DE3889986T2

DE3889986T2 - Anordnung eines Spannungsdetektors.

Info

Publication number: DE3889986T2
Application number: DE3889986T
Authority: DE
Inventors: Shinichiro C O Hamamat Aoshima; Hironori C O Hamamat Takahashi; Yutaka C O Hamamatsu Tsuchiya
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2008-07-13
Also published as: EP0299432A2; US5034683A; DE3889986D1; EP0299432A3; EP0299432B1; US4906922A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Spannungserfassungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 3 und 7.
Eine Vielzahl von Spannungserfassungseinrichtungen ist verwendet worden, um eine Spannung zu erfassen, die an einem vorbestimmten Teil eines sich unter Messung befindenden Gegenstandes, wie einer integrierten Schaltung auftritt. Ein Beispiel einer Spannungserfassungseinrichtung dieser Art, die kürzlich entwickelt worden ist, erfaßt die Spannung eines sich unter Messung befindenden Gegenstands, indem das Prinzip verwendet wird, daß die Polarisation eines Lichtbündels durch eine Spannung geändert wird, die an einem vorbestimmten Teil des sich unter Messung befindenden Gegenstands geliefert wird. Eine Spannungserfassungseinrichtung dieser Art ist in der japanischen, ungeprüften Patentanmeldung Nr. 137317/87 geoffenbart, die am 30. Mai 1987 hinterlegt worden ist.
Eine optische Sonde, die eine äußerst kleine Querschnittsfläche hat, enthält ein elektrooptisches Material, das einen Brechungsindex hat, der durch die Spannung eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstandes beeinflußt wird. Ein Lichtbündel mit einer vorbestimmten Polarisationskomponente wird auf das elektrooptische Material angewendet, und Änderungen der Polarisation des Lichtbündels, die durch Änderung des Brechungsindex des elektrooptischen Materials hervorgerufen werden, wird zum Messen einer Spannung erfaßt, die an einem Teil des sich unter Prüfung befindenden Gegenstandes entwikkelt worden ist. Eine solche Einrichtung ist in Fig. 1 gezeigt.
Die Spannungserfassungseinrichtung 50 umfaßt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, eine optische Sonde 52, eine Lichtquelle 53, beispielsweise eine Laserdiode, eine optische Faser 51 zum Lenken des Ausgangslichtbündels der Lichtquelle 53 durch eine Kondensatorlinse 60 zu der optischen Sonde 52, und eine Erfassungseinrichtung 55, auf die ein Bezugslichtbündel REF und ein austretender Lichtstrahl SG von der optischen Sonde 52 angewendet werden.
Die optische Sonde 52 ist aus einem elektrooptischen Material 62 eines optisch einachsigen Kristalls, wie Lithiumtantalat (LiTaO&sub3;) gebildet und hat einen Endabschnitt 63, der wie ein Kegelstumpf abgeschrägt ist. Eine leitende Elektrode 64 ist auf der äußeren, zylindrischen Wand der optischen Sonde 52 gebildet. Ein reflektierender Spiegel 65 aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm oder Metallfilm ist oben mit dem Endabschnitt 63 verbunden.
Die optische Sonde 52 enthält ferner einen Kollimator 94, Kondensatorlinsen 95 und 96, einen Polarisator 54, um einen Lichtbündel mit einer vorbestimmten Polarisationskomponente aus den Ausgangslichtbündeln des Kollimators 94 zu gewinnen, und einen Strahlteiler 56, der das Ausgangslichtsbündel des Polarisators 54 in das Bezugslichtbündel REF und ein Einfallslichtbündel IN unterteilt und ein aus dem elektrooptischen Material 62 austretendes Lichtbündel auf einen Analysator 57 anwendet. Der Bezugslichtstrahl REF und der Ausgangslichtstrahl SG werden durch die Kondensatorlinsen 95 und 96 und die optischen Fasern 58 bzw. 59 auf die Erfassungseinrichtung 55 angewendet.
Beim Betrieb wird die leitende Elektrode 64 der optischen Sonde 52 auf Massepotential gehalten. Unter dieser Bedingung wird der Endabschnitt 63 der optischen Sonde 52 nahe einem sich unter Prüfung befindenden Gegenstand angeordnet, beispielsweise einer integrierten Schaltung (nicht gezeigt).
Als ein Ergebnis wird der Brechungsindex des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62 in der optischen Sonde 52 geändert. Genauer gesagt wird bei dem optisch einachsigen Kristall der Unterschied zwischen dem Brechungsindex eines normalen Lichtstrahls und demjenigen eines anormalen Lichtstrahls in einer Ebene senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung geändert.
Das Ausgangslichtbündel der Lichtquelle 53 wird durch die Kondensatorlinse 60 und die optische Faser 51 auf den Kollimator 94 angewendet. Das Ausgangslichtbündel des Kollimators 94 wird auf den Polarisator 54 angewendet, wo er in ein Lichtbündel mit einer vorbestimmten Polarisationskomponente und einer Intensität I umgewandelt wird. Das Ausgangslichtbündel des Polarisators 54 wird durch den Strahlteiler 56 auf das elektrooptische Material 62 in der optischen Sonde 52 angewendet. Das Bezugslicht und das Eingangslicht, die durch den Strahlteiler 56 bereitgestellt werden, haben jeweils eine Intensität von 1/2.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird der Brechungsindex des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62 durch die Spannung des Gegenstands beeinflußt. Deshalb wird das Einfallslichtbündel IN, das auf das elektrooptische Material 62 angewendet wird, in der Polarisation mit dem Brechungsindex des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62 verändert und von dem reflektierenden Spiegel 65 reflektiert. Das reflektierte Lichtbündel kann als ein austretendes Lichtbündel zu dem Strahlteiler 56 fortschreiten. Die Polarisation des Einfallslichtbündels IN ändert sich proportional zu dem Unterschied des Brechungsindex zwischen dem normalen Lichtbündel und dem anormalen Lichtbündel (ein Lichtbündel, das durch das elektrooptische Material hindurchgeht, in dem die Polarisation aufgrund der Spannung des Prüfgegenstands geändert worden ist), der durch die Spannung des Prüfgegenstands bewirkt wird und einen Wert 21 hat (wo l die Länge des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62 ist).
Das austretende Lichtbündel wird auf den Analysator 57 durch den Strahlteiler 56 angewendet. Die Intensität des austretenden Lichtbündels, das auf den Analysator 57 angewendet wird, wird auf 1/4 durch den Strahlteiler 56 verringert. In dem Fall, wo der Analysator 57 ausgelegt ist, nur ein Lichtbündel durchzulassen, das eine Polarisationskomponente senkrecht zu der Polarisationskomponente des Polarisators 54 hat, wird die Intensität 1/4 des austretenden Lichtbündels, das auf den Analysator 57 angewendet wird, zu (I/4)·sin² [(π/2) V/V&sub0;)) umgewandelt (wo V die Spannung des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands und V&sub0; die Halbwellenspannung des Analysators ist).
Die Intensität (I/4)·sin²[(π/2)V/V&sub0;) des austretenden Lichtbündels SG ändert sich mit dem Brechungsindex des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62, das sich mit der Spannung des Gegenstandes ändert. Deshalb kann die Erfassungseinrichtung 55 die Spannung erfassen, die an dem vorbestimmten Teil des Prüfgegenstands, wie einem integrierten Schaltkreis geliefert wird.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird mit der Spannungserfassungseinrichtung 50, die in Fig. 1 gezeigt ist, eine Spannung, die an einem vorbestimmten Teil eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands vorhanden ist, aus der Änderung des Brechungsindex des Endabschnitts 63 des elektrooptischen Materials 62 erfaßt, die durch Anordnen des Endabschnitts 63 nahe dem vorbestimmten Teil des Gegenstands bewirkt wird. Deshalb kann in dem Fall, wo es schwierig ist, die optische Sonde in Berührung mit einem kleinen Teil eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands zu bringen, wie einem integrierten Schaltkreis, oder wo das Berühren des Prüfgegenstandes mit der optischen Sonde nachteilig die Erfassung der Spannung beeinflussen kann, die Spannung positiv mit der optischen Sonde erfaßt werden, die von dem Gegenstand beabstandet eingesetzt wird.
Wenn eine Pulslichtquelle, wie eine Laserdiode, die ein Pulslichtbündel ausgibt, das eine äußerst kleine Pulsweite hat, als die Lichtquelle 53 verwendet wird, um Hochgeschwindigkeitsspannungsänderungen bei dem sich unter Prüfung befindenden Gegenstands zu erfassen, wenn bei äußerst kurzen Zeitintervallen abgetastet wird, oder wenn eine Lichtquelle mit kontinuierlicher Welle (CW) als die Lichtquelle 53 verwendet wird, während eine Erfassungseinrichtung mit sehr schnellem Ansprechvermögen, wie eine Streifenkamera als die Erfassungseinrichtung 55 verwendet wird, so daß die Hochgeschwindigkeitsspannungsänderungen des Gegenstands mit hoher Zeitauflösung gemessen werden können, dann können die Hochgeschwindigkeitsspannungsänderungen mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Spannungserfassungseinrichtung 50 weist die optische Sonde 52 einen äußerst kleinen Querschnitt auf, und die Einrichtung 50 ist zum Messen einer Spannung vorgesehen, die nur an einem Punkt (Stelle) eines Gegenstands geliefert wird. Demgemäß muß, wenn es verlangt wird, Spannungen an mehreren Punkten eines Gegenstands zu messen, der Benutzer von Hand die optische Sonde 52 zu jedem der Punkte eines Gegenstands bewegen. Diese Bewegung der optischen Sonde von Hand ist ziemlich mühsam und zeitraubend.
Somit kann die herkömmliche Spannungserfassungseinrichtung nicht verwendet werden, Spannungen an einer Vielzahl von Stellen oder Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands gleichzeitig zu messen. Auch ist es physikalisch schwierig, die optische Sonde zu miniaturisieren, und es ist schwierig, die Raumauflösung zu verbessern und dadurch die Spannungsmeßgenauigkeit zu verbessern.
Die Druckschrift US-A-4,618,819 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen von elektrischen Signalen durch elektrooptisches Abtasten des Signals in einem elektrooptischen Kristall gemäß dem Pockel Effekt. Der Kristall wird nahe bei und in dem Streufeld einer Leitung auf einem Substrat angeordnet. Ein polarisiertes Lichtbündel geht durch einen Strahlteiler hindurch, wird durch eine Linse nahe der Oberfläche des Kristalls fokussiert und wird von einer stark reflektierenden Beschichtung auf der rückwärtigen Seite des Kristalls reflektiert, geht erneut durch die Linse, den Strahlteiler und schließlich einen Analysator hindurch, um eine Änderung des Polarisationszustandes entsprechend dem elektrischen Signal zu erfassen, das gemessen werden soll.
Die Druckschrift JP Abstract, Vol. 6, Nr. 247,07/12/82 offenbart eine Einrichtung zum Erfassen der Anschlußflächenposition eines Halbleiterchips mit Hilfe einer Kamera. Nachdem die Flächenposition gefunden worden ist, berechnet die Einrichtung die Chiplage und bewegt den Chip in eine vorbestimmte Position gemäß der vorher erfaßten Ausgangsposition.
Die Druckschrift DE-A-3 422 395 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Verdrahtungsmusters, wobei eine gedruckte Schaltung und ihr Substrat mit einem Lichtstrahl beleuchtet werden. Fluoreszierendes Licht, das von dem Substrat ausgesendet wird, wird erfaßt, um das Muster zu bestimmen. Ein Drehspiegel wird als eine Ablenkeinrichtung verwendet, um den Lichtstrahl in einer Richtung abzulenken.
Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungserfassungseinrichtung, die ohne weiteres Spannungen an einer Vielzahl von Punkten eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands erfassen kann.
Eine andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungserfassungseinrichtung, die eine verbesserte, räumliche Auflösung hat, um die Erfassung von Spannungen in einem sich unter Prüfung befindenden Gegenstand mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.
Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungserfassungseinrichtung, die gleichzeitig Spannungen bei einer Vielzahl von zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands erfassen kann.
Diese Zielsetzungen werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 3 und 7 erfüllt.
Die Art, auf die die obigen Zielsetzungen und andere Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden, wird vollständig aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung offensichtlich, wenn sie im Hinblick auf die Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Spannungserfassungseinrichtung ist, in bezug auf die die vorliegende Erfindung eine Verbesserung ist;
Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm eines Abtastverfahrens für ein elektrooptisches Material ist, das durch die Spannungserfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 4 eine Darstellung einer Abänderung der Spannungserfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine Darstellung einer Spannungserfassungseinrichtung ist;
Fig. 6 eine Darstellung einer Spannungserfassungseinrichtung ist, die eine Pulslichtquelle und eine zweidimensionale Erfassungseinrichtung verwendet;
Fig. 7 eine Darstellung einer Streifenkamera ist, wie sie bei der Spannungserfassungseinrichtung der Fig. 6 verwendet wird;
Fig. 8 eine Darstellung einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Verteilung der Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands in Überlagerung mit dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands anzeigt;
Fig. 9(a) und 9(b) erläuternde Diagramme sind, die die Verteilungen von zu unterschiedlichen Abtastzeiten erfaßten Spannungen zeigen, wie sie durch die Spannungserfassungseinrichtung der Fig. 8 angezeigt werden;
Fig. 10 eine Darstellung einer noch anderen Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine Darstellung einer noch anderen Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 eine Darstellung einer noch anderen Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 13 eine Darstellung einer noch anderen Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In einer Spannungserfassungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen ist, kann ein elektrooptisches Material angeordnet werden, um eine Vielzahl von Teilen oder Stellen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstandes zu überdecken, um die Spannungen an diesen Teilen oder Stellen zu erfassen. Ein von einer Lichtquelle ausgesendeter Lichtstrahl wird gleichförmig als paralle Lichtstrahlen auf Teile oder Stellen des elektrooptischen Materials angewendet, die lagemäßig der Vielzahl zweidimensionaler Teile oder Stellen des Gegenstands entsprechen, und Änderungen der Polarisation der von den zweidimensionalen Teilen des elektrooptischen Materials austretenden Lichtstrahlen werden mit einer Erfassungseinrichtung erfaßt.
Eine Spannungserfassungseinrichtung, die gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung geschaffen ist, umfaßt eine Beobachtungslichtquelle, um ein Lichtbündel auszugeben, das eine von der oben beschriebenen Lichtquelle (Pulslichtquelle) unterschiedliche Wellenlänge zur Verwendung beim Beobachten eines Verdrahtungsmusters des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands hat. Eine Schalteinrichtung wendet eines der Lichtbündel, die von der Beobachtungslichtquelle und der Pulslichtquelle abgegeben werden, auf das elektrooptische Material an, und wenn das Verdrahtungsmuster des Gegenstands beobachtet wird, stellt eine Phasenausgleichseinrichtung die Phase der austretenden Lichtstrahlen so ein, daß sie von derjenigen unterschiedlich ist, die geliefert wird, wenn Änderungen der Polarisation der austretenden Lichtstrahlen erfaßt werden. Eine Anzeigeeinrichtung zeigt die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands, die aus den Änderungen der Polarisation der austretenden Lichtstrahlen gemessen werden, in Überlagerung mit dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands an, der mit der Erfassungseinrichtung beobachtet wird, und eine veränderbare Verzögerungseinrichtung verschiebt den Anwendungszeitpunkt des Lichtbündels von der Pulslichtquelle auf das elektrooptische Material, um mit einem Abtastmodus die Änderung der Spannungen zu messen, die an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands geliefert werden.
Bei der Spannungserfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung wird das elektrooptische Material zuerst angeordnet, eine Vielzahl von Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands zu überdecken, dessen Spannungen erfaßt werben sollen, und das elektrooptische Material wird mit einem Lichtbündel derart abgetastet, daß das Lichtbündel auf die Teile des elektrooptischen Materials angewendet wird, die lagemäßig der Vielzahl von Teilen des Gegenstands entsprechen. Der Abtastvorgang des elektrooptischen Materials kann erreicht werden, indem das Lichtbündel mit bewegbaren Spiegeln oder akustooptischen Ablenkeinrichtungen abgelenkt wird, oder indem das elektrooptische Material und der Gegenstand bewegt werden. Die Spannungen der Vielzahl von Teilen des Gegenstands können ohne weiteres aus den Änderungen der Polarisation der Lichtbündel erfaßt werden, die aus den Teilen des elektrooptischen Materials austretenden. Ferner kann das Lichtbündel auf das elektrooptische Material angewendet werden, während er darauf fokussiert wird. Deshalb liefert die Einrichtung der Erfindung eine hohe räumliche Auflösung und kann Spannungen mit großer Genauigkeit erfassen.
Das Ausgangslichtbündel der Lichtquelle kann auch mittels einer Mikrolinsen-Vielfachanordnung, einer holographischen Linse oder eines räumlichen Lichtmodulators als Einfallslichtstrahlen, die in einem erwünschten Muster angeordnet sind, auf die Teile des elektrooptischen Materials angewendet werden, die lagemäßig den vorbestimmten Teilen des Gegenstands entsprechend. Bei diesem Vorgang haben sich die Brechungsindizes der Teile des elektrooptischen Materials durch die Spannungen geändert, die an den entsprechenden Teilen des Gegenstands vorliegen. Deshalb werden die Einfallslichtstrahlen, die auf die Teile des elektrooptischen Materials angewendet worden sind, in ihrer Polarisation durch die Änderungen des Brechungsindex der Teile des elektrooptischen Materials geändert, und werden als austretende Lichtstrahlen von dem elektrooptischen Material ausgegeben. Diese austretenden Lichtstrahlen werden auf die Erfassungseinrichtung angewendet, wie eine zweidimensionale Fotoerfassungseinrichtung oder eine Streifenkamera, und die Spannungen, die an den vorbestimmten Teilen, wie zweidimensionalen Teilen des Gegenstands geliefert werden, können gleichzeitig mit der Erfassungseinrichtung erfaßt werden.
Als ein weiterer Gesichtspunkt der Spannungserfassungseinrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, werden Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands geliefert werden, in Überlagerung mit dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands angezeigt. Für diesen Zweck wird, um das Verdrahtungsmuster des Gegenstands zu beobachten, eine Umschalteinrichtung so betrieben, daß das Ausgangslichtbündel von der Beobachtungslichtquelle auf das elektrooptische Material angewendet wird, und die Phase der austretenden Lichtstrahlen wird zur Beobachtung durch die Phasenausgleichseinrichtung eingestellt. Als ein Ergebnis wird das Lichtbündel von der Beobachtungslichtquelle als parallele Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material angewendet. Die parallelen Lichtstrahlen erreichen die Oberfläche des Gegenstands durch das elektrooptische Material hindurch. Ein dielektrischer Mehrschichtfilmspiegel, der das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle stärker als das Ausgangslichtbündel der Beobachtungslichtquelle reflektiert, ist an der Bodenoberfläche des elektrooptischen Materials ausgebildet. Einige der parallelen Lichtstrahlen, die auf die Oberfläche des Gegenstands angewendet werden, werden von dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands reflektiert und als austretende Lichtstrahlen von dem elektrooptischen Material ausgegeben. Die von dem elektrooptischen Material austretenden Lichtstrahlen werden durch die Phasenausgleichseinrichtung auf die zweidimensionale Erfassungseinrichtung angewendet, wo sie als sichtbare Bilddaten des Verdrahtungsmusters des Gegenstands erfaßt werden.
Nachdem die sichtbaren Bilddaten des Verdrahtungsmusters des Gegenstands auf diese Weise erfaßt worden sind, um die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands zu erfassen, wird die Umschalteinrichtung betätigt, so daß das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle auf das elektrooptische Material angewendet wird, und die Phase der austretenden Lichtstrahlen wird zur Spannungserfassung durch die Phasenausgleichseinrichtung eingestellt. In diesem Fall muß die Arbeitsweise für den Gegenstand synchron zu dem Pulslichtbündel sein. Als ein Ergebnis werden die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands zu einem Abtastzeitpunkt erfaßt. Dann zeigt die Anzeigeeinrichtung auf eine Anzeigeeinheit oder ähnlichem das Verdrahtungsmuster des Gegenstands an, das durch die Erfassungseinrichtung erfaßt worden ist, und zeigt ferner die Spannungen des zu dem einem Abtastzeitpunkt gemessenen Gegenstands in Überlagerung mit dem Verdrahtungsmuster des derart angezeigten Gegenstands an. Dann wird das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle kurz durch die veränderbare Verzögerungseinrichtung verzögert, so daß die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands zu dem Zeitpunkt erfaßt werden, der etwas nach dem vorhergehenden Abtastzeitpunkt auftritt, und werden durch die Anzeigeeinrichtung angezeigt. Somit können die Änderungen der Spannung an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands auf dem Anzeigeschirm derart beobachtet werden, daß sie dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands überlagert sind.
In der Spannungserfassungseinrichtung 1, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein elektrooptisches Material 2 nahe bei oder in Berührung mit einem sich unter Prüfung befindenden Gegenstand 3 gehalten, beispielsweise einer integrierten Schaltung. Das elektrooptische Material 2 ist wie eine Platte oder ein Prisma geformt und sein Querschnitt ist viel größer als der Querschnitt des elektrooptischen Materials 62 in der optischen Sonde 52 der Spannungserfassungseinrichtung 50, die in Fig. 1 gezeigt ist. Somit ist das Material 2 groß genug, um eine Vielzahl von Meßpunkten an dem Gegenstand 3 zu überdecken. Ein reflektierendem Spiegel 8 aus Metall oder einem dielektrischen Mehrschichtfilm ist auf der Unterseite des elektrooptischen Materials 2 gebildet. In dem Fall, wo der reflektierende Spiegel 8 ein Metallfilm ist, sollte die Messung durchgeführt werden, wobei der reflektierende Spiegel von dem Gegenstand 3 beabstandet ist, oder mit einem Isoliermaterial (nicht gezeigt), das zwischen dem reflektierenden Spiegel und dem Gegenstand 3 eingefügt ist.
Die Spannungserfassungseinrichtung 1 enthält eine Lichtquelle 53, einen Polarisator 4 zum Gewinnen eines Lichtbündels mit einer vorbestimmten Polarisationskomponente aus dem Ausgangslicht der Lichtquelle 53, zwei bewegbare Spiegel 5 und 6 zum Lenken des gewonnenen, polarisierten Lichtbündels und einen Strahlteiler 7, um das Lichtbündel auf das elektrooptische Material 2 als ein Einfallslichtbündel anzuwenden und um ein austretendes Lichtbündel von dem elektrooptischen Material 2 zu teilen. Die Einrichtung enthält auch einen Analysator 9 zum Gewinnen eines Lichtbündels, das eine vorbestimmte Polarisationskomponente hat, aus dem austretenden Lichtbündel, das von dem Strahlteiler 7 reflektiert und in seiner Polarisation geändert worden ist, und eine Erfassungseinrichtung 10, auf die ein austretendes Lichtbündel von dem Analysator 9 angewendet wird.
In dem Fall, wo die Lichtquelle 53 eine Pulslichtquelle ist, wird ein fotoelektrisches Umwandlungselement als die Erfassungseinrichtung 10 verwendet, um die Intensität des aus dem elektrooptischen Materials 2 austretenden Lichtbündels abzutasten, um die Spannung des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands zu erfassen. In dem Fall, wo eine kontinuierliche Lichtquelle CW als die Lichtquelle 53 verwendet wird, wird eine Hochgeschwindigkeitsansprecherfassungseinrichtung' wie eine Streifenkamera zum Beobachten der Intensität des austretenden Lichtstrahls als ein Streifenbild als Erfassungseinrichtung 10 verwendet.
Der Ausgang der Erfassungseinrichtung 10 wird an einen Computer 11 gegeben, wo er verarbeitet wird, wie es gefordert wird. Der Ausgang des Computers 11 wird in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert und wird dann auf einer Anzeigeeinheit 12 am Ende des Spannungserfassungsvorgangs angezeigt.
In der oben beschriebenen Spannungserfassungseinrichtung ist das elektrooptische Material 2 groß genug, eine Vielzahl von Meßpunkten (Stellen) auf dem Gegenstand 3 zu überdecken. Um der Reihe nach Spannungen zu erfassen, die an der Vielzahl von Meßpunkten auf dem Gegenstand 3 bereitgestellt werden, kann das Einfallslichtbündel das elektrooptische Material 2 in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse abtasten, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, während es auf den Gegenstand fokussiert ist.
Der bewegbare Spiegel ist vorgesehen, das elektrooptische Material 2 in Richtung der X-Achse abzutasten, und der bewegbare Spiegel 6 ist vorgesehen, das elektrooptische Material 2 in Richtung der Y-Achse abzutasten. Genauer gesagt werden, wenn durch den Computer 11 bestimmt worden ist, daß eine Spannung an einem Meßpunkt an dem Gegenstand 3 erfaßt worden ist, die bewegbaren Spiegel 5 und 6 durch eine Ansteuerschaltung 13 und der Steuerung des Computers 11 so bewegt, daß das Einfallslichtbündel das elektrooptische Material in Richtung der X-Achse und in Richtung der ?-Achse abtastet.
Es wird angenommen, daß zuerst die bewegbaren Spiegel 5 und 6 so positioniert sind, daß das Einfallslichtbündel auf einen Punkt (x&sub1;, y&sub1;) auf dem elektrooptischen Material angewendet wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Brechungsindex des Teils des elektrooptischen Materials 2, der dem Punkt (x&sub1;, y&sub1;) entspricht, wird durch die Spannung des Gegenstands geändert, die unmittelbar unter dem Punkt (x&sub1;, y&sub1;) entwickelt wird. Deshalb wird daser einfallende Lichtbündel, daser auf den Punkt (x&sub1;, y&sub1;) angewendet wird, in seiner Polarisation gemäß der Änderung des Brechungsindex geändert, und wird dann durch den reflektierendem Spiegel 8 so reflektiert, daß es als von dem elektrooptischen Material 2 austretendes Licht auf den Strahlteiler 7 angewendet wird. Daser Lichtbündelstrahl wird ferner durch den Analysator 9 hindurch auf die Erfassungseinrichtung 10 angewendet. Die Erfassungseinrichtung 10 erfaßt eine Spannung, die an dem Teil des Gegenstands 3 geliefert wird, der sich unmittelbar unterhalb des Punkts (x&sub1;, y&sub1;) an dem elektrooptischen Material 2 befindet, und schickt den Spannungswert zu dem Computer 11. In dem Computer 11 wird der Spannungswert verarbeitet und in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert.
Um eine Spannung zu erfassen, die an dem Teil des Gegenstands 3 geliefert wird, der sich unmittelbar unterhalb des nächstens Abtastpunkts auf dem elektrooptischen Material 2 befindet, steuert der Computer 11 die Ansteuerschaltung 13, um die Position des bewegbaren Spiegels 5 zu ändern. Als ein Ergebnis wird der bewegbare Spiegel 5 in Richtung der X-Achse so bewegt, daß daser einfallende Lichtbündelstrahl auf den nächsten Abtastpunkt auf dem elektrooptischen Material 2 angewendet wird, und der Spannungserfassungsvorgang wird in derselben Weise ausgeführt.
Der bewegbare Spiegel 5 wird weiter erneut in Richtung X- Achse positioniert, bis daser einfallende Lichtbündelstrahl auf einen Punkt (x&sub1;, y&sub1;) auf dem elektrooptischen Material 2 angewendet wird. Wenn eine Spannung, die an dem Teil des Gegenstands 3 entwickelt worden ist, der sich unmittelbar unterhalb des Punkts (x&sub1;, y&sub1;) befindet, erfaßt wird, steuert der Computer 11 die Ansteuerschaltung 13, die Positionen der bewegbaren Spiegel 5 und 6 so zu ändern, daß das elektrooptische Material 2 in Richtung der X-Achse in einer Position y&sub2; auf der Y-Achse abgetastet wird. Als ein Ergebnis wird der bewegbare Spiegel 6 positioniert, das einfallende Lichtbündel an der Position y&sub2; zu halten, und der bewegbare Spiegel 5 wird bewegt, mit dem einfallenden Lichtbündel an Positionen x&sub1; bis xn aufeinanderfolgend abzutasten. Der Spannungserfassungsvorgang wird in derselben Weise für die Positionen (x&sub1;, y&sub2;) bis (xn, y&sub2;) durchgeführt.
Der Spiegel 6 wird gegebenenfalls bewegt, das einfallenden Lichtbündel an einer Position ym auf der Y-Achse zu halten, und der Spiegel 5 tastet mit dem einfallenden Lichtstrahl durch die Positionen x&sub1; bis xn aufeinanderfolgend ab, so daß Spannungen, die an den Teilen des Gegenstands entwickelt worden sind, die sich unmittelbar unterhalb der Punkte (x&sub1;, ym) bis (xn, ym) auf dem elektrooptischen Material 2 befinden, erfaßt worden sind. Somit können die Spannung an einer Vielzahl von Teilen des Gegenstands erfaßt werden. Am Ende der Spannungserfassung werden die erfaßten Spannungspegel in dem Speicher des Computers 11 gespeichert, um später auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt zu werden. Es ist aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, daß bei dem ersten Beispiel der Spannungserfassungseinrichtung der Erfindung das elektrooptische Material 2 festgehalten wird, wenn es mit dem Lichtbündel abgetastet wird, so daß die Spannungen, die an einer Anzahl von Teilen des Gegenstands entwickelt werden, erfaßt werden.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Spannungserfassungseinrichtung 1, die in Fig. 2 gezeigt ist. In der Spannungserfassungseinrichtung 20, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist wie bei der Spannungserfassungseinrichtung 1 der Fig. 2 das elektrooptische Material 2 ortsfest; jedoch sollte angemerkt werden, daß die Einrichtung 20 von der Einrichtung 1 dahingehend verschieden ist, daß die Einrichtung 20 akustooptische Ablenkeinrichtungen 21 und 22 statt der bewegbaren Spiegel 5 und 6 (Fig. 2) verwendet. Die akustooptischen Ablenkeinrichtungen 21 und 22 werden von einer Ansteuerschaltung 23 angesteuert, die von einem Computer 11 gesteuert wird, um den Lichtstrahl in Richtung der X-Achse bzw. in Richtung a-Achse abzulenken.
Wie bei der Spannungserfassungseinrichtung 1, die in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Lichtbündel veranlaßt, das elektrooptische Material 2 in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse abzutasten, während es darauf fokussiert wird, daß Spannungen erfaßt werden, die an einer Anzahl von Teilen sich eines unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 bereitgestellt werden.
Fig. 5 ist ein erläuterndes Diagramm, daß die Anordnung der Spannungserfassungseinrichtung zeigt. In Fig. 5 sind die Teile, die vorhergehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 beschrieben worden sind, in gleicher Weise bezeichnet. In der Spannungserfassungseinrichtung der Fig. 5 wird das Ausgangslichtbündel der Lichtquelle 53 nicht abgelenkt; statt dessen werden das elektrooptische Material 2 und der sich unter Prüfung befindende Gegenstand 3 in Richtung der X- Achse und in Richtung der Y-Achse so bewegt, daß das elektrooptische Material 2 mit dem Lichtbündel abgetastet wird. Das heißt, die Spannungserfassungseinrichtung der Fig. 5 verwendet keinen der bewegbaren Spiegel 5 und 6 oder die akustooptischen Ablenkeinrichtungen 21 und 22. Statt dessen treibt die Ansteuerschaltung 31, die von dem Computer 11 gesteuert wird, Motoren für die Tische 32 und 33, die den sich unter Prüfung befindenden Gegenstand 3 jeweils in Richtung X-Achse und in Richtung der Y-Achse bewegen.
In der Spannungserfassungseinrichtung 30 werden das elektrooptische Material 2 und der Gegenstand 3 in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse so bewegt, daß Spannungen, die an einer Anzahl von Teilen des Gegenstands 3 erzeugt worden sind, nacheinander erfaßt werden. Bei der oben beschriebenen Spannungserfassungseinrichtung 30 werden sowohl das elektrooptische Material als auch der Gegenstand 3 bewegt; jedoch kann dieselbe Wirkung erreicht werden, indem nur der Gegenstand 3 bewegt wird.
Wie es oben beschrieben worden ist, wird bei der ersten Ausführungsform der Spannungserfassungseinrichtung der Erfindung das Lichtbündel auf das elektrooptische Material angewendet, während es auf dieses fokussiert ist, und das Lichtbündel mittels der bewegbaren Spiegel 5 und 6 oder der akustooptischen Ablenkeinrichtung 21 und 22 so abgelenkt daß das elektrooptische Material 2 mit dem Lichtbündel abgetastet wird, um die Spannungen an einer Vielzahl von Teilen des Gegenstands 3 zu erfassen.
Bei den oben beschriebenen Spannungserfassungseinrichtungen wird das elektrooptische Material in seiner Gesamtheit in Richtung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse abgetastet. In dem Fall jedoch, wo die Teile eines Gegenstands 3, der abgetastet werden soll, um die Spannungen zu bestimmen, vorbestimmt sind, kann das folgende Verfahren verwendet werden: die Positionen der Teile des Gegenstands 3 werden in dem Speicher in dem Computer 11 im voraus gespeichert, und das Lichtbündel wird auf die Teile des elektrooptischen Materials 2 angewendet, die den gespeicherten Teilen des Gegenstands 3 entsprechen.
Die an einer Vielzahl von Teilen des Gegenstands gelieferten Spannungen können auch mit höherer Genauigkeit unter Verwendung des folgenden Verfahrens erfaßt werden. Das Lichtbündel von der Lichtquelle 53 wird, nachdem es von dem Strahlteiler 7 reflektiert worden ist, als ein Bezugslichtbündel von einer Fotoerfassungseinrichtung empfangen und in eine Spannung umgewandelt. Die Spannung wird in dem Computer 11 gespeichert und mit einem Signal verglichen, das von einem aus dem elektrooptischen Material austretenden Lichtbündel geliefert wird, um Intensitätsschwankungen der Lichtquelle 33 zu korrigieren.
Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung einer Spannungserfassungseinrichtung zeigt.
Wie es oben beschrieben worden ist, enthält die Spannungserfassungseinrichtung 1 ein elektrooptisches Material 2, das nahe bei oder in Berührung mit einem sich unter Messung befindenden Gegenstand 3 gehalten wird. Das elektrooptische Material 2 ist groß genug, eine Vielzahl von zweidimensionalen Teilen (oder Punkten) des Gegenstands 3 zu überdecken. Ein reflektierendem Spiegel 8, der aus Metall oder einem dielektrischen Mehrschichtfilm hergestellt ist, ist auf der Unterfläche des elektrooptischen Materials 2 gebildet.
Die Spannungserfassungseinrichtung 1 umfaßt ferner eine Pulslichtquelle 104 zum Aussenden eines Lichtbündels mit einer äußerst kurzen Pulsweite, eine veränderbare Verzögerungseinrichtung 105, um veränderbar das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 zu verzögern, ein optisches Vergrößerungssystem 106, um zweidimensional das durch die veränderbare Verzögerungseinrichtung verzögerte Lichtbündel zu allelen Lichtstrahlen zu vergrößeren, und einen Polarisator 107, um von den parallelen Lichtstrahlen eine vorbestimmte Polarisationskomponente zu gewinnen. Ein Strahlteiler 110 wendet die parallelen Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 an und wendet einen Teil des Lichtbündels auf das optische Bilderzeugungssystem 109 zur Spannungserfassung an. Licht, das von dem reflektierenden Spiegel 8 reflektiert wird, der auf der Unterfläche des elektrooptischen Materials 2 gebildet ist, geht durch das optische Bilderzeugungssystem 109 zu einer Phasenausgleichseinrichtung 111 hindurch, um die Phase eines aus dem optischen Bilderzeugungssystem 109 austretenden Lichtbündels einzustellen. Ein Analysator 112 überträgt nur ein Lichtbündel, das eine vorbestimmte Polarisationskomponente hat, die aus dem austretenden Lichtbündel ausgewählt worden ist, das durch die Phasenausgleichseinrichtung 111 phasenmäßig eingestellt worden ist. Eine Erfassungseinrichtung 113 empfängt das von dem Analysator 112 austretende Lichtbündel.
Wie es oben beschrieben worden ist, werden die parallelen Lichtstrahlen, die auf das elektrooptische Material 2 angewendet worden sind, zweidimensional mittels des optischen Vergrößerungssystems 106 aufgeweitet. Das heißt, sie werden mit gleichförmiger Verteilung auf das elektrooptische Material 2 angewendet, und das elektrooptische Material 2 ist groß genug, eine Vielzahl von zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 zu überdecken. Die parallelen Lichtstrahlen, die auf das elektrooptische Material 2 mit gleichförmiger Verteilung angewendet werden, werden in ihrer Polarisation mit den Änderungen der Brechungsindizes der zweidimensionalen Teilen des elektrooptischen Materials 2 geändert, die lagemäßig den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 entsprechen. Die reflektierten, parallelen Lichtstrahlen treten als Lichtstrahlen (im folgenden "ein austretendes Lichtbündel" genannte, wenn anwendbar) aus dem elektrooptischen Material 2 aus. Das heißt die aus dem elektrooptischen Material 2 austretenden Lichtstrahlen weisen die gleiche Verteilungsfläche wie die einfallenden, parallelen Lichtstrahlen (nachfolgend als "ein paralleles Lichtbündel" bezeichnet, wenn anwendbar) auf, und die Änderungen der Polarisation der Teile des elektrooptischen Materials 2 stellen die Spannungen der jeweiligen zweidimensionalen Teile des Gegenstands 3 dar.
Die Phasenausgleichseinrichtung 111 stellt die Phase der austretenden Lichtbündel ein, damit die Polarisationskomponente des austretenden Lichtbündels, die durch den Analysator 112 gewonnen worden ist, einen vorbestimmten Winkel mit der Polarisationskomponente des parallelen Lichtbündels bilden kann, das durch den Polarisator 107 gewonnen worden ist. Beispielsweise kann die Phasenausgleichseinrichtung 111 die Polarisationskomponente des austretenden Lichtbündels, das durch den Analysator 112 gewonnen worden ist, parallel oder senkrecht zu derjenigen des parallelen Lichtbündels machen, das durch den Polarisator 107 gewonnen worden ist.
Die Erfassungseinrichtung 113 ist eine zweidimensionale Erfassungseinrichtung, wie eine Kamera mit ladungsgekoppelten Einrichtungen CCD, eine Fotodiodenvielfachanordnung oder eine Vidikonkamera.
Die Erfassungseinrichtung 113 erfaßt die Intensität eines von dem Analysator 112 austretenden Lichtbündels, so daß Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 geliefert werden, gleichzeitig aus den Änderungen des Brechungsindex der entsprechenden Teile des elektrooptischen Materials 2 erfaßt werden.
In dem Fall, wo die Pulslichtquelle 104 und die zweidimensionale Erfassungseinrichtung 113 in Kombination verwendet werden, müssen Spannungen an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 periodisch synchron mit dem Lichtpuls geändert werden. Das von der Pulslichtquelle 104 ausgesendete Lichtbündel wird durch den Strahlteiler 117 in zwei Teile aufgeteilt; einer der zwei Teile wird auf die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 zum Zweck einer Abtastmessung angewendet, wohingegen der andere auf eine Erfassungseinrichtung 118 angewendet wird, wo er einer fotoelektrischen Umwandlung ausgesetzt wird.
Das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung 118 wird über eine Auslöseschaltung 119 einer Ansteuerschaltung 129 zugeführt, so daß der sich unter Prüfung befindende Gegenstand 3 periodisch synchron zu dem Lichtpuls betrieben wird. Das heißt Spannungen, die sich wiederholt ändern, werden durch Abtasten erfaßt. Dieser Abtastvorgang wird durchgeführt, indem nach und nach die Verzögerung des Ausgangslichtbündels der Pulslichtquelle 104 mit der veränderbaren Verzögerungseinrichtung 105 verzögert wird, die von einem Computer 114 gesteuert wird. Die Spannungen an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 werden durch die Erfassungseinrichtung 113 mit vorbestimmter Zeitgabe erfaßt und dann durch den Computer 114 verarbeitet. Die Werte der derart verarbeiteten Spannungen werden in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert. Gleichzeitig steuert der Computer 114 die Ansteuerschaltung 115, um die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 anzusteuern, das Lichtbündel von der Pulslichtquelle 104 zu verzögern, wodurch der Abtastzeitpunkt etwas verschoben wird. Somit können die Änderungen der Spannungen an den zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 erfaßt werden.
In der derart ausgebildeten Spannungserfassungseinrichtung 1 wird zuerst die Phasenausgleichseinrichtung 111 so eingestellt, daß die Polarisationskomponente der austretenden, durch den Analysator gewonnenen Lichtstrahlen senkrecht zu der Polarisationskomponente der durch den Polarisator 107 gewonnenen, parallelen Lichtstrahlen ist. Deshalb gehen wenn die aus dem elektrooptischen Material 2 austretenden Lichtstrahlen die gleiche Polarisation wie die parallelen Lichtstrahlen haben, die auf das elektrooptische Material 2 (wenn keine Spannung an das elektrooptische Material 2 angelegt wird) angewendet werden, keine austretenden Lichtstrahlen durch den Analysator 112 hindurch. Nachdem die Phasenausgleichseinrichtung 111 in dieser Weise eingestellt worden ist, werden Spannungen an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands erfaßt.
Wie es oben beschrieben worden ist, ist das elektrooptische Material 2 groß genug, die zweidimensionalen Teile des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 zu überdecken. Deshalb werden die Brechungsindizes der örtlichen Teile des elektrooptischen Materials 2, die lagemäßig den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 entsprechen, durch die Spannungen geändert, die an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 geliefert werden. Demgemäß werden die parallelen Lichtstrahlen, die gleichförmig auf das elektrooptische Material 2 angewendet werden, in ihrer Polarisation durch Änderungen des Brechungsindex der zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials 2 geändert, die den zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 entsprechen, und werden als austretende Lichtstrahlen von dem elektrooptischen Material 2 abgegeben.
Die austretenden Lichtstrahlen werden durch den Strahlteiler 110 und das optische Bilderzeugungssystem 109 auf die Phasenausgleichseinrichtung 111 angewendet, wo sie einer Phaseneinstellung unterzogen werden. Die derart behandelten, austretenden Lichtstrahlen werden auf den Analysator 112 angewendet. Die Phasenausgleichseinrichtung 111 wird so eingestellt, daß der Analysator 112 nur das Lichtbündel hindurchläßt, dessen Polarisationskomponente senkrecht zu der Polarisationskomponente des Polarisators 107 ist. Deshalb erhalten die austretenden Lichtstrahlen, die auf den Analysator 112 angewendet werden, durch den Analysator 112 eine zu sin²[(π/2)·V&ijlig;/V&sub0;) proportionale Intensität, und werden dann auf die Erfassungseinrichtung 113 angewendet. In dem Ausdruck ist V&ijlig; die Spannung, die an der zweidimensionalen Position eines Teiles des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 entwickelt hat, V&sub0; ist die Halbwellenspannung, die an dem Teil geliefert wird.
Wie es aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, werden die austretenden Lichtstrahlen durch die Änderungen des Brechungsindex der zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials 2 beeinflußt, die durch die Änderungen der Spannung der entsprechenden zweidimensionalen Teile des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 hervorgerufen werden. Demgemäß können Spannungen, die an den zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 bereitgestellt werden, gleichzeitig durch die Erfassungseinrichtung 113 erfaßt werden.
Wenn die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands 3 durch die Erfassungseinrichtung 113 erfaßt werden, werden die Ergebnisse der Erfassung im Speicher des Computers 114 gespeichert. Um Spannungen mit der folgenden Zeitgabe zu erfassen, steuert der Computer 114 die Ansteuerschaltung 115, um die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 anzusteuern, was zum Ergebnis hat, daß das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 verzögert wird, wie es verlangt wird. Das heißt, der Abtastzeitpunkt wird etwas verschoben und der Spannungserfassungsvorgang wird in derselben Weise durchgeführt. Die Änderungen der Spannung der Teile der Gegenstände 3 werden mit dem Abtastmodus gemessen, wie es oben beschrieben worden ist. Die Meßergebnisse werden in dem Speicher in dem Computer 114 gespeichert. Wenn die Messung während einer gewissen Zeitdauer ausgeführt wird, veranlaßt der Computer 114 die Anzeigeeinheit 116, die Meßergebnisse anzuzeigen. Somit wird der Spannungserfassungsvorgang der Einrichtung abgeschlossen.
In der Spannungserfassungseinrichtung 1 der Fig. 6 werden die Pulslichtquelle 104 und die zweidimensionale Erfassungseinrichtung 113, wie eine Kamera mit ladungsgekoppelten Einrichtungen CCD, eine Fotodiodenvielfachanordnung oder eine Vidikonkamera in Kombination verwendet, um die Spannungen durch Abtasten zu erfassen, die sich periodisch an den zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 ändern. Jedoch kann die Spannungserfassungseinrichtung 1 die Spannung nicht erfassen, die sich nicht periodisch ändert.
Fig. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Teils einer Spannungserfassungseinrichtung darstellt, die eine Streifenkamera verwendet, um Spannungen an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands zu erfassen.
In der Spannungserfassungseinrichtung 120 der Fig. 7 wird statt der zweidimensionalen Erfassungseinrichtung 113 (Fig. 6) ein Bündel optischer Fasern 121 vorgesehen, um die austretenden Lichtstrahlen zu leiten, die durch die Phasenausgleichseinrichtung 111 und den Analysator 112 hindurchgegangen sind. Eine Streifenkamera 112 empfängt die geführten, austretenden Lichtstrahlen aus dem optischen Faserbündel 121. Die Einrichtung 120 der Fig. 7 kann eine Lichtquelle (nicht gezeigt), wie eine Pulslichtquelle oder eine kontinuierliche Lichtquelle enthalten.
Wie es aus der Fig. 7 offensichtlich ist, überträgt das optische Faserbündel die zweidimensionale Anordnung der austretenden Lichtstrahlen in eine eindimensionale Anordnung, wenn die austretenden Lichtstrahlen auf einen linearen Schlitz 12 der Streifenkamera 121 angewendet werden.
In der Spannungserfassungseinrichtung 120 werden, nachdem die Phasenkompensationseinrichtung 111 eingestellt worden ist, wie in dem Fall der Spannungserfassungseinrichtung l der Fig. 6, die parallelen Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 durch die Pulslichtquelle oder die kontinuierliche Lichtquelle angewendet, und die Lichtstrahlen, die aus dem elektrooptischen Material 2 austreten und durch die Phasenausgleichseinrichtung 111 und den Analysator 112 hindurchgehen, werden auf das optische Faserbündel 121 angewendet. Wie oben beschrieben worden ist, ist das optische Faserbündel 121 an dem Schlitz 123 der Schlitzkamera 122 eindimensional (oder in einer Linie) angeordnet. Deshalb werden die Spannungsdaten der zweidimensionalen Teile des Gegenstands 3, die eindimensional angeordnet sind, mit hoher Zeitauflösung durch die Streifenkamera 122 erfaßt. In dem Fall, wo die Spannungserfassungseinrichtung eine Streifenkamera verwendet, ist es unnötig, die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 zu verwenden, und selbst eine einzelne oder nicht wiederholbare Änderung der Spannung des Gegenstands kann erfaßt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden nur Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands geliefert werden, erfaßt und auf der Anzeigeeinrichtung 116 angezeigt. Andererseits wäre es für den Benutzer bequem, wenn das Verdrahtungsmuster eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 (wie eine integrierte Schaltung) erfaßt wird, und Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen des Gegenstands geliefert werden, in Kombination mit dem erfaßten Verdrahtungsmuster angezeigt würden.
Fig. 8 ist ein erläuterndes Diagramm einer Spannungserfassungseinrichtung, die Spannungen von zweidimensionalen Teilen eines Gegenstands in Kombination mit deren Verdrahtung anzeigen kann. In Fig. 8 sind die Teile, die funktional jenen entsprechen, die bereits unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben worden sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In der Spannungserfassungseinrichtung 30 der Fig. 8 ist zusätzlich zu der Pulslichtquelle 104 eine Beobachtungslichtquelle 131, die ein Pulslichtbündel oder ein durchgehendes Lichtbündel ausgibt, vorgesehen, um das Verdrahtungsmuster des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 zu beobachten. Der von der Beobachtungslichtquelle 131 ausgegebene Lichtstrahl ist von unterschiedlicher Wellenlänge gegenüber dem von der Pulslichtquelle ausgegebenen; das heißt, das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 wird von einem dielektrischen Mehrschichtfilmspiegel 132 reflektiert, der auf der Unterseite des elektrooptischen Materials 2 gebildet ist. Das Ausgangslichtbündel der Beobachtungslichtquelle 131 wird durch den dielektrischen Mehrschichtfilmspiegel zu dem Gegenstand 3 übertragen.
Ein erwünschtes der Lichtbündel, die von den Lichtquellen 104 und 131 ausgesendet werden, wird durch den Umschalter 133 unter Steuerung durch den Computer 114 ausgewählt. Bei der Beobachtung des Verdrahtungsmusters des Gegenstands 3 wählt der Umschalter 133 das Lichtbündel aus, das von der Beobachtungslichtquelle 131 ausgegeben wird, so daß es durch das elektrooptische Material 2 hindurch auf den sich unter Prüfung befindenden Gegenstand 3 angewendet wird. Beim Erfassen der Spannungen, die an den zweidimensionalen Teilen (oder Punkten) des Gegenstands 3 geliefert werden, wählt der Umschalter 133 das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 aus, so daß es auf das elektrooptische Material 2 angewendet wird.
Die Phasenausgleichseinrichtung 111 wird durch den Computer 114 gesteuert. Genauer gesagt wird beim Beobachten des Verdrahtungsmusters des Gegenstands 3 die Phasenausgleichseinrichtung 111 so eingestellt, daß der Analysator 112 das austretende Lichtbündel überträgt, das die gleiche Polarisationskomponente wie diejenige des Polarisators 107 hat. Beim Erfassen der Spannungen, die an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 bereitgestellt werden, wird die Phasenausgleichseinrichtung 111 so eingestellt, daß der Analysator 112 das austretende Lichtbündel überträgt, dessen Polarisationskomponente senkrecht zu der des Polarisators 107 ist.
Bei der derart ausgestalteten Spannungserfassungseinrichtung 30 steuert, um das Verdrahtungsmuster des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 zu beobachten, der Computer 114 den Umschalter 133, den Ausgangslichtstrahl der Beobachtungslichtquelle 131 in der Form von parallelen Lichtstrahlen auf die Oberfläche des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 anzuwenden, und stellt die Phasenausgleichseinrichtung 111 so ein, daß der Analysator 112 das austretende Lichtbündel überträgt, das die gleiche Polarisationskomponente wie diejenige des Polarisators 107 hat.
Als ein Ergebnis wird das Ausgangslichtbündel der Beobachtungslichtquelle 131 durch die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105, das optische Vergrößerungssystem 106, den Polarisator 107 und den Strahlteiler 110 als parallele Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 und durch den dielektrischen Mehrschichtfilmspiegel 132 hindurch auf die Oberfläche des Gegenstands 3 angewendet. In Abhängigkeit von dem Verdrahtungsmuster auf der Oberfläche des Gegenstands 3 und des Materials des letzteren werden einige der parallelen Lichtstrahlen reflektiert und durch den dielektrischen Mehrschichtfilmspiegel 132, das elektrooptische Material 2, den Strahlteiler 110, das optische Bilderzeugungssystem 109 und die Phasenausgleichseinrichtung 111 hindurch als austretende Lichtstrahlen auf den Analysator 112 angewendet. Wie es oben beschrieben worden ist, wird die Phasenausgleichseinrichtung 111 so eingestellt, daß der Analysator 112 das austretende Lichtbündel, das die gleiche Polarisationskomponente wie diejenige des Polarisators 107 hat, tiberträgt. Deshalb gehen die auf den Analysator 112 angewendeten, austretenden Lichtstrahlen durch den Analysator 112 hindurch und werden auf die zweidimensionale Erfassungseinrichtung 113, wie eine Kamera mit ladungsgekoppelten Einrichtung CCD angewendet. Das auf die Erfassungseinrichtung 113 angewendete, austretende Lichtbündel weist sichtbare Bilddaten des Verdrahtungsmuster auf der Oberfläche des Gegenstands 3 auf. Deshalb wird das austretende Lichtbündel in der Erfassungseinrichtung 113 einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen, um sichtbare Bilddaten des Verdrahtungsmuster zu liefern. Die sichtbaren Bilddaten werden in einem Speicher (nicht gezeigt) in dem Computer 114 gespeichert.
Nachdem die sichtbaren Bilddaten des Verdrahtungsmusters des Gegenstands 3 gespeichert worden sind, wie es oben beschrieben worden ist, initialisiert der Computer 114 die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 und steuert den Umschalter 133 so, daß das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 als parallele Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 angewendet wird. Der Computer 114 steuert ferner die Phasenausgleichseinrichtung 111 so, daß der Analysator 112 austretende Lichtstrahlen überträgt, die eine zu derjenigen des Polarisators 107 senkrechte Polarisationskomponente haben. Unter dieser Bedingung werden Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 geliefert werden, gleichzeitig erfaßt. Bei diesem Vorgang wird das Ausgangslichtbündel der Pulslichtquelle 104 als parallele Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 angewendet. Die parallelen Lichtstrahlen werden von dem dielektrischen Mehrschichtfilmspiegel 132 reflektiert und in ihrer Polarisation mit den Änderungen des Brechungsindex des elektrooptischen Materials 2 verändert, wobei sie als austretende Lichtstrahlen auf die Phasenausgleichseinrichtung 111 und den Analysator 112 somit angewendet werden. Nur die austretenden Lichtstrahlen, die die vorbestimmte Polarisationskomponente haben, gehen durch den Analysator 112 hindurch und werden auf die zweidimensionale Erfassungseinrichtung 113 angewendet. In der Erfassungseinrichtung 113 werden die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands 3, die mit der durch die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 gesetzten Zeitgabe erfaßt worden sind, gleichzeitig durch Abtasten erfaßt. Die Ergebnisse der Spannungserfassung mit einem Zeitpunkt werden dem Computer 114 zugeführt, wo sie in dem Speicher gespeichert werden. Dann werden die Ergebnisse der Erfassung der Spannungen an den zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 auf der Anzeigeeinheit 116 angezeigt, wobei sie den vorhergehend gespeicherten, sichtbaren Bilddaten des Verdrahtungsmusters des Gegenstands 3 überlagert werden.
Fig. 9(a) zeigt die Ergebnisse der Erfassung von Spannungen, die an den zweidimensionalen Teilen eines Gegenstands 3 zu einem Abtastzeitpunkt bereitgestellt und auf der Anzeigeeinheit 116 in einer Weise angezeigt werden, in der sie dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands 3 überlagert sind. Genauer gesagt ist in Fig. 9(a) eine zweidimensionale Spannungsverteilung, die mit G1, G2 und G3 bezeichnet ist, dem Verdrahtungsmuster WF auf dem Gegenstand 3 überlagert gezeigt.
Nachdem die Ergebnisse der Erfassung der Spannungen, die mit einem Abtastzeitpunkt gemacht worden sind, in Überlagerung auf dem Verdrahtungsmuster angezeigt worden sind, steuert der Computer 114 die Ansteuerungsschaltung 115, um die veränderbare Verzögerungseinrichtung 105 so anzusteuern, daß die Verzögerung des Ausgangslichtbündels der Pulslichtquelle 104 verändert wird, und der Abtastzeitpunkt wird etwas verändert. Unter dieser Bedingung werden der Spannungserfassungsvorgang und die Anzeige der Ergebnisse der Spannungserfassung in der gleichen Weise ausgeführt.
Fig. 9(b) zeigt die Spannungen der zweidimensionalen Teile des Gegenstands 3, die zu einem etwas verschobenen Abtastzeitpunkt erfaßt worden sind und die angezeigt werden, indem sie dem Verdrahtungsmuster des Gegenstands 3 überlagert sind. Anders ausgedrückt, sind die Spannungsverteilungen, die bei G1, G2 und G3 in Fig. 9(a) angegeben sind, zu G1', G2' bzw. G3' in Fig. 9(b) geändert worden.
Aus den Fig. 9(a) und 9(b) ist es offensichtlich, daß bei der Spannungserfassungseinrichtung 30 der Fig. 8 die Änderung der Spannungsverteilung über das Verdrahtungsmusters des Gegenstands 3 sichtbar mittels der Anzeigeeinheit 111 erfaßt werden kann. Auf diese Weise können die Ergebnisse der Erfassung der Spannungen, die an zweidimensionalen Teilen eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands bereitgestellt worden sind, ohne weiteres gelesen werden.
Fig. 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das noch eine andere Ausführungsform einer Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Spannungserfassungseinrichtung 1 der Fig. 10 ist ein elektrooptisches Material 2 ebenfalls fest derart positioniert, daß es nahe bei oder in Berührung mit einem sich unter Messung befindenden Gegenstands 2 ist. Wie in den anderen Ausführungsformen ist das elektrooptische Material 2 groß genug, eine Vielzahl von zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 zu überdecken, und ein reflektierendem Spiegel 8 aus Metall oder einen dielektrischen Mehrschichtfilm ist an der Unterseite des elektrooptischen Materials 2 gebildet.
Die Spannungserfassungseinrichtung 1 umfaßt einen Polarisator 204 zum Gewinnen einer vorbestimmten Polarisationskomponente aus einem Lichtbündel BM, das von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) ausgesendet wird, und eine Mikrolinsenvielfachanordnung 205, um das Lichtbündel, das die durch den Polarisator gewonnene Polarisationskomponente hat, in eine Zahl von Lichtstrahlen BM&ijlig; aufzuteilen, die in Matrixform angeordnet sind (schachartiges Muster). Ein Strahlteiler 206 ist vorgesehen, um die Anzahl von Lichtstrahlen BM&ijlig; auf das elektrooptische Material 2 anzuwenden und eine Anzahl von austretenden Lichtstrahlen SG&ijlig;, die in Matrixform angeordnet sind zu reflektieren, die von dem elektrooptischen Material 2 ausgegeben werden, nachdem sie von dem reflektierenden Spiegel 8 reflektiert worden sind, der an der Unterfläche des elektrooptischen Materials 2 gebildet ist. Die austretenden Lichtstrahlen SG&ijlig; werden in Richtung zu einem Analysators 207 übertragen, der nur austretende Lichtstrahlen SG&ijlig; mit einer vorbestimmten Polarisationskomponente überträgt. Eine Erfassungseinrichtung 209 empfängt die austretenden Lichtstrahlen, die durch den Analysator 207 hindurchgegangen sind.
Die Mikrolinsenvielfachanordnung 205 ist aus einer Vielzahl von ersten Stablinsen 210, die in einer ersten Richtung angeordnet sind, und einer Vielzahl von zweiten Stablinsen 211 aufgebaut, die in einer zweiten, zu der ersten Richtung senkrechten Richtung angeordnet und über die ersten Stablinsen 210 so gelegt sind, daß ein auf sie angewendetes Lichtbündel in Lichtstrahlen unterteilt wird, die in Matrixform angeordnet sind.
Die Erfassungseinrichtung 209 umfaßt eine zweidimensionale Fotoerfassungseinrichtung, wie eine Kamera mit ladungsgekoppelten Einrichtungen CCD, eine Fotodiodenvielfachanordnung oder Vidikonkamera, oder eine Erfassungseinrichtung mit sehr schnellem Ansprechverhalten, wie eine Schlitzkamera.
In der Spannungserfassungseinrichtung 1 der Fig. 10 ist das elektrooptische Material 2 groß genug, eine Vielzahl von zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 zu überdecken, so daß die zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials, die lagemäßig den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 entsprechen, in ihrer Polarisation durch Spannungen geändert werden, die an entsprechenden zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 bereitgestellt werden. Wenn demgemäß die Lichtstrahlen BM&ijlig; in Matrixform angeordnet werden und die vorbestimmte Polarisationskomponente durch Teile des elektrooptischen Materials 2 hindurchgeht, wird ihre Polarisation durch Änderungen des Brechungsindex der Teile des elektrooptischen Materials 2 verändert und als aus dem elektrooptischen Material 2 austretende Lichtstrahlen ausgegeben. Die austretenden Lichtstrahlen werden auf den Analysator 207 mittels des Strahlteilers 206 angewendet. In dem Fall, wo der Analysator 207 ausgelegt ist, nur ein Lichtbündel mit einer Polarisationskomponente zu übertragen, die senkrecht zu der Polarisationskomponente des Polarisators 204 ist, erhalten die austretenden Lichtstrahlen SG&ijlig; deren Polarisation geändert worden ist, eine Intensität proportional zu sin²[(π/2)· V&ijlig;/V&sub0;] durch den Analysator 207 und werden dann auf die Erfassungseinrichtung 209 angewendet. In dem Ausdruck ist V&ijlig; die Spannung, die an irgendeinem der zweidimensionalen Matrixteile des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 geliefert werden, und V&sub0; ist die Halbwellenspannung.
Wie es aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, hängen die austretenden Lichtstrahlen in bezug auf ihre Intensität von den Änderungen des Brechungsindex der Matrixteile des elektrooptischen Materials 2 ab, die durch die Spannungen veranlaßt werden, die an den entsprechenden Matrixteilen des Gegenstands 3 bereitgestellt werden. Deshalb können Spannungen, die an den zweidimensionalen Matrixteilen aller der zweidimensionalen Teile (Punkte) eines sich unter Prüfung befindenden Gegenstands, wie eine integrierte Schaltung, geliefert werden, gleichzeitig erfaßt werden.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel der Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mikrolinsenvielfachanordnung 205 verwendet, um eine Anzahl von Lichtstrahlen BM&ijlig;, die in Matrixform angeordnet sind, zu bilden, und die derart gebildeten Lichtstrahlen werden auf das elektrooptische Material 2 angewendet, um Spannungen zu erfassen, die an den zweidimensionalen Matrixteilen des Gegenstands geliefert werden. In manchen Fällen ist es wünschenswert, daß Spannungen, die an vorbestimmten, zweidimensionalen Teilen des sich unter Prüfung befindenden Gegenstands 3 bereitgestellt werden, erfaßt werden.
Die Fig. 11, 12 und 13 sind erläuternde Diagramme, die drei zusätzliche Ausführungsformen der Spannungserfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, die Spannungen erfassen können, die an gegebenen zweidimensionalen Teilen eines sich unter Messung befindenden Gegenstands bereitgestellt werden. In den Fig. 11, 12 und 13 sind Teile, die funktional jenen entsprechen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 10 beschrieben worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben bezeichnet.
In der Spannungserfassungseinrichtung 1 der Fig. 11 ist eine plattenförmige Maske 212 zwischen der Mikrolinsenvielfachanordnung 205 und dem Strahlteiler 206 angeordnet. Die Maske 212 weist eine Anzahl von Löchern 213 auf, die in Matrixform angeordnet sind. Einige der Löcher 213 sind geschlossen, um ein erwünschtes Lichtbündelmuster zu schaffen. Mit der Maske 212 werden nur erwünschte Lichtstrahlen auf das elektrooptische Material 2 angewendet, um Spannungen an erwünschten zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 zu erfassen.
In der Spannungserfassungseinrichtung 20 der Fig. 12 wird statt der Mikrolinsenvielfachanordnung 205 eine holographische Linse 221 verwendet, um das Lichtbündel nur auf vorbestimmte zweidimensionale Teile (i&sub0;, j&sub0;), (i&sub0;, j&sub0;), (i&sub0;, j&sub1;) und (i&sub1;, j&sub1;) des elektrooptischen Materials 2 zu fokussieren. Wenn in diesem Zusammenhang der Abstand zwischen der holographischen Linse 221 und dem elektrooptischen Material 2 erhöht wird, und die Abstände zwischen dem elektrooptischen Material 2 und dem Strahlteiler 206 und der Erfassungseinrichtung 209 verringert werden, dann kann ein zufriedenstellendes, optisches System erhalten werden.
In der Spannungserfassungseinrichtung wird das Lichtbündel BN, das die vorbestimmte Polarisationskomponente hat, auf die holographische Linse 221 mittels des Polarisators 204 angewendet, so daß die holographische Linse 221 wiedergegebene Bilder HG&sub1; bis HG&sub4; gemäß ihrer Hologrammaufzeichnung liefert. Diese wiedergegebenen Bilder HG&sub1; bis HG&sub4; werden durch den Strahlteiler 206 als einfallende Lichtstrahlen auf den vorbestimmten, zweidimensionalen Teil (i&sub0;, j&sub0;), (i&sub0;, j&sub0;), (i&sub0;, j&sub1;) bzw. (i&sub1;, j&sub1;) des elektrooptischen Materials angewendet. Die wiedergegebenen Bilder, nämlich die Lichtstrahlen HG&sub1; bis HG&sub4;, die auf diese zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials 2 angewendet worden sind, werden in ihrer Polarisation durch die Brechungsindizes der zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials 2 geändert, die durch die Spannungen geändert werden, die an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 bereitgestellt werden, die sich unmittelbar unterhalb der zweidimensionalen Teile des elektrooptischen Materials 2 befinden. Die einfallenden Lichtstrahlen HG&sub1; bis HG&sub4;, deren Polarisation geändert worden ist, werden als austretende Strahlen SG&sub1; bis SG&sub4; aus dem elektrooptischen Material 2 ausgegeben. Diese austretenden Lichtstrahlen SG&sub1; bis SG&sub4; werden durch ein optisches Bilderzeugungssystem 222 und den Analysator 7 auf die Erfassungseinrichtung 209 mittels des Strahlteilers 206 angewendet, wodurch die Spannungen an dem zweidimensionalen Teil des Gegenstands 3 erfaßt werden können. Indem die Hologrammaufzeichnung der holographischen Linse 221 geändert wird, können Spannungen an erwünschten zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 ohne weiteres erfaßt werden.
In der Spannungserfassungseinrichtung 230 der Fig. 13 wird statt der Mikrolinsenvielfachanordnung 205 ein räumlicher Lichtmodulator 231 verwendet.
Der räumliche Lichtmodulator 231 ist so ausgelegt, daß, wenn ein Eingangsbild IG auf seine Eingangsoberfläche 232 angewendet wird, ein Lichtbündel, das auf seine Ausgangsoberfläche angewendet wird, mit einem Muster, das dem Eingangsbild IG entspricht, von der Ausgangsoberfläche 233 ausgegeben wird. Mit anderen Worten, wenn ein Lichtbündel BM, das eine vorbestimmte Polarisationskomponente hat, die durch einen Polarisator 234 gewonnen worden ist, durch einen Strahlteiler 235 auf die Ausgangsoberfläche 233 des räumlichen Lichtmodulators 231 angewendet wird, das Lichtbündel BM mit einem Muster, das dem Eingangsbild IG entspricht, von dem räumlichen, optischen Modulator 231 reflektiert wird. Das derart reflektierte Lichtbündel wird durch den Strahlteiler 235 auf den Polarisator 204 angewendet, wo eine vorbestimmte Polarisationskomponente gewonnen wird. Das derart behandelte Lichtbündel wird durch ein optisches Verkleinerungssystem 236 und den Strahlteiler 206 auf das elektrooptische Material 2 angewendet.
Wenn in der derart ausgestalteten Spannungserfassungseinrichtung 30 ein Eingangsbild IG, das aus Bildteilen IG&sub1; bis IG&sub2; besteht, auf die Eingangsoberfläche 232 des räumlichen Lichtmodulators 231 angewendet wird, dann wird das Lichtbündel mit einem Muster, das den Bildteilen IG&sub1; bis IG&sub6; entspricht, von der Ausgangsoberfläche 233 des räumlichen, optischen Modulators 231 reflektiert, und als einfallende Lichtstrahlen auf die entsprechenden zweidimensionalen Teile P&sub1; bis P&sub6; des elektrooptischen Materials angewendet. Wie es oben beschrieben worden ist, wird, wenn das Lichtbündel auf den Polarisator 204 angewendet wird, die vorbestimmte Polarisationskomponente gewonnen. Die einfallenden Lichtstrahlen werden in ihrer Polarisation durch die Brechungsindizes der zweidimensionalen Teile P&sub1; bis P&sub6; durch die Änderung beim Brechungsindex der zweidimensionalen Teile P&sub1; bis P&sub6; des elektrooptischen Materials 2 geändert, die durch die Spannungen veranlaßt wird, die an den zweidimensionalen Teilen P&sub1; bis P&sub6; des elektrooptischen Materials 2 bereitgestellt werden, und werden dann als austretende Lichtstrahlen von dem elektrooptischen Material 2 ausgegeben. Die aus dem elektrooptischen Material 2 austretenden Lichtstrahlen werden durch den Analysator 207 auf die Erfassungseinrichtung 209 mittels des Strahlteilers 206 so angewendet, daß die Spannungen an den zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3, die den Teilen IG&sub1; bis IG&sub6; des Eingangsbilds IG jeweils entsprechen, erfaßt werden können. Da das Muster des Eingangsbilds IG frei geändert werden kann, können Spannungen an gegebenen zweidimensionalen Teilen des Gegenstands 3 erfaßt werden.
In den oben beschriebenen, zusätzlichen Ausführungsformen der Spannungserfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung können die einfallenden Lichtstrahlen aufausgewählte zweidimensionale Teile des elektrooptischen Materials 2 angewendet werden, und Spannungen, die an dem Gegenstand 3 bereitgestellt werden, können gleichzeitig erfaßt werden.

Claims

1. Spannungsdetektorvorrichtung (1, 20) zur Detektion von Spannungen in einem Objekt (3), umfassend:

ein elektrooptisches Material (2), das mehrere Stellen des Objekts (3) bedeckt und einen Brechungsindex aufweist, der sich entsprechend einer Spannung, die daran angelegt wird, ändert,

eine Lichtquelle (53), zum Emittieren eines Lichtstrahls durch das elektrooptische Material (2) zu dem Objekt (3),

eine Detektionseinrichtung (10) zum Empfang eines austretenden Lichtstrahls, der aus dem elektrooptischen Material (2) austritt, zur Detektion von Spannungen des Objekts (3) entsprechend Änderungen einer Polarisation des austretenden Lichtstrahls, die durch Änderungen des Brechungsindex des elektrooptischen Materials (2) hervorgerufen wurden, gekennzeichnet durch

eine Abtastvorrichtung zum Abtasten mehrerer Stellen auf dem elektrooptischen Material (2), die mehreren Stellen des Objektes (3) entsprechen, mit dem von der Lichtquelle (53) emittierten Lichtstrahl und

eine Steuereinrichtung (11, 13, 23), die die Spannungsmessung entsprechend eines bestimmten zu messenden Musters ermöglichte wobei die Abtasteinrichtung eine erste Ablenkeinrichtung (5, 21) umfaßt, zum Ablenken des von der Lichtquelle (53) emittierten Lichtstrahls in eine x-Achsen-Richtung und eine zweite Ablenkeinrichtung (6, 22) zum Ablenken des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls in eine y-Achsen-Richtung.

2. Spannungsdetektor (1, 20, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl, der auf das elektrooptische Material (2) gerichtet ist, darauf fokussiert wird.

3. Spannungsdetektorvorrichtung (30) zur Detektion von Spannungen in einem Objekt (3), umfassend:

ein elektrooptisches Material (2), das mehrere zweidimensionale Stellen des Objekts (3) bedeckt und einen Brechungsindex aufweist, der sich entsprechend einer daran angelegten Spannung ändert,

eine Lichtquelle (104) zu Emittieren eines Lichtstrahls durch das elektrooptische Material (2) zu dem Objekt (3),

eine Detektionseinrichtung (113, 122) zur Detektion von Polarisationsänderungen eines austretenden Lichtstrahls, der aus dem elektrooptischen Material (2) austritt, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (106) zum Vergrößern des von der Lichtquelle (104) emittierten Lichtstrahls, so daß der Lichtstrahl parallel verläuft und auf jede von mehreren zweidimensionalen Stellen auf dem elektrooptischen Material (2), die mehreren zweidimensionalen Stellen des Objekts (3) entsprechen, emittiert wird, und eine Beobachtungslichtquelle (131) zum Emittieren eines Lichtstrahls,

der eine andere Wellenlänge als der Lichtstrahl aufweist, so daß der Beobachtungslichtstrahl durch das elektrooptische Material (2) zu dem Objekt (3) durchtritt, um ein Drahtmuster des Objekts zu beobachten, wodurch eine Spannungsmessung entsprechend eines bestimmten zu messenden Musters ermöglicht wird.

4. Eine Spannungsdetektiereinrichtung (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung (113, 122) ein Bündel von optischen Fasern (121) umfaßt, welche eine zweidimensionale Verteilung des austretenden Lichtstrahls in eine eindimensionale Verteilung wandeln und den austretenden Lichtstrahl leiten.

5. Spannungsdetektoreinrichtung (30) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdetektoreinrichtung weiter eine Schalteinrichtung (133) umfaßt, zur Auswahl zwischen dem gepulsten Lichtstrahl und dem Lichtstrahl, welche auf das elektrooptische Material gerichtet sind,

einen Phasenkompensator (111), zur Anpassung der Phase des austretenden Lichtstrahls an eine Phase, die unterschiedlich ist, zur Detektion von Polarisationsänderungen des austretenden Lichtstrahls und zur Überwachung des Drahtmusters,

eine Anzeigeeinrichtung (116), zum Anzeigen des Drahtmusters des Objekts (3), das mit Hilfe der Detektoreinrichtung (113) detektiert worden ist und worauf die Spannungen an mehreren zweidimensionalen Stellen des Objekts (3), die mit Hilfe der Detektoreinrichtung (113) detektiert wurden, überlagert werden.

6. Spannungsdetektorvorrichtung (1) nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß der Phasenkompensator (111) die Phase des austretenden Lichts anpaßt, so daß der austretende Lichtstrahl auf die Detektoreinrichtung (113) gelangt, wenn das Drahtmuster beobachtet wird, und daß nur das Muster des austretenden Lichtstrahls mit einer geänderten Polarisation auf die Detektoreinrichtung (113) gelangt wenn Spannungen in dem Objekt detektiert werden.

7. Spannungsdetektoreinrichtung (1) zur Detektion von Spannungen in einem Objekt (3), umfassend:

ein elektrooptisches Material (2), das mehrere Stellen des Objekts (3) bedeckt und einen Brechungsindex aufweist, der sich entsprechend einer daran angelegten Spannung ändert,

eine Lichtquelle zum Emittieren eines Lichtstrahls (BM) durch das elektrooptische Material (2) zu dem Objekt (3),

eine Detektionseinrichtung (209) zum Empfang eines austretenden Lichtstrahls, der aus dem elektrooptischen Material (2) tritt und zum Detektieren von Spannungen an dem Objekt (3) auf der Basis von Polarisationsänderungen des austretenden Lichtstrahls, die durch Änderungen des Brechungsindex des elektrooptischen Materials (2) hervorgerufen wurden, gekennzeichnet durch

eine optische Einrichtung (205) zum Teilen des Lichtstrahls (BM) in eine Vielzahl von einfallenden Lichtstrahlen (BM&ijlig;), die in einem bestimmten zweidimensionalen Muster angeordnet sind, wobei die Vielzahl von einfallenden Lichtstrahlen (BH&ijlig;) auf spezifische stellen des elektrooptischen Materials (2) gerichtet werden, die den Stellen des Objekts (3) entsprechen.

8. Spannungsdetektorvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (205) eine Mikrolinsenanordnung umfaßt, zum Teilen des Lichtstrahls (BN) in eine Vielzahl von einfallenden Lichtstrahlen (BN&ijlig;), die in einem Gittermuster angeordnet sind.

9. Spannungsdetektorvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (205) eine plattenförmige Maske (212) umfaßt, die über der Mikrolinsenanordnung angeordnet ist.

10. Spannungsdetektorvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine holographische Linse (221) umfaßt, zum Teilen des Lichtstrahls (BN) in eine Vielzahl von einfallenden Lichtstrahlen (HG&sub1;, HG&sub2;, HG&sub3;, HG&sub4;), die in einem Gittermuster angeordnet sind.

11. Spannungsdetektoreinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung einen räumlichen Lichtmodulator (231) umfaßt, zum Teilen der Lichtstrahlen in die Vielzahl von einfallenden Lichtstrahlen, die in einem Gittermuster, entsprechend eines Eingangsbildes davon, angeordnet sind.

12. Spannungsdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (53, 104) eine gepulste Lichtquelle ist.

13. Spannungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (53, 104) eine CW-Lichtquelle ist.

14. Spannungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (10, 113, 122, 209) ein Punktdetektor oder ein zweidimensionaler Detektor ist, der eine Photodetektoranordnung einschließt, in der Spannungen an den spezifischen Bereichen des Objekts (3) durch statistische Abtastung detektiert werden.

15. Spannungsdetektorvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (10, 113, 122, 209) ein Detektor mit einem sehr schnellen Ansprechverhalten ist.

16. Spannungsdetektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor mit sehr schnellem Ansprechverhalten (10, 113, 122, 209) eine Lichtstreifenkamera (streak camera) ist.

17. Spannungsdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein dielektrischer Multilayerfilm als Spiegel (8, 132) auf der Bodenoberfläche des elektrooptischen Materials (2) ausgebildet ist.

18. Spannungsdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein reflektierender Spiegel (8), der aus Metall gefertigt ist auf der Bodenoberfläche des elektrooptischen Materials (2) ausgebildet ist.