JP2709135B2 - 光信号検出装置 - Google Patents
光信号検出装置Info
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- JP2709135B2 JP2709135B2 JP1091506A JP9150689A JP2709135B2 JP 2709135 B2 JP2709135 B2 JP 2709135B2 JP 1091506 A JP1091506 A JP 1091506A JP 9150689 A JP9150689 A JP 9150689A JP 2709135 B2 JP2709135 B2 JP 2709135B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/40—Circuit details for pick-up tubes
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- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
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- G—PHYSICS
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Description
本発明は、入力光の一部に、背景光と共に含まれる信
号光を検出するための光信号検出装置に係り、特に、大
きな背景光に重畳した光信号を高時間分解能で観測する
ことが可能なストリーフ管を用いた光信号検出装置に関
するものである。
号光を検出するための光信号検出装置に係り、特に、大
きな背景光に重畳した光信号を高時間分解能で観測する
ことが可能なストリーフ管を用いた光信号検出装置に関
するものである。
超高速光現象の過渡的挙動を計測する手段としては種
々のものがあるが、その一つに、入射光を光電面に入射
して電子に変換し、該光電面から放出された光電子ビー
ムに偏向電圧を印加して高速掃引することにより、時間
的に変化する入射光強度を、蛍光画面上の位置に対する
輝度変化として測定する、ストリークカメラによる方法
がある。 このストリークカメラの心臓部であるストリーク管13
は、第19図に示す如く、入力光学系のスリツト板10及び
レンズ12を通して入射窓に入射、結像される光学像（ス
リツト像）を電子像に変換する光電面14と、該光電面14
で発生した電子像を加速する、例えばメツシユ状の加速
電極16と、該加速電極16で加速された光電子をスリツト
の長手方向に垂直（図の上下方向）に高速で掃引する
（主）偏向電極22と、該偏向電極22によつて偏向された
光電子像を再び光学像（時間の経過が縦軸方向の位置で
表わされた輝度情報像であるストリーク像）に変換して
出射窓から出射する蛍光面26と、を主に備えている。 図において、18は、前記加速電極16で加速された光電
子を一定範囲に集束するための集束電極、20は、中央に
開口を有する陽極、23は、電子の通過に合わせて前記偏
向電極22に所定の（主）掃引電圧を印加するための
（主）掃引電圧発生回路、24は、前記偏向電極22を通過
した電子を、蛍光面26の前で増倍するためのマイクロチ
ヤンネルプレート（MCP）、25は、該MCP24の入力側に設
けられた、蛍光面26の有効掃引域の外に偏向される電子
を遮断して計測精度を向上するためのコーン状の遮蔽電
極、28は、出力光学系のレンズ27を通して前記ストリー
ク像を撮像するための、SITカメラ、CCdカメラ等の高感
度テレビカメラ等からなる撮像装置である。 このストリークカメラは、その動作原理上、掃引方式
によって、単掃引型とシンクロスキヤン型に大別され
る。単掃引型では、通常、パルスレーザ光と同期して、
数kHz程度以下で繰返す超高速鋸歯状波による直線掃引
を行う。又、シンクロスキヤン型では、80〜160MHzで繰
返すレーザ光と同期した正弦波による高速繰返し掃引を
行う。更に、第20図に示す如く、主偏向電極22と直交す
る方向に副偏向電極29を設け、戻り掃引を横方向にずら
して蛍光面26上を通過しないようにする楕円掃引を行つ
て、主掃引のみの信号を正確に測定できるようにしたシ
ンクロナスブランキング型も開発されている。 このような従来のストリークカメラは、例えば、日本
特許1149098号、同1149120号、同1099753号、特公昭57
−40709号、特開昭59−58745号、同61−183857号、米国
特許4232333号、同4352127号、同4611920号、同4661694
号、英国特許2042163号、同2044588号、同2131165号に
開示されている。 このストリークカメラによる方法は、時間分解能と検
出感度が極めて優れた、純電子的な直接法であること、
単一（非繰返し）現象の計測が可能であること、ストリ
ーク像は、元来２次元像であるから、時間分解分光計測
や空間・時間分解計測等の２次元計測又は他チヤンネル
計測ができること、光電面と入射窓の材質を選択するこ
とによつて、近赤外線域から真空紫外線域、更にはＸ線
域に及ぶ広い分光感度域での計測が可能であること等の
特徴を有する。 又、第21図に示す如く、前記ストリークカメラのスト
リーク像を空間的に制限する電子サンプリングスリツト
32Aが設けられたスリツト板32を、例えばストリーク管
内に設けたサンプリング型ストリーク管30を用いて、ス
トリーク像を電子的にサンプリングするようにした、サ
ンプリング型光オシロスコープも実用化されている。 図において、34は、蛍光面26に当つた電子の発光強度
を検出する光検出器であり、光電子増倍管、高感度フオ
トダイトード、アバランシユフオトダイオード、PINフ
オトダイオード等を利用することができる。 このサンプリング型光オシロスコープは、例えば、特
開昭59−104519号、同59−134538号、同59−135330号、
米国特許4645918号、同4694154号、英国特許2133875号
に開示されている。
々のものがあるが、その一つに、入射光を光電面に入射
して電子に変換し、該光電面から放出された光電子ビー
ムに偏向電圧を印加して高速掃引することにより、時間
的に変化する入射光強度を、蛍光画面上の位置に対する
輝度変化として測定する、ストリークカメラによる方法
がある。 このストリークカメラの心臓部であるストリーク管13
は、第19図に示す如く、入力光学系のスリツト板10及び
レンズ12を通して入射窓に入射、結像される光学像（ス
リツト像）を電子像に変換する光電面14と、該光電面14
で発生した電子像を加速する、例えばメツシユ状の加速
電極16と、該加速電極16で加速された光電子をスリツト
の長手方向に垂直（図の上下方向）に高速で掃引する
（主）偏向電極22と、該偏向電極22によつて偏向された
光電子像を再び光学像（時間の経過が縦軸方向の位置で
表わされた輝度情報像であるストリーク像）に変換して
出射窓から出射する蛍光面26と、を主に備えている。 図において、18は、前記加速電極16で加速された光電
子を一定範囲に集束するための集束電極、20は、中央に
開口を有する陽極、23は、電子の通過に合わせて前記偏
向電極22に所定の（主）掃引電圧を印加するための
（主）掃引電圧発生回路、24は、前記偏向電極22を通過
した電子を、蛍光面26の前で増倍するためのマイクロチ
ヤンネルプレート（MCP）、25は、該MCP24の入力側に設
けられた、蛍光面26の有効掃引域の外に偏向される電子
を遮断して計測精度を向上するためのコーン状の遮蔽電
極、28は、出力光学系のレンズ27を通して前記ストリー
ク像を撮像するための、SITカメラ、CCdカメラ等の高感
度テレビカメラ等からなる撮像装置である。 このストリークカメラは、その動作原理上、掃引方式
によって、単掃引型とシンクロスキヤン型に大別され
る。単掃引型では、通常、パルスレーザ光と同期して、
数kHz程度以下で繰返す超高速鋸歯状波による直線掃引
を行う。又、シンクロスキヤン型では、80〜160MHzで繰
返すレーザ光と同期した正弦波による高速繰返し掃引を
行う。更に、第20図に示す如く、主偏向電極22と直交す
る方向に副偏向電極29を設け、戻り掃引を横方向にずら
して蛍光面26上を通過しないようにする楕円掃引を行つ
て、主掃引のみの信号を正確に測定できるようにしたシ
ンクロナスブランキング型も開発されている。 このような従来のストリークカメラは、例えば、日本
特許1149098号、同1149120号、同1099753号、特公昭57
−40709号、特開昭59−58745号、同61−183857号、米国
特許4232333号、同4352127号、同4611920号、同4661694
号、英国特許2042163号、同2044588号、同2131165号に
開示されている。 このストリークカメラによる方法は、時間分解能と検
出感度が極めて優れた、純電子的な直接法であること、
単一（非繰返し）現象の計測が可能であること、ストリ
ーク像は、元来２次元像であるから、時間分解分光計測
や空間・時間分解計測等の２次元計測又は他チヤンネル
計測ができること、光電面と入射窓の材質を選択するこ
とによつて、近赤外線域から真空紫外線域、更にはＸ線
域に及ぶ広い分光感度域での計測が可能であること等の
特徴を有する。 又、第21図に示す如く、前記ストリークカメラのスト
リーク像を空間的に制限する電子サンプリングスリツト
32Aが設けられたスリツト板32を、例えばストリーク管
内に設けたサンプリング型ストリーク管30を用いて、ス
トリーク像を電子的にサンプリングするようにした、サ
ンプリング型光オシロスコープも実用化されている。 図において、34は、蛍光面26に当つた電子の発光強度
を検出する光検出器であり、光電子増倍管、高感度フオ
トダイトード、アバランシユフオトダイオード、PINフ
オトダイオード等を利用することができる。 このサンプリング型光オシロスコープは、例えば、特
開昭59−104519号、同59−134538号、同59−135330号、
米国特許4645918号、同4694154号、英国特許2133875号
に開示されている。
しかしながら、従来は、いずれにしても、入力光をそ
のまま光電変換するため、大きな背景光（直流光）に重
畳した信号光の波形を観測することが困難であるという
問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされた
もので、入力光の一部に、背景光と共に含まれる信号光
を検出して観測することが可能なストリーク管を用いた
光信号検出装置を提供することを課題とする。
のまま光電変換するため、大きな背景光（直流光）に重
畳した信号光の波形を観測することが困難であるという
問題点を有していた。 本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされた
もので、入力光の一部に、背景光と共に含まれる信号光
を検出して観測することが可能なストリーク管を用いた
光信号検出装置を提供することを課題とする。
本発明は、入力光の一部に、背景光と共に含まれる信
号光を検出するための、ストリーク管を用いた光信号検
出装置において、背景光と共に信号光を含む部分を高時
間分解能で抜き出して電気信号に変換するためのサンプ
リング型ストリーク管からなる第１の光電変換手段と、
該サンプリング型ストリーク管のサンプリングタイミン
グをずらすことにより、信号光を含まない背景光のみの
部分を高時間分解能で抜き出して電気信号に変換する第
２の光電変換手段と、前記信号光を含む部分の電気信号
と前記背景光のみの部分の電気信号の差に基づいて、信
号光のみによる成分を抽出する手段とを備えることによ
り、前記課題を達成したものである。 又、前記サンプリングタイミングを、チヨツプ用偏向
電極にチヨツプ電圧を印加してずらすようにしたもので
ある。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧に、チヨツプ電圧を重ねて印
加してずらすようにしたものである。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧の位相を変化させてずらすよ
うにしたものである。 又、前記サンプリングタイミングを、掃引用偏向電極
に印加される掃引電圧の、掃引開始迄の遅延量を変化さ
せてずらすようにしたものである。 本発明は、又、前記第１及び第２の光電変換手段を、
サンプリング型ストリーク管に互いに独立して設けた複
数の電子サンプリングスリツトとしたものである。
号光を検出するための、ストリーク管を用いた光信号検
出装置において、背景光と共に信号光を含む部分を高時
間分解能で抜き出して電気信号に変換するためのサンプ
リング型ストリーク管からなる第１の光電変換手段と、
該サンプリング型ストリーク管のサンプリングタイミン
グをずらすことにより、信号光を含まない背景光のみの
部分を高時間分解能で抜き出して電気信号に変換する第
２の光電変換手段と、前記信号光を含む部分の電気信号
と前記背景光のみの部分の電気信号の差に基づいて、信
号光のみによる成分を抽出する手段とを備えることによ
り、前記課題を達成したものである。 又、前記サンプリングタイミングを、チヨツプ用偏向
電極にチヨツプ電圧を印加してずらすようにしたもので
ある。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧に、チヨツプ電圧を重ねて印
加してずらすようにしたものである。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧の位相を変化させてずらすよ
うにしたものである。 又、前記サンプリングタイミングを、掃引用偏向電極
に印加される掃引電圧の、掃引開始迄の遅延量を変化さ
せてずらすようにしたものである。 本発明は、又、前記第１及び第２の光電変換手段を、
サンプリング型ストリーク管に互いに独立して設けた複
数の電子サンプリングスリツトとしたものである。
本発明においては、背景光と共に信号光を含む部分を
高時間分解能で抜き出して電気信号に変換すると共に、
信号光を含まない背景光のみの部分も高時間分解能で抜
き出して電気信号に変換している。従つて、前記信号光
を含む部分の電気信号と前記背景光のみの部分の電気信
号の差に基づいて、信号光のみによる成分を抽出するこ
とができ、大きな背景光（直流光）に重畳した信号光で
あつても、高時間分解能で観測することができる。よつ
て、吸収測光をはじめとして、これまで困難であつた多
くの光計測が可能となる。 前記第１の光電変換手段をサンプリング型ストリーク
管とした場合には、該サンプリング型ストリーク管のサ
ンプリングタイミングをずらすことにより、前記背景光
のみの部分の電気信号を容易に得ることができる。 又、前記サンプリングタイミングを、チヨツプ用偏向
電極にチヨツプ電圧を印加してずらすようにした場合に
は、副掃引電圧を変化させることなく、サンプリングタ
イミングをずらすことができる。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧に、チヨツプ電圧を重ねて印
加してずらすようにした場合には、チヨツプ用偏向電極
を設ける必要がない。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧の位相を変化させてずらすよ
うにした場合には、チヨツプ電圧を発生させる必要がな
い。 又、前記サンプリングタイミングを、掃引用偏向電極
に印加される掃引電圧の、掃引開始迄の遅延量を変化さ
せてずらすようにした場合には、既に市販されているサ
ンプリング型光オシロスコープを用いて、本発明を容易
に実現できる。 又、前記第１及び第２の光電変換手段を、サンプリン
グ型ストローク管に互いに独立して設けた複数の電子サ
ンプリングスリツトとした場合には、チヨツピングを行
うことなく、信号光を含む部分の電気信号と背景光のみ
の部分の電気信号を独立して得ることができる。
高時間分解能で抜き出して電気信号に変換すると共に、
信号光を含まない背景光のみの部分も高時間分解能で抜
き出して電気信号に変換している。従つて、前記信号光
を含む部分の電気信号と前記背景光のみの部分の電気信
号の差に基づいて、信号光のみによる成分を抽出するこ
とができ、大きな背景光（直流光）に重畳した信号光で
あつても、高時間分解能で観測することができる。よつ
て、吸収測光をはじめとして、これまで困難であつた多
くの光計測が可能となる。 前記第１の光電変換手段をサンプリング型ストリーク
管とした場合には、該サンプリング型ストリーク管のサ
ンプリングタイミングをずらすことにより、前記背景光
のみの部分の電気信号を容易に得ることができる。 又、前記サンプリングタイミングを、チヨツプ用偏向
電極にチヨツプ電圧を印加してずらすようにした場合に
は、副掃引電圧を変化させることなく、サンプリングタ
イミングをずらすことができる。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧に、チヨツプ電圧を重ねて印
加してずらすようにした場合には、チヨツプ用偏向電極
を設ける必要がない。 又、前記サンプリングタイミングを、副掃引用偏向電
極に印加される副掃引電圧の位相を変化させてずらすよ
うにした場合には、チヨツプ電圧を発生させる必要がな
い。 又、前記サンプリングタイミングを、掃引用偏向電極
に印加される掃引電圧の、掃引開始迄の遅延量を変化さ
せてずらすようにした場合には、既に市販されているサ
ンプリング型光オシロスコープを用いて、本発明を容易
に実現できる。 又、前記第１及び第２の光電変換手段を、サンプリン
グ型ストローク管に互いに独立して設けた複数の電子サ
ンプリングスリツトとした場合には、チヨツピングを行
うことなく、信号光を含む部分の電気信号と背景光のみ
の部分の電気信号を独立して得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。 本発明の第１実施例は、第１図に示す如く、光電面14
と、陽極18と、主偏向電極22と、副偏向電極29と、スリ
ツト板32と、蛍光面26とを主に備えたサンプリング型ス
トリーク管30において、管内にチヨツプ用偏向電極40を
設け、該チヨツプ用偏向電極40にチヨツプ電圧発生回路
42からチヨツプ電圧をV3印加することにより、前記スリ
ツト板32の電子サンプリングスリツト32Aによるサンプ
リングタイミングをずらして、信号光Ｓを含む部分の電
気信号と背景光Ｎのみの部分の電気信号が、共に単一の
光検出器（例えば光電子増倍管）34で得られるようにし
たものである。 図において、23は、トリガ信号に応じて被測定光に同
期して前記主偏向電極22に印加される主掃引電圧V1を発
生するための主掃引電圧発生回路、33は、該主掃引電圧
に対して所定の位相差Δφで副掃引電圧V2を発生するた
めの副掃引電圧発生回路である。 前記光検出器34の出力を処理する信号処理回路は、例
えば第２図に示す如く、前記チヨツプ電圧発生回路42の
チヨツプ電圧切換タイミングに合わせて前記光検出器34
の出力をスイツチングするためのスイツチング回路44
と、該スイツチング回路44の切換え状態に応じて、信号
光Ｓを含む部分の電気信号と信号光を含まない背景光Ｎ
のみの部分の電気信号をそれぞれ積分する積分回路46、
48と、該積分回路46と48の出力Ａ、Ｂの差を増幅する差
動増幅器50と、該差動増幅器50出力（Ａ−Ｂ）を、前記
チヨツプ電圧発生回路42から入力されるチヨツプ電圧の
切換えタイミングの中心周波数（チヨツプ周波数）で狭
帯域増幅して出力するロツクイン増幅器52とから構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 この第１実施例における主掃引電圧V1、副掃引電圧
V2、チヨツプ電圧V3、被測定光（入力光）及びサンプリ
ングのタイミングの関係の例を第３図に示す。 図のように、チヨツプ電圧V3を印加しない（V3＝０）
区間Ａにおいては、光検出器34には、従来と同様に、第
４図（Ａ）示す如く、電子サンプリングスリツト32Aで
サンプリングされた、背景光Ｎと共に信号光Ｓを含む部
分の光信号が得られる。一方、チヨツプ電圧V3を印加し
た区間Ｂでは、第４図（Ｂ）に示す如く、信号光Ｓを含
まない背景光Ｎのみの部分の光信号が得られる。 前記区間Ａ、区間Ｂの光検出器34出力は、それぞれ前
記信号処理回路の積分回路46、48で積分され、差動増幅
器50で差動増幅される。このようにして不要な被測定光
の背景光（直流成分）Ｂが除去される。差動増幅器50の
出力はロツクイン増幅器52に入力され、ここでチヨツプ
周波数を中心として狭帯域増幅される。このようにして
光検出器34出力の雑音成分が除去され、S/Nが向上され
る。以上の動作をさせつつ、サンプリングのタイミング
を徐々に変化させることで、被測定光の波形全体を高時
間分解能で得ることができる。 本実施例においては、チヨツプ用偏向電極40を設けて
いるので、主偏向電極22及び副偏向電極29には、従来と
同様の掃引電圧を印加すればよい。又、ロツクイン増幅
器52を設けているので、S/Nを向上できる。なお、ロツ
クイン増幅器52は省略することも可能である。 前記信号処理回路は、具体的には例えば第５図に示す
如く、スイツチング回路44と、２つの積分回路46、48
と、２つのサンプルホールド回路54、56と、減算器55
と、チヨツプ電圧V3と同一波形のクロツク信号φ1及び
該クロツク信号φ1に対して位相が90°遅れた波形のク
ロツク信号φ2を適宜各回路に入力するための４つのAND
ゲート58、60、62、64とを用いて構成することができ
る。 前記スイツチング回路44は、例えば第６図に示す如
く、インバータ44Aと、２つの乗算器44B、44Cから構成
することができる。 チヨツプ電圧のデユーテイが50％であるときの、該信
号処理回路の各部信号波形の例を第７図に示す。 次に、本発明の第２実施例を詳細に説明する。 本実施例は、第８図に示す如く、前記第１実施例と同
様のサンプリング型ストリーク管30において、チヨツプ
用偏向電極を設けることなく、副偏向電極29にチヨツプ
電圧発生回路42からチヨツプ電圧を重ねて印加するよう
にしたものである。なお、チヨツプ電圧発生回路42の代
りに、第８図に破線で示す如く、矩形波発生回路43を設
けてもよい。 本実施例における主掃引電圧V1及び副掃引電圧V2の関
係の例を第９図に示す。 他の点に関しては、前記第１実施例と同様であるので
説明は省略する。 この第２実施例によれば、チヨツプ用偏向電極を追加
することなく、サンプリングタイミングをずらすことが
できる。 次に、本発明の第３実施例を詳細に説明する。 この第３実施例は、第10図に示す如く、前記第２実施
例と同様のサンプリング型ストリーク管30において、チ
ヨツプ電圧発生回路を設ける代わりに、副掃引電圧発生
回路33に位相反転回路70及びスイツチング回路72を付加
して、前記副偏向電極29に、副掃引電圧発生回路33の出
力を、スイツチング回路72及び位相反転回路70により所
定のタイミングで位相反転（180°変化）して供給する
ことによつて、信号光Ｓを含む部分の電気信号と背景光
Ｎのみの部分の電気信号が得られるようにしたものであ
る。 本実施例における主掃引電圧V1及び副掃引電圧V2の関
係の例を第11図に示す。 他の点及び作用に関しては、前記第１、第２実施例と
実質的に同じであるので説明は省略する。 本実施例においては、別体のチヨツプ電圧発生回路が
不要である。 次に、本発明の第４実施例を詳細に説明する。 この第４実施例は、第12図に示す如く、前記第２実施
例と同様のサンプリング型ストリーク管30において、チ
ヨツプ電圧発生回路を設ける代わりに、主掃引電圧発生
回路23の前に遅延量可変回路74を設けて、該遅延量可変
回路47により遅延量をスイツチング回路72で変化させる
ことにより、信号光Ｓを含む部分の電気信号と背景光Ｎ
のみの部分の電気信号が得られるようにしたものであ
る。 本実施例における信号光Ｓを得るタイミングの遅延量
DAと背景光Ｎを得るタイミングの遅延量DBの関係の例を
第13図に示す。例えば、100MHzの繰返し光であれば、遅
延量の変化量ΔＤを５ナノ秒とすることによつて、これ
までと同様の動作を行うことになる。 本実施例においては、主掃引電圧発生回路23以降のサ
ンプリング型ストリーク管30の構成が従来のサンプリン
グ型光オシロスコープと同一であるので、本発明を容易
に実現できる。 なお、遅延量可変回路74を主掃引電圧発生回路23中に
組込んで、両者を一体化してもよい。 次に、本発明の第５実施例を詳細に説明する。 この第５実施例は、第14図に示す如く、前記第１実施
例と同様のスリツト板32を有するサンプリング型ストリ
ーク管30において、該スリツト板32に、信号光Ｓを含む
部分と背景光Ｎのみの部分をそれぞれ独立して抽出可能
な２つの電子サンプリングスリツト32A、32Bを設け、こ
れに対応させて、光検出器も34A、34Bの２個設けたもの
である。 本実施例における信号処理回路は、例えば第15図に示
す如く、減算器76と増幅器78とから構成することができ
る。なお、差動増幅器を用いて両者を一体化してもよ
い。 本実施例においては、信号光Ｓを含む光と背景光Ｎだ
けの光を独立してサンプリング検出できるので、チヨツ
ピングが不要であり、第15図に示したような非常に簡単
な回路で信号処理を行うことができる。なお、第15図の
回路の信号をチヨツピングして、ロツクイン検出するこ
ともできる。 第16図は、第５実施例における第１の光検出器34Aの
後段に可変ゲイン回路79Aを付加した変形例を示すもの
である。 この変形例においては、光信号検出装置の動作させた
状態で、例えば懐中電灯のようなDC光を入力し、可変ゲ
イン回路79Aの出力信号Ａと第２の光検出器34Bの出力信
号Ｂが等しくなるように可変ゲイン回路79Aを調節す
る。 また第17図に示す他の変形例のように、自動ゲイン制
御回路79Bにより、自動的に可変ゲイン回路79Aの調節を
行うこともできる。 なお、ここでは可変ゲイン回路79Aを第１の光検出器3
4Aの後段に付加したが、第２の光検出器34Bの後段に付
加しても良く、又、両方に付加しても良い。更に、前述
の実施例においても、可変ゲイン回路を、例えば第２図
の積分回路46、48の一方または両方の後段に付加しても
良い。また、光検出器34の後段に付加し、チョップ電圧
に同期して、ゲインを制御するようにしても良い。 本発明の実施例に係る検出器は、例えば第18図に示す
如く、被測定物の所定部分の電圧によつて屈折率が変化
する電気光学効果を利用した形式の電圧検出装置のサン
プリング型高速光検出器80として用いることもできる。 第18図において、82は直流電源、84は、偏光子84A、
被測定物の所定部分の電圧によつて屈折率が変化するよ
うに被測定物の近傍に配置されるか、直接被測定電圧が
印加される電気光学結晶84B、補償器84C及び検光子84D
を含む光変調器、86は、被測定電気信号を分岐し、その
一部を前記光変調器84の電気光学結晶84Bに入力し、他
の一部をトリガ信号発生器88に入力するための分岐器、
90は、該トリガ信号発生器88で発生したトリガ信号を所
定の量だけ遅延させて、本発明に係るサンプリング型高
速光検出器80の掃引系を駆動するための遅延回路であ
る。 なお、前記説明においては、いずれも、本発明がサン
プリング型ストリーク管を備えたシンクロスキヤンフオ
トメータやサンプリング型光オシロスコープについて適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定され
ず、スリツト板を有さない通常のストリーク管を有する
ものにも同様に適用できることは明らかである。
する。 本発明の第１実施例は、第１図に示す如く、光電面14
と、陽極18と、主偏向電極22と、副偏向電極29と、スリ
ツト板32と、蛍光面26とを主に備えたサンプリング型ス
トリーク管30において、管内にチヨツプ用偏向電極40を
設け、該チヨツプ用偏向電極40にチヨツプ電圧発生回路
42からチヨツプ電圧をV3印加することにより、前記スリ
ツト板32の電子サンプリングスリツト32Aによるサンプ
リングタイミングをずらして、信号光Ｓを含む部分の電
気信号と背景光Ｎのみの部分の電気信号が、共に単一の
光検出器（例えば光電子増倍管）34で得られるようにし
たものである。 図において、23は、トリガ信号に応じて被測定光に同
期して前記主偏向電極22に印加される主掃引電圧V1を発
生するための主掃引電圧発生回路、33は、該主掃引電圧
に対して所定の位相差Δφで副掃引電圧V2を発生するた
めの副掃引電圧発生回路である。 前記光検出器34の出力を処理する信号処理回路は、例
えば第２図に示す如く、前記チヨツプ電圧発生回路42の
チヨツプ電圧切換タイミングに合わせて前記光検出器34
の出力をスイツチングするためのスイツチング回路44
と、該スイツチング回路44の切換え状態に応じて、信号
光Ｓを含む部分の電気信号と信号光を含まない背景光Ｎ
のみの部分の電気信号をそれぞれ積分する積分回路46、
48と、該積分回路46と48の出力Ａ、Ｂの差を増幅する差
動増幅器50と、該差動増幅器50出力（Ａ−Ｂ）を、前記
チヨツプ電圧発生回路42から入力されるチヨツプ電圧の
切換えタイミングの中心周波数（チヨツプ周波数）で狭
帯域増幅して出力するロツクイン増幅器52とから構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 この第１実施例における主掃引電圧V1、副掃引電圧
V2、チヨツプ電圧V3、被測定光（入力光）及びサンプリ
ングのタイミングの関係の例を第３図に示す。 図のように、チヨツプ電圧V3を印加しない（V3＝０）
区間Ａにおいては、光検出器34には、従来と同様に、第
４図（Ａ）示す如く、電子サンプリングスリツト32Aで
サンプリングされた、背景光Ｎと共に信号光Ｓを含む部
分の光信号が得られる。一方、チヨツプ電圧V3を印加し
た区間Ｂでは、第４図（Ｂ）に示す如く、信号光Ｓを含
まない背景光Ｎのみの部分の光信号が得られる。 前記区間Ａ、区間Ｂの光検出器34出力は、それぞれ前
記信号処理回路の積分回路46、48で積分され、差動増幅
器50で差動増幅される。このようにして不要な被測定光
の背景光（直流成分）Ｂが除去される。差動増幅器50の
出力はロツクイン増幅器52に入力され、ここでチヨツプ
周波数を中心として狭帯域増幅される。このようにして
光検出器34出力の雑音成分が除去され、S/Nが向上され
る。以上の動作をさせつつ、サンプリングのタイミング
を徐々に変化させることで、被測定光の波形全体を高時
間分解能で得ることができる。 本実施例においては、チヨツプ用偏向電極40を設けて
いるので、主偏向電極22及び副偏向電極29には、従来と
同様の掃引電圧を印加すればよい。又、ロツクイン増幅
器52を設けているので、S/Nを向上できる。なお、ロツ
クイン増幅器52は省略することも可能である。 前記信号処理回路は、具体的には例えば第５図に示す
如く、スイツチング回路44と、２つの積分回路46、48
と、２つのサンプルホールド回路54、56と、減算器55
と、チヨツプ電圧V3と同一波形のクロツク信号φ1及び
該クロツク信号φ1に対して位相が90°遅れた波形のク
ロツク信号φ2を適宜各回路に入力するための４つのAND
ゲート58、60、62、64とを用いて構成することができ
る。 前記スイツチング回路44は、例えば第６図に示す如
く、インバータ44Aと、２つの乗算器44B、44Cから構成
することができる。 チヨツプ電圧のデユーテイが50％であるときの、該信
号処理回路の各部信号波形の例を第７図に示す。 次に、本発明の第２実施例を詳細に説明する。 本実施例は、第８図に示す如く、前記第１実施例と同
様のサンプリング型ストリーク管30において、チヨツプ
用偏向電極を設けることなく、副偏向電極29にチヨツプ
電圧発生回路42からチヨツプ電圧を重ねて印加するよう
にしたものである。なお、チヨツプ電圧発生回路42の代
りに、第８図に破線で示す如く、矩形波発生回路43を設
けてもよい。 本実施例における主掃引電圧V1及び副掃引電圧V2の関
係の例を第９図に示す。 他の点に関しては、前記第１実施例と同様であるので
説明は省略する。 この第２実施例によれば、チヨツプ用偏向電極を追加
することなく、サンプリングタイミングをずらすことが
できる。 次に、本発明の第３実施例を詳細に説明する。 この第３実施例は、第10図に示す如く、前記第２実施
例と同様のサンプリング型ストリーク管30において、チ
ヨツプ電圧発生回路を設ける代わりに、副掃引電圧発生
回路33に位相反転回路70及びスイツチング回路72を付加
して、前記副偏向電極29に、副掃引電圧発生回路33の出
力を、スイツチング回路72及び位相反転回路70により所
定のタイミングで位相反転（180°変化）して供給する
ことによつて、信号光Ｓを含む部分の電気信号と背景光
Ｎのみの部分の電気信号が得られるようにしたものであ
る。 本実施例における主掃引電圧V1及び副掃引電圧V2の関
係の例を第11図に示す。 他の点及び作用に関しては、前記第１、第２実施例と
実質的に同じであるので説明は省略する。 本実施例においては、別体のチヨツプ電圧発生回路が
不要である。 次に、本発明の第４実施例を詳細に説明する。 この第４実施例は、第12図に示す如く、前記第２実施
例と同様のサンプリング型ストリーク管30において、チ
ヨツプ電圧発生回路を設ける代わりに、主掃引電圧発生
回路23の前に遅延量可変回路74を設けて、該遅延量可変
回路47により遅延量をスイツチング回路72で変化させる
ことにより、信号光Ｓを含む部分の電気信号と背景光Ｎ
のみの部分の電気信号が得られるようにしたものであ
る。 本実施例における信号光Ｓを得るタイミングの遅延量
DAと背景光Ｎを得るタイミングの遅延量DBの関係の例を
第13図に示す。例えば、100MHzの繰返し光であれば、遅
延量の変化量ΔＤを５ナノ秒とすることによつて、これ
までと同様の動作を行うことになる。 本実施例においては、主掃引電圧発生回路23以降のサ
ンプリング型ストリーク管30の構成が従来のサンプリン
グ型光オシロスコープと同一であるので、本発明を容易
に実現できる。 なお、遅延量可変回路74を主掃引電圧発生回路23中に
組込んで、両者を一体化してもよい。 次に、本発明の第５実施例を詳細に説明する。 この第５実施例は、第14図に示す如く、前記第１実施
例と同様のスリツト板32を有するサンプリング型ストリ
ーク管30において、該スリツト板32に、信号光Ｓを含む
部分と背景光Ｎのみの部分をそれぞれ独立して抽出可能
な２つの電子サンプリングスリツト32A、32Bを設け、こ
れに対応させて、光検出器も34A、34Bの２個設けたもの
である。 本実施例における信号処理回路は、例えば第15図に示
す如く、減算器76と増幅器78とから構成することができ
る。なお、差動増幅器を用いて両者を一体化してもよ
い。 本実施例においては、信号光Ｓを含む光と背景光Ｎだ
けの光を独立してサンプリング検出できるので、チヨツ
ピングが不要であり、第15図に示したような非常に簡単
な回路で信号処理を行うことができる。なお、第15図の
回路の信号をチヨツピングして、ロツクイン検出するこ
ともできる。 第16図は、第５実施例における第１の光検出器34Aの
後段に可変ゲイン回路79Aを付加した変形例を示すもの
である。 この変形例においては、光信号検出装置の動作させた
状態で、例えば懐中電灯のようなDC光を入力し、可変ゲ
イン回路79Aの出力信号Ａと第２の光検出器34Bの出力信
号Ｂが等しくなるように可変ゲイン回路79Aを調節す
る。 また第17図に示す他の変形例のように、自動ゲイン制
御回路79Bにより、自動的に可変ゲイン回路79Aの調節を
行うこともできる。 なお、ここでは可変ゲイン回路79Aを第１の光検出器3
4Aの後段に付加したが、第２の光検出器34Bの後段に付
加しても良く、又、両方に付加しても良い。更に、前述
の実施例においても、可変ゲイン回路を、例えば第２図
の積分回路46、48の一方または両方の後段に付加しても
良い。また、光検出器34の後段に付加し、チョップ電圧
に同期して、ゲインを制御するようにしても良い。 本発明の実施例に係る検出器は、例えば第18図に示す
如く、被測定物の所定部分の電圧によつて屈折率が変化
する電気光学効果を利用した形式の電圧検出装置のサン
プリング型高速光検出器80として用いることもできる。 第18図において、82は直流電源、84は、偏光子84A、
被測定物の所定部分の電圧によつて屈折率が変化するよ
うに被測定物の近傍に配置されるか、直接被測定電圧が
印加される電気光学結晶84B、補償器84C及び検光子84D
を含む光変調器、86は、被測定電気信号を分岐し、その
一部を前記光変調器84の電気光学結晶84Bに入力し、他
の一部をトリガ信号発生器88に入力するための分岐器、
90は、該トリガ信号発生器88で発生したトリガ信号を所
定の量だけ遅延させて、本発明に係るサンプリング型高
速光検出器80の掃引系を駆動するための遅延回路であ
る。 なお、前記説明においては、いずれも、本発明がサン
プリング型ストリーク管を備えたシンクロスキヤンフオ
トメータやサンプリング型光オシロスコープについて適
用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定され
ず、スリツト板を有さない通常のストリーク管を有する
ものにも同様に適用できることは明らかである。
第１図は、本発明に係る光信号検出装置の第１実施例の
全体構成を示すと共に、一部ブロツク線図を含む斜視
図、 第２図は、第１実施例の信号処理回路の構成を示すブロ
ツク線図、 第３図は、第１実施例の各部信号波形の例を示す線図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ信号光及び背景光を
電子サンプリングスリツトでサンプリングしている状態
を示す正面図、 第５図は、第１実施例で用いられている前記信号処理回
路の具体的構成例を示す回路図、 第６図は、前記信号処理回路のスイツチング回路の具体
例を示す回路図、 第７図は、前記信号処理回路の具体例の各部信号波形の
例を示す線図、 第８図は、本発明の第２実施例の要部構成を示す斜視
図、 第９図は、第２実施例における主掃引電圧と副掃引電圧
の関係の例を示す線図、 第10図は、本発明の第３実施例の要部構成を示す斜視
図、 第11図は、第３実施例における主掃引電圧と副掃引電圧
の関係の例を示す線図、 第12図は、本発明の第４実施例の要部構成を示す斜視
図、 第13図は、第４実施例における遅延量の変化状態の例を
示す線図、 第14図は、本発明の第５実施例の要部構成を示す斜視
図、 第15図は、第５実施例の信号処理回路の例を示す線図、 第16図及び第17図は、第５実施例の変形例の要部構成を
示すブロック線図、 第18図は、本発明の実施例が適用される電圧検出回路の
構成例を示すブロツク線図、 第19図は、従来のストリーク管の基本的な構成の例を示
す縦断面図、 第20図は、同じくシンクロナスブランキング型ストリー
ク管の原理を説明するための横断面図、 第21図は、同じくサンプリング型ストリーク管の構成の
例を示す縦断面図である。 14…光電面、22…主偏向電極、23…主掃引電圧発生回
路、29…副偏向電極、30…サンプリング型ストリーク
管、32…スリツト板、32A、32B…電子サンプリングスリ
ツト、33…副掃引電圧発生回路、34、34A、34B…光検出
器、Ｓ…信号光、Ｎ…背景光、40…チヨツプ用偏向電
極、42…チヨツプ電圧発生回路、44、72…スイツチング
回路、46、48…積分回路、50、74…差動増幅器、52…ロ
ツクイン増幅器、70…位相反転回路、74…遅延量可変回
路、80…サンプリング型高速検出器。
全体構成を示すと共に、一部ブロツク線図を含む斜視
図、 第２図は、第１実施例の信号処理回路の構成を示すブロ
ツク線図、 第３図は、第１実施例の各部信号波形の例を示す線図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ信号光及び背景光を
電子サンプリングスリツトでサンプリングしている状態
を示す正面図、 第５図は、第１実施例で用いられている前記信号処理回
路の具体的構成例を示す回路図、 第６図は、前記信号処理回路のスイツチング回路の具体
例を示す回路図、 第７図は、前記信号処理回路の具体例の各部信号波形の
例を示す線図、 第８図は、本発明の第２実施例の要部構成を示す斜視
図、 第９図は、第２実施例における主掃引電圧と副掃引電圧
の関係の例を示す線図、 第10図は、本発明の第３実施例の要部構成を示す斜視
図、 第11図は、第３実施例における主掃引電圧と副掃引電圧
の関係の例を示す線図、 第12図は、本発明の第４実施例の要部構成を示す斜視
図、 第13図は、第４実施例における遅延量の変化状態の例を
示す線図、 第14図は、本発明の第５実施例の要部構成を示す斜視
図、 第15図は、第５実施例の信号処理回路の例を示す線図、 第16図及び第17図は、第５実施例の変形例の要部構成を
示すブロック線図、 第18図は、本発明の実施例が適用される電圧検出回路の
構成例を示すブロツク線図、 第19図は、従来のストリーク管の基本的な構成の例を示
す縦断面図、 第20図は、同じくシンクロナスブランキング型ストリー
ク管の原理を説明するための横断面図、 第21図は、同じくサンプリング型ストリーク管の構成の
例を示す縦断面図である。 14…光電面、22…主偏向電極、23…主掃引電圧発生回
路、29…副偏向電極、30…サンプリング型ストリーク
管、32…スリツト板、32A、32B…電子サンプリングスリ
ツト、33…副掃引電圧発生回路、34、34A、34B…光検出
器、Ｓ…信号光、Ｎ…背景光、40…チヨツプ用偏向電
極、42…チヨツプ電圧発生回路、44、72…スイツチング
回路、46、48…積分回路、50、74…差動増幅器、52…ロ
ツクイン増幅器、70…位相反転回路、74…遅延量可変回
路、80…サンプリング型高速検出器。
Claims (9)
- 【請求項１】入力光の一部に、背景光と共に含まれる信
号光を検出するための、ストリーク管を用いた光信号検
出装置において、 背景光と共に信号光を含む部分を高時間分解能で抜き出
して電気信号に変換するためのサンプリング型ストリー
ク管からなる第１の光電変換手段と、 該サンプリング型ストリーク管のサンプリングタイミン
グをずらすことにより、信号光を含まない背景光のみの
部分を高時間分解能で抜き出して電気信号に変換する第
２の光電変換手段と、 前記信号光を含む部分の電気信号と前記背景光のみの部
分の電気信号の差に基づいて、信号光のみによる成分を
抽出する手段と、 を備えたことを特徴とする光信号検出装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記サンプリングタイ
ミングを、チヨツプ用偏向電極にチヨツプ電圧を印加し
てずらすことを特徴とする光信号検出装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記サンプリングタイ
ミングを、副掃引用偏向電極に印加される副掃引電圧
に、チヨツプ電圧を重ねて印加してずらすことを特徴と
する光信号検出装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記サンプリングタイ
ミングを、副掃引用偏向電極に印加される副掃引電圧の
位相を変化させてずらすことを特徴とする光信号検出装
置。 - 【請求項５】請求項１において、前記サンプリングタイ
ミングを、掃引用偏向電極に印加される掃引電圧の、掃
引開始迄の遅延量を変化させてずらすことを特徴とする
光信号検出装置。 - 【請求項６】入力光の一部に、背景光と共に含まれる信
号光を検出するための、ストリーク管を用いた光信号検
出装置において、 背景光と共に信号光を含む部分を高時間分解能で抜き出
して電気信号に変換するための、電子サンプリングスリ
ツトを含むサンプリング型ストリーク管からなる第１の
光電変換手段と、 信号光を含まない背景光のみの部分を高時間分解能で抜
き出して電気信号に変換するための、前記電子サンプリ
ングスリツトとは独立して前記サンプリング型ストリー
ク管に設けられた電子サンプリングスリツトを含む第２
の光電変換手段と、 前記信号光を含む部分の電気信号と前記背景光のみの部
分の電気信号の差に基づいて、信号光のみによる成分を
抽出する手段と、 を備えたことを特徴とする光信号検出装置。 - 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項において、
前記信号光を含む部分の電気信号と、前記背景光のみの
部分の電気信号の差を、ロックイン増幅器を用いて増幅
出力することを特徴とする光信号検出装置。 - 【請求項８】請求項１乃至６のいずれか１項において、
前記第１及び第２の光電変換手段の一方または両方に、
可変ゲイン回路を付加したことを特徴とする光信号検出
装置。 - 【請求項９】請求項８において、前記可変ゲイン回路
が、自動ゲイン制御回路により制御されることを特徴と
する光信号検出装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091506A JP2709135B2 (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 光信号検出装置 |
| DK90303825.5T DK0392794T3 (da) | 1989-04-11 | 1990-04-10 | Optisk signaldetektor |
| DE69020775T DE69020775T2 (de) | 1989-04-11 | 1990-04-10 | Detektor für ein optisches Signal. |
| AT90303825T ATE125091T1 (de) | 1989-04-11 | 1990-04-10 | Detektor für ein optisches signal. |
| EP90303825A EP0392794B1 (en) | 1989-04-11 | 1990-04-10 | Optical signal detector |
| US07/506,782 US5043568A (en) | 1989-04-11 | 1990-04-10 | Optical signal detector incorporating means for eluminating background light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091506A JP2709135B2 (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 光信号検出装置 |
Publications (2)
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