JP2000338140A - 電気光学プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードからの出射光の偏光面を電
気光学素子の結晶軸に一致させるための回転調整を容易
に行うことができる電気光学プローブを提供する。 【解決手段】 プローブ本体１５とプローブヘッド１に
回転可能な嵌合部を設け、レーザダイオードからの出射
光の偏光面を電気光学素子２の結晶軸に対して一致させ
るための回転調整をプローブヘッド１の回転によって行
う。また、コリメートレンズ３設け、入射される平行光
を反射膜２ａ上の１点に集光することにより、プローブ
本体１５とプローブヘッド１の嵌合部において多少の取
り付け誤差が生じても、反射膜２ａで反射した光はコリ
メートレンズ３によって再び平行光になり、かつその光
軸は入射された平行光の光軸に平行となるために、光軸
合わせをする必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定信号によっ
て発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光
学結晶に光を入射し、入射光の偏光状態により、被測定
信号の波形を観測する電気光学プローブであって、特
に、光学系を改良した電気光学プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定信号によって発生する電界を電気
光学結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入
射し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観
測することができる。ここでレーザ光をパルス状にし、
被測定信号をサンプリングすると非常に高い時間分解能
で測定することができる。この現象を利用した電気光学
プローブを用いたのが電気光学サンプリングオシロスコ
ープである。

【０００３】この電気光学サンプリング（Electro Opt
ic Sampling）オシロスコープ（以下「ＥＯＳオシロス
コープ」と略記する）は、電気式プローブを用いた従来
のサンプリングオシロスコープと比較して、 １）信号を測定する際に、グランド線を必要としないた
め、測定が容易 ２）電気光学プローブの先端にある金属ピンが回路系か
ら絶縁されているので高入力インピーダンスを実現で
き、その結果被測定点の状態をほとんど乱すことがない ３）光パルスを利用することからＧＨｚオーダーまでの
広帯域測定が可能といった特徴があり注目を集めてい
る。

【０００４】ＥＯＳオシロスコープによる信号測定を行
う際に用いられる従来の電気光学プローブの構成を図３
を参照して説明する。図３において、符号１は、絶縁体
でできたプローブヘッドであり、この中心に金属ピン１
ａが嵌め込まれている。符号２は、電気光学素子であ
り、金属ピン１ａ側の端面に反射膜２ａが設けられ、金
属ピン１ａに接している。符号４は、１／２波長板であ
り、符号５は、１／４波長板である。符号６及び８は、
偏光ビームスプリッタである。符号７は、ファラデー素
子である。符号９は、コリメートレンズであり、符号１
０は、ＥＯＳオシロスコープ本体（図示せず）から出力
されたパルス信号に応じてレーザ光を発するレーザダイ
オードである。符号１１及び１３は、集光レンズであ
り、符号１２及び１４は、フォトダイオードであり、入
力されたレーザ光を電気信号にしてＥＯＳオシロスコー
プ本体へ出力する。符号１５は、プローブ本体である。
符号１６は１／２波長板４を光軸を中心として回転する
ためのウォームギアである。符号１７は、１／４波長
板、２つの偏光ビームスプリッタ６、８、及びファラデ
ィ素子８からなるアイソレータであり、レーザダイオー
ド１１が出射した光を通過させ、反射膜２ａによって反
射された光を分離するためのものである。

【０００５】次に、図３を参照して、レーザダイオード
１０から発せられたレーザ光の光路について説明する。
図３において、レーザ光の光路を符号Ａで表す。先ず、
レーザダイオード１０から出射したレーザ光はコリメー
トレンズ９により平行光に変換され、偏光ビームスプリ
ッタ８、ファラデー素子７及び偏光ビームスプリッタ６
を直進し、さらに、１／４波長板５と１／２波長板４を
通って電気光学素子２に入射する。入射した光は、金属
ピン１ａ側の電気光学素子２の端面に形成された反射膜
２ａにより反射する。

【０００６】反射したレーザ光は、再び１／２波長板４
と１／４波長板５を通り、レーザ光の一部は、偏光ビー
ムスプリッタ６により反射され、集光レンズ１１によっ
て集光されて、フォトダイオード１２へ入射する。偏光
ビームスプリッタ６を透過したレーザ光は、偏光ビーム
スプリッタ８で反射され、集光レンズ１３によって集光
されて、フォトダイオード１４へ入射する。なお、１／
２波長板４と１／４波長板５はフォトダイオード１２と
フォトダイオード１４へ入射するレーザ光の強度が同一
になるように調整するためのものである。

【０００７】次に、図３に示した電気光学プローブを用
いて、被測定信号を測定する動作について説明する。金
属ピン１ａを、測定点に接触させると、金属ピン１ａに
加わる電圧によって、電気光学素子２では、その電界が
電気光学素子２へ伝搬し、ポッケルス効果により屈折率
が変化する現象が起きる。これにより、レーザダイオー
ド１０から発せられたレーザ光が電気光学素子２へ入射
して、そのレーザ光が電気光学素子２を伝搬するときに
光の偏光状態が変化する。そして、この偏光状態が変化
したレーザ光は、反射膜２ａによって反射され、フォト
ダイオード１２、１４へ集光されて入射し、電気信号に
変換される。

【０００８】測定点の電圧の変化にともなって、電気光
学素子２によって偏光状態の変化がフォトダイオード１
２とフォトダイオード１４の出力差になり、この出力差
を検出することによって、金属ピン１ａに加わる電気信
号を測定することができる。なお、以上説明した電気光
学プローブにおいて、フォトダイオード１２、１４から
得られた電気信号は、ＥＯＳオシロスコープに入力され
て、処理されるが、これに代えて、フォトダイオード１
２、１４に専用コントローラを介してリアルタイムオシ
ロスコープ等の従来からある測定器を接続し、信号測定
を行うこともできる。これにより、電気光学プローブを
使用して広帯域測定を簡単に行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気光学素
子２は、その結晶軸に対して、入射するレーザ光の偏光
面を合わせる必要がある。そのため、従来技術のプロー
ブでは、入射するレーザ光の偏光面を調整するために１
／２波長板４を用いて、この１／２波長板４を光軸を中
心として回転させることによって偏光面の調整しなけれ
ばならない。

【００１０】１／２波長板４は、その性質上、１／２波
長板４自身の回転角度に対して偏光面がこの回転角度の
２倍の角度で回転してしまうという性質を有している。
このため電気光学素子２への偏光面回転調整を行うため
にウォームギア等で回転を減速させる機構が必要として
いた。

【００１１】このため、部品点数が増えコストが高くな
ってしまうという問題がある。また、調整箇所が多くな
ることによりユーザビリティが低下し、信頼性も低下す
る。さらには、光学部品が多くなることにより不要な反
射光が増え、測定時のＳ／Ｎが悪くなるという問題もあ
る。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、部品点数を減らして組立を容易にし、コスト
及び調整箇所を削減し、信頼性を向上させ、不要な反射
光を減らして性能を良くすることができる電気光学プロ
ーブを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、オシロスコープ本体の制御信号に基づいてレーザ光
を発するレーザダイオードと、前記レーザ光を平行光に
するコリメートレンズと、端面に反射膜を有し、この反
射膜側の端面に設けられた金属ピンを介して電界が伝播
されて光学特性が変化する電気光学素子と、前記コリメ
ートレンズと前記電気光学素子との間に設けられ、前記
レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レー
ザ光が前記反射膜によって反射された反射光の分離をす
るアイソレータと、前記アイソレータによって分離され
た反射光を電気信号に変換するフォトダイオードとから
なる電気光学プローブにおいて、前記電気光学素子は、
プローブ本体に対して回転可能なプローブヘッドに一体
に取り付けられたことを特徴とする。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記フォトダイ
オード及び前記レーザダイオードは、電気光学サンプリ
ングオシロスコープに接続され、前記レーザダイオード
は、前記レーザ光を前記電気光学サンプリングオシロス
コープからの制御信号に基づいてパルス光として発する
ことを特徴とする。請求項３に記載の発明は、前記レー
ザダイオードは、前記レーザ光として連続光を発するこ
とを特徴とする。請求項４に記載の発明は、前記電気光
学プローブは、前記電気光学素子と前記アイソレータの
間に、該電気光学素子へ入射する平行光を集光するコリ
メートレンズをさらに設けたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
電気光学プローブ（以下プローブと称す）を図面を参照
して説明する。図１は同実施形態の構成を示した図であ
る。図１において、図３に示す従来のプローブと同一の
部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この
図に示すプローブが従来技術と異なる点は、１／２波長
板４及びウォームギア１６を省き、１／４波長板５と電
気光学素子２の間にコリメートレンズ３を設けた点と、
プローブヘッド１を回転固定できる構成とした点であ
る。

【００１６】図２にプローブの先端部の断面図を示す。
図２に示すように、本発明によるプローブ先端部は、プ
ローブ本体１５の先端にコリメートレンズ３を保持する
レンズ保持部３ａを設けてある。このプローブ本体１５
の先端にプローブヘッド１が差し込まれ、符号１５ａで
示した面において摺動し、プローブ本体１５の軸線を中
心としてプローブヘッド１は回転する。さらにプローブ
本体１５の先端部には符号１５ｂで示した溝が設けら
れ、この溝の側面の斜面１５ｃにセットビス１５ｄを圧
接することによって、プローブヘッド１とプローブ本体
１５とが固定される。

【００１７】このような構成とすることで、プローブヘ
ッド１を回転することによって電気光学素子２へ入射す
る光の偏光面を結晶軸に対して合わせるための角度調整
をすることが可能になる。

【００１８】この角度調整は、プローブヘッド１を回転
して、電気光学素子２へ入射する光の偏光面と結晶軸が
一致した時点で、セットビス１５ａや接着剤等を用いて
プローブヘッド１をプローブ本体１５に固定することに
よって行う。

【００１９】また、プローブヘッド１を回転することに
よって電気光学素子２を直接回転できるため、１／２波
長板を用いた回転角度の調整に比べて容易に回転角度あ
わせを行うことができる。

【００２０】また、コリメートレンズ３を電気光学素子
２と１／４波長板５の間に設けたので、入射される平行
光を反射２ａ上の１点に集光することができる。したが
って、プローブ本体１５とプローブヘッド１の嵌合部分
において多少の取り付け誤差が生じて反射膜２ａの面が
入射される平行光の光軸に対して垂直でない場合でも、
反射膜２ａで反射した光はコリメートレンズ３によって
再び平行光になり、かつその光軸は入射された平行光の
光軸に平行となるために、光軸合わせをする必要がな
い。

【００２１】このように、プローブ本体１５とプローブ
ヘッド１に回転可能な嵌合部を設けたため、レーザダイ
オード１０からの出射光の偏光面を電気光学素子２の結
晶軸に対して一致させるための回転調整をプローブヘッ
ド１の回転によっておこなうことができる。このため、
回転調整角度の精度は１／２波長板を回転させた場合の
半分で済み、さらに１／２波長板とウォームギア等の減
速機構を省くことができる。なお、上記実施の形態にお
いて、レーザダイオード１０から連続光を発するように
すれば、リアルタイムオシロスコープ、サンプリングオ
シロスコープ、スペアナ等の従来からある汎用測定器に
よる信号測定も可能となる。この場合、フォトダイオー
ド１２、１４に、ＥＯＳオシロスコープに代えて、専用
コントローラを介して、リアルタイムオシロスコープ、
サンプリングオシロスコープ、スペアナなどを接続する
ようにすればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、１／２波長板を省略した光学系の構成としたため、
部品点数を削減することができ、コストを低減できると
いう効果が得られる。また、光学部品が少なくなるため
に、光学系内部の不要な乱反射光を低減することができ
る。

【００２３】また、この発明によれば、１／２波長板を
省略して、直接電気光学素子を回転するようにしたの
で、ウォームギア等の回転調整機構を用いなくても回転
調整を行うことができるため組立が容易になり結果的に
信頼性を向上することができるるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の光学系の構成を示した構
成図である。

【図２】図１に示した実施形態におけるプローブヘッド
部分の断面図である。

【図３】従来技術による電気光学プローブの光学系の構
成を示した構成図である。

【符号の説明】

１・・・プローブヘッド、１ａ・・・金属ピン、２・・
・電気光学素子、２ａ・・・反射膜、３、９・・・コリ
メートレンズ、４・・・１／２波長板、５・・・１／４
波長板、６、８・・・偏光ビームスプリッタ、７・・・
ファラデー素子、１０・・・レーザダイオード、１１、
１３・・・集光レンズ、１２、１４・・・フォトダイオ
ード、１５・・・プローブ本体、１６・・・ウォームギ
ア、１７・・・アイソレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 克志 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 八木 敏之 東京都大田区蒲田４丁目19番７号 安藤電 気株式会社内 (72)発明者 品川 満 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 永妻 忠夫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 山田 順三 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2G011 AA01 AE03 2G025 AB09 AB12 AB13 2G032 AD03 AD07 AF07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オシロスコープ本体の制御信号に基づい
   てレーザ光を発するレーザダイオードと、 前記レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、 端面に反射膜を有し、この反射膜側の端面に設けられた
   金属ピンを介して電界が伝播されて光学特性が変化する
   電気光学素子と、 前記コリメートレンズと前記電気光学素子との間に設け
   られ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過さ
   せ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光
   の分離をするアイソレータと、 前記アイソレータによって分離された反射光を電気信号
   に変換するフォトダイオードと、 からなる電気光学プローブにおいて、 前記電気光学素子は、プローブ本体に対して回転可能な
   プローブヘッドに一体に取り付けられたことを特徴とす
   る電気光学プローブ。
2. 【請求項２】 前記フォトダイオード及び前記レーザダ
   イオードは、電気光学サンプリングオシロスコープに接
   続され、 前記レーザダイオードは、前記レーザ光を前記電気光学
   サンプリングオシロスコープからの制御信号に基づいて
   パルス光として発することを特徴とする請求項１記載の
   電気光学プローブ。
3. 【請求項３】 前記レーザダイオードは、前記レーザ光
   として連続光を発することを特徴とする請求項１記載の
   電気光学プローブ。
4. 【請求項４】 前記電気光学プローブは、 前記電気光学素子と前記アイソレータの間に、該電気光
   学素子へ入射する平行光を集光するコリメートレンズを
   さらに設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気光
   学プローブ。