JPS63196862A - 光プロ−ブ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光プローブ装置に関し、特にオシロスコープや
スペクトラムアナライザ等に被測定対象となる電気信号
（測定すべき電気信号）を供給するための電圧プローブ
や電流プローブ等に使用されるものである。

〔従来の技術〕

電圧プローブや電流プローブ（以下、単にプローブとい
う。）は、電気信号の波形観察や波形解析を行なう場合
に、被測定対象となる電気信号を測定器本体に入力する
入力手段として不可欠なものである。

以下、添付の第５図を参照して従来技術を説明する。

第５図は入力特性として高インピーダンスを示すＦＥＴ
プローブとオシロスコープとを組合わせることにより、
電気信号の波形観察をする際の構成を示す説明図である
。図示の通り、プローブ９０には同軸ケーブル９１が接
続されている。ここで、被測定対象となる電気信号は、
プローブ９０の先端部に設けられたプローブ電極９２と
プローブ本体に設けられた接地端子９３との間で検出さ
れる。従って、検出された電気信号は同軸ケーブル９１
を介してメインユニット９４に入力される。メインユニ
ット９４には高い入力インピーダンス特性をもつＦＥＴ
入力回路（図示しない）が内蔵されている。そして、こ
のメインユニット９４の出力端子はオシロスコープ９５
の入力端子に結合されている。・ このような従来の構成によれば、プローブ９０で検出さ
れた電気信号は上述の通り同軸ケーブル９１によってメ
インユニット９４に供給される。

そして、所定の増幅または減衰処理等が施されたのち、
オシロスコープ９５に入力されることになる。

なお、一般に上記のＦＥＴプローブでは、直流入力抵抗
が１０ＭΩ、入力容量が２〜ｌ０ＤＦ程度とされるのが
普通である。周波数帯域が５００ＭＨ２〜１Ｇ）−１２
の同軸ケーブルとしては、ケーブル径が７〜８ｍ程度の
銅線編組されたポリエチレン被覆同軸ケーブルが用いら
れるのが普通である。また、簡易なプローブとしての抵
抗プローブでは、直流入力抵抗が５００Ω〜１０ＭΩ、
入力容量が１　ｐＦ程度のものが用いられるのが普通で
ある。また、電流プローブとしては、プローブ先端部に
電流検出用トランスを設けるのが普通である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の技術では、測定すべき電気信号（被測定対
象である電気信号）はプローブ９０によって検出され、
電気信号のままで同軸ケーブル９１によって伝送される
。そして、メインユニット９４に供給されて増幅処理等
がされたのち、オシロスコープ等の測定器本体に供給さ
れ、ここで波形観察等が行なわれる。

ところで、一般に被測定対象となる電気信号の検出に際
しては、第１に忠実に電気信号を検出することが可能で
あること、第２に電気信号の検出によって被測定回路の
動作に悪影響を与えないこと、第３に検出した電気信号
を歪みなく測定器本体に供給することが可能であること
、等が必要である。また、上記の電気的諸要件に加えて
プローブの操作性が優れ、微細に入りくんだプリント基
板の所要の個所にプローブを接触することが可能−なも
のでなければならない。

このような電気的諸要件を満すためには、プローブは高
入力インピーダンスで高周波特性に優れていなければな
らず、同時に同軸ケーブルも損失が少なく高周波伝送特
性に優れていなければならない。ところが、プローブが
検出した電気信号を伝送する同軸ケーブルが上記の電気
的諸要件を充分に満すためには、高周波特性に優れ、か
つ低損失でなければならず、従って同軸ケーブルの外径
は太くなる。その結果、同軸ケーブルは可撓性に欠ける
こととなり、プローブの操作性を劣悪にするという相反
する問題点をもっている。このため、従来の技術による
と、高周波特性に優れ、被測定対象となる電気信号を検
出するプローブであって、しかも操作性のよいプローブ
は実現することができなかった。

そこで本発明は、被測定対象となる電気信号を忠実に検
出でき、しかも操作性に優れたプローブを提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の態様による光プローブ装置は、被測定対
象となる電気信号を検出するためのものであって、次の
要素を備えることを特徴とする。

すなわち、プローブの先端部分に設けられたプローブ電
極部材に電気的に接続され、これからの電気信号を入力
する電気光学効果結晶部材と、この電気光学効果結晶部
材に光信号を入射する光信号入射手段と、電気光学効果
結晶部材から出射される光出力信号を伝送する光出力信
号伝送手段と、この光出力信号伝送手段から受けた光出
力信号を光電変換し、これを被測定対象である電気信号
を検出して得られる検出信号として出力する光電変換手
段とを備えるものである。

本発明の第２の態様による光プローブ装置は、上記の第
１の態様の如き電気光学効果結晶部材と、光信号入射手
段と、光出力信号伝送手段と、光電変換手段とを備える
ものであって、さらに電気光学効果結晶部材にバイアス
電圧を印加するバイアス電圧印加手段を備えることを特
徴とするものである。

〔作用〕

本発明の第１の態様によれば、以上のように光プローブ
装置を構成したので、プローブ電極部材は被測定対象と
なる電気信号を検出してこれを電気光学効果結晶部材に
供給し、電気光学効果結晶部材は入力される電気信号に
応じて該結晶部材の光学特性を変化させ、光信号入射手
段によって入射される光信号を電気光学効果に基づいて
光変調し、出射光としての光出力信号を伝送手段に供給
するように働く。光出力信号伝送手段は光出力信号を伝
送して光電変換手段に入射し、光電変換手段は光出力信
号を受けてこれを光電変換し、検出信号として出力する
ように働き、従って被測定対象である電気信号に対応し
た検出信号を外部のオシロスコープ等に供給するように
作用する。

本発明の第２の態様によれば、前述のように光プローブ
装置を構成したので、プローブ電極部材は被測定対象と
なる電気信号を検出して電気光学効果結晶部材に供給し
、電気光学効果結晶部材は入力される電気信号に応じて
該結晶部材の光学特性を変化させるように働く。また、
バイアス印加手段は該結晶部材に所定のバイアス電圧を
印加し、該結晶部材が電気信号によって光学特性を変え
る変化領域を所定の領域に設定するように働く。そして
、電気光学効果結晶部材は電気信号とバイアス電圧とに
よって、光信号入射手段から入射される光信号を電気光
学効果に基づいて光変調し、光出力信号を光出力信号伝
送手段に供給するように働き、光出力信号伝送手段は光
出力信号を伝送して光電変換手段に入射するように働き
、光電変換手段は光出力信号を受けて光電変換し、検出
信号として出力するように働き、従って電気信号に対応
する検出信号を外部のオシロスコープ等に供給するよう
に作用する。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第４図を参照して、本発
明のいくつかの実施例を説明する。なお、以下の図面の
説明において同一要素には同一符号を付し、その説明の
重複をさけている。

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図であり、
プローブは断面にて示しである。光プローブ１の先端部
にはプローブ電極２が設けられ、プローブ電極２は光プ
ローブ１に内蔵される電気光学効果結晶部材３の一方の
電極に接続されている。また、電気光学効果結晶部材３
の他方の電極はプローブケース１１に接続されている。

電気光学効果結晶部材３の一端には光信号入射手段とし
ての入射光ファイバ４が接続され、電気光学効果結晶部
材３の他端には光出力信号伝送手段としての出射光ファ
イバ５が接続されている。

これら入射光ファイバ４と出射光ファイバ５はメインユ
ニット６に接続されている。そして入射光ファイバ４に
は、レーザダイオード６１で発光され偏光子６２を通過
した光が入射されている。

出射光ファイバ５からメインユニット６に供給される光
信号は、検光子６３を通過したのち光検出器６４に入射
される。そして、ここで光電変換された検出信号が増幅
器６４から外部のオシロスコープ等に供給される構造に
なっている。

次に、上記第１の実施例の動作を説明する。

上記実施例の構成によれば、メインユニット６に内蔵さ
れるレーザーダイオード６１から発せられた光は偏光子
６２によって偏光され、入射光ファイバ５を経由してプ
ローブ１内の電気光学効果結晶部材３に入射される。こ
こで、電気光学効果結晶部材３の一方の電極には、プロ
ーブ電極２から被測定対象である電気信号が入力されて
おり、電気光学効果結晶部材３の他方の電極はプローブ
ケース１１に接続されている。

従って、電気光学効果結晶部材３の対抗する電極の間に
は、電気信号に応じた電界が発生させられることになる
。−このため、電気光学効果結晶部材３の光学特性は電
気信号によって変化させられる。すると、該結晶部材３
を通過する光信号は偏光度が変化された光出力信号とな
り、この光出力信号は出射光ファイバ５に入射されてメ
インユニット６に光伝送されることになる。

メインユニット６の検光子６３は、偏光度変化を伴う光
出力信号から所定の偏光成分の光信号のみを通過させ、
これを光検出器６４に照射させる。

光検出器６４は入射された光信号を光電変換し、出力信
号（電気信号）を増幅器６５に供給する。

その結果、増幅器６５の出力信号は光プローブ１が検出
した電気信号に対応したものとなり、測定目的に合わせ
てメインユニット６に結合される測定器本体には、被測
定対象である電気信号に対応した検出信号が提供される
ことになる。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。

第２図はこの実施例の構成を示す図で、プローブを断面
にて示しである。そして、この実施例の構成が第１図に
示す第１の実施例の構成と異なる点は、次の４点におる
。すなわち、第１は、光プローブ１に内蔵される電気光
学効果結晶部材３には直流バイアスの印加電極が設けら
れ、直流バイアス電圧がメインユニット６に内蔵される
バイアス電圧発生回路６６から印加可能な構造になって
いることである。第２は、光プローブ１の軸方向に平行
に電気光学効果結晶部材３が配設され、これが絶縁層１
２及び接地電極１３を介してプローブケース１１に取付
けられていることである。第３は、入射光ファイバ４と
出射光ファイバ５が一定の空間距離を保ちながら、電気
光学効果結晶部材３の一端と弛端とに対抗して配置され
ていることである。第４は、メインユニット６のバイア
ス電圧発生回路６６から光プローブ１に、バイアス印加
電線６７と接地電位電線６８が接続されていることであ
る。そしてこの電線６７．６８は、入射光ファイバ４と
出射光ファイバ５とに平行している。

次に、第３図を参照して上記第２の実施例の動作を説明
する。

第３図は電気光学効果結晶部材３に印加される印加電圧
と、該結晶部材３を通過しメインユニット６の検光子６
３を介して光検出器６４により光電変換される光信号の
出力光強度との関係を示す説明図である。一般に電気光
学効果をもつ結晶物質や液晶物質では、リターデーショ
ンに電圧依存性をもち、検光子６３から得られる光出力
信号の光強度は、これらの電気光学効果結晶部材に加え
られる電圧の変化に従って非線形に変化する。と−ころ
が、光プローブによって電気信号を検出する場合におい
ては、電気信号による電気光学効果結晶部材の光学特性
の変化を、直線性に優れたいわゆるダイナミックレンチ
内で動作させることが必要である。

そこで、電気光学効果結晶部材に予め所定のバアス電圧
（Ｖ、）を印加し、それによってプローブ電極２から電
気光学効果結晶部材３に加わる電気信号を該結晶部材３
のダイナミックレンチ内のものとする。このようにすれ
ば、ダイナミックレンジの範囲内で変化する光出力信号
をメインユニット６に供給し、被測定対象である電気信
号に忠実に対応した検出信号を測定器本体に供給するこ
とができる。

次に、上記第１および第２の実施例に用いられる電気光
学効果結晶部材の構造を説明する。

第４図はかかる電気光学効果結晶部材の構造の例を示す
説明図である。同図（Ａ）は導波路型電気光学効果結晶
部材の構造を示す斜視図であり、電気光学効果結晶部材
３１には導波路３２が形成され、該結晶３１の土浦には
３つの分離した電極３３．３４．３５が形成されている
。この構造によれば、導波路３２の中央に設けられた電
極３４にバイアス電圧（ＶＢ）を印加し、他の電極３３
゜３５にプローブ電極から入力される電気信号を供給す
ることもあるいは、電極３４に電気信号を入力し、電極
３３にバイアスを印加し、電極３５を接地する構成とす
ることも可能である。

第４図（Ｂ）は干渉型電気光学効果結晶部材の構造を示
す断面図であり、電気光学効果結晶部材３１の上面には
電極３９が設けられ、底面３６は完全な反射面に仕上げ
られている。そして、入射光ファイバ４からの光は該結
晶部材の厚みの方向から入射され、電気光学効果結晶部
材３１の表面３７と底面３６の両面からの反射光が互い
に干渉しつつ、出射光ファイバ５に入射される構造とな
っている。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。

例えば、上記第１および第２の実施例の説明では、電気
光学効果結晶部材の材質について特に触れていないが、
Ｌｉ　Ｎｂ　０３　、ＫＤＰ、ＫＴＮ。

ＬｉＴａＯ３，５ｒｘＢａ１−ｘＮｂ２０６などの各種
の固相結晶物質でもよく、あるいはＭＢＢＡ（ｎ−ｐ−
ｍｅｔｈｏｘｙｂｅｎｚｙｌ　１ｄｎｅ−ｐ−ｎ−ｂｕ
ｔｙｌａｎｉ　ｌ　１ｎｅ）などの液相結晶（液晶）物
質でもよい。

また、バイアス電圧値はＬｉＮｂＯ３の場合には数Ｖ〜
数’１ＯＯＶの直流電圧であり、電界強度は数千Ｖ　／
　ｒａｍとなる。いずれにせよ、上記実施例によれば直
流入力抵抗が１０ＭΩ〜１００ＭΩでめり、入力容母が
０．１　１）Ｆ〜数１）Ｆのものが実現可能である。

また、光入射ファイバや光出射ファイバには仕上り径２
〜３！ＩＩ！１１、ファイバ径０．１２５ｍ程度の細い
柔軟性に優れた光ファイバを用いることができる。この
にうにすれば、従来の同軸ケーブルに比較して、数ＧＨ
２迄の優れた高周波特性と、機械的な可撓性を兼ね備え
たものとすることができる。

上記実施例の説明では、レーザダイオードをメインユニ
ツ１〜の内部に設けるとし、光入射ファイバによって光
プローブに光信号を伝送するとしたが、それに限られる
ものではない。例えば、光プローブ内の電気光学効果結
晶部材１２の近傍にレーザダイオードを一体的に設け、
メインユニットからレーザダイオード駆動用の信号電線
を接続するようにしてもよい。レーザダイオードからは
一定の光出力が発せられればよいので、信号伝送上での
周波数特性やノイズ発生は問題とならない。

また、光プローブとメインユニットとの結合ケーブルは
出射光ファイバ及びそれに平行する数本の電線だけとな
るので、経済的な光プローブ装置を提供できる。

また、上記第１および第２の実施例では、電圧プローブ
を例として図示説明しているが、それに限られるもので
はなく、電流プローブやデイファレンシ力ルプローブな
どにも適用可能である。

［発明の効果） 以上、詳細に説明した通り本発明によれば、プローブの
内部に電気光学効果結晶部材を設け、ブーローブ電極に
よって検出した電気信号を電気光学効果によって光変調
された光出力信号となし、その光出力信号を光出力伝送
手段により伝送してメインユニットに導入し、光電変換
して被測定対象である電気信号に対応した検出信号を得
るようにしたので、従来技術の如く、高周波特性を満す
ための太い同軸ケーブルをプローブに接続する必要がな
く、細い光ファイバによってプローブとメインユニット
を接続することができる。その結果、従来技術では不可
能とされていた優れた高周波特性と、プローブの優れた
操作性との両立を可能にさせることができるという効果
を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図、第２図
は本発明の第２の実施例の構成を示す図、第３図は第２
の実施例の動作を説明する図、第４図は第１及び第２の
実施例の電気光学効果結晶部材の構成を示す説明図、第
５図は従来技術を説明する図である。 １・・・光プローブ、２・・・プローブ電極、３・・・
電気光学効果結晶部材、４・・・入射光ファイバ、５・
・・出射光ファイバ、６・・・メインユニット、６１・
・・レーザダイオード、６４・・・光検出器。 第１実施例の構成図 第　　１　　図 第２実施例の構成図 第　　２　　図 印加電圧 光出力強度と印加電圧の説明図 第　　３　　図 （Ａ） ｊ６ （Ｂ） 電気光学効果結晶部材の構成 第　　４　　図 従来技術の説明図 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プローブの先端部分に設けられ、被測定対象となる
   電気信号を入力するためのプローブ電極部材と、 このプローブ電極部材に電気的に接続された電気光学効
   果結晶部材と、 この電気光学効果結晶部材に光信号を入射するための光
   信号入射手段と、 前記電気光学効果結晶部材から出射される光出力信号を
   伝送するための光出力信号伝送手段と、この光出力信号
   伝送手段からの前記光出力信号を受けて光電変換し、こ
   れを前記電気信号を検出して得られる検出信号として出
   力する光電変換手段と を備えた光プローブ装置。 ２、前記電気光学効果結晶部材は光導波路型の電気光学
   効果結晶部材である特許請求の範囲第１項記載の光プロ
   ーブ装置。 ３、前記電気光学効果結晶部材は光干渉型の電気光学効
   果結晶部材である特許請求の範囲第１項記載の光プロー
   ブ装置。 ４、プローブの先端部分に設けられ、被測定対象となる
   電気信号を入力するためのプローブ電極部材と、 このプローブ電極部材に電気的に接続された電気光学効
   果結晶部材と、 この電気光学効果結晶部材に光信号を入射するための光
   信号入射手段と、 前記電気光学効果結晶部材にバイアス電圧を印加するた
   めのバイアス電圧印加手段と、 前記電気光学効果結晶部材から出射される光出力信号を
   伝送する光出力信号伝送手段と、 この光出力信号伝送手段からの前記光出力信号を受けて
   光電変換し、これを前記電気信号を検出して得られる検
   出信号として出力する光電変換手段と を備えた光プローブ装置。 ５、前記電気光学効果結晶部材は光導波路型の電気光学
   効果結晶部材である特許請求の範囲第４項記載の光プロ
   ーブ装置。 ６、前記電気光学効果結晶部材は光干渉型の電気光学効
   果結晶部材である特許請求の範囲第４項記載の光プロー
   ブ装置。