JPH11183528A - 光学式電圧・電界センサー - Google Patents
光学式電圧・電界センサーInfo
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- JPH11183528A JPH11183528A JP9367287A JP36728797A JPH11183528A JP H11183528 A JPH11183528 A JP H11183528A JP 9367287 A JP9367287 A JP 9367287A JP 36728797 A JP36728797 A JP 36728797A JP H11183528 A JPH11183528 A JP H11183528A
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- voltage
- electro
- optical
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型、且つ、軽量な光学式電圧・電界センサー
を実現する。 【解決手段】シリコン基板（１）上に、レーザーダイオ
ード（２）と、該レーザーダイオードの出力光を伝搬す
る光導波路（３）と、該光導波路から出力される光をコ
リメート光に変換するセルホックレンズ（４）と前記コ
リメート光を入射する偏光子（５）と、該偏光子を通過
した光を入射するλ／８板（６）と、該λ／８板を通過
した光を入射する電気光学素子（７）と、該電気光学素
子を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させ
る為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子
（５）の上面にフォトダイオード（９）を配置し、更
に、前記電気光学素子（７）に電極を設けた構成を特徴
とすることにより小型、且つ、軽量な光学式電圧・電界
センサーとする。
を実現する。 【解決手段】シリコン基板（１）上に、レーザーダイオ
ード（２）と、該レーザーダイオードの出力光を伝搬す
る光導波路（３）と、該光導波路から出力される光をコ
リメート光に変換するセルホックレンズ（４）と前記コ
リメート光を入射する偏光子（５）と、該偏光子を通過
した光を入射するλ／８板（６）と、該λ／８板を通過
した光を入射する電気光学素子（７）と、該電気光学素
子を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させ
る為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子
（５）の上面にフォトダイオード（９）を配置し、更
に、前記電気光学素子（７）に電極を設けた構成を特徴
とすることにより小型、且つ、軽量な光学式電圧・電界
センサーとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式電圧・電界セ
ンサーに関し、特に、軽量、且つ、コンパクトな光学式
電圧・電界センサーに関する。
ンサーに関し、特に、軽量、且つ、コンパクトな光学式
電圧・電界センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電力系統の大規模化、高度化に伴
ってその系統の計測制御システムの重要性が増している
中で発変電所に於いては制御、保護装置のオールディジ
タル化に伴う構内光情報伝送システムの適用により電圧
・電界計測に於いても光技術の適用が増している。 電
圧・電界を光学的測定する方法としては、ＺｎＴｅ、Ｇ
ａＰ、ＬｉＮｂＯ3等の光学結晶（以下、電気光学素子
と称す）が印加された電界強度に比例してその屈折率が
変化する所謂１次電気光学効果（以下、ポッケルス効果
と称す）を利用するのが一般的である。図４中は従来の
光学式電圧・電界センサーの構造の一例を示す図であっ
て、レーザダイオード（１００）、マルチモードファイ
バー（１０１）、偏光子（１０２）、λ／８板（１０
３）、電気光学素子（１０４）、電極（１０５）、電圧
源（１０６）、ミラー（１０７）、マルチモード光ファ
イバ（１０８）及び、フォトダイオード（１０９）を具
備しており、その構造及び、動作は以下の通りである。
先ず、レーザダイオード（１００）より出射した測定光
が、入射側のマルチモードファイバ（１０１）を介して
偏光子（１０２）に入射しこれにより直線偏光のみが出
射する。前記直線偏光はλ／８板（１０３）に入射し、
これにより楕円偏光に変換された出力光が電気光学素子
（１０４）に入射する。前記電気光学素子（１０４）は
両端に透明電極（１０５）を設けてあり、これに被測定
電圧源（１０６）からの電圧を印加すると測定光の伝搬
方向と平行に電圧が印加され、ポッケルス効果により印
加電圧に比例して測定光の偏光成分が変化する。前記電
気光学素子（１０４）より出射した測定光は電圧による
測定光の偏光成分の変化を大きくして測定感度を高める
為、配置したミラー（１０７）に入射し、該ミラー（１
０７）で反射された後、再び電気光学素子（１０４）に
入射し、ポッケルス効果による偏光成分の変化を受け
る。電気光学素子（１０４）を通過した測定光はλ／８
（１０３）に入射し、偏光成分が変化し、偏光子（１０
２）に入射する。該偏光子（１０２）に入射した測定光
は、電気光学素子（１０４）に印加した電圧に応じて変
化した偏光成分のみが、出射側マルチモードファイバ
（１０８）に入射する。 該マルチモードファイバ（１
０８）を伝搬した測定光は、フォトダイオード（１０
９）で光電気変換され、該フォトダイオード（１０９）
の出力信号レベルを測定することで電気光学素子（１０
４）に印加している電圧を測定することができる。
ってその系統の計測制御システムの重要性が増している
中で発変電所に於いては制御、保護装置のオールディジ
タル化に伴う構内光情報伝送システムの適用により電圧
・電界計測に於いても光技術の適用が増している。 電
圧・電界を光学的測定する方法としては、ＺｎＴｅ、Ｇ
ａＰ、ＬｉＮｂＯ3等の光学結晶（以下、電気光学素子
と称す）が印加された電界強度に比例してその屈折率が
変化する所謂１次電気光学効果（以下、ポッケルス効果
と称す）を利用するのが一般的である。図４中は従来の
光学式電圧・電界センサーの構造の一例を示す図であっ
て、レーザダイオード（１００）、マルチモードファイ
バー（１０１）、偏光子（１０２）、λ／８板（１０
３）、電気光学素子（１０４）、電極（１０５）、電圧
源（１０６）、ミラー（１０７）、マルチモード光ファ
イバ（１０８）及び、フォトダイオード（１０９）を具
備しており、その構造及び、動作は以下の通りである。
先ず、レーザダイオード（１００）より出射した測定光
が、入射側のマルチモードファイバ（１０１）を介して
偏光子（１０２）に入射しこれにより直線偏光のみが出
射する。前記直線偏光はλ／８板（１０３）に入射し、
これにより楕円偏光に変換された出力光が電気光学素子
（１０４）に入射する。前記電気光学素子（１０４）は
両端に透明電極（１０５）を設けてあり、これに被測定
電圧源（１０６）からの電圧を印加すると測定光の伝搬
方向と平行に電圧が印加され、ポッケルス効果により印
加電圧に比例して測定光の偏光成分が変化する。前記電
気光学素子（１０４）より出射した測定光は電圧による
測定光の偏光成分の変化を大きくして測定感度を高める
為、配置したミラー（１０７）に入射し、該ミラー（１
０７）で反射された後、再び電気光学素子（１０４）に
入射し、ポッケルス効果による偏光成分の変化を受け
る。電気光学素子（１０４）を通過した測定光はλ／８
（１０３）に入射し、偏光成分が変化し、偏光子（１０
２）に入射する。該偏光子（１０２）に入射した測定光
は、電気光学素子（１０４）に印加した電圧に応じて変
化した偏光成分のみが、出射側マルチモードファイバ
（１０８）に入射する。 該マルチモードファイバ（１
０８）を伝搬した測定光は、フォトダイオード（１０
９）で光電気変換され、該フォトダイオード（１０９）
の出力信号レベルを測定することで電気光学素子（１０
４）に印加している電圧を測定することができる。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、この
ような光学式電圧・電界センサーは光ファイバを使用す
ることで形状が大きくなり、小型化と軽量化が困難であ
る問題があった。更に、センサーを組み立てる際に光フ
ァイバーの配線等が煩雑となり組立コストが増大すると
いう欠点もあった。
ような光学式電圧・電界センサーは光ファイバを使用す
ることで形状が大きくなり、小型化と軽量化が困難であ
る問題があった。更に、センサーを組み立てる際に光フ
ァイバーの配線等が煩雑となり組立コストが増大すると
いう欠点もあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記請求項１記載の発明
は、シリコン基板上に、レーザダイオードと、該レーザ
ダイオードの出力光を伝搬する光導波路と、該光導波路
から出力される光をコリメート光に変換するセルホック
レンズと、前記コリメート光を入射する偏光子と、該偏
光子を通過した光を入射するλ／８板と、該λ／８板を
通過した光を入射する電気光学素子と、該電気光学素子
を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させる
為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子の上
面にフォトダイオードを配置し、更に、前記電気光学素
子には被測定電圧を印加する電極を具備していることを
特徴としている。
は、シリコン基板上に、レーザダイオードと、該レーザ
ダイオードの出力光を伝搬する光導波路と、該光導波路
から出力される光をコリメート光に変換するセルホック
レンズと、前記コリメート光を入射する偏光子と、該偏
光子を通過した光を入射するλ／８板と、該λ／８板を
通過した光を入射する電気光学素子と、該電気光学素子
を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させる
為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子の上
面にフォトダイオードを配置し、更に、前記電気光学素
子には被測定電圧を印加する電極を具備していることを
特徴としている。
【０００５】
【本発明の実施の形態例】以下に実施例に基づいて本発
明を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に基づいた光
学式電圧・電界センサーの一実施例の構成を示す上面図
であり、同図（ｂ）はその側面図である。前記図１に示
すように光学式電圧・電界センサーはシリコン基板
（１）上に、レーザダイオード（２）、光導波路
（３）、セルホックレンズ（４）、偏光子（５）、λ／
８板（６）、電気光学素子（７）、ミラー（９）を直列
に配置すると共に、前記偏光子（５）上にフォトダイオ
ード（９）を具備したものである。以下、構成及び、動
作について詳細に説明する。前記レーザダイオード
（２）より出射した測定光は、樹脂と比較し光の伝搬損
失の少ないＳｉＯ2で構成した光導波路（３）に入射
し、該光導波路（３）を介しセルホックレンズ（４）に
供給される。尚、この出力光を平行光（以下コリメート
光と称す）とする為、該セルホックレンズ（４）は光の
波長λに対して０．２５λピッチのものを用いる。該セ
ルホックレンズ（４）を出射した前記コリメート光は偏
光子（５）に入射し直線偏光として出射されλ／８板
（６）に入射し、これにより楕円偏光に変換され電気光
学素子（７）に入射する。該電気光学素子（７）の両端
には電極（１０）が設けられており、これに被測定電圧
源（１１）からの電圧（電界）が印加されている為、ポ
ッケルス効果により印加電圧に比例して測定光の偏光成
分が変化する。前記電気光学素子（７）より出射した測
定光はミラー（８）に入射し、更に、反射し再び電気光
学素子（７）に入射させることで例え微少な電圧であっ
ても測定光の偏光成分の変化が大きくなるようにしてい
る。更に、偏光成分が変化した測定光が再びλ／８板に
入射することにより偏光成分変化し、その後偏光子
（５）に入射する。該偏光子（５）に入射した測定光
は、偏光成分のみが図１（ｂ）の図中上方に９０度光路
を曲げられ出射し、フォトダイオード（９）に入射す
る。前記フォトダイオード（９）は入射した測定光を電
気信号に変換し出力する。この電気信号を測定すること
により電気光学素子（７）に印加している電圧を測定す
ることが可能となる。また、上記実施例では電気光学素
子に被測定電源の電圧が光の伝搬方向と平行に印加する
よう透明電極を備えたが、本発明はこれに限るものでな
く図２（上面図）及び、図３（側面図）に示すように被
測定電源の電圧が光の伝搬方向と垂直に印加するよう電
極を備えた構造であっても上記実施例で説明した内容と
同等の結果が得られることは言うまでもなく、また、こ
の場合電極は透明電極に限る必要はない。
明を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に基づいた光
学式電圧・電界センサーの一実施例の構成を示す上面図
であり、同図（ｂ）はその側面図である。前記図１に示
すように光学式電圧・電界センサーはシリコン基板
（１）上に、レーザダイオード（２）、光導波路
（３）、セルホックレンズ（４）、偏光子（５）、λ／
８板（６）、電気光学素子（７）、ミラー（９）を直列
に配置すると共に、前記偏光子（５）上にフォトダイオ
ード（９）を具備したものである。以下、構成及び、動
作について詳細に説明する。前記レーザダイオード
（２）より出射した測定光は、樹脂と比較し光の伝搬損
失の少ないＳｉＯ2で構成した光導波路（３）に入射
し、該光導波路（３）を介しセルホックレンズ（４）に
供給される。尚、この出力光を平行光（以下コリメート
光と称す）とする為、該セルホックレンズ（４）は光の
波長λに対して０．２５λピッチのものを用いる。該セ
ルホックレンズ（４）を出射した前記コリメート光は偏
光子（５）に入射し直線偏光として出射されλ／８板
（６）に入射し、これにより楕円偏光に変換され電気光
学素子（７）に入射する。該電気光学素子（７）の両端
には電極（１０）が設けられており、これに被測定電圧
源（１１）からの電圧（電界）が印加されている為、ポ
ッケルス効果により印加電圧に比例して測定光の偏光成
分が変化する。前記電気光学素子（７）より出射した測
定光はミラー（８）に入射し、更に、反射し再び電気光
学素子（７）に入射させることで例え微少な電圧であっ
ても測定光の偏光成分の変化が大きくなるようにしてい
る。更に、偏光成分が変化した測定光が再びλ／８板に
入射することにより偏光成分変化し、その後偏光子
（５）に入射する。該偏光子（５）に入射した測定光
は、偏光成分のみが図１（ｂ）の図中上方に９０度光路
を曲げられ出射し、フォトダイオード（９）に入射す
る。前記フォトダイオード（９）は入射した測定光を電
気信号に変換し出力する。この電気信号を測定すること
により電気光学素子（７）に印加している電圧を測定す
ることが可能となる。また、上記実施例では電気光学素
子に被測定電源の電圧が光の伝搬方向と平行に印加する
よう透明電極を備えたが、本発明はこれに限るものでな
く図２（上面図）及び、図３（側面図）に示すように被
測定電源の電圧が光の伝搬方向と垂直に印加するよう電
極を備えた構造であっても上記実施例で説明した内容と
同等の結果が得られることは言うまでもなく、また、こ
の場合電極は透明電極に限る必要はない。
【０００６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、本発明に基づく光学式電圧・電界センサーは光フ
ァイバを用いない為、小型、且つ、軽量化が可能となる
という著しい効果を奏する。また、一つのシリコン基板
上に全ての部品を搭載して一体化したことにより、セン
サーを被測定物にアッセンブリする作業が極めて容易に
なるという効果も有する。
ので、本発明に基づく光学式電圧・電界センサーは光フ
ァイバを用いない為、小型、且つ、軽量化が可能となる
という著しい効果を奏する。また、一つのシリコン基板
上に全ての部品を搭載して一体化したことにより、セン
サーを被測定物にアッセンブリする作業が極めて容易に
なるという効果も有する。
【図１】本発明に基づく光学式電圧・電界センサー一実
施例を示す図 （ａ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ａ−Ａ’切断面から観た図
施例を示す図 （ａ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ａ−Ａ’切断面から観た図
【図２】従来の光学式電圧・電界センサー
１・・シリコン基板 ２、１００・・レーザダイオード ３・・光導波路 ４・・セルホックレンズ ５、１０２・・偏光子 ６・・λ／８板 ７、１０４・・電気光学素子 ８・・ミラー ９、１０９・・フォトダイオード １０１、１０８・・マルチモードファイバ １０、１０５・・電極 １１、１０６・・電圧源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学式電圧・電界セ
ンサーに関し、特に、軽量、且つ、コンパクトな光学式
電圧・電界センサーに関する。
ンサーに関し、特に、軽量、且つ、コンパクトな光学式
電圧・電界センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電力系統の大規模化、高度化に伴
ってその系統の計測制御システムの重要性が増している
中で発変電所に於いては制御、保護装置のオールディジ
タル化に伴う構内光情報伝送システムの適用により電圧
・電界計測に於いても光技術の適用が増している。電圧
・電界を光学的測定する方法としては、ＺｎＴｅ、Ｇａ
Ｐ、ＬｉＮｂＯ３等の光学結晶（以下、電気光学素子と
称す）が印加された電界強度に比例してその屈折率が変
化する所謂１次電気光学効果（以下、ポッケルス効果と
称す）を利用するのが一般的である。図４中は従来の光
学式電圧・電界センサーの構造の一例を示す図であっ
て、レーザダイオード（１００）、マルチモードファイ
バー（１０１）、偏光子（１０２）、λ／８板（１０
３）、電気光学素子（１０４）、電極（１０５）、電圧
源（１０６）、ミラー（１０７）、マルチモード光ファ
イバ（１０８）及び、フォトダイオード（１０９）を具
備しており、その構造及び、動作は以下の通りである。
先ず、レーザダイオード（１００）より出射した測定光
が、入射側のマルチモードファイバ（１０１）を介して
偏光子（１０２）に入射しこれにより直線偏光のみが出
射する。前記直線偏光はλ／８板（１０３）に入射し、
これにより楕円偏光に変換された出力光が電気光学素子
（１０４）に入射する。前記電気光学素子（１０４）は
両端に透明電極（１０５）を設けてあり、これに被測定
電圧源（１０６）からの電圧を印加すると測定光の伝搬
方向と平行に電圧が印加され、ポッケルス効果により印
加電圧に比例して測定光の偏光成分が変化する。前記電
気光学素子（１０４）より出射した測定光は電圧による
測定光の偏光成分の変化を大きくして測定感度を高める
為、配置したミラー（１０７）に入射し、該ミラー（１
０７）で反射された後、再び電気光学素子（１０４）に
入射し、ポッケルス効果による偏光成分の変化を受け
る。電気光学素子（１０４）を通過した測定光はλ／８
（１０３）に入射し、偏光成分が変化し、偏光子（１０
２）に入射する。該偏光子（１０２）に入射した測定光
は、電気光学素子（１０４）に印加した電圧に応じて変
化した偏光成分のみが、出射側マルチモードファイバ
（１０８）に入射する。該マルチモードファイバ（１０
８）を伝搬した測定光は、フォトダイオード（１０９）
で光電気変換され、該フォトダイオード（１０９）の出
力信号レベルを測定することで電気光学素子（１０４）
に印加している電圧を測定することができる。
ってその系統の計測制御システムの重要性が増している
中で発変電所に於いては制御、保護装置のオールディジ
タル化に伴う構内光情報伝送システムの適用により電圧
・電界計測に於いても光技術の適用が増している。電圧
・電界を光学的測定する方法としては、ＺｎＴｅ、Ｇａ
Ｐ、ＬｉＮｂＯ３等の光学結晶（以下、電気光学素子と
称す）が印加された電界強度に比例してその屈折率が変
化する所謂１次電気光学効果（以下、ポッケルス効果と
称す）を利用するのが一般的である。図４中は従来の光
学式電圧・電界センサーの構造の一例を示す図であっ
て、レーザダイオード（１００）、マルチモードファイ
バー（１０１）、偏光子（１０２）、λ／８板（１０
３）、電気光学素子（１０４）、電極（１０５）、電圧
源（１０６）、ミラー（１０７）、マルチモード光ファ
イバ（１０８）及び、フォトダイオード（１０９）を具
備しており、その構造及び、動作は以下の通りである。
先ず、レーザダイオード（１００）より出射した測定光
が、入射側のマルチモードファイバ（１０１）を介して
偏光子（１０２）に入射しこれにより直線偏光のみが出
射する。前記直線偏光はλ／８板（１０３）に入射し、
これにより楕円偏光に変換された出力光が電気光学素子
（１０４）に入射する。前記電気光学素子（１０４）は
両端に透明電極（１０５）を設けてあり、これに被測定
電圧源（１０６）からの電圧を印加すると測定光の伝搬
方向と平行に電圧が印加され、ポッケルス効果により印
加電圧に比例して測定光の偏光成分が変化する。前記電
気光学素子（１０４）より出射した測定光は電圧による
測定光の偏光成分の変化を大きくして測定感度を高める
為、配置したミラー（１０７）に入射し、該ミラー（１
０７）で反射された後、再び電気光学素子（１０４）に
入射し、ポッケルス効果による偏光成分の変化を受け
る。電気光学素子（１０４）を通過した測定光はλ／８
（１０３）に入射し、偏光成分が変化し、偏光子（１０
２）に入射する。該偏光子（１０２）に入射した測定光
は、電気光学素子（１０４）に印加した電圧に応じて変
化した偏光成分のみが、出射側マルチモードファイバ
（１０８）に入射する。該マルチモードファイバ（１０
８）を伝搬した測定光は、フォトダイオード（１０９）
で光電気変換され、該フォトダイオード（１０９）の出
力信号レベルを測定することで電気光学素子（１０４）
に印加している電圧を測定することができる。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、この
ような光学式電圧・電界センサーは光ファイバを使用す
ることで形状が大きくなり、小型化と軽量化が困難であ
る問題があった。更に、センサーを組み立てる際に光フ
ァイバーの配線等が煩雑となり組立コストが増大すると
いう欠点もあった。
ような光学式電圧・電界センサーは光ファイバを使用す
ることで形状が大きくなり、小型化と軽量化が困難であ
る問題があった。更に、センサーを組み立てる際に光フ
ァイバーの配線等が煩雑となり組立コストが増大すると
いう欠点もあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記請求項１記載の発明
は、シリコン基板上に、レーザダイオードと、該レーザ
ダイオードの出力光を伝搬する光導波路と、該光導波路
から出力される光をコリメート光に変換するセルホック
レンズと、前記コリメート光を入射する偏光子と、該偏
光子を通過した光を入射するλ／８板と、該λ／８板を
通過した光を入射する電気光学素子と、該電気光学素子
を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させる
為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子の上
面にフォトダイオードを配置し、更に、前記電気光学素
子には被測定電圧を印加する電極を具備していることを
特徴としている。
は、シリコン基板上に、レーザダイオードと、該レーザ
ダイオードの出力光を伝搬する光導波路と、該光導波路
から出力される光をコリメート光に変換するセルホック
レンズと、前記コリメート光を入射する偏光子と、該偏
光子を通過した光を入射するλ／８板と、該λ／８板を
通過した光を入射する電気光学素子と、該電気光学素子
を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入射させる
為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏光子の上
面にフォトダイオードを配置し、更に、前記電気光学素
子には被測定電圧を印加する電極を具備していることを
特徴としている。
【０００５】
【本発明の実施の形態例】以下に実施例に基づいて本発
明を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に基づいた光
学式電圧・電界センサーの一実施例の構成を示す上面図
であり、同図（ｂ）はその切断面Ａ−Ａ’部分の側面図
である。前記図１に示すように光学式電圧・電界センサ
ーはシリコン基板（１）上に、レーザダイオード
（２）、光導波路（３）、セルホックレンズ（４）、偏
光子（５）、λ／８板（６）、電気光学素子（７）、ミ
ラー（９）を直列に配置すると共に、前記偏光子（５）
上にフォトダイオード（９）を具備したものである。以
下、構成及び、動作について詳細に説明する。前記レー
ザダイオード（２）より出射した測定光は、樹脂と比較
し光の伝搬損失の少ないＳｉＯ２で構成した光導波路
（３）に入射し、該光導波路（３）を介しセルホックレ
ンズ（４）に供給される。尚、この出力光を平行光（以
下コリメート光と称す）とする為、該セルホックレンズ
（４）は光の波長λに対して０．２５λピッチのものを
用いる。該セルホックレンズ（４）を出射した前記コリ
メート光は偏光子（５）に入射し直線偏光として出射さ
れλ／８板（６）に入射し、これにより楕円偏光に変換
され電気光学素子（７）に入射する。該電気光学素子
（７）の両端には電極（１０）が設けられており、これ
に被測定電圧源（１１）からの電圧（電界）が印加され
ている為、ポッケルス効果により印加電圧に比例して測
定光の偏光成分が変化する。前記電気光学素子（７）よ
り出射した測定光はミラー（８）に入射し、更に、反射
し再び電気光学素子（７）に入射させることで例え微少
な電圧であっても測定光の偏光成分の変化が大きくなる
ようにしている。更に、偏光成分が変化した測定光が再
びλ／８板に入射することにより偏光成分変化し、その
後偏光子（５）に入射する。該偏光子（５）に入射した
測定光は、偏光成分のみが図１（ｂ）の図中上方に９０
度光路を曲げられ出射し、フォトダイオード（９）に入
射する。前記フォトダイオード（９）は入射した測定光
を電気信号に変換し出力する。この電気信号を測定する
ことにより電気光学素子（７）に印加している電圧を測
定することが可能となる。また、上記実施例では電気光
学素子に被測定電源の電圧が光の伝搬方向と平行に印加
するよう透明電極を備えたが、本発明はこれに限るもの
でなく図２（ｃ）（上面図）及び、同図（ｂ）（切断面
Ｂ−Ｂ’部分の側面図）に示すように被測定電源の電圧
が光の伝搬方向と垂直に印加するよう電極を備えた構造
であっても上記実施例で説明した内容と同等の結果が得
られることは言うまでもなく、また、この場合電極は透
明電極に限る必要はない。
明を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に基づいた光
学式電圧・電界センサーの一実施例の構成を示す上面図
であり、同図（ｂ）はその切断面Ａ−Ａ’部分の側面図
である。前記図１に示すように光学式電圧・電界センサ
ーはシリコン基板（１）上に、レーザダイオード
（２）、光導波路（３）、セルホックレンズ（４）、偏
光子（５）、λ／８板（６）、電気光学素子（７）、ミ
ラー（９）を直列に配置すると共に、前記偏光子（５）
上にフォトダイオード（９）を具備したものである。以
下、構成及び、動作について詳細に説明する。前記レー
ザダイオード（２）より出射した測定光は、樹脂と比較
し光の伝搬損失の少ないＳｉＯ２で構成した光導波路
（３）に入射し、該光導波路（３）を介しセルホックレ
ンズ（４）に供給される。尚、この出力光を平行光（以
下コリメート光と称す）とする為、該セルホックレンズ
（４）は光の波長λに対して０．２５λピッチのものを
用いる。該セルホックレンズ（４）を出射した前記コリ
メート光は偏光子（５）に入射し直線偏光として出射さ
れλ／８板（６）に入射し、これにより楕円偏光に変換
され電気光学素子（７）に入射する。該電気光学素子
（７）の両端には電極（１０）が設けられており、これ
に被測定電圧源（１１）からの電圧（電界）が印加され
ている為、ポッケルス効果により印加電圧に比例して測
定光の偏光成分が変化する。前記電気光学素子（７）よ
り出射した測定光はミラー（８）に入射し、更に、反射
し再び電気光学素子（７）に入射させることで例え微少
な電圧であっても測定光の偏光成分の変化が大きくなる
ようにしている。更に、偏光成分が変化した測定光が再
びλ／８板に入射することにより偏光成分変化し、その
後偏光子（５）に入射する。該偏光子（５）に入射した
測定光は、偏光成分のみが図１（ｂ）の図中上方に９０
度光路を曲げられ出射し、フォトダイオード（９）に入
射する。前記フォトダイオード（９）は入射した測定光
を電気信号に変換し出力する。この電気信号を測定する
ことにより電気光学素子（７）に印加している電圧を測
定することが可能となる。また、上記実施例では電気光
学素子に被測定電源の電圧が光の伝搬方向と平行に印加
するよう透明電極を備えたが、本発明はこれに限るもの
でなく図２（ｃ）（上面図）及び、同図（ｂ）（切断面
Ｂ−Ｂ’部分の側面図）に示すように被測定電源の電圧
が光の伝搬方向と垂直に印加するよう電極を備えた構造
であっても上記実施例で説明した内容と同等の結果が得
られることは言うまでもなく、また、この場合電極は透
明電極に限る必要はない。
【０００６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、本発明に基づく光学式電圧・電界センサーは光フ
ァイバを用いない為、小型、且つ、軽量化が可能となる
という著しい効果を奏する。また、一つのシリコン基板
上に全ての部品を搭載して一体化したことにより、セン
サーを被測定物にアッセンブリする作業が極めて容易に
なるという効果も有する。
ので、本発明に基づく光学式電圧・電界センサーは光フ
ァイバを用いない為、小型、且つ、軽量化が可能となる
という著しい効果を奏する。また、一つのシリコン基板
上に全ての部品を搭載して一体化したことにより、セン
サーを被測定物にアッセンブリする作業が極めて容易に
なるという効果も有する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく光学式電圧・電界センサー一実
施例を示す図 （ａ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ａ−Ａ’切断面から観た図
施例を示す図 （ａ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ａ−Ａ’切断面から観た図
【図２】本発明に基づく光学式電圧電界センサーの他の
一実施例を示す図 （ｃ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ｂ−Ｂ’切断面から観た図
一実施例を示す図 （ｃ）・・・上面から観た図 （ｂ）・・・Ｂ−Ｂ’切断面から観た図
【図３】従来の光学式電圧・電界センサー
【符号の説明】 １・・シリコン基板 ２、１００・・レーザダイオード ３・・光導波路 ４・・セルホックレンズ ５、１０２・・偏光子 ６・・λ／８板 ７、１０４・・電気光学素子 ８・・ミラー ９、１０９・・フォトダイオード １０１、１０８・・マルチモードファイバ １０、１０５・・電極 １１、１０６・・電圧源
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上に、レーザダイオードと、
該レーザダイオードの出力光を伝搬する光導波路と、該
光導波路から出力される光をコリメート光に変換するセ
ルホックレンズと、前記コリメート光を入射する偏光子
と、該偏光子を通過した光を入射するλ／８板と、該λ
／８板を通過した光を入射する電気光学素子と、該電気
光学素子を通過した光を反射し前記電気光学素子に再入
射させる為のミラーとを直列に配置すると共に、前記偏
光子の上面にフォトダイオードを配置することによっ
て、前記電気光学素子に印加した電圧又は、電界を測定
することを特徴とする光学式電圧・電界センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9367287A JPH11183528A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 光学式電圧・電界センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9367287A JPH11183528A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 光学式電圧・電界センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11183528A true JPH11183528A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18488947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9367287A Pending JPH11183528A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | 光学式電圧・電界センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11183528A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8202053B2 (en) | 2008-03-19 | 2012-06-19 | General Electric Company | Micro-electromechanical current sensing apparatus |
| US8972184B2 (en) * | 2012-08-24 | 2015-03-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus and method for determining orbit of geostationary satellite |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP9367287A patent/JPH11183528A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8202053B2 (en) | 2008-03-19 | 2012-06-19 | General Electric Company | Micro-electromechanical current sensing apparatus |
| US8972184B2 (en) * | 2012-08-24 | 2015-03-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus and method for determining orbit of geostationary satellite |
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