(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オシロスコープ本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、
前記レーザ光を平行光にする第１のレンズと、
前記平行光を集光する第２のレンズと、
端面に反射膜を有する電気光学素子と、
前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離するアイソレータと、
前記アイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する第１、第２のフォトダイオードと、
を備える電気光学プローブにおいて、
前記第１、第２のフォトダイオードへ入射する光の進む方向を前記レーザダイオードの光軸方向とし、
前記アイソレータは、前記反射光をそれぞれ分離する第１、第２のビームスプリッタと、前記第１のビームスプリッタが分離した前記反射光を反射して前記レーザダイオードの光軸方向に折り返して前記第１のフォトダイオードに入射する第１の反射部と、前記第２のビームスプリッタが分離した前記反射光を反射して前記レーザダイオードの光軸方向に折り返して前記第２のフォトダイオードに入射する第２の反射部とを有し、
前記第１のフォトダイオード、前記第１のビームスプリッタ、前記第１の反射部と、前記第２のフォトダイオード、前記第２のビームスプリッタ、前記第２の反射部とは、前記レーザダイオードの光軸を中心として所定角度ずれた状態で配置されていることを特徴とする電気光学プローブ。
【請求項２】
前記フォトダイオード及び前記レーザダイオードは、電気光学サンプリングオシロスコープに接続され、
前記レーザダイオードは、前記レーザ光を前記電気光学サンプリングオシロスコープからの制御信号に基づいてパルス光として発することを特徴とする請求項１記載の電気光学プローブ。
【請求項３】
前記レーザダイオードは、前記レーザ光として連続光を発することを特徴とする請求項１記載の電気光学プローブ。
【請求項４】
前記電気光学プローブは、
前記レーザダイオード及び前記フォトダイオードを前記オシロスコープ本体内に設け、該レーザダイオードから発せられたレーザ光を第１の光ファイバによって該プローブへ伝播し、さらに前記アイソレータによって分離された反射光を第２の光ファイバによって該フォトダイオードへ伝播することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電気光学プローブ。
【請求項５】
前記アイソレータは、
平行四辺形のビームスプリッタを備え、該ビームスプリッタによって、前記レーザ光と前記反射光との光軸を平行にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電気光学プローブ。
【請求項６】
前記アイソレータは、
キューブ形のビームスプリッタと平面鏡を備え、該ビームスプリッタによって分離した前記反射光を該平面鏡によって、前記レーザ光と前記反射光との光軸を平行にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電気光学プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定信号によって発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光学結晶に光を入射し、入射光の偏光状態により、被測定信号の波形を観測する電気光学プローブであって、特に、光学系を改良した電気光学プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定信号によって発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入射し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観測することができる。ここでレーザ光をパルス状にし、被測定信号をサンプリングすると非常に高い時間分解能で測定することができる。この現象を利用した電気光学プローブを用いたのが電気光学サンプリングオシロスコープである。
【０００３】
この電気光学サンプリング（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）オシロスコープ（以下「ＥＯＳオシロスコープ」と略記する）は、電気式プローブを用いた従来のサンプリングオシロスコープと比較して、
１）信号を測定する際に、グランド線を必要としないため、測定が容易
２）電気光学プローブの先端にある金属ピンが回路系から絶縁されているので高入力インピーダンスを実現でき、その結果被測定点の状態をほとんど乱すことがない
３）光パルスを利用することからＧＨｚオーダーまでの広帯域測定が可能
といった特徴があり注目を集めている。
【０００４】
ＥＯＳオシロスコープによる信号測定を行う際に用いられる従来の電気光学プローブの構成を図５を参照して説明する。図５において、符号１は、絶縁体でできたプローブヘッドであり、この中心に金属ピン１ａが嵌め込まれている。符号２は、電気光学素子であり、金属ピン１ａ側の端面に反射膜２ａが設けられ、金属ピン１ａに接している。符号３、８は、コリメートレンズである。符号４は、１／４波長板である。符号５及び７は、偏光ビームスプリッタである。符号６は、入射された光の偏光面を４５度回転するファラディー素子である。符号９は、ＥＯＳオシロスコープ本体１９のパルス発生回路（図示せず）から出力された制御信号に応じてレーザ光を発するレーザダイオードである。符号１０及び１１はコリメートレンズである。符号１２及び１３は、フォトダイオードであり、入力されたレーザ光を電気信号にしてＥＯＳオシロスコープ本体へ出力する。符号１４は、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ５、７及びファラディー素子６からなるアイソレータである。符号１５は、絶縁体でできたプローブ本体である。
【０００５】
次に、図５を参照して、レーザダイオード９から発せられたレーザ光の光路について説明する。図５において、レーザ光の光路を符号Ａで表す。
先ず、レーザダイオード９から出射したレーザ光はコリメートレンズ８により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ７、ファラデー素子６及び偏光ビームスプリッタ５を直進し、さらに、１／４波長板４を通って、コリメートレンズ３によって集光されて電気光学素子２に入射する。入射した光は、金属ピン１ａ側の電気光学素子２の端面に形成された反射膜２ａにより反射する。
【０００６】
反射したレーザ光は、コリメートレンズ３によって再び平行光にされ、１／４波長板４を通り、レーザ光の一部は、偏光ビームスプリッタ５により反射されて、フォトダイオード１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７で反射されて、フォトダイオード１３へ入射する。
なお、１／４波長板４はフォトダイオード１０とフォトダイオード１１へ入射するレーザ光の強度が同一になるように調整するものである。
【０００７】
次に、図５に示した電気光学プローブを用いて、被測定信号を測定する動作について説明する。
金属ピン１ａを、測定点に接触させると、金属ピン１ａに加わる電圧によって、電気光学素子２では、その電界が電気光学素子２へ伝搬し、ポッケルス効果により複屈折率が変化する現象が起きる。これにより、レーザダイオード９から発せられたレーザ光が電気光学素子２へ入射して、そのレーザ光が電気光学素子２を伝搬するときに光の偏光状態が変化する。そして、この偏光状態が変化したレーザ光は、反射膜２ａによって反射され、フォトダイオード１２、１３へ入射し、電気信号に変換される。
【０００８】
測定点の電圧の変化にともなって、電気光学素子２によって偏光状態の変化がフォトダイオード１２とフォトダイオード１３の出力差になり、この出力差を検出することによって、金属ピン１ａに加わる電気信号を測定することができる。なお、以上説明した電気光学プローブにおいて、フォトダイオード１２、１３から得られた電気信号は、ＥＯＳオシロスコープに入力されて、処理されるが、これに代えて、フォトダイオード１２、１３に専用コントローラを介してリアルタイムオシロスコープ等の従来からある測定器を接続し、信号測定を行うこともできる。これにより、電気光学プローブを使用して広帯域測定を簡単に行うことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の電気光学プローブにあっては、電気光学素子２に設けられた反射膜２ａによって反射されたレーザ光を受光するフォトダイオード１２、１３の光軸は、レーザダイオード９が発するレーザ光の光軸と垂直に交わっていたため、フォトダイオード１２、１３の端子がプローブ本体１５の直径方向に配置されなければならない。さらにこの端子にケーブルを接続して配線しなければならないため、プローブ本体１５の直径方向にスペースを設ける必要があり、結果的にプローブ本体１５の直径が大きくなってしまうという問題がある。このプローブは、手に持ってプリント基板等の配線に接触させて信号の測定を行うものであるため、プローブ本体１５の直径が大きいと操作性が悪くなってしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電気光学プローブ本体の細径化を図ることができる電気光学プローブを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、オシロスコープ本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、前記レーザ光を平行光にする第１のレンズと、前記平行光を集光する第２のレンズと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離するアイソレータと、前記アイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する第１、第２のフォトダイオードと、を備える電気光学プローブにおいて、前記第１、第２のフォトダイオードへ入射する光の進む方向を前記レーザダイオードの光軸方向とし、前記アイソレータは、前記反射光をそれぞれ分離する第１、第２のビームスプリッタと、前記第１のビームスプリッタが分離した前記反射光を反射して前記レーザダイオードの光軸方向に折り返して前記第１のフォトダイオードに入射する第１の反射部と、前記第２のビームスプリッタが分離した前記反射光を反射して前記レーザダイオードの光軸方向に折り返して前記第２のフォトダイオードに入射する第２の反射部とを有し、前記第１のフォトダイオード、前記第１のビームスプリッタ、前記第１の反射部と、前記第２のフォトダイオード、前記第２のビームスプリッタ、前記第２の反射部とは、前記レーザダイオードの光軸を中心として所定角度ずれた状態で配置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記フォトダイオード及び前記レーザダイオードは、電気光学サンプリングオシロスコープに接続され、前記レーザダイオードは、前記レーザ光を前記電気光学サンプリングオシロスコープからの制御信号に基づいてパルス光として発することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記レーザダイオードは、前記レーザ光として連続光を発することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記電気光学プローブは、前記レーザダイオード及び前記フォトダイオードをオシロスコープ本体内に設け、該レーザダイオードから発せられたレーザ光を第１の光ファイバによって該プローブへ伝播し、さらに前記アイソレータによって分離された反射光を第２の光ファイバによって該フォトダイオードへ伝播することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記アイソレータは、平行四辺形のビームスプリッタを備え、該ビームスプリッタによって、前記レーザ光と前記反射光との光軸を平行にすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記アイソレータは、キューブ形のビームスプリッタと平面鏡を備え、該ビームスプリッタによって分離した前記反射光を該平面鏡によって、前記レーザ光と前記反射光との光軸を平行にすることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による電気光学プローブ（以下プローブと称す）を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態の構成を示した図である。図１において、図５に示す従来のプローブと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すプローブが従来技術と異なる点は、フォトダイオード（第１のフォトダイオード）１２、フォトダイオード（第２のフォトダイオード）１３へ入射するレーザ光の光軸が、レーザダイオード９が出射したレーザ光の光軸に平行になるようにコリメートレンズ１０、１１とフォトダイオード１２、１３を配置した点と、平行四辺形の偏光ビームスプリッタ（第１のビームスプリッタ）５ａ、偏光ビームスプリッタ（第２のビームスプリッタ）７ａを設けた点である。このビームスプリッタ５ａ、７ａは、キューブ形のビームスプリッタを２個組み合わせた形をしたビームスプリッタであり、分離した光をさらに９０度折り返えすことができるものである。
【００１６】
図２は、偏光ビームスプリッタ５ａ、７ａとフォトダイオード１２、１３とレーザダイオード９の位置関係を示した図である。この図は、図１に示した電気光学プローブをレーザダイオード９側の側面方向から見た図である。図２に示すように、偏光ビームスプリッタ５ａ及び７ａは、レーザダイオード９の光軸を中心として４５度（所定角度）ずれた状態で配置されている。したがって、フォトダイオード１２、１３もこれに合わせて４５度（所定角度）ずれた状態で配置されている。これによって、偏光ビームスプリッタ５ａと７ａによって分離された反射光をそれぞれ異なるフォトダイオードへ入射することができる。
【００１７】
次に、図１を参照して、レーザダイオード９から発せられたレーザ光の光路について説明する。図１において、レーザ光の光路を符号Ｂで表す。
先ず、レーザダイオード９から出射したレーザ光はコリメートレンズ８により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ７ａ、ファラデー素子６、及び偏光ビームスプリッタ５ａを直進し、さらに、１／４波長板４を通る。
【００１８】
次に、１／４波長板４を透過した平行光は、コリメートレンズ３によって集光されて電気光学素子２に入射し、金属ピン１ａ側の電気光学素子２の端面に形成された反射膜２ａにより反射する。このとき、コリメートレンズ３は、反射膜２ａからコリメートレンズ３に焦点距離だけはなれた位置に配置されているために、コリメートレンズ１０によって平行光に変換されたレーザ光は、反射膜２ａ上の１点に集光される。
【００１９】
反射膜２ａにおいて、反射されたレーザ光は、コリメートレンズ３によって再び平行光に変換され、さらに、１／４波長板４を通り、偏光ビームスプリッタ５ａの反射面５ｂによって反射され、さらに反射面（第１の反射部）５ｃによって９０度折り返されて、コリメートレンズ１０により集光されてフォトダイオード１２へ入射する。また、偏光ビームスプリッタ５ａを透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７ａの反射面７ｂによって反射されて、さらに反射面（第２の反射部）７ｃによって９０度折り返されて、コリメートレンズ１１により集光されてフォトダイオード１３に入射する。この２つのフォトダイオード１２、１３に入射されたレーザ光は、電気信号に変換され、この電気信号はＥＯＳオシロスコープ本体１９へ送られる。
【００２０】
このように、フォトダイオード１２、１３をレーザダイオード９と同一の平面に配置して、このフォトダイオード１２、１３の端子の出る方向をプローブ本体１５の長さ方向としたため、プローブ本体１５の直径方向に配線等をするスペースが必要ないのでプローブ本体１５の直径を細くすることができる。
なお、フォトダイオード１２、１３の配置は、レーザダイオード９と必ずしも同一平面である必要はなく、プローブ本体１５に長さ方向に配置すればよい。
また、レーザダイオード９からの出射光とフォトダイオード１２、１３への入射光との光軸も必ずしも平行である必要はなく、フォトダイオード１２、１３へ入射する光の進む方向がレーザダイオード９が配置された方向であればよい。
【００２１】
なお、図１に示した偏光ビームスプリッタ５ａ、７ａを、図３に示すようにキューブ形のビームスプリッタ（第１のビームスプリッタ）５、ビームスプリッタ（第２のビームスプリッタ）７と平面鏡（第１の反射部）５１、平面鏡（第２の反射部）７１によって構成してもよい。このように平面鏡を用いることによって使用する光学部品のコストを低減することができる。
【００２２】
次に、図４を参照して他の実施形態について説明する。
図４に示す実施形態が図１に示す実施形態と異なる点は、レーザダイオード９とフォトダイオード１２、１３をＥＯＳオシロスコープ本体１９内に配置し、光ファイバケーブル１８によって、プローブ本体１５とＥＯＳオシロスコープ本体１９を接続した点である。
【００２３】
次に、図４に示す実施形態の光路について説明する。
まず、ＥＯＳオシロスコープ本体１９内のレーザダイオード９から発せられたレーザ光は、光ファイバケーブルの端部１８ａから入射される。このレーザ光は光ファイバケーブル１８内を伝播して、端部１８ｂより出射され、この出射されたレーザ光は、コリメートレンズ８によって平行光に変換される。
そしてこの平行光は、前述した図１における光路と同様に反射膜２ａによって反射され、アイソレータ１４によって分離され、さらにコリメートレンズ１０、１１によって集光される。
集光された反射光は、光ファイバケーブル１８の端部１８ｃに入射され、光ファイバケーブル１８内を伝播して端部１８ｄより出射されて、フォトダイオード１２、１３によって受光される。
【００２４】
このように、レーザダイオード９及びフォトダイオード１２、１３をＥＯＳオシロスコープ内に配置して、プローブ本体１５内には光ファイバケーブルの端部１８ｂ、１８ｃのみを配置するようにしたため、プローブ本体１５内にレーザダイオード９及びフォトダイオード１２、１３を配置するスペースを設ける必要がなくなる。
さらに、プローブ本体１５内に電気信号の配線をしなくてもよいため、プローブ本体１５に対して電気的シールドを施す必要がなくなる。
なお、上記実施の形態において、レーザダイオード９から連続光を発するようにすれば、リアルタイムオシロスコープ、サンプリングオシロスコープ、スペアナ等の従来からある汎用測定器による信号測定も可能となる。この場合、フォトダイオード１２、１３に、ＥＯＳオシロスコープに代えて、専用コントローラを介して、リアルタイムオシロスコープ、サンプリングオシロスコープ、スペアナなどを接続するようにすればよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、偏光ビームスプリッタによって分離された光を９０度折り返して、レーザダイオードが発した光の光軸とフォトダイオードへ入射する光の光軸を平行にすることによって、フォトダイオードをレーザダイオードと同一平面に配置することができるため、プローブ本体の直径方向のフォトダイオードを配置するスペースを省くことができるという効果が得られる。したがって、プローブ本体の直径を細くすることができる。
【００２６】
また、請求項４の発明によれば、レーザダイオードとフォトダイオードを配置するスペースを設ける必要がなく、さらにプローブ内をすべて光による信号にすることできるのでプローブ本体に電気的シールドを施す必要がないという効果が得られる。
【００２７】
また、請求項５の発明によれば、レーザダイオードから発せられたレーザ光を分離する偏光ビームスプリッタを平行四辺形のビームスプリッタにし、分離した光を９０度折り返す反射面をビームスプリッタと一体にしたため、新たに光軸合わせを行う必要がないという効果が得られる。
【００２８】
また、請求項６の発明によれば、レーザダイオードから発せられたレーザ光を分離するビームスプリッタをキューブ形ビームスプリッタと平面鏡によって構成したのでアイソレータを構成する光学部品を安価な光学部品で構成することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示した構成図である。
【図２】図１に示した実施形態におけるビームスプリッタ５ａ、７ａの配置を示す説明図である。
【図３】図１に示す偏光ビームスプリッタ５ａ、７ａを偏光ビームスプリッタ５、７と平面鏡５１、７１によって構成した実施形態の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態の構成を示した構成図である。
【図５】従来技術による電気光学プローブの構成を示した構成図である。
【符号の説明】
１・・・プローブヘッド、１ａ・・・金属ピン、
２・・・電気光学素子、２ａ・・・反射膜、
３、８・・・コリメートレンズ、４・・・１／４波長板、５・・・ビームスプリッタ（第１のビームスプリッタ）、７・・・ビームスプリッタ（第２のビームスプリッタ）、
５ａ・・・偏光ビームスプリッタ（第１のビームスプリッタ）、７ａ・・・偏光ビームスプリッタ（第２のビームスプリッタ）、５ｃ・・・反射面（第１の反射部）、７ｃ・・・反射面（第２の反射部）、６・・・ファラデー素子、
９・・・レーザダイオード、１０、１１・・・コリメートレンズ、
１２・・・フォトダイオード（第１のフォトダイオード）、１３・・・フォトダイオード（第２のフォトダイオード）、１４・・・アイソレータ、
１５・・・プローブ本体、１９・・・ＥＯＳオシロスコープ本体、５１・・・平面鏡（第１の反射部）、７１・・・平面鏡（第２の反射部）
【図１】
0003593477.tif 000002
【図２】
0003593477.tif 000003
【図３】
0003593477.tif 000004
【図４】
0003593477.tif 000005
【図５】
0003593477.tif 000006