JPH04236377A - 信号波形測定装置のプローブ高さ制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は信号波形測定装置のプロ
ーブ高さ制御装置に係り、特に電気光学効果を利用して
被測定部の高速度の電気信号波形を非接触、非破壊で計
測する信号波形測定装置のプローブの高さを制御する装
置に関する。

【０００２】ＬＳＩ等の半導体素子を製造、利用する上
で、半導体素子が設計通りに論理的に作動するか否か、
また不良の有無を判定するために半導体素子内外の信号
波形を正確に測定することが必要不可欠である。

【０００３】しかしながら、近年の半導体素子の高速化
に伴い、従来のＬＳＩテスタなどを用いた電気的な信号
波形検出方式では、正確な測定が難しくなってきている
。また、その半導体素子を搭載する回路基板の配線も微
細化し、機械的な接触試験は難しくなってきている。 そのため、電気的な信号波形検出方式に代わるものとし
て、電気光学効果を用いた光学式の信号波形検出方式が
、高速信号を計測できる方式として注目されるようにな
った（例えば、Ｊ．Ａ．Ｖａｌｄｍａｎｉｓ　ａｎｄ　
Ｇ．Ｍｏｕｒｏｕ，“Ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ　ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｓａｍｐｌｉｎｇ：ｐｒｉｎｃ
ｉｐｌｅｓａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”ＩＥＥＥ
　　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＯＦ　　ＱＵＡＮＴＵＭ　　Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．ＱＥ−２２，ｐｐ．　
６９−７８等）。

【０００４】また、本発明者は電気光学結晶の上に被検
ＬＳＩを積載し、電気光学結晶にレーザ光を入射後反射
させてその反射光量を測定することにより、被検ＬＳＩ
の電気信号の波形測定を行なう測定装置を提案している
（特開平１−２８５６６号公報）。

【０００５】このような光学式の信号波形測定装置では
、被測定部が回路基板の配線のように、上記電気光学結
晶を含むプローブ（探針）を機械的に被測定部に接触さ
せることが困難な場合には、プローブを被測定部に近接
離間させて被測定部の電圧を測定することとなるが、そ
の際にプローブの高さ（プローブと被測定部との間の距
離）が変動すると感度が変動し測定誤差が生じるので、
プローブの高さを一定に制御することが望まれている。

【０００６】

【従来の技術】まず、従来より知られている電気光学効
果を利用した光学式の信号波形検出の原理について図９
と共に説明する。同図中、１は電気光学結晶で、例えば
ＧａＡｓ結晶（面方位〔１００〕，厚さ２００μｍ　程
度）を薄板状に形成してなる。この電気光学結晶１の一
方の面にはインジウム、スズなどの酸化物からなる透明
電極２が形成され、また電気光学結晶１の他方の面には
フッ化マグネシウム（ＭｇＦ）や二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ２　）その他の誘電体物質による多層膜である反射膜
３が形成されている。透明電極２は接地されている。

【０００７】４は被測定部で、例えば回路基板の配線な
どであり、電圧が印加されている。電気光学結晶１，透
明電極２及び反射膜３からなるプローブは、反射膜３側
が被測定部４に対向するように、被測定部４に近接離間
されている。

【０００８】かかる構成において、被測定部４に電圧を
印加すると、被測定部４から電気光学結晶１内へ電界５
が誘起される。すると、電気光学結晶１は電界５の強度
に応じてポッケルス効果により誘電分極を生じ、軸方位
によって屈折率が変化する複屈折性を生ずる。このため
、透明電極２を通して電気光学結晶１内にレーザ光６を
反射往復させると、反射膜３で反射され電気光学結晶１
内から透明電極２を通して出射される反射レーザ光の偏
光状態が上記電界５に応じて変化する。従って、この反
射レーザ光を受光部（図示せず）で受光して偏光状態の
変化を検出することにより、被測定部４に印加された電
圧波形を測定することができる。

【０００９】かかる動作原理に基づく従来の信号波形測
定装置としては、偏光面保存ファイバの先端に電気光学
結晶を接着したものがある。この従来の信号波形検出装
置によれば、偏光面保存ファイバ先端の電気光学結晶を
所望の微細な配線部分に近接させて信号波形の検出（電
圧測定）を行なう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
装置では偏光面保存ファイバ先端の高さ方向の制御精度
が不十分であり、振動等の影響により偏光面保存ファイ
バ先端の高さ位置が検出動作中に変化してしまい、その
結果検出感度が変化してしまうという問題がある。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
電気光学結晶と高さ測定系を一体化して微動機構上に配
設し、高さ測定系の出力信号が一定となるように微動機
構を制御することにより、電気光学結晶と被測定部表面
との距離（プローブ高さ）を常に一定とし得る信号波形
測定装置のプローブ高さ制御装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図を示す。本発明は被測定部１０に印加される電圧によ
り発生する電界を、被測定部１０に近接して配置した電
気光学結晶１１の内部に誘起させ、その時に電気光学結
晶１１内を反射往復する第１の波長のレーザ光の偏光状
態を検出することにより、被測定部１０に印加された電
圧波形を検出する信号波形測定装置において、高さ検出
機構１２，移動機構１４及び制御手段１５を設けたもの
である。

【００１３】上記の高さ検出機構１２は被測定部１０に
入射されるレーザ光の光軸と平行方向に電気光学結晶１
１と一体的に移動自在に構成されており、また、電気光
学結晶１１の被測定部１０からの高さを検出する。

【００１４】また、上記の移動機構１４は制御手段１５
により高さ検出信号から生成された制御信号に基づき、
プローブ１３が所定の高さ位置になるようにプローブ１
３の高さ位置を移動する。

【００１５】

【作用】本発明ではプローブ１３の高さ位置（電気光学
結晶１１と被測定部１０との間の距離）を高さ検出機構
１２で検出し、制御手段１５により高さ検出信号に基づ
いて移動機構１４を移動制御しているため、プローブ１
３の高さ位置を一定に制御することができる。

【００１６】

【実施例】図２は本発明の一実施例の構成図を示す。同
図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。 図２において、２１はピエゾ圧電素子で、中央部で、か
つ、軸方向に穴２１ａが穿設された円柱又は多角柱状の
構成とされている。ピエゾ圧電素子２１は印加される制
御信号の極性に応じて、図中上又は下方向に変位し、か
つ、制御信号に応じた量変化するよう構成されており、
前記した移動機構１４を構成している。

【００１７】ピエゾ圧電素子２１の穴２１ａ内には集光
レンズ２２が保持部材２３に保持されている。保持部材
２３の底部はピエゾ圧電素子２１の一端に固定され、か
つ、高さ検出機構１２を介して電気光学結晶１１に固定
されている。また、ピエゾ圧電素子２１の他端はＺ軸粗
動機構２４の底部に固定されている。

【００１８】Ｚ軸粗動機構２４は内部が中空で、機構制
御部２６により図中、上下方向（電圧測定用レーザ光２
７の光軸と平行な方向で、この方向をＺ軸方向とする）
に、ピエゾ圧電素子２１の変位量に比べてかなり大なる
変位量変位できるよう構成されている。

【００１９】Ｚ軸粗動機構２４の図中、上部にはセンサ
部２８が固定されている。センサ部２８は例えばレーザ
光源２８１，レンズ２８２，光アイソレータ２８３，ビ
ームスプリッタ２８４，偏光ビームスプリッタ２８５，
反射ミラー２８６，受光部２８７，２８８及び信号処理
部２８９よりなる。

【００２０】従って、Ｚ軸粗動機構２４がＺ軸方向に移
動した場合は、ピエゾ圧電素子２１，集光レンズ２２，
高さ検出機構１２，電気光学結晶１１及びセンサ部２８
が一体的にＺ軸方向へ移動する。一方、ピエゾ圧電素子
２１がＺ軸方向に微少量変位した場合は、集光レンズ２
２，高さ検出機構１２，電気光学結晶１１が夫々一体的
にＺ軸方向へ変位するが、Ｚ軸粗動機構２４及びセンサ
部２８は変位しない。制御回路２９及び中央処理装置（
ＣＰＵ）３０は前記した制御手段１４を構成している。 制御回路２９は高さ検出機構１２からの高さ検出信号を
入力信号として受け、またＣＰＵ３０によりその動作が
制御され、ピエゾ圧電素子２１へ制御信号を出力する。

【００２１】電気光学結晶１１は、高さ検出機構１２側
の面に、接地された透明電極３１が形成され、反対側の
面に波長選択性反射膜３２が形成されている。波長選択
性反射膜３２は被測定部１０に接触しない程度の高さに
配置されている。

【００２２】次に本実施例の信号波形測定動作について
説明する。レーザ光源２８１により出射された第１の波
長（例えば７００〜８００ｎｍ）のレーザ光はレンズ２
８２により平行光とされた後、１／４　波長板と偏光ビ
ームスプリッタからなる光アイソレータ２８３に入射さ
れて直線偏光から円偏光に変換される。この円偏光はビ
ームスプリッタ２８４で透過及び反射され、そのうち透
過されたレーザ光だけが集光レンズ２２，高さ検出機構
１２内の光学系を夫々経て透明電極３１に入射され、更
にこれより電気光学結晶１１を透過して波長選択性反射
膜３２に入射される。波長選択性反射膜３２は前記第１
の波長の電圧測定用レーザ光を反射するよう形成されて
いる。 このため、電圧測定用レーザ光はこの波長選択性反射膜
３２で反射されて電気光学結晶１１を逆進し、更に透明
電極３１，高さ検出機構１２内の光学系、及び集光レン
ズ２２を夫々通過してビームスプリッタ２８４に入射さ
れる。

【００２３】ビームスプリッタ２８４に入射された、電
気光学結晶１１内を往復した反射レーザ光はビームスプ
リッタ２８４で反射及び透過され、そのうち透過した反
射レーザ光は光アイソレータ２８３によりレーザ光源２
８１への戻りを阻止される。一方、ビームスプリッタ２
８４で反射した反射レーザ光は偏光ビームスプリッタ２
８５に入射され、ここで互いに直交する２つの軸方位に
分解され、一方の軸方位の反射レーザ光成分は偏光ビー
ムスプリッタ２８５を透過して反射ミラー２８６により
反射された後受光部２８８により受光され、他方の軸方
位の反射レーザ光成分は偏光ビームスプリッタ２８５で
反射されて受光部２８７により受光される。

【００２４】ここで、図９と共に既に説明したように、
偏光ビームスプリッタ２８５に入射された反射レーザ光
は、被測定部１０の印加電圧に応じた偏光状態となって
いるため、この反射レーザ光の互いに直交する軸方位の
反射レーザ光成分を受光する受光部２８７，２８８の各
受光光量と被測定部１０の印加電圧とは夫々図３に曲線
ａ，ｂで示す如き相補的な関係にある。

【００２５】すなわち、受光部２８７の出力検出電圧を
Ｉ（１＋α）で表わすものとすると（ただし、Ｉは受光
光量、αは変化率）、受光部２８８の出力検出電圧はＩ
（１−α）で表わすことができる。従って、信号処理部
２８９はこれら受光部２８７及び２８８の両出力検出電
圧の差をとって２αＩで表わされる差信号を生成し、そ
のうち２αは被測定部１０の印加電圧の関数であること
から、この差信号から被測定部１０の印加電圧を測定す
る。これにより、回路の非破壊検査などを実施すること
ができる。

【００２６】次にかかる電圧測定動作を行なう信号波形
測定装置におけるプローブ高さ制御装置の構成について
更に詳細に説明する。図４は高さ検出機構１２の第１実
施例の構成図を示す。同図中、図２と同一構成部分には
同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示す高さ
検出機構１２ａは、電圧測定用レーザ光２７と同軸に第
２の波長の高さ測定用レーザ光を投射する形式で、レー
ザダイオード４０，λ／４板４１，レンズ４２，ダイク
ロイックミラー４３，レンズ４４，偏光ビームスプリッ
タ４５，光検出器４６，４７，増幅器４８，４９及び処
理回路５０とより構成されている。

【００２７】レーザダイオード４０は電圧測定用レーザ
光２７とは異なる第２の波長（例えば１〜３μｍ　程度
）のレーザ光を放射するレーザ光源で、λ／４板４１へ
レーザ光を出射する。ダイクロイックミラー４３は第１
の波長のレーザ光は透過し、かつ、第２の波長のレーザ
光は反射する光学部品である。

【００２８】この高さ検出機構１２ａでは、レーザダイ
オード４０から出射された第２の波長の高さ測定用レー
ザ光がλ／４板４１で直線偏光から円偏光に変換された
後、レンズ４２を透過してダイクロイックミラー４３に
入射され、ここで反射されて前記した電圧測定用レーザ
光と同軸で透明電極３１，電気光学結晶１１を経て波長
選択性反射膜３２に入射される。

【００２９】波長選択性反射膜３２は第１の波長のレー
ザ光を反射し、第２の波長のレーザ光を透過するから、
高さ測定用レーザ光だけが波長選択性反射膜３２を透過
して被測定部１０に入射されて反射される。

【００３０】被測定部１０の表面で反射された高さ測定
用レーザ光は、もときた入射光路を逆進し、λ／４板４
１で偏光面を９０°回転させられた直線偏光とされてレ
ーザダイオード４０に入射される。このレーザダイオー
ド４０に入射される反射レーザ光はレーザダイオード４
０の出射レーザ光と偏光面が異なるため、レーザダイオ
ード４０内部で発生される光量ノイズを最小とすること
ができる。

【００３１】このとき、被測定部１０の表面と高さ測定
用レーザ光の結像点とが一致していれば、反射レーザ光
はレーザダイオード４０の導波路構造により、レーザダ
イオード４０後端から出力される。従って、この後端か
ら出力されるレーザ光はレーザダイオード４０から出射
されるレーザ光（直接光）と、この直接光と偏光面が９
０°異なる被測定部１０の表面からの反射レーザ光（反
射戻り光）とからなるため、このレーザ光をレンズ４４
で平行光とした後偏光ビームスプリッタ４５を通すこと
により、光検出器４６には上記直接光が受光され、光検
出器４７には上記反射戻り光が入射される。

【００３２】光検出器４６，４７により夫々光電変換さ
れて得られた検出信号は増幅器４８，４９を別々に通し
て処理回路５０に入力される。処理回路５０は直接光の
検出信号Ａに対する反射戻り光の検出信号Ｂの割合Ｂ／
Ａを計算して高さ検出信号として出力する。

【００３３】上記の出力信号（割合）Ｂ／Ａと波長選択
性反射膜３２の被測定部１０からの高さとの関係は図５
に示す如くになり、高さ測定用レーザ光の結像点が被測
定部１０の表面と一致しているときに出力最大となり、
結像点が被測定部１０の表面からずれるに従い、出力信
号が減少する。従って、図５にａで示す如く出力信号と
高さ特性の直線性の最も良い位置に初期設定しておくこ
とにより、精度良く高さ制御が可能になる。なお、反射
戻り光量はレーザダイオード４０の後端出力により規格
化しておくことで、光量変動の影響を無視することがで
きる。

【００３４】図６は高さ検出機構１２の第２実施例の構
成図を示す。同図中、図２及び図４と同一構成部分には
同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す高さ
検出機構１２ｂは、電気測定用レーザ光に対して僅かに
傾けて高さ測定用レーザ光を投射する形式で、レーザダ
イオード６０，集光レンズ６１，６２，ダイクロイック
ミラー４３，ハーフミラー６３，ピンホール６４，６６
，光検出器６５，６７，増幅器６８，６９及び演算回路
７０より構成されている。

【００３５】この高さ検出機構１２ｂは反射戻り光を２
分岐し、反射戻り光の結像位置とずらした場所に配設し
てあるピンホール６４及び６６を介して光検出器６５及
び６７で受光する構成であり、公知の差動焦点位置検出
法（Ｙ．Ｆａｉｎｍａｎ　ｅｔ，ａｌ．Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｏｐｔｉｃｓ，２１，ＮＯ，１７，１９８２　ｐ３２
００）の変形と考えることができる。

【００３６】レーザダイオード６０から出射された前記
第２の波長の高さ測定用レーザ光は、集光レンズ６１，
ダイクロイックミラー４３，透明電極３１，電気光学結
晶１１を通して電圧測定用レーザ光２７の光軸と僅かに
傾斜した角度で波長選択性反射膜３２に入射され、更に
これを透過して被測定部１０の表面で反射される。

【００３７】被測定部１０の表面からの反射レーザ光は
波長選択性反射膜３２，電気光学結晶１１，透明電極３
１，ダイクロイックミラー４３，集光レンズ６２を夫々
通してハーフミラー６３に入射され、ここで光路を２分
岐されて一方はピンホール６４を介して光検出器６５で
受光され、他方はピンホール６６を介して光検出器６７
で受光される。

【００３８】ここで、被測定部１０の表面と高さ測定用
レーザ光の結像点とが一致していた場合に光検出器６５
，６７の受光面前方にできる反射レーザ光（反射戻り光
）の結像点に対して、ピンホール６４は光検出器６５寄
りに配置され、ピンホール６６はハーフミラー６３寄り
に配設されている。

【００３９】このため、光検出器６５，６７で夫々光電
変換され、更に増幅器６８，６９を通して得られた検出
信号Ｘ，Ｙと、波長選択性反射膜３２の被測定部１０か
らの高さとの関係は図７に破線Ｘ，Ｙで示す如く、被測
定部１０の表面と高さ測定用レーザ光の結像点とが一致
している時の値が夫々小で、かつ、互いにピーク位置が
異なる対称的な特性を示す。

【００４０】そこで、上記の検出信号Ｘ，Ｙを演算回路
７０に入力し、ここで（Ｘ−Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ）なる演算
を行ない、その演算結果を高さ検出信号として出力する
ことにより、演算回路７０からは図７に実線Ｚで示す如
き特性の高さ検出信号が取り出される。従って、この高
さ検出信号の直線性の最も良い中央位置ｂを初期設定位
置とすることにより、精度良く高さ制御ができる。

【００４１】次に制御回路２９の構成について図８と共
に説明する。制御回路２９は高さ検出機構１２（１２ａ
，１２ｂ）からの高さ検出信号の伝送路を切換えるスイ
ッチ回路２９０，Ａ／Ｄ変換器２９１，データラッチ２
９２及びＤ／Ａ変換器２９３を夫々経た信号とスイッチ
回路２９０からの高さ検出信号との誤差信号を生成する
差動アンプ２９４，信号補償のためのＰＩＤ制御アンプ
２９５，ＰＩＤ制御アンプ２９５の出力信号とＤ／Ａ変
換器２９７の出力信号とを切換えるスイッチ回路２９６
，スイッチ回路２９６の出力信号にＤ／Ａ変換器２９９
からのオフセット電圧を加算してピエゾ圧電素子２１へ
出力するメインアンプ２９８などからなる。データラッ
チ２９２はＣＰＵ３０の出力によりラッチを行ない、Ｄ
／Ａ変換器２９７及び２９９は図２に示したＣＰＵ３０
から所定のデータが入力され、更にスイッチ回路２９０
及び２９６はＣＰＵ３０により夫々スイッチング制御さ
れる。

【００４２】次にプローブ高さ制御装置の動作について
図２，図８等を参照して説明する。まず、動作中の被測
定部１０（これは例えば回路基板の配線）に図２のプロ
ーブ１３を接近させる。この際、ＸＹ移動機構（図示せ
ず）及びＺ軸粗動機構２４を使用する。被測定部１０に
高さ測定用レーザ光が投射され、測定装置上部に配設さ
れたカメラ等の手段により位置決めされる。高さ測定用
レーザ光は予め電気光学結晶１１の外部で結像されるよ
うに調整されており、結像点が被測定部１０の表面と一
致した場合に反射光量が最大となる。

【００４３】次にＣＰＵ３０の指示により図８のスイッ
チ回路２９０をＡ／Ｄ変換器２９１側に切換えると同時
に、スイッチ回路２９６をＤ／Ａ変換器２９７の出力が
メインアンプ２９８に入力されるように切換えてから初
期設定動作を開始する。初期設定動作においてはＣＰＵ
３０から図８のＤ／Ａ変換器２９７及びスイッチ回路２
９６を通してメインアンプ２９８へ初期電圧を印加する
。また、ＣＰＵ３０は高さ検出機構１２の出力高さ検出
信号を図８のスイッチ回路２９０及びＡ／Ｄ変換器２９
１を夫々通して入力され、これを観測しながらプローブ
１３の高さが初期設定位置（図５のａ又は図７のｂ）と
なるように、Ｄ／Ａ変換器２９９を通してメインアンプ
２９８へ印加するオフセット電圧を可変する。

【００４４】ＣＰＵ３０はプローブ１３の高さが上記の
初期設定位置になったと判定すると、その状態における
Ａ／Ｄ変換器２９１の出力データをデータラッチ２９２
にラッチする。このラッチされたデータは次に述べる制
御時にＤ／Ａ変換器２９３を通して参照電圧として使用
される。

【００４５】次にＣＰＵ３０はＤ／Ａ変換器２９９の出
力オフセット電圧を上記の初期設定位置で固定したまま
スイッチ回路２９０を差動アンプ２９４側へ切換え、か
つ、スイッチ回路２９６をＰＩＤ制御アンプ２９５の出
力がメインアンプ２９８へ入力されるように切換え、制
御モードへ移行する。

【００４６】この制御モード時に高さ検出機構１２から
取り出される高さ検出信号はスイッチ回路２９０を通し
て差動アンプ２９４へ入力され、ここでＤ／Ａ変換器２
９３からの参照電圧と比較される。差動アンプ２９４か
ら取り出された、高さ検出信号と参照電圧との差電圧（
誤差信号）は、ＰＩＤ制御アンプ２９５で予測、増幅さ
れた後、スイッチ回路２９６，メインアンプ２９８を夫
々通してピエゾ圧電素子２１に印加される。これにより
、ピエゾ圧電素子２１はプローブ１３の高さを前記した
初期設定位置にするように伸長又は縮小する。

【００４７】その後、被測定部１０の印加電圧によって
電気光学結晶１１内に誘起された電界によって、電気光
学結晶１１内を反射往復する電圧測定用レーザ光の偏光
状態が変化するので、前記した図２のセンサ部２８によ
りその偏光状態を検出することで被測定部１０の印加電
圧を測定することができる。

【００４８】この電圧測定中、装置に振動が与えられて
も、上記の高さ検出機構１２，ピエゾ圧電素子２１、制
御回路２９及びＣＰＵ３０によりプローブ１３の高さを
一定に制御できるため、微細な回路配線部などの被測定
部１０の電圧を非接触で、かつ、高精度に安定に測定す
ることができる。

【００４９】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、他の公知の光学式の高さ検出方式を利用
し制御を行なうこともでき、更には光学式に限らず、例
えば静電容量型のギャップセンサを高さ測定系として搭
載し、同様の高さ制御を実行することは可能である。ま
た、Ｚ軸方向の移動機構としては、ピエゾ圧電素子が小
型かつ軽量で応答性も良いので望ましいが、例えばモー
タを用いてＺ軸方向に移動させる機構を用いることも原
理的には可能である。

【００５０】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、プローブ
の高さを一定に制御することができるため、振動の影響
を受けることなく被測定部の信号波形を安定、かつ、高
精度に検出することができ、製品の信頼性向上に寄与す
るところ大である等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の一実施例の構成図である。

【図３】図２の要部の電圧対受光光量特性図である。

【図４】高さ検出機構の第１実施例の構成図である。

【図５】図４の高さ検出機構の出力信号とプローブ高さ
との関係を示す図である。

【図６】高さ検出機構の第２実施例の構成図である。

【図７】図６の高さ検出機構の出力信号とプローブ高さ
との関係を示す図である。

【図８】制御回路の一実施例の構成図である。

【図９】本発明に適用し得る信号波形の検出原理を説明
する図である。

【符号の説明】

１０　　被測定部 １１　　電気光学結晶 １２　　高さ検出機構 １３　　プローブ １４　　移動機構 １５　　制御手段 ２１　　ピエゾ圧電素子 ２９　　制御回路 ３０　　中央処理装置（ＣＰＵ） ３１　　透明電極 ３２　　波長選択性反射膜 ４０，６０　　レーザダイオード ４１　　λ／４板 ４３　　ダイクロイックミラー ４５　　偏光ビームスプリッタ ４６，４７，６５，６７　　光検出器 ５０　　処理回路 ６４，６６　　ピンホール ７０　　演算回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定部（１０）に印加される電圧に
   より発生する電界を、該被測定部（１０）に近接して配
   置した電気光学結晶（１１）の内部に誘起させ、その時
   に該電気光学結晶（１１）内を反射往復する第１の波長
   のレーザ光の偏光状態を検出することにより、該被測定
   部（１０）に印加された電圧波形を検出する信号波形測
   定装置において、前記被測定部（１０）に入射されるレ
   ーザ光の光軸と平行方向に前記電気光学結晶（１１）と
   一体的に移動自在に構成され、前記電気光学結晶（１１
   ）の前記被測定部（１０）からの高さを検出すると共に
   、該電気光学結晶（１１）と共にプローブ（１３）を構
   成する高さ検出機構（１２）と、制御信号に基づき該プ
   ローブ（１３）を前記光軸と平行方向に指示された値だ
   け変位する移動機構（１４）と、該高さ検出機構（１２
   ）からの高さ検出信号に基づき該移動機構（１４）へ前
   記制御信号を出力し、該移動機構（１４）を前記プロー
   ブ（１３）が所定の高さ位置になるよう制御する制御手
   段（１５）とを有することを特徴とする信号波形測定装
   置のプローブ高さ制御装置。
2. 【請求項２】　　前記高さ検出機構（１２）は、前記第
   １の波長とは異なる第２の波長のレーザ光を発生するレ
   ーザ光源（４０）と、該第２の波長のレーザ光を前記電
   気光学結晶（１１）へ前記第１の波長のレーザ光と同軸
   に入射し、該電気光学結晶（１１）からの該第２の波長
   の反射レーザ光を受光する光学系（４１〜４７）と、該
   光学系（４１〜４７）で受光した光量に応じた信号から
   前記高さ検出信号を出力する処理回路（５０）とを有し
   、前記電気光学結晶（１１）は、前記被測定部（１０）
   に対向する面に前記第１の波長のレーザ光を反射し、か
   つ、前記第２の波長のレーザ光は透過させる波長選択性
   反射膜（３２）が形成されると共に、該反射膜（３２）
   が形成された面と反対側の面に透明電極（３１）が形成
   されてなることを特徴とする請求項１記載の信号波形測
   定装置のプローブ高さ制御装置。
3. 【請求項３】　　前記高さ検出機構（１２）は、前記第
   １の波長とは異なる第２の波長のレーザ光を発生するレ
   ーザ光源（６０）と、該第２の波長のレーザ光を、前記
   第１の波長のレーザ光の光軸に対して傾斜して該第１の
   波長のレーザ光と共に前記電気光学結晶（１１）へ入射
   し、該電気光学結晶（１１）からの該第２の波長の反射
   レーザ光は結像位置からずらした場所に配設したピンホ
   ールを介して受光する光学系（６１〜６７，４３）と、
   該光学系（６１〜６７，４３）で受光した光量に応じた
   信号から前記高さ検出信号を出力する演算回路（７０）
   とを有し、前記電気光学結晶（１１）は、前記被測定部
   （１０）に対向する面に前記第１の波長レーザ光を反射
   し、かつ、前記第２の波長のレーザ光は透過させる波長
   選択性反射膜（３２）が形成されると共に、該反射膜（
   ３２）が形成された面と反対側の面に透明電極（３１）
   が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の信号
   波形測定装置のプローブ高さ制御装置。
4. 【請求項４】　　前記制御手段（１５）は、初期設定時
   における前記高さ検出信号の値を基準値とし、初期設定
   以後に該高さ検出信号と該基準値との誤差に応じた信号
   を前記制御信号として出力する回路構成としたことを特
   徴とする請求項１記載の信号波形測定装置のプローブ高
   さ制御装置。
5. 【請求項５】　　前記移動機構（１４）は、中央部で、
   かつ、軸方向に穴（２１ａ）が穿設された円柱又は多角
   柱状のピエゾ圧電素子（２１）であり、該ピエゾ圧電素
   子（２１）は一端が前記第１の波長のレーザ光の光軸と
   平行方向に大なる距離移動する粗動機構（２４）に固定
   され、他端が前記高さ検出機構（１２）の一部に固定さ
   れ、前記穴（２１ａ）に前記第１の波長のレーザ光を通
   過させる構成であることを特徴とする請求項１記載の信
   号波形測定装置のプローブ高さ制御装置。