JPH02269920A - 光信号検出装置 - Google Patents
光信号検出装置Info
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- JPH02269920A JPH02269920A JP1091506A JP9150689A JPH02269920A JP H02269920 A JPH02269920 A JP H02269920A JP 1091506 A JP1091506 A JP 1091506A JP 9150689 A JP9150689 A JP 9150689A JP H02269920 A JPH02269920 A JP H02269920A
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- G—PHYSICS
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- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
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- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J2011/005—Streak cameras
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- Holo Graphy (AREA)
- Silicon Polymers (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Gas-Insulated Switchgears (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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、大ぎ
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
とが可能な光信号検出装置に関するものである。
光を検出するための光信号検出装置に係り、特に、大ぎ
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１７図に示す如く、入力光学系のスリット板１ｏ
及びレンズ１２を通して入ｔ１４窓に入射、結像される
光学像（スリット像）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
ツシュ状の加速電極１６と、該加速電極１６で加速され
た光電子をスリットの長平方向に垂直（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２
２によっ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２
２を通過した電子を、蛍光面２６の前で増倍するための
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、２５は、該Ｍ
ＣＰ２４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Ｎ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、Ｓ
ＩＴ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ャン型に大別される。 単掃引型では、通常、パルスレーザ光と同期して、数ｋ
Ｈｚ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、シンクロスキャン型では、８０〜１６０Ｍ−
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１８図に示す如く、主偏向電ｔｉ２２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
行って、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１０９９
７５３号、特公昭５７−４０７０９号、特開昭５９−５
８７４５号、同６１−１８３８５７号、米国特許４２３
２３３３号、同４３５２１２７号、同４６１１９２０号
、同４６６１６９４号、英国特許２０４２１６３号、同
２０４４５８８号、同２１３１１６５Ｍ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、ｆＲ間分解分光計測
や空間・ＦＲ間分解計測等の２次元計測又は多チヤンネ
ル計測ができること、光電面と入射窓の材質を選択する
ことによって、近赤外線域から真空紫外線域、更にはｘ
ｍ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１９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ット
３２Ａが設けられたスリット板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、蛍光部２６に当った電子の発光強
度を検出する光検出器であり、光電子増倍管、高感度フ
ォトダイオード、アバランシュフォトダイオード、ＰＩ
Ｎフォ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。
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１７図に示す如く、入力光学系のスリット板１ｏ
及びレンズ１２を通して入ｔ１４窓に入射、結像される
光学像（スリット像）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
ツシュ状の加速電極１６と、該加速電極１６で加速され
た光電子をスリットの長平方向に垂直（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２
２によっ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２
２を通過した電子を、蛍光面２６の前で増倍するための
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）、２５は、該Ｍ
ＣＰ２４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Ｎ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、Ｓ
ＩＴ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ャン型に大別される。 単掃引型では、通常、パルスレーザ光と同期して、数ｋ
Ｈｚ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、シンクロスキャン型では、８０〜１６０Ｍ−
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１８図に示す如く、主偏向電ｔｉ２２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
行って、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１０９９
７５３号、特公昭５７−４０７０９号、特開昭５９−５
８７４５号、同６１−１８３８５７号、米国特許４２３
２３３３号、同４３５２１２７号、同４６１１９２０号
、同４６６１６９４号、英国特許２０４２１６３号、同
２０４４５８８号、同２１３１１６５Ｍ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、ｆＲ間分解分光計測
や空間・ＦＲ間分解計測等の２次元計測又は多チヤンネ
ル計測ができること、光電面と入射窓の材質を選択する
ことによって、近赤外線域から真空紫外線域、更にはｘ
ｍ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１９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ット
３２Ａが設けられたスリット板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、蛍光部２６に当った電子の発光強
度を検出する光検出器であり、光電子増倍管、高感度フ
ォトダイオード、アバランシュフォトダイオード、ＰＩ
Ｎフォ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消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光信号検出装置を提供す
ることを課題とする。
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消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扱き出して電気信
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、前記第２の光電変換手段が、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得るように
したものである。 又、前記サンプリングタイミングを、チョップ用偏向電
極にチョッ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、チョッ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。 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
プリングスリットとしたものである。
光を検出するための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扱き出して電気信
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、前記第２の光電変換手段が、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得るように
したものである。 又、前記サンプリングタイミングを、チョップ用偏向電
極にチョッ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、チョッ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。 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
プリングスリッ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。従って、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
っても、高時間分解能で観測することができる。よって
、吸収測光をはじめとして、これまで困難であった多く
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、チョップ用偏向電
極にチョップ電圧を印加してずらすようにした場合には
、５１！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、チョップ電圧を重ねて印加
してずらすようにした場合には、チョップ用偏向電極を
設ける必要がない。 又、前記サンプリングタイミングを、副昂引用偏向電極
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、チョッ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
プリングスリットとした場合には、チョッピングを行う
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。
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。従って、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
っても、高時間分解能で観測することができる。よって
、吸収測光をはじめとして、これまで困難であった多く
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、チョップ用偏向電
極にチョップ電圧を印加してずらすようにした場合には
、５１！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、チョップ電圧を重ねて印加
してずらすようにした場合には、チョップ用偏向電極を
設ける必要がない。 又、前記サンプリングタイミングを、副昂引用偏向電極
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、チョッ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
プリングスリットとした場合には、チョッピングを行う
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１ｆｆ１２
９と、スリット板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、管内にチョッ
プ用偏向電極４０を設け、該チョップ用偏向電極４０に
チョップ電圧発生回路４２からチョップ電圧をＶ３印加
することにより、前記スリット板３２の電子サンプリン
グスリット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ｌ１９Ｊ ｌ弔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、前記チョップ電圧発生回路４２
のチョップ電圧切換タイミングに合わせて前記光検出器
３４の出力をスイッチングするためのスイッチング回路
４４と、該スイッチング回路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Ａ１Ｂの
差を増幅する差動増幅器５０と、該差動増幅器５０出力
（Ａ−８）を、前記チョップ電圧発生回路４２から入力
されるチョップ電圧の切換えタイミングの中心周波数（
チョップ周波数）で狭帯域増幅して出力するロックイン
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Ｖ １、＃Ｊ掃引電
圧Ｖ２、チョップ電圧Ｖｓ、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、チョップ電圧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ット３
２Ａ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、チョップ電圧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Ａ１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の出力はロックイン増幅器５２に入力され、ここ
でチョッ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
／へが向上される。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、チョップ用偏向電極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、ロックイン
増幅器５２を設けているので、Ｓ／間を向上できる。・
なお、ロックイン増幅器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、スイッチング回路４４と、２つの積分回路４６．４
８と、２つのサンプルホールド回路５４．５６と、減算
器５５と、チョップ電圧■３と同一波形のクロック信号
φ１及び該クロック信号φ１に対して位相が９０°遅れ
た波形のクロック信号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。 前記スイッチング回路４４は、例えば第６図に示す如（
、インバータ４４Ａと、２つの乗算器４４８．４４０か
ら構成することができる。 チョップ電圧のデユーティが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、チョップ
用偏向電極を設けることなく、副偏向電極２９にチョッ
プ電圧発生回路４２からチ□ ョップ電圧を重ねて印加
するようにしたものである。なお、チョップ電圧発生回
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■１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、チョッ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、
チョップ電圧発生回路を設ける代わりに、ＩＩＪＩＩ引
電圧発主電圧発生回路３３転回路７０及びスイッチング
回路７２を付加して、前記ＷＡ偏向電極２９に、ＩＩＪ
Ｉ弔電圧発生回路３３の出力を、スイッチング回路７
２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って、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■１及び副掃引電圧■２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、別体のチョッ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、
チョッ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７４による遅延量をスイッチング回路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Ｄ
＾と背景光Ｂを得るタイミングの遅延量Ｄｓ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
って、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
例と同様のスリット板３２を有するサンプリング型スト
リーク管３０において、該スリット板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ット３２Ａ、３２
Ｂを設け、これに対応させて、光検出器も３４Ａ１３４
Ｂ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、チョッピ
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
の回路の信号をチョッピングして、ロックイン検出する
こともできる。 本発明の実施例に係る検出器は、例えば第１６図に示す
如く、被測定物の所定部分の電圧によって屈折率が変化
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１６図において、８２は直流光源、８４は、偏光子８
４Ａ、被測定物の所定部分の電圧によって屈折率が変化
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８４Ｂ１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８
８で発生したトリガ信号を所定の潰だけ遅延さ往て、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ャンフォト
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、
スリット板を有さない通常のストリーク管や他の光電変
換手段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。
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１ｆｆ１２
９と、スリット板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、管内にチョッ
プ用偏向電極４０を設け、該チョップ用偏向電極４０に
チョップ電圧発生回路４２からチョップ電圧をＶ３印加
することにより、前記スリット板３２の電子サンプリン
グスリット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ｌ１９Ｊ ｌ弔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、前記チョップ電圧発生回路４２
のチョップ電圧切換タイミングに合わせて前記光検出器
３４の出力をスイッチングするためのスイッチング回路
４４と、該スイッチング回路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Ａ１Ｂの
差を増幅する差動増幅器５０と、該差動増幅器５０出力
（Ａ−８）を、前記チョップ電圧発生回路４２から入力
されるチョップ電圧の切換えタイミングの中心周波数（
チョップ周波数）で狭帯域増幅して出力するロックイン
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Ｖ １、＃Ｊ掃引電
圧Ｖ２、チョップ電圧Ｖｓ、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、チョップ電圧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ット３
２Ａ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、チョップ電圧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Ａ１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の出力はロックイン増幅器５２に入力され、ここ
でチョッ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
／へが向上される。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、チョップ用偏向電極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、ロックイン
増幅器５２を設けているので、Ｓ／間を向上できる。・
なお、ロックイン増幅器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、スイッチング回路４４と、２つの積分回路４６．４
８と、２つのサンプルホールド回路５４．５６と、減算
器５５と、チョップ電圧■３と同一波形のクロック信号
φ１及び該クロック信号φ１に対して位相が９０°遅れ
た波形のクロック信号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。 前記スイッチング回路４４は、例えば第６図に示す如（
、インバータ４４Ａと、２つの乗算器４４８．４４０か
ら構成することができる。 チョップ電圧のデユーティが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、チョップ
用偏向電極を設けることなく、副偏向電極２９にチョッ
プ電圧発生回路４２からチ□ ョップ電圧を重ねて印加
するようにしたものである。なお、チョップ電圧発生回
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■１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、チョッ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、
チョップ電圧発生回路を設ける代わりに、ＩＩＪＩＩ引
電圧発主電圧発生回路３３転回路７０及びスイッチング
回路７２を付加して、前記ＷＡ偏向電極２９に、ＩＩＪ
Ｉ弔電圧発生回路３３の出力を、スイッチング回路７
２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って、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■１及び副掃引電圧■２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、別体のチョッ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、
チョッ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７４による遅延量をスイッチング回路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Ｄ
＾と背景光Ｂを得るタイミングの遅延量Ｄｓ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
って、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
例と同様のスリット板３２を有するサンプリング型スト
リーク管３０において、該スリット板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ット３２Ａ、３２
Ｂを設け、これに対応させて、光検出器も３４Ａ１３４
Ｂ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、チョッピ
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
の回路の信号をチョッピングして、ロックイン検出する
こともできる。 本発明の実施例に係る検出器は、例えば第１６図に示す
如く、被測定物の所定部分の電圧によって屈折率が変化
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１６図において、８２は直流光源、８４は、偏光子８
４Ａ、被測定物の所定部分の電圧によって屈折率が変化
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８４Ｂ１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８
８で発生したトリガ信号を所定の潰だけ遅延さ往て、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ャンフォト
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、
スリット板を有さない通常のストリーク管や他の光電変
換手段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袋ばの第１実施例の
全体構成を示すと共に、一部ブロッ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
ック線図、 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ッ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
理回路のスイッ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昂引電圧
の関係の例を示す線図、 第７０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実浦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層の変化状態の例
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ック線図、第１７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１８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１９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
断面線図である。 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
リット板、 ３２Ａ、３２Ｂ・・・電子サンプリングスリット、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・・・チョップ用偏向電極、 ４２・・・チョップ電圧発生回路、 ４４．７２・・・スイッチング回路、 ４６．４８・・・積分回路、 ５０．７４・・・差動増幅器、 ５２・・・ロックイン増幅器、 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、一部ブロッ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
ック線図、 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ッ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
理回路のスイッ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昂引電圧
の関係の例を示す線図、 第７０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実浦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層の変化状態の例
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ック線図、第１７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１８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１９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
断面線図である。 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
リット板、 ３２Ａ、３２Ｂ・・・電子サンプリングスリット、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・・・チョップ用偏向電極、 ４２・・・チョップ電圧発生回路、 ４４．７２・・・スイッチング回路、 ４６．４８・・・積分回路、 ５０．７４・・・差動増幅器、 ５２・・・ロックイン増幅器、 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 (7)
- （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。 - （２）請求項１において、前記第１の光電変換手段がサ
ンプリング型ストリーク管とされ、前記第２の光電変換
手段が、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
の電気信号を得ることを特徴とする光信号検出装置。 - （３）請求項２において、前記サンプリングタイミング
を、チョップ用偏向電極にチョッ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。 - （４）請求項２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、チョ
ッ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。 - （５）請求項２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。 - （６）請求項２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。 - （７）請求項１において、前記第１及び第２の光電変換
手段が、サンプリング型ストリーク管に互いに独立して
設けられた複数の電子サンプリングスリットであること
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)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02269920A true JPH02269920A (ja) | 1990-11-05 |
| JP2709135B2 JP2709135B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=14028297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1091506A Expired - Fee Related JP2709135B2 (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 光信号検出装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5043568A (ja) |
| EP (1) | EP0392794B1 (ja) |
| JP (1) | JP2709135B2 (ja) |
| AT (1) | ATE125091T1 (ja) |
| DE (1) | DE69020775T2 (ja) |
| DK (1) | DK0392794T3 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3079042B2 (ja) * | 1996-07-19 | 2000-08-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | ストリーク管の掃引方法および掃引装置 |
| US6396276B1 (en) | 1996-07-31 | 2002-05-28 | Scientific Drilling International | Apparatus and method for electric field telemetry employing component upper and lower housings in a well pipestring |
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