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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- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
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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1990
- 1990-01-25 JP JP2015319A patent/JP2675419B2/ja not_active Expired - Fee Related
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