JP3500215B2 - 電圧測定装置 - Google Patents
電圧測定装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
- G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の被測定部に
おける電圧値を測定する電圧測定装置に関するものであ
る。
おける電圧値を測定する電圧測定装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路などの被測定デバイスの動作状
態の計測器として、計測時に電気的な短絡を引き起こさ
ないなど集積回路の動作に悪影響を与えることの無い、
電気光学効果を有する電気光学材料で構成された電気光
学変換プローブ（Ｅ−Ｏプローブ）を備えた電圧測定装
置が注目されている。こうしたＥ−Ｏプローブを備えた
電圧測定装置として、従来から提案されている装置とし
ては、プローブ光として幅のせまいパルス光を使用する
装置がある。
態の計測器として、計測時に電気的な短絡を引き起こさ
ないなど集積回路の動作に悪影響を与えることの無い、
電気光学効果を有する電気光学材料で構成された電気光
学変換プローブ（Ｅ−Ｏプローブ）を備えた電圧測定装
置が注目されている。こうしたＥ−Ｏプローブを備えた
電圧測定装置として、従来から提案されている装置とし
ては、プローブ光として幅のせまいパルス光を使用する
装置がある。
【０００３】図６は、こうした装置の典型的な例（以
後、従来例１と呼ぶ）の構成図である。図６に示すよう
に、従来例１の装置は、（ａ）被測定デバイス８９０を
周波数ｆ0 （＝１００ＭＨｚ）で動作させる駆動装置８
１０と、（ｂ）駆動装置８１０から出力される周波数ｆ
0 の信号をトリガ信号として入力し、周波数ｆ0 ＋Δｆ
×（Δｆ＝１０Ｈｚ）のパルス光源駆動信号を生成する
パルス光源駆動装置８２０と、（ｃ）パルス光源駆動装
置８２０から出力されたパルス光源駆動信号を入力して
パルス光を発生するパルス光源８３０と、（ｄ）パルス
光源８３０から出力されたパルス光を入力し、所定の偏
光方向を揃えて出力する偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）８４１と、（ｅ）ＰＢＳ８４１を介して被測定デバ
イスへ向かうパルス光を入力し、偏光方向にλ／８の光
学バイアスを付与して出力する波長板８４２と、（ｆ）
波長板８４２を介して被測定デバイスへ向かって進行す
るパルス光を集光する集光レンズ８４３と、（ｇ）集光
レンズ８４３による集光位置に設置された、電界によっ
て屈折率分布が変化する電気光学材料から成り、底面が
反射加工されたＥ−Ｏプローブ８４４と、（ｈ）パルス
光源８３０から出力され、ＰＢＳ８４１、波長板８４
２、および集光レンズ８４３を順次介した後、Ｅ−Ｏプ
ローブ８４４の底面で反射されたパルス光が集光レンズ
８４３、波長板８４２、およびＰＢＳ８４１を順次介し
た後に入力し、入力した光の強度を検出する光検出部８
５０と、（ｉ）光検出部８５０から出力された光検出信
号を入力して処理し、計測を実行する計測装置８６０
と、（ｊ）計測装置の計測結果を表示する表示装置８７
０とを備える。ここで、光検出部８５０は、入力した
光の強度に応じた電気信号に変換する、周波数ｆ0 の光
の変化には応答できないが周波数Δｆの光の変化には応
答可能な光検出器８５１と、光検出器８５１から出力
された電気信号を増幅して光検出信号として出力する増
幅器８５２とを備える。
後、従来例１と呼ぶ）の構成図である。図６に示すよう
に、従来例１の装置は、（ａ）被測定デバイス８９０を
周波数ｆ0 （＝１００ＭＨｚ）で動作させる駆動装置８
１０と、（ｂ）駆動装置８１０から出力される周波数ｆ
0 の信号をトリガ信号として入力し、周波数ｆ0 ＋Δｆ
×（Δｆ＝１０Ｈｚ）のパルス光源駆動信号を生成する
パルス光源駆動装置８２０と、（ｃ）パルス光源駆動装
置８２０から出力されたパルス光源駆動信号を入力して
パルス光を発生するパルス光源８３０と、（ｄ）パルス
光源８３０から出力されたパルス光を入力し、所定の偏
光方向を揃えて出力する偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）８４１と、（ｅ）ＰＢＳ８４１を介して被測定デバ
イスへ向かうパルス光を入力し、偏光方向にλ／８の光
学バイアスを付与して出力する波長板８４２と、（ｆ）
波長板８４２を介して被測定デバイスへ向かって進行す
るパルス光を集光する集光レンズ８４３と、（ｇ）集光
レンズ８４３による集光位置に設置された、電界によっ
て屈折率分布が変化する電気光学材料から成り、底面が
反射加工されたＥ−Ｏプローブ８４４と、（ｈ）パルス
光源８３０から出力され、ＰＢＳ８４１、波長板８４
２、および集光レンズ８４３を順次介した後、Ｅ−Ｏプ
ローブ８４４の底面で反射されたパルス光が集光レンズ
８４３、波長板８４２、およびＰＢＳ８４１を順次介し
た後に入力し、入力した光の強度を検出する光検出部８
５０と、（ｉ）光検出部８５０から出力された光検出信
号を入力して処理し、計測を実行する計測装置８６０
と、（ｊ）計測装置の計測結果を表示する表示装置８７
０とを備える。ここで、光検出部８５０は、入力した
光の強度に応じた電気信号に変換する、周波数ｆ0 の光
の変化には応答できないが周波数Δｆの光の変化には応
答可能な光検出器８５１と、光検出器８５１から出力
された電気信号を増幅して光検出信号として出力する増
幅器８５２とを備える。
【０００４】従来例１の装置は以下のようにして被測定
デバイス８９０における電圧を測定する。図７は、従来
例１の装置の動作の説明図である。図７（ａ）は各位置
の信号のタイミングチャートであり、図７（ｂ）は検出
周波数帯域を示すグラフである。
デバイス８９０における電圧を測定する。図７は、従来
例１の装置の動作の説明図である。図７（ａ）は各位置
の信号のタイミングチャートであり、図７（ｂ）は検出
周波数帯域を示すグラフである。
【０００５】従来例１の装置では、駆動装置８１０によ
る駆動により、被測定デバイス８９０は周波数ｆ0 （＝
１００ＭＨｚ）で動作し、Ｅ−Ｏプローブ８４４が設置
された位置付近の被測定部には周期１／ｆ0 （＝１０ｎ
ｓ）で周期的な電圧波形が発生する。
る駆動により、被測定デバイス８９０は周波数ｆ0 （＝
１００ＭＨｚ）で動作し、Ｅ−Ｏプローブ８４４が設置
された位置付近の被測定部には周期１／ｆ0 （＝１０ｎ
ｓ）で周期的な電圧波形が発生する。
【０００６】一方、パルス光源駆動装置８２０は、駆動
装置が発生した周波数ｆ0 の信号入力に同期した周波数
ｆ0 ＋Δｆ（Δｆ＝１０Ｈｚ）のパルス光源駆動信号を
生成しパルス光源８３０に供給する。この結果、パルス
光源８３０は周期Ｔ（＝１／（ｆ0 ＋Δｆ））のパルス
光を出力する。このパルス光は、ＰＢＳ８４１によって
直線偏光化され、波長板８４２によって光学バイアスが
与えられ、集光レンズ８４３によって集光されてＥ−Ｏ
プローブ８４４に入力する。被測定部で発生している電
圧信号の影響によって、Ｅ−Ｏプローブ８４４の屈折率
分布が変化しているので、Ｅ−Ｏプローブ８４４を通過
する光の偏光状態が変化する。Ｅ−Ｏプローブ８４４に
入射したパルス光は、Ｅ−Ｏプローブ８４４の底面で反
射され、集光レンズ８４３および波長板８４２を順次介
してＰＢＳ８４１に再入力され、先にＰＢＳ８４１から
出力された光の偏光方向と直交する偏光方向の成分のみ
が反射される。ＰＢＳ８４１に再入力する光は、先にＰ
ＢＳに入力から出力された光に比べて、波長板８４２に
よる２度の光学バイアスが付与されるとともにＥ−Ｏプ
ローブ８４４の通過による偏光状態の変化が発生してい
るので、Ｅ−Ｏプローブ８４４の通過による偏光状態の
変化に応じて光検出部８５０に入力する光の強度が変化
する。なお、波長板８４２を２度通過することにより偏
光方向にλ／４の光学バイアスが付与されるので、被測
定部に電圧信号が無い場合には、Ｅ−Ｏプローブ８４４
での反射光の半分が光検出部８５０に入力する。
装置が発生した周波数ｆ0 の信号入力に同期した周波数
ｆ0 ＋Δｆ（Δｆ＝１０Ｈｚ）のパルス光源駆動信号を
生成しパルス光源８３０に供給する。この結果、パルス
光源８３０は周期Ｔ（＝１／（ｆ0 ＋Δｆ））のパルス
光を出力する。このパルス光は、ＰＢＳ８４１によって
直線偏光化され、波長板８４２によって光学バイアスが
与えられ、集光レンズ８４３によって集光されてＥ−Ｏ
プローブ８４４に入力する。被測定部で発生している電
圧信号の影響によって、Ｅ−Ｏプローブ８４４の屈折率
分布が変化しているので、Ｅ−Ｏプローブ８４４を通過
する光の偏光状態が変化する。Ｅ−Ｏプローブ８４４に
入射したパルス光は、Ｅ−Ｏプローブ８４４の底面で反
射され、集光レンズ８４３および波長板８４２を順次介
してＰＢＳ８４１に再入力され、先にＰＢＳ８４１から
出力された光の偏光方向と直交する偏光方向の成分のみ
が反射される。ＰＢＳ８４１に再入力する光は、先にＰ
ＢＳに入力から出力された光に比べて、波長板８４２に
よる２度の光学バイアスが付与されるとともにＥ−Ｏプ
ローブ８４４の通過による偏光状態の変化が発生してい
るので、Ｅ−Ｏプローブ８４４の通過による偏光状態の
変化に応じて光検出部８５０に入力する光の強度が変化
する。なお、波長板８４２を２度通過することにより偏
光方向にλ／４の光学バイアスが付与されるので、被測
定部に電圧信号が無い場合には、Ｅ−Ｏプローブ８４４
での反射光の半分が光検出部８５０に入力する。
【０００７】一方、プローブ光（パルス光）の繰り返し
周波数ｆ0 ＋Δｆと被測定部に発生する電圧信号の基本
周波数ｆ0 とは異なるので、光検出部８５０に入力する
光には周波数Δｆ（＝ｆ0 ＋Δｆ−ｆ0 ）の成分がビー
ト信号として含まれている。光検出部８５０の光検出器
８５１は応答速度が遅く、周波数ｆ0 の変化には応答し
ないので、光検出部８５０では周波数Δｆのビート信号
のみが検出される。
周波数ｆ0 ＋Δｆと被測定部に発生する電圧信号の基本
周波数ｆ0 とは異なるので、光検出部８５０に入力する
光には周波数Δｆ（＝ｆ0 ＋Δｆ−ｆ0 ）の成分がビー
ト信号として含まれている。光検出部８５０の光検出器
８５１は応答速度が遅く、周波数ｆ0 の変化には応答し
ないので、光検出部８５０では周波数Δｆのビート信号
のみが検出される。
【０００８】計測装置８６０は、光検出部８５０から出
力されたビート信号の検出信号を入力し、直流的な成分
を減算した後に表示装置８７０に測定結果を表示する。
力されたビート信号の検出信号を入力し、直流的な成分
を減算した後に表示装置８７０に測定結果を表示する。
【０００９】上記の従来例１の装置では、ビート周波数
Δｆすなわち計測周波数は通常１ｋＨｚ未満の比較的低
い周波数を採用するが、この程度の周波数では１／ｆ雑
音が大きく信号対雑音比（ＳＮ比）を大きくできない。
Δｆすなわち計測周波数は通常１ｋＨｚ未満の比較的低
い周波数を採用するが、この程度の周波数では１／ｆ雑
音が大きく信号対雑音比（ＳＮ比）を大きくできない。
【００１０】この問題を解消すべく、計測周波数をＭＨ
ｚ領域として１／ｆ雑音を低減し、計測時のノイズをシ
ョットノイズに近付ける装置が提案されている（特開平
４−１５８２８１；以後、従来例２と呼ぶ）。図８は、
従来例２の装置の構成図である。図８に示すように、従
来例２の装置は、（ａ）周期Ｔ1 （＝１／ｆ1 ）のパル
ス光を発生するパルス光源９１０と、（ｂ）光源９１０
から出力されたパルス光を入力し、第１の方向の偏光成
分のみを選択して出力する偏光子９２１と、（ｃ）偏光
子９２１を介した光を入力し、外部から指示された変調
周波数ｆM で周波数変調を施す光変調器９２２と、
（ｄ）光変調器９２２から出力された変調光を入力し光
学バイアスを付与する補償板９２３と、（ｅ）補償板９
２３を介した光を入力し、被測定物９９０の被測定部に
発生している電圧信号に応じて入力光の偏光状態を変化
させて出力するＥ−Ｏプローブヘッド９３０と、（ｆ）
Ｅ−Ｏプローブヘッド９３０から出力された光を入力
し、第２の方向の偏光成分のみを選択して出力する検光
子９４０と、（ｇ）検光子９４０を介した光を受光し、
受光した光の強度に応じた光検出信号を出力する光検出
器９５１と、（ｈ）光検出信号を入力し、外部から通知
された変調周波数ｆM に近似した周波数の信号を選択し
て増幅して出力する狭帯域増幅器９５２と、（ｉ）狭帯
域増幅器９５２から出力された信号の平均化処理を行う
シグナルアベレージャ９５３と、（ｊ）シグナルアベレ
ージャ９５３から出力された信号を時系列に表示する表
示装置９５４と、（ｋ）光変調器９２２および狭帯域増
幅器９５２へ変調周波数ｆM を通知する発振器９６０
と、（ｌ）被測定物を駆動する基本周波数ｆ2 の駆動信
号を発生する信号発生器とを備える。
ｚ領域として１／ｆ雑音を低減し、計測時のノイズをシ
ョットノイズに近付ける装置が提案されている（特開平
４−１５８２８１；以後、従来例２と呼ぶ）。図８は、
従来例２の装置の構成図である。図８に示すように、従
来例２の装置は、（ａ）周期Ｔ1 （＝１／ｆ1 ）のパル
ス光を発生するパルス光源９１０と、（ｂ）光源９１０
から出力されたパルス光を入力し、第１の方向の偏光成
分のみを選択して出力する偏光子９２１と、（ｃ）偏光
子９２１を介した光を入力し、外部から指示された変調
周波数ｆM で周波数変調を施す光変調器９２２と、
（ｄ）光変調器９２２から出力された変調光を入力し光
学バイアスを付与する補償板９２３と、（ｅ）補償板９
２３を介した光を入力し、被測定物９９０の被測定部に
発生している電圧信号に応じて入力光の偏光状態を変化
させて出力するＥ−Ｏプローブヘッド９３０と、（ｆ）
Ｅ−Ｏプローブヘッド９３０から出力された光を入力
し、第２の方向の偏光成分のみを選択して出力する検光
子９４０と、（ｇ）検光子９４０を介した光を受光し、
受光した光の強度に応じた光検出信号を出力する光検出
器９５１と、（ｈ）光検出信号を入力し、外部から通知
された変調周波数ｆM に近似した周波数の信号を選択し
て増幅して出力する狭帯域増幅器９５２と、（ｉ）狭帯
域増幅器９５２から出力された信号の平均化処理を行う
シグナルアベレージャ９５３と、（ｊ）シグナルアベレ
ージャ９５３から出力された信号を時系列に表示する表
示装置９５４と、（ｋ）光変調器９２２および狭帯域増
幅器９５２へ変調周波数ｆM を通知する発振器９６０
と、（ｌ）被測定物を駆動する基本周波数ｆ2 の駆動信
号を発生する信号発生器とを備える。
【００１１】従来例２の装置は、従来例１の装置と同様
に動作するが、偏光変調法を用いて計測周波数をｆM 付
近にまで高めて測定する装置である。すなわち、パルス
光源９１０から出力された光は光変調器９２２を介する
ことにより周波数ｆ1 ＋ｆMの成分が発生し、被測定部
で発生する電圧信号の周波数ｆ1 に近似した周波数ｆ2
で変調された周波数｜ｆ1 −ｆ2 ｜＋ｆM の成分を有す
る光信号が計測対象となる。ここで、｜ｆ1 −ｆ2 ｜
《ｆM から光検出器９５１での光信号の計測周波数は周
波数ｆM 付近となるので計測周波数は略ｆM となり、従
来例１の装置に比べてビート周波数Δｆ（＝｜ｆ1 −ｆ
2 ｜）を小さく設定しても、１／ｆ雑音が信号に対して
低減された状態で測定がなされる。図９は、従来例２の
装置の測定における１／ｆ雑音の低減の説明図である。
図９に示すように、従来例２の装置では１／ｆ雑音はシ
ョット雑音程度にまで低減された状態で光信号が計測さ
れる。
に動作するが、偏光変調法を用いて計測周波数をｆM 付
近にまで高めて測定する装置である。すなわち、パルス
光源９１０から出力された光は光変調器９２２を介する
ことにより周波数ｆ1 ＋ｆMの成分が発生し、被測定部
で発生する電圧信号の周波数ｆ1 に近似した周波数ｆ2
で変調された周波数｜ｆ1 −ｆ2 ｜＋ｆM の成分を有す
る光信号が計測対象となる。ここで、｜ｆ1 −ｆ2 ｜
《ｆM から光検出器９５１での光信号の計測周波数は周
波数ｆM 付近となるので計測周波数は略ｆM となり、従
来例１の装置に比べてビート周波数Δｆ（＝｜ｆ1 −ｆ
2 ｜）を小さく設定しても、１／ｆ雑音が信号に対して
低減された状態で測定がなされる。図９は、従来例２の
装置の測定における１／ｆ雑音の低減の説明図である。
図９に示すように、従来例２の装置では１／ｆ雑音はシ
ョット雑音程度にまで低減された状態で光信号が計測さ
れる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のＥ−Ｏプローブ
を用いた電圧測定装置は上記のように構成されるので、
プローブ光を発生する光源として短パルス光源の存在を
前提とするが、通常の短パルス光源では裾の無いきれい
な短パルス光を発生する困難であり、正確な測定が難し
いという問題点があった。
を用いた電圧測定装置は上記のように構成されるので、
プローブ光を発生する光源として短パルス光源の存在を
前提とするが、通常の短パルス光源では裾の無いきれい
な短パルス光を発生する困難であり、正確な測定が難し
いという問題点があった。
【００１３】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、高精度で電圧を測定する電圧測定装置を提供するこ
とを目的とする。
り、高精度で電圧を測定する電圧測定装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の電圧測定装置
は、被測定物の被測定部に近接あるいは接触させて前記
被測定部の電圧を検出する電圧測定装置であって、
（ａ）連続出力光（ＣＷ光）源と、（ｂ）光源から出力
された光を入力し第１の偏光方向の成分を選択し、プロ
ーブ光として出力する偏光子と、（ｃ）偏光子から出力
されたプローブ光を被測定部へ導く第１の光学系と、
（ｄ）被測定部に接触あるいは近接する位置に配置され
た、電気光学効果を有する電気光学材料から成る部材を
備え、前記部材の前記被測定部側の底面が反射加工され
た電気光学変換プローブ（Ｅ−Ｏプローブ）と、（ｅ）
被測定物を第１の周波数（ｆ0 ）で駆動するとともに、
第１の周波数に外部から指定された第１の数（Ｎ）を乗
じた第２の周波数（Ｎ・ｆ0 ）に第１の周波数よりも低
い周波数である第３の周波数（Δｆ）を加えた第４の周
波数（Ｎ・ｆ0 ＋Δｆ）の信号と第３の周波数の信号と
を出力する駆動部と、（ｆ）電気光学変換プローブで反
射された光を入力するとともに、駆動部から出力された
第４の周波数の信号を入力し、入力光の位相を周波数変
調して出力する光変調器と、（ｇ）光変調器から出力さ
れた変調光を入力し、変調光の位相を変化させた後に第
２の偏光方向の成分を選択して出力する光選択部と、
（ｈ）光選択部から出力された光を受光して、受光強度
に応じた光検出信号を出力する光検出器と、（ｉ）光検
出器から出力された光検出信号を入力して第３の周波数
の成分を選択するとともに、駆動部から出力された第３
の周波数の信号を入力して、選択された光検出信号の成
分を駆動部から出力された第３の周波数の信号に同期し
て検出する同期検出部と、（ｊ）駆動部に第１の数を通
知するとともに、同期検出部から出力された同期検出信
号を収集し、処理をして前記被測定部の電圧を求める処
理部と、を備えることを特徴とする。
は、被測定物の被測定部に近接あるいは接触させて前記
被測定部の電圧を検出する電圧測定装置であって、
（ａ）連続出力光（ＣＷ光）源と、（ｂ）光源から出力
された光を入力し第１の偏光方向の成分を選択し、プロ
ーブ光として出力する偏光子と、（ｃ）偏光子から出力
されたプローブ光を被測定部へ導く第１の光学系と、
（ｄ）被測定部に接触あるいは近接する位置に配置され
た、電気光学効果を有する電気光学材料から成る部材を
備え、前記部材の前記被測定部側の底面が反射加工され
た電気光学変換プローブ（Ｅ−Ｏプローブ）と、（ｅ）
被測定物を第１の周波数（ｆ0 ）で駆動するとともに、
第１の周波数に外部から指定された第１の数（Ｎ）を乗
じた第２の周波数（Ｎ・ｆ0 ）に第１の周波数よりも低
い周波数である第３の周波数（Δｆ）を加えた第４の周
波数（Ｎ・ｆ0 ＋Δｆ）の信号と第３の周波数の信号と
を出力する駆動部と、（ｆ）電気光学変換プローブで反
射された光を入力するとともに、駆動部から出力された
第４の周波数の信号を入力し、入力光の位相を周波数変
調して出力する光変調器と、（ｇ）光変調器から出力さ
れた変調光を入力し、変調光の位相を変化させた後に第
２の偏光方向の成分を選択して出力する光選択部と、
（ｈ）光選択部から出力された光を受光して、受光強度
に応じた光検出信号を出力する光検出器と、（ｉ）光検
出器から出力された光検出信号を入力して第３の周波数
の成分を選択するとともに、駆動部から出力された第３
の周波数の信号を入力して、選択された光検出信号の成
分を駆動部から出力された第３の周波数の信号に同期し
て検出する同期検出部と、（ｊ）駆動部に第１の数を通
知するとともに、同期検出部から出力された同期検出信
号を収集し、処理をして前記被測定部の電圧を求める処
理部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】ここで、駆動部は、被測定物を第１の周
波数で駆動する駆動信号を出力するとともに、第１の周
波数を有するトリガ信号を出力する駆動器と、駆動器
から出力されたトリガ信号を入力するとともに、処理部
から出力された第１の数の通知を入力し、第１の周波数
に第１の数を乗じた前記第２の周波数の信号を生成する
周波数逓倍器と、第３の周波数の信号を発生する発振
器と、周波数逓倍器から出力された信号と発振器から
出力した信号とを入力し、第２の周波数の値と第３の周
波数の値との和の値である前記第４の周波数の信号を生
成する混合器と、を備えることを特徴としてもよい。
波数で駆動する駆動信号を出力するとともに、第１の周
波数を有するトリガ信号を出力する駆動器と、駆動器
から出力されたトリガ信号を入力するとともに、処理部
から出力された第１の数の通知を入力し、第１の周波数
に第１の数を乗じた前記第２の周波数の信号を生成する
周波数逓倍器と、第３の周波数の信号を発生する発振
器と、周波数逓倍器から出力された信号と発振器から
出力した信号とを入力し、第２の周波数の値と第３の周
波数の値との和の値である前記第４の周波数の信号を生
成する混合器と、を備えることを特徴としてもよい。
【００１６】また、光変調器は電気光学効果を利用した
電気光学光変調器であることが好適である。なお、電界
吸収型光変調器、音響光学光変調器を用いることもでき
る。
電気光学光変調器であることが好適である。なお、電界
吸収型光変調器、音響光学光変調器を用いることもでき
る。
【００１７】また、選択部は、光変調器から出力され
た変調光を入力して位相を調整して出力する波長板と、
波長板を介した光を入力し、第２の偏光方向の成分を
選択して出力する検光子とを備えることを特徴としても
よい。
た変調光を入力して位相を調整して出力する波長板と、
波長板を介した光を入力し、第２の偏光方向の成分を
選択して出力する検光子とを備えることを特徴としても
よい。
【００１８】また、光検出器には２次元光検出器を使用
することが可能である。
することが可能である。
【００１９】また、同期検出部は、光検出器から出力
された光検出信号を入力して第３の周波数の成分を選択
するフィルタと、フィルタから出力された信号と駆動
部から出力された第３の周波数の信号を入力して、フィ
ルタから出力された信号を駆動部から出力された第３の
周波数の信号に同期して検出する同期検出器と、を備え
ることを特徴としてもよい。
された光検出信号を入力して第３の周波数の成分を選択
するフィルタと、フィルタから出力された信号と駆動
部から出力された第３の周波数の信号を入力して、フィ
ルタから出力された信号を駆動部から出力された第３の
周波数の信号に同期して検出する同期検出器と、を備え
ることを特徴としてもよい。
【００２０】また、同期検出器から得られる同期検出信
号は、光検出器から出力された光検出信号の第３の周
波数の成分の振幅を示す振幅検出信号と、光検出器か
ら出力された光検出信号の第３の周波数の成分と駆動部
から出力された第３の周波数の信号との位相差を示す位
相検出信号とであり、処理部は、第１の数を１から順に
１づつ変化させて駆動部に通知するとともに、夫々の第
１の数の通知のたびに、通知した第１の数の通知時の振
幅検出信号と位相検出信号とを収集し、収集後にフーリ
エ変換法により駆動信号により被測定部に発生した電圧
信号の時間波形を算出する、ことを特徴としてもよい。
号は、光検出器から出力された光検出信号の第３の周
波数の成分の振幅を示す振幅検出信号と、光検出器か
ら出力された光検出信号の第３の周波数の成分と駆動部
から出力された第３の周波数の信号との位相差を示す位
相検出信号とであり、処理部は、第１の数を１から順に
１づつ変化させて駆動部に通知するとともに、夫々の第
１の数の通知のたびに、通知した第１の数の通知時の振
幅検出信号と位相検出信号とを収集し、収集後にフーリ
エ変換法により駆動信号により被測定部に発生した電圧
信号の時間波形を算出する、ことを特徴としてもよい。
【００２１】
【作用】本発明の電圧測定装置では、まず、処理部が駆
動部に対して指定数Ｎ（＝１）を通知する。駆動部は、
被測定デバイスに対して周波数ｆ0 の駆動信号を供給す
るとともに、光変調器に周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δｆの変調信
号を供給する。なお、以下では、和の周波数Ｎ・ｆ0 ＋
Δｆについて説明するが、差の周波数Ｎ・ｆ0 −Δｆで
あってもよい。
動部に対して指定数Ｎ（＝１）を通知する。駆動部は、
被測定デバイスに対して周波数ｆ0 の駆動信号を供給す
るとともに、光変調器に周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δｆの変調信
号を供給する。なお、以下では、和の周波数Ｎ・ｆ0 ＋
Δｆについて説明するが、差の周波数Ｎ・ｆ0 −Δｆで
あってもよい。
【００２２】この状態で、光源から連続出力光が出力さ
れ、偏光子、第１の光学系を順次介してＥ−Ｏプローブ
に入射する。Ｅ−Ｏプローブが設置された位置付近の被
測定部には基本周期１／ｆ0 で周期的な電圧波形が発生
しており、光がＥ−Ｏプローブの電気光学部材を通過す
ることにより偏光状態が影響を受ける。この結果、Ｅ−
Ｏプローブから出力された光の偏光状態は周波数Ｍ・ｆ
0 （Ｍ＝１，２，…）で変調される。
れ、偏光子、第１の光学系を順次介してＥ−Ｏプローブ
に入射する。Ｅ−Ｏプローブが設置された位置付近の被
測定部には基本周期１／ｆ0 で周期的な電圧波形が発生
しており、光がＥ−Ｏプローブの電気光学部材を通過す
ることにより偏光状態が影響を受ける。この結果、Ｅ−
Ｏプローブから出力された光の偏光状態は周波数Ｍ・ｆ
0 （Ｍ＝１，２，…）で変調される。
【００２３】偏光状態が変調された光信号は、光変調器
に入力して再び変調を受けた後、光選択部で偏光方向に
ついての選択がなされて光検出器に入力する。したがっ
て、光検出器から出力される光検出信号には周波数Ｌ・
ｆ0 ＋Δｆ（Ｌ＝｜Ｎ−Ｍ｜＝０，１，…）の成分を含
む。こうした、光検出信号が同期検出部に入力して周波
数Δｆの成分がヘテロダイン検波される。こうして得ら
れる同期検出信号は被測定部に発生している電圧信号の
周波数Ｍ・ｆ0 （＝ｆ0 ；Ｍ＝Ｎ）の成分に応じたもの
である。処理部は、ヘテロダイン検波された同期検出信
号を収集し、Ｎ＝１に応じたデータとして格納する。
に入力して再び変調を受けた後、光選択部で偏光方向に
ついての選択がなされて光検出器に入力する。したがっ
て、光検出器から出力される光検出信号には周波数Ｌ・
ｆ0 ＋Δｆ（Ｌ＝｜Ｎ−Ｍ｜＝０，１，…）の成分を含
む。こうした、光検出信号が同期検出部に入力して周波
数Δｆの成分がヘテロダイン検波される。こうして得ら
れる同期検出信号は被測定部に発生している電圧信号の
周波数Ｍ・ｆ0 （＝ｆ0 ；Ｍ＝Ｎ）の成分に応じたもの
である。処理部は、ヘテロダイン検波された同期検出信
号を収集し、Ｎ＝１に応じたデータとして格納する。
【００２４】次に、処理部が駆動部に対して指定数Ｎ
（＝２）を通知し、Ｎ＝１の場合と同様に、同期検出信
号を収集し、Ｎ＝２に応じたデータとして格納する。
（＝２）を通知し、Ｎ＝１の場合と同様に、同期検出信
号を収集し、Ｎ＝２に応じたデータとして格納する。
【００２５】以後、指定数を順次増加させなながら、同
期検出信号を収集し、都度、指定数Ｎに応じたデータと
して格納し、同期検出信号を格納する。そして、同期検
出信号の値が略０と見做せる指定数Ｎまで収集・格納を
続行する。
期検出信号を収集し、都度、指定数Ｎに応じたデータと
して格納し、同期検出信号を格納する。そして、同期検
出信号の値が略０と見做せる指定数Ｎまで収集・格納を
続行する。
【００２６】収集・格納が終了すると、処理部は格納デ
ータに基づいてフーリエ変換法により、被測定部に発生
した電圧信号の波形を演算により再現し、表示する。
ータに基づいてフーリエ変換法により、被測定部に発生
した電圧信号の波形を演算により再現し、表示する。
【００２７】なお、本発明の装置におけるヘテロダイン
検出方法は、従来例１におけるヘテロダイン検出方法と
は本質的に異なる。すなわち、従来例１におけるヘテロ
ダイン検出方法では検出帯域はｎ・Δｆまでの広い範囲
を設定する必要があるが、本発明の装置ではΔｆの成分
のみを計測するので、非常に狭く設定することができ
る。
検出方法は、従来例１におけるヘテロダイン検出方法と
は本質的に異なる。すなわち、従来例１におけるヘテロ
ダイン検出方法では検出帯域はｎ・Δｆまでの広い範囲
を設定する必要があるが、本発明の装置ではΔｆの成分
のみを計測するので、非常に狭く設定することができ
る。
【００２８】また、本発明の装置において、電圧波形測
定の周波数帯域幅を広くするためには光変調器に入力す
る変調信号の上限周波数を高くして、指定数Ｎを大きく
して高次項の測定まで可能とする必要があるが、電気光
学材料を用いた電気光学光変調器を採用すれば、１０Ｇ
Ｈｚ以上の帯域で測定が可能となる。このとき、光変調
器の周波数特性が平坦でない場合には、標準サンプルに
ついて予め測定して補正値を求め、光変調器に印加する
変調信号の振幅を調整すればよい。
定の周波数帯域幅を広くするためには光変調器に入力す
る変調信号の上限周波数を高くして、指定数Ｎを大きく
して高次項の測定まで可能とする必要があるが、電気光
学材料を用いた電気光学光変調器を採用すれば、１０Ｇ
Ｈｚ以上の帯域で測定が可能となる。このとき、光変調
器の周波数特性が平坦でない場合には、標準サンプルに
ついて予め測定して補正値を求め、光変調器に印加する
変調信号の振幅を調整すればよい。
【００２９】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の電圧測定
装置の実施例を説明する。なお、図面の説明にあたって
同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。
装置の実施例を説明する。なお、図面の説明にあたって
同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。
【００３０】（第１実施例）図１は、本発明の第１実施
例の電圧測定装置の構成図である。図１に示すように、
本実施例の装置は、（ａ）連続出力光を発生する光源１
１０と、（ｂ）光源１１０から出力された光を入力し第
１の偏光方向（図１のＸ方向）の成分を選択し、プロー
ブ光として出力する偏光子１２０と、（ｃ）偏光子１２
０から出力されたプローブ光を集光する光学系１４０
と、（ｄ）光学系１４０の集光位置と略一致する位置に
配置された、電気光学効果を有する電気光学材料から成
る部材を備え、前記部材の被測定部７１０側の底面が反
射加工されたＥ−Ｏプローブ２００と、（ｅ）被測定物
７００を周波数ｆ0 （＝１００ＭＨｚ）で駆動するとと
もに、周波数ｆ0 に外部から指定された数Ｎ（＝１，
２，…）を乗じた周波数Ｎ・ｆ0 に周波数ｆ0 よりも低
い周波数である周波数Δｆを加えた周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δ
ｆの信号と周波数Δｆの信号とを出力する駆動部３００
と、（ｆ）Ｅ−Ｏプローブ２００で反射された光を入力
するとともに、駆動部３００から出力された周波数Ｎ・
ｆ0 ＋Δｆの信号を入力し、入力光の位相を周波数変調
して出力する電気光学光変調器４１０と、（ｇ）電気光
学光変調器４１０から出力された変調光を入力し、変調
光の位相を変化させた後に第２の偏光方向（図１のＹ方
向）の成分を選択して出力する光選択部４２０と、
（ｈ）光選択部４２０から出力された光を受光して、受
光強度に応じた光検出信号を出力する光検出器５１０
と、（ｉ）光検出器５１０から出力された光検出信号を
入力して周波数Δｆの成分を選択するとともに、駆動部
３００から出力された周波数Δｆの信号を入力して、選
択された光検出信号を駆動部３００から出力された周波
数Δｆの信号に同期して検出し、光検出器５１０から
出力された光検出信号の周波数Δｆの成分の振幅を示す
振幅検出信号と、光検出器５１０から出力された光検
出信号の周波数Δｆの成分の信号と駆動部から出力され
た周波数Δｆの信号との位相差を示す位相検出信号とを
出力する同期検出部５２０と、（ｊ）駆動部３００に指
定数Ｎを通知するとともに、同期検出部５２０から出力
された振幅検出信号および位相検出信号を収集し、処理
をして被測定部７１０の電圧信号波形を求める処理部６
００と、を備える。
例の電圧測定装置の構成図である。図１に示すように、
本実施例の装置は、（ａ）連続出力光を発生する光源１
１０と、（ｂ）光源１１０から出力された光を入力し第
１の偏光方向（図１のＸ方向）の成分を選択し、プロー
ブ光として出力する偏光子１２０と、（ｃ）偏光子１２
０から出力されたプローブ光を集光する光学系１４０
と、（ｄ）光学系１４０の集光位置と略一致する位置に
配置された、電気光学効果を有する電気光学材料から成
る部材を備え、前記部材の被測定部７１０側の底面が反
射加工されたＥ−Ｏプローブ２００と、（ｅ）被測定物
７００を周波数ｆ0 （＝１００ＭＨｚ）で駆動するとと
もに、周波数ｆ0 に外部から指定された数Ｎ（＝１，
２，…）を乗じた周波数Ｎ・ｆ0 に周波数ｆ0 よりも低
い周波数である周波数Δｆを加えた周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δ
ｆの信号と周波数Δｆの信号とを出力する駆動部３００
と、（ｆ）Ｅ−Ｏプローブ２００で反射された光を入力
するとともに、駆動部３００から出力された周波数Ｎ・
ｆ0 ＋Δｆの信号を入力し、入力光の位相を周波数変調
して出力する電気光学光変調器４１０と、（ｇ）電気光
学光変調器４１０から出力された変調光を入力し、変調
光の位相を変化させた後に第２の偏光方向（図１のＹ方
向）の成分を選択して出力する光選択部４２０と、
（ｈ）光選択部４２０から出力された光を受光して、受
光強度に応じた光検出信号を出力する光検出器５１０
と、（ｉ）光検出器５１０から出力された光検出信号を
入力して周波数Δｆの成分を選択するとともに、駆動部
３００から出力された周波数Δｆの信号を入力して、選
択された光検出信号を駆動部３００から出力された周波
数Δｆの信号に同期して検出し、光検出器５１０から
出力された光検出信号の周波数Δｆの成分の振幅を示す
振幅検出信号と、光検出器５１０から出力された光検
出信号の周波数Δｆの成分の信号と駆動部から出力され
た周波数Δｆの信号との位相差を示す位相検出信号とを
出力する同期検出部５２０と、（ｊ）駆動部３００に指
定数Ｎを通知するとともに、同期検出部５２０から出力
された振幅検出信号および位相検出信号を収集し、処理
をして被測定部７１０の電圧信号波形を求める処理部６
００と、を備える。
【００３１】ここで、光学系１４０は、偏光子１２０
から出力されたプローブ光の一部を透過出力するととも
に、プローブ光の透過出力方向とは逆方向で入力したＥ
−Ｏプローブ２００での反射光の一部を電気光学光変調
器４１０へ向けて反射出力するハーフミラー１４１と、
ハーフミラー１４１を透過したプローブ光を集光する
集光レンズ１４２とを備える。
から出力されたプローブ光の一部を透過出力するととも
に、プローブ光の透過出力方向とは逆方向で入力したＥ
−Ｏプローブ２００での反射光の一部を電気光学光変調
器４１０へ向けて反射出力するハーフミラー１４１と、
ハーフミラー１４１を透過したプローブ光を集光する
集光レンズ１４２とを備える。
【００３２】また、駆動部３００は、被測定物７００
を周波数ｆ0 で駆動する駆動信号を出力するとともに、
周波数ｆ0 を有するトリガ信号を出力する駆動器３１０
と、駆動器３１０から出力されたトリガ信号を入力す
るとともに、処理部６００から出力された指定数Ｎの通
知を入力し、周波数ｆ0 に指定数Ｎを乗じた周波数Ｎ・
ｆ0 の信号を生成する周波数逓倍器３２０と、周波数
Δｆの信号を発生する発振器３３０と、周波数逓倍器
３２０から出力された信号と発振器３３０から出力した
信号とを入力し、周波数Ｎ・ｆ0 と周波数Δｆとの和の
周波数Ｎ・ｆ0＋Δｆの信号を生成する混合器３４０
と、を備える。
を周波数ｆ0 で駆動する駆動信号を出力するとともに、
周波数ｆ0 を有するトリガ信号を出力する駆動器３１０
と、駆動器３１０から出力されたトリガ信号を入力す
るとともに、処理部６００から出力された指定数Ｎの通
知を入力し、周波数ｆ0 に指定数Ｎを乗じた周波数Ｎ・
ｆ0 の信号を生成する周波数逓倍器３２０と、周波数
Δｆの信号を発生する発振器３３０と、周波数逓倍器
３２０から出力された信号と発振器３３０から出力した
信号とを入力し、周波数Ｎ・ｆ0 と周波数Δｆとの和の
周波数Ｎ・ｆ0＋Δｆの信号を生成する混合器３４０
と、を備える。
【００３３】また、選択部４２０は、電気光学光変調
器４１０から出力された変調光を入力して位相を調整し
て出力する波長板４２１と、波長板４２１を介した光
を入力し、Ｙ方向の偏光成分を選択して出力する検光子
４２２とを備える。
器４１０から出力された変調光を入力して位相を調整し
て出力する波長板４２１と、波長板４２１を介した光
を入力し、Ｙ方向の偏光成分を選択して出力する検光子
４２２とを備える。
【００３４】また、同期検出部５２０は、光検出器５
１０から出力された光検出信号を入力して周波数Δｆの
成分を選択するフィルタ５２１と、フィルタ５２１か
ら出力された信号と駆動部３００から出力された周波数
Δｆの信号を入力して、フィルタ５２１から出力された
信号を駆動部３００から出力された周波数Δｆの信号に
同期して検出し、ｉ）光検出器５１０から出力された光
検出信号の周波数Δｆの成分の振幅を示す振幅検出信号
と、ii）光検出器５１０から出力された光検出信号の周
波数Δｆの成分の信号と駆動部から出力された周波数Δ
ｆの信号との位相差を示す位相検出信号とを出力する同
期検出器５２２と、を備える。なお、同期検出器５２２
としては、ネットワークアナライザ、スペクトラムアナ
ライザ、またはロックインアンプなどの狭帯域検出器を
好適に採用できる。
１０から出力された光検出信号を入力して周波数Δｆの
成分を選択するフィルタ５２１と、フィルタ５２１か
ら出力された信号と駆動部３００から出力された周波数
Δｆの信号を入力して、フィルタ５２１から出力された
信号を駆動部３００から出力された周波数Δｆの信号に
同期して検出し、ｉ）光検出器５１０から出力された光
検出信号の周波数Δｆの成分の振幅を示す振幅検出信号
と、ii）光検出器５１０から出力された光検出信号の周
波数Δｆの成分の信号と駆動部から出力された周波数Δ
ｆの信号との位相差を示す位相検出信号とを出力する同
期検出器５２２と、を備える。なお、同期検出器５２２
としては、ネットワークアナライザ、スペクトラムアナ
ライザ、またはロックインアンプなどの狭帯域検出器を
好適に採用できる。
【００３５】本実施例の装置は、以下のようにして被測
定物７００の被測定位置７１０の電圧信号波形を測定す
る。図２は、本実施例の装置の動作を示すタイミングチ
ャートである。
定物７００の被測定位置７１０の電圧信号波形を測定す
る。図２は、本実施例の装置の動作を示すタイミングチ
ャートである。
【００３６】まず、処理部６００の演算部６１０が駆動
部３００に対して指定数Ｎ（＝１）を通知する。駆動部
３００は、被測定デバイス７００に対して周波数ｆ0 の
駆動信号を供給するとともに、電気光学光変調器４１０
に周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δｆの変調信号を供給する。
部３００に対して指定数Ｎ（＝１）を通知する。駆動部
３００は、被測定デバイス７００に対して周波数ｆ0 の
駆動信号を供給するとともに、電気光学光変調器４１０
に周波数Ｎ・ｆ0 ＋Δｆの変調信号を供給する。
【００３７】この状態で、光源１１０から連続光が出力
され、偏光子１２０、第１の光学系１４０を順次介して
Ｅ−Ｏプローブ２００に入射する。Ｅ−Ｏプローブ２０
０が設置された位置付近の被測定部には基本周期１／ｆ
0 で周期的な電圧波形が発生しており、光がＥ−Ｏプロ
ーブ２００の電気光学部材を通過することにより偏光状
態が影響を受ける。この結果、Ｅ−Ｏプローブ２００か
ら反射出力された光の偏光状態は周波数Ｍ・ｆ0 （Ｍ＝
１，２，…）で変調される。
され、偏光子１２０、第１の光学系１４０を順次介して
Ｅ−Ｏプローブ２００に入射する。Ｅ−Ｏプローブ２０
０が設置された位置付近の被測定部には基本周期１／ｆ
0 で周期的な電圧波形が発生しており、光がＥ−Ｏプロ
ーブ２００の電気光学部材を通過することにより偏光状
態が影響を受ける。この結果、Ｅ−Ｏプローブ２００か
ら反射出力された光の偏光状態は周波数Ｍ・ｆ0 （Ｍ＝
１，２，…）で変調される。
【００３８】偏光状態が変調された光信号は、電気光学
光変調器４１０に入力し変調を受けた後、光選択部４２
０の波長板４２１で光学バイアスが付与される。図３
は、波長板による光学バイアス付与の説明図である。通
常のＥ−Ｏプローブを用いた電圧測定器では、１／４波
長板を使用して、光学バイアスを図３のＡ点に設定す
る。この設定により検光子４２２の出力に関して、最も
大きな出力変化を得ることができる。しかし、この場合
には変調出力にはＩ1 ／２という大きなＤＣ出力を伴
い、このＤＣ出力によってノイズが生じる。こうしたノ
イズの理論下限Ｉnoise は、 Ｉnoise ＝（２・ｑＩdc）1/2 …（１） ここで、ｑ＝１．６×１０-19 クーロン Ｉdc＝Ｉ1 ／２ となる。一方、波長板を替えて光学バイアスをＢ点に設
定した場合には、出力変化は小さくなるがショットノイ
ズも小さくなり、ＳＮ比の改善が図られることがある。
本実施例の装置では、波長板４２１を選択し、光学バイ
アスを最適化することにより良好なＳＮ比を得ることも
できる。
光変調器４１０に入力し変調を受けた後、光選択部４２
０の波長板４２１で光学バイアスが付与される。図３
は、波長板による光学バイアス付与の説明図である。通
常のＥ−Ｏプローブを用いた電圧測定器では、１／４波
長板を使用して、光学バイアスを図３のＡ点に設定す
る。この設定により検光子４２２の出力に関して、最も
大きな出力変化を得ることができる。しかし、この場合
には変調出力にはＩ1 ／２という大きなＤＣ出力を伴
い、このＤＣ出力によってノイズが生じる。こうしたノ
イズの理論下限Ｉnoise は、 Ｉnoise ＝（２・ｑＩdc）1/2 …（１） ここで、ｑ＝１．６×１０-19 クーロン Ｉdc＝Ｉ1 ／２ となる。一方、波長板を替えて光学バイアスをＢ点に設
定した場合には、出力変化は小さくなるがショットノイ
ズも小さくなり、ＳＮ比の改善が図られることがある。
本実施例の装置では、波長板４２１を選択し、光学バイ
アスを最適化することにより良好なＳＮ比を得ることも
できる。
【００３９】波長板４２１で光学バイアスが付与された
光は、検光子４２２で偏光方向についての選択がなされ
て光検出器５１０に入力する。したがって、光検出器５
１０から出力される光検出信号には周波数Ｌ・ｆ0 ＋Δ
ｆ（Ｌ＝｜Ｎ−Ｍ｜＝０，１，…）の成分を含む。こう
した、光検出信号が同期検出部５２０に入力して周波数
Δｆの成分がヘテロダイン検波される。こうして得られ
る同期検出信号は被測定部に発生している電圧信号の周
波数Ｍ・ｆ0 （＝ｆ0 ；Ｍ＝Ｎ）の成分に応じたもので
ある。処理部６００の演算部６１０は、ヘテロダイン検
波された同期検出信号を収集し、Ｎ＝１に応じたデータ
として格納する。
光は、検光子４２２で偏光方向についての選択がなされ
て光検出器５１０に入力する。したがって、光検出器５
１０から出力される光検出信号には周波数Ｌ・ｆ0 ＋Δ
ｆ（Ｌ＝｜Ｎ−Ｍ｜＝０，１，…）の成分を含む。こう
した、光検出信号が同期検出部５２０に入力して周波数
Δｆの成分がヘテロダイン検波される。こうして得られ
る同期検出信号は被測定部に発生している電圧信号の周
波数Ｍ・ｆ0 （＝ｆ0 ；Ｍ＝Ｎ）の成分に応じたもので
ある。処理部６００の演算部６１０は、ヘテロダイン検
波された同期検出信号を収集し、Ｎ＝１に応じたデータ
として格納する。
【００４０】次に、処理部６００が駆動部３００に対し
て指定数Ｎ（＝２）を通知し、Ｎ＝１の場合と同様に、
同期検出信号を収集し、Ｎ＝２に応じたデータとして格
納する。
て指定数Ｎ（＝２）を通知し、Ｎ＝１の場合と同様に、
同期検出信号を収集し、Ｎ＝２に応じたデータとして格
納する。
【００４１】以後、指定数を順次増加させなながら、同
期検出信号を収集し、都度、指定数Ｎに応じたデータと
して格納し、同期検出信号を格納する。そして、同期検
出信号の値が略０と見做せる指定数Ｎあるいは電気光学
光変調器の変調能力の限界周波数まで収集・格納を続行
する。
期検出信号を収集し、都度、指定数Ｎに応じたデータと
して格納し、同期検出信号を格納する。そして、同期検
出信号の値が略０と見做せる指定数Ｎあるいは電気光学
光変調器の変調能力の限界周波数まで収集・格納を続行
する。
【００４２】収集・格納が終了すると、処理部６００の
演算部６１０は格納データに基づいてフーリエ変換法に
より、被測定部に発生した電圧信号の波形を演算により
再現し、再現結果を表示部６２０に表示する。
演算部６１０は格納データに基づいてフーリエ変換法に
より、被測定部に発生した電圧信号の波形を演算により
再現し、再現結果を表示部６２０に表示する。
【００４３】（第２実施例）図４は、本発明の第２実施
例の電圧測定装置の構成図である。本実施例の装置は、
被測定部の２次元的な電圧分布を測定する。図４に示す
ように、本実施例の装置は、第１実施例の装置に対し
て、光源１１０と偏光子１２０との間にコリメートレン
ズ１１１を、集光レンズ１４２とＥ−Ｏプローブ２００
との間にコリメートレンズ１４３を入れて結像光学系と
し、検光子４２２の後段にレンズ４５１とレンズ４５２
とからなる結像光学系４５０を配置するとともに、光検
出器として２次元光検出器５５０を採用した点が異な
る。なお、処理部として２次元処理を行う演算部６５１
を備える処理部６５０を採用している。
例の電圧測定装置の構成図である。本実施例の装置は、
被測定部の２次元的な電圧分布を測定する。図４に示す
ように、本実施例の装置は、第１実施例の装置に対し
て、光源１１０と偏光子１２０との間にコリメートレン
ズ１１１を、集光レンズ１４２とＥ−Ｏプローブ２００
との間にコリメートレンズ１４３を入れて結像光学系と
し、検光子４２２の後段にレンズ４５１とレンズ４５２
とからなる結像光学系４５０を配置するとともに、光検
出器として２次元光検出器５５０を採用した点が異な
る。なお、処理部として２次元処理を行う演算部６５１
を備える処理部６５０を採用している。
【００４４】ここで、２次元光検出器５５０には高速読
み出し可能な高速読み出し型ＣＣＤイメージセンサを使
用した。なお、ホトダイオードアレイ、撮像管、通常の
ＣＣＤイメージセンサ、またはリニアアレイセンサなど
の一般に使用される２次元光検出器を用いることもでき
る。
み出し可能な高速読み出し型ＣＣＤイメージセンサを使
用した。なお、ホトダイオードアレイ、撮像管、通常の
ＣＣＤイメージセンサ、またはリニアアレイセンサなど
の一般に使用される２次元光検出器を用いることもでき
る。
【００４５】本実施例の装置では、光源１１０から出力
された光がコリメートされた形態でＥ−Ｏプローブ２０
０に入力して反射され、反射部の２次元的な態様が結像
されて２次元光検出器５５０に入力し、２次元的な光検
出信号に変換される。処理部６５０は、第１実施例と同
様に、各測定点について同期検出信号を収集・格納し、
収集・格納後に各測定点ごとに電圧波形を再現する。
された光がコリメートされた形態でＥ−Ｏプローブ２０
０に入力して反射され、反射部の２次元的な態様が結像
されて２次元光検出器５５０に入力し、２次元的な光検
出信号に変換される。処理部６５０は、第１実施例と同
様に、各測定点について同期検出信号を収集・格納し、
収集・格納後に各測定点ごとに電圧波形を再現する。
【００４６】なお、本実施例の装置では、電気光学光変
調器４１０では第１実施例に比べて大面積にわたって変
調を施す必要があるが、均一性が要求されるのみなので
実現は容易である。
調器４１０では第１実施例に比べて大面積にわたって変
調を施す必要があるが、均一性が要求されるのみなので
実現は容易である。
【００４７】また、装置構成を図５のようにし、結像光
学系を構成するレンズ４５１とレンズ４５２を電気光学
光変調器４１０の両側に配置すれば、変調面積は第１実
施例と同様に小さくすることができる。
学系を構成するレンズ４５１とレンズ４５２を電気光学
光変調器４１０の両側に配置すれば、変調面積は第１実
施例と同様に小さくすることができる。
【００４８】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の電
圧測定器によれば、連続出力光を採用し、被測定デバイ
スの発生電圧の影響を連続光に施したのち、変調してヘ
テロダイン検出を行うので、短パルス光源が不要となる
とともに、広い周波数帯域を持った精度の良い電圧測定
器を実現することができる。
圧測定器によれば、連続出力光を採用し、被測定デバイ
スの発生電圧の影響を連続光に施したのち、変調してヘ
テロダイン検出を行うので、短パルス光源が不要となる
とともに、広い周波数帯域を持った精度の良い電圧測定
器を実現することができる。
【図１】本発明の第１実施例の電圧測定装置の構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１実施例の電圧測定装置の動作の説
明図である。
明図である。
【図３】光学バイアスの説明図である。
【図４】本発明の第２実施例の電圧測定装置の構成図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第２実施例の電圧測定装置の変形例の
構成図である。
構成図である。
【図６】従来例１の装置の構成図である。
【図７】従来例１の装置の動作の説明図である。
【図８】従来例２の装置の構成図である。
【図９】従来例２の装置の動作の説明図である。
１１０…光源、１２０…偏光子、２００…Ｅ−Ｏプロー
ブ、３００…駆動部、４１０…光変調器、４２０…選択
部、５１０，５５０…光検出器、５２０…同期検出部、
６００，６５０…処理部
ブ、３００…駆動部、４１０…光変調器、４２０…選択
部、５１０，５５０…光検出器、５２０…同期検出部、
６００，６５０…処理部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 神谷 武志
東京都杉並区宮前１丁目11番４号
(56)参考文献 特開 平６−342017（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−130439（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−85459（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−249886（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/28 - 31/3193
G01R 15/14 - 15/26
G01R 29/08
G01R 29/12 - 29/14
G01R 29/24
G01R 19/00
Claims (7)
- 【請求項１】 被測定物の被測定部に近接あるいは接触
させて前記被測定部の電圧を検出する電圧測定装置であ
って、 連続出力光を発生する光源と、 前記光源から出力された光を入力し第１の偏光方向の成
分を選択し、プローブ光として出力する偏光子と、 前記偏光子から出力されたプローブ光を前記被測定部へ
導く第１の光学系と、 前記被測定部に接触あるいは近接する位置に配置され
る、電気光学効果を有する電気光学材料から成る部材を
備え、前記部材の前記被測定部側の底面が反射加工され
た電気光学変換プローブと、 前記被測定物を第１の周波数で駆動するとともに、前記
第１の周波数に外部から指定された第１の数を乗じた第
２の周波数に第１の周波数よりもちいさな値の第３の周
波数を加えた又は減じた第４の周波数の信号と前記第３
の周波数の信号とを出力する駆動部と、 前記電気光学変換プローブで反射された光を入力すると
ともに、前記駆動部から出力された前記第４の周波数の
信号を入力し、入力光を周波数変調して出力する光変調
器と、 前記光変調器から出力された変調光を入力し、前記変調
光の位相を変化させた後に第２の偏光方向の成分を選択
して出力する光選択部と、 前記光選択部から出力された光を受光して、受光強度に
応じた光検出信号を出力する光検出器と、 前記光検出器から出力された前記光検出信号を入力して
前記第３の周波数の成分を選択するとともに、前記駆動
部から出力された前記第３の周波数の信号を入力して、
選択された前記光検出信号の成分を前記駆動部から出力
された前記第３の周波数の信号に同期して検出する同期
検出部と、 前記駆動部に前記第１の数を通知するとともに、前記同
期検出部から出力された同期検出信号を収集し、処理を
して前記被測定部の電圧を求める処理部と、 を備えることを特徴とする電圧測定装置。 - 【請求項２】 前記駆動部は、 前記被測定物を前記第１の周波数で駆動する駆動信号を
出力するとともに、前記第１の周波数を有するトリガ信
号を出力する駆動器と、 前記駆動器から出力されたトリガ信号を入力するととも
に、前記処理部から出力された前記第１の数の通知を入
力し、前記第１の周波数に第１の数を乗じた前記第２の
周波数の信号を生成する周波数逓倍器と、 前記第３の周波数の信号を発生する発振器と、 前記周波数逓倍器から出力された信号と前記発振器から
出力した信号とを入力し、前記第２の周波数の値と前記
第３の周波数の値との和の値である前記第４の周波数の
信号を生成する混合器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の電圧測定装
置。 - 【請求項３】 前記光変調器は、電気光学効果を利用し
た電気光学光変調器である、ことを特徴とする請求項１
記載の電圧測定装置。 - 【請求項４】 前記選択部は、 前記光変調器から出力された前記変調光を入力して位相
を調整して出力する波長板と、 前記波長板を介した光を入力し、前記第２の偏光方向の
成分を選択して出力する検光子と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の電圧測定装
置。 - 【請求項５】 前記光検出器は２次元光検出器である、
ことを特徴とする請求項１記載の電圧測定装置。 - 【請求項６】 前記同期検出部は、 前記光検出器から出力された前記光検出信号を入力して
前記第３の周波数の成分を選択するフィルタと、 前記フィルタから出力された信号と前記駆動部から出力
された前記第３の周波数の信号を入力して、前記フィル
タから出力された信号を前記駆動部から出力された前記
第３の周波数の信号に同期して検出する同期検出器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の電圧測定装
置。 - 【請求項７】 前記同期検出信号は、前記光検出器から
出力された前記光検出信号の前記第３の周波数の成分の
振幅を示す振幅検出信号と前記光検出器から出力された
前記光検出信号の前記第３の周波数の成分の振幅検出信
号と前記駆動部から出力された前記第３の周波数の信号
との位相差を示す位相検出信号であり、 前記処理部は、前記第１の数を１から順に１づつ変化さ
せて前記駆動部に通知するとともに、夫々の前記第１の
数の通知のたびに、通知した前記第１の数の通知時の前
記振幅検出信号と前記位相検出信号とを収集し、収集後
にフーリエ変換法により前記駆動信号により前記被測定
部に発生した電圧信号の時間波形を算出する、ことを特
徴とする請求項１記載の電圧測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01925295A JP3500215B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 電圧測定装置 |
| US08/597,226 US5625296A (en) | 1995-02-07 | 1996-02-06 | Electro-optic voltage measurement apparatus |
| EP96300809A EP0726470A3 (en) | 1995-02-07 | 1996-02-07 | Electro-optical device for measuring voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01925295A JP3500215B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 電圧測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08211131A JPH08211131A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3500215B2 true JP3500215B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=11994239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01925295A Expired - Fee Related JP3500215B2 (ja) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | 電圧測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5625296A (ja) |
| EP (1) | EP0726470A3 (ja) |
| JP (1) | JP3500215B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101923846B1 (ko) | 2013-02-01 | 2018-11-29 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 반도체 디바이스 검사 장치 및 반도체 디바이스 검사 방법 |
| JP6283501B2 (ja) * | 2013-11-12 | 2018-02-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 周波数解析装置及び周波数解析方法 |
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| US4618819A (en) * | 1984-03-27 | 1986-10-21 | The University Of Rochester | Measurement of electrical signals with subpicosecond resolution |
| US4906922A (en) * | 1987-07-13 | 1990-03-06 | Hamamatsu Photonics K. K. | Voltage mapping device having fast time resolution |
| JP2651682B2 (ja) * | 1987-11-05 | 1997-09-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電圧検出方法 |
| DE3924369A1 (de) * | 1989-07-22 | 1991-01-31 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur messung eines elektrischen feldes oder einer elektrischen spannung und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US5057771A (en) * | 1990-06-18 | 1991-10-15 | Tetronix, Inc. | Phase-locked timebase for electro-optic sampling |
| JP3015903B2 (ja) * | 1990-10-23 | 2000-03-06 | 日本電信電話株式会社 | 集積回路の回路試験装置および回路試験方法 |
| JP2742473B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1998-04-22 | 浜松ホトニクス株式会社 | 高速電圧測定装置 |
| JPH06102295A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-04-15 | Hewlett Packard Co <Hp> | 非接触型プローブおよび非接触電圧測定装置 |
| US5412330A (en) * | 1993-06-16 | 1995-05-02 | Tektronix, Inc. | Optical module for an optically based measurement system |
| JP3352239B2 (ja) * | 1994-08-19 | 2002-12-03 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電圧測定装置 |
-
1995
- 1995-02-07 JP JP01925295A patent/JP3500215B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-06 US US08/597,226 patent/US5625296A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-07 EP EP96300809A patent/EP0726470A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5625296A (en) | 1997-04-29 |
| EP0726470A2 (en) | 1996-08-14 |
| EP0726470A3 (en) | 1997-02-26 |
| JPH08211131A (ja) | 1996-08-20 |
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