JPH0580985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気信号波形を２次元的な画像に変換
し、解折する電気信号解折表示装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、高速繰り返し信号を所定周期でサンプリ
ングし、所定の周波数に逓降して高速現象を観測
することが行われている。

例えば、五極管のグリツドバイアスを深くして
通常は遮断状態にしておき、陰極に負のサンプリ
ングパルスが加わると電流が流れるようにした熱
電子源を用いたサンプリング５極管を用いて電気
信号の解折を行う方法（世界で初めてMcQueen
によりサンプリングによる電気信号解折方法とし
て提唱された）、ダイオードを用いて混合回路を
構成し、ダイオード特性を利用してサンプリング
パルスが重畳されたときに信号電流が流れるよう
にした方法、或いは電気光学結晶を使用し、結晶
のON／OFF特性を利用してサンプリングを行う
方法等が行われている。

〔発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、熱電子源を用いたサンプリング
５極管による方法は、熱電子源を用いているため
にサンプリング信号に対する周波数応答が悪く、
また、ダイオードを利用するものは、ダイオード
の応答特性に限界があるために20ps程度のサンプ
リング信号しか得られておらず、その上ジツター
が大きいという問題がある。さらに、電気光学結
晶を用いるものは、結晶が温度、湿度の影響をう
けるため、信頼性に欠けるという問題がある。さ
らに、従来のものでは、電気信号波形を２次元像
として読み出すものはない。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、
高い分解能を有し、Ｓ／Ｎ比が良く、信頼性が高
く、電気信号波形を電子的にサンプリングして２
次元画像として得られる電気信号解折表示装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、 パルス光源と、 パルス光源からのパルス光が入射される光電
面、光電面からの光電子パルスを加速する加速電
極、被測定信号電圧が印加され、加速された光電
子パルスを変調する信号電極、変調された光電子
を偏向する偏向電極、偏向された光電子を読み取
る読み取り手段を有する電気信号表示部と、 光電面への入射パルス光と被測定信号間に時間
差を生じさせるための遅延手段とを備え、 遅延手段により生じさせた前記時間差に応じた
偏向電圧を偏向電極に印加するようにしたことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明の電気信号解折表示装置は、被測定信号
の波形を電子的にサンプリングした後、被測定電
気信号とサンプリング信号との間の時間差に応じ
て偏向することにより位置変化毎に２次元画像を
得て、電気信号波形を２次元画像に変換して解折
処理することが可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の電気信号解折表示装置の一実
施例を示す図で、図中、１は被測定信号源、２は
レーザ光源、３１，３２はハーフミラー、３３，
３４，３５は反射鏡、４は電気信号表示部、５は
電子ゲート、６は駆動部、７は偏向回路、８は２
次元イメージ部、９は画像処理装置である。

図において、レーザ光源２によりパルス光を発
生させ、このパルス光をハーフミラー３１，３２
を通して被測定信号源１をトリガし、パルス光に
同期して被測定信号を発生させると同時に、ハー
フミラー３１を介して電子ゲート５をトリガし、
電気信号表示部４をONにする。またパルス光は
反射鏡３３，３４，３５の光路を通つて光学的に
遅延させられて電気信号表示部４に入射する。こ
の場合、反射鏡３４を駆動部６で移動させること
により遅延量を可変とし、この遅延量に依存した
偏向電圧を偏向回路７により電気信号表示部に印
加している。なお、図では電気信号表示部への入
力パルス光を被測定電気信号に対して遅延させて
いるが、入力パルス光に対して被測定電気信号を
遅延させても同じである。

このような構成において、レーザ光源２から発
したパルス光は、光学的遅延を受けて電気信号表
示部４に入射して光電子パルスを発生すると共
に、被測定信号源１を動作させて両者の同期がと
れる。パルス光の入射により電気信号表示部４で
は、被測定信号との間に所定の遅延時間をもつて
光電子パルスが発生する。この光電子パルスは被
測定信号により強度変調を受ける。この変調を受
けた光電子パルスは、被測定信号と光電子パルス
との時間差、即ち遅延時間に応じた偏向電圧で偏
向され画像出力が得られる。こうして、２次元の
拡がりを有する光パルスを電気信号で変調するこ
とにより、電気信号は２次元画像に変換され、２
次元イメージ部８に３次元画像としてその出力が
取り出され、画像処理部９を通じて電気信号が２
次元画像として処理される。

なお、この場合、電子ゲートは光電面からの雑
音を低減化するためのものである。

第２図は本発明の電気信号解折表示装置の他の
実施例を示す図で、第１図と同一番号は同一内容
を示している。なお、１０はタイミング信号発生
部、１１は遅延回路である。

本実施例においては、タイミング信号発生部１
０からのタイミング信号を遅延回路１１を介して
レーザ光源２、被測定信号源１に加えてこれらを
トリガし、また直接タイミング信号で電子ゲート
５、偏向回路７を動作させる構成になつており、
その他の構成は第１図と同様である。

第３図は電気信号表示部の一実施例の構造を示
す図で、図中、４１は光電面、４２は第１加速電
極、４３は信号電極、４４はバイアス電極、４５
はフオーカス電極、４６は第２加速電極、４７，
４８は偏向電極、４９は２次元電子増倍部、５０
は螢光面である。

図において、パルス光の入射による光電面４１
から引き出され、第１加速電極４２との間で加速
された光電子パルスは、信号電極４３で被測定信
号により変調を受けるが、その動作はバイアス電
極４４との間での３極管動作と等しい。第１図に
示した電子ゲートは、この３極管を導通制御する
ようにバイアスを変化させることにより達成され
る。こうして変調を受けた後、フオーカス電極４
５、第２加速電極４６で加速される。２対の偏向
電極４７，４８は必要に応じて一方または両方を
駆動し、光電子パルスを偏向する。偏向後、マイ
クロチヤンネルプレート等の２次元電子増倍部４
９で像倍され、螢光面５０で光像に変調される。
なお、パルス光としてピコ秒からフエムト秒のレ
ーザ光パルスを使用すれば、ＧHzからＴHzの電気
信号の波形の解折が可能となり、この場合、光電
面と第１加速電極間の電界を十分強くすること
で、時間拡がりの小さな光電子パルスを発生させ
るため、光電面と第１加速電極のメツシユ間隔を
狭くすることが必要である。

第４図は２次元電子増倍部４９で増倍された電
子像を半導体イメージ素子５１で読み出し、画像
出力として取り出す他の実施例を示している。

このような電気信号解折表示装置から出力され
る像は、第５図に示す通りである。

第５図は遅延時間に比例して変化する電圧で１
方向にのみ偏向した場合の出力波形像の例を示し
たもので、縦軸は被測定電気信号と光電子パルス
間の遅延時間差、即ちサンプリング位相に相当
し、横軸は空間的な位置を示している。点線で示
す位置の強度分布を図中に示しているが、このプ
ロフアイルが直接電気信号の波形に対応すること
になる。

なお、２方向に偏向すればマルチサンプリング
像を空間的に異なる位置へそれぞれ表示すること
が可能となる。

第６図は遅延時間を対数状に与えた時の出力像
を示し、指数的に減衰している部分が直線的に現
れ、この波形から、時定数等の値が直接求められ
る。

第７図は本発明の光電子サンプリング装置にお
けるタイミング波形を示す図で、入力光パルス
（第７図イ）に同期して光電子パルスが発生する
（第７図ロ）。この場合、光電子パルスの幅Δtが
最小時間幅を与える。但し、画像としては光電子
パルスのピーク点を検出すれば、もつとも良くな
る。そして、光電子パルスと被測定信号トリガパ
ルスとの間の遅延時間τは、可変遅延回路により
時間的に走査されている（第７図ハ）。このトリ
ガパルスにより被測定信号が発生し（第７図ニ）、
この信号により光電子パルスが強度変調を受け
る。このとき、被測定信号と光電子パルスとの間
の位相関係は遅延時間により変化するので、被測
定信号に対するサンプリング位相を変化させるこ
とができ、この遅延時間に対応した例えば第７図
ホ〜トに示すような偏向電圧で偏向させることに
より所望の形で被測定信号を再現することができ
る。この偏向電圧は、この他正弦波電圧、指数関
数状電圧等任意のものを用いることができる。

遅延時間としては、被測定パルス波形を十分解
折できるようにサンプリング定理等で決まる遅延
時間変化幅をとる必要があり、例えば、その変化
幅は、被測定信号幅の1/100を目度とすれば良い。

なお、上記実施例においてはサンプリング電子
を光パルスの光電面への入射により得られるよう
にしたが、電気的に切り出す熱電子源を用いても
電気信号を２次元画像化することが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、２次元的拡がり
を有する光電子パルスで被測定電気信号をサンプ
リングするようにしたので、電気信号を２次元画
像として取り出すことが可能になると共に、レー
ザ光パルスを使用して光電子パルスを発生させる
ようにすれば、ピコ秒からフエムト秒、即ちＧHz
からＴHzの電気信号の波形を解折することが可能
となり、その際の解折の分解能は、光電子パルス
のパルス幅、即ち入射光のパルス幅で決まる。そ
して、ピコ秒からフエムト秒の電気信号波形を画
像化して直接取り出せるため、従来のサンプリン
グ方式での読み出されるときの電気歪に比して飛
躍的に歪を小さくすることができる。また偏向電
圧が任意の形で与えることができるため、波形の
解折を直接行うことができ、後の処理系の負担が
少なくなると共に、電子増幅部を内蔵させるた
め、高いＳ／Ｎで高い電子増倍利得（10³〜10⁵）
が得られ、読みだし回路系の負担を小さくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気信号解折表示装置の一実
施例を示す図、第２図は本発明の電気信号解折表
示装置の他の実施例を示す図、第３図は電気信号
表示部の構造例を示す図、第４図は半導体イメー
ジ素子で画像を取り出すようにした電気信号表示
部の他の実施例を示す図、第５図は遅延時間に比
例して変化する電圧で１方向にのみ偏向した場合
の出力波形像を示す図、第６図は遅延時間を対数
状に与えた時の出力像を示す図、第７図は本発明
の電気信号解折表示装置におけるタイミング波形
を示す図である。 １……被測定信号源、２……レーザ光源、３
１，３２……ハーフミラー、３３，３４，３５…
…反射鏡、４……電気信号表示部、５……電子ゲ
ート、６……駆動部、７……偏向回路、８……２
次元イメージ部、９……画像処理装置、１０……
タイミング信号発生部、１１……遅延回路、４１
……光電面、４２……第１加速電極、４３……信
号電極、４４……バイアス電極、４５……フオー
カス電極、４６……第２加速電極、４７，４８…
…偏向電極、４９……２次元電子増倍部、５０…
…螢光面、５１……半導体イメージ素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パルス光源と、 パルス光源からのパルス光が入射される光電
   面、光電面からの光電子パルスを加速する加速電
   極、被測定信号電圧が印加され、加速された光電
   子パルスを変調する信号電極、変調された光電子
   を偏向する偏向電極、偏向された光電子を読み取
   る読み取り手段を有する電気信号表示部と、 光電面への入射パルス光と被測定信号間に時間
   差を生じさせるための遅延手段とを備え、 遅延手段により生じさせた前記時間差に応じた
   偏向電圧を偏向電極に印加するようにしたことを
   特徴とする電気信号解折表示装置。 ２ 偏向された光電子は２次元的に増倍されて読
   み取り手段により読み取られる特許請求の範囲第
   １項記載の電気信号解折表示装置。 ３ 前記読み取り手段は螢光面からなり、増倍さ
   れた光電子像は、螢光面で光像とされる特許請求
   の範囲第２項記載の電気信号解折表示装置。 ４ 前記読み取り手段は半導体イメージ素子から
   なり、増倍された光電子像は、半導体イメージ素
   子で直接読み出される特許請求の範囲第２項記載
   の電気信号解折表示装置。 ５ 読み取り手段で読み取つた光電子像を電気信
   号に変換し、画像処理するようにした特許請求の
   範囲第３項または第４項記載の電気信号解折表示
   装置。 ６ 前記偏向電極は、水平偏向用及び垂直偏向用
   電極からなる特許請求の範囲第１項記載の電気信
   号解折表示装置。 ７ 偏向電極へ印加される偏向電圧は、正弦波状
   電圧、ランプ電圧、段階波状電圧、対数波形状電
   圧、または指数関数波形電圧である特許請求の範
   囲第１項記載の電気信号解折表示装置。 ８ 電気信号表示部は、バイアス電極を有し、バ
   イアス変化により光電子パルスに対するゲート作
   用を行う機能を有している特許請求の範囲第１項
   記載の電気信号解折表示装置。