JPH0634675A - 信号波形測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気光学効果を利用して高速度の電気信号波
形を観測することができる信号波形測定装置に関し、差
動信号のばらつきや変動を補正が可能で、信号処理系の
特性に起因するサンプルタイミングの変化を防ぐことの
できる、測定精度の向上した信号波形測定装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 電気光学結晶５に印加された電圧の変化を、
電気光学結晶５内を通過するレーザ光の偏光状態の変化
として検出して被測定対象３の電圧波形の計測を行なう
信号波形測定装置であって、電気光学結晶５の裏面に設
けられる透明電極７に印加する電圧量を制御する接地電
位制御部９を有して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気光学効果を利用して
高速度の電気信号波形を観測することができる信号波形
測定装置に係り、特に差動信号のばらつきや変動の補正
が可能で、信号処理系の特性に起因するサンプルタイミ
ングの変化を防ぐことのできる、測定精度の向上した信
号波形測定装置に関する。

【０００２】ＬＳＩ等の半導体素子を製造、利用する上
で、素子内外の信号波形を正確に測定しておくことが必
要不可欠になっている。しかしながら、近年の素子の高
速化に伴い、従来のＬＳＩテスタなどを用いた電気的な
測定方式では、正確な測定が難しくなって来ている。そ
のため、半導体素子基板結晶の電気光学効果を用いた光
学的な信号波形測定方式が考案され、高速信号が計測で
きることが確認されている（例えば、J.A.Valdmanis an
d G.Mourou, "Subpicosecond electronics sampling: p
rinciples and application", IEEE JOURNAL OF QUANTU
M ELECTRONICS,VOL.QE-22, pp.69-78. 等）。

【０００３】

【従来の技術】図４に従来の信号波形測定装置の構成図
を示す。本従来例は、被測定系として、被測定ＬＳＩ
３、接地された透明電極７、及び電圧によって複屈折性
を有する電気光学結晶５を備え、光学系として、レーザ
光を発生する光源１１、ビームスプリッタ１３、光操作
部１５、鏡１６及び１７、レンズ１９、並びに偏光ビー
ムスプリッタ１４を備え、信号処理系として、光軸変換
されたレーザ光から被測定ＬＳＩの被測定電圧に比例し
た光量を電気信号に変換する受光器２１及び２２、２つ
の電気信号の電圧の差分を増幅する差動信号増幅器２
３、並びにディジタル信号に変換して信号処理を行なう
信号処理部２５を備えている。

【０００４】本従来例の電気光学結晶を用いた信号波形
測定装置では、レーザ光を被測定ＬＳＩ３の端子と接触
している電気光学結晶５に入射させ、電気光学結晶５を
反射して戻ってきた光の偏光状態の変化をＰ及びＳの偏
光成分の光強度の差の変化として検出する。

【０００５】信号波形測定装置は、本来、被測定ＬＳＩ
３の端子に電圧が印加されていない状態では、Ｐ及びＳ
の偏光成分の差はゼロであることが望ましい。しかしな
がら、被測定ＬＳＩ３の端子の選択を光操作部１５によ
って行なう場合、操作鏡１７への光の入射角度が垂直で
ないため、Ｐ及びＳの偏光成分に対して反射率が異な
り、且つ位相差が生じ、偏光状態が変化する。また、レ
ーザや光学素子等の光学系の温度が変動すると、レーザ
出射光や光学素子を通過する光の偏光状態が変化する。
このようにレーザ光の偏光状態が変化すると、電気光学
結晶５に電圧が印加されていない状態でも差動信号が発
生し、且つ差動信号レベルが変化する。

【０００６】この変化を受光器２１及び２２により電気
信号に変換し、それを差動信号増幅器２３により増幅し
てＡ／Ｄ変換器等で検出する。電気光学効果によって生
じる偏光状態の変化は非常に小さいため、差動信号レベ
ルが変化すると、差動信号増幅器２３の飽和やＡ／Ｄ変
換器への入力電圧が入力レンジを越えることにより検出
不能等の支障が生じる場合がある。

【０００７】そこで、従来の信号波形測定装置では、差
動信号のサンプルタイミング時の差動信号値が信号処理
部２５内のＡ／Ｄ変換器の入力レンジ内の一定値に入る
ように電気信号のオフセットを調整している（図５
（１）参照）。

【０００８】しかし、信号処理系の応答が悪いと差動信
号波形が歪むため、サンプルタイミングが変化したり、
測定精度が悪化する原因となる（図５（２）参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
信号波形測定装置では、サンプルタイミング時の差動信
号が信号処理部内のＡ／Ｄ変換器の入力レンジ内に入る
ように電気的にオフセットを調整する場合には、信号処
理系の応答が悪いと差動信号波形が歪み、サンプルタイ
ミングが変化したり、測定精度を悪化させる原因となる
という問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決するもので、
差動信号のばらつきや変動を補正することができ、信号
処理系の特性に起因するサンプルタイミングの変化を防
ぐことができ、測定精度の向上した信号波形測定装置を
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】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の特徴の信号波形測定装置は、図１に
示す如く、電気光学結晶５に印加された電圧の変化を、
前記電気光学結晶５内を通過するレーザ光の偏光状態の
変化として検出して被測定対象３の電圧波形の計測を行
なう信号波形測定装置であって、前記電気光学結晶５の
裏面に設けられる透明電極７に印加する電圧量を制御す
る接地電位制御部９を有して構成する。

【００１２】また、本発明の第２の特徴の信号波形測定
装置は、図１に示す如く、被測定対象３に近接若しくは
接触させて配置した電気光学結晶５の内部に誘起される
電界強度の変化を、前記電気光学結晶５内を反復往復す
る光の偏光状態の変化として、反射光を偏向分離した１
対の信号光強度の差動信号を差動信号増幅器２３により
検出して、被測定対象３に印加された電圧波形の計測を
行なう信号波形測定装置であって、電圧波形測定前に前
記差動信号増幅器２３により検出された差動信号データ
から、該差動信号がサンプルタイミング時に一定値とな
るように、測定点毎に前記電気光学結晶５の裏面に設け
られた透明電極７に印加すべき電圧量を決定する制御手
段２７と、前記制御手段２７の制御に基づき、前記透明
電極７に印加する電圧量を変化させる接地電位制御部９
とを有して構成する。

【００１３】本発明の第３の特徴の信号波形測定装置
は、請求項２に記載の信号波形測定装置において、前記
制御手段２７は、予め測定点毎に前記透明電極７に印加
すべき電圧量を決定して保持しておき、電圧波形測定時
に、前記接地電極制御部９を制御して、前記透明電極７
に印加する電圧量を変化させる。

【００１４】更に、本発明の第４の特徴の信号波形測定
装置は、請求項２または３に記載の信号波形測定装置に
おいて、前記制御手段２７は、測定時にサンプルタイミ
ング時の差動信号が一定値であるかを判断し、差動信号
が一定値でない場合には、差動信号が一定値となるよう
に、再び、前記透明電極７に印加すべき電圧量を決定し
て記憶し、該測定点の電圧波形の測定を再度行なう。

【００１５】

【作用】本発明の第１、第２、第３、及び第４の特徴の
信号波形測定装置では、図１に示す如く、被測定対象３
に近接若しくは接触させて配置した電気光学結晶５の内
部に誘起される電界強度の変化を、電気光学結晶５内を
反復往復する光の偏光状態の変化として、反射光を偏向
分離した１対の信号光強度の差動信号を差動信号増幅器
２３により検出して、被測定対象３に印加された電圧波
形の計測を行なうが、制御手段２７において、電圧波形
測定前に差動信号増幅器２３により検出された差動信号
データから、該差動信号がサンプルタイミング時に一定
値となるように、測定点毎に電気光学結晶５の裏面に設
けられた透明電極７に印加すべき電圧量を決定して保持
しておき、接地電位制御部９によって制御手段２７の制
御に基づき、透明電極７に印加する電圧量を変化させ
て、差動信号のばらつきや変動を補正してる電圧波形の
計測を行なうようにしている。

【００１６】また制御手段２７は、測定時にサンプルタ
イミング時の差動信号が一定値であるかを判断し、差動
信号が一定値でない場合には、差動信号が一定値となる
ように、再び、透明電極７に印加すべき電圧量を決定し
て記憶し、該測定点の電圧波形の測定を再度行なうよう
にしている。

【００１７】従って、差動信号のばらつきや変動を補正
することができ、また、信号処理系の特性に起因するサ
ンプルタイミングの変化を防ぐことができ、結果とし
て、信号波形測定装置の測定精度を向上させることがで
きる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。図１に本発明の一実施例に係る信号波形測定
装置の構成図を示す。同図において、図４（従来例）と
重複する部分には同一の符号を附す。

【００１９】図１において、本実施例の信号波形測定装
置は、被測定系として、被測定ＬＳＩ３、電圧によって
複屈折性を有する電気光学結晶５、及び透明電極７を備
え、また光学系として、レーザ光を発生する光源１１、
ビームスプリッタ１３、偏光ビームスプリッタ１４、光
走査部１５、走査鏡１６及び１７、並びにレンズ１９を
備え、更に信号処理系として、光軸変換されたレーザ光
から被測定ＬＳＩの被測定電圧に比例した光量を電気信
号に変換する受光器２１及び２２、２つの電気信号の電
圧の差分を増幅した差動信号を出力する差動信号増幅器
２３、内部にＡ／Ｄ変換器を有して差動信号をディジタ
ル信号に変換して信号処理を行なう信号処理部２５、並
びに中央処理装置（以下ＣＰＵと略記する）２７を備え
ている。

【００２０】電気光学結晶５の被測定ＬＳＩ３側には、
被測定ＬＳＩ３の端子に発生した電圧を電気光学結晶５
に印加するための電極が複数設けられている。この複数
の電極は、光源１１から発生するレーザ光を反射させる
ための反射鏡としても機能する。また、電気光学結晶５
の裏側には、透明電極７が設けられ、接地電位制御部９
に接続されている。

【００２１】従って、被測定ＬＳＩ３の端子に電圧が発
生して電気光学結晶５に電圧が印加されると、被測定Ｌ
ＳＩ３の端子電圧によって電気光学結晶５内を通過する
レーザ光の偏光状態が変化する。

【００２２】電気光学結晶５から反射して戻ってきた光
を偏光ビームスプリッタ１４でＰ及びＳの偏光成分に分
離し、それぞれの偏光成分を受光器２１及び２２により
電気パルス信号に変換し、差動信号増幅器２３によりこ
れら電気パルス信号の差動信号を検出し、信号処理部２
５においてＡ／Ｄ変換することにより端子電圧及び信号
波形を計測する。被測定ＬＳＩ３には、多くの入出力端
子があり、各端子の電圧を測定するためには、光走査部
１５により端子の選択を行なう。

【００２３】電気光学結晶５を反射して戻ってくる光の
偏光状態は、光走査や光学系の温度変動等により変化す
るため、電気光学結晶５に電圧が印加されていない状態
でも、差動信号増幅器２３から差動信号が発生し、且つ
差動信号レベルが変化する。

【００２４】従来のように、サンプルタイミング時の差
動信号が信号処理部２５内のＡ／Ｄ変換器の入力レンジ
内に入るように電気的にオフセットを調整する場合に
は、信号処理系の応答が悪いと差動信号波形が歪み、サ
ンプルタイミングが変化したり、測定精度を悪化させる
原因となる。

【００２５】そこで本実施例では、ＣＰＵ２７の制御に
基づき、接地電極制御部９により電気光学結晶５の裏側
に設けられた透明電極７に電圧を印加し、電気光学結晶
５に電圧が印加されていない状態で、測定点毎にサンプ
ルタイミング時の差動信号が一定値となるように、透明
電極７に印加する電圧量を制御する。つまり、ＣＰＵ２
７において、波形測定前に取得したＰ及びＳの偏光成分
の差動信号データから、電気光学結晶５の裏面に設けら
れた透明電極７に印加すべき電圧量を決定して保持して
おき、各測定点毎に、ＣＰＵ２７からの電圧量データ３
１を基に、接地電極制御部９により透明電極７に印加す
る電圧量を制御しながら波形測定を行なう。

【００２６】図２は、本実施例の信号波形測定装置にお
ける測定手順を説明するフローチャートである。先ずス
テップＳ１で、全測定点の差動信号データを取得し、ス
テップＳ２で、その測定データを基にサンプルタイミン
グ時の差動信号が一定値となるように、接地電位制御部
９からの電圧量を算出し、ＣＰＵ２７内のメモリに記憶
しておく。

【００２７】次に、被測定点に対してレーザ光を照射し
（ステップＳ３）、ＣＰＵ２７からの制御情報（電圧量
データ）３１に基づいて透明電極７に電圧を印加する
（ステップＳ４）。この時ＣＰＵ２７は、サンプルタイ
ミング時の差動信号が一定値であるかを判断し（ステッ
プＳ５）、差動信号が一定値でない場合には、差動信号
が一定値となるように、再び、透明電極７に印加すべき
電圧量を算出して記憶する（ステップＳ６）。ステップ
Ｓ６の処理後、或いは差動信号が一定値である場合に
は、該測定点の電圧波形の測定を行なう（ステップＳ
７）。

【００２８】差動信号が一定値でなかった被測定点に対
しては、ステップＳ３に戻ってステップＳ３からＳ７の
処理を繰り返す。更にステップＳ８で、全測定点の測定
が終了したと判断されると測定終了となる。

【００２９】図３に、本実施例の信号波形測定装置にお
ける差動信号の補正前後の信号波形を示す。このように
本実施例では、差動信号のばらつきや変動を補正するこ
とができる。また、信号処理系の特性に起因するサンプ
ルタイミングの変化を防ぐことができ、測定精度を向上
させることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被測定対象に近接若しくは接触させて配置した電気光学
結晶の内部に誘起される電界強度の変化を、電気光学結
晶内を反復往復する光の偏光状態の変化として、反射光
を偏向分離した１対の信号光強度の差動信号を差動信号
増幅器により検出して、被測定対象３に印加された電圧
波形の計測を行なうが、制御手段において、電圧波形測
定前に差動信号増幅器により検出された差動信号データ
から、該差動信号がサンプルタイミング時に一定値とな
るように、測定点毎に電気光学結晶の裏面に設けられた
透明電極に印加すべき電圧量を決定して保持しておき、
接地電位制御部によって制御手段の制御に基づき、前記
透明電極に印加する電圧量を変化させて、差動信号のば
らつきや変動を補正してる電圧波形の計測を行なうこと
としたので、差動信号のばらつきや変動を補正すること
ができ、また、信号処理系の特性に起因するサンプルタ
イミングの変化を防ぐことができ、結果として、測定精
度の向上した信号波形測定装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る信号波形測定装置の構
成図である。

【図２】実施例の信号波形測定装置における測定手順を
説明するフローチャートである。

【図３】実施例の信号波形測定装置における差動信号の
補正を説明する補正前後の信号波形図である。

【図４】従来の信号波形測定装置の構成図である。

【図５】従来の信号波形測定装置における差動信号の補
正を説明する補正前後の信号波形図であり、図５（１）
はオフセット調整による補正説明図、図５（２）は差動
信号が歪む場合の説明図である。

【符号の説明】

３…被測定ＬＳＩ ５…電気光学結晶 ７…透明電極 ９…接地電位制御部 １１…光源 １３…ビームスプリッタ １４…偏光ビームスプリッタ １５…光走査部 １６，１７…走査鏡 １９…レンズ ２１，２２…受光器 ２３…差動信号増幅器 ２５…信号処理部 ２７…中央処理装置（ＣＰＵ）（制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気光学結晶（５）に印加された電圧の
   変化を、前記電気光学結晶（５）内を通過するレーザ光
   の偏光状態の変化として検出して被測定対象（３）の電
   圧波形の計測を行なう信号波形測定装置であって、 前記電気光学結晶（５）の裏面に設けられる透明電極
   （７）に印加する電圧量を制御する接地電位制御部
   （９）を有することを特徴とする信号波形測定装置。
2. 【請求項２】 被測定対象（３）に近接若しくは接触さ
   せて配置した電気光学結晶（５）の内部に誘起される電
   界強度の変化を、前記電気光学結晶（５）内を反復往復
   する光の偏光状態の変化として、反射光を偏向分離した
   １対の信号光強度の差動信号を差動信号増幅器（２３）
   により検出して、被測定対象（３）に印加された電圧波
   形の計測を行なう信号波形測定装置であって、 電圧波形測定前に前記差動信号増幅器（２３）により検
   出された差動信号データから、該差動信号がサンプルタ
   イミング時に一定値となるように、測定点毎に前記電気
   光学結晶（５）の裏面に設けられた透明電極（７）に印
   加すべき電圧量を決定する制御手段（２７）と、 前記制御手段（２７）の制御に基づき、前記透明電極
   （７）に印加する電圧量を変化させる接地電位制御部
   （９）とを有することを特徴とする信号波形測定装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段（２７）は、予め測定点毎
   に前記透明電極（７）に印加すべき電圧量を決定して保
   持しておき、電圧波形測定時に、前記接地電極制御部
   （９）を制御して、前記透明電極（７）に印加する電圧
   量を変化させることを特徴とする請求項２に記載の信号
   波形測定装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段（２７）は、測定時にサン
   プルタイミング時の差動信号が一定値であるかを判断
   し、差動信号が一定値でない場合には、差動信号が一定
   値となるように、再び、前記透明電極（７）に印加すべ
   き電圧量を決定して記憶し、該測定点の電圧波形の測定
   を再度行なうことを特徴とする請求項２または３に記載
   の信号波形測定装置。