JPH0695114B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
電圧検出装置Info
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- JPH0695114B2 JPH0695114B2 JP62174531A JP17453187A JPH0695114B2 JP H0695114 B2 JPH0695114 B2 JP H0695114B2 JP 62174531 A JP62174531 A JP 62174531A JP 17453187 A JP17453187 A JP 17453187A JP H0695114 B2 JPH0695114 B2 JP H0695114B2
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/07—Non contact-making probes
- G01R1/071—Non contact-making probes containing electro-optic elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- 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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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分岐干渉光の強度が変化する
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分岐干渉光の強度が変化する
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、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制度良く検出し
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制度良く検出し
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、本願の出願人によ
る「電圧検出装置」の名称の昭和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。
る「電圧検出装置」の名称の昭和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６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６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を介して光電交換素子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を介して光電交換素子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9
5,96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9
5,96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よ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）sin
2〔（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よ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）sin
2〔（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。
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６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。
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。
しかしながら第６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により所定の直線偏光状態の光
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
ったので、光ビームの利用率が悪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により所定の直線偏光状態の光
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
ったので、光ビームの利用率が悪いという問題があっ
た。
本発明は、簡単な光学系でかつ光ビームの利用率を高め
被測定物の所定部分の電圧を精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。
被測定物の所定部分の電圧を精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、光ビームを出力する光源と、光源からの光ビ
ームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐する分
岐手段と、前記第１の光ビームの光路上に配置され、第
１の光ビームの実効光路長を所定の屈折率に見合った光
路長に変換するための電気光学材料と、前記電気光学材
料の前記分岐手段とは反対の側の端面に設けられ、前記
分岐手段から前記電気光学材料に入射して前記電気光学
材料中を伝搬した第１の光ビームを前記電気光学材料か
ら前記分岐手段に向けて反射する第１の反射手段と、前
記第２の光ビームの光路上に配置され、前記分岐手段か
らの前記第２の光ビームを前記分岐手段に向けて反射す
る第２の反射手段と、前記第１の光ビームの反射光と前
記第２の光ビームの反射光とが前記分岐手段において干
渉した結果の出射光を検出する検出手段と、分岐手段か
らの干渉を生じた出射光を検出手段に案内する案内手段
とを備え、 前記第１の反射手段は、被測定物の所定部分に近接また
は接触させるように位置決め可能であり、 前記分岐手段，前記電気光学材料，前記第１の反射手段
および前記第２の反射手段は、協働して、空中伝搬部分
を有するマイケルソン干渉計として構成され、 前記第１の反射手段を被測定物の所定部分に近接または
接触させるとき、被測定物の所定部分の電圧に帰因する
電界によって前記電気光学材料の屈折率が変化し前記第
１の光ビームの実効光路長が変化して、前記干渉光の強
度が変化することを利用して、被測定物の所定部分の電
圧を検出するようになっ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。
ームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐する分
岐手段と、前記第１の光ビームの光路上に配置され、第
１の光ビームの実効光路長を所定の屈折率に見合った光
路長に変換するための電気光学材料と、前記電気光学材
料の前記分岐手段とは反対の側の端面に設けられ、前記
分岐手段から前記電気光学材料に入射して前記電気光学
材料中を伝搬した第１の光ビームを前記電気光学材料か
ら前記分岐手段に向けて反射する第１の反射手段と、前
記第２の光ビームの光路上に配置され、前記分岐手段か
らの前記第２の光ビームを前記分岐手段に向けて反射す
る第２の反射手段と、前記第１の光ビームの反射光と前
記第２の光ビームの反射光とが前記分岐手段において干
渉した結果の出射光を検出する検出手段と、分岐手段か
らの干渉を生じた出射光を検出手段に案内する案内手段
とを備え、 前記第１の反射手段は、被測定物の所定部分に近接また
は接触させるように位置決め可能であり、 前記分岐手段，前記電気光学材料，前記第１の反射手段
および前記第２の反射手段は、協働して、空中伝搬部分
を有するマイケルソン干渉計として構成され、 前記第１の反射手段を被測定物の所定部分に近接または
接触させるとき、被測定物の所定部分の電圧に帰因する
電界によって前記電気光学材料の屈折率が変化し前記第
１の光ビームの実効光路長が変化して、前記干渉光の強
度が変化することを利用して、被測定物の所定部分の電
圧を検出するようになっ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、分岐手段，電気光学材料，第１の反射手
段，第２の反射手段により構成されている空中伝搬部分
を有するマイケルソン干渉計に、光源からの光ビームを
入射させる。光源から光ビームは、先ず、分岐手段によ
って、第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され
る。第２の光ビームは、第２の反射手段に達し、そこで
反射され、再び分岐手段に戻る。また第１の光ビーム
は、電気光学材料に入射し、電気光学材料中を伝搬し、
第１の反射手段に達し、そこで反射され、電気光学材料
中を伝搬して再び分岐手段に戻る。分岐手段に戻った第
１の光ビーム，第２の光ビームは、分岐手段において干
渉し、分岐手段からは、干渉を生じた出射光が検出手段
に送られる。
段，第２の反射手段により構成されている空中伝搬部分
を有するマイケルソン干渉計に、光源からの光ビームを
入射させる。光源から光ビームは、先ず、分岐手段によ
って、第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され
る。第２の光ビームは、第２の反射手段に達し、そこで
反射され、再び分岐手段に戻る。また第１の光ビーム
は、電気光学材料に入射し、電気光学材料中を伝搬し、
第１の反射手段に達し、そこで反射され、電気光学材料
中を伝搬して再び分岐手段に戻る。分岐手段に戻った第
１の光ビーム，第２の光ビームは、分岐手段において干
渉し、分岐手段からは、干渉を生じた出射光が検出手段
に送られる。
ところで、第１の反射手段を被測定物の所定部分に近接
または接触させて位置決めするとき、被測定物の所定部
分の電圧に応じた電界が電気光学材料内に発生し、電気
光学材料の屈折率が変化し、この結果、被測定物の所定
部分の電圧に応じて、電気光学材料内を伝搬する第１の
光ビームの実効光路長が変わる。これにより、第２の光
ビームの光路長が例えば一定のものであるとすると、分
岐手段から出力される干渉を生じた出射光の強度は、電
圧に依存して変化して、これを検出手段によって検出す
ることで、被測定物の所定部分の電圧を検出することが
できる。
または接触させて位置決めするとき、被測定物の所定部
分の電圧に応じた電界が電気光学材料内に発生し、電気
光学材料の屈折率が変化し、この結果、被測定物の所定
部分の電圧に応じて、電気光学材料内を伝搬する第１の
光ビームの実効光路長が変わる。これにより、第２の光
ビームの光路長が例えば一定のものであるとすると、分
岐手段から出力される干渉を生じた出射光の強度は、電
圧に依存して変化して、これを検出手段によって検出す
ることで、被測定物の所定部分の電圧を検出することが
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第１の実施例の
部分概略構成図である。
部分概略構成図である。
第１図の電圧検出装置では、光プローブ10の底壁に電気
光学材料12が形成されている。電気光学材料12の側壁す
なわち外周部の一部には導電性電極13が設けられ、電気
光学材料12の先端には金属あるいは誘電体多層膜の反射
鏡14が設けられている。
光学材料12が形成されている。電気光学材料12の側壁す
なわち外周部の一部には導電性電極13が設けられ、電気
光学材料12の先端には金属あるいは誘電体多層膜の反射
鏡14が設けられている。
また光プローブ10の内部には、光源53からの光ビームを
反射鏡11と電気光学材料12とに向かう光ビームに分岐し
さらに反射鏡11からの反射光と電気光学材料12からの反
射光との間で干渉した出射光を分割して出力させるビー
ムスプリッタ16が設けられている。ビームスプリッタ16
で分割された出射光は、集光レンズ17から１本の光ファ
イバ18を介して検出器19に出力されるようになってい
る。
反射鏡11と電気光学材料12とに向かう光ビームに分岐し
さらに反射鏡11からの反射光と電気光学材料12からの反
射光との間で干渉した出射光を分割して出力させるビー
ムスプリッタ16が設けられている。ビームスプリッタ16
で分割された出射光は、集光レンズ17から１本の光ファ
イバ18を介して検出器19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では、光源53から出力さ
れる光ビームは集光レンズ20,光ファイバ21,コリメータ
22を介してビームスプリッタ16に入射し、ビームスプリ
ッタ16において反射鏡11に向かう光ビームと電気光学材
料12に向かう光ビームとに分岐される。電気光学材料12
に入射し、反射鏡14で反射された反射光と、反射鏡11に
入射し反射鏡11で反射された反射光とは、再びビームス
プリッタ16に戻り干渉し出射光となってビームスプリッ
タ16から集光レンズ17を介して１本の光ファイバ18に出
力され光ファイバ18で案内されて検出器19に加わる。
れる光ビームは集光レンズ20,光ファイバ21,コリメータ
22を介してビームスプリッタ16に入射し、ビームスプリ
ッタ16において反射鏡11に向かう光ビームと電気光学材
料12に向かう光ビームとに分岐される。電気光学材料12
に入射し、反射鏡14で反射された反射光と、反射鏡11に
入射し反射鏡11で反射された反射光とは、再びビームス
プリッタ16に戻り干渉し出射光となってビームスプリッ
タ16から集光レンズ17を介して１本の光ファイバ18に出
力され光ファイバ18で案内されて検出器19に加わる。
ところで、電気光学材料12は、被測定物の所定部分の電
圧により屈折率が変化し、これにより電気光学材料12の
実効光路長が変化する。
圧により屈折率が変化し、これにより電気光学材料12の
実効光路長が変化する。
電気光学材料12の光の進行方向の厚さをｌとし、電圧が
印加されていない状態での電気光学材料12の屈折率をn0
とすると、このときの往復の光路長は2ln0となる。また
所定の電圧が印加された状態での電気光学材料12の屈折
率をｎとすると、往復の光路長は2lnとなる。従って電
圧が印加された時と電圧が印加されない時との間で生じ
る光路長差は、 2l|n−n0｜ ……（１） となる。このように、電圧検出装置12に印加される電圧
により、電気光学材料12内における光ビームの実効光路
長が変化するので、電気光学材料12からの反射光と反射
鏡11からの反射光とが干渉した結果の光強度は、第２図
に示すように電気光学材料12に加わる電圧によって変化
する。
印加されていない状態での電気光学材料12の屈折率をn0
とすると、このときの往復の光路長は2ln0となる。また
所定の電圧が印加された状態での電気光学材料12の屈折
率をｎとすると、往復の光路長は2lnとなる。従って電
圧が印加された時と電圧が印加されない時との間で生じ
る光路長差は、 2l|n−n0｜ ……（１） となる。このように、電圧検出装置12に印加される電圧
により、電気光学材料12内における光ビームの実効光路
長が変化するので、電気光学材料12からの反射光と反射
鏡11からの反射光とが干渉した結果の光強度は、第２図
に示すように電気光学材料12に加わる電圧によって変化
する。
すなわち光強度Ｉは、 Ｉ∝cos2〔（π/2）（V/V0）＋φ〕 ……（２） で与えられる。ここでV0は半波長電圧、Ｖは被測定電
圧、φは電圧が印加されていないときの位相差すなわち
初期位相差であり、 φ＝２πＣ・ΔL/λ ……（３） で与えられる。Ｃは光速、ΔＬは相対光路差、λは波長
である。なお相対光路差ΔＬは、ビームスプリッタ16か
ら反射鏡11までの光学距離をＬとし、ビームスプリッタ
16から電気光学材料12の入射端面までの光学距離をＬ′
とすると、 ΔＬ＝２・|L−（Ｌ′＋n0・ｌ）｜ で与えられる。
圧、φは電圧が印加されていないときの位相差すなわち
初期位相差であり、 φ＝２πＣ・ΔL/λ ……（３） で与えられる。Ｃは光速、ΔＬは相対光路差、λは波長
である。なお相対光路差ΔＬは、ビームスプリッタ16か
ら反射鏡11までの光学距離をＬとし、ビームスプリッタ
16から電気光学材料12の入射端面までの光学距離をＬ′
とすると、 ΔＬ＝２・|L−（Ｌ′＋n0・ｌ）｜ で与えられる。
この初期位相差φを制御するために、反射鏡11を例えば
マイクロメータによって移動可能に設置し、反射鏡11と
ビームスプリッタ16との光学距離Ｌを可変にする機構を
設けても良い。
マイクロメータによって移動可能に設置し、反射鏡11と
ビームスプリッタ16との光学距離Ｌを可変にする機構を
設けても良い。
このようにして、集光レンズ17から出力される光強度Ｉ
を検出器19において検出することにより、被測定物の所
定部分の電圧を検出することができる。
を検出器19において検出することにより、被測定物の所
定部分の電圧を検出することができる。
またコリメータ22とビームスプリッタ16との間に光源53
からの光ビームから参照光を取出すビームスプリッタ
（図示せず）を設け、このビームスプリッタからの参照
光の強度と光ファイバ18からの出射光の強度とをさらに
比較回路（図示せず）により比較することで、出射光の
強度から光源53の強度ゆらぎの影響をなくし、電圧をよ
り精度良く検出するようにしても良い。
からの光ビームから参照光を取出すビームスプリッタ
（図示せず）を設け、このビームスプリッタからの参照
光の強度と光ファイバ18からの出射光の強度とをさらに
比較回路（図示せず）により比較することで、出射光の
強度から光源53の強度ゆらぎの影響をなくし、電圧をよ
り精度良く検出するようにしても良い。
このように、本実施例では被測定物の所定部分の電圧に
よって電気光学材料12内の光路長が相違し、集光レンズ
17から出力される干渉後の光強度が変化することを利用
して被測定物の所定部分の電圧を検出することができ
る。
よって電気光学材料12内の光路長が相違し、集光レンズ
17から出力される干渉後の光強度が変化することを利用
して被測定物の所定部分の電圧を検出することができ
る。
これにより、ビームスプリッタ16を用いてはいるもの
の、光ビームから所定の直線偏波成分を抽出しないの
で、光ビームの利用率を著しく高めることができて、さ
らに検出器19では光強度を検出するだけで良いので、検
出器19に干渉の生じた光を案内するのに１本の光ファイ
バ18だけを備えていれば良く、極めて簡単な構成で電圧
を精度良く検出することができる。
の、光ビームから所定の直線偏波成分を抽出しないの
で、光ビームの利用率を著しく高めることができて、さ
らに検出器19では光強度を検出するだけで良いので、検
出器19に干渉の生じた光を案内するのに１本の光ファイ
バ18だけを備えていれば良く、極めて簡単な構成で電圧
を精度良く検出することができる。
第３図は本発明に係る電圧検出装置の第２の実施例の部
分概略構成図である。第３図の電圧検出装置では、電圧
が印加されたときに屈折率が大きくなる電気光学材料25
と、電圧が印加されたときに屈折率が小さくなる電気光
学材料26とが形成され、これらの電気光学材料25,26の
先端には金属あるいは誘電体多層膜の反射鏡27が設けら
れている。また光プローブ23の内部には、光ビームを電
気光学材料25に向かう光ビームと電気光学材料26に向か
う光ビームとに分岐しさらに電気光学材料25からの反射
光と電気光学材料26からの反射光との間で干渉した光を
分割して出力させるビームスプリッタ28が設けられてい
る。なお、電気光学材料26への入射光はビームスプリッ
タ28から反射鏡24を介して入射するようになっている。
分概略構成図である。第３図の電圧検出装置では、電圧
が印加されたときに屈折率が大きくなる電気光学材料25
と、電圧が印加されたときに屈折率が小さくなる電気光
学材料26とが形成され、これらの電気光学材料25,26の
先端には金属あるいは誘電体多層膜の反射鏡27が設けら
れている。また光プローブ23の内部には、光ビームを電
気光学材料25に向かう光ビームと電気光学材料26に向か
う光ビームとに分岐しさらに電気光学材料25からの反射
光と電気光学材料26からの反射光との間で干渉した光を
分割して出力させるビームスプリッタ28が設けられてい
る。なお、電気光学材料26への入射光はビームスプリッ
タ28から反射鏡24を介して入射するようになっている。
このような構成の電圧検出装置では、第１の実施例と同
様に電気光学材料25からの反射光と電気光学材料26から
の反射光とをビームスプリッタ28で干渉させ、干渉した
結果の光強度が電気光学材料25,26に加わる電圧によっ
て変化することを利用して、被測定物の所定部分の電圧
を検出することができる。ところで、この第２の実施例
では、電圧が印加されたときの屈折率変化が互いに反対
の特性をもつ電気光学材料25,26を用いているので、干
渉の結果生ずる光強度変化は第１の実施例に比べてさら
に大きくなり感度を向上させることができる。
様に電気光学材料25からの反射光と電気光学材料26から
の反射光とをビームスプリッタ28で干渉させ、干渉した
結果の光強度が電気光学材料25,26に加わる電圧によっ
て変化することを利用して、被測定物の所定部分の電圧
を検出することができる。ところで、この第２の実施例
では、電圧が印加されたときの屈折率変化が互いに反対
の特性をもつ電気光学材料25,26を用いているので、干
渉の結果生ずる光強度変化は第１の実施例に比べてさら
に大きくなり感度を向上させることができる。
なお上述した第１および第２の実施例において、ビーム
スプリッタ16,28に戻った反射光の一部は光源53に向か
い光源53の安定性を害する場合がある。このために、コ
リメータ22とビームスプリッタ16あるいは28との間にコ
リメータ22へ向かう光を遮断する光アイソレータ（図示
せず）を介設してビームスプリッタ16あるいは28からコ
リメータ22,光源53への戻り光をなくすようにするのが
良い。また電気光学材料12,25,26の入射端面、ビームス
プリッタ16,28の表面には反射防止膜をコーティングす
るのが良い。
スプリッタ16,28に戻った反射光の一部は光源53に向か
い光源53の安定性を害する場合がある。このために、コ
リメータ22とビームスプリッタ16あるいは28との間にコ
リメータ22へ向かう光を遮断する光アイソレータ（図示
せず）を介設してビームスプリッタ16あるいは28からコ
リメータ22,光源53への戻り光をなくすようにするのが
良い。また電気光学材料12,25,26の入射端面、ビームス
プリッタ16,28の表面には反射防止膜をコーティングす
るのが良い。
さらに上述した第１および第２の実施例において、電気
光学材料12,25,26は一軸性結晶であっても良いしあるい
は等方性結晶であっても良い。
光学材料12,25,26は一軸性結晶であっても良いしあるい
は等方性結晶であっても良い。
また上述の実施例では、ビームスプリッタ16または28で
光源53からの光ビームを分岐させ、分岐した２つの光ビ
ームの反射光を干渉させる際、２つの光ビームすなわち
反射光の光軸が完全に一致している場合を想定してい
る。ところで、２つの反射光の光軸が僅かにずれている
ときには、干渉の結果の出射光は、空間的に干渉縞を示
す。電気光学材料12または25,26に電圧が加わり２つの
反射光の相対光路差が変化すると、この干渉縞が移動
し、明暗の干渉パターンが反転する。このように２つの
反射光の光軸がずれている場合にも干渉縞の移動すなわ
ち干渉パターンの明暗変化を集光レンズ17,光ファイバ1
8を介して検出器19により検出することで、２つの反射
光の光軸が完全に一致している場合と同様にして被測定
物の所定部分の電圧を検出することが可能となる。
光源53からの光ビームを分岐させ、分岐した２つの光ビ
ームの反射光を干渉させる際、２つの光ビームすなわち
反射光の光軸が完全に一致している場合を想定してい
る。ところで、２つの反射光の光軸が僅かにずれている
ときには、干渉の結果の出射光は、空間的に干渉縞を示
す。電気光学材料12または25,26に電圧が加わり２つの
反射光の相対光路差が変化すると、この干渉縞が移動
し、明暗の干渉パターンが反転する。このように２つの
反射光の光軸がずれている場合にも干渉縞の移動すなわ
ち干渉パターンの明暗変化を集光レンズ17,光ファイバ1
8を介して検出器19により検出することで、２つの反射
光の光軸が完全に一致している場合と同様にして被測定
物の所定部分の電圧を検出することが可能となる。
また本発明は光源53として直流光源を用い検出器19にス
トリークカメラ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できる。
トリークカメラ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できる。
第４図は、ストリークカメラ33を用いたときの電圧検出
装置の部分構成図である。第４図において、光プローブ
10または23内のビームスプリッタ16または28で２つの反
射光が干渉した結果の出射光OUTは、ビームエキスパン
ダなどの拡大光学系30により拡大され平行光となって光
プローブ10または23の側壁に設けられた受光面31に入射
し、光ファイバの束32を介してストリークカメラ33に加
わるようになっている。
装置の部分構成図である。第４図において、光プローブ
10または23内のビームスプリッタ16または28で２つの反
射光が干渉した結果の出射光OUTは、ビームエキスパン
ダなどの拡大光学系30により拡大され平行光となって光
プローブ10または23の側壁に設けられた受光面31に入射
し、光ファイバの束32を介してストリークカメラ33に加
わるようになっている。
ストリークカメラ33は、第５図に示すように、光ファイ
バの束32がライン状に並列的に配置されるスリット34
と、光ファイバの束32からの透過光がスリット34を介し
て入射するレンズ35と、レンズ35により集光された各透
過光がライン状に入射する光電面36と、光電面36により
光電変換されたライン状の電子ビームを横方向に偏向さ
せる偏向電極37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38と、マイクロチャンネルプ
レート38からの電子ビームが入射する螢光面39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
38と螢光面39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35は
円筒形状に示されているが、通常は円筒形のものとなっ
ていない。
バの束32がライン状に並列的に配置されるスリット34
と、光ファイバの束32からの透過光がスリット34を介し
て入射するレンズ35と、レンズ35により集光された各透
過光がライン状に入射する光電面36と、光電面36により
光電変換されたライン状の電子ビームを横方向に偏向さ
せる偏向電極37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38と、マイクロチャンネルプ
レート38からの電子ビームが入射する螢光面39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
38と螢光面39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35は
円筒形状に示されているが、通常は円筒形のものとなっ
ていない。
このようなストリークカメラ33を用いる場合にも、前述
のように、光ビームの光軸を一致させて観測しても良い
し、光軸を少しずらして光ビーム径内の干渉縞を拡大光
学系30で拡大し、その中のライン部分をストリークカメ
ラ33のスリット34で抜き出して観測しても良い。光軸を
精度良く一致させた状態を保つことは困難であるが、こ
のように干渉縞をそのままストリークカメラ33でストリ
ーク像FGとして観測すれば、光軸が少しずれていてもこ
れに影響されずに観測することができるので、振動など
による光学系の位置ずれによる計測誤差をなくし精度良
く計測することができる。
のように、光ビームの光軸を一致させて観測しても良い
し、光軸を少しずらして光ビーム径内の干渉縞を拡大光
学系30で拡大し、その中のライン部分をストリークカメ
ラ33のスリット34で抜き出して観測しても良い。光軸を
精度良く一致させた状態を保つことは困難であるが、こ
のように干渉縞をそのままストリークカメラ33でストリ
ーク像FGとして観測すれば、光軸が少しずれていてもこ
れに影響されずに観測することができるので、振動など
による光学系の位置ずれによる計測誤差をなくし精度良
く計測することができる。
なおストリークカメラ33を用いるかわりに光源53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検出器に光電変換素子を
用いて被測定物の高速な時間変化を非常に短かい時間幅
でサンプリングするようにしても良い。
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検出器に光電変換素子を
用いて被測定物の高速な時間変化を非常に短かい時間幅
でサンプリングするようにしても良い。
さらに光ビームが通過する部分を除き光プローブ10,23
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。
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。
以上に説明したように、本発明によれば、被測定物の所
定部分の電圧を測定する場合に、第１の反射手段を被測
定物の所定部分に近接または接触させ、被測定物の所定
部分の電圧に応じた電界を電気光学材料内に発生させて
電気光学材料の屈折率を変化させ、分岐手段，電気光学
材料，第１の反射手段，第２の反射手段により構成され
ている空中伝搬部分を有するマイケルソン干渉計に、光
源からの光ビームが入射するとき、第１の光ビームの電
気光学材料中の実効光路長が電気光学材料の屈折率に応
じて変化し、これに伴ない復帰手段からの干渉を生じた
出射光の強度が変化することを利用し、干渉を生じた出
射光の強度を検出することで、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、光源からの光ビーム
の利用率を高めるとともに光学系を簡単にすることがで
きて、特に案内手段を例えば１本の光ファイバで構成す
ることが可能となり、検出手段において被測定物の所定
部分の電圧を精度良くかつ感度良く検出することができ
る。
定部分の電圧を測定する場合に、第１の反射手段を被測
定物の所定部分に近接または接触させ、被測定物の所定
部分の電圧に応じた電界を電気光学材料内に発生させて
電気光学材料の屈折率を変化させ、分岐手段，電気光学
材料，第１の反射手段，第２の反射手段により構成され
ている空中伝搬部分を有するマイケルソン干渉計に、光
源からの光ビームが入射するとき、第１の光ビームの電
気光学材料中の実効光路長が電気光学材料の屈折率に応
じて変化し、これに伴ない復帰手段からの干渉を生じた
出射光の強度が変化することを利用し、干渉を生じた出
射光の強度を検出することで、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、光源からの光ビーム
の利用率を高めるとともに光学系を簡単にすることがで
きて、特に案内手段を例えば１本の光ファイバで構成す
ることが可能となり、検出手段において被測定物の所定
部分の電圧を精度良くかつ感度良く検出することができ
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、第２図は第１図の電圧検出装置において検出され
るべき光強度の電圧依存性を示す図、第３図は本発明に
係る電圧検出装置の第２の実施例の構成図、第４図はス
トリークカメラを用いたときの電圧検出装置の部分構成
図、第５図はストリークカメラの概略構成図、第６図は
従来の電圧検出装置の構成図である。 10…光プローブ、11,14,27…反射鏡、12,25,26…電気光
学材料、 16,28…ビームスプリッタ、 18…光ファイバ、19…検出器、53…光源
成図、第２図は第１図の電圧検出装置において検出され
るべき光強度の電圧依存性を示す図、第３図は本発明に
係る電圧検出装置の第２の実施例の構成図、第４図はス
トリークカメラを用いたときの電圧検出装置の部分構成
図、第５図はストリークカメラの概略構成図、第６図は
従来の電圧検出装置の構成図である。 10…光プローブ、11,14,27…反射鏡、12,25,26…電気光
学材料、 16,28…ビームスプリッタ、 18…光ファイバ、19…検出器、53…光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−160770（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−198120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−253878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−24863（ＪＰ，Ａ) 特表 昭59−500186（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】光ビームを出力する光源と、光源からの光
ビームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐する
分岐手段と、前記第１の光ビームの光路上に配置され、
第１の光ビームの実効光路長を所定の屈折率に見合った
光路長に変換するための電気光学材料と、前記電気光学
材料の端面に設けられ、前記分岐手段から前記電気光学
材料に入射して前記電気光学材料中を伝搬した第１の光
ビームを前記電気光学材料から前記分岐手段に向けて反
射する第１の反射手段と、前記第２の光ビームの光路上
に配置され、前記分岐手段からの前記第２の光ビームを
前記分岐手段に向けて反射する第２の反射手段と、前記
第１の光ビームの反射光と前記第２の光ビームの反射光
とが前記分岐手段において干渉した結果の出射光を検出
する検出手段と、分岐手段からの干渉を生じた出射光を
検出手段に案内する案内手段とを備え、 前記第１の反射手段は、被測定物の所定部分に近接また
は接触させるように位置決め可能であり、 被測定物の所定部分の電圧に起因する電界によって前記
電気光学材料の屈折率が変化し前記第１の光ビームの実
効光路長が変化して、前記干渉光の強度が変化すること
を利用して、被測定物の所定部分の電圧を検出すること
を特徴とする電圧検出装置。 - 【請求項２】前記分岐手段と前記第２の反射手段との間
を伝搬する第２の光ビームの実効光路長は、一定のもの
に保持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３】前記第２の光ビームの光路上には、電圧の
加わったときに前記第１の光ビームの光路上に配置され
ている電気光学材料とは反対の屈折率変化をする第２の
電気光学材料が配置され、前記第２の反射手段は、該第
２の電気光学材料の前記分岐手段とは反対の側の端面に
設けられており、また、前記第１の反射手段および電気
光学材料と前記第２の反射手段および第２の電気光学材
料は、被測定物の所定部分に同時に近接または接触する
ように位置決め可能であり、前記第１の反射手段と前記
第２の反射手段とを同時に被測定物の所定部分に近接ま
たは接触させるとき、被測定物の所定部分の電圧に起因
する電界が電気光学材料および第２の電気光学材料に同
時に生ずるように、配置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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62174531A JPH0695114B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 電圧検出装置 |
| EP88111133A EP0299427B1 (en) | 1987-07-13 | 1988-07-12 | Voltage detector |
| US07/217,793 US4864220A (en) | 1987-07-13 | 1988-07-12 | Voltage detector using electro-optic material and interference of light beams |
| DE88111133T DE3884489T2 (de) | 1987-07-13 | 1988-07-12 | Spannungsdetektor. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62174531A JPH0695114B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6418070A JPS6418070A (en) | 1989-01-20 |
| JPH0695114B2 true JPH0695114B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=15980158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62174531A Expired - Lifetime JPH0695114B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 電圧検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4864220A (ja) |
| EP (1) | EP0299427B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0695114B2 (ja) |
| DE (1) | DE3884489T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0769351B2 (ja) * | 1988-05-30 | 1995-07-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電気信号観測装置 |
| US4928058A (en) * | 1989-05-23 | 1990-05-22 | The University Of Rochester | Electro-optic signal measurement |
| JP2742473B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1998-04-22 | 浜松ホトニクス株式会社 | 高速電圧測定装置 |
| DE69206654T2 (de) * | 1991-03-26 | 1996-07-11 | Hamamatsu Photonics Kk | Optischer Spannungsdetektor |
| JP3220252B2 (ja) * | 1992-09-10 | 2001-10-22 | 浜松ホトニクス株式会社 | Ｅｏプローブ |
| JP3317801B2 (ja) * | 1994-01-12 | 2002-08-26 | 浜松ホトニクス株式会社 | ２次元電圧検出装置 |
| DE19810781C1 (de) * | 1998-03-06 | 1999-08-26 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Spannung oder einer elektrischen Feldstärke |
| US6429429B1 (en) * | 2000-06-22 | 2002-08-06 | Ford Global Technologies, Inc. | Night vision system utilizing a diode laser illumination module and a method related thereto |
| FR2982370B1 (fr) * | 2011-11-03 | 2013-11-15 | Kapteos | Procede et dispositif de mesure d'une tension |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4446425A (en) * | 1982-02-12 | 1984-05-01 | The University Of Rochester | Measurement of electrical signals with picosecond resolution |
| GB2123546B (en) * | 1982-07-06 | 1985-06-05 | Standard Telephones Cables Ltd | Interferometric sensor |
| JPS59160770A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-11 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光電圧計 |
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| US4618819A (en) * | 1984-03-27 | 1986-10-21 | The University Of Rochester | Measurement of electrical signals with subpicosecond resolution |
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