JP7252876B2

JP7252876B2 - 光学試験用装置

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Publication number: JP7252876B2
Application number: JP2019189595A
Authority: JP
Inventors: 聡洋菅原; 孝夫桜井
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-04-05
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: US12321054B2; US20220276514A1; TWI836114B; WO2021075099A1; TW202117271A; JP2021063762A

Description

本発明は、反射光を取得する器具の試験に関する。

従来より、入射光を距離測定の対象に与えて、反射光を取得する光学測定器具が知られている。この光学測定器具と、距離測定の対象との距離が測定される（例えば、特許文献１、２および３を参照）。なお、入射する光の位相を変調することも知られている（例えば、特許文献４の要約を参照）。

特開２０１７－１５７２９号公報特開２００６－１２６１６８号公報特開２０００－２７５３４０号公報特開２０１９－１０５５７７号公報

上記の従来技術のような光学測定器具は光パルスを距離測定の対象に与えるが、光パルスの立ち上がり時間は色々な値が考えられる。よって、光学測定器具が受ける光パルスの立ち上がり時間の許容範囲が分かることが好ましい。

そこで、本発明は、光学測定器具が受ける光パルスの立ち上がり時間の許容範囲を測定することを課題とする。

本発明にかかる光学試験用装置は、光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用する光学試験用装置であって、前記光学測定器具に与える試験用光パルスを生成する試験用光源と、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する立ち上がり時間制御部とを備えるように構成される。

上記のように構成された光学試験用装置は、光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用する装置である。試験用光源が、前記光学測定器具に与える試験用光パルスを生成する。立ち上がり時間制御部が、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記光学測定器具がＴｏＦセンサであるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記立ち上がり時間制御部により制御された前記立ち上がり時間が、前記反射光パルスの立ち上がり時間に相当するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記立ち上がり時間制御部が音響光学結晶であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、制御用電気信号を出力する制御用電気信号出力部をさらに備え、前記立ち上がり時間制御部が、前記制御用電気信号に応じて、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記制御用電気信号出力部が、所定の周波数のローカル電気信号を出力するローカル電気信号出力部と、前記試験用光源の出力する前記試験用光パルスよりも立ち上がり時間が長い電気パルスを出力する電気パルス出力部と、前記ローカル電気信号と前記電気パルスとを乗ずる乗算部とを有するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記制御用電気信号を受けて、超音波に変換する圧電振動子を備え、前記立ち上がり時間制御部が、前記超音波を受けて、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記立ち上がり時間制御部が、電気光学結晶と、前記電気光学結晶と前記試験用光源との間に配置され、その偏波透過軸が、前記電気光学結晶の電界印加方向と４５度傾いている第一偏光子と、前記電気光学結晶の出力を受け、その偏波透過軸が、前記電気光学結晶の電界印加方向と４５度傾いている第二偏光子とを有し、前記第一偏光子の偏波透過軸と、前記第二偏光子の偏波透過軸とが直交するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる光学試験用装置は、前記制御用電気信号出力部が、前記試験用光源の出力する前記試験用光パルスよりも立ち上がり時間が長い電気パルスを出力する電気パルス出力部を有するようにしてもよい。

光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１（ｂ））である。本発明の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。ローカル信号源１６ａの出力するローカル電気信号（図３（ａ））、変調信号源１６ｂの出力する電気パルス（図３（ｂ））、ミキサ１６ｃの出力（図３（ｃ））を示すタイミングチャートである。変形例にかかる光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図４（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図４（ｂ））である。本発明の実施形態の変形例にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図１（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図１（ｂ））である。

図１（ａ）を参照して、実際の使用態様において、光学測定器具２は、光源２ａ（図２参照）からの入射光パルスを入射対象４に与える。入射光パルスは入射対象４により反射されて反射光パルスとなり、光学測定器具２の受光部２ｂ（図２参照）により取得される。光学測定器具２は、例えば、ＬｉＤＡＲモジュールまたはＴｏＦカメラであり、光学測定器具２と入射対象４との間の距離を測定するために使用される。

なお、入射光パルスの立ち上がり時間をｔ１とすると、反射光パルスの立ち上がり時間もまたｔ１である。入射光パルスの立ち上がり時間ｔ１は、光源２ａによって、色々な値をとる。受光部２ｂには、反射光パルスの立ち上がり時間ｔ１を許容できる許容範囲がある。反射光パルスの立ち上がり時間ｔ１が許容範囲内であれば、受光部２ｂが正常に動作する。反射光パルスの立ち上がり時間ｔ１が許容範囲外であれば、受光部２ｂが正常に動作しない。

図１（ｂ）を参照して、光学試験用装置１が、光学測定器具２を試験する際に使用される。試験は、例えば、光学測定器具２の受光部２ｂが正常に動作するか否かの試験を行うものである。光学試験用装置１は、光学測定器具２に試験用光パルスを与えるが、試験用光パルスの立ち上がり時間もまたｔ１である。すなわち、試験用光パルスの立ち上がり時間ｔ１が、反射光パルスの立ち上がり時間ｔ１に相当する。なお、後述するように、試験用光パルスの立ち上がり時間ｔ１は、音響光学結晶（立ち上がり時間制御部）１８（図２参照）により制御される。

図４は、変形例にかかる光学測定器具２の実際の使用態様を示す図（図４（ａ））、光学測定器具２の試験の際の使用態様を示す図（図４（ｂ））である。図１においては、光学測定器具２が光源２ａおよび受光部２ｂを有するように図示しているが、図４に示すように光学測定器具２は受光部２ｂのみを有し、光源２ａは光学測定器具２の外部に配置するようにしてもよい。光学測定器具２は、例えば、ＴｏＦセンサである。本発明のいずれの実施形態においても、図１に示す光学測定器具２も、図４に示す光学測定器具２も使用可能である。

図２は、本発明の実施形態にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。図２を参照して、本発明の実施形態にかかる光学試験用装置１は、試験用光源１２、レンズ１４、制御用電気信号出力部１６、圧電振動子１７、音響光学結晶（立ち上がり時間制御部）１８を備える。

試験用光源１２は、光学測定器具２に与える試験用光パルスを生成し、レンズ１４を介して、音響光学結晶１８に与える。なお、音響光学結晶１８に与えられる試験用光パルスの立ち上がり時間はｔ１に比べて極めて小さく無視できるような値である。

レンズ１４は、試験用光源１２の生成した試験用光パルスを受け、試験用光パルスのビーム径を絞って、音響光学結晶１８に与える。

音響光学結晶（立ち上がり時間制御部）１８は、試験用光源１２から与えられた試験用光パルスの立ち上がり時間を制御してｔ１にし、光学測定器具２に向けて出力する。なお、音響光学結晶１８は、制御用電気信号出力部１６の出力する制御用電気信号（後述するように、包絡線の立ち上がりが遅くなっている）に応じて、試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する。具体的には、圧電振動子１７が制御用電気信号を受けて超音波に変換し、その超音波を音響光学結晶１８が受けて、回折格子を形成する。この回折格子を、試験用光源１２の生成した試験用光パルスが通過することで、試験用光パルス（回折格子を通過した１次光である）の立ち上がり時間が音響光学結晶１８により制御されｔ１となる。

制御用電気信号出力部１６は、ローカル信号源（ローカル電気信号出力部）１６ａ、変調信号源（電気パルス出力部）１６ｂ、ミキサ（乗算部）１６ｃ、アンプ１６ｄを有する。

ローカル信号源（ローカル電気信号出力部）１６ａは、所定の周波数（例えば、１１０ＭＨｚ）のローカル電気信号を出力する。

変調信号源（電気パルス出力部）１６ｂは、電気パルスを出力する。ただし、この電気パルスの立ち上がり時間ｔ０は、試験用光源１２の出力する試験用光パルスの立ち上がり時間（ほぼ０）よりも長い。電気パルスの立ち上がり時間ｔ０は可変であり、電気パルスの立ち上がり時間ｔ０を変えることにより、試験用光パルスの立ち上がり時間を制御してｔ１とすることができる。なお、試験用光源１２と変調信号源１６ｂとは同期している。

ミキサ（乗算部）１６ｃは、ローカル信号源１６ａの出力するローカル電気信号と、変調信号源１６ｂの出力する電気パルスとを乗ずる。これにより、ローカル電気信号の包絡線の立ち上がりが遅くなる。

アンプ１６ｄは、ミキサ１６ｃの出力を受けて増幅し、制御用電気信号として出力する。

図３は、ローカル信号源１６ａの出力するローカル電気信号（図３（ａ））、変調信号源１６ｂの出力する電気パルス（図３（ｂ））、ミキサ１６ｃの出力（図３（ｃ））を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は、ローカル電気信号（実線）およびその包絡線（点線）を図示している。ローカル電気信号の包絡線は一定の値をとり、立ち上がり時間というものはない。ローカル電気信号に、電気パルス（立ち上がり時間ｔ０）（図３（ｂ）参照）を乗じたものが、ミキサ１６ｃの出力（図３（ｃ）参照）となる。ミキサ１６ｃの出力（実線）は、その包絡線（点線）が一定の値をとるまでに時間がかかる。ミキサ１６ｃの出力の開始から、その包絡線が一定の値をとるまでの時間をΔｔとすると、Δｔは無視できないほど大きい。

圧電振動子１７は、制御用電気信号を受けて、超音波に変換し、音響光学結晶１８に与える。なお、圧電振動子１７は、音響光学結晶１８に接着されていてもよい。また、Δｔが無視できないほど大きいため、超音波の出力の開始から、その強度が一定の値に達するまでには、無視できないほどの時間がかかる。

次に、本発明の実施形態の動作を説明する。

試験用光源１２が生成した試験用光パルス（立ち上がり時間は、ほぼ０）は、レンズ１４を介して、音響光学結晶１８に与えられる。

ローカル信号源１６ａの出力するローカル電気信号（図３（ａ）参照）と、変調信号源１６ｂの出力する電気パルス（図３（ｂ）参照）とが、ミキサ１６ｃにより乗じられ、ローカル電気信号に比べて包絡線の立ち上がりが遅くなった信号（立ち上がり時間Δｔ）がミキサ１６ｃから出力される（図３（ｃ）参照）。ミキサ１６ｃの出力はアンプ１６ｄにより増幅されて、制御用電気信号として、圧電振動子１７に与えられる。制御用電気信号は、圧電振動子１７により、超音波に変換されて、音響光学結晶１８に与えられる。この超音波の出力の開始から、その強度が一定の値に達するまでにも時間がかかる。

音響光学結晶１８は、超音波を受けて、回折格子を形成する。この回折格子を、試験用光源１２の生成した試験用光パルスが通過する。超音波の強度が出力開始から一定の値に達するまでの時間遅れに応じて、試験用光パルス（１次光）の立ち上がり時間も遅れてｔ１となる。ｔ０を色々と変えることにより、ｔ１を色々な値に変え、そのときの受光部２ｂの動作を検証することにより、光学測定器具２が受ける光パルスの立ち上がり時間の許容範囲を測定することができる。

本発明の実施形態によれば、電気パルス（図３（ｂ）参照）の立ち上がり時間ｔ０を色々と変化させることにより、試験用光パルスの立ち上がり時間ｔ１を制御して色々な値にすることができる。その際に受光部２ｂが正常に動作するか否かを試験することで、光学測定器具２が受ける光パルスの立ち上がり時間ｔ１の許容範囲を測定することができる。

なお、本発明の実施形態には、以下に示すような変形例が考えられる。

図５は、本発明の実施形態の変形例にかかる光学試験用装置１の構成を示す機能ブロック図である。図５を参照して、本発明の実施形態の変形例にかかる光学試験用装置１は、試験用光源１２、レンズ１４、制御用電気信号出力部１６、電気光学結晶１９、第一偏光子５２、第二偏光子５４を備える。以下、本発明の実施形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

試験用光源１２およびレンズ１４は、実施形態と同様である。なお、試験用光源１２と、後述する電気パルス出力部１６ｅとは同期している。

電気光学結晶１９、第一偏光子５２および第二偏光子５４は、立ち上がり時間制御部を構成する。すなわち、立ち上がり時間制御部は、電気光学結晶１９、第一偏光子５２および第二偏光子５４を有する。

電気光学結晶１９は、ポッケルス効果を持つ例えば、LiNbO3，LiTaO3などの結晶である。第一偏光子５２は、電気光学結晶１９と試験用光源１２との間に配置され、その偏波透過軸が、電気光学結晶１９の電界印加方向と４５度傾いている。第二偏光子５４は、電気光学結晶１９の出力を受け、その偏波透過軸が、電気光学結晶１９の電界印加方向と４５度傾いている。なお、第一偏光子５２の偏波透過軸と、第二偏光子５４の偏波透過軸とが直交する。

制御用電気信号出力部１６は、制御用電気信号を出力する。立ち上がり時間制御部が、制御用電気信号に応じて、試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する。

制御用電気信号出力部１６は、電気パルス出力部１６ｅ、アンプ１６ｄを有する。電気パルス出力部１６ｅは、変調信号源１６ｂと同じものであり、試験用光源１２の出力する試験用光パルスよりも立ち上がり時間が長い電気パルスを出力するものであるが、その出力をアンプ１６ｄに与えることが、実施形態と異なる。

アンプ１６ｄは、電気パルス出力部１６ｅの出力を受けて増幅し、制御用電気信号として出力する。

試験用光パルスが、第一偏光子５２により、常光および異常光の二つの偏波に分かれ、電気光学結晶１９の中を伝搬する。電気光学結晶１９に、制御用電気信号を与えて、電界を印加することで、両偏波間の位相差が変調され、楕円偏波の状態が変化する。電気光学結晶１９を透過した光は、第二偏光子５４を透過する。第二偏光子５４を透過した光の光強度は、実施形態と同様に、立ち上がり時間ｔ１のパルスとなる。このような変形例によっても、実施形態と同様の効果を奏する。

２光学測定器具
２ａ光源
２ｂ受光部
４入射対象
１光学試験用装置
１２試験用光源
１４レンズ
１６制御用電気信号出力部
１６ａローカル信号源（ローカル電気信号出力部）
１６ｂ変調信号源（電気パルス出力部）
１６ｃミキサ（乗算部）
１６ｄアンプ
１６ｅ電気パルス出力部
１７圧電振動子
１８音響光学結晶（立ち上がり時間制御部）
１９電気光学結晶
５２第一偏光子
５４第二偏光子
ｔ０、ｔ１立ち上がり時間
Δｔミキサ１６ｃの出力の包絡線が一定の値をとるまでの時間

Claims

光源からの入射光パルスを入射対象に与えて、該入射光パルスが該入射対象により反射された反射光パルスを取得する光学測定器具を試験する際に使用する光学試験用装置であって、
前記光学測定器具に与える試験用光パルスを生成する試験用光源と、
前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する立ち上がり時間制御部と、
を備えた光学試験用装置。
請求項１に記載の光学試験用装置であって、
前記光学測定器具がＴｏＦセンサである、
光学試験用装置。
請求項１または２に記載の光学試験用装置であって、
前記立ち上がり時間制御部により制御された前記立ち上がり時間が、前記反射光パルスの立ち上がり時間に相当する、
光学試験用装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光学試験用装置であって、
前記立ち上がり時間制御部が音響光学結晶である、
光学試験用装置。
請求項４に記載の光学試験用装置であって、
制御用電気信号を出力する制御用電気信号出力部をさらに備え、
前記立ち上がり時間制御部が、前記制御用電気信号に応じて、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する、
光学試験用装置。
請求項５に記載の光学試験用装置であって、
前記制御用電気信号出力部が、
所定の周波数のローカル電気信号を出力するローカル電気信号出力部と、
前記試験用光源の出力する前記試験用光パルスよりも立ち上がり時間が長い電気パルスを出力する電気パルス出力部と、
前記ローカル電気信号と前記電気パルスとを乗ずる乗算部と、
を有する光学試験用装置。
請求項５に記載の光学試験用装置であって、
前記制御用電気信号を受けて、超音波に変換する圧電振動子を備え、
前記立ち上がり時間制御部が、前記超音波を受けて、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する、
光学試験用装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光学試験用装置であって、
前記立ち上がり時間制御部が、
電気光学結晶と、
前記電気光学結晶と前記試験用光源との間に配置され、その偏波透過軸が、前記電気光学結晶の電界印加方向と４５度傾いている第一偏光子と、
前記電気光学結晶の出力を受け、その偏波透過軸が、前記電気光学結晶の電界印加方向と４５度傾いている第二偏光子と、
を有し、
前記第一偏光子の偏波透過軸と、前記第二偏光子の偏波透過軸とが直交する、
光学試験用装置。
請求項８に記載の光学試験用装置であって、
制御用電気信号を出力する制御用電気信号出力部をさらに備え、
前記立ち上がり時間制御部が、前記制御用電気信号に応じて、前記試験用光パルスの立ち上がり時間を制御する、
光学試験用装置。
請求項９に記載の光学試験用装置であって、
前記制御用電気信号出力部が、
前記試験用光源の出力する前記試験用光パルスよりも立ち上がり時間が長い電気パルスを出力する電気パルス出力部を有する光学試験用装置。