JP2582579B2 - 電圧検出装置 - Google Patents

電圧検出装置

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JP2582579B2 JP62174534A JP17453487A JP2582579B2 JP 2582579 B2 JP2582579 B2 JP 2582579B2 JP 62174534 A JP62174534 A JP 62174534A JP 17453487 A JP17453487 A JP 17453487A JP 2582579 B2 JP2582579 B2 JP 2582579B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物、例えば集積回路等の所定部分の
電圧を検出するための電圧検出装置に関し、特に被測定
物の所定部分の電圧によって光ビームの偏光状態が変化
することを利用して電圧を検出する型式の電圧検出装置
に関する。
〔従来の技術〕
従来、集積回路などの被測定物の所定部分の電圧を検
出するのに、種々の電圧検出装置が用いられている。
第3図は、光ビームの偏光状態が被測定物の所定部分
の電圧によって変化することを利用して被測定物の電圧
を検出する型式の電圧検出装置の構成図である。
第3図において電圧検出装置50は、光プローブ52と、
例えばレーザダイオードによる光源53と、光源53から出
力される光ビームを集光レンズ60を介して光プローブ52
に案内する光ファイバ51と、光プローブ52からの参照光
REFおよび光プローブ52からの出射光SGが入射する検出
器55とから構成されている。
光プローブ52には、電気光学材料62、例えば光学的−
軸性結晶のタンタル酸リチウム(LiTaO3)が収容されて
おり、電気光学材料62の先端部63は、截頭円錐形状に加
工されている。光プローブ52の外周部には、導電性電極
64が設けられ、また先端部63には金属薄膜あるいは誘電
体多層膜の反射鏡65が被着されている。
光プローブ52内にはさらに、コリメータ94と、集光レ
ンズ95,96と、コリメータ94からの光ビームから所定の
偏光成分をもつ光ビームだけを抽出する偏光子54と、偏
光子54からの所定の偏光成分をもつ光ビームを参照光RE
Fと入射光INとに分割する一方、電気光学材料62からの
出射光を検光子57に入射させるビームスプリッタ56とが
設けられている。なお参照光REF、出射光SGは、それぞ
れ集光レンズ95,96,光ファイバ58,59を介して検出器55
に入射するようになっている。
このような構成の電圧検出装置50では、検出に際し
て、光プローブ52の外周部に設けられた導電性電極64を
例えば接地電位に保持しておく。次いで、光プローブ52
の先端部63を被測定物、例えば集積回路(図示せず)に
接近させる。これにより、光プローブ52の電気光学材料
62の先端部63の屈折率が変化する。より詳しくは、光学
的−軸性結晶などにおいて、光軸と垂直な平面内におけ
る常光の屈折率と異常光の屈折率との差が変化する。
光源53から出力された光ビームは、集光レンズ60,光
ファイバ51を介して光プローブ52のコリメータ94に入射
し、さらに偏光子54により所定の偏光成分の強度Iの光
ビームとなって、ビームスプリッタ56を介して光プロー
ブ52の電気光学材料62に入射する。なおビームスプリッ
タ56により分割された参照光、入射光の強度はそれぞれ
I/2となる。電気光学材料62の先端部63の屈折率は上述
のように被測定物の電圧により変化するので、電気光学
材料62に入射した入射光INは先端部63のところでその偏
光状態が屈折率変化に依存して変化し反射鏡65に達し、
反射鏡65で反射され、電気光学材料62から出射光として
再びビームスプリッタ56に向かう。電気光学材料62の先
端部63の長さをlとすると、入射光INの偏光状態は電圧
による常光と異常光との屈折率差および長さ2lに比例し
て変化する。ビームスプリッタ56に戻された出射光は、
検光子57に入射する。なお検光子57に入射する出射光の
強度は、ビームスプリッタ56によりI/4となっている。
検光子57が例えば偏光子54の偏光成分と直交する偏光成
分の光ビームだけを通過させるように構成されていると
すると、偏光状態が変化して検光子57に入射する強度I/
4の出射光は、検光子57により、強度が(I/4)sin
2〔(π/2)・V/V0〕となって検出器55に加わることに
なる。ここでVは被測定物の電圧、V0は半波長電圧であ
る。
出射光SGの強度(I/4)・sin2〔(π/2)V/V0〕は、
電圧変化に伴なう電気光学材料62の先端部63の屈折率の
変化によって変わるので、これに基づき検出器55におい
て被測定物、例えば集積回路の所定部分の電圧を検出す
ることができる。
このように第3図に示す電圧検出装置50では、光プロ
ーブ52の先端部63を被測定物に接近させることで変化す
る電気光学材料62の先端部63の屈折率の変化に基づき、
被測定物の所定部分の電圧を検出するようにしているの
で、特に接触させることが困難で、また接触させること
により被測定電圧に影響を与えるような集積回路の微細
部分などの電圧を、光プローブ52を接触させずとも検出
することができる。また光源53としてパルス幅の非常に
短かい光パルスを出力するレーザダイオードなどのパル
ス光源を用いて、被測定物の高速な電圧変化を非常に短
かい時間幅でサンプリングするかあるいは光源53に直流
光源を用い検出器55にストリークカメラなどの高速応答
検出器を用いて被測定物の高速な電圧変化を高い時間分
解能で測定することにより、高速な電圧変化をも精度良
く検出することが可能となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで第3図に示すような従来の電圧検出装置50で
は、光プローブ52は微小断面形状のものであって、被測
定物の1つの位置の電圧だけを測定することを意図して
いた。従って、被測定物の複数の位置の電圧を測定する
場合には、オペレータは光プローブ52を手動で操作して
光プローブ52を各位置に移動させねばならず、操作に手
間がかかると同時に相当の測定時間を要するという問題
があった。
また光プローブを小さくするには物理的に無理があ
り、、空間分解能を向上させることができず、高精度の
測定結果を得るには限界があるという問題があった。
本発明は、被測定物の複数の箇所の電圧を操作性良く
検出することができると同時に空間分解能を向上させ高
精度の測定結果を得ることの可能な電圧検出装置を提供
することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、電圧が加わることによって屈折率が変化す
る電気光学材料を用いた型式の電圧検出装置において、
前記電気光学材料は、電圧の検出されるべき被測定物の
複数の測定位置を覆うように位置決めされ、電気光学材
料に入射する光ビームを音響光学偏向手段によって偏向
させることによって、被測定物の複数の測定位置に対応
した電気光学材料の前記各部分の走査を行ない、電気光
学材料の前記各部分からの出射光の偏光状態の変化に基
づき被測定物の複数の測定位置の電圧が検出されるよう
になっていることを特徴とする電圧検出装置によって、
上記従来技術の問題点を改善しようとするものである。
〔作用〕
本発明では、電圧の検出されるべき被測定物の複数の
測定位置を覆うように電気光学材料を位置決めし、被測
定物の複数の測定位置に対応した電気光学材料の各部分
に光ビームを入射させて、これらの各部分を走査する。
この走査は、音響光学偏向手段によって光ビームを偏向
させて行なう。このような走査による電気光学材料の各
部分からの出射光の偏光状態の変化に基づき、被測定物
の複数の測定位置の電圧を操作性良く検出することがで
きる。なお、光ビームを絞って電気光学材料に入射させ
ることができるので、空間分解能を向上させ、高精度の
測定結果を得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係る電圧検出装置の実施例の構成図
である。
第1図の電圧検出装置1では、電気光学材料2は、集
積回路などの被測定物3に接近させてあるいは被測定物
3に接触させて固定されている。この電気光学材料2
は、柱状あるいは板状の形状をしており、その断面は、
第3図に示すような従来の電圧検出装置50の光プローブ
52内に収容されている電気光学材料62の断面積に比べて
十分に大きく、被測定物3の複数の測定位置を覆う大き
さに切出されている。なお電気光学材料2の底面には、
金属あるいは誘導体多層膜の反射鏡8が形成されてい
る。金属の反射鏡を形成した場合は、被測定物3に接触
することなく測定するか被測定物3の表面に配置した絶
縁物を介して測定する必要がある。
また電圧検出装置1は、光源53と、光源53からの光ビ
ームから所定の偏光成分を抽出する偏光子4と、偏光子
4で抽出された所定の偏光成分の光ビームを偏向する2
つの音響光学偏向器21,22と、音響光学偏向器21,22によ
り偏向された光ビームを電気光学材料2に入射光として
入射させるとともに電気光学材料2からの出射光を分割
するビームスプリッタ7と、ビームスプリッタ7で分割
され偏向状態の変化している出射光から所定の偏光成分
を抽出する検光子9と、検光子9からの出射光が入射す
る検出器10とを備えている。
検出器10は、光源53がパルス光源であるときには、光
電変換素子などを利用して電気光学材料2からの出射光
の強度をサンプリング測定し、被測定物の電圧を検出す
るものとなっており、また光源53が直流光源であるとき
には、出射光の強度をストリーク像として観測しうるス
トリークカメラなどの高速応答検出器となっている。
このような検出器10で検出された結果はコンピュータ
11に送られて、コンピュータ11でデータ処理が施されて
メモリ(図示せず)に記憶され、電圧検出処理の終了時
にディスプレイ12に表示されるようになっている。
ところでこの実施例では、電気光学材料2は前述のよ
うに被測定物3の複数の測定位置を含む大きさに切出さ
れており、被測定物3の複数の測定位置の電圧を順次に
検出するため、入射光は、第2図に示すようにX軸線方
向およびY軸線方向に走査され、さらに十分に絞られて
電気光学材料2に入射するようになっている。
音響光学偏向器21は、X軸線方向の走査を行なうため
に設けられ、音響光学偏向器22は、Y軸線方向の走査を
行なうために設けられている。すなわち、音響光学偏向
器21,22は、被測定物3のある1つの測定位置での電圧
の検出を終了したとコンピュータ11によって判断された
とき、コンピュータ11により制御される駆動回路23によ
って駆動され偏光子4からの光ビームをX軸線方向、Y
軸線方向に順次に走査するようになっている。
このような構成の電圧検出装置1では、光源53からの
光ビームは、偏光子4で所定の偏光成分が抽出されて音
響光学偏向器21,22により偏向されビームスプリッタ7
を介して十分に絞り込まれた状態で電気光学材料2に入
射する。音響光学偏向器21,22は最初、例えば第2図に
示す位置(x1,y1)に入射光が入射するように設定され
ているとする。電気光学材料2の位置(x1,y1)の部分
は、その直下の被測定物の電圧に対応して屈折率が所定
量変化しているので、位置(x1,y1)に入射した入射光
は、屈折率変化に応じてその偏光状態が変化し、反射鏡
8で反射され電気光学材料2から出射光として出力され
ビームスプリッタ7,検光子9を介して検出器10に加わ
る。検出器10では、電気光学材料2の位置(x1,y1)の
部分の直下の被測定物3の測定位置の電圧を検出し、コ
ンピュータ11に送る。コンピュータ11では、検出された
位置(x1,y1)の部分の直下の被測定物3の測定位置の
電圧に所定のデータ処理を施しメモリ(図示せず)に記
憶させた後、電気光学材料2の次の走査位置の部分の直
下の被測定物3の測定位置の電圧を検出するため駆動回
路23を制御して音響光学偏向器21を駆動する。これによ
り音響光学偏向器21は、入射光が電気光学材料2のX軸
線方向の次の走査位置に入射するよう設定され、上述し
たと同様の電圧検出処理が行なわれる。
このようにして、音響光学偏向器21が制御されること
によって、入射光の入射位置がX軸線方向に順次に移動
し、入射光が電気光学材料2の位置(xn,y1)に入射す
るように設定され、位置(xn,y1)の部分の直下の被測
定物3の測定位置の電圧を検出し終ると、コンピュータ
11は、次のY軸線方向位置y2におけるX軸線方向の走査
を行なうため、駆動回路23を制御して音響光学偏向器2
1,22を駆動する。これにより音響光学偏向器22は、入射
光がY軸線方向の次の走査位置y2に入射するように設定
され、音響光学偏向器21が制御されることによって、入
射光の入射位置を位置x1から位置xnまで順次に移動させ
ることで電気光学材料2の位置(x1,y2)から位置(xn,
y2)において上述したと同様の電圧検出処理が行なわれ
る。
このようにして入射光がY軸線方向の走査位置ymに入
射するよう音響光学偏向器22を設定し、音響光学偏向器
21が制御されることによって、入射光の入射位置を位置
x1から位置xnまで順次に移動させて電気光学材料2の位
置(x1,ym)から位置(xn,ym)までの各位置における電
圧を検出して被測定物3の複数の測定位置の電圧検出を
終了する。なお電圧検出終了時に、コンピュータ11のメ
モリに記憶された各測定位置の電圧検出結果を、ディス
プレイ12に表示する。
上述のように本実施例の電圧検出装置1では、電気光
学材料2を固定した状態で、電気光学材料2に絞った光
ビームを順次に走査して入射させることにより、被測定
物3の複数の測定位置の電圧を検出することができる。
以上のように、本実施例の電圧検出装置では、光ビー
ムを絞って電気光学材料に入射させ、光ビームを音響光
学偏向器21,22で偏向させることにより、電気光学材料
2を光ビームで走査して被測定物3の複数の測定位置の
電圧を順次に検出することができる。
なお上述の実施例ではX軸線方向、Y軸線方向に順次
に走査する仕方について述べたが、電圧の検出されるべ
き被測定物3の測定位置が予め定まっているような場合
には、コンピュータ11のメモリなどにこの測定位置を予
め記憶しておき、その測定位置に対応した電気光学材料
2の部分だけに光ビームを入射させるよう制御しても良
い。
また、ビームスプリッタ7で反射された光源53からの
光を参照光として光検出器で受け、電圧に変換してコン
ピュータ11に取込み、出射光からの信号と比較すること
により光源53の強度のゆらぎを補正して精度良く検出す
ることができる。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明によれば、電圧の検出
されるべき被測定物の複数の測定位置を覆うように電気
光学材料を位置決めし、電気光学材料に入射する光ビー
ムを音響光学偏向手段によって偏向させることによっ
て、被測定物の複数の測定位置に対応した電気光学材料
の各部分に光ビームを入射させ電気光学材料の各部分を
走査するようにしているので、従来の装置のように光プ
ローブを手動でその都度移動させたりする手間を省き操
作性を著しく向上させると同時に、電気光学材料に光ビ
ームを十分絞って入射させることができるので、空間分
解能を向上させ高精度の測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る電圧検出装置の実施例の構成図、
第2図は走査の仕方を説明するための図、第3図は従来
の電圧検出装置の構成図である。 1,20,30……電圧検出装置、 2……電気光学材料、3……被測定物、 10……検出器、 11……コンピュータ、 23……駆動回路、 21,22……音響光学偏向器、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−253878(JP,A) 特開 昭62−71158(JP,A) 特開 昭63−138274(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電圧が加わることによって屈折率が変化す
    る電気光学材料を用いた型式の電圧検出装置において、
    前記電気光学材料は、電圧の検出されるべき被測定物の
    複数の測定位置を覆うように位置決めされ、電気光学材
    料に入射する光ビームを音響光学偏向手段によって偏向
    させることによって、被測定物の複数の測定位置に対応
    した電気光学材料の前記各部分の走査が行なわれ、電気
    光学材料の前記各部分からの出射光の偏光状態の変化に
    基づき被測定物の複数の測定位置の電圧が検出されるよ
    うになっていることを特徴とする電圧検出装置。
JP62174534A 1987-07-13 1987-07-13 電圧検出装置 Expired - Lifetime JP2582579B2 (ja)

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US07/217,790 US4906922A (en) 1987-07-13 1988-07-12 Voltage mapping device having fast time resolution
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