JP2556911B2 - 光強度変化検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は光強度変化検出装置に係り、特に、被測定
信号、例えば電界の変化に対応して、通過する光の強度
が変化する電気光学結晶等の光強度変化手段を備えた光
強度変化検出装置に関する。

【従来の技術】

従来この種の光強度変化検出装置、例えば電界強度に
よって屈折率が変化する電気光学材料を用いた、いわゆ
るＥ−Ｏ電圧検出装置としては、USP4、446、425号公報
に開示されるもの、特開昭63−300969号公報あるいは特
開昭64−9370号公報等に開示されているものがある。 これらの電圧検出装置は、先端に光反射面を備えた電
気光学材料からなる光プローブを備え、光反射面からの
反射光のうち所定の偏光成分を偏光素子で取り出し、こ
れを光検出器によって受光し、光電変換するものである
が、電圧変化に伴なう光強度変化が微弱であるために通
常の増幅器ではS/N良く検知することができない。この
ため被測定電気信号をオン・オフして、その変調周波数
の信号を狭帯域増幅する必要があった。 前出のUSP4,446,425号発明等においては、被測定電気
信号が、光検出器の出力信号である場合には、その光検
出器に入射する光パルスをオン・オフすればよく、容易
に行うことができるが、この場合被測定デバイス（被測
定電気信号源）は、光で電気信号を発生するものに限ら
れるという問題点がある。

【発明が解決しようとする課題】

一方、被測定電気信号を電気チョップ素子により直接
オン・オフすることも考えられるが、この場合は、被測
定信号が電気チョップ素子を通る際に、波形歪みが生
じ、正確な波形計測が困難となるという問題点がある。 更に、直流電圧を測定する場合を考えると、Ｅ−Ｏプ
ローブに電圧を印加すれば、偏光素子を通過する光強度
が変化するのであるから、光検出器により通過光量をモ
ニタすれば直流電圧でも測定できるはずである。 しかしながら、Ｅ−Ｏプローブの感度が低いので、僅
か数Ｖの印加電圧では、その光量変化が極僅かであり、
通常の光パワメータではダイナミックレンジが足らず検
出できない。 一般に、第14図に示されるように、被測定電気信号を
チョップして、ロックインアンプによってその変調成分
のみを効率良く検出することが提案されている。 しかしながら、直流電圧を測定する場合は、その電気
信号をチョップできないので、第15図に示されるように
光プローブへの入射光をチョップすることが考えられ
る。 しかし、このままロックイン検出したのでは、第15図
（Ｃ）に示されるように光強度そのものを測定している
だけであって、Ｅ−Ｏプローブへの電圧印加による変化
分を検出することができない。 更に、前述の如く、光プローブ先端には光反射面が形
成されているが、この光反射面の反射率を100％とする
ことが困難であるので、どうしても該光反射面から被測
定信号源側に入射光の一部が洩れてしまうという問題点
がある。 入射光の一部が光反射面から被測定信号源側に洩れる
と、該被測定信号源での反射光が再び光反射面を通過し
て光プローブ内に入り込み、これが出力信号の一部とし
て検出されてしまう。 上記の場合、被測定信号源における光反射率が一定で
あれば、この反射率及び光反射面の透過率を考慮して信
号処理し、正しい測定値を得ることができる。 しかしながら、被測定信号源は、例えばLSI等の場
合、そのパターンによって、反射率が変化するために、
容易に補正をすることができない。 この発明は、光反射面を備えた光強度変化手段を有す
る光強度変化検出装置において、光反射面を透過する光
による測定誤差を補正することができるようにした光強
度変化検出装置を提供することを目的とする。 又、上記のような、光反射面を透過した光が、被測定
信号源表面の反射率のばらつきによって、生じる測定誤
差を補正することができるようにした光強度変化検出装
置を提供することをも目的とする。

【課題を解決するための手段】

本発明は、被測定信号の変化に対応して、通過する光
の強度が変化する光強度変化手段の一端に光反射面を形
成し、被測定信号源に前記光反射面を接近させ、前記光
強度変化手段に、光源装置からの光を入射させ、且つ、
前記反射面からの反射光の強度変化を検出することによ
って、前記被測定信号を測定する光強度検出装置におい
て、前記光源装置を、光を出射する光源、この光源から
出射された光を繰返しオン・オフする光チョップ手段、
及びこの光チョップ手段を制御する光チョップ制御手段
を含んで構成すると共に、前記光源装置から出射され、
前記光強度変化手段を通過した光を光電変換する第１の
光検出器と、前記光源装置からの光であって光強度変化
手段により強度変化を受けない光を光電変換する第２の
光検出器と、前記第１及び第２の光検出器の出力の差を
前記チョップ手段におけるオン・オフの周波数で狭帯域
検出する狭帯域検出手段と、前記光強度変化手段への前
記被測定信号の印加時及び非印加時における、前記狭帯
域検出手段の出力の差を算出する補正回路と、を備える
ことにより上記目的を達成するものである。 又、前記補正回路を前記光反射面の反射率をR₀、被測
定信号源における一般面の反射率をR1、被測定信号源に
おける被測定点の反射率をR2としたとき、前記一般面測
定状態で、前記光強度変化手段へ印加される被測定信号
を０としたときの前記第１及び第２の光検出器出力が等
しくなる条件で、前記被測定点の測定時における前記狭
帯域検出手段の出力信号に、 ｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ ／｛R₀＋（１−R₀）^２R2｝ を乗じて補正するようにして上記目的を達成するもので
ある。 又、前記補正回路を、前記光強度変化手段への前記被
測定信号の印加時及び非印加時における、前記狭帯域検
出手段の出力の差を、前記光強度変化手段への被測定信
号を印加しない状態での、前記第１の光検出器の出力で
除して補正するようにして上記目的を達成したものであ
る。 又、前記被測定信号は電気信号であり、前記光強度変
化手段を、前記電気信号の電圧変化に対応して屈折率が
変化する電気光学材料を含んで形成してなり、これによ
り電圧を検出するようにして上記目的を達成するもので
ある。 又、前記電気光学材料を、被測定電気信号を発生する
被測定電気信号源に接近して配置された光プローブ中に
設け、非接触で電圧測定を可能としたことにより上記目
的を達成するものである。 更に又、前記光源装置における光源を、レーザパルス
光を発生するパルスレーザとして被測定電圧波形の高時
間分解を可能としたことにより上記目的を達成するもの
である。

【作用】

この発明においては、被測定信号ではなく、光強度変
化手段に入射される光を、光チョップ手段によってオン
・オフしているので、被測定信号をチョップする場合と
比較して、該被測定信号の正確な波形計測が可能であ
る。又直流電圧等の変化のない信号の測定も可能であ
る。 又、光強度変化手段の一端に光反射面を備えた場合、
該光反射面からの漏洩光によるノイズを、光強度変化手
段への被測定信号の印加時及び非印加時における、狭帯
域検出手段の出力の差から補正して、正確な検出を行う
ことができる。

【実施例】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 本発明の第１実施例は、第１図に示されるように、例
えば電圧変化を生じる電気信号源、強度変化あるいは周
波数変化を伴う超音波信号源、同様の光信号源、磁力信
号源等の被測定信号源10における被測定信号の変化に対
応して、通過する光の強度が変化する電気光学素子、フ
ァラデー回転素子、音響光学素子、特殊な光ファイバー
等の光強度変化手段12と、半導体レーザからなる短パル
ス光源14と、この短パルス光源14から出射される光を繰
返し高速でオン・オフする光チョッパー16、及び、この
光チョッパー16を制御する光チョッパー制御回路18、を
含む光源装置20と、この光源装置20から出射され、前記
光強度変化手段12を通過した光を光電変換する第１の光
検出器22と、前記光源装置20からの光であって、光強度
変化手段12に入射する前の光を側方に分離するビームス
プリッタ24と、このビームスプリッタ24から分離された
光を受光して光電変換する第２の光検出器26と、前記第
１及び第２の光検出器22、26の出力の差を演算すると共
に、これを前記光チョッパー16におけるオン・オフの周
波数で狭帯域検出する狭帯域検出手段28と、から光強度
変化検出装置30を構成したものである。 前記狭帯域検出手段28は、前記第１の光検出器22と第
２の光検出器26の出力の差を演算する演算回路28Aと、
この演算回路28Aの出力信号を、前記光チョッパー16の
オン・オフの周波数で狭帯域検出する狭帯域フィルター
28Bと、この狭帯域フィルター28Bの出力を増幅するため
のアンプ28Cと、前記光強度変化手段12における被測定
信号による光強度変化がないときの、前記第１及び第２
の光検出器22、26の出力の差が０になるように、前記演
算回路28Aを調整する出力調整器28Dと、を備えて構成さ
れている。 この出力調整器28Dは、前記第１及び第２の光検出器2
2、26の出力信号の一方又は両方を調整するものであ
る。 この実施例の場合、被測定信号源10の信号を直接オン
・オフすることなく、光チョッパー16により光をオン・
オフすることによって、被測定信号をオン・オフしたと
同様の効果を得ることができる。 従って、被測定信号のオン・オフによる信号波形の歪
みを防止することができ、該被測定信号の正確な波形計
測が容易となる。 又前記短パルス光源14は、これを被測定信号と同期さ
せることによって、被測定信号の変化による光強度変化
手段12における光強度変化分を、短パルス光源14の光パ
ルス幅程度のゲート時間で検出することができる。 この場合、前記第１及び第２の光検出器22、26は、こ
れを高速型とする必要がない。 なお、上記第１実施例は、光源を短いパルス光源とし
たものであるが、被測定信号を短いゲート時間で検出す
る必要がなければ、連続光の光源としてもよい。 又、前記実施例において、第２の光検出器26は、光強
度変化手段12への入射前の光をビームスプリッタ24で分
離して受光するものであるが、この第２の光検出器は、
要すれば、光強度変化手段12による光強度変化を受けな
い状態の光を受光できるものであればよい。 従って、光強度変化手段12の光出射側にビームスプリ
ッタを配置して、ここから、被測定信号によって光強度
変化を受けない状態での光を受光するようにしてもよ
い。 又上記実施例において、光チョッパー16は、機械式光
チョッパー、超音波光変調器、あるいは光駆動回路とさ
れている。 更に、前記狭帯域検出手段28は、狭帯域フィルターと
アンプとの組合せ以外に、スペアナ、ロックインアンプ
あるいは狭帯域バンドパスアンプであってもよい。 次に第２図に示される本発明の第２実施例について説
明する。 この第２実施例は、本発明を、電圧検出装置に適用し
たものであり、被測定物の所定部分の電界により屈折率
変化が生じる電気光学材料からなり、先端に光反射面34
Aが形成された光プローブ34と、この光プローブ34に入
射させる光ビームを発生させる光源装置36と、この光源
装置36から出射され、前記光プローブ34に入射し、且
つ、前記光反射面34Aで反射された後に、該光プローブ3
4から出射された光ビームを受光して、光電変換する第
１の光検出器38と、を有してなり、前記第１の光検出器
38出力の変化から被測定物の電圧を測定する電圧検出装
置32において、前記光源装置36に、光ビームを繰返しオ
ン・オフする超音波光変調器36Aを備えると共に、前記
光プローブ34にかかる電界により屈折率変化を受けない
光ビームを、光プローブ34への入射前に受光して光電変
換する第２の光検出器40と、前記第１及び第２の光検出
器38、40の出力差を、前記超音波光変調器36Aによるオ
ン・オフの周波数で狭帯域検出する狭帯域検出手段42
と、を設けたものである。 前記光源装置36は、前記超音波光変調器36Aと、光源
としての半導体レーザ36Bと、この半導体レーザ36Bの出
射側と前記超音波光変調器36Aの入射側との間に配置さ
れた集光レンズ36C及び光アイソレータ36Dと、前記半導
体レーザ36Bを、被測定物である被測定電子デバイス46
と同期して駆動させるための半導体レーザ駆動装置36E
と、前記超音波光変調器36Aを制御するための光変調器
制御装置36Fと、から構成されている。 図の符号48は被測定電子デバイス46を駆動させるため
の電子デバイス駆動装置を示し、前記半導体レーザ駆動
装置36Eに、被測定電子デバイス46と同期させるための
信号を出力するようにされている。 前記超音波光変調器36Aは、前記光変調器制御装置36F
によって制御されるものであるが、変調されないときの
０次光は、前記光プローブ34から逸れて、光ストッパー
50に向かうようにされ、超音波によって変調されたとき
コリメータレンズ52を介して、１次光が、前記光プロー
ブ34に向かうように構成されている。 このコリメータレンズ52と前記光プローブ34との間に
は、偏光ビームスプリッタ54、ビームスプリッタ56、コ
ンペンセータ58及び集光レンズ60がこの順で配置されて
いる。 前記偏光ビームスプリッタ54は、これらを通過して、
一旦光プローブ34に入射し、且つ光反射面34Aで反射さ
れてきた光を側方に分離し、第１の光検出器38に入射さ
せるものである。 又ビームスプリッタ56は、光プローブ34への入射前の
１次光を側方に分離し、前記第２の光検出器40に導くも
のである。 前記狭帯域検出手段42は、前記第２の光検出器40の出
力を調整するための可変減衰器42Aと、この可変減衰器4
2Aを第１及び第２の光検出器38、40の出力に応じて、前
記光プローブ34に電界が印加されない状態でのこれら２
つの光検出器38、40の出力が同一となるように制御する
可変減衰器制御回路42Bと、前記第１の光検出器38から
の出力及び可変減衰器42Aを経た第２の光検出器40から
の出力を、前記光変調器制御装置36Fからの参照信号に
基づいて、超音波光変調器36Aによる光のオン・オフの
周波数で、狭帯域増幅するロックインアンプ42Cと、を
備えて構成されている。 図の符号55はロックインアンプ42Cの出力を、前記半
導体レーザ駆動装置36Eからの信号に基づいて、半導体
レーザ36Bにおける光パルス発生タイミング変化量と共
に記録する記録装置を示す。又符号57は記録装置55の記
録を表示、解析するための表示解析装置を示す。 次に上記実施例の作用を説明する。 電子デバイス駆動装置48により、被測定電子デバイス
46を動作させ、この電子デバイス駆動装置48からの信号
に基づいて、半導体レーザ駆動装置36Eにより、被測定
電子デバイス46と同期して半導体レーザ36Bを駆動す
る。 半導体レーザ36Bからの出射光は、集光レンズ36C、光
アイソレータ36Dを経て超音波光変調器36Aに入射する。 この超音波光変調器36Aは、光変調器制御装置36Fによ
って駆動され、入射光は変調されたとき１次光となっ
て、コリメータレンズ52、偏光ビームスプリッタ54、ビ
ームスプリッタ56、コンペンセータ58及び集光レンズ60
を経て光プローブ34に入射する。 光プローブ34には、被測定電子デバイス46の電圧によ
る電界が作用し、その電界に応じて該光プローブ34内で
の光の偏光状態が変化する。 光プローブ34内で、入射光は光反射面34Aで反射され
た後再び集光レンズ60、コンペンセータ58、ビームスプ
リッタ56を経て偏光ビームスプリッタ54に至り、ここで
第１の光検出器38に向けて反射される。 一方、超音波光変調器36Aからの１次光は、ビームス
プリッタ56を通過する際に、その一部が反射され第２の
光検出器40に到達する。 第１の光検出器38の出力Ａと、第２の光検出器40の出
力Ｂは、前記可変減衰器42A及び可変減衰器制御回路42B
によって、自動的に、且つ予め、光プローブ34に電界が
印加されない状態での出力がＡ＝Ｂとなるように調整さ
れていて、可変減衰器42Aによって出力が調整された
後、ロックインアンプ42Cに入力される。 このロックインアンプ42Cは、光変調器制御装置36Fか
らの参照信号に基づいて、Ａ−Ｂの信号成分のうち、光
変調器制御装置36Fからの参照信号に基づいて、超音波
光変調器36Aのオン・オフの変調周波数成分を狭帯域で
増幅する。 このロックインアンプ42Cの出力即ちＡ−Ｂ＝Ｃは、
記録装置55に入力されて、記録装置55は、前記半導体レ
ーザ駆動装置36Eにおける光パルス発生タイミング変化
量と共に、ロックインアンプ42Cの出力を記録し、これ
が、表示解析装置57で表示、解析される。 従ってこの実施例においては、被測定電子デバイス46
における信号をオン・オフすることなく、光プローブ34
に入射する光を超音波光変調器36Aによってオン・オフ
して、被測定信号そのものをオン・オフさせるものと同
様の効果を得ることができ、しかも、被測定電子デバイ
ス46におけるオン・オフに基づく信号波形の歪みが解消
される。 又この実施例においては、半導体レーザ36Bが、被測
定電子デバイス46の信号に同期して駆動されるので、光
パルス発生タイミングを順次変化させていくことによっ
て、被測定電子デバイス46における信号波形を正確に測
定することができる。 上記のように、この実施例は、半導体レーザ36Bを被
測定電子デバイス46と同期させることによって高速電気
波形の計測を可能としたものであるが、本発明はこれに
限定されるものでなく、被測定電子デバイス46に直流電
圧を印加するような場合についても適用され得るもので
ある。 この場合は、光源装置における光源はパルス光である
必要はなく、HeNeレーザ等の直流光源であってもよい。 直流電圧を測定する場合は、第14図及び第15図に示さ
れるように従来不可能であったが、この実施例において
は、第３図に示されるように、入力光をチョップし、ロ
ックインアンプ42Cにおける差動入力（Ａ−Ｂ）で、光
プローブ34への電圧印加による変化分のみを、第３図
（Ｄ）に示されるようにロックイン検出することができ
る。 又、第５図に示される光プローブ34の光反射面34Aに
対向する面に透過背面電極を設けて、これにDC信号を印
加することによって絶対電圧の測定も可能となる。 次に第４図に示される本発明の第３実施例について説
明する。 この第３実施例は、前記ロックインアンプ42Cの出力
側に補正回路44を設けたものである。 他の構成は前記第２図の第２実施例と同一であるの
で、同一部分には第２図と同一の符号を付することによ
り説明を省略するものとする。 前記補正回路44は、前記光プローブ34への電界を印加
しない状態及び印加した状態での、前記ロックインアン
プ42Cの出力の差を演算すると共に、該出力の差を、前
記光プローブ34への電界を印加しない状態での前記第１
の光検出器38の出力で除すようにした割算器から構成さ
れている。 次にこの実施例の作用について説明する。 通常、光プローブ34先端の光反射面34Aの反射率を100
％とすることは不可能である。 従って、光プローブ34への入射光の一部は、該光反射
面34Aを透過して被測定物表面に到達し、且つそこで反
射され、再び光反射面34Aを通って光プローブ内に入り
込み、これが光検出器にノイズとして検出され、測定誤
差の原因となる。 のみならず、被測定物表面の反射率にばらつきがある
場合は、この表面からの反射光による測定誤差も反射率
の変化に伴って変化し、更に正確な測定を困難なものと
している。 前記補正回路44は、このような光反射面34Aの反射率
の不完全性に基づく透過光による誤差の影響、更には被
測定物表面の反射率のばらつきによる誤差を解消して、
正確な測定を可能とするものである。 第５図に示されるように、被測定物、例えば前述の被
測定電子デバイス46表面における反射率の異なる第１及
び第２の領域46A、46B、及び、これらの反射率R1及びR2
を仮定する。 入射光強度を2I₀、光反射面34Aの反射率をR₀とする。 ここで、R₀＝１とした場合、光プローブ34からの基本
となる出力Ｉは次の（１）式で表わされる。 但し（１）式は、ＶがＶ_πに比べて小さい場合の近似
式である。 Ｉ＝I₀（１＋π/Vπ・ｖ） …（１） ここでＶπ…半波長電圧、ｖは被測定電圧を示す。 一方、光反射面34Aの反射率がR₀＜１の状態で該光反
射面34Aで反射した光の出力及び該光反射面34Aを通過
し、領域46Aで反射し、再び光反射面34Aを通過した光の
出力をそれぞれI_x及びI_yとすると、 I_x＝I₀R₀（１＋π/Vπ・ｖ） …（２） I_y＝（１−R₀）^２R1I₀（１＋π/Vπ・ｖ） …（３） となる。 前出（１）式のＩはI_xとI_yの和にほぼ等しい。従って
Ｉは次の（４）式に示されるようになる。 Ｉ＝I_x＋I_y ＝I₀（１＋π/Vπ・ｖ） ｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ …（４） ここで、I_x、I_yは共に、偏光ビームスプリッタ54で光
量が半分になるものと仮定している。 前記第２実施例の場合について説明したように、狭帯
域検出手段42は可変減衰器42A及び可変減衰器制御回路4
2Bを備え、光プローブ34に電圧が印加されていない状態
での第１及び第２の光検出器38、40の出力が等しくなる
ように調整されていて、この状態で、ロックインアンプ
42Cからは、差動出力I_A−I_B即ち第２図のＡ−Ｂ＝Ｃが
出力される。 前記第１の領域46A及び第２の領域46Bを測定する際
の、各領域における、光プローブ34への電圧印加無し及
び印加有りのときのI_A、I_B及びI_A-Bは次のようになる。 即ち、第１の領域46Aにおいては次の（５）〜（９）
式のようになる。ここで（○）は電圧印加有り、又
（×）は電圧印加無しをそれぞれ示すものとする。 I_A（×） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ …（５） I_A（○） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ （１＋π/Vπ・ｖ） …（６） I_B＝I_A（×） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ …（７） I_A-B（×） ＝I_A（×）−I_B＝０ …（８） I_A-B（○） ＝I_A（○）−I_B ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ π/Vπ・ｖ …（９） 又第２の領域46Bにおいては次の（10）〜（13）式の
ようになる。 I_A（×） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R2｝ …（10） I_A（○） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R2｝ （１＋π/Vπ・ｖ） …（11） I_A-B（×） ＝I_A（×）−I_B ＝I₀（１−R₀）^２（R2−R1） …（12） I_A-B（○）＝I_A（○）−I_B＝I₀［（１−R₀）^２（R2−R
1）＋｛R₀＋（１＋R₀）^２R₂｝π/Vπ・ｖ］ …（13） なお、I_Bは（７）式の通りである。 次に、光プローブ34への電圧印加の有無における差動
出力（Ａ−Ｂ）の差を求めると、領域46Aでは次の（1
4）式に示されるようになる。 I_A-B（○）−I_A-B（×） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R₁｝ π/Vπ・ｖ …（14） 又領域46Bでは次の（15）式で示されるようになる。 I_A-B（○）−I_A-B（×） ＝I₀｛R₀＋（１−R₀）^２R₂｝ π/Vπ・ｖ …（15） 上記（14）及び（16）式において、R1とR2が異なるの
で、これらは完全に補正されているとはいえない（第６
図参照）。 ここで、図６（Ｃ）、（Ｄ）の円弧状部分は、二つの
電極46Bに電圧を印加した場合の電圧分布に依存したＡ
−Ｂ出力の分布を示している。即ち、光プローブの反射
率R0を100％と仮定した場合の出力である。一般に、二
つの電極に同じ電圧を与えて、光プローブでその電圧を
測定した場合には、出力分布は電極の形状そのものには
ならない。なぜなら、電極を外れたところでは、電位を
決定する電極が無いので、周りの電極構成に依存した電
圧分布になり、具体的には、両端では電圧が次第に下が
った分布になり、電極の間では両者の影響を受けた出力
となる。これを図示したのが、上記円弧状の出力分布で
ある。 前記（14）式及び（15）式を、電圧変化無しの状態に
おける出力I_A（×）で除算すると、次の（16）式及び
（17）式のようになり、第１及び第２の領域46A、46Bに
おける反射率R1及びR2に依存せず、印加電圧ｃに比例す
るものとなる。 ｛I_A-B（○）−I_A-B（×）｝／I_A（×） ＝π/Vπ・ｖ …（16） ｛I_A-B（○）−I_A-B（×）｝／I_A（×） ＝π/Vπ・ｖ …（17） 前述の如く、前記補正回路44は、光プローブ34に電圧
が印加されていない状態での、第１の光検出器38の出力
で、ロックインアンプ42Cの差動出力を除算するので、
結果として（16）式及び（17）式が得られることにな
る。 ここで、例えば、光反射面34Aの反射率R₀＝90％、
又、被測定電子デバイス46における最悪条件を考慮し
て、第１の領域46Aの反射率R1＝０、第２の領域46Bの反
射率R2＝100％とすると、領域46AではR₀＋（１−R₀）^２
R1＝R₀＝0.90、領域46BではR₀＋（１−R₀）^２R2＝R₀＋
（１−R₀）^２＝0.91となり、前出の、（14）式及び（1
5）式の補正出力と、（16）式、（17）式の補正出力と
の間には、約１％の違いが出る。従ってこの実施例にお
ける測定精度は約１％となる。 上記では、最悪条件を考慮して、R1＝０、R2＝100％
の場合について計算しており、誤差が約１％で、即ち、
R1が０〜100％の場合を考えた場合、最大でも１％の誤
差があり、補正はこの誤差程度でうまくいくことが示さ
れている。これは、光プローブの光の反射面の反射率が
90％と高いことに依存している。反射面を形成するので
あるから90％程度の反射率を与えることは当然であり、
この場合、前記のように誤差１％で補正できることにな
る。 上記実施例において、半導体レーザ駆動装置36Eは、
電子デバイス駆動装置48からの信号に基づいて作動され
ているが、これは、例えば第７図に示されるように、基
準クロック発生装置62を設け、これからクロック信号を
前記半導体レーザ駆動装置36E及び電子デバイス駆動装
置48に出力するようにしてもよい。 又、上記実施例は、第１の光検出器38への偏光ビーム
スプリッタ54から、又第２の光検出器40へはビームスプ
リッタ56からそれぞれ光を反射させるようにしている
が、これは、例えば第８図に示されるように、ハーフミ
ラー64を入射光上に配置し、偏光子66を通過した入射光
の一部を第２の光検出器40に反射させ、更に光プローブ
34から戻した光の一部を検光子68を介して第１の光検出
器38に入力するようにしてもよい。 更に、第９図に示されるように、前記第８図の実施例
におけるハーフミラー64の代わりに、偏光ビームスプリ
ッタ54を配置してもよい。 又、上記実施例において、第１の光検出器38及び第２
の光検出器40の出力は、可変減衰器42及び可変減衰器制
御回路42Bによって、光プローブ34に電圧が印加されて
いないとき、両出力が等しくなるように制御されている
が、これは、例えば第10図に示されるように、第１の光
検出器38を増幅する可変アンプ70と、この可変アンプ
を、第１及び第２の光検出器38、40の出力に応じて制御
する可変アンプ制御回路72により制御するようにしても
よい。 又、第11図に示されるように、第１及び第２の光検出
器38、40の出力を差動増幅器74に入力させ、この出力を
ロックインアンプ42Cに入力させるようにしてもよい。 この場合、差動増幅器74は予め、光プローブ34への電
圧が印加されていない状態での第１及び第２の光検出器
38、40の出力が等しくなるように調整しておく。 又、第12図に示されるように、ロックインアンプ42C
の出力側に、割算回路76を設けるようにしてもよい。こ
の割算回路76は、ロックインアンプ42Cの差動出力を、
第２の光検出器40の出力の一部で割算し、これによっ
て、光源装置36における光源の強度変動をキャンセルす
るものである。 さらに、上記各実施例は、超音波光変調器36Aや、あ
るいが光チョッパー16によって光源光をオン・オフする
ものであるが、これは、例えば前記実施例における半導
体レーザ36Bを、半導体レーザ駆動装置36Eにより、電気
的にオン・オフすることによって光変調器により光をオ
ン・オフしたと同様の状態を形成するようにしてもよ
い。 又この場合、第13図に示されるように、半導体レーザ
駆動装置36Eのオン・オフの信号を、ロックインアンプ4
2Cにおける参照信号に用いてもよい。

【発明の効果】

本発明は上記のように構成したので、被測定信号を直
接オン・オフすることなく、入射光をオン・オフするこ
とによって、同等の効果を得、しかも被測定信号の波形
歪みを防止することができるという優れた効果を有す
る。 本発明は、上記のように構成したので、光反射面を備
えた光強度変化手段を有する光強度変化検出装置におい
て、光反射面を透過する光による測定誤差を補正するこ
とができるという優れた効果を有する。 更に又この発明は、上記のように構成したので、光反
射面を透過した光が被測定信号源表面の反射率のばらつ
きによって生じる測定誤差を補正することができるとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光強度変化検出装置の第１実施例
を示すブロック図、第２図は本発明の第２実施例を示す
ブロック図、第３図は同第２実施例の作用を示す線図、
第４図は本発明の第３実施例の要部を示すブロック図、
第５図は同第３実施例における光プローブ近傍を拡大し
て示す断面図、第６図は同実施例による測定結果を示す
線図、第７図〜第13図は上記第２実施例における各部の
変形例を示すブロック図、第14図及び第15図は、従来の
電圧検出装置における電気信号をチョップした場合及び
入力光をチョップした場合の検出状態を比較して示す線
図である。 10…被測定信号源、12…光強度変化手段、14…短パルス
光源、16…光チョッパー、20、36…光源装置、22、38…
第１の光検出器、24…ビームスプリッター、26、40…第
２の光検出器、28、42…狭帯域検出手段、30…光強度変
化検出装置、32…電圧検出装置、34…光プローブ、34A
…光反射面、36A…超音波光変調器、36B…半導体レーザ
ー、42C…ロックインアンプ、44…補正回路、46…被測
定電子デバイス。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定信号の変化に対応して、通過する光
   の強度が変化する光強度変化手段の一端に光反射面を形
   成し、被測定信号源に前記光反射面を接近させ、前記光
   強度変化手段に、光源装置からの光を入射させ、且つ、
   前記反射面からの反射光の強度変化を検出することによ
   って、前記被測定信号を測定する光強度検出装置におい
   て、前記光源装置を、光を出射する光源、この光源から
   出射された光を繰返しオン・オフする光チョップ手段、
   及びこの光チョップ手段を制御する光チョップ制御手段
   を含んで構成すると共に、前記光源装置から出射され、
   前記光強度変化手段を通過した光を光電変換する第１の
   光検出器と、前記光源装置からの光であって光強度変化
   手段により強度変化を受けない光を光電変換する第２の
   光検出器と、前記第１及び第２の光検出器の出力の差を
   前記チョップ手段におけるオン・オフの周波数で狭帯域
   検出する狭帯域検出手段と、前記光強度変化手段への前
   記被測定信号の印加時及び非印加時における、前記狭帯
   域検出手段の出力の差を算出する補正回路と、を備えた
   ことを特徴とする光強度変化検出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記補正回路は前記光
   反射面の反射率をR₀、被測定信号源における一般面の反
   射率をR1、被測定信号源における被測定点の反射率をR2
   としたとき、前記一般面測定状態で、前記光強度変化手
   段へ印加される被測定信号を０としたときの前記第１及
   び第２の光検出器出力が等しくなる条件で、前記被測定
   点の測定時における前記狭帯域検出手段の出力信号に、 ｛R₀＋（１−R₀）^２R1｝ ／｛R₀＋（１−R₀）^２R2｝ を乗じて補正するようにされたことを特徴とする光強度
   変化検出装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記補正回路は、前記
   光強度変化手段への前記被測定信号の印加時及び非印加
   時における、前記狭帯域検出手段の出力の差を、前記光
   強度変化手段への被測定信号を印加しない状態での、前
   記第１の光検出器の出力で除して補正するようにされた
   ことを特徴とする光強度変化検出装置。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３において、前記被測定
   信号は電気信号であり、前記光強度変化手段は、前記電
   気信号の電圧変化に対応して屈折率が変化する電気光学
   材料を含んで形成されてなり、これにより電圧を検出す
   ることを特徴とする光強度変化検出装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記電気光学材料を、
   被測定電気信号を発生する被測定電気信号源に接近して
   配置された光プローブ中に設け、非接触で電圧測定を可
   能としたことを特徴とする光強度変化検出装置。
6. 【請求項６】請求項４又は５において、前記光源装置に
   おける光源を、レーザパルス光を発生するパルスレーザ
   として被測定電圧波形の高時間分解を可能としたことを
   特徴とする光強度変化検出装置。