JPH0695112B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
電圧検出装置Info
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- JPH0695112B2 JPH0695112B2 JP62144982A JP14498287A JPH0695112B2 JP H0695112 B2 JPH0695112 B2 JP H0695112B2 JP 62144982 A JP62144982 A JP 62144982A JP 14498287 A JP14498287 A JP 14498287A JP H0695112 B2 JPH0695112 B2 JP H0695112B2
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- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/07—Non contact-making probes
- G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
- G01R15/242—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption based on the Pockels effect, i.e. linear electro-optic effect
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- G01R19/145—Indicating the presence of current or voltage
- G01R19/155—Indicating the presence of voltage
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物、例えば電気回路等の所定部分の電
圧を検出するための電圧検出装置に関し、特に被測定物
の所定部分の電圧によって電気光学材料の屈折率が変化
することを利用して電圧を検出する型式の電圧検出装置
に関する。
圧を検出するための電圧検出装置に関し、特に被測定物
の所定部分の電圧によって電気光学材料の屈折率が変化
することを利用して電圧を検出する型式の電圧検出装置
に関する。
従来、電気回路などの被測定物の所定部分の電圧を検出
するのに、種々の電圧検出装置が用いられる。この種の
電圧検出装置としては被測定物の所定部分にプローブを
接触させて、その部分の電圧を検出する型式のもの、あ
るいはプローブを接触させずに所定部分に電子ビームを
入射させることにより所定部分の電圧を検出する型式の
ものなどが知られている。
するのに、種々の電圧検出装置が用いられる。この種の
電圧検出装置としては被測定物の所定部分にプローブを
接触させて、その部分の電圧を検出する型式のもの、あ
るいはプローブを接触させずに所定部分に電子ビームを
入射させることにより所定部分の電圧を検出する型式の
ものなどが知られている。
ところで、等業者間には、構造が複雑でかつ小型の集積
回路のような被測定物の微細な部分の高速に変化する電
圧を、微細な部分の状態に影響を与えず精度良く検出し
たいという強い要望がある。
回路のような被測定物の微細な部分の高速に変化する電
圧を、微細な部分の状態に影響を与えず精度良く検出し
たいという強い要望がある。
しかしながら、プローブを被測定物の所定部分に接触さ
せる型式の電圧検出装置では、集積回路等の微細部分に
プローブを直接接触させることが容易でなく、またプロ
ーブを接触させることができたとしても、その電圧情報
だけに基づき集積回路の動作を適確に解析するのは困難
であった。さらにプローブを接触させることにより集積
回路内の動作状態が変化するという問題があった。
せる型式の電圧検出装置では、集積回路等の微細部分に
プローブを直接接触させることが容易でなく、またプロ
ーブを接触させることができたとしても、その電圧情報
だけに基づき集積回路の動作を適確に解析するのは困難
であった。さらにプローブを接触させることにより集積
回路内の動作状態が変化するという問題があった。
また電子ビームを用いる型式の電圧検出装置では、プロ
ーブを被測定物に接触させずに電圧を検出することがで
きるものの、測定されるべき部分が真空中に置かれかつ
露出されているものに限られ、また電子ビームにより測
定されるべき部分を損傷するという問題があった。
ーブを被測定物に接触させずに電圧を検出することがで
きるものの、測定されるべき部分が真空中に置かれかつ
露出されているものに限られ、また電子ビームにより測
定されるべき部分を損傷するという問題があった。
さらに従来の電圧検出装置では、検出器の動作速度が高
速の電圧変化に追従できず、集積回路等の高速に変化す
る電圧を精度良く検出することができないという問題が
あった。
速の電圧変化に追従できず、集積回路等の高速に変化す
る電圧を精度良く検出することができないという問題が
あった。
このような問題点を解決するために、発明者等による昭
和62年５月30日付の特許出願に記載されているような被
測定物の所定部分の電圧によって光ビームの偏光状態が
変化することを利用して電圧を検出する型式の電圧検出
装置が開発された。
和62年５月30日付の特許出願に記載されているような被
測定物の所定部分の電圧によって光ビームの偏光状態が
変化することを利用して電圧を検出する型式の電圧検出
装置が開発された。
第７図は、光ビームの偏光状態が被測定物の所定部分の
電圧によって変化することを利用して被測定物の電圧を
検出する型式の電圧検出装置の構成図である。
電圧によって変化することを利用して被測定物の電圧を
検出する型式の電圧検出装置の構成図である。
第７図において電圧検出装置50は、光プローブ52と、例
えばレーザダイオードによる直流光源53と、直流光源53
から出力される光ビームを集光レンズ60を介して光プロ
ーブ52に案内する光ファイバ51と、光プローブ52からの
参照光をコリメータ90を介して光電変換素子55に案内す
る光ファイバ92と、光プローブ52からの出射光をコリメ
ータ91を介して光電変換素子58に案内する光ファイバ93
と、光電変換素子55,58からの光電変換された電気信号
を比較する比較回路61とから構成されている。
えばレーザダイオードによる直流光源53と、直流光源53
から出力される光ビームを集光レンズ60を介して光プロ
ーブ52に案内する光ファイバ51と、光プローブ52からの
参照光をコリメータ90を介して光電変換素子55に案内す
る光ファイバ92と、光プローブ52からの出射光をコリメ
ータ91を介して光電変換素子58に案内する光ファイバ93
と、光電変換素子55,58からの光電変換された電気信号
を比較する比較回路61とから構成されている。
光プローブ52には、電気光学材料62、例えば光学的一軸
性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）が収容されてお
り、電気光学材料62の先端部63は、截頭円錐形状に加工
されている。光プローブ52の外周部には、導電性電極64
が設けられ、また先端部63には金属薄膜あるいは誘電体
多層膜の反射鏡65が被着されている。
性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）が収容されてお
り、電気光学材料62の先端部63は、截頭円錐形状に加工
されている。光プローブ52の外周部には、導電性電極64
が設けられ、また先端部63には金属薄膜あるいは誘電体
多層膜の反射鏡65が被着されている。
光プローブ52内にはさらに、コリメータ94と、集光レン
ズ95,96と、コリメータ94からの光ビームから所定の偏
光成分をもつ光ビームだけを抽出する偏光子54と、偏光
子54からの所定の偏光成分をもつ光ビームを参照光と入
射光とに分割する一方、電気光学材料62からの出射光を
検出する検光子57に入射させるビームスプリッタ56とが
設けられている。なお参照光、出射光は、それぞれ集光
レンズ95,96を介して光ファイバ92,93に出力されるよう
になっている。
ズ95,96と、コリメータ94からの光ビームから所定の偏
光成分をもつ光ビームだけを抽出する偏光子54と、偏光
子54からの所定の偏光成分をもつ光ビームを参照光と入
射光とに分割する一方、電気光学材料62からの出射光を
検出する検光子57に入射させるビームスプリッタ56とが
設けられている。なお参照光、出射光は、それぞれ集光
レンズ95,96を介して光ファイバ92,93に出力されるよう
になっている。
このような構成の電圧検出装置50では、検出に際して、
光プローブ52の外周部に設けられた導電性電極64を例え
ば接地電位に保持しておく。次いで、光プローブ52の先
端部63を被測定物、例えば集積回路（図示せず）に接近
させる。これにより、光プローブ52の電気光学材料62の
先端部63の屈折率が変化する。より詳しくは、光学的一
軸性結晶などにおいて、光軸と垂直な平面内における常
光の屈折率と異常光の屈折率との差が変化する。
光プローブ52の外周部に設けられた導電性電極64を例え
ば接地電位に保持しておく。次いで、光プローブ52の先
端部63を被測定物、例えば集積回路（図示せず）に接近
させる。これにより、光プローブ52の電気光学材料62の
先端部63の屈折率が変化する。より詳しくは、光学的一
軸性結晶などにおいて、光軸と垂直な平面内における常
光の屈折率と異常光の屈折率との差が変化する。
光源53から出力された光ビームは、集光レンズ60,光フ
ァイバ51を介して光プローブ52のコリメータ94に入射
し、さらに偏光子54により所定の偏光成分の強度Ｉの光
ビームとなって、ビームスプリッタ56を介して光プロー
ブ52の電気光学材料62に入射する。なおビームスプリッ
タ56により分割された参照光、入射光の強度はそれぞれ
I/2となる。電気光学材料62の先端部63の屈折率は上述
のように被測定物の電圧により変化するので、電気光学
材料62に入射した入射光は先端部63のところでその偏光
状態が屈折率変化に依存して変化し反射鏡65に達し、反
射鏡65で反射され、電気光学材料62から出射光として再
びビームスプリッタ56に向かう。電気光学材料62の先端
部63の長さをｌとすると、入射光の偏光状態は電圧によ
る常光と異常光との屈折率差および長さ2lに比例して変
化する。ビームスプリッタ56に戻された出射光は、検光
子57に入射する。なお検光子57に入射する出射光の強度
は、ビームスプリッタ56によりI/4となっている。検光
子57が例えば偏光子54の偏光成分と直交する偏光成分の
光ビームだけを通過させるように構成されているとする
と、偏光状態が変化して検光子57に入射する強度I/4の
出射光は、検光子57により、強度が（I/4）sin2〔（π/
2）・V/V0〕となって光電変換素子58に加わることにな
る。ここでＶは被測定物の電圧、V0は半波長電圧であ
る。
ァイバ51を介して光プローブ52のコリメータ94に入射
し、さらに偏光子54により所定の偏光成分の強度Ｉの光
ビームとなって、ビームスプリッタ56を介して光プロー
ブ52の電気光学材料62に入射する。なおビームスプリッ
タ56により分割された参照光、入射光の強度はそれぞれ
I/2となる。電気光学材料62の先端部63の屈折率は上述
のように被測定物の電圧により変化するので、電気光学
材料62に入射した入射光は先端部63のところでその偏光
状態が屈折率変化に依存して変化し反射鏡65に達し、反
射鏡65で反射され、電気光学材料62から出射光として再
びビームスプリッタ56に向かう。電気光学材料62の先端
部63の長さをｌとすると、入射光の偏光状態は電圧によ
る常光と異常光との屈折率差および長さ2lに比例して変
化する。ビームスプリッタ56に戻された出射光は、検光
子57に入射する。なお検光子57に入射する出射光の強度
は、ビームスプリッタ56によりI/4となっている。検光
子57が例えば偏光子54の偏光成分と直交する偏光成分の
光ビームだけを通過させるように構成されているとする
と、偏光状態が変化して検光子57に入射する強度I/4の
出射光は、検光子57により、強度が（I/4）sin2〔（π/
2）・V/V0〕となって光電変換素子58に加わることにな
る。ここでＶは被測定物の電圧、V0は半波長電圧であ
る。
比較回路61では、光電変換素子55において光電変換され
た参照光の強度I/2と、光電変換素子58において光電変
換された出射光の強度（I/4）・sin2〔（π/2）V/V0〕
とが比較される。
た参照光の強度I/2と、光電変換素子58において光電変
換された出射光の強度（I/4）・sin2〔（π/2）V/V0〕
とが比較される。
出射光の強度（I/4）・sin2〔（π/2）V/V0〕は、電圧
変化に伴なう電気光学材料62の先端部63の屈折率の変化
によって変わるので、これに基づいて被測定物、例えば
集積回路の所定部分の電圧を検出することができる。
変化に伴なう電気光学材料62の先端部63の屈折率の変化
によって変わるので、これに基づいて被測定物、例えば
集積回路の所定部分の電圧を検出することができる。
このように第７図に示す電圧検出装置50では、光プロー
ブ52の先端部63を被測定物に接近させることで変化する
電気光学材料62の先端部63の屈折率の変化に基づき、被
測定物の所定部分の電圧を検出するようにしているの
で、特に接触させることが困難で、また接触させること
により被測定物電圧に影響を与えるような集積回路の微
細部分などの電圧を、光プローブ52を接触させることな
く検出することができる。また光源としてパルス幅の非
常に短かい光パルスを出力するレーザダイオードなどの
パルス光源を用いて、被測定物の高速な電圧変化を非常
に短かい時間幅でサンプリングするかあるいは光源に直
流光源を用い検出器にストリークカメラなどの高速応答
検出器を用いて被測定物の高速な電圧変化を高い時間分
解能で測定することにより、高速な電圧変化をも精度良
く検出することが可能となる。
ブ52の先端部63を被測定物に接近させることで変化する
電気光学材料62の先端部63の屈折率の変化に基づき、被
測定物の所定部分の電圧を検出するようにしているの
で、特に接触させることが困難で、また接触させること
により被測定物電圧に影響を与えるような集積回路の微
細部分などの電圧を、光プローブ52を接触させることな
く検出することができる。また光源としてパルス幅の非
常に短かい光パルスを出力するレーザダイオードなどの
パルス光源を用いて、被測定物の高速な電圧変化を非常
に短かい時間幅でサンプリングするかあるいは光源に直
流光源を用い検出器にストリークカメラなどの高速応答
検出器を用いて被測定物の高速な電圧変化を高い時間分
解能で測定することにより、高速な電圧変化をも精度良
く検出することが可能となる。
しかしながら第７図の電圧検出装置50では、電気光学材
料62内における光ビームの偏光状態の変化を利用して被
測定物の所定部分の電圧を測定するために、光源53から
の光ビームから偏光子54により所定の偏光成分の光ビー
ムだけを抽出し、さらに電気光学材料62からの出射光か
ら検光子57により所定の直線偏光成分を抽出する必要が
あり、これにより、光ビームの利用率が悪いという問題
がある。さらに、ビームスプリッタ56を必要としていた
ので検光子57に入射する出射光の強度は光源53から出力
される光ビームの強度に比べて著しく弱くなり、検出器
において電圧を精度良く検出するには限界があった。ま
た偏光子54,検光子57,ビームスプリッタ56を用いている
ので光学系の部材数が多くなり、光学系の精度を著しく
向上させるには限界があるという問題があった。さら
に、偏光状態の変化によって被測定物の所定部分が電圧
を検出する仕方では、電圧の絶対値だけが検出されるの
で、電圧の極性すなわち電圧が正のものであるのか負の
ものであるのかを判別することがきないという問題があ
った。
料62内における光ビームの偏光状態の変化を利用して被
測定物の所定部分の電圧を測定するために、光源53から
の光ビームから偏光子54により所定の偏光成分の光ビー
ムだけを抽出し、さらに電気光学材料62からの出射光か
ら検光子57により所定の直線偏光成分を抽出する必要が
あり、これにより、光ビームの利用率が悪いという問題
がある。さらに、ビームスプリッタ56を必要としていた
ので検光子57に入射する出射光の強度は光源53から出力
される光ビームの強度に比べて著しく弱くなり、検出器
において電圧を精度良く検出するには限界があった。ま
た偏光子54,検光子57,ビームスプリッタ56を用いている
ので光学系の部材数が多くなり、光学系の精度を著しく
向上させるには限界があるという問題があった。さら
に、偏光状態の変化によって被測定物の所定部分が電圧
を検出する仕方では、電圧の絶対値だけが検出されるの
で、電圧の極性すなわち電圧が正のものであるのか負の
ものであるのかを判別することがきないという問題があ
った。
本発明は、簡単な光学系で被測定物の所定部分の電圧を
正負の極性を含めて精度良く直接検出することの可能な
電圧検出装置を提供することを目的としている。
正負の極性を含めて精度良く直接検出することの可能な
電圧検出装置を提供することを目的としている。
本発明は、光ビームを出力する光源と、電気光学材料で
形成されかつ光源からの光ビームを所定の屈折率に見合
った光路で出力させる光路変換手段と、光路変換手段の
出力側の所定位置に設けられ該所定位置における光ビー
ムの光量を抽出する光量抽出手段と、光量抽出手段によ
って抽出された光量に基づいて被測定物の所定部分の電
圧を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする
電圧検出装置によって、上記従来技術の問題点を改善し
ようとするものである。
形成されかつ光源からの光ビームを所定の屈折率に見合
った光路で出力させる光路変換手段と、光路変換手段の
出力側の所定位置に設けられ該所定位置における光ビー
ムの光量を抽出する光量抽出手段と、光量抽出手段によ
って抽出された光量に基づいて被測定物の所定部分の電
圧を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする
電圧検出装置によって、上記従来技術の問題点を改善し
ようとするものである。
本発明では、光源からの光ビームを電気光学材料で形成
された光路変換手段、例えば三角柱プリズムに入射させ
る。光路変換手段に入射した光ビームは、光路変換手段
の屈折率によって所定の光路で透過光あるいは反射光と
して出力される。ところで光路変換手段の屈折率は、被
測定物の所定部分の電圧によって変化するので、これに
より光路変換手段から出力される透過光あるいは反射光
の光路も変わる。ところで光源からの光ビームは空間的
な強度分布を有しているので、光路変換手段からの透過
光あるいは反射光の強度も空間的な強度分布をもってい
る。そこで、光路変換手段の出力側の所定位置に光量抽
出手段、例えばスリットあるいは所定位置に光量抽出手
段、例えばスリットあるいはアパーチャーを設けると、
このスリットあるいはアパーチャーを通過する透過光あ
るいは反射光の光量は、光路変換手段からの透過光ある
いは反射光の光路の変動に基づく空間的な強度分布の移
動によって変化する。この光量の変化を検出手段、例え
ば光電変換素子により検出することにより、被測定物の
所定部分の電圧の変化を検出することができる。
された光路変換手段、例えば三角柱プリズムに入射させ
る。光路変換手段に入射した光ビームは、光路変換手段
の屈折率によって所定の光路で透過光あるいは反射光と
して出力される。ところで光路変換手段の屈折率は、被
測定物の所定部分の電圧によって変化するので、これに
より光路変換手段から出力される透過光あるいは反射光
の光路も変わる。ところで光源からの光ビームは空間的
な強度分布を有しているので、光路変換手段からの透過
光あるいは反射光の強度も空間的な強度分布をもってい
る。そこで、光路変換手段の出力側の所定位置に光量抽
出手段、例えばスリットあるいは所定位置に光量抽出手
段、例えばスリットあるいはアパーチャーを設けると、
このスリットあるいはアパーチャーを通過する透過光あ
るいは反射光の光量は、光路変換手段からの透過光ある
いは反射光の光路の変動に基づく空間的な強度分布の移
動によって変化する。この光量の変化を検出手段、例え
ば光電変換素子により検出することにより、被測定物の
所定部分の電圧の変化を検出することができる。
〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明に係る電圧検出装置の第１の実施例の
構成図である。
構成図である。
第１図の電圧検出装置では、電気光学材料、例えば光学
的一軸性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）からなる
三角柱プリズム１が用いられている。なお本実施例で
は、光ビームの偏光状態の変化を利用して電圧を測定す
るものではないので、三角柱プリズム１は一軸性結晶に
限られず等方性結晶でも良い。
的一軸性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）からなる
三角柱プリズム１が用いられている。なお本実施例で
は、光ビームの偏光状態の変化を利用して電圧を測定す
るものではないので、三角柱プリズム１は一軸性結晶に
限られず等方性結晶でも良い。
使用に際して三角柱プリズム１の先端２を被測定物に接
近させることで被測定物の所定部分の電圧により三角柱
プリズム１の屈折率が変化するようになっている。三角
柱プリズム１には、光源53例えばCWレーザからコリメー
タ４を介して入射光IBが入射し、三角柱プリズム１に入
射した入射光は、三角柱プリズム１の屈折率に基づく光
路で三角柱プリズム１内を進行し、三角柱プリズム１か
透過光として出力される。三角柱プリズム１からの透過
光は、ミラー５により所定角度反射されて、スリット６
に達し、スリット６を通過して検出器としての光電変換
素子７に入射するようになっている。
近させることで被測定物の所定部分の電圧により三角柱
プリズム１の屈折率が変化するようになっている。三角
柱プリズム１には、光源53例えばCWレーザからコリメー
タ４を介して入射光IBが入射し、三角柱プリズム１に入
射した入射光は、三角柱プリズム１の屈折率に基づく光
路で三角柱プリズム１内を進行し、三角柱プリズム１か
透過光として出力される。三角柱プリズム１からの透過
光は、ミラー５により所定角度反射されて、スリット６
に達し、スリット６を通過して検出器としての光電変換
素子７に入射するようになっている。
上述のような構成の電圧検出装置では、光源53からの入
射光IBは、コリメータ４を介して三角柱プリズム１に入
射する。
射光IBは、コリメータ４を介して三角柱プリズム１に入
射する。
三角柱プリズム１に電圧の印加されていない状態では、
三角柱プリズム１に入射した入射光IBは、光路T1で三角
柱プリズム１内を進行し、三角柱プリズム１から透過光
TB1として出射される一方、被測定物の所定部分の電
圧、例えば正の電圧が三角柱プリズム１に加わると、電
気光学材料からなる三角柱プリズム１の屈折率が変化
し、光源53から出力される入射光IBは光路T2で三角柱プ
リズム１内を進行し三角柱プリズム１から透過光TB2と
して出射される。
三角柱プリズム１に入射した入射光IBは、光路T1で三角
柱プリズム１内を進行し、三角柱プリズム１から透過光
TB1として出射される一方、被測定物の所定部分の電
圧、例えば正の電圧が三角柱プリズム１に加わると、電
気光学材料からなる三角柱プリズム１の屈折率が変化
し、光源53から出力される入射光IBは光路T2で三角柱プ
リズム１内を進行し三角柱プリズム１から透過光TB2と
して出射される。
ところで、光源53からの入射光IBは、空間的な強度分布
をもっているので、透過光TB1,TB2も空間的な強度分布
をもってスリット６に達する。三角柱プリズム１内を光
路T2で進行した透過光TB2の光路にスリット６を設定す
ると、三角柱プリズム１内を光路T1で進行した透過光TB
1はそのほとんどがスリット６を通過せず、僅かな光量C
0のみがスリット６を通過する。一方、三角柱プリズム
１内を光路T2で進行した透過光TB2はその光強度分布が
強い所がスリット６を通過する。すなわち大きな光量C1
がスリット６を通過する。
をもっているので、透過光TB1,TB2も空間的な強度分布
をもってスリット６に達する。三角柱プリズム１内を光
路T2で進行した透過光TB2の光路にスリット６を設定す
ると、三角柱プリズム１内を光路T1で進行した透過光TB
1はそのほとんどがスリット６を通過せず、僅かな光量C
0のみがスリット６を通過する。一方、三角柱プリズム
１内を光路T2で進行した透過光TB2はその光強度分布が
強い所がスリット６を通過する。すなわち大きな光量C1
がスリット６を通過する。
これにより、被測定物の所定部分の電圧が、例えば正の
方向にパルス的に変化したとすると、最初電圧が零のと
きにはスリット６を通過する光量はC0と極めて少なく、
正の電圧が三角柱プリズム１に加わり始めると、スリッ
ト６を通過する光量は徐々に多くなり、C1に達する。そ
して電圧が再び零になるとスリット６を通過する光量は
C0と弱くなる。スリット６を通過する透過光のこのよう
な光量変化を光電変換素子７で電気信号に変換して検出
することにより、被測定物の所定部分の電圧波形を観測
することができる。
方向にパルス的に変化したとすると、最初電圧が零のと
きにはスリット６を通過する光量はC0と極めて少なく、
正の電圧が三角柱プリズム１に加わり始めると、スリッ
ト６を通過する光量は徐々に多くなり、C1に達する。そ
して電圧が再び零になるとスリット６を通過する光量は
C0と弱くなる。スリット６を通過する透過光のこのよう
な光量変化を光電変換素子７で電気信号に変換して検出
することにより、被測定物の所定部分の電圧波形を観測
することができる。
上述の例では、１つのスリット６を設けて、正の電圧を
検出するようにしたが、負の電圧をも検出したい場合が
ある。第２図は、負の電圧をも検出することの可能な電
圧検出装置の構成図である。第２図の電圧検出装置で
は、第１図の電圧検出装置と同様に正の電圧が加わると
きに三角柱プリズム１か出力される透過光TB2の光路に
スリット６−１を設けて、光電変換素子７−１によりス
リット６−１を通過する光量を検出し正の電圧を検出す
ると同時に、負の電圧をも検出するためのスリット６−
２と光電変換素子７−２とを備えている。すなわち、負
の電圧が三角柱プリズム１に加わると、光源53から出力
される光ビームIBは光路T3で三角柱プリズム１内を進行
し三角柱プリズム１から透過光TB3として出力されるの
で、透過光TB3の光路にスリット６−２を設けて、光電
変換素子７−２によりスリット６−２を通過する光量
C2，C3を検出することで、正の電圧を検出する場合と同
様にして負の電圧を検出できる。
検出するようにしたが、負の電圧をも検出したい場合が
ある。第２図は、負の電圧をも検出することの可能な電
圧検出装置の構成図である。第２図の電圧検出装置で
は、第１図の電圧検出装置と同様に正の電圧が加わると
きに三角柱プリズム１か出力される透過光TB2の光路に
スリット６−１を設けて、光電変換素子７−１によりス
リット６−１を通過する光量を検出し正の電圧を検出す
ると同時に、負の電圧をも検出するためのスリット６−
２と光電変換素子７−２とを備えている。すなわち、負
の電圧が三角柱プリズム１に加わると、光源53から出力
される光ビームIBは光路T3で三角柱プリズム１内を進行
し三角柱プリズム１から透過光TB3として出力されるの
で、透過光TB3の光路にスリット６−２を設けて、光電
変換素子７−２によりスリット６−２を通過する光量
C2，C3を検出することで、正の電圧を検出する場合と同
様にして負の電圧を検出できる。
第３図は第２図の電圧検出装置の変形例を示している。
第３図の電圧検出装置では、光源53からの入射光IBは、
ミラー８を介して、金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反
射鏡10の形成された光学結晶等の電気光学材料９に入射
し、電気光学材料９から出射光として出力されて、スリ
ット６−１に達し、スリット６−１を通過して光電変換
素子７−１に入射するようになっている。
ミラー８を介して、金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反
射鏡10の形成された光学結晶等の電気光学材料９に入射
し、電気光学材料９から出射光として出力されて、スリ
ット６−１に達し、スリット６−１を通過して光電変換
素子７−１に入射するようになっている。
このような構成では、電気光学材料９に電圧の印加され
ていない状態では、入射光IBは、光路S1で電気光学材料
９内を進行し、電気光学材料９から出射光RB1として出
力される一方、例えば被測定物からの正の電圧が電気光
学材料９に加わると、電気光学材料９の屈折率変化によ
り、入射光IBは光路S2で進行し、出射光RB2として電気
光学材料９から出力される。第２図の電圧検出装置と同
様にして、出射光RB2の光路にスリット６−１を設定す
ると、被測定物の所定部分の電圧が零のときには出射光
RB1の極く僅かの光量D0だけがスリット６−１を通過
し、被測定物の所定部分の電圧が所定の値のときには、
出射光RB2の光量D1がスリット６−１を通過するので、
光電変換素子７−１においてこの光量変化を電気信号に
変換することにより、被測定物の所定部分の正の電圧を
検出することができる。なお、負の電圧が電気光学材料
９に加わると、入射光IBは電気光学材料９内を光路S3で
進行し、出射光RB3として電気光学材料９から出力され
るので、出射光RB3の光路にスリット６−２をさらに設
けることにより、正の電圧を検出するのと同様に光量
D2，D3に基づいて負の電圧をも検出することができる。
ていない状態では、入射光IBは、光路S1で電気光学材料
９内を進行し、電気光学材料９から出射光RB1として出
力される一方、例えば被測定物からの正の電圧が電気光
学材料９に加わると、電気光学材料９の屈折率変化によ
り、入射光IBは光路S2で進行し、出射光RB2として電気
光学材料９から出力される。第２図の電圧検出装置と同
様にして、出射光RB2の光路にスリット６−１を設定す
ると、被測定物の所定部分の電圧が零のときには出射光
RB1の極く僅かの光量D0だけがスリット６−１を通過
し、被測定物の所定部分の電圧が所定の値のときには、
出射光RB2の光量D1がスリット６−１を通過するので、
光電変換素子７−１においてこの光量変化を電気信号に
変換することにより、被測定物の所定部分の正の電圧を
検出することができる。なお、負の電圧が電気光学材料
９に加わると、入射光IBは電気光学材料９内を光路S3で
進行し、出射光RB3として電気光学材料９から出力され
るので、出射光RB3の光路にスリット６−２をさらに設
けることにより、正の電圧を検出するのと同様に光量
D2，D3に基づいて負の電圧をも検出することができる。
第４図は、本発明に係る電圧検出装置の他の実施例の構
成図である。第４図において第１図、第２図の電圧検出
装置と同様の個所には同じ符号を付して説明を省略す
る。
成図である。第４図において第１図、第２図の電圧検出
装置と同様の個所には同じ符号を付して説明を省略す
る。
第４図の電圧検出装置では、第２図の電圧検出装置のス
リット６−1,6−２のかわりに光ファイバ12−1,12−２
をそれぞれ用い、光ファイバ12−1,12−２から案内され
た透過光をストリークカメラ13に入射させるようになっ
ている。
リット６−1,6−２のかわりに光ファイバ12−1,12−２
をそれぞれ用い、光ファイバ12−1,12−２から案内され
た透過光をストリークカメラ13に入射させるようになっ
ている。
ストリークカメラ13は、第５図に示すように、光ファイ
バ12−1,12−２が並列的に配置されるスリット14と、光
ファイバ12−1,12−２からの透過光がスリット14を介し
て入射するレンズ15と、レンズ15により集光された各透
過光が入射する光電面16と、光電面16により光電変換さ
れた電子ビームを横方向に偏向させる偏向電極17と、偏
向された電子ビームを増倍するマイクロチャンネルプレ
ート18と、マイクロチャンネルプレート18からの電子ビ
ームが入射する螢光面19とを備えている。なお第５図で
は、マイクロチャンネルプレート18と螢光面19とが分離
されて示されているが、これらは通常互いに接合したも
のとなっている。またレンズ15は円筒形状に示されてい
るが、通常は円筒形のものとはなっていない。このよう
なストリークカメラ13では、偏向電極17に例えば鋸歯状
電圧を加えることにより、光電面16に時系列で入射する
信号光による光電子を螢光面19上で横方向に掃引するこ
とができる。これにより、横方向すなわち掃引方向を時
間軸として、螢光面19上で被測定物の所定部分の電圧変
化を一次元の光強度分布として検出することができる。
バ12−1,12−２が並列的に配置されるスリット14と、光
ファイバ12−1,12−２からの透過光がスリット14を介し
て入射するレンズ15と、レンズ15により集光された各透
過光が入射する光電面16と、光電面16により光電変換さ
れた電子ビームを横方向に偏向させる偏向電極17と、偏
向された電子ビームを増倍するマイクロチャンネルプレ
ート18と、マイクロチャンネルプレート18からの電子ビ
ームが入射する螢光面19とを備えている。なお第５図で
は、マイクロチャンネルプレート18と螢光面19とが分離
されて示されているが、これらは通常互いに接合したも
のとなっている。またレンズ15は円筒形状に示されてい
るが、通常は円筒形のものとはなっていない。このよう
なストリークカメラ13では、偏向電極17に例えば鋸歯状
電圧を加えることにより、光電面16に時系列で入射する
信号光による光電子を螢光面19上で横方向に掃引するこ
とができる。これにより、横方向すなわち掃引方向を時
間軸として、螢光面19上で被測定物の所定部分の電圧変
化を一次元の光強度分布として検出することができる。
このような構成の電圧検出装置では、被測定物の所定部
分の電圧が、正の方向にパルス的に変化したとすると、
最初電圧が零のときには三角柱プリズム１からは光路T1
で透過光TB1が出力されるので、光ファイバ12−１によ
り案内される透過光の光量はE0と極めて少なく、正の電
圧が三角柱プリズム１に加わり始めると、三角柱プリズ
ム１からは光路T2で透過光TB2が出力されるので、光フ
ァイバ12−１により案内される透過光の光量はE1と多く
なる。そして電圧が再び零になると光ファイバ12−１に
案内される透過光の光量は少なくなる。これにより、ス
トリークカメラ13の螢光面19には電圧パルスと相関のあ
る一次元光強度分布FG1が検出される。
分の電圧が、正の方向にパルス的に変化したとすると、
最初電圧が零のときには三角柱プリズム１からは光路T1
で透過光TB1が出力されるので、光ファイバ12−１によ
り案内される透過光の光量はE0と極めて少なく、正の電
圧が三角柱プリズム１に加わり始めると、三角柱プリズ
ム１からは光路T2で透過光TB2が出力されるので、光フ
ァイバ12−１により案内される透過光の光量はE1と多く
なる。そして電圧が再び零になると光ファイバ12−１に
案内される透過光の光量は少なくなる。これにより、ス
トリークカメラ13の螢光面19には電圧パルスと相関のあ
る一次元光強度分布FG1が検出される。
また被測定物の所定部分の電圧が負の方向にパルス的に
変化したとすると、光ファイバ12−２により案内される
透過光の光量変化によりストリークカメラ13の螢光面19
には電圧パルスと相関のある一次元強度分布FG2が検出
される。
変化したとすると、光ファイバ12−２により案内される
透過光の光量変化によりストリークカメラ13の螢光面19
には電圧パルスと相関のある一次元強度分布FG2が検出
される。
このようにして第４図の電圧検出装置では、光ファイバ
12−1,12−２とストリークカメラ13とを用いることによ
りストリークカメラ13の螢光面19上に電圧変化に対応し
た一次元光強度分布を得ることができる。
12−1,12−２とストリークカメラ13とを用いることによ
りストリークカメラ13の螢光面19上に電圧変化に対応し
た一次元光強度分布を得ることができる。
第６図は第４図の電圧検出装置の変形例であり、三角柱
プリズム１のかわりに第３図と同様の反射鏡10の設けら
れた電気光学材料９を用いている。この変形例では光フ
ァイバ12−1,12−２により電気光学材料９からの出射光
をストリークカメラ13へ案内することにより、第４図の
電圧検出装置と全く同様にして、ストリークカメラ13の
螢光面19上に被測定物の所定部分の電圧変化に対応した
一次元光強度分布を得ることができる。
プリズム１のかわりに第３図と同様の反射鏡10の設けら
れた電気光学材料９を用いている。この変形例では光フ
ァイバ12−1,12−２により電気光学材料９からの出射光
をストリークカメラ13へ案内することにより、第４図の
電圧検出装置と全く同様にして、ストリークカメラ13の
螢光面19上に被測定物の所定部分の電圧変化に対応した
一次元光強度分布を得ることができる。
このように、上述した実施例では、光ビームの偏光状態
の変化を利用して電圧を検出するのではなく、光ビーム
が空間的な強度分布を有していることと電気光学材料内
での光ビームの光路が電気光学材料の屈折率変化に伴な
って変わることを利用して、所定位置に設けられたスリ
ットまたは光ファイバからの光量より被測定物の所定部
分の電圧を検出するようにしている。
の変化を利用して電圧を検出するのではなく、光ビーム
が空間的な強度分布を有していることと電気光学材料内
での光ビームの光路が電気光学材料の屈折率変化に伴な
って変わることを利用して、所定位置に設けられたスリ
ットまたは光ファイバからの光量より被測定物の所定部
分の電圧を検出するようにしている。
これにより、光源53からの光ビームから所定の偏光成分
をもつ光ビームだけを抽出する必要がないので、光源53
からの光ビームの強度を維持したままスリット6,（６−
1,6−２）または光ファイバ12−1,12−２に入射させる
ことができて、光電変換素子7,（７−1,7−２）または
ストリークカメラ13の検出器において電圧を精度良く検
出することができる。
をもつ光ビームだけを抽出する必要がないので、光源53
からの光ビームの強度を維持したままスリット6,（６−
1,6−２）または光ファイバ12−1,12−２に入射させる
ことができて、光電変換素子7,（７−1,7−２）または
ストリークカメラ13の検出器において電圧を精度良く検
出することができる。
また上述の実施例では偏光子、検光子、ビームスプリッ
タなどを用いる必要がなく、電気光学材料を用いた三角
柱プリズム１または電気光学材料９とスリット6,（６−
1,6−２）または光ファイバ12−1,12−２との極めて簡
単な構成となっているので、光学系の精度を良好に保
ち、被測定物の電圧を常に高精度で検出することができ
る。また２つのスリット６−1,6−2,あるいは２つの光
ファイバ12−1,12−２を用いることにより、電圧の正負
の極性を判別可能に電圧を検出することができる。
タなどを用いる必要がなく、電気光学材料を用いた三角
柱プリズム１または電気光学材料９とスリット6,（６−
1,6−２）または光ファイバ12−1,12−２との極めて簡
単な構成となっているので、光学系の精度を良好に保
ち、被測定物の電圧を常に高精度で検出することができ
る。また２つのスリット６−1,6−2,あるいは２つの光
ファイバ12−1,12−２を用いることにより、電圧の正負
の極性を判別可能に電圧を検出することができる。
なお上述の実施例においてスリット6,6−1,6−２のかわ
りに開口すなわちアパーチャーを設けても良い。
りに開口すなわちアパーチャーを設けても良い。
また、上述の実施例に用いられる光学系を、光プローブ
内に収容することができて、この場合には、光ビームが
通過する部分を除き、光プローブの内壁を黒色塗料で塗
布して、散乱光を防止するようにするのが良い。
内に収容することができて、この場合には、光ビームが
通過する部分を除き、光プローブの内壁を黒色塗料で塗
布して、散乱光を防止するようにするのが良い。
さらに、上述の実施例において被測定物の電圧が周期的
に繰返し変化するものである場合には、光源53にパルス
光源を用い、第１図乃至第３図に示すようにサンプリン
グを行なうことにより測定しても良く、被測定物の非同
期的な電圧をも高い時間分解能で測定しようとする場合
には第４図乃至第６図に示すようなストリークカメラな
どの高速応答検出器を用いるのが良い。
に繰返し変化するものである場合には、光源53にパルス
光源を用い、第１図乃至第３図に示すようにサンプリン
グを行なうことにより測定しても良く、被測定物の非同
期的な電圧をも高い時間分解能で測定しようとする場合
には第４図乃至第６図に示すようなストリークカメラな
どの高速応答検出器を用いるのが良い。
以上に説明したように、本発明によれば、光源からの光
ビームを光路変換手段によって屈折率に見合った光路で
出力させ光路変換手段の出力側の所定位置に設けられた
光量抽出手段によってその位置における光量を抽出し、
抽出された光量から被測定物の所定部分の電圧を検出す
るようにしているので、極めて簡単な構成で電圧を検出
することができると同様に、光源からの光ビームの強度
を何ら減ずることなく光量抽出手段に加えることができ
て、電圧を極めて精度良く検出することができる。
ビームを光路変換手段によって屈折率に見合った光路で
出力させ光路変換手段の出力側の所定位置に設けられた
光量抽出手段によってその位置における光量を抽出し、
抽出された光量から被測定物の所定部分の電圧を検出す
るようにしているので、極めて簡単な構成で電圧を検出
することができると同様に、光源からの光ビームの強度
を何ら減ずることなく光量抽出手段に加えることができ
て、電圧を極めて精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る電圧検出装置の実施例の構成図、
第２図は負の電圧をも検出することの可能な電圧検出装
置の構成図、第３図は第２図の電圧検出装置の変形例を
示す図、第４図は第２図の電圧検出装置にストリークカ
メラを用いた場合の構成図、第５図はストリークカメラ
の概略図、第６図は第３図の電圧検出装置にストリーク
カメラを用いた場合の構成図、第７図は従来の電圧検出
装置の構成図である。 １……三角柱プリズム、 6,6−1,6−２……スリット、 7,7−1,7−２……光電変換素子、 ９……電気光学材料、10……反射鏡 12−1,12−２……光ファイバ、 13……ストリークカメラ、 S1乃至S3,T1乃至T3……光路、 TB1乃至TB3……透過光、 RB1乃至RB3……出射光、 C0乃至C3，D0乃至D3，E0乃至E1……光量
第２図は負の電圧をも検出することの可能な電圧検出装
置の構成図、第３図は第２図の電圧検出装置の変形例を
示す図、第４図は第２図の電圧検出装置にストリークカ
メラを用いた場合の構成図、第５図はストリークカメラ
の概略図、第６図は第３図の電圧検出装置にストリーク
カメラを用いた場合の構成図、第７図は従来の電圧検出
装置の構成図である。 １……三角柱プリズム、 6,6−1,6−２……スリット、 7,7−1,7−２……光電変換素子、 ９……電気光学材料、10……反射鏡 12−1,12−２……光ファイバ、 13……ストリークカメラ、 S1乃至S3,T1乃至T3……光路、 TB1乃至TB3……透過光、 RB1乃至RB3……出射光、 C0乃至C3，D0乃至D3，E0乃至E1……光量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 裕 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−233520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−101123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−253878（ＪＰ，Ａ) 特表 昭59−500186（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕ ａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖ ｏｌ．ＱＥ−22，．Ｎｏ．１，Ｊａｎ. 1986，ＰＰ．69−78
Claims (9)
- 【請求項１】被測定物の所定部分の電圧によって屈折率
が変化する電気光学材料を用いた電圧検出装置におい
て、光ビームを出力する光源と、被測定物に接近可能な
電気光学材料で形成され、かつ、光源からの光ビームを
前記電気光学材料の屈折率に見合った光路に屈折させて
前記電気光学材料に入射させ、電気光学材料内を通過さ
せ、電気光学材料から出射させる光路変換手段と、光路
変換手段の出射側の所定位置に設けられ該所定位置にお
ける光ビームの光量を抽出する光量抽出手段と、光量抽
出手段によって抽出された光量に基づいて被測定物の所
定部分の電圧を検出する検出手段とを備えていることを
特徴とする電圧検出装置。 - 【請求項２】前記光路変換手段は、電気光学材料からな
るプリズムであり、前記光源からの光ビームは、該プリ
ズムから透過光として出射されることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項３】前記光路変換手段は、光ビームの入射面と
は反対の側に反射鏡の設けられた電気光学材料からな
り、前記光源からの光ビームは、反射光として出射され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電圧
検出装置。 - 【請求項４】前記光量抽出手段は、１つのスリットある
いはアパーチャーで構成され、前記検出手段は１つの光
電変換素子で構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項５】前記光量抽出手段は、２つのスリットある
いはアパーチャーで構成され、前記検出手段は２つのス
リットあるいはアパーチャーに対応した２つの光電変換
素子で構成されており、２つのスリットあるいはアパー
チャーの一方は前記光路変換手段に正の電圧が加わった
ときに光路変換手段から出射される光ビームの光路上に
設けられ、他方は前記光路変換手段に負の電圧が加わっ
たときに光路変換手段から出射される光ビームの光路上
に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項６】前記光量抽出手段は、１本の光ファイバで
構成され、前記検出手段は１つの高速応答光検出器で構
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の電圧検出装置。 - 【請求項７】前記光量抽出手段は、２本の光ファイバで
構成されており、２つのスリットの一方は前記光路変換
手段に正の電圧が加わったときに光路変換手段から出射
される光ビームの光路上に設けられ、他方は前記光路変
換手段に負の電圧が加わったときに光路変換手段から出
射される光ビームの光路上に設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項８】前記高速応答光検出器はストリークカメラ
であることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
電圧検出装置。 - 【請求項９】前記光源はパルス光源であり、サンプリン
グを行なうことにより被測定物の電圧を測定するように
なっていることを特許請求の範囲第１項に記載の電圧検
出装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62144982A JPH0695112B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
| US07/201,205 US4982152A (en) | 1987-06-10 | 1988-06-02 | Voltage detecting device |
| EP88109229A EP0294815B1 (en) | 1987-06-10 | 1988-06-09 | Voltage detecting device |
| DE88109229T DE3887006T2 (de) | 1987-06-10 | 1988-06-09 | Spannungsdetektor. |
| US07/619,913 US5164667A (en) | 1987-06-10 | 1990-11-30 | Voltage detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62144982A JPH0695112B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63308570A JPS63308570A (ja) | 1988-12-15 |
| JPH0695112B2 true JPH0695112B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=15374727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62144982A Expired - Fee Related JPH0695112B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4982152A (ja) |
| EP (1) | EP0294815B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0695112B2 (ja) |
| DE (1) | DE3887006T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK0392830T3 (da) * | 1989-04-12 | 1994-10-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Fremgangsmåde og apparat til detektering af spænding |
| EP0468794B1 (en) * | 1990-07-27 | 1996-04-17 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optical apparatus |
| US5331468A (en) * | 1992-11-27 | 1994-07-19 | Eastman Kodak Company | Intensity redistribution for exposure correction in an overfilled symmetrical laser printer |
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