JP2527965B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
電圧検出装置Info
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- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
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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光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に関す
る。
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光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。
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。
ところで、当業者間には、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
第４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。
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。
第４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。
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。
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（LiTaOP3）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。
軸性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaOP3）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。
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。
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にコリメータ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。
ファイバ51を介して光プローブ52にコリメータ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。
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。
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。
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。
このように第４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
により被測定電圧に影響を与えるように集積回路の微細
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。
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
により被測定電圧に影響を与えるように集積回路の微細
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。
ところで、第４図に示す電圧検出装置50では、電気光
学材料62内での入射光の光路と出射光の光路とを同じに
しているために、出射光の一部はビームスプリッタ56を
透過してコリメータ94に向かいこの一部の出射光を有効
に利用することができず、この結果、検光子57に入射す
る出射光の強度は、集光レンズ95あるいは光電変換素子
55に入射する参照光の強度の約1/2となり、被測定物の
所定部分の電圧を精度良く検出するには適していないと
いう問題があった。またビームスプリッタ56を透過して
コリメータ94に向かう一部の出射光は、光源53に戻るこ
とにより光源53を不安定動作させることがある。さらに
第４図に示す電圧検出装置50では、周囲からの雑音電圧
による影響を防止するため、電気光学材料62の先端部63
の長さｌを差程長くすることはできない。このために、
被測定物の所定部分の電圧が微弱なものである場合に
は、光ビームの偏光状態は極く僅かしか変化せず、電圧
を感度良く検出することができないという問題があっ
た。
学材料62内での入射光の光路と出射光の光路とを同じに
しているために、出射光の一部はビームスプリッタ56を
透過してコリメータ94に向かいこの一部の出射光を有効
に利用することができず、この結果、検光子57に入射す
る出射光の強度は、集光レンズ95あるいは光電変換素子
55に入射する参照光の強度の約1/2となり、被測定物の
所定部分の電圧を精度良く検出するには適していないと
いう問題があった。またビームスプリッタ56を透過して
コリメータ94に向かう一部の出射光は、光源53に戻るこ
とにより光源53を不安定動作させることがある。さらに
第４図に示す電圧検出装置50では、周囲からの雑音電圧
による影響を防止するため、電気光学材料62の先端部63
の長さｌを差程長くすることはできない。このために、
被測定物の所定部分の電圧が微弱なものである場合に
は、光ビームの偏光状態は極く僅かしか変化せず、電圧
を感度良く検出することができないという問題があっ
た。
本発明は、被測定物の所定部分の電圧を精度良くかつ
感度良く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。
感度良く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、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型式の電圧検出装置を
改良するものである。
が変化する電気光学材料を用いた型式の電圧検出装置を
改良するものである。
すなわち、本発明では、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型式の電
圧検出装置において、前記電気光学材料に入射する入射
光と前記電気光学材料からの出射光との光路を互いに相
違させるための光学手段と、入射光および出射光を前記
電気光学材料内において複数回反射させるための反射手
段と、光学手段からの出射光を２つに分割して出力する
偏光ビームスプリッタとが設けられており、前記反射手
段は、電気光学材料内において光路長の異なる出射光を
作るための第１のビームスプリッタであることを特徴と
している。
よって屈折率が変化する電気光学材料を用いた型式の電
圧検出装置において、前記電気光学材料に入射する入射
光と前記電気光学材料からの出射光との光路を互いに相
違させるための光学手段と、入射光および出射光を前記
電気光学材料内において複数回反射させるための反射手
段と、光学手段からの出射光を２つに分割して出力する
偏光ビームスプリッタとが設けられており、前記反射手
段は、電気光学材料内において光路長の異なる出射光を
作るための第１のビームスプリッタであることを特徴と
している。
本発明では、出射光を入射光の強度とほぼ同じ強度で
取出すと同時に、入射光および出射光を電気光学材料内
の反射手段により複数回反射させているので、電気光学
材料内での光路長が長くなって、屈折率変化に基づく出
射光の偏光状態の変化の度合は大きくなり、被測定物の
所定部分の電圧が微弱なものであってもこれを感度良く
検出することができる。さらに、本発明では、検光子の
かわりに偏光ビームスプリッタを設け、光学手段からの
出射光を偏光ビームスプリッタにより２つに分割して出
力するので、検光子によって遮光されていた偏光成分を
も有効な出射光情報として利用することができ、被測定
物の所定部分の電圧を一層精度良く検出することができ
る。さらに、本発明では、電気光学材料内の反射手段
が、電気光学材料内において光路長の異なる出射光を作
るための第１のビームスプリッタであるので、短かい光
路長の出射光（透過光）の偏光状態の変化と、この透過
光よりも長い光路長の出射光（２倍の偏光状態の変化を
もつ出射光）の偏光状態の変化とを得ることができ、被
測定物の所定部分の電圧を検出するのに必要な情報量が
さらに増加するので、電圧の検出精度をより一層向上さ
せることができる。
取出すと同時に、入射光および出射光を電気光学材料内
の反射手段により複数回反射させているので、電気光学
材料内での光路長が長くなって、屈折率変化に基づく出
射光の偏光状態の変化の度合は大きくなり、被測定物の
所定部分の電圧が微弱なものであってもこれを感度良く
検出することができる。さらに、本発明では、検光子の
かわりに偏光ビームスプリッタを設け、光学手段からの
出射光を偏光ビームスプリッタにより２つに分割して出
力するので、検光子によって遮光されていた偏光成分を
も有効な出射光情報として利用することができ、被測定
物の所定部分の電圧を一層精度良く検出することができ
る。さらに、本発明では、電気光学材料内の反射手段
が、電気光学材料内において光路長の異なる出射光を作
るための第１のビームスプリッタであるので、短かい光
路長の出射光（透過光）の偏光状態の変化と、この透過
光よりも長い光路長の出射光（２倍の偏光状態の変化を
もつ出射光）の偏光状態の変化とを得ることができ、被
測定物の所定部分の電圧を検出するのに必要な情報量が
さらに増加するので、電圧の検出精度をより一層向上さ
せることができる。
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基本的な構成例
を示す図である。
を示す図である。
第１図の電圧検出装置１では、光プローブ２に電気光
学材料３が収容され、電気光学材料３には光学手段とし
ての凸レンズ４が一部埋設されている。さらに光プロー
ブ２内には、コリメータ5,集光レンズ6,7と、コリメー
タ５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８と、偏光子８からの偏光された
光ビームを分割し入射光として凸レンズ４に向かわせる
一方、参照光としてミラー11,集光レンズ６に向かわせ
るビームスプリッタ９と、凸レンズ４から電気光学材料
３に入射し金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡65で
反射された出射光から所定の偏光成分だけを抽出しこれ
を集光レンズ７に入射させる検光子10とが実装されてい
る。電気光学材料３に一部が埋設された凸レンズ４は、
反射鏡65上に焦点が合うような構造となっている。
学材料３が収容され、電気光学材料３には光学手段とし
ての凸レンズ４が一部埋設されている。さらに光プロー
ブ２内には、コリメータ5,集光レンズ6,7と、コリメー
タ５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８と、偏光子８からの偏光された
光ビームを分割し入射光として凸レンズ４に向かわせる
一方、参照光としてミラー11,集光レンズ６に向かわせ
るビームスプリッタ９と、凸レンズ４から電気光学材料
３に入射し金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡65で
反射された出射光から所定の偏光成分だけを抽出しこれ
を集光レンズ７に入射させる検光子10とが実装されてい
る。電気光学材料３に一部が埋設された凸レンズ４は、
反射鏡65上に焦点が合うような構造となっている。
なお、光プローブ２内のコリメータ５には、光源53か
らの光ビームが集光レンズ30により集光され光ファイバ
12を介して入射するようになっている。光プローブ２内
の集光レンズ6,7はそれぞれ光ファイバ13,14によってコ
リメータ31,32に接続されている。またコリメータ31,32
により平行光とされた参照光、出射光はそれぞれ、光電
変換素子33,34に入射し、光電変換素子33,34からの電気
信号出力は、比較回路37において比較され、これにより
被測定物の所定部分の電圧が検出されるようになってい
る。
らの光ビームが集光レンズ30により集光され光ファイバ
12を介して入射するようになっている。光プローブ２内
の集光レンズ6,7はそれぞれ光ファイバ13,14によってコ
リメータ31,32に接続されている。またコリメータ31,32
により平行光とされた参照光、出射光はそれぞれ、光電
変換素子33,34に入射し、光電変換素子33,34からの電気
信号出力は、比較回路37において比較され、これにより
被測定物の所定部分の電圧が検出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１では、レーザダイオ
ードなどの直流光源53からの光ビームは、集光レンズ3
0,光ファイバ12,コリメータ5,偏光子８を介して所定の
偏光成分をもつ強度Ｉの光ビームとしてビームスプリッ
タ９に入射する。ビームスプリッタ９では、前述のビー
ムスプリッタ56と同様にして光ビームを分割して、一方
を参照光としてミラー11,集光レンズ６に向かわせ、他
方を入射光として凸レンズ４に向かわせる。なおこのと
き参照光の強度、入射光の強度はそれぞれI/2となる。
ードなどの直流光源53からの光ビームは、集光レンズ3
0,光ファイバ12,コリメータ5,偏光子８を介して所定の
偏光成分をもつ強度Ｉの光ビームとしてビームスプリッ
タ９に入射する。ビームスプリッタ９では、前述のビー
ムスプリッタ56と同様にして光ビームを分割して、一方
を参照光としてミラー11,集光レンズ６に向かわせ、他
方を入射光として凸レンズ４に向かわせる。なおこのと
き参照光の強度、入射光の強度はそれぞれI/2となる。
ビームスプリッタ９からの参照光はさらに光ファイバ
13,コリメータ31を介して光電変換素子33に入射する一
方、ビームスプリッタ９を透過した入射光は反射鏡65に
焦点合わせされた凸レンズ４から電気光学材料３に入射
し、反射鏡65に達する。反射鏡65に達した入射光はそこ
で反射され出射光として再び凸レンズ４に向かう。とこ
ろで、第１図からわかるように、凸レンズ４の集光作用
により、入射光の光路と出射光の光路とは異なったもの
となっているので、凸レンズ４からの出射光をビームス
プリッタを介せずに直接検光子10に入射させることがで
きる。すなわちビームスプリッタ９から検光子10に至る
経路には、ビームスプリッタが設けられていないので、
検光子10に入射する出射光の強度はI/2となり、参照光
と同じ強度のものとなる。
13,コリメータ31を介して光電変換素子33に入射する一
方、ビームスプリッタ９を透過した入射光は反射鏡65に
焦点合わせされた凸レンズ４から電気光学材料３に入射
し、反射鏡65に達する。反射鏡65に達した入射光はそこ
で反射され出射光として再び凸レンズ４に向かう。とこ
ろで、第１図からわかるように、凸レンズ４の集光作用
により、入射光の光路と出射光の光路とは異なったもの
となっているので、凸レンズ４からの出射光をビームス
プリッタを介せずに直接検光子10に入射させることがで
きる。すなわちビームスプリッタ９から検光子10に至る
経路には、ビームスプリッタが設けられていないので、
検光子10に入射する出射光の強度はI/2となり、参照光
と同じ強度のものとなる。
検光子10に入射する出射光は、電気光学材料３内で偏
光状態が電気光学材料３に加わる電圧に依存して変化す
るので、例えば検光子10の抽出する偏光成分と偏光子８
の抽出する偏光成分とが直交しているならば、検光子10
から出力される出射光の強度は（I/2）sin2〔（π/2）
・V/V0）となる。参照光の強度I/2と、出射光の強度（I
/2）sin2〔（π/2）・V/V0〕はそれぞれ、光電変換素子
33,34で電気信号に変換されて、比較回路37により比較
され、被測定物の所定部分の電圧が検出される。
光状態が電気光学材料３に加わる電圧に依存して変化す
るので、例えば検光子10の抽出する偏光成分と偏光子８
の抽出する偏光成分とが直交しているならば、検光子10
から出力される出射光の強度は（I/2）sin2〔（π/2）
・V/V0）となる。参照光の強度I/2と、出射光の強度（I
/2）sin2〔（π/2）・V/V0〕はそれぞれ、光電変換素子
33,34で電気信号に変換されて、比較回路37により比較
され、被測定物の所定部分の電圧が検出される。
このように図１の構造の電圧検出装置では、出射光は
ビームスプリッタにより分割されないので、出射光の全
てを有効に利用することができて検光子10に入射する出
射光の強度を参照光の強度とほぼ同じにすることができ
る。また出射光が光源53に戻るようなことはないので、
光源53を安定して動作させることができる。これにより
比較回路37において、被測定物の電圧を精度良く検出す
ることができる。
ビームスプリッタにより分割されないので、出射光の全
てを有効に利用することができて検光子10に入射する出
射光の強度を参照光の強度とほぼ同じにすることができ
る。また出射光が光源53に戻るようなことはないので、
光源53を安定して動作させることができる。これにより
比較回路37において、被測定物の電圧を精度良く検出す
ることができる。
第２図は本発明に係る電圧検出装置の構成図である。
第２図の電圧検出装置15の光プローブ16には、第１図
に示す検光子10のかわりに偏光ビームスプリッタ17が設
けられている。偏光ビームスプリッタ17は、凸レンズ４
からの出射光を分割して、一方を所定の偏光成分を有す
る光ビームとして集光レンズ7,光ファイバ14,コリメー
タ32を介して光電変換素子34に入射させ、他方をそれと
直交する偏光成分を有する光ビームとしてミラー18,集
光レンズ19,光ファイバ48,コリメータ35を介して光電変
換素子36に入射させるようになっている。また、凸レン
ズ４の中心と反射鏡65との距離を“L"とするとき、電気
光学材料３内には、反射鏡65から距離ｌを隔ててビーム
スプリッタ28が設けられている。ここで、凸レンズ４
は、距離Ｌ＋ｌの位置すなわちビームスプリッタ28上に
焦点が合うような構造となっている。また、ビームスプ
リッタ28は、反射鏡65で反射された光ビームの一部を反
射して反射鏡65に再び向かわせる一方、反射鏡65が反射
された光ビームの他の一部を透過してこの透過光を凸レ
ンズ４からビームスプリッタ29に向かわせるように構成
されている。図２の電圧検出装置では、図１の検光子10
のかわりに偏光ビームスプリッタ17を設けることによ
り、検光子10によって遮光されていた偏光成分をも有効
な出射光情報として利用することができるので、比較回
路38において被測定物の所定部分の電圧を一層精度良く
検出することができる。また、図２の電圧検出装置で
は、ビームスプリッタ28により、反射鏡65で反射された
光ビームを分割し、その一部を反射する一方、他の一部
を透過させるようになっており、この場合、ビームスプ
リッタ28で反射された光ビームは、再び反射鏡65に達し
反射鏡65で反射されて出射光として凸レンズ４に向かう
ので、この光ビームは、実質的に電圧の印加される電気
光学材料３の先端部27を第１図の構造のものに対して２
倍の光路長で進むことになり、偏光状態の変化の度合い
も２倍となる。これにより被測定物の所定部分の電圧を
第１図のものに比べて約２倍の感度で検出することがで
き、被測定物の所定物の電圧が微弱なものであってもこ
れを精度良くすなわち２倍の精度で検出することができ
る。一方、ビームスプリッタ28を透過した透過光は、ビ
ームスプリッタ29により分割され、それぞれミラー39,
集光レンズ42、および集光レンズ41から所定の光電変換
素子（図示せず）を介してさらに比較回路38に加わる。
従って、比較回路38には、ビームスプリッタ29への透過
光の偏光状態の変化に基づく光電変換素子からの電気信
号出力と、ビームスプリッタ29への透過光に対し２倍の
偏光状態の変化をもつ偏光ビームスプリッタ17への出射
光の偏光成分に基づく光電変換素子34,36からの電気信
号出力とが与えられ、比較回路38において、被測定物の
所定部分の電圧を検出するのに必要な情報量が増加する
ので、電圧の検出精度、より詳しくは比較回路38の比較
精度を向上させることができる。
に示す検光子10のかわりに偏光ビームスプリッタ17が設
けられている。偏光ビームスプリッタ17は、凸レンズ４
からの出射光を分割して、一方を所定の偏光成分を有す
る光ビームとして集光レンズ7,光ファイバ14,コリメー
タ32を介して光電変換素子34に入射させ、他方をそれと
直交する偏光成分を有する光ビームとしてミラー18,集
光レンズ19,光ファイバ48,コリメータ35を介して光電変
換素子36に入射させるようになっている。また、凸レン
ズ４の中心と反射鏡65との距離を“L"とするとき、電気
光学材料３内には、反射鏡65から距離ｌを隔ててビーム
スプリッタ28が設けられている。ここで、凸レンズ４
は、距離Ｌ＋ｌの位置すなわちビームスプリッタ28上に
焦点が合うような構造となっている。また、ビームスプ
リッタ28は、反射鏡65で反射された光ビームの一部を反
射して反射鏡65に再び向かわせる一方、反射鏡65が反射
された光ビームの他の一部を透過してこの透過光を凸レ
ンズ４からビームスプリッタ29に向かわせるように構成
されている。図２の電圧検出装置では、図１の検光子10
のかわりに偏光ビームスプリッタ17を設けることによ
り、検光子10によって遮光されていた偏光成分をも有効
な出射光情報として利用することができるので、比較回
路38において被測定物の所定部分の電圧を一層精度良く
検出することができる。また、図２の電圧検出装置で
は、ビームスプリッタ28により、反射鏡65で反射された
光ビームを分割し、その一部を反射する一方、他の一部
を透過させるようになっており、この場合、ビームスプ
リッタ28で反射された光ビームは、再び反射鏡65に達し
反射鏡65で反射されて出射光として凸レンズ４に向かう
ので、この光ビームは、実質的に電圧の印加される電気
光学材料３の先端部27を第１図の構造のものに対して２
倍の光路長で進むことになり、偏光状態の変化の度合い
も２倍となる。これにより被測定物の所定部分の電圧を
第１図のものに比べて約２倍の感度で検出することがで
き、被測定物の所定物の電圧が微弱なものであってもこ
れを精度良くすなわち２倍の精度で検出することができ
る。一方、ビームスプリッタ28を透過した透過光は、ビ
ームスプリッタ29により分割され、それぞれミラー39,
集光レンズ42、および集光レンズ41から所定の光電変換
素子（図示せず）を介してさらに比較回路38に加わる。
従って、比較回路38には、ビームスプリッタ29への透過
光の偏光状態の変化に基づく光電変換素子からの電気信
号出力と、ビームスプリッタ29への透過光に対し２倍の
偏光状態の変化をもつ偏光ビームスプリッタ17への出射
光の偏光成分に基づく光電変換素子34,36からの電気信
号出力とが与えられ、比較回路38において、被測定物の
所定部分の電圧を検出するのに必要な情報量が増加する
ので、電圧の検出精度、より詳しくは比較回路38の比較
精度を向上させることができる。
さらに第２図の電圧検出装置15において、第３図
（ａ）のようにビームスプリッタ９と凸レンズ４との間
にλ/4板20を配置しても良いし、あるいは第３図（ｂ）
のようにビームスプリッタ9,偏光ビームスプリッタ17と
凸レンズ４との間にλ/8板21を配置しても良い。なおビ
ームスプリッタ９と凸レンズ４との間にλ/4板20を配置
するかわりに偏光ビームスプリッタ17と凸レンズ４との
間にλ/4板を配置しても良い。
（ａ）のようにビームスプリッタ９と凸レンズ４との間
にλ/4板20を配置しても良いし、あるいは第３図（ｂ）
のようにビームスプリッタ9,偏光ビームスプリッタ17と
凸レンズ４との間にλ/8板21を配置しても良い。なおビ
ームスプリッタ９と凸レンズ４との間にλ/4板20を配置
するかわりに偏光ビームスプリッタ17と凸レンズ４との
間にλ/4板を配置しても良い。
第３図（ａ）のようにλ/4板20を配置する場合には、
ビームスプリッタ９からの直線偏光の入射光は、λ/4板
20により円偏光に変換され、凸レンズ4,電気光学材料３
に入射する。電気光学材料３に電圧が印加されていない
ときには、入射光は、円偏光の状態を維持して出射光と
して偏光ビームスプリッタ17に入射する。また、第３図
（ｂ）のようにλ/8板21を配置する場合には、ビームス
プリッタ９からの直線偏光の入射光は、λ/8板21を通っ
て凸レンズ4,電気光学材料３に入射し、出射光して再び
凸レンズ４からλ/8板21を通過して偏光ビームスプリッ
タ17に達する。この際、電気光学材料３に電圧が印加さ
れていないときには、偏光ビームスプリッタ17に達する
出射光は円偏光の状態になっている。すなわち、入射光
の光路と出射光の光路とにλ/8板21を介在させること
で、第３図（ｃ）のλ/4板20と同様の機能をもたせてい
る。
ビームスプリッタ９からの直線偏光の入射光は、λ/4板
20により円偏光に変換され、凸レンズ4,電気光学材料３
に入射する。電気光学材料３に電圧が印加されていない
ときには、入射光は、円偏光の状態を維持して出射光と
して偏光ビームスプリッタ17に入射する。また、第３図
（ｂ）のようにλ/8板21を配置する場合には、ビームス
プリッタ９からの直線偏光の入射光は、λ/8板21を通っ
て凸レンズ4,電気光学材料３に入射し、出射光して再び
凸レンズ４からλ/8板21を通過して偏光ビームスプリッ
タ17に達する。この際、電気光学材料３に電圧が印加さ
れていないときには、偏光ビームスプリッタ17に達する
出射光は円偏光の状態になっている。すなわち、入射光
の光路と出射光の光路とにλ/8板21を介在させること
で、第３図（ｃ）のλ/4板20と同様の機能をもたせてい
る。
このように、電気光学材料３に電圧が印加されていな
いときに偏光ビームスプリッタ17に円偏光の出射光を入
射させるように構成すると、電気光学材料31に電圧が印
加されていない状態では偏光ビームスプリッタ17で分割
される２つの光ビームの強度が互いに等しく、光電変換
素子34,36のそれぞれから得られる電気信号出力が等し
くなるので、比較回路38において、光電変換素子34,36
からの電気信号出力の差をとると“0"になり、これによ
り電気光学材料31に電圧が印加されていない状態を検出
することができる。すなわち、比較回路38内で零調整を
施さずとも良いようにすることができる。さらに差をと
ることによって感度を２倍にすることができ、比較回路
38の演算精度を向上させることができる。
いときに偏光ビームスプリッタ17に円偏光の出射光を入
射させるように構成すると、電気光学材料31に電圧が印
加されていない状態では偏光ビームスプリッタ17で分割
される２つの光ビームの強度が互いに等しく、光電変換
素子34,36のそれぞれから得られる電気信号出力が等し
くなるので、比較回路38において、光電変換素子34,36
からの電気信号出力の差をとると“0"になり、これによ
り電気光学材料31に電圧が印加されていない状態を検出
することができる。すなわち、比較回路38内で零調整を
施さずとも良いようにすることができる。さらに差をと
ることによって感度を２倍にすることができ、比較回路
38の演算精度を向上させることができる。
また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、被測定物の電圧の高速な時間変化を高い時間
分解能で精度良く測定することができる。
を用いて、被測定物の電圧の高速な時間変化を高い時間
分解能で精度良く測定することができる。
さらに、上述の実施例では、光源53として直流光源を
用いた例について述べたが、光源53としてパルス幅の非
常に短い光パルスを出力するレーザダイオードなどの光
源を用いてサンプリング計測すれば、同様に、被測定物
の電圧の高速な時間変化を測定することができる。
用いた例について述べたが、光源53としてパルス幅の非
常に短い光パルスを出力するレーザダイオードなどの光
源を用いてサンプリング計測すれば、同様に、被測定物
の電圧の高速な時間変化を測定することができる。
以上に説明したように、本発明によれば、光学手段を
設けて電気光学材料に入射する入射光と電気光学材料か
らの出射光との光路を互いに相違させているので、出射
光を入射光とほぼ同じ強度で取出し出射光の全てを利用
することができて被測定物の所定部分の電圧を精度良く
検出することができる。また出射光の一部が光源に戻る
ようなことはないので、光源を安定して動作させること
ができる。さらに入射光および出射光を電気光学材料内
の反射手段により複数回反射させることにより、出射光
の偏光状態の変化の度合いを大きくすることができるの
で、被測定物の所定部分の電圧が微弱なものであって
も、これを感度良く高精度に検出することができる。さ
らに、本発明では、検光子のかわりに偏光ビームスプリ
ッタを設け、光学手段からの出射光を偏光ビームスプリ
ッタにより２つに分割して出力するので、検光子によっ
て偏光されていた偏光成分をも有効な出射光情報として
利用することができ、被測定物の所定部分の電圧を一層
精度良く検出することができる。さらに、本発明では、
電気光学材料内の反射手段が、電気光学材料内において
光路の異なる出射光を作るための第１のビームスプリッ
タであるので、短かい光路長の出射光（透過光）の偏光
状態の変化と、この透過光よりも長い光路長の出射光
（２倍の偏光状態の変化をもつ出射光）の偏光状態の変
化とを得ることができ、被測定物の所定部分の電圧を検
出するのに必要な情報量がさらに増加するので、電圧の
検出精度をより一層向上させることができる。
設けて電気光学材料に入射する入射光と電気光学材料か
らの出射光との光路を互いに相違させているので、出射
光を入射光とほぼ同じ強度で取出し出射光の全てを利用
することができて被測定物の所定部分の電圧を精度良く
検出することができる。また出射光の一部が光源に戻る
ようなことはないので、光源を安定して動作させること
ができる。さらに入射光および出射光を電気光学材料内
の反射手段により複数回反射させることにより、出射光
の偏光状態の変化の度合いを大きくすることができるの
で、被測定物の所定部分の電圧が微弱なものであって
も、これを感度良く高精度に検出することができる。さ
らに、本発明では、検光子のかわりに偏光ビームスプリ
ッタを設け、光学手段からの出射光を偏光ビームスプリ
ッタにより２つに分割して出力するので、検光子によっ
て偏光されていた偏光成分をも有効な出射光情報として
利用することができ、被測定物の所定部分の電圧を一層
精度良く検出することができる。さらに、本発明では、
電気光学材料内の反射手段が、電気光学材料内において
光路の異なる出射光を作るための第１のビームスプリッ
タであるので、短かい光路長の出射光（透過光）の偏光
状態の変化と、この透過光よりも長い光路長の出射光
（２倍の偏光状態の変化をもつ出射光）の偏光状態の変
化とを得ることができ、被測定物の所定部分の電圧を検
出するのに必要な情報量がさらに増加するので、電圧の
検出精度をより一層向上させることができる。
第１図は本発明に係る電圧検出装置の基本的な構成例を
示す図、第２図は本発明に係る電圧検出装置の構成を示
す図、第３図（ａ）はλ/4板を設けた電圧検出装置の部
分概略構成図、第３図（ｂ）はλ/8板を設けた電圧検出
装置の部分概略構成図、第４図は一般的な電圧検出装置
の構成図である。 1,15……電圧検出装置、 2,16……光プローブ、 3,24……電気光学材料、 ４……凸レンズ、 9,29……ビームスプリッタ、 17……偏光ビームスプリッタ、20……λ/4板、 21……λ/8板
示す図、第２図は本発明に係る電圧検出装置の構成を示
す図、第３図（ａ）はλ/4板を設けた電圧検出装置の部
分概略構成図、第３図（ｂ）はλ/8板を設けた電圧検出
装置の部分概略構成図、第４図は一般的な電圧検出装置
の構成図である。 1,15……電圧検出装置、 2,16……光プローブ、 3,24……電気光学材料、 ４……凸レンズ、 9,29……ビームスプリッタ、 17……偏光ビームスプリッタ、20……λ/4板、 21……λ/8板
Claims (5)
- 【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型式の電圧検出装置に
おいて、前記電気光学材料に入射する入射光と前記電気
光学材料からの出射光との光路を互いに相違させるため
の光学手段と、入射光および出射光を前記電気光学材料
内において複数回反射させるための反射手段と、光学手
段からの出射光を２つに分割して出力する偏光ビームス
プリッタとが設けられており、前記反射手段は、電気光
学材料内において光路長の異なる出射光を作るための第
１のビームスプリッタであることを特徴とする電圧検出
装置。 - 【請求項２】前記入射光を分割するための第２のビーム
スプリッタがさらに設けられており、前記入射光は、第
２のビームスプリッタで分割されて前記光学手段に入射
す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】前記第２のビームスプリッタと前記光学手
段との間には、直線偏光の入射光を円偏光にするための
λ/4板が設けられていることを特徴とする特許請求の範
囲第２項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項４】前記偏光ビームスプリッタと前記光学手段
との間には、円偏光の出射光を直線偏光にするためのλ
/4板が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５】前記第２のビームスプリッタと前記光学手
段との間および前記偏光ビームスプリッタと前記光学手
段との間にはそれぞれ、λ/8板が設けられていることを
特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の電圧検出装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137056A JP2527965B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | 電圧検出装置 |
| EP88108710A EP0293840B1 (en) | 1987-05-31 | 1988-05-31 | Voltage detector |
| US07/200,563 US4841234A (en) | 1987-05-31 | 1988-05-31 | Voltage detector utilizing an optical probe of electro-optic material |
| DE3850918T DE3850918T2 (de) | 1987-05-31 | 1988-05-31 | Spannungsdetektor. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137056A JP2527965B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63300970A JPS63300970A (ja) | 1988-12-08 |
| JP2527965B2 true JP2527965B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=15189852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62137056A Expired - Fee Related JP2527965B2 (ja) | 1987-05-31 | 1987-05-31 | 電圧検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4841234A (ja) |
| EP (1) | EP0293840B1 (ja) |
| JP (1) | JP2527965B2 (ja) |
| DE (1) | DE3850918T2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272434A (en) * | 1987-06-20 | 1993-12-21 | Schlumberger Technologies, Inc. | Method and apparatus for electro-optically testing circuits |
| DE3924369A1 (de) * | 1989-07-22 | 1991-01-31 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur messung eines elektrischen feldes oder einer elektrischen spannung und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US5036270A (en) * | 1989-08-15 | 1991-07-30 | Victor Company Of Japan, Ltd. | Apparatus for detecting electrostatic surface potential |
| US5113131A (en) * | 1990-02-16 | 1992-05-12 | Southern California Edison Company | Voltage measuring device having electro-optic sensor and compensator |
| DK108691D0 (da) * | 1991-06-07 | 1991-06-07 | Allan Goettsche | Maaling af induceret dobbeltbrydning |
| JPH06102295A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-04-15 | Hewlett Packard Co <Hp> | 非接触型プローブおよび非接触電圧測定装置 |
| US5412330A (en) * | 1993-06-16 | 1995-05-02 | Tektronix, Inc. | Optical module for an optically based measurement system |
| CA2144080C (en) * | 1993-07-07 | 2001-12-18 | Michikazu Kondo | Electric field sensor |
| JPH08146051A (ja) * | 1994-11-21 | 1996-06-07 | Nec Corp | Ｅｏプローブ |
| SE9502257D0 (sv) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Asea Brown Boveri | High voltage measuring device |
| DE19634251A1 (de) * | 1996-08-26 | 1998-03-05 | Abb Patent Gmbh | Spannungswandler |
| GB2342161B (en) * | 1998-09-30 | 2000-12-20 | Ando Electric | Electro-optic probe |
| JP2000221213A (ja) | 1998-11-24 | 2000-08-11 | Ando Electric Co Ltd | 電気光学プロ―ブ |
| DE19955978C2 (de) * | 1998-11-24 | 2002-06-27 | Ando Electric | Elektrooptische Sonde für ein Oszilloskop das eine Signalwellenform mißt |
| US6388434B1 (en) | 2000-01-17 | 2002-05-14 | Bechtel Bwxt Idaho, Llc | Electro-optic high voltage sensor |
| GB2371618B (en) * | 2001-01-30 | 2004-11-17 | Teraprobe Ltd | A probe, apparatus and method for examining a sample |
| US6894519B2 (en) * | 2002-04-11 | 2005-05-17 | Solid State Measurements, Inc. | Apparatus and method for determining electrical properties of a semiconductor wafer |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH482200A (de) * | 1968-04-23 | 1969-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren und Einrichtung zur Messung der zeitlichen Änderung der Feldstärke eines Magnetfeldes |
| FR2036264A5 (ja) * | 1969-03-10 | 1970-12-24 | Walter Transformateurs M | |
| JPS5740658A (en) * | 1980-08-22 | 1982-03-06 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Measuring apparatus for electric field |
| JPS58137768A (ja) * | 1982-02-09 | 1983-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 光電圧電界センサ |
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| JPS59106071U (ja) * | 1983-01-06 | 1984-07-17 | 株式会社明電舎 | 電界検出装置 |
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