｊａｎ、１９８６のＰＰ６９−７８参ｆｆ
１） 、非常ニ短い光パルスを使ってレーザ励起螢光を
測定する螢光寿命測定（Ｒｅｖ、 Ｓｃｉ、 ｌ ｎ
ｓｔｒｕｍ、 ５９ （４） 。 Ａｐｒｉｌ １９８８のＰＰ６６３−６６５１１照）
、光電検出器、光集積回路（ＯＥ ＩＧ）等の応答特
性評価、光電子増倍管を用いた時間相関光子計数法等の
分野では、パルス光のパルス幅が時間分解能を決定する
ため、短パルス光が必要である。 Ｒ量分解能の観点からは、パルス幅がピコ秒〜フェムト
秒のパルス光を発生する色素レーザが有利であるが、装
置が大型になる。このため、簡便、簡単、安価、小型な
レーザダイオードをパルス光源として用いることが考え
られる。 現在、レーザダイオードを用いて発生可能な短パルス光
のパルス幅は、２００〜２ピコ秒程度である。又、波長
はレーザダイオードの種類によって変わり、通常６７０
ｒｖ〜１．５μｍ程度である。 又、レーザダイオードのパルス光の第２高調波を発生さ
せれば、３４０ｎ−程度までのパルス光が得られる。こ
のような光パルスの繰返し周波数は、目的によっても異
なるが、一般に０．１〜２００Ｍ）＃Ｚである。又、技
術的にはＧ上領域の超高繰返しパルス光や、数百市程度
のパルス光も発生可能である。
出器、高速集積回路等のピコ秒オーダで作動する高速装
置上の所定部分の電界（電気力線）を、ピコ秒オーダの
時間分解能とマイクロボルトオーダの感度により非接触
で高速測定する技術として、ポッケルス効果を利用し、
被測定物の所定部分の電界によって屈折率が変化する電
気光学材料、例えばＬｉＴａＯ３結晶を用いて、電気−
光変換により前記電界を検出する電界検出装置が開発さ
れている。即ち、前記電気光学材料を偏光方向が互いに
直交する偏光子と検光子の間に配置することにより、電
界の変化を光ビームの透過光量の変化として検出するこ
とができる。 このポッケルス効果を利用した電界検出装置には、例え
ば板状の電気光学材料に電極を設けて被測定物の電極と
接続する電極型と、電気光学材料をブＯ−ブ状として、
任意の被測定部分に外部から容易に接近できるようにし
たプローブ型とがある。前者は、例えば、米国特許第４
６０３２９３号、米国特許第４６１８８１９号、ヨーロ
ッパ特許出願公開第１９７１９６号、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎ（ｕｓ Ｅ ｆ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 ｖｏｌ、Ｑ Ｅ −２２。 Ｎｏ、１．Ｊａｎ、１９８６ ＰＰ６９〜７８に開示
されている。 一方、後者のプローブ型は、例えば、ＣＬＥＯ−８７Ｐ
Ｐ３５２〜３５３、Ｌ Ｌ Ｅ Ｒｅｖｌｅｗ。 Ｖｏｌ、３２．Ｊｕｌｙ−３ｅｐ、１９８７ ＰＰ１
５８〜１６３に開示されている。後者において、被測定
部分に接近させる光ブ０−ブとしては、ＣＬＥＯ−８７
ＰＰ３５２〜３５３に、第１６図に示す如く、シリカサ
ポート１２の先端に、截頭４面ピラミッド形状からなる
チップ状のＬｉＴａＯ３結晶１４を取付け、更にその底
面に、検出用の光ビーム１８を反射するための誘電体多
層膜による全反射ミラー１６が蒸着された光プローブ１
０が開示されている。例えば集積回路である被測定物２
０には、複数の電極２２が二次元的に配置されているの
で、その電極２２の間の回路表面上には電気力線で示さ
れる電界が存在する。従って、前記光プローブ１０の先
端を被測定物２０に接近させれば、ＬｉＴａ０ａ結晶１
４の屈折率が変化するので、これによって光ビーム１８
は変調される。従って、偏光子と検光子を用いて透過光
量の変化に変換することによって、被測定物２０の電極
２２間に生じる電界を検出することができる。 又、光プローブ１０の他の例としては、ＬＬＥＲｅｖｉ
ｅｗ、 Ｖｏｌ、 ３２． Ｊｕｌｙ−８ｅｐ、 １
９８７ＰＰ１５８〜１６３に、第１７図に示す如く、Ｌ
Ｔａｇｓ結晶３０の内面で光ビーム１８を３回合反射し
てビーム方向を変えることにより、結晶底面の反射膜を
不要としたものが開示されている。 この光プローブ１０においては、Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏｓ
結晶３０の底面近傍で、Ｚ軸と平行の電界により該Ｌｉ
Ｔａ○コ結晶３０の屈折率が変調される。 一方、前記光ビームをレーザダイオード（ＬＤ）からの
出力光とするとき、その出力光は励起電流や温度が変化
すると、その発光波長や光強度が変化する。又、縦モー
ドの競合や、モードホッピングによっても光強度が変化
する。このような光強度の変動を低減する方法としては
、レーザダイオード光の一部をフォトダイオード（ＰＤ
）等の受光素子で受光し、検出した光強度レベルと予め
設定したレベルとの誤差信号を求めて、これをレーザダ
イオードを駆動する励起電流源にフィードバックする方
法が知られている。このような技術は、既に、コンパク
トディスク（Ｃｏ）プレーヤの光ピツクアップ等に使用
されている。 しかしながら、従来の光強度変動の低減方法は、全て、
連続光（連続発成（ＣＷ）光又は直流（ＤＣ）光）を発
生するレーデダイオードに適用されており、パルス光を
発生するときの該パルス光の光強度のノイズについては
未だ議論されておらず、パルス光強度を安定化する試み
もなかった。 一方、例えば、非常に短い光パルスをサンプリングゲー
トとして用い、電気光学効果を利用して電気信号を非接
触で計測する電気光学（Ｅ−０）サンプリング（Ｉ Ｅ
Ｅ Ｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅ Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 Ｖｏｌ、 ＱＥ −２２
，ＮＯ，１、Ｊａｎ、１９８６のＰＰ６９−７８参ｆｆ
１） 、非常ニ短い光パルスを使ってレーザ励起螢光を
測定する螢光寿命測定（Ｒｅｖ、 Ｓｃｉ、 ｌ ｎ
ｓｔｒｕｍ、 ５９ （４） 。 Ａｐｒｉｌ １９８８のＰＰ６６３−６６５１１照）
、光電検出器、光集積回路（ＯＥ ＩＧ）等の応答特
性評価、光電子増倍管を用いた時間相関光子計数法等の
分野では、パルス光のパルス幅が時間分解能を決定する
ため、短パルス光が必要である。 Ｒ量分解能の観点からは、パルス幅がピコ秒〜フェムト
秒のパルス光を発生する色素レーザが有利であるが、装
置が大型になる。このため、簡便、簡単、安価、小型な
レーザダイオードをパルス光源として用いることが考え
られる。 現在、レーザダイオードを用いて発生可能な短パルス光
のパルス幅は、２００〜２ピコ秒程度である。又、波長
はレーザダイオードの種類によって変わり、通常６７０
ｒｖ〜１．５μｍ程度である。 又、レーザダイオードのパルス光の第２高調波を発生さ
せれば、３４０ｎ−程度までのパルス光が得られる。こ
のような光パルスの繰返し周波数は、目的によっても異
なるが、一般に０．１〜２００Ｍ）＃Ｚである。又、技
術的にはＧ上領域の超高繰返しパルス光や、数百市程度
のパルス光も発生可能である。
ところで、上記のような電気光学材料であるＬｉＴａｏ
ａ結晶は、その比誘電率εが４０と空気より大きいため
、この結晶を被測定物に接近させると、被測定物２０の
電極２２によって生じる電界Ｅが変化し、Ｅ−Ｄ／ε（
Ｄは電束密度）に従って弱くなるという問題点を有して
いた。 即ら、結晶がない場合に、横型変調器において、例えば
第１８図に示す如くであった被測定物２０上の電界が、
ＬｉＴａ０ａ結晶３２がある場合には、第１９図に示す
如く、被測定物２０上の電界が、その等電位線が結晶３
２を避けるように変化する。そのため、結晶３２中に生
じる電界は、結晶がない場合に比べて小さくなる。即ち
、結晶３２に電圧が印加され難くなるため、このような
電気光学材料からなる光プローブでは、効率良く被測定
物の電圧を検出することができず、検出感度を向上させ
ることが難しいという問題点を有していた。又、縦型変
調器の場合も、第２０図に示されるように、等電位線が
結晶３２を避けるように変化した。 パルス光源について、発明者等の実験によると、上記の
ような高繰返し光パルスを計測に利用する場合、光パル
スの強度揺ぎが測定可能範囲の下限を制限することが判
明した。説明を簡単にするため、第２１図に示すような
装置で、試料４０のパルス光に対する透過率を測定する
場合を例にとって説明する。この第２１図の装置におい
て、光パルスはレーザダイオード（ＬＤ）パルス光源４
２に内蔵されたレーザダイオード４２Ａ（第２２図参照
）で発生し、該パルスの繰返し周波数は発振器４４で制
御される（例えば繰返し周波数１００Ｍ１ｂ、パルス幅
５０ピコ秒、波長８３０ｎ■）。該ＬＤパルス光源４２
は、例えば第２２図に示す如く構成されており、１０４
２Ａにバイアス電流を流しておき、これに、例えばステ
ップリカバリダイオードを用いた電気パルス発生器４２
Ｂ（例えば、ヒユーレット バラカード社の３３００２
Ａ型コムゼネレータ（登録商標））から負のパルスを加
えて、ＬＤ４２Ａを駆動するようにしている。 前記レーザダイオード（ＬＤ）４２Ａで発生したパルス
光は、発振器４５によって駆動されているチョッパ４６
（例えばチョッピング周波数１に七）を介して、試料４
０に入射し、その一部が吸収されて出力光となる。出力
光はレンズ４８で集光され、例えばフォトダイオード（
ＰＤ）からなる光検出器５０で受光される。この光検出
器５０の出力信号は、低ノイズアンプ５２で増幅され、
ロックインアンプ５４で同期検出される。該ロックイン
アンプ５４の参照信号は、前記発振器４５で発生される
チョッパ信号とされている。ここで、光検出器５０や低
ノイズアンプ５２で発生するノイズは、透過光自体のノ
イズより充分に小さくしておく。 前記ロックインアンプ５４の出力は、例えば出力計５６
に出力され、透過率が表示される。 なお、第２１図の装置では、測定ノイズを低減して測定
精度を向上するために、チョッパ４６とロックインアン
プ５４を使用して同期検出しているが、簡便な測定では
、これらは不要であり、光検出器５０の出力を増幅して
直接読出してもよい。 又、低ノイズアンプ５２を省略して、ロックインアンプ
５４に入力してもよい。 このような装置において、試料４０のパルス光に対する
透過率が入射パルス光に対して非線形であるような場合
には、入射パルス光の光強度が充分小さいところまで測
定する必要が生じる。このとき、パルス光撮しＤのパル
ス光のノイズが問題となり、測定下限を制限する。 第２３図は、発明者等が実験によって求めたＬＤパルス
光のノイズ特性の一例を示したものである。横軸は周波
数、縦軸は光電流のノイズの実効［１（ｒｍｓ）をデシ
ベル（あ）表示で示したものである。縦軸のＯｄＢ点は
、光パルスに含まれる光子数の平方根で決まるショット
ノイズレベル（理論限界）である。従って、この第２３
図は、ショットノイズレベルで規格化したＬＤパルス光
のノイズレベルを示している。従来方式によるノイズを
、第２３図に実線ＡとＸ印で示すが、ＬＤをパルス発蛋
させたときのノイズが、ショットノイズより１０倍（２
０ｄＦＳ）以上大きく、従って、これをショットノイズ
域まで低減できる可能性があることがわかる。 第２３図のデータは、第２４図に示す如く、被測定ＬＤ
４２Ａを、第２２図に示したような構成の駆動回路５８
で駆動した時のノイズを、光検出器５０、低ノイズアン
プ５２、ロックインアンプ５４、周波数掃引を行うため
の発振器（Ｏ２０）５３、ノイズ検出回路５５、デイス
プレィ５６からなるノイズ成分測定装置を用いて測定す
ることによって得たものである。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、検出感度の高い電圧検出方法及びその装置を提供
することを課題とする。
ａ結晶は、その比誘電率εが４０と空気より大きいため
、この結晶を被測定物に接近させると、被測定物２０の
電極２２によって生じる電界Ｅが変化し、Ｅ−Ｄ／ε（
Ｄは電束密度）に従って弱くなるという問題点を有して
いた。 即ら、結晶がない場合に、横型変調器において、例えば
第１８図に示す如くであった被測定物２０上の電界が、
ＬｉＴａ０ａ結晶３２がある場合には、第１９図に示す
如く、被測定物２０上の電界が、その等電位線が結晶３
２を避けるように変化する。そのため、結晶３２中に生
じる電界は、結晶がない場合に比べて小さくなる。即ち
、結晶３２に電圧が印加され難くなるため、このような
電気光学材料からなる光プローブでは、効率良く被測定
物の電圧を検出することができず、検出感度を向上させ
ることが難しいという問題点を有していた。又、縦型変
調器の場合も、第２０図に示されるように、等電位線が
結晶３２を避けるように変化した。 パルス光源について、発明者等の実験によると、上記の
ような高繰返し光パルスを計測に利用する場合、光パル
スの強度揺ぎが測定可能範囲の下限を制限することが判
明した。説明を簡単にするため、第２１図に示すような
装置で、試料４０のパルス光に対する透過率を測定する
場合を例にとって説明する。この第２１図の装置におい
て、光パルスはレーザダイオード（ＬＤ）パルス光源４
２に内蔵されたレーザダイオード４２Ａ（第２２図参照
）で発生し、該パルスの繰返し周波数は発振器４４で制
御される（例えば繰返し周波数１００Ｍ１ｂ、パルス幅
５０ピコ秒、波長８３０ｎ■）。該ＬＤパルス光源４２
は、例えば第２２図に示す如く構成されており、１０４
２Ａにバイアス電流を流しておき、これに、例えばステ
ップリカバリダイオードを用いた電気パルス発生器４２
Ｂ（例えば、ヒユーレット バラカード社の３３００２
Ａ型コムゼネレータ（登録商標））から負のパルスを加
えて、ＬＤ４２Ａを駆動するようにしている。 前記レーザダイオード（ＬＤ）４２Ａで発生したパルス
光は、発振器４５によって駆動されているチョッパ４６
（例えばチョッピング周波数１に七）を介して、試料４
０に入射し、その一部が吸収されて出力光となる。出力
光はレンズ４８で集光され、例えばフォトダイオード（
ＰＤ）からなる光検出器５０で受光される。この光検出
器５０の出力信号は、低ノイズアンプ５２で増幅され、
ロックインアンプ５４で同期検出される。該ロックイン
アンプ５４の参照信号は、前記発振器４５で発生される
チョッパ信号とされている。ここで、光検出器５０や低
ノイズアンプ５２で発生するノイズは、透過光自体のノ
イズより充分に小さくしておく。 前記ロックインアンプ５４の出力は、例えば出力計５６
に出力され、透過率が表示される。 なお、第２１図の装置では、測定ノイズを低減して測定
精度を向上するために、チョッパ４６とロックインアン
プ５４を使用して同期検出しているが、簡便な測定では
、これらは不要であり、光検出器５０の出力を増幅して
直接読出してもよい。 又、低ノイズアンプ５２を省略して、ロックインアンプ
５４に入力してもよい。 このような装置において、試料４０のパルス光に対する
透過率が入射パルス光に対して非線形であるような場合
には、入射パルス光の光強度が充分小さいところまで測
定する必要が生じる。このとき、パルス光撮しＤのパル
ス光のノイズが問題となり、測定下限を制限する。 第２３図は、発明者等が実験によって求めたＬＤパルス
光のノイズ特性の一例を示したものである。横軸は周波
数、縦軸は光電流のノイズの実効［１（ｒｍｓ）をデシ
ベル（あ）表示で示したものである。縦軸のＯｄＢ点は
、光パルスに含まれる光子数の平方根で決まるショット
ノイズレベル（理論限界）である。従って、この第２３
図は、ショットノイズレベルで規格化したＬＤパルス光
のノイズレベルを示している。従来方式によるノイズを
、第２３図に実線ＡとＸ印で示すが、ＬＤをパルス発蛋
させたときのノイズが、ショットノイズより１０倍（２
０ｄＦＳ）以上大きく、従って、これをショットノイズ
域まで低減できる可能性があることがわかる。 第２３図のデータは、第２４図に示す如く、被測定ＬＤ
４２Ａを、第２２図に示したような構成の駆動回路５８
で駆動した時のノイズを、光検出器５０、低ノイズアン
プ５２、ロックインアンプ５４、周波数掃引を行うため
の発振器（Ｏ２０）５３、ノイズ検出回路５５、デイス
プレィ５６からなるノイズ成分測定装置を用いて測定す
ることによって得たものである。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、検出感度の高い電圧検出方法及びその装置を提供
することを課題とする。
本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じた電
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する方法において、被測
定部分と該被測定部分に接近させた電気光学材料を含む
検出部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を介在さ
せ、前記被測定部分の電圧を検出することにより、前記
課題を達成するものである。 又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることことによ
り、前記課題を達成するものである。 又、本発明は、前記電気光学材料を、測定物における複
数の被測定個所の全部を覆う大きさとし、前記電気光学
材料を静止させ、前記被測定個所検出用光ビームにより
順次照射することことにより、前記課題を達成するもの
である。 又、本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じ
た電界により屈折率が変化する電気光学材料を備え、こ
の電気光学材料を前記被測定物の所定部分に接近させて
、電気−光変換により前記電圧を検出する電圧検出装置
において、被測定部分と該被測定部分に臨む前記電気光
学材料を含む検出部との間に、誘電率が空気より大きい
媒質を配置したことにより、前記課題を達成するもので
ある。 又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることにより、
前記課題を達成するものである。 又、本発明は、前記媒質を軟質の固体とすることにより
、前記課題を達成したものである。 又、本発明は、前記媒質を流体とすることにより、前記
課題を達成したものである。 又、本発明は、前記媒質を、軟質の膜状固体及びこれに
内包された流体とすることにより、前記課題を達成した
ものである。 又、本発明は、前記電気光学材料と被測定物量に、流体
の媒質を供給する媒質供給手段を備えたことにより、前
記課題を達成したものである。 又、本発明は、前記電気光学材料への入射光源をパルス
光源とし、サンプリング検出することにより、前記課題
を達成したものである。 又、本発明は、前記電気光学材料からの出射光の光検出
器を、高速光検出器とすることにより、前記！！題を達
成したものである。 又、本発明は、前記高速光検出器を、ストリークカメラ
技術を応用した高速光検出器とすることにより、前記課
題を達成したものである。 又、本発明は、前記パルス光源を、繰返しパルス光を発
生するレーザダイオードと、これを駆動する電気パルス
発生器と、前記レーザダイオードにバイアス電流を流す
電流源と、前記レーザダイオードの発光の一部を検出す
る光検出器とを備えて構成し、該光検出器の出力信号に
応じて、前記パルス光の光強度が一定になるように、前
記電流源のバイアス電流を変調制御するようにして、前
記課題を達成したものである。 又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、前記
電気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅を変調制
御するように構成して、同じく前記課題を達成したもの
である。 又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、所定
周波数以下の帯域では、前記電流源のバイアス電流を変
調制御し、所定周波数以上の帯域では、前記電気パルス
発生器で発生するパルス信号の振幅を変調器ｔｅｌ＋す
るようにして、同じく前記課題を達成したものである。 又、前記電気パルス発生器に、ステップリカバリダイオ
ードを用いたものである。 又、前記光検出器を、レーザダイオードと１組にして同
一パッケージ内に組込んだものである。 又、光を検出して制御するフィードバック系の時定数を
、パルス光の繰返し周期より長くしたものである。 又、前記フィードバック系の周波数特性にビークを持た
せて特定周波数域のノイズを低減し、計測系に使用する
ロックインアンプの参照信号の周波数が、前記特定周波
数域内の周波数となるようにしたものである。
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する方法において、被測
定部分と該被測定部分に接近させた電気光学材料を含む
検出部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を介在さ
せ、前記被測定部分の電圧を検出することにより、前記
課題を達成するものである。 又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることことによ
り、前記課題を達成するものである。 又、本発明は、前記電気光学材料を、測定物における複
数の被測定個所の全部を覆う大きさとし、前記電気光学
材料を静止させ、前記被測定個所検出用光ビームにより
順次照射することことにより、前記課題を達成するもの
である。 又、本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じ
た電界により屈折率が変化する電気光学材料を備え、こ
の電気光学材料を前記被測定物の所定部分に接近させて
、電気−光変換により前記電圧を検出する電圧検出装置
において、被測定部分と該被測定部分に臨む前記電気光
学材料を含む検出部との間に、誘電率が空気より大きい
媒質を配置したことにより、前記課題を達成するもので
ある。 又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることにより、
前記課題を達成するものである。 又、本発明は、前記媒質を軟質の固体とすることにより
、前記課題を達成したものである。 又、本発明は、前記媒質を流体とすることにより、前記
課題を達成したものである。 又、本発明は、前記媒質を、軟質の膜状固体及びこれに
内包された流体とすることにより、前記課題を達成した
ものである。 又、本発明は、前記電気光学材料と被測定物量に、流体
の媒質を供給する媒質供給手段を備えたことにより、前
記課題を達成したものである。 又、本発明は、前記電気光学材料への入射光源をパルス
光源とし、サンプリング検出することにより、前記課題
を達成したものである。 又、本発明は、前記電気光学材料からの出射光の光検出
器を、高速光検出器とすることにより、前記！！題を達
成したものである。 又、本発明は、前記高速光検出器を、ストリークカメラ
技術を応用した高速光検出器とすることにより、前記課
題を達成したものである。 又、本発明は、前記パルス光源を、繰返しパルス光を発
生するレーザダイオードと、これを駆動する電気パルス
発生器と、前記レーザダイオードにバイアス電流を流す
電流源と、前記レーザダイオードの発光の一部を検出す
る光検出器とを備えて構成し、該光検出器の出力信号に
応じて、前記パルス光の光強度が一定になるように、前
記電流源のバイアス電流を変調制御するようにして、前
記課題を達成したものである。 又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、前記
電気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅を変調制
御するように構成して、同じく前記課題を達成したもの
である。 又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、所定
周波数以下の帯域では、前記電流源のバイアス電流を変
調制御し、所定周波数以上の帯域では、前記電気パルス
発生器で発生するパルス信号の振幅を変調器ｔｅｌ＋す
るようにして、同じく前記課題を達成したものである。 又、前記電気パルス発生器に、ステップリカバリダイオ
ードを用いたものである。 又、前記光検出器を、レーザダイオードと１組にして同
一パッケージ内に組込んだものである。 又、光を検出して制御するフィードバック系の時定数を
、パルス光の繰返し周期より長くしたものである。 又、前記フィードバック系の周波数特性にビークを持た
せて特定周波数域のノイズを低減し、計測系に使用する
ロックインアンプの参照信号の周波数が、前記特定周波
数域内の周波数となるようにしたものである。
本発明は、電圧の検出感度が従来低かったのは、電気光
学材料の、結晶の誘電率が高いこと自体が原因ではなく
、該結晶と被測定物との間にある空気の誘電率と上記結
晶の誘電率との差が大き過ぎることに起因するとの知見
に基づくものであり、上記結晶、即ち検出部と被測定物
との間に空気より誘電率の高い媒質を介在させることに
より、電圧の検出感度を向上させたものである。又本発
明は、上記のように検出部と被測定物の間に誘電率の高
い物質を介在させて、電圧検出感度を向上させると共に
光源に、低ノイズパルス光源を用いて、更に測定精度の
向上、測定可能下限の低減を図っている。
学材料の、結晶の誘電率が高いこと自体が原因ではなく
、該結晶と被測定物との間にある空気の誘電率と上記結
晶の誘電率との差が大き過ぎることに起因するとの知見
に基づくものであり、上記結晶、即ち検出部と被測定物
との間に空気より誘電率の高い媒質を介在させることに
より、電圧の検出感度を向上させたものである。又本発
明は、上記のように検出部と被測定物の間に誘電率の高
い物質を介在させて、電圧検出感度を向上させると共に
光源に、低ノイズパルス光源を用いて、更に測定精度の
向上、測定可能下限の低減を図っている。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 まず、水平方向の電界を検出するための、光の進行方向
と電界の方向（等電位線に垂直な方向）が垂直な横型変
調器を用いる第１実施例の場合について説明する。 この実施例は、第１図に示す如く、ＬｉＴａＯ３結晶（
Ｎ気光学材料）からなる光プローブ（検出部）１０と集
積回路（被測定物＞２０との間に空気より大きな誘電率
をもつ媒質３４を介在させたものである。 このため、光プ０−７１０と、光プローブ１０と集積回
路２０の隙間との誘電率の差を小さくすることにより、
媒質３４を介在させない第１９図゛に示す場合のように
等電位線が光プローブ１０を避けることを防止できるの
で、光プローブ１０中に生じる電界を強くすることがで
き、検出感度を向上させることが可能となる。 次に、第２図に示される、垂直方向の電界を検出するた
めの光の進行方向と電界の方向が平行な縦型変調器を用
いる第２実施例の場合について説明する。 光プローブ１０と被測定物２０との間に高誘電率媒質３
４を介在させることにより、前述した横型変調器の場合
と同様に、媒質３４を介在させない第２０図に示す場合
のように等電位線が結晶３２を避けることを防止でき、
それ故に検出感度を向上させることが可能となる。 次に、第３図に示される補助、電極を備えた光プローブ
１０を使用する第３実施例の場合を説明する。 この実施例では、サポート１２と結晶３２との間に透明
補助電極３６が設けられ、該補助電極３６を例えばアー
スに接続する場合でも、光プローブ１０と被測定物２０
との間に高誘電率媒質３４を介在させると、媒質３４を
介在させない第４図に示す場合に比べ結晶３２中に生じ
る電界を強くすることができ、検出感度を向上させるこ
とが可能となる。その理由を、第３図及び第４図を参照
しながら、以下に詳述する。 被測定物２０が、電極２２の電位をＶ Ｏ（ＶＯＩ０と
し、光プローブ１０の結晶（表面電位がＶ（ｖ。 １【）とアースされている補助電極とで平行平板コンデ
ンサーが構成しているとすると、光プロー１１０にかか
る電圧Ｖは次式で与えられる。式中、ｄｌは光プローブ
１０における結晶３２の厚さ、ｄｚは電極２２から光プ
ローブ１ｏまでの＾さ、ε１は結晶の誘電率、ε２は媒
質３４の誘ｉｆ率をそれぞれ示している。 Ｖ＝Ｖｏ［（εｚ／ｄｚ） ／（（ε１／（ｆ＋）１（ε２／ｄ２））コ今、光プロ
ーブとしてＬＩ Ｔａ ０３（６＋ −４０）結晶を用
い、高誘電率媒質として純水（ε２−８０）を用いる場
合で、結晶の厚ざｄｌ−５０μｍ、光プローブの高さｄ
ｚ −１０μ１１被測定電極の電位Ｖ ｏ ＝ １０ｖ
ｏｌｔとする場合について計譚してみると、第４図に示
す場合はε２−１であるので、結晶への印加電圧はＶ＝
１．１ｖｏｌｔであるが、純水を高誘電率媒質として用
いた第３図に示す場合は、Ｖ＝９．１ｖｏ目と、８倍以
上大きな電界が結晶に印加され、それだけ検出感度を向
上させることができることが理解される。 本発明において適用可能な高誘電率媒質３４としては、
誘電率が空気より大きい物質であれば、固体、液体又は
気体の何れのものも使用可能である。又非導電性が望ま
しいが導電性であってもよい。 固体の媒質としては軟らかいものが好ましく、例えばシ
リコン、ゴム（ε−３）やゲル状物等の容易に弾性変形
を起こすもの等を好適に利用できる。 又、軟かい膜状の樹脂等からなるカプセル中に、純水、
エタノール、グリセリン等を封入したものであってもよ
い。 液体の媒質としては、例えば、純水（比銹電率：εｏ
＝８０） 、エタノール（εｏ＝２５）、グリセリン（
εｏ＝４２．５）等、種々のものを利用できる。 上記の場合、固体媒質３４Ａあるいはカプセル３４Ｂを
、第５図又は第６図に示されるように、光ブ０−１１０
の先端に取付けて使用することも可能であり、測定箇所
を変更する場合には光プローブ１０と共に移動させるこ
とができ、更に、被測定物２０に接触しても該被測定物
２０や光プローブ１０を破壊することが防止される。又
、接触の都度媒質を消費することがない。 又、媒質が液体又は気体の場合は、光プローブ１０の高
さを一定にしたまま被測定物２０上を走査し、測定箇所
を変更することにより回路上の任意の位置の電圧を測定
することができる。その際、検出感度が高いので、光プ
ローブ１０と被測定物（回路）との間隔を十分に大きく
することができ、それ故にプローブが被測定物２０に接
触してこれを破壊することがない。 本発明においては、上述した高誘電率媒質３４を、測定
前に予め所定位置に供給しておいて、又、侵述する本発
明の電圧検出装置を用いて測定時に適宜供給してもよい
。 第７図は、以上詳述した光プローブ（検出０部）１０を
用い、本発明方法に従って被測定物２０である集積回路
について電圧を検出する態様を示す概略斜視図である。 検出部が光プローブ１０からなる場合は、その大きさは
被測定物２０の電極２２と同程度であることが好ましい
。この光ブ０−７１０の底面には全反射ミラー１６が形
成されており、該光プローブ１０と被測定物２０との間
には高誘電率媒質３４が介在されている。ここで媒質３
４が気体又は液体の場合は、光プ０−プ１０を支持構造
に取付けられた流体媒質供給装置１０Ａから流体媒質を
光プローブ１０と被測定物２０の間に測定の都度供給す
るとよい。 検出部としてこのような光プローブ１０を採用する場合
は、次に説明する板状結晶を用いる場合に比べ、必要な
部分だけにしか媒質３４がないので、集積回路（被測定
物）２０の動作に対する影響が少ないという利点がある
。 第８図は、検出部が板状の結晶３２で構成されているも
のを用いて、第７図の場合と同様の被測定物について電
圧を検出する態様を示す概略斜視図である。この板状の
結晶３２は、集積回路表面の広い範囲を覆い、且つ該結
晶３２と被測定物２０との間には全体に媒質３４を満た
すようにして介在させ、その結果、被測定物上の凹凸を
埋めた状態が形成されている。 この実施例では、結晶３２の下にある多くの電極２２の
電圧を検出する際に、結晶３２を移動させずに光ビーム
の照射位置を順次変更することにより容易に測定箇所を
変更することができる。 次に、第９図を参照して、光プローブが電気光学効果を
利用した変調器として採用された第７実施例の電圧検出
装置について詳細に説明する。 この電圧検出装置５８は、電気−光学（Ｅ−０）サンプ
リング測定法を利用したもので、第９図に示す如く、光
源として、低ノイズパルス光源６０からの超短パルス光
（例えば繰返しレート１００ＭＨ２の７０フ工ムト秒パ
ルス）を使用し、検出器として通常の一対のホトダイオ
ード（例えＧｆ ＰＩＮホトダイオード）６２．６４を
使用して＆Ｎる。 光変調器は、第１図、第２図、第３図、第５図、第６図
、第７図、又は第８図に示したような電気光学材料から
なる光プローブ（板状結晶を含む）６６と、一対の偏光
子６８、検光子７０、及び光バイアスを与えるための光
学素子、例えばソレイユ・バビネ補償板７２から構成さ
れている。 被測定物２０は、例えば光検出器（図示省略）を内蔵し
ており、この光検出器は、前記低ノイズパルス光源６０
から出射され、ハーフミラ−７３を透過した後、遅延量
を変えて走査するための光デイレイ７４を通ったトリガ
用の光ビーム７５によって励起されて、前記被測定物２
０を駆動する。 このように、被測定物２０は、前記低ノイズパルス光源
６０と同期して動作状態となる。なお、被測定物２０に
光検出器を内蔵することなく、トリガ用光ビーム７５で
被測定物２０のゲートと共通電極間のギャップを照射す
ることにより、前記ゲートを瞬間的にアースにスイッチ
してもよい。 一方、前記低ノイズパルス光源６０から出射され、ハー
フミラ−５３で反射された後、光プローブ６６の光軸に
対して４５°の偏光方向に設定された偏光子６８を通っ
たプローブ用の光ビーム６７は、光プローブ６６に集束
される。 光プローブ６６で電界により変調を受けたプローブ光は
、ハーフミラ−７１で反射された後、ソレイユ・バビネ
補償板７２で、線形の応答と最大の電圧感度を得るべく
、バイアス量が１／４波長になるよう調整され、検光子
７０に入射される。 該検光子７０からの出力光は、一対のホトダイオード６
２．６４によって検出され、検出信号が、差動増幅器７
６Ａ、ロックインアンプ７６Ｂ１必要に応じてＳ／Ｎを
向上するための信号平均化回路７６Ｇ及び前記光デイレ
イ７４を制御する遅延量制御回路７６Ｄを含むサンプリ
ング検出装置７６によって処理され、例えば横軸を光デ
イレイ７゛４の遅延量（即ち光路差）、縦軸を検出信号
とした出力波形が、表示装置（例えばＣＲＴ）７７に表
示される。このとき、光デイレイ７４とサンプリング検
出装置７６は同期して作動する。これによって、未知の
電気信号の時間−電圧表示が可能となる。 なお、信号平均化回路７６Ｃは省略することもできる。 第１０図に前記低ノイズパルス光１［ｉ６０の基本構成
の一例を示す。この低ノイズパルス光源６０は、レーザ
ダイオード（ＬＤ）７８と、電気パルス発生器８０と、
光検出器８２と、′Ｒ流変調回路８４とから構成されて
いる。 まず、レーザダイオード（１０）７８にバイアス電流を
流しておき、更に、電気パルス発生器８０からコンデン
サＣ電を介して短パルス電気信号を印加して、ＬＤ７８
をパルス発振させる。ＬＤ光の一部を分岐したもの、又
は、ＬＤ７８の他端から出る光を、フォトダイオード（
ＰＤ）等の光検出器８２で検出する。該光検出器８２の
出力は、ＬＤ光の強度に比例しているので、これを増幅
し、この信号により電流変調回路８４でＬＤ７８のバイ
アス電流を変調して、ＬＤ光の強度が一定となるように
制御する。この場合、フィードバック系の時定数は、Ｌ
Ｄパルス光の繰返し周期より充分長くしておく。このよ
うにすれば、ＬＤパルス光の光強度が一定になるように
自動制御され、そのときのＬＤ光のノイズも４、前出第
２３図に破線ＢとΔ印で示す如く低減される。 なお、第１０図に示す基本構成では、光検出器８２の出
力信号に応じて、電流変調回路８４によりＬＤ７８に流
すバイアス電流を変調制御するようにしていたが、１０
パルス光の光強度を一定とする構成はこれに限定されず
、前記電気パルス発生器８０で発生するパルス信号の振
幅を変調制御してもよい。更に、両者を組合わせて、例
えば所定周波数以下の帯域では、前記電流変調回路８４
のバイアス電流を変！ｌ ｉｌｌ Ｉｌｌ Ｌ、、所定
周波数以上の帯域では、前記電気パルス発生器８０で発
生するパルス信号の振幅を変調ｉ制御する構成としても
よい。 前記のような構成で、＾繰返しパルス光の光強度を安定
化し、且つ、その光強度ノイズを減少させることができ
る。従って、このようなＬＤによる光パルスを、Ｅ−０
サンプリングに用いることにより測定精度の向上、測定
可能下限の低減等が実現され、その効果は大である。 次に、第１１図を参照して、例えばストリークカメラの
技術を応用した高速光検出器を用いた、本発明の第８実
施例に係る電圧検出装置８６について詳細に説明する。 この電圧検出装置８６において、光変調器は前記第１の
装置と同様のものであるが、光源としては、例えば＠ｅ
−Ｎｅレーザ９０のような連続（ＣＷ）レーザ光源を用
い、検出器として、例えばストリークカメラ技術を応用
した高速光検出器９２を用いている。
る。 まず、水平方向の電界を検出するための、光の進行方向
と電界の方向（等電位線に垂直な方向）が垂直な横型変
調器を用いる第１実施例の場合について説明する。 この実施例は、第１図に示す如く、ＬｉＴａＯ３結晶（
Ｎ気光学材料）からなる光プローブ（検出部）１０と集
積回路（被測定物＞２０との間に空気より大きな誘電率
をもつ媒質３４を介在させたものである。 このため、光プ０−７１０と、光プローブ１０と集積回
路２０の隙間との誘電率の差を小さくすることにより、
媒質３４を介在させない第１９図゛に示す場合のように
等電位線が光プローブ１０を避けることを防止できるの
で、光プローブ１０中に生じる電界を強くすることがで
き、検出感度を向上させることが可能となる。 次に、第２図に示される、垂直方向の電界を検出するた
めの光の進行方向と電界の方向が平行な縦型変調器を用
いる第２実施例の場合について説明する。 光プローブ１０と被測定物２０との間に高誘電率媒質３
４を介在させることにより、前述した横型変調器の場合
と同様に、媒質３４を介在させない第２０図に示す場合
のように等電位線が結晶３２を避けることを防止でき、
それ故に検出感度を向上させることが可能となる。 次に、第３図に示される補助、電極を備えた光プローブ
１０を使用する第３実施例の場合を説明する。 この実施例では、サポート１２と結晶３２との間に透明
補助電極３６が設けられ、該補助電極３６を例えばアー
スに接続する場合でも、光プローブ１０と被測定物２０
との間に高誘電率媒質３４を介在させると、媒質３４を
介在させない第４図に示す場合に比べ結晶３２中に生じ
る電界を強くすることができ、検出感度を向上させるこ
とが可能となる。その理由を、第３図及び第４図を参照
しながら、以下に詳述する。 被測定物２０が、電極２２の電位をＶ Ｏ（ＶＯＩ０と
し、光プローブ１０の結晶（表面電位がＶ（ｖ。 １【）とアースされている補助電極とで平行平板コンデ
ンサーが構成しているとすると、光プロー１１０にかか
る電圧Ｖは次式で与えられる。式中、ｄｌは光プローブ
１０における結晶３２の厚さ、ｄｚは電極２２から光プ
ローブ１ｏまでの＾さ、ε１は結晶の誘電率、ε２は媒
質３４の誘ｉｆ率をそれぞれ示している。 Ｖ＝Ｖｏ［（εｚ／ｄｚ） ／（（ε１／（ｆ＋）１（ε２／ｄ２））コ今、光プロ
ーブとしてＬＩ Ｔａ ０３（６＋ −４０）結晶を用
い、高誘電率媒質として純水（ε２−８０）を用いる場
合で、結晶の厚ざｄｌ−５０μｍ、光プローブの高さｄ
ｚ −１０μ１１被測定電極の電位Ｖ ｏ ＝ １０ｖ
ｏｌｔとする場合について計譚してみると、第４図に示
す場合はε２−１であるので、結晶への印加電圧はＶ＝
１．１ｖｏｌｔであるが、純水を高誘電率媒質として用
いた第３図に示す場合は、Ｖ＝９．１ｖｏ目と、８倍以
上大きな電界が結晶に印加され、それだけ検出感度を向
上させることができることが理解される。 本発明において適用可能な高誘電率媒質３４としては、
誘電率が空気より大きい物質であれば、固体、液体又は
気体の何れのものも使用可能である。又非導電性が望ま
しいが導電性であってもよい。 固体の媒質としては軟らかいものが好ましく、例えばシ
リコン、ゴム（ε−３）やゲル状物等の容易に弾性変形
を起こすもの等を好適に利用できる。 又、軟かい膜状の樹脂等からなるカプセル中に、純水、
エタノール、グリセリン等を封入したものであってもよ
い。 液体の媒質としては、例えば、純水（比銹電率：εｏ
＝８０） 、エタノール（εｏ＝２５）、グリセリン（
εｏ＝４２．５）等、種々のものを利用できる。 上記の場合、固体媒質３４Ａあるいはカプセル３４Ｂを
、第５図又は第６図に示されるように、光ブ０−１１０
の先端に取付けて使用することも可能であり、測定箇所
を変更する場合には光プローブ１０と共に移動させるこ
とができ、更に、被測定物２０に接触しても該被測定物
２０や光プローブ１０を破壊することが防止される。又
、接触の都度媒質を消費することがない。 又、媒質が液体又は気体の場合は、光プローブ１０の高
さを一定にしたまま被測定物２０上を走査し、測定箇所
を変更することにより回路上の任意の位置の電圧を測定
することができる。その際、検出感度が高いので、光プ
ローブ１０と被測定物（回路）との間隔を十分に大きく
することができ、それ故にプローブが被測定物２０に接
触してこれを破壊することがない。 本発明においては、上述した高誘電率媒質３４を、測定
前に予め所定位置に供給しておいて、又、侵述する本発
明の電圧検出装置を用いて測定時に適宜供給してもよい
。 第７図は、以上詳述した光プローブ（検出０部）１０を
用い、本発明方法に従って被測定物２０である集積回路
について電圧を検出する態様を示す概略斜視図である。 検出部が光プローブ１０からなる場合は、その大きさは
被測定物２０の電極２２と同程度であることが好ましい
。この光ブ０−７１０の底面には全反射ミラー１６が形
成されており、該光プローブ１０と被測定物２０との間
には高誘電率媒質３４が介在されている。ここで媒質３
４が気体又は液体の場合は、光プ０−プ１０を支持構造
に取付けられた流体媒質供給装置１０Ａから流体媒質を
光プローブ１０と被測定物２０の間に測定の都度供給す
るとよい。 検出部としてこのような光プローブ１０を採用する場合
は、次に説明する板状結晶を用いる場合に比べ、必要な
部分だけにしか媒質３４がないので、集積回路（被測定
物）２０の動作に対する影響が少ないという利点がある
。 第８図は、検出部が板状の結晶３２で構成されているも
のを用いて、第７図の場合と同様の被測定物について電
圧を検出する態様を示す概略斜視図である。この板状の
結晶３２は、集積回路表面の広い範囲を覆い、且つ該結
晶３２と被測定物２０との間には全体に媒質３４を満た
すようにして介在させ、その結果、被測定物上の凹凸を
埋めた状態が形成されている。 この実施例では、結晶３２の下にある多くの電極２２の
電圧を検出する際に、結晶３２を移動させずに光ビーム
の照射位置を順次変更することにより容易に測定箇所を
変更することができる。 次に、第９図を参照して、光プローブが電気光学効果を
利用した変調器として採用された第７実施例の電圧検出
装置について詳細に説明する。 この電圧検出装置５８は、電気−光学（Ｅ−０）サンプ
リング測定法を利用したもので、第９図に示す如く、光
源として、低ノイズパルス光源６０からの超短パルス光
（例えば繰返しレート１００ＭＨ２の７０フ工ムト秒パ
ルス）を使用し、検出器として通常の一対のホトダイオ
ード（例えＧｆ ＰＩＮホトダイオード）６２．６４を
使用して＆Ｎる。 光変調器は、第１図、第２図、第３図、第５図、第６図
、第７図、又は第８図に示したような電気光学材料から
なる光プローブ（板状結晶を含む）６６と、一対の偏光
子６８、検光子７０、及び光バイアスを与えるための光
学素子、例えばソレイユ・バビネ補償板７２から構成さ
れている。 被測定物２０は、例えば光検出器（図示省略）を内蔵し
ており、この光検出器は、前記低ノイズパルス光源６０
から出射され、ハーフミラ−７３を透過した後、遅延量
を変えて走査するための光デイレイ７４を通ったトリガ
用の光ビーム７５によって励起されて、前記被測定物２
０を駆動する。 このように、被測定物２０は、前記低ノイズパルス光源
６０と同期して動作状態となる。なお、被測定物２０に
光検出器を内蔵することなく、トリガ用光ビーム７５で
被測定物２０のゲートと共通電極間のギャップを照射す
ることにより、前記ゲートを瞬間的にアースにスイッチ
してもよい。 一方、前記低ノイズパルス光源６０から出射され、ハー
フミラ−５３で反射された後、光プローブ６６の光軸に
対して４５°の偏光方向に設定された偏光子６８を通っ
たプローブ用の光ビーム６７は、光プローブ６６に集束
される。 光プローブ６６で電界により変調を受けたプローブ光は
、ハーフミラ−７１で反射された後、ソレイユ・バビネ
補償板７２で、線形の応答と最大の電圧感度を得るべく
、バイアス量が１／４波長になるよう調整され、検光子
７０に入射される。 該検光子７０からの出力光は、一対のホトダイオード６
２．６４によって検出され、検出信号が、差動増幅器７
６Ａ、ロックインアンプ７６Ｂ１必要に応じてＳ／Ｎを
向上するための信号平均化回路７６Ｇ及び前記光デイレ
イ７４を制御する遅延量制御回路７６Ｄを含むサンプリ
ング検出装置７６によって処理され、例えば横軸を光デ
イレイ７゛４の遅延量（即ち光路差）、縦軸を検出信号
とした出力波形が、表示装置（例えばＣＲＴ）７７に表
示される。このとき、光デイレイ７４とサンプリング検
出装置７６は同期して作動する。これによって、未知の
電気信号の時間−電圧表示が可能となる。 なお、信号平均化回路７６Ｃは省略することもできる。 第１０図に前記低ノイズパルス光１［ｉ６０の基本構成
の一例を示す。この低ノイズパルス光源６０は、レーザ
ダイオード（ＬＤ）７８と、電気パルス発生器８０と、
光検出器８２と、′Ｒ流変調回路８４とから構成されて
いる。 まず、レーザダイオード（１０）７８にバイアス電流を
流しておき、更に、電気パルス発生器８０からコンデン
サＣ電を介して短パルス電気信号を印加して、ＬＤ７８
をパルス発振させる。ＬＤ光の一部を分岐したもの、又
は、ＬＤ７８の他端から出る光を、フォトダイオード（
ＰＤ）等の光検出器８２で検出する。該光検出器８２の
出力は、ＬＤ光の強度に比例しているので、これを増幅
し、この信号により電流変調回路８４でＬＤ７８のバイ
アス電流を変調して、ＬＤ光の強度が一定となるように
制御する。この場合、フィードバック系の時定数は、Ｌ
Ｄパルス光の繰返し周期より充分長くしておく。このよ
うにすれば、ＬＤパルス光の光強度が一定になるように
自動制御され、そのときのＬＤ光のノイズも４、前出第
２３図に破線ＢとΔ印で示す如く低減される。 なお、第１０図に示す基本構成では、光検出器８２の出
力信号に応じて、電流変調回路８４によりＬＤ７８に流
すバイアス電流を変調制御するようにしていたが、１０
パルス光の光強度を一定とする構成はこれに限定されず
、前記電気パルス発生器８０で発生するパルス信号の振
幅を変調制御してもよい。更に、両者を組合わせて、例
えば所定周波数以下の帯域では、前記電流変調回路８４
のバイアス電流を変！ｌ ｉｌｌ Ｉｌｌ Ｌ、、所定
周波数以上の帯域では、前記電気パルス発生器８０で発
生するパルス信号の振幅を変調ｉ制御する構成としても
よい。 前記のような構成で、＾繰返しパルス光の光強度を安定
化し、且つ、その光強度ノイズを減少させることができ
る。従って、このようなＬＤによる光パルスを、Ｅ−０
サンプリングに用いることにより測定精度の向上、測定
可能下限の低減等が実現され、その効果は大である。 次に、第１１図を参照して、例えばストリークカメラの
技術を応用した高速光検出器を用いた、本発明の第８実
施例に係る電圧検出装置８６について詳細に説明する。 この電圧検出装置８６において、光変調器は前記第１の
装置と同様のものであるが、光源としては、例えば＠ｅ
−Ｎｅレーザ９０のような連続（ＣＷ）レーザ光源を用
い、検出器として、例えばストリークカメラ技術を応用
した高速光検出器９２を用いている。
Claims (19)
- （１）被測定物の所定部分の電圧によつて生じた電界に
より屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気−光
変換により前記電圧を検出する方法において、被測定部
分と該被測定部分に接近させた電気光学材料を含む検出
部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を介在させ、
前記被測定部分の電圧を検出することを特徴とする電圧
検出方法。 - （２）請求項１において、前記媒質は非導電性であるこ
とを特徴とする電圧検出方法。 - （３）請求項１又は２において、前記電気光学材料は被
測定物における複数の被測定個所の全部を覆う大きさと
され、前記電気光学材料を静止させ、前記被測定個所検
出用光ビームにより順次照射することを特徴とする電圧
検出方法。 - （４）被測定物の所定部分の電圧によつて生じた電界に
より屈折率が変化する電気光学材料を備え、この電気光
学材料を前記被測定物の所定部分に接近させて、電気−
光変換により前記電圧を検出する電圧検出装置において
、被測定部分と該被測定部分に臨む前記電気光学材料を
含む検出部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を配
置したことを特徴とする電圧検出装置。 - （５）請求項４において、前記媒質は非導電性であるこ
とを特徴とする電圧検出装置。 - （６）請求項４又は５において、前記媒質は軟質の固体
であることを特徴とする電圧検出装置。 - （７）請求項４又は５において、前記媒質は流体である
ことを特徴とする電圧検出装置。 - （８）請求項４又は５において、前記媒質は、軟質の膜
状固体及びこれに内包された流体であることを特徴とす
る電圧検出装置。 - （９）請求項７において、前記電気光学材料と被測定物
間に、流体の媒質を供給する媒質供給手段を備えたこと
を特徴とする電圧検出装置。 - （１０）請求項４乃至９のうちのいずれかにおいて、前
記電気光学材料への入射光源はパルス光源であり、サン
プリング検出することを特徴とする高時間分解能の電圧
検出装置。 - （１１）請求項４乃至９のうちのいずれかにおいて、前
記電気光学材料からの出射光の光検出器が、高速光検出
器であることを特徴とする高時間分解能の電圧検出装置
。 - （１２）請求項１１において、前記高速光検出器が、ス
トリークカメラ技術を応用した高速光検出器であること
を特徴とする電圧検出装置。 - （１３）請求項１０において、前記パルス光源は、繰返
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定になるよう
に、前記電流源のバイアス電流を変調制御するようにさ
れた低ノイズパルス光源であることを特徴とする電圧検
出装置。 - （１４）請求項１０において、前記パルス光源は、繰返
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定となるよう
に、前記電気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅
を変調制御するようにされた低ノイズパルス光源である
ことを特徴とする電圧検出装置。 - （１５）請求項１０において、前記パルス光源は、繰返
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定となるよう
に、所定周波数以下の帯域では、前記電流源のバイアス
電流を変調制御し、所定周波数以上の帯域では、前記電
気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅を変調制御
すようにされた低ノイズパルス光源であることを特徴と
する電圧検出装置。 - （１６）請求項１３乃至１５のいずれか１項において、
前記低ノイズパルス光源における前記電気パルス発生器
が、ステップリカバリダイオードを用いたものであるこ
とを特徴とする電圧検出装置。 - （１７）請求項１３乃至１５のいずれか１項において、
前記低ノイズパルス光源における前記光検出器が、レー
ザダイオードと１組にして同一パッケージ内に組込まれ
たものであることを特徴とする電圧検出装置。 - （１８）請求項１３乃至１５のいずれか１項において、
光を検出して制御するフィードバック系の時定数を、パ
ルス光の繰返し周期より長くしたことを特徴とする電圧
検出装置。 - （１９）請求項１８において、前記フィードバック系の
周波数特性にピークを持たせて特定周波数域のノイズを
低減し、計測系に使用するロックインアンプの参照信号
の周波数が、前記特定周波数域内の周波数となるように
したことを特徴とする、電圧検出装置。
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|---|---|---|---|
| JP9215389 | 1989-04-12 | ||
| JP1-201104 | 1989-08-02 | ||
| JP20110489 | 1989-08-02 | ||
| JP1-92153 | 1989-08-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03156379A true JPH03156379A (ja) | 1991-07-04 |
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|---|---|---|---|
| JP2015319A Expired - Fee Related JP2675419B2 (ja) | 1989-04-12 | 1990-01-25 | 高感度電圧検出装置 |
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| JP (1) | JP2675419B2 (ja) |
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1990
- 1990-01-25 JP JP2015319A patent/JP2675419B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2675419B2 (ja) | 1997-11-12 |
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