DE3880216T2

DE3880216T2 - Spannungsdetektor.

Info

Publication number: DE3880216T2
Application number: DE8888110409T
Authority: DE
Inventors: Shinichiro C O Hamamat Aoshima; Yutaka C O Hamamatsu Tsuchiya
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2008-06-30
Also published as: US4891579A; EP0297562A3; DE3880216D1; JPH0830720B2; EP0297562A2; EP0297562B1; JPS649370A

Description

Hintergrund der Erfindung

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungsdetektor zum Ermitteln der Spannung, die in einem ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts, zum Beispiel einer elektrischen Schaltung, entsteht. Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung einen Spannungsdetektor, der die Spannung durch Ausnutzen der Änderung in der Lichtpolarisierung, die in Übereinstimmung mit der in einem ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts entstehenden Spannung auftritt, ermittelt.

Stand der Technik

Es wurden verschiedenartige Spannungsdetektoren verwendet, um die in einem ausgewählten Bereich von zu messenden Objekten, zum Beispiel elektrischen Schaltungen, entstehende Spannung zu ermitteln. Herkömmliche Spannungsdetektoren werden grob in zwei Arten unterteilt: bei einer Art wird eine Berührung des Meßfühlers mit einem ausgewählten Bereich des zu messenden Objekts hergestellt und die in diesem Bereich entstehende Spannung gemessen. Bei der anderen Art berührt der Meßfühler einen ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts nicht, und stattdessen wird ein Elektronenstrahl auf diesen Bereich gerichtet und die dort entstehende Spannung ermittelt.
In feinlinigen Abschnitten von Objekten, wie zum integrierten Schaltungen, die klein und in der Struktur kompliziert sind, ändert sich die Spannung schnell und es besteht ein starker Bedarf in der Technik, solche eine schnell ändernde Spannung mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, ohne den Zustand der feinlinigen Abschnitte zu beeinflussen. Diese Anforderung wurde jedoch von den herkömmlichen Spannungsdetektoren nicht voll erfüllt. Bei Detektoren der Art, die Spannung durch Herstellen einer Berührung des Meßfühlers mit einem ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts ermittelt, ist es schwierig, direkten Kontakt zwischen dem Meßfühler und einem feinlinigen Abschnitt des interessierenden Objekts, zum Beispiel einer integrierten Schaltung, herzustellen. Selbst wenn dies erfolgreich gelingt, war es schwierig, die Funktion der integrierten Schaltung allein auf der Basis der von dem Meßfühler abgenommenen Spannungsinformation zu analysieren. Ein weiteres Problem besteht darin, daß eine Berührung durch den Meßfühler eine Veränderung der Funktion der integrierten Schaltung zur Folge haben kann. Spannungsdetektoren der Art, die einen Elektronenstrahl verwenden, haben den Vorteil, daß sie in der Lage sind, Spannung zu ermitteln, ohne den Meßfühler mit einem zu messenden Objekt in Berührung zu bringen. Der mit solchen Spannungsdetektoren zu messende Bereich muß jedoch in ein Vakuum eingebracht und seine Oberfläche dort freigelegt werden. Außerdem kann der zu messende Bereich durch den Elektronenstrahl beschädigt werden.
Die herkömmlichen Spannungsdetektoren haben ein gemeinsames Problem darin, schnellen Spannungänderungen nicht schnell genug folgen zu können, und sind folglich nicht in der Lage, eine genaue Ermittlung von Spannungen, die sich wie bei integrierten Schaltungen schnell ändern, zu erzielen.
Um dieses Problem zu lösen, wurde von zwei der vorliegenden Erfinder in EP-A-0293788 (Japanische Patentanmeldung Nr. 137317/1987, eingereicht am 30. Mai 1987) vorgeschlagen, Spannung durch Ausnutzen der Polarisierung eines Lichtstrahls, die sich mit der in einem ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts entstehenden Spannung ändert, zu ermitteln.
Ein nach diesem Prinzip arbeitender Spannungsdetektor ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Der allgemein mit 50 bezeichnete Detektor besteht aus den folgenden Komponenten: einem optischen Meßfühler 52, einer CW- (Dauerstrich) Lichtquelle 53, typischerweise in Form einer Laserdiode, einer optischen Faser 51 zum Führen eines Lichtstrahls von der CW-Lichtquelle 53 durch eine Kondensorlinse 60 in den optischen Meßfühler 52, einer optischen Faser 92 zum Führen von Referenzlicht von dem optischen Meßfühler 52 durch einen Kollimator 90 in einen photoelektrischen Wandler 55, einer optischen Faser 93 zum Führen von Ausgangslicht von dem optischen Meßfühler 52 durch einen Kollimator 91 in einen photoelektrischen Wandler 58 und einer Komparatorschaltung 61 zum Vergleichen der elektrischen Signale von den photoelektrischen Wandlern 55 und 58.
Der optische Meßfühler 52 ist mit einem elektrooptischen Material 62, z.B. einem optisch einachsigen Kristall aus Lithiumtantalat (LiTaO&sub3;), ausgestattet. Die Spitze 63 des elektrooptischen Materials 62 ist zu einer stumpfkegeligen Form gearbeitet. Der Meßfühler 52 ist mit einer leitfähigen Elektrode 64 umgeben und hat an seiner Spitze 63 eine Beschichtung aus einem reflektierenden Spiegel 65 in Form einer dünnen Metallschicht oder einer mehrlagigen dielektrischen Schicht.
Der Meßfühler 52 enthält ferner die folgenden Komponenten: einen Kollimator 94, Kondensorlinsen 95 und 96, einen Polarisator 54 zum selektiven Extrahieren eines Lichtstrahls mit einem vorbestimmten Polarisierungsanteil aus dem durch den Kollimator 94 fließenden Lichtstrahl und einen Strahlteiler 56, der den extrahierten Lichtstrahl aus dem Polarisator 54 in Referenzlicht und in das elektrooptische Material 62 zu strahlendes Eingangslicht teilt, und der es dem aus dem elektrooptischen Material 62 heraustretenden Ausgangslicht erlaubt, in den Analysator 57 gerichtet zu werden. Das Referenzlicht wird durch die Kondensorlinse 95 geführt und von da in die optische Faser 92 eingeführt, wogegen das aus dem elektrooptischen Material 62 heraustretende Ausgangslicht durch die Kondensorlinse 96 geführt und von da in die optische Faser 93 eingeleitet wird.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten System beginnt die Spannungsermittlung mit dem Verbinden der leitfähigen Elektrode 64 am Umfang des Meßfühlers 52 mit einem vorbestimmten Potential wie zum Beispiel Masse. Dann wird die Spitze 63 des Meßfühlers 52 nahe an das zu messende Objekt, z.B. eine integrierte Schaltung, herangebracht, worauf eine Veränderung im Brechungsindex der Spitze 63 des elektrooptischen Materials 62 im Meßfühler 52 eintritt. Genauer gesagt, die Differenz zwischen den Brechungsindizes für einen gewöhnlichen Strahl und einen außergewöhnlichen Strahl in einer senkrechten Ebene zur Flußrichtung des Lichts wird sich in dem optisch einachsigen Kristall ändern.
Der aus der Lichtquelle 53 austretende Lichtstrahl fließt durch die Kondensorlinse 60 und wird durch die optische Faser 51 geführt, um in den Kollimator 94 in dem Meßfühler 52 gerichtet zu werden. Der Lichtstrahl wird von dem Polarisator 54 polarisiert, und ein vorbestimmtes polarisiertes Licht mit der Intensität I wird durch den Strahlteiler 56 in das elektrooptische Material 62 in dem Meßfühler 52 eingeführt. Das Referenzlicht und das Eingangslicht, die durch Durchgang durch den Strahlteiler 56 erzeugt werden, haben jeweils eine Intensität von I/2. Wie bereits erwähnt, ändert sich der Brechungsindex der Spitze 63 des elektroptischen Materials 62 mit der Spannung an dem gemessenen Objekt, so daß das in das elektrooptische Material 62 geleitete Licht an der Spitze 63 eine Änderung im Zustand seiner Polarisierung im Übereinstimmung mit der Änderung im Brechungsindex der Letzteren erfährt. Das Eingangslicht wird dann von dem reflektierenden Spiegel 65 reflektiert und macht einen Rücklauf durch das elektrooptische Material 62, aus dem es austritt, und läuft zurück zu dem Strahlteiler 56. Wird die Länge der Spitze 63 des elektrooptischen Materials 62 als l bezeichnet, wird sich der Polarisierungszustand des in dieses Material geleiteten Eingangslichts in Proportion zu der Differenz zwischen den Brechungsindizes für den gewöhnlichen und den außergewöhnlichen Strahl wie auch zu der Länge 2l ändern. Das in den Strahlteiler 56 zurückgesandte Ausgangslicht wird von dort in den Analysator 57 gerichtet. Die Intensität des in den Analysator 57 eintretenden Lichts wurde als Folge der Teilung mit dem Strahlteiler 56 auf I/4 vermindert. Wenn der Analysator 57 so aufgebaut ist, daß nur ein Lichtstrahl mit einem polarisierten Anteil senkrecht zu dem durch den Polarisator 54 extrahierten übertragen wird, wird die Intensität des Ausgangslichts, das nach Erfahren einer Änderung im Zustand seiner Polarisierung in den Analysator 57 geführt wird, in dem Analysator 57 von I/4 auf (I/4)sin²[(π/2)V/V&sub0;] verändert, bevor es weiter in den photoelektrischen Wandler 58 geführt wird. In der Formel, die die Intensität des aus dem Analysator 57 austretenden Lichts ausdrückt, ist V die in dem zu messenden Objekt vorhandene Spannung, und V&sub0; ist eine Halbwellenspannung.
In der Komparatorschaltung 61 wird die Stärke des von dem photoelektrischen Wandler 55 erzeugten elektrischen Signals, das der Referenzlichtintensität I/2 entspricht, mit der Stärke des von dem anderen photoelektrischen Wandler 58 erzeugten elektrischen Signals, das der Ausgangslichtintensität (I/4)sin²[(π/2)V/V&sub0;] entspricht, verglichen.
Die Intensität des Ausgangslichts oder (I/4)sin²[(π/2)V/V&sub0;] wird sich mit der Änderung im Brechungsindex der Spitze 63 des elektrooptischen Materials 62, die als Folge einer Spannungsänderung auftritt, ändern. Daher kann diese Intensität als Basis zum Ermitteln der in einem ausgewählten Bereich eines zu messenden Objekts, z.B. einer integrierten Schaltung, vorhandenen Spannung verwendet werden.
Wie oben beschrieben, wird bei Verwendung des Spannungsdetektors von Fig. 7 die Spitze 63 des optischen Meßfühlers 52 nahe an das zu messende Objekt herangebracht, und die resultierende Veränderung im Brechungsindex der Spitze 63 des elektrooptischen Materials 62 wird als Basis zur Ermittlung der in einem ausgewählten Bereich des interessierenden Objekts vorhandenen Spannung verwendet. Daher kann die in feinlinigen Teilen eines kleinen und komplizierten Objekts, z.B. einer integrierten Schaltung, das mit einem Meßfühler schwierig zu kontaktieren ist, und das mit demselben nicht kontaktiert werden kann, ohne die gemessene Spannung zu beeinflussen, vorhandene Spannung von dem Detektor 50 wirksam ermittelt werden, ohne den Meßfühler 52 mit solchen feinlinigen Teilen in Kontakt zu bringen.
Der oben beschriebene Spannungsdetektor hat den Nachteil, die vorhandene Spannung nur an einem Teil eines zu messenden Objekts messen zu können. Mit anderen Worten, der Detektor kann nicht gleichzeitig die Spannungen einer Vielzahl von Teilen des Objekts eindimensional oder zweidimensional ermitteln.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Spannungsdetektor bereitzustellen, der gleichzeitig die Spannungen einer Vielzahl von Teilen eines zu messenden Objekts ermitteln kann, so daß eindimensionale und zweidimensionale Spannungsinformationen zu erhalten sind.
Diese und andere Aufgaben werden durch einen Spannungsdetektor zum gleichzeitigen Ermitteln und Anzeigen der Spannungspegel an einer Vielzahl von Teilen eines zu messenden Objekts erfüllt, der umaßt: elektrooptische Materialien, an die parallele Lichtstrahlen mit einem vorbestimmten Polarisierungsanteil angelegt werden, und Führungseinrichtungen zum Herausnehmen nur der aus den elektrooptischen Materialien austretenden Lichtstrahlen, die den vorbestimmten Polarisierungsanteil haben, und zum Anlegen der so entnommenen austretenden Lichtstrahlen in einer parallelen Betriebsart an einen photoelektrischen Detektor, wobei die austretenden Lichtstrahlen eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Art und Weise, in der die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden, wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung voll ersichlich, wenn die Zeichnungen in Betracht gezogen werden.
Fig. 1 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Anordnung einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spannungsdetektors zeigt;
Fig. 2 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Abwandlung des optischen Meßfühlers des Detektors von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist eine erläuternde Zeichnung, die Führungsdetektoren zum Führen austretender Lichtstrahlen an eine Streifenkamera zeigt;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Streifenkamera;
Fig. 5 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Anordnung einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Spannungsdetektors zeigt;
Fig. 6 ist eine erläuternde Zeichnung, die räumliche, auf dem Phosphorschirm der Streifenkamera von Fig. 4 gebildete Abbildungen zeigt; und
Fig. 7 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Anordnung eines herkömmlichen Spannungsdetektors zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Um bei der vorliegenden Erfindung die Spannungen an einer Vielzahl von Teilen eines zu messenden Objekts gleichzeitig zu ermitteln, werden Lichtstrahlen mit vorbestimmten Polarisierungsanteilen in Form paralleler Lichtstrahlen an die Teile eines elektrooptischen Materials angelegt. Die Brechnungsindizes der elektrooptischen Teile werden durch die Unterschiede zwischen dem Potential von Distanzstücken, die die elektrooptischen Teile voneinander isolieren, und den Spannungen der Teile des elektrooptischen Materials verändert. Die Änderungen in den Brechungsindizes verursachen entsprechende Änderungen in den Polarisierungen der parallelen Lichtstrahlen. Die parallelen Lichtstrahlen werden als aus den elektrooptischen Teilen austretende Lichtstrahlen reflektiert. Nur die austretenden Lichtstrahlen mit dem vorbestimmten Polarisierungsanteil werden parallel zu einem photoelektrischen Detektor, z.B. einer Streifenkamera, geführt, wobei sie eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. In der Streifenkamera werden die Intensitätsänderungen der austretenden Lichtstrahlen in räumliche Abbildungen umgewandelt, so daß die Spannungen der Vielzahl von Teilen des Objekts gleichzeitig ermittelt werden können.
Fig. 1 zeigt die Anordnung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Spannungsdetektors. Der Spannungsdetektor 1 ist aufgebaut, um gleichzeitig Spannungen eines eindimensionalen Teils, nämlich eines eines linearen Teils, eines zu messenden Objekts zu ermitteln. Der Spannungsdetektor 1 umfaßt eine Lichtquelle 2 zum Ausgeben eines Lichtstrahls, einen Strahlausweiter 19 zum Umwandeln der Ausgangsstrahlen der Lichtquelle 2 in parallele Strahlen, eine Zylinderlinse 3 zum Anordnen der parallelen Ausgangsstrahlen des Strahlausweiters 19 in einer Linie und einen optischen Meßfühler 4 mit eindimensional angeordneten elektrooptischen Materialien. Ein polarisierter Strahlteiler 6 erlaubt den von der Zylinderlinse 3 ausgegebenen linear angeordneten parallelen Strahlen als einfallende Strahlen zu dem optischen Meßfühler vorzulaufen, und reflektiert aus dem Meßfühler 4 austretende, in einer Linie angeordnete Strahlen hin zu einer anderen Zylinderlinse 5 und einer Streifenkamera 8, an die aus der Zylinderlinse 5 austretende Strahlen angelegt werden.
Die elektrooptischen Teile 9-1 bis 9-n sind in dem Meßfühler 4 eindimensional angeordnet und voneinander durch Distanzstücke 10-1 bis 10-n aus leitfähigem Material beabstandet. Die Distanzstücke 10-1 bis 10-n sind als eine Einheit gebildet und können z.B. im Betrieb auf Masse gelegt werden. Die Endteile der elektrooptischen Teile 9-1 bis 9-n sind frei von den Distanzstücken 10-1 bis 10-n, so daß ihre Brechungsindizes sich mit den Unterschieden zwischen dem Potential der Distanzstücke 10-1 bis 10-n und den Spannungen des linearen Teils des zu messenden Objekts ändern.
Bei dem oben beschriebenen Detektor sind die elektrooptischen Teile 9-1 bis 9-n durch die Distanzstücke 10-1 bis 10-n voneinander isoliert. Der Detektor kann aber wie in Figur 2 so abgewandelt werden, daß nur ein Teil von elektroptischem Material 9' an einem Ende eines optischen Meßfühlers 4' angebracht ist. Es ist anzumerken, daß bei dem nachstehend beschriebenen Spannungsdetektor die elektrooptischen Teile 9-1 bis 9-n zur Vereinfachung der Beschreibung wie in Figur 1 isoliert sind.
Die in Figuren 1 und 4 dargestellte Streifenkamera 8 umfaßt einen Schlitz 16, an den die aus der Zylinderlinse 5 austretenden Lichtstrahlen angelegt werden, und eine Photokathode 11, an die die aus dem Schlitz 16 austretenden Lichtstrahlen durch eine Linse 7 so angelegt werden, daß sie in einer Linie so angeordnet sind, daß entsprechende, in einer Linie angeordnete Elektronenstrahlen bereitgestellt werden können. Ein Paar von Ablenkelektroden 12 lenken die von der Photokathode 11 ausgegebenen, linear angeordneten Elektronenstrahlen ab. Eine Mikrokanalanode 13 vervielfacht die abgelenkten Elektronenstrahlen. Ein Phosphorschirm 14 ist zum Empfangen der Elektronenstrahlen von der Mikrokanalanode 13 vorgesehen.
In der Streifenkamera 8 wird eine vorbestimmte Sägezahnspannung an die Ablenkelektroden 12 angelegt, so daß die Intensitäten der linear angeordneten austretenden Lichtstrahlen, die in zeitlicher Folge an die Photokathode angelegt werden, in eine räumliche optische Intensitätsverteilung auf dem Phosphorschirm 14 umgewandelt werden. Mit andern Worten, es werden räumliche Abbildungen 15-1 bis 15-n erzeugt, die längs der horizontalen Achse verlaufen.
In Figuren 1 und 4 sind die Mikrokanalanode 13 und der Phosphorschirm 14 voneinander getrennt dargestellt. Es sei jedoch angemerkt, daß diese Elemente in der Praxis vereinigt werden können. Ferner ist die Linse 7 als Zylinderlinse dargestellt, obwohl sie in der Praxis nicht zylindrisch sein muß.
Bei dem oben beschriebenen Detektor werden die aus der Zylinderlinse 5 austretenden Lichtstrahlen direkt an den Schlitz 16 angelegt. Der Detektor kann wie in Fig. 3 abgewandelt werden, um eine Vielzahl von Kondensorlinsen 17-1 bis 17-n bereitzustellen, die linear angeordnet sind, um aus dem polarisierten Strahlteiler 6 austretende Lichtstrahlen zu empfangen.
Die aus den Kondensorlinsen 17-1 bis 17-n austretenden Lichtstrahlen werden durch in einer Linie angeordnete optische Fasern 18-1 bis 18-n an den Schlitz 16 angelegt.
Bei dem so organisierten Spannungsdetektor werden die aus der Lichtquelle 2 ausgesandten Lichtstrahlen von dem Strahlausweiter 19 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt. Die parallelen Lichtstrahlen werden als in einer Linie angeordnete einfallende Lichtstrahlen durch die Zylinderlinse 3 und den polarisierten Stahlenteiler 6 an den optischen Meßfühler 4 angelegt. Die von dem Meßfühler 4 empfangenen einfallenden Lichtstrahlen enthalten einen vorbestimmten Polarisierungsanteil, durchlaufen die elektrooptischen Teile 9-1 bis 9-n und erreichen die Endteile der elektrooptischen Materialien, die von den Distanzstücken 10-1 bis 10-n frei sind.
In den Endteilen werden die Brechungsindizes entsprechend den an den Teilen des zu messenden Objekts, die direkt unter den Endteilen liegen, vorhandenen Spannungen verändert. Die Polarisierungen der an die Endteile der elektrooptischen Materialien 9-1 bis 9-n angelegten einfallenden Lichtstrahlen ändern sich mit den Brechungsindizes der Endteile. Danach kehren die einfallenden Lichtstrahlen reflektiert als austretende Lichtstrahlen zu dem polarisierten Strahlteiler 6 zurück, und nur die austretenden Lichtstrahlen mit der richtigen Polarisierung werden durch die Zylinderlinse 5, den Schlitz 16 und die Linse 7 parallel an die Photokahode 11 der Streifenkamera 8 in einer Weise angelegt, daß sie in einer Linie angeordnet sind. Alternativ können, wie oben beschrieben, die austretenden Lichtstrahlen jeweils durch Kondensorlinsen 17-1 bis 17-n und entsprechende optische Fasern 18-1 bis 18-n an den Schlitz 16 angelegt werden.
Die an die Photokathode 11 angelegten, linear angeordneten austretenden Lichtstrahlen werden photoelektrisch umgewandelt, um in einer Linie angeordnete Elektronenstrahlen zu bilden. Die Elektronenstrahlen werden von den Ablenkelektroden 12 horizontal abgelenkt und über die Mikrokanalanode 13 an den Phosphorschirm 14 angelegt, so daß auf dem Phosphorschirm 14 horizontal verlaufende räumliche Abbildungen gebildet werden. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, werden die aus den elektrooptischen Materialien 9-1, 9-2, 9-3, ... und 9-n des Meßfühlers 4 austretenden Lichtstrahlen jeweils in die räumlichen Abbildungen 15-1, 15-2, 15-3, ... und 15-n auf dem Phosphorschirm 14 umgewandelt. Die an dem linearen Teil des zu messenden Objekts vorhandenen Spannungsänderungen können gleichzeitig als räumliche Abbildungen ermittelt werden.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung eines zweiten Beispiels des erfindungsgemäßen Spannungsdetektors. Der Spannungsdetektor von Fig. 5 ist konstruiert, um gleichzeitig Spannungen zu ermitteln, die an einem zweidimensionalen Teil eines zu messenden Objekts vorhanden sind. Der Detektor 20 enthält eine Lichtquelle 21 zum Ausgeben zweidimensionaler Lichtstrahlen, einen Strahlausweiter zum Umwandeln der zweidimensionalen Lichtstrahlen in parallele Lichtstrahlen und einen optischen Meßfühler, in dem elektrooptische Teile zweidimensional angeordnet sind. Ein polarisierter Strahlteiler 22 erlaubt den zweidimensionalen parallelen Lichtstrahlen als einfallende Lichtstrahlen zu dem Meßfühler 23 zu fließen, und reflektiert die aus dem Meßfühler 23 austretenden zweidimensionalen Lichtstrahlen hin zu einer Vielzahl von Kondensorlinsen 24-1 bis 24-m. Eine Streifenkamera 27 empfängt die aus den Kondensorlinsen 24-1 bis 24-m austretenden Lichtstrahlen.
Die Lichtquelle 21 ist aus einer Vielzahl von z.B. zweidimensional angeordneten Laserdioden aufgebaut. In dem optischen Meßfühler 23 sind die elektrooptischen Elemente 28-11 bis 28-mn zweidimensional (in Form einer (m x n) Matrix) angeordnet und durch als Gitter angeordnete leitfähige Metalldistanzstücke 29 getrennt. Die Distanzstücke 29 können auf Massepotential gehalten werden. Die Endteile der elektrooptischen Elemente 28-11 bis 28-mn haben keine Distanzstücke 29 und ihre Brechungsindizes werden durch die Unterschiede zwischen dem Potential der Distanzstücke 29 und den an den entsprechenden zweidimensionalen Teilen des zu messenden Objekts vorhandenen Spannungen verändert. Wie im Fall von Fig. 2 kann anstatt der Vielzahl elektrooptischer Elemente 28-11 bis 28-mn ein elektrooptisches Element verwendet werden.
Die Kondensorlinse 24-1 veranlaßt, daß aus den elektrooptischen Elementen 28-11 bis 28-1n austretende Lichtstrahlen jeweils an den Knoten 30-11 bis 30-1n fokussiert werden, und die Kondensorlinse 24-m veranlaßt, daß aus den elektrooptischen Elementen 28-m1 bis 28-mn austretende Lichtstrahlen jeweils an den Knoten 30-m1 bis 30-mn fokussiert werden. Die an den Knoten 30-11 bis 30-1n, 30-21 bis 30-2n, ... und 30-m1 bis 30-mn fokussierten austretenden Lichtstrahlen werden jeweils durch optische Fasern 32-11 bis 32-1n, 32-21 bis 32-2n, ... 31-21 bis 31-2n, ... und 31-m1 zu einem Schlitz 25 übertragen. Die Streifenkamera 27 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Streifenkamera 8 in Fig. 1.
Wie bei dem Spannungsdetektor von Fig. 1 werden bei dem Spannungsdetektor 20 von Fig. 5 die aus den elektrooptischen Elementen 28-11 bis 28-mn austretenden Lichtstrahlen in Form paralleler Linien an den Schlitz 25 der Streifenkamera 27 angelegt und als räumliche Abbildungen 33-11 bis 33-mn auf dem Phosphorschirm 34 der Streifenkamera 27, wie Fig. 6 zeigt, wiedergegeben. Folglich können Spannungsänderungen an den zweidimensionalen Teilen des Objekts als räumliche Abbildungen auf dem Phosphorschirm 34 gleichzeitig ermittelt werden.
Bei den Spannungsdetektoren der Figuren 1 und 5 sind nur die elektrooptischen Elemente und die Distanzstücke in den optischen Meßfühlern 4 und 23 vorhanden. Jedoch können die Zylinderlinsen 3 und 5 und der polarisierte Strahlteiler 6 in den optischen Meßfühler 4 und die Kondensorlinsen 24-1 bis 24-m und der polarisierte Strahlteiler 22 in den optischen Meßfühler 23 einbezogen werden.
Die oben beschriebenen Beispiele der Spannungsdetektoren verwenden eine Streifenkamera. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf oder damit beschränkt. Zum Beispiel können die optischen Fasern 18-1 bis 18-n mit sehr schnell ansprechenden Detektoren, z.B. Lawinen-Photodioden oder PIN-Photodioden, verbunden werden. Ferner werden bei den oben beschriebenen Detektoren die CW-Lichtstrahlen und die sehr schnell ansprechenden Detektoren in Kombination verwendet. Die Detektoren können auch so abgewandelt werden, daß kurze gepulste Lichtstrahlen und eine CCD-Kamera oder eine Vielzahl von Photodioden in Kombination verwendet und Spannungen an einem vorbestimmten Teil eines zu messenden Objekts durch Abtastung ermittelt werden.
Bei den obigen Ausführungen ist es vorteilhaft, die inneren Wände der Meßfühler 4 und 23 schwarz anzustreichen, um Lichtstreuungen darin zu vermeiden.
Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem erfindungsgemäßen Spannungsdetektor parallele Lichtstrahlen mit einem vorbestimmten Polarisierungsanteil an die elektrooptischen Materialien angelegt, und nur austretende Lichtstrahlen mit einem vorbestimmten Polarisierungsanteil werden in einer parallelen Betriebsart an den photoelektrischen Detektor angelegt, wobei die Anordnung eindimensional oder zweidimensional ist. Daher können mit diesem photoelektrischen Detektor die Spannungen von einer Vielzahl von Teilen eines zu messenden Objekts gleichzeitig ermittelt werden. Mit anderen Worten, eindimensionale oder zweidimensionale Spannungsdaten, die sich auf Bereiche des Objekts beziehen, können einfach erhalten werden.

Claims

1. Ein Spannungsdetektor (1; 20) zum gleichzeitigen Erfassen der Spannung in verschiedenen Teilen eines zu messenden Objekts, wobei der Spannungsdetektor umfaßt:

ein elektrooptisches Material (9-1, ..., 9n; 28-11, ..., 28-mn) mit einer Vielzahl von Bereichen, deren Brechungsindizes sich entsprechend zu den Spannungen der korrespondierenden Vielzahl von unterschiedlichen Teilen des Objekts ändern;

eine Einrichtung (2, 19, 3; 21, 35) zum Zuführen von parallelen Lichtstrahlen mit einer ersten vorbestimmten Polarisationskomponente zu dem elektrooptischen Material, wobei die polarisation der dem elektrooptischen Material zugeführten parallelen Lichtstrahlen entsprechend zu den Brechungsindizes der Vielzahl von Bereichen veränderbar sind und

Führungseinrichtungen (6, 18-1, ..., 18-n; 22, 32-11, ..., 32-mn) zum Ausblenden heraustretender Lichtstrahlen mit einer zweiten vorbestimmten Polarisationskomponente von der Vielzahl von heraustretenden Lichtstrahlen, welche aus dem elektrooptischen Material austreten und zum eindimensionalen oder zweidimensionalen, parallelen Zuführen der heraustretenden Lichtstrahlen mit der zweiten vorbestimmten Polarisationskomponente zu einem fotoelektrischen Detektor (8; 27).

2. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen ungedämpfte Lichtstrahlen sind und der fotoelektrische Detektor ein Hochgeschwindigkeitsansprechdetektor ist.

3. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwindigkeitsansprechdetektor eine Streifenkamera ist.

4. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwindigkeitsansprechdetektor eine Vielzahl von Lawinendioden aufweist.

5. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochgeschwindigkeitsansprechdetektor eine Vielzahl von PIN-Fotodioden aufweist.

6. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen gepulste Lichtstrahlen sind und der fotoelektrische Detektor zur abtastenden Spannungserfassung eine Kamera mit ladungsverschiebenden Elementen aufweist.

7. Ein Spannungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen gepulste Lichtstrahlen sind und der fotoelektrische Detektor eine vielzahl von Fotodioden zur abtastenden Spannungserfassung aufweist.