JPH0989940A - 電界検出装置 - Google Patents
電界検出装置Info
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- JPH0989940A JPH0989940A JP7246106A JP24610695A JPH0989940A JP H0989940 A JPH0989940 A JP H0989940A JP 7246106 A JP7246106 A JP 7246106A JP 24610695 A JP24610695 A JP 24610695A JP H0989940 A JPH0989940 A JP H0989940A
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- electric field
- electro
- incident
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高感度な電界検出が可能な電界検出装置を実現
する。 【解決手段】電界により物理的状態が変化する電気光学
結晶を有する電気光学素子を集積回路基板に近接して配
置し、電気光学素子からの反射光または透過光の光量変
化を検出することにより、反射集積回路の電極からの電
界による前記物理的状態の変化を光学的に測定する電界
検出装置において、電気光学素子を、電界によりその屈
折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶の上
面に接合され電気光学結晶への入射光が電気光学結晶の
下面の境界面において臨界角で全反射するように入射光
を導くと共に、その全反射した光が入射方向に戻ってく
るように導くための部材から構成する。
する。 【解決手段】電界により物理的状態が変化する電気光学
結晶を有する電気光学素子を集積回路基板に近接して配
置し、電気光学素子からの反射光または透過光の光量変
化を検出することにより、反射集積回路の電極からの電
界による前記物理的状態の変化を光学的に測定する電界
検出装置において、電気光学素子を、電界によりその屈
折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶の上
面に接合され電気光学結晶への入射光が電気光学結晶の
下面の境界面において臨界角で全反射するように入射光
を導くと共に、その全反射した光が入射方向に戻ってく
るように導くための部材から構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気光学効果を利用し
て集積回路の電極からの電界を検出する電界検出装置に
関し、詳しくは検出感度の向上および測定時間の短縮化
のための改善に関するものである。
て集積回路の電極からの電界を検出する電界検出装置に
関し、詳しくは検出感度の向上および測定時間の短縮化
のための改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電界により物理的状態が変化
する電気光学素子（ＥＯプローブという）をＩＣやＬＳ
Ｉなどの集積回路基板に近接して配置し、その集積回路
の電極から外部へ漏れる電界を光学的に測定する電界検
出装置はよく知られている。図５にこの種の装置の原理
構成図を示す。
する電気光学素子（ＥＯプローブという）をＩＣやＬＳ
Ｉなどの集積回路基板に近接して配置し、その集積回路
の電極から外部へ漏れる電界を光学的に測定する電界検
出装置はよく知られている。図５にこの種の装置の原理
構成図を示す。
【０００３】図５において、測定対象５の電極６ａ，６
ｂ間には電界７が生じており、大気中にもその一部が漏
れている。そこでＥＯプローブ４の電気光学結晶の内部
にこの電界が侵入してくるように電気光学結晶を測定対
象５に近接して配置し、さらにこの電界と重なるように
レーザ光１を結晶中に照射する。レーザ光１は偏光子２
を透過し、１／４波長板３を通って電気光学結晶４に入
る。１／４波長板３を通過するとレーザ光の円偏光が直
線偏光に変わる。
ｂ間には電界７が生じており、大気中にもその一部が漏
れている。そこでＥＯプローブ４の電気光学結晶の内部
にこの電界が侵入してくるように電気光学結晶を測定対
象５に近接して配置し、さらにこの電界と重なるように
レーザ光１を結晶中に照射する。レーザ光１は偏光子２
を透過し、１／４波長板３を通って電気光学結晶４に入
る。１／４波長板３を通過するとレーザ光の円偏光が直
線偏光に変わる。
【０００４】結晶を通過するレーザ光の偏光面は電気化
学効果のため変化する（複屈折率が変化する）。この変
化量は結晶に加わる電界強度に比例するため、これを偏
光子で検出することにより、被測定素子である集積回路
基板の電極の電圧に比例した信号を得ることができる。
実際には図示した通りレーザ光は結晶の底面で反射し、
入射光と反射光（戻り光）がほぼ同じ光軸に重なるよう
に配置されている。
学効果のため変化する（複屈折率が変化する）。この変
化量は結晶に加わる電界強度に比例するため、これを偏
光子で検出することにより、被測定素子である集積回路
基板の電極の電圧に比例した信号を得ることができる。
実際には図示した通りレーザ光は結晶の底面で反射し、
入射光と反射光（戻り光）がほぼ同じ光軸に重なるよう
に配置されている。
【０００５】図６はこのような原理に基づく従来の電界
検出装置の一例を示す要部構成図である。レーザ光１は
パルスレーザ発振器８より出射され、反射ミラー９によ
り方向転換され偏光子２に入る。ＥＯプローブ４より反
射した光は１／４波長板３を通って円偏光となり、偏光
子２で反射され受光素子１０に入る。
検出装置の一例を示す要部構成図である。レーザ光１は
パルスレーザ発振器８より出射され、反射ミラー９によ
り方向転換され偏光子２に入る。ＥＯプローブ４より反
射した光は１／４波長板３を通って円偏光となり、偏光
子２で反射され受光素子１０に入る。
【０００６】受光素子１０に入射する光の光量はレーザ
光の偏光面の変化量に比例し、受光素子１０で光電変換
された電気信号も偏光面の変化量、換言すれば集積回路
の電極間の電圧に比例した信号である。受光素子１０の
出力信号は信号処理部１１に入力され、平均処理やサン
プリングによる狭帯域化などの信号処理が施される。
光の偏光面の変化量に比例し、受光素子１０で光電変換
された電気信号も偏光面の変化量、換言すれば集積回路
の電極間の電圧に比例した信号である。受光素子１０の
出力信号は信号処理部１１に入力され、平均処理やサン
プリングによる狭帯域化などの信号処理が施される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の装置における測定方式では、原理的に高感度な測
定ができず、現在知られている最も高感度な結晶ＺｎＴ
ｅでも一般のオシロスコープなどのプローブと比較して
２桁以上Ｓ／Ｎが悪いという欠点があり、そのため通常
平均化処理やサンプリングによる狭帯域化などの信号処
理を行うことによりＳ／Ｎを向上させている。しかしな
がらこのような信号処理を行っているため、測定時間が
長くなり、非繰返し信号や単発現象などの測定は不可能
であるという問題があった。
従来の装置における測定方式では、原理的に高感度な測
定ができず、現在知られている最も高感度な結晶ＺｎＴ
ｅでも一般のオシロスコープなどのプローブと比較して
２桁以上Ｓ／Ｎが悪いという欠点があり、そのため通常
平均化処理やサンプリングによる狭帯域化などの信号処
理を行うことによりＳ／Ｎを向上させている。しかしな
がらこのような信号処理を行っているため、測定時間が
長くなり、非繰返し信号や単発現象などの測定は不可能
であるという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、このような点を解消する
もので、高感度な電界検出が可能な電界検出装置を実現
することにある。
もので、高感度な電界検出が可能な電界検出装置を実現
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、電界により物理的状態が変化する
電気光学結晶を有する電気光学素子を集積回路基板に近
接して配置し、電気光学素子からの反射光または透過光
の光量変化を検出することにより、反射集積回路の電極
からの電界による前記物理的状態の変化を光学的に測定
する電界検出装置において、前記電気光学素子は、電界
によりその屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気
光学結晶の上面に接合され電気光学結晶への入射光が電
気光学結晶の下面の境界面において臨界角で全反射する
ように入射光を導くと共に、その全反射した光が入射方
向に戻ってくるように導くための部材から構成されたこ
とを特徴とする。
るために本発明では、電界により物理的状態が変化する
電気光学結晶を有する電気光学素子を集積回路基板に近
接して配置し、電気光学素子からの反射光または透過光
の光量変化を検出することにより、反射集積回路の電極
からの電界による前記物理的状態の変化を光学的に測定
する電界検出装置において、前記電気光学素子は、電界
によりその屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気
光学結晶の上面に接合され電気光学結晶への入射光が電
気光学結晶の下面の境界面において臨界角で全反射する
ように入射光を導くと共に、その全反射した光が入射方
向に戻ってくるように導くための部材から構成されたこ
とを特徴とする。
【００１０】
【作用】電気光学結晶の下面で入射光が臨界角で全反射
するように光を当てる。電気光学結晶の上側には垂直に
入射する光の方向を変えるための部材、例えばプリズム
を接合する。全反射の臨界角付近ではその反射率（また
は透過率）が屈折率のわずかな変化に対しても極めて急
峻に変化する。そのため、結晶の界面にだけ強い電界強
度を与えることにより検出感度を容易に向上させること
ができる。
するように光を当てる。電気光学結晶の上側には垂直に
入射する光の方向を変えるための部材、例えばプリズム
を接合する。全反射の臨界角付近ではその反射率（また
は透過率）が屈折率のわずかな変化に対しても極めて急
峻に変化する。そのため、結晶の界面にだけ強い電界強
度を与えることにより検出感度を容易に向上させること
ができる。
【００１１】
【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明に係る電界検出装置のＥＯプローブの一実
施例を示す構成図である。ＥＯプローブ以外の部分は図
６に実質上同一であるので、図示を省略してある。ＥＯ
プローブ４は電気光学結晶（単に結晶とも呼ぶ）４１と
プリズム４２から構成されている。結晶４１としては例
えばＺｎＴｅが用いられ、その上下面とも光学研摩さ
れ、上面はプリズム４２に接着されている。プリズム４
２は、例えばＢＫ７（屈折率が１．５）が用いられる
が、光をＺｎＴｅ結晶４１内に導くためのものであり、
電界の検出動作に直接かかわるものではない。
図１は本発明に係る電界検出装置のＥＯプローブの一実
施例を示す構成図である。ＥＯプローブ以外の部分は図
６に実質上同一であるので、図示を省略してある。ＥＯ
プローブ４は電気光学結晶（単に結晶とも呼ぶ）４１と
プリズム４２から構成されている。結晶４１としては例
えばＺｎＴｅが用いられ、その上下面とも光学研摩さ
れ、上面はプリズム４２に接着されている。プリズム４
２は、例えばＢＫ７（屈折率が１．５）が用いられる
が、光をＺｎＴｅ結晶４１内に導くためのものであり、
電界の検出動作に直接かかわるものではない。
【００１２】入射光はＺｎＴｅ結晶４１の下面と空気の
界面で全反射され、その入射角度はＺｎＴｅ結晶の屈折
率が２．９のとき約２０度である。プリズム４２は上方
からの光をＺｎＴｅ結晶４１に入射させ、結晶下面で反
射した光を再び上方へ戻すのに都合がよい逆台形状に形
成されている。これは、従来のＥＯプローブを用いた場
合の光学系を大きく変更することなく置き換えることが
可能なためである。
界面で全反射され、その入射角度はＺｎＴｅ結晶の屈折
率が２．９のとき約２０度である。プリズム４２は上方
からの光をＺｎＴｅ結晶４１に入射させ、結晶下面で反
射した光を再び上方へ戻すのに都合がよい逆台形状に形
成されている。これは、従来のＥＯプローブを用いた場
合の光学系を大きく変更することなく置き換えることが
可能なためである。
【００１３】このような構成における動作を次に説明す
る。結晶４１の下面において入射光が全反射する臨界角
付近では、その反射率（または透過率）が、屈折率のわ
ずかな変化に対しても極めて急峻に変化することが知ら
れている。本発明のＥＯプローブはこの急峻性を利用す
る。なおこの効果は界面だけで生じる効果であるが、こ
れには次のような利点がある。従来例では結晶に印加さ
れる電圧を検出していたが、この検出方式では結晶に印
加される電圧を大きくする以外に見かけの感度を上げる
ことはできない。しかし、本発明では結晶の界面の電界
強度を測定するため、すなわち界面にだけ強い電界強度
を与えることにより検出感度を向上させることができる
ため、従来例に比べ２桁以上の高感度化が可能となる。
る。結晶４１の下面において入射光が全反射する臨界角
付近では、その反射率（または透過率）が、屈折率のわ
ずかな変化に対しても極めて急峻に変化することが知ら
れている。本発明のＥＯプローブはこの急峻性を利用す
る。なおこの効果は界面だけで生じる効果であるが、こ
れには次のような利点がある。従来例では結晶に印加さ
れる電圧を検出していたが、この検出方式では結晶に印
加される電圧を大きくする以外に見かけの感度を上げる
ことはできない。しかし、本発明では結晶の界面の電界
強度を測定するため、すなわち界面にだけ強い電界強度
を与えることにより検出感度を向上させることができる
ため、従来例に比べ２桁以上の高感度化が可能となる。
【００１４】入射光を結晶４１に入射するとき、必ずプ
リズム４２の斜面の境界面で反射させ、結晶底面への入
射角が約２０度となるような角度で結晶４１に入射させ
る。また結晶底面で反射した光はプリズム４２の斜面の
境界面で反射し、図６に示すと同様に１／４波長板、偏
光子へと戻ってくるようにする。
リズム４２の斜面の境界面で反射させ、結晶底面への入
射角が約２０度となるような角度で結晶４１に入射させ
る。また結晶底面で反射した光はプリズム４２の斜面の
境界面で反射し、図６に示すと同様に１／４波長板、偏
光子へと戻ってくるようにする。
【００１５】図２は本発明のＥＯプローブと従来のもの
とを対比して説明する図で、図２（ａ）が本発明のＥＯ
プローブ、図２（ｂ）が従来のＥＯプローブである。同
じ条件で両者を比較するために、結晶４１の形状は同一
とし、結晶上面と下面にそれぞれ電極４１１，４１２が
設けられているとする。なお、実際には結晶の下面と下
面電極４１２の間に空気層がある場合が多いが、図では
その詳細を省略してある。
とを対比して説明する図で、図２（ａ）が本発明のＥＯ
プローブ、図２（ｂ）が従来のＥＯプローブである。同
じ条件で両者を比較するために、結晶４１の形状は同一
とし、結晶上面と下面にそれぞれ電極４１１，４１２が
設けられているとする。なお、実際には結晶の下面と下
面電極４１２の間に空気層がある場合が多いが、図では
その詳細を省略してある。
【００１６】図２（ｂ）においては結晶の上下面間の電
圧に比例した出力が得られる。図２（ａ）に示す本発明
のものでは、電界によって結晶の屈折率が変化するが、
電界強度は電極４１１，４１２間の距離ｄによって変化
し、ｄが小さいほど感度が向上する。
圧に比例した出力が得られる。図２（ａ）に示す本発明
のものでは、電界によって結晶の屈折率が変化するが、
電界強度は電極４１１，４１２間の距離ｄによって変化
し、ｄが小さいほど感度が向上する。
【００１７】更に詳しく説明すれば次の通りである。本
発明におけるＥＯプローブとしてＺｎＴｅやＧａＡｓ等
の結晶を用いた場合の感度は、屈折率に対する反射率の
変化をＫとおいて、 ＳT ＝Ｋ×ｒ41×ｎ3 ×Ｅx ／２ ……(1) で与えられる。ここで、ｎは屈折率、Ｅx は電界強度、
ｒ41は結晶固有の定数である。従来例の、複屈折の変化
を偏光子で検出する（一般的な電界センサ）場合の感度
は、 ＳM ＝π×ｒ41×ｎ3 ×Ｖ／λ ……(2) で与えられる。ここで、ｎは屈折率、λは光の波長、Ｖ
は結晶へ印加される電圧である。
発明におけるＥＯプローブとしてＺｎＴｅやＧａＡｓ等
の結晶を用いた場合の感度は、屈折率に対する反射率の
変化をＫとおいて、 ＳT ＝Ｋ×ｒ41×ｎ3 ×Ｅx ／２ ……(1) で与えられる。ここで、ｎは屈折率、Ｅx は電界強度、
ｒ41は結晶固有の定数である。従来例の、複屈折の変化
を偏光子で検出する（一般的な電界センサ）場合の感度
は、 ＳM ＝π×ｒ41×ｎ3 ×Ｖ／λ ……(2) で与えられる。ここで、ｎは屈折率、λは光の波長、Ｖ
は結晶へ印加される電圧である。
【００１８】厚さｄのＥＯ結晶に一定の電圧Ｖが印加さ
れている状態で、本発明と従来例の感度を比較してみ
る。Ｖ＝Ｅx ・ｄとして、上記(1) 式と(2) 式の比をと
ると、 ＳT ／ＳM ＝Ｋ×λ／（２π×ｄ） ……(3) となる。λ＝６３０ｎｍ、Ｋ＝１０００として上式(3)
を計算すると図３のような関係が求められる。図３にお
いて、横軸はｄ、縦軸は感度比ＳT ／ＳM である。ｄが
約１００μｍ以下では本発明の方が従来のものより高感
度になり、２０μｍではおよそ１０倍高感度となる。
れている状態で、本発明と従来例の感度を比較してみ
る。Ｖ＝Ｅx ・ｄとして、上記(1) 式と(2) 式の比をと
ると、 ＳT ／ＳM ＝Ｋ×λ／（２π×ｄ） ……(3) となる。λ＝６３０ｎｍ、Ｋ＝１０００として上式(3)
を計算すると図３のような関係が求められる。図３にお
いて、横軸はｄ、縦軸は感度比ＳT ／ＳM である。ｄが
約１００μｍ以下では本発明の方が従来のものより高感
度になり、２０μｍではおよそ１０倍高感度となる。
【００１９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、多くの変更、変形をなし得る。例えば、図
４に示すように結晶４１の上面に透明電極４１３を設
け、強制的に一定の電位（例えば零電位）にするように
構成してもよい。結晶４１の厚みが薄い場合、電界が結
晶の上方にも通り抜けてしまい結晶にかかる電圧が減少
してしまうが、電極を設けることにより、結晶に有効に
電圧が印加されることになる。また、光学系も変更や変
形が許され、図５や図６に示す光学系と同一でなくても
よい。
のではなく、多くの変更、変形をなし得る。例えば、図
４に示すように結晶４１の上面に透明電極４１３を設
け、強制的に一定の電位（例えば零電位）にするように
構成してもよい。結晶４１の厚みが薄い場合、電界が結
晶の上方にも通り抜けてしまい結晶にかかる電圧が減少
してしまうが、電極を設けることにより、結晶に有効に
電圧が印加されることになる。また、光学系も変更や変
形が許され、図５や図６に示す光学系と同一でなくても
よい。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来例に比べＥＯプローブの感度を容易に向上させること
ができる。また感度が向上することにより、測定時間の
短縮化が図られ、実時間測定や単発現象の測定などが可
能となる。
来例に比べＥＯプローブの感度を容易に向上させること
ができる。また感度が向上することにより、測定時間の
短縮化が図られ、実時間測定や単発現象の測定などが可
能となる。
【図１】本発明に係る電界検出装置のＥＯプローブの一
実施例を示す構成図
実施例を示す構成図
【図２】従来のＥＯプローブと本発明のＥＯプローブの
原理を対比する図
原理を対比する図
【図３】従来型と本発明のＥＯプローブの感度比較図
【図４】本発明に係るＥＯプローブの他の実施例を示す
構成図
構成図
【図５】電界検出の原理構成図
【図６】電界検出装置の要部構成図である。
１ レーザ光 ２ 偏光子 ３ １／４波長板 ４ ＥＯプローブ ５ 被測定素子 ６ａ，６ｂ 電極 ７ 電界 ４１ 電気光学結晶 ４２ プリズム ４１３ 透明電極
Claims (3)
- 【請求項１】電界により物理的状態が変化する電気光学
結晶を有する電気光学素子を集積回路基板に近接して配
置し、電気光学素子からの反射光または透過光の光量変
化を検出することにより、集積回路の電極からの電界に
よる前記物理的状態の変化を光学的に測定する電界検出
装置において、 前記電気光学素子は、電界によりその屈折率が変化する
電気光学結晶と、この電気光学結晶の上面に接合され電
気光学結晶への入射光が電気光学結晶の下面の境界面に
おいて臨界角で全反射するように入射光を導くと共に、
その全反射した光が入射方向に戻ってくるように導くた
めの部材から構成されたことを特徴とする電界検出装
置。 - 【請求項２】前記電気光学結晶の上面に一定の電位の透
明電極を設けたことを特徴とする請求項１記載の電界検
出装置。 - 【請求項３】前記入射光および反射光を導く部材は、逆
台形状に形成され、上方から垂直に入射する入射光が側
面の境界面で反射して前記電気光学結晶に入射すると共
に、前記電気光学結晶からの反射光が側面の境界面で反
射して上方に戻ってくるように形成されたことを特徴と
する請求項１記載の電界検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7246106A JPH0989940A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電界検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7246106A JPH0989940A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電界検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989940A true JPH0989940A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17143578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7246106A Pending JPH0989940A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 電界検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989940A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624644B2 (en) | 2000-07-05 | 2003-09-23 | Ando Electric Co., Ltd. | Electro-optic probe and magneto-optic probe |
| KR100970277B1 (ko) * | 2008-09-23 | 2010-07-16 | 한국산업기술시험원 | 전계 측정기용 교정 장치 |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP7246106A patent/JPH0989940A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6624644B2 (en) | 2000-07-05 | 2003-09-23 | Ando Electric Co., Ltd. | Electro-optic probe and magneto-optic probe |
| KR100970277B1 (ko) * | 2008-09-23 | 2010-07-16 | 한국산업기술시험원 | 전계 측정기용 교정 장치 |
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