JPS63300969A - 電圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
。

〔従来の技術〕

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。

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ＷＬｍ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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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。

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
変換素子５５に案内する光ファイバ９２と、光プローブ
５２が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
，５．８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
−軸性結晶のタンタル酸リチウム（Ｌ　ｉ　Ｔ　ａ　Ｏ
３）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６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６
３には金属薄膜あるいは誘電体多ＩＷＡ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６
２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ｆ！６
４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−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９
４に入射し、さらに偏光子５４により所定の偏光成分の
強度工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π／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１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２Ｊｌ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により工／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　）ｓｉｎ　　　（（π／２）−Ｖ／Ｖｏ）となっ
て光電変換素子５８に加わることになる。ここで■は被
測定物の電圧、■ｏ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・　２ （π／４）　　・ｓｉｎ　　　（（π／２）Ｖ／Ｖ□　
〕とが比較される。

出射光の強度（π／４）−ｓｉｎ２　（（π／２）ｖ／
■ｏ〕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。

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。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。

ところで、第６図の電圧検出装置５０の光プローブ５２
内の電気光学材料６２は、自然複屈折を有するものが多
い０例えば、光学的−軸性結晶のタンタル酸リチウム（
Ｌ　ｉ　Ｔ　ａ　０３　）では、常光の屈折率ｎ０と異
常光の屈折率ｎ６との差に比例した自然複屈折による位
相差が生ずる。この自然複屈折による位相差は、光学的
−軸性結晶に電圧が印加されていない場合でも生じ、こ
の位相差により偏光状態が変化することになる。従って
、電圧を印加したときの屈折率変化による偏光状態の変
化だけを抽出し、被測定物の電圧を精度良く抽出しよう
とする際、自然複屈折による位相差を相殺する手段を設
ける必要がある。

また被測定物の所定部分の電圧を感度良く検出するため
に検光子５７からの出射光から直流成分を取除く必要が
ある。

より詳しくは、所定部分の被測定電圧が直流電圧に重畳
した高速に変化する電圧である場合に、高速に変化する
電圧成分のみを検出したいので、直流電圧に依存する偏
光状態の変化を取除く必要がある。

すなわち検光子５７が偏光子５４と直交して配置されて
いる場合の電圧Ｖに対する出射光の光強度Ｉの変化を示
す第７図において、動作点Ｐ１のところでは、出射光の
強度変化Δ１１が電圧変化Δ■１に対して線形となるよ
うに設定されるが、この場合には出射光の光強庇上には
直流成分工。。

が含まれるために、検出器において出射光の強度変化Δ
１１だけを感度良く検出することができない、従って、
動作点Ｐ２で示すように出射光の強度変化ΔＩ２が電圧
変化Δｖ２に対しては線形ではないが、出射光の光強庇
上に直流成分Ｉ。Ｃが含まれないように検光子５７から
の出射光強度を変換する必要がある。

これらの目的のため、第８図に示すような構造の電圧検
出装置７０が発明者等により提案された。

第８図の電圧検出装置７０の光プローブ１７内・には、
第６図に示す光プローブ５２と比べて、ビームスプリッ
タ５６と電気光学材料６２との間にさらに位相補償器１
６が設けられている。

このような構成の電圧検出装置７０では、ビームスプリ
ッタ５６と、電気光学材料６２との間に位相補償器１６
が設けられているので、この位相補償器１６を調節する
ことによって、電気光学材料６２から出力される出射光
の偏光状態の変化を電気光学材料６２に印加される電圧
によるもののみにすることができる。すなわち、被測定
物の所定部分の電圧を検出するに際し、電気光学材料６
２に電圧を印加していない状態で、例えば電気光学材料
６２から出力される出射光の偏光状態が入射光の偏光成
分と直交する向きとなり、検光子５７から出力される出
射光の強度が最小のものとなるよう、位相補償器１６を
調節することで、電気光学材料６２の自然複屈折による
位相差に基づく出射光の偏光状態の変化を相殺すること
ができる。

このような位相補償器１６としては、機械的に調節する
ものとしてソレイユ補償器を用いても良いし、あるいは
光ビームの径が小さいときにはバビネ補償器を用いても
良い。ソレイユ補償器には光プローブ１７の外部から調
節可能な摺動型式の調節機構が設けられており、被測定
物の所定部分の電圧検出を開始するに先立ち、電気光学
材料６２に電圧が印加されていない状態にして調節機構
を例えば手動で調節することにより、自然複屈折による
位相差の影響を取除くようにしていた。

また位相補償器１６が電圧により調節する型式のもので
ある場合には、位相補償器１６に所定の電圧を加え、動
作点を第７図に動作点Ｐ２として示すものとなるよう手
動で調節することにより、検光子５７からの出射光強度
から直流成分Ｉ。０を取除くことができる。

しかしながら、電気光学材料６２の自然複屈折による位
相差は、温度依存性があり、光プローブ１７すなわち電
気光学材料６２の用いられる環境の温度の変化により、
変化する。また第７図の動作点Ｐ２における出射光強度
も温度の変化により変動し、特に動作点Ｐ２のところで
は出射光強度の変化は非線形なものであるため、温度変
化による出射光強度の変動は電圧検出精度に大きく影響
する。従って、第８図の電圧検出装置７０において、電
圧検出開始時に位相補償器１６を所定の調節値に手動で
調節したとしても、その後の温度変化によって電圧検出
開始時に設定された調節値は適当なものでなくなり、正
確な検出結果を電圧検出の全期間にわたって得ることが
できないという問題があった。

本発明は、温度変化などに追従し、温度変化などによる
影響を取除き、被測定物の所定部分の電圧を常に精度良
くかつ感度良く検出することの可能な簡単な構造の電圧
検出装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

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。

第１の発明は、被測定物の所定部分の電圧の影響を受け
る第１の電気光学材料と、該第１の電気光学材料の自然
複屈折による位相差を補償するように配置されている第
２の電気光学材料とを備え、前記第２の電気光学材料は
、前記第１の電気光学材料と同じ材料で形成されかつ前
記第１の電気光学材料と光軸方向に同じ長さをもち光軸
に沿って整列されていることを特徴とするものである。

第２の発明は、さらに前記第１の電気光学材料と前記第
２の電気光学材料との間に設けられた第１の透明電極と
、前記第２の電気光学材料の前記第１の透明電極が設け
られている側とは反対の側に設けられた第２の透明電極
とを備えていることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明では、被測定物、例えば集積回路の所定部分の電
圧の影響を受ける第１の電気光学材料の他に、第１の電
気光学材料の自然複屈折による位相着を補償するように
配置された第２の電気光学材料が設けられている。第１
の電気光学材料と第２の電気光学材料とを同じ材料でか
つ光軸方向に同じ長さに形成し、これらの光学軸が互い
に直交するように配置する。このような構成では、例え
ば第２の電気光学材料に所定の偏光成分をもつ入射光が
入射すると、第２の電気光学材料内では、自然複屈折に
よる位相差によってその偏光状態が変化する０次いでこ
の入射光が第１の電気光学材料に入射すると、第１の電
気光学材料内では、自然複屈折による位相差によってそ
の偏光状態が第２の電気光学材料とは反対の向きに変化
し、さらに被測定物の所定部分の電圧によりその偏光状
態は変化する。これにより、自然複屈折による位相差に
基づく偏光状態の変化は相殺され、偏光状態は被測定物
の所定部分の電圧だけによって変化する。

また第１の電気光学材料と第２の電気光学材料との間に
第１の透明電極を設け、この第１の透明電極を例えば接
地電位に保持し、第２の電気光学材料の第１の透明電極
が設けられている側とは反対の側に第２の透明電極を設
け、この第２の透明電極に例えば所定の可変電圧を加え
る。このような構成では、第２の電気光学材料は、第１
の電気光学材料における自然複屈折による位相差の影響
を常に補償すると同時に、第２の透明電極に電圧を印加
することにより、第１の電気光学材料の出射光の偏光状
態から直流成分を取除き、さらには温度変化に追従して
第２の透明電極の電圧を可変にすることにより、直流成
分の取除かれた出射光の偏光状態が温度変化によって変
動しないよう常に補償している。

〔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。第１図において第６図、第８図と同様の
箇所には同じ符号を付して説明を省略する。

第１図の電圧検出装置１では、光プローブ２内に第６図
、第８図に示す光プローブ５２．１７と同様、コリメー
タ９４．ｓ光レンズ９５．９６と、偏光子５４と、ビー
ムスプリッタ５６と、検光子５７とが実装されている。

さらに電圧検出装置１の光プローブ２内には、第６図、
第８図に示す光プローブ５２．１７内の電気光学材料６
２のかわりに、２つの電気光学材料２１．２２が配置さ
れている。電気光学材料２１．２２は、全く同じ材料（
光学的−軸性結晶）で形成されており、また光軸方向の
長さが互いに等しくなっているが、電気光学材料２１の
光学軸と電気光学材料２２の光学軸とが互いに直交する
ように配置されている。

電気光学材料２１の外周部と電気光学材料２２の外周部
の一部とには、導電性電極２３が設けられており、電気
光学材料２２の先端部には金属薄膜あるいは誘電体多Ｒ
膜の反射鏡２４が被着されている。また、導電性電極２
３は接地電位に保持されている。これにより、電気光学
材料２１内には電界が存在していないので、電気光学材
料２１の屈折率は、被測定物の所定部分の電圧によって
は変化しないようになっている。従って、電気光学材料
２１内を進む光ビームの偏光状態は、電気光学材料２１
の自然複屈折による位相差によってのみ変化する。

一方、電気光学材料２２は、被測定物の所定部分の電圧
により反射鏡２４に誘導される電位と、導電性電極２３
の接地電位との電位差により屈折率が変化するようにな
っている。従って電気光学材料２２内を進む光ビームの
偏光状態は、被測定物の所定部分の電圧によって変化す
るとともに、自然複屈折による位相差によって変化する
。

なお、電気光学材料２１の光学軸と電気光学材料２２の
光学軸とは、前述のように互いに直交しいるので、電気
光学材料２１における光ビームの偏光状態の自然複屈折
に基づく変化と電気光学材料２２における光ビームの偏
光状態の自然複屈折に基づく変化とは、互いに反対の向
きになる。

このような構成の電圧検出装置１では、偏光子５４から
出力される所定の偏光成分の光ビームは、ビームスプリ
ッタ５６を介して電気光学材料２１に入射光として入射
する。電気光学材料２１に入射した入射光は、その偏光
状態が電気光学材料２１の自然複屈折による位相差によ
り変化して電気光学材料２１から電気光学材料２２に入
射する。

ところで電気光学材料２１と電気光学材料２２との光軸
方向の長さは、前述のように互いに等しいので、電気光
学材料２２に入射しな入射光はその偏光状態が電気光学
材料２２の自然複屈折による位相差により電気光学材料
２１内とは反対の方向に変化するとともに、反射鏡２４
の電位に基づく屈折率の変化により偏光状態が変化する
。従って、入射光が反射鏡２４に達した時点で、入射光
の偏光状態は、被測定物の所定部分の電圧に基づく電気
光学材料２２の屈折率変化に対応して変化しており、自
然複屈折による位相差の影響は取除かれる。

また入射光が反射鏡２４で反射され出射光として電気光
学材料２２．電気光学材料２１を戻るときにも、全く同
様にして、自然複屈折による位相差に基づく偏光状態の
変化は相殺され、出射光の偏光状態は、被測定物の電圧
に基づく電気光学材料２２の屈折率変化に対応してさら
に変化する。

従って、検光子５７に入射する出射光の偏光状態は、ビ
ームスプリッタ５６で分割される入射光の偏光状態から
変化しており、この変化には電気光学材料の自然複屈折
による位相差による効果は何ら含まれていない。

このように、第１の実施例では、被測定物の所定部分の
電圧の影響を受ける電気光学材料２２の他に、これと全
く同じ材料で形成された光軸方向に同じ長さの電気光学
材料２１をその光学軸が電気光学材料２２の光学軸と直
交するように配置し、さらに電気光学材料２１内に電界
が存在しないようにすることで、これら電気光学材料２
１．２２の自然複屈折による位相差に基づく光ビームの
偏光状態の変化を互いに相殺することができて、検光子
５７に入射する出射光の偏光状態を電気光学材料２２に
加わる電圧だけに依存した量だけ入射光の偏光状態に対
し変化させることができる。

これにより、第８図に示す電圧検出袋ｆ７０のように電
圧検出開始時に位相補償器１６を調節するという煩雑な
操作を何ら必要とせず、また環境の温度が変化した場合
でも電気光学材料２１と電気光学材料２２との自然複屈
折による位相差は全く同じ変化をするので、自然複屈折
による位相差に基づく偏光状態の変化を常に相殺するこ
とができる。

第２図は、第１図の電圧検出袋ｗ１の変形例を示してい
る。

第２図の電圧検出装置３０では、光プローブ３１内に、
２つの電気光学材料２２．３２とλ／２板３４とが配置
されている。電気光学材料３２は、第１図の電圧検出袋
Ｗ１における電気光学材料２１と同様の材料（光学的−
軸性結晶）で形成されており、また光軸方向の長さが互
いに等しくなっているが、電気光学材料３２は電気光学
材料２２に対して光学軸が互いに平行となるよう配置さ
れている。λ／２板３４は、電気光学材料３２と電気光
学材料２２との間に設けられており、電気光学材料３２
からの入射光の偏光状態を位相差πだけ変化させて電気
光学材料２２に入射させる一方、電気光学材料２２から
の出射光の偏光状態を位相差πだけ変化させて電気光学
材料３２に入射させるようになっている。すなわち、第
２図の電圧検出装置３０では、電気光学材料３２と電気
光学材料２２の光学軸を互いに直交させるかわりに、λ
／２板３４を設けたものである。

なお、電気光学材料３２．λ／２板３４の外周部と電気
光学材料２２の外周部の一部とには、導電性電極３５が
設けられている。第１図の電圧検出装置１と同様に、導
電性電極３５は接地電位に保持され、電気光学材料３２
内には電界が存在していない。

このような構成の電圧検出装置３０では、電気光学材料
３２に入射した入射光は、その偏光状態が電気光学材料
３２の自然複屈折による位相差により変化して電気光学
材料３２からλ／２板３４に入射し、λ／２板３４で偏
光状態が位相差πだけ変化して電気光学材料２２に入射
する。λ／２板３４で偏光状態を位相差πだけ変化させ
て電気光学材料２２に入射させるので、電気光学材料２
２に入射した入射光はその偏光状態が電気光学材料２２
の自然複屈折による位相差により電気光学材料３２内と
は反対の方向に変化し、さらに被測定物の電圧に基づく
屈折率の変化により偏光状態が変化する。従って、入射
光が反射鏡２４に達した時点で、入射光の偏光状態は、
被測定物の電圧に基づく電気光学材料２２の屈折率変化
に対応して変化しており、自然複屈折による位相差の影
響は取除かれる。

また入射光が反射鏡２４で反射され出射光として電気光
学材料２２．電気光学材料３２を戻るときにも、全く同
様にして、自然複屈折による位相差に基づく偏光状態の
変化は相殺され、出射光の偏光状態は被測定物の電圧に
基づく電気光学材料２２の屈折率変化に対応してさらに
変化する。従って、検光子５７に入射する出射光の偏光
状態は、入射光の偏光状態に対して変化しており、この
偏光状態の変化には電気光学材料の自然複屈折による位
相差による効果は何ら含まれていない。

このように、第２図の電圧検出装置３０では、光学軸が
同じ方向に配置された電気光学材料３２゜２２の間に、
偏光状態を位相差πだけ変化させるλ／２板３４を設け
ているので第１図の電圧検出装置１と同様、電気光学材
料３２．２２の自然複屈折による位相差に基づく光ビー
ムの偏光状態の変化を互いに相殺することができて、検
光子５７に入射する出射光の偏光状態を電気光学材料２
２に加わる電圧だけに依存して参照光の偏光状態に対し
変化させることができる。

これにより、何らの操作をも必要とすることなく、また
環境の温度が変化した場合でも複屈折による位相差の影
響を常に相殺することができて、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。

第３図は、本発明に係る電圧検出装置の第２の実施例の
部分構成図である。

第３図の電圧検出装置３７では、光プローブ３８内に、
第１図の電圧検出装置１と同様にして光軸方向の長さが
互いに等しく光学軸を直交させた配置の２つの電気光学
材料２１．２２が設けられており、さらに２つの電気光
学材料２１．２２の間には透明電極４０が設けられ、電
気光字材料２１の透明電極４０か設けられている側とは
反対の側には透明電極４１が設けられている。

透明電極４０．４１は、電気光学材料２１゜２２への入
射光、および電気光字材料２２．２１からの出射光を透
過させるようになっており、使用に際し、透明型１１ｉ
４０は接地電位に保持され、透明電極４１には可変電圧
Ｖ、が加わるようになっている。すなわち、電気光学材
料２２は被測定物の電圧と透明？を極４０の接地電位と
の電位差により、屈折率が変化し、電気光学材料２１は
透明電極４１に加わる可変電圧■８と透明を極４０の接
地電位との電位差により屈折率が変化するようになって
いる。なお、透明電極４０は、反射鏡２４と平行に配置
されており、被測定物から反射ｇＡ２４を介しての電気
力線が電気光学材料２２内で電気光学材料２２の中心軸
線と平行となるようにしている。これにより、電気光学
材料２２内の全ての位置で屈折率変化を均一なものとし
ている。

同様にして、透明型＆４１も透明電極４０と平行に配置
されているので、電気光学材料２１内での電気力線は電
気光学材料２１の中心軸線と平行になり、これにより、
電気光学材料２１内の全ての位置で屈折率変化を均一な
ものとしている。

このような構成の電圧検出装置３７では、第１図の電圧
検出装置１と同様に電気光学材料２１の長さを電気光学
材料２２の長さと同じにし、また電気光学材料２２と電
気光学材料２１との光学軸を互いに直交させているので
、環境温度が変化しても自然複屈折による位相差を常に
相殺することができる。また、透明電極４１に所定の電
圧ｖ８を加え、電気光学材料２１に所定の屈折率変化を
生じさせておくことにより、動作点を第７図に示す動作
点Ｐ１から動作点Ｐ２に移行させ、電気光学材料２２か
らの出射光の偏光状態から直流成分を取除くことができ
る。さらに温度が変化するとそれに伴なって動作点Ｐ２
における出射光強度が変動するが、温度変化に追従し電
圧Ｖ、を自動的に変化させて、動作点Ｐ２を少しずらす
ことにより、環境温度の変化による出射光強度の変動を
補償している。すなわち、電圧ｖ６を温度変化に伴ない
自動的に変化させ電気光学材料２１の屈折率を変化させ
ることにより、出射光強度が温度により変動しないよう
にしている。

このように第２の実施例によれば、電気光学材料２１は
自然複屈折による位相差を常に相殺することができると
同時に、透明電極４１に可変電圧ｖ８を印加することに
より、出射光強度から直流成分が取除かれるよう動作点
を設定し、さらに直流成分の取除かれた出射光強度が温
度変化によって変動しないよう常に補償することができ
る。

第４図は第３図の電圧検出装置３７のより具体的な実施
例の全体構成図である。

第４図において、比較回路６１からの電気信号出力は、
動作点設定回路７１に加わるようになっている。動作点
設定回路７１では、温度変化によって比較回路６１から
の電気信号出力が変化すると、その変化を検出し、バイ
アス電圧発生回路７２においてその変化を打消すような
電圧を透明電極４１に印加する。また、出射光強度に直
流成分が重畳している場合、動作点を設定し直すために
、バイアス電圧発生回路７２において直流成分を除去す
るような電圧を透明電極４１に印加する。

このような帰還制御によって、直流成分の取除かれかつ
温度変化により変動しない出射光強度を得ることができ
る。

第５図は第３図、第４図に示す電圧検出装置３７の変形
例である。

この変形例では、第３図、第４図の截頭円錐形状の電気
光学材料２２のかわりに、電気光学材料２１と同じ円筒
形状の電気光学材料４４が用いられ、電気光学材料４４
の先端には金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡４５
が形成されている。

このような構成では、入射光は、全て反射鏡４５により
反射されるので、出射光強度を入射光強度とほぼ同じ強
度にすることができる。なお・第５図に示すように入射
光と出射光との光路を異なるものとし、ビームスプリッ
タを用いずども出射光を取出せるようにしても良い。

なお、第３図乃至第５図において第１図と同様に２つの
電気光学材料をこれらの光学軸が互いに直交するように
配置したが、第２図のようにλ／２板をさらに介在させ
て２の電気光学材料の光学軸を互いに平行に配置しても
良い。

また上述した実施例において光プローブ２゜３１．３８
．４３はこれらの内壁に入射する光ビームの散乱を防止
するため黒塗りされているのが良い。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、被測定物の所
定部分の電圧の影響を受ける第１の電気光学材料の他に
自然複屈折による位相差補償用の第２の電気光学材料を
設けているので、位相差を補償するのに何らの操作をも
必要とすることなく、また環境の温度が変化した場合で
も常に位相差を補償して被測定物の電圧を精度良く測定
することができる。さらに、第１の電気光学材料と第２
の電気光学材料との間に第１の透明電極を設け、第２の
電気光学材料の第１の透明電極が設けられている側とは
反対側に第２の透明電極を設け、第２の透明電極に例え
ば可変電圧を印加することで、出射光強度から直流成分
を取除き、さらに直流成分の取除かれた出射光強度が温
度変化によって変動しないよう補償し、被測定物の電圧
を高精度かつ高感度に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第１の実施例の構
成図、第２図は第１図の電圧検出装置の変形例の部分構
成図、第３図は本発明に係る電圧検出装置の第２の実施
例の部分構成図、第４図は第３図の電圧検出装置のより
具体的な実施例の全体構成図、第５図は第３図および第
４図の電圧検出装置の変形例の部分構成図、第６図は従
来の電圧検出装置の構成図、第７図は出射光強度の電圧
依存性を説明するための図、第８図は位相補償板を用い
た電圧検出装置の構成図である。 １．３０，３７．４２・・・電圧検出装置、２．３１，
３８．４３・・・光プローブ、２１．２２．３２．４４
・・・電気光学材料、３４・・・λ／２板、４０．４１
・・・透明電極、ＰＬ、Ｐ２・・・動作点 特許出願人　　　浜松ホトニクス株式会社代理人　　弁
理士　　植　本　雅　治 第２図 第３図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被測定物の所定部分の電圧の影響を受ける第１の電
   気光学材料と、該第１の電気光学材料の自然複屈折によ
   る位相差を補償するように配置されている第２の電気光
   学材料とを備え、前記第２の電気光学材料は、前記第１
   の電気光学材料と同じ材料で形成されかつ前記第１の電
   気光学材料と光軸方向に同じ長さをもち光軸に沿つて整
   列されていることを特徴とする電圧検出装置。 ２）前記第２の電気光学材料は、その光学軸が前記第１
   の電気光学材料の光学軸と直交す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。 ３）前記第２の電気光学材料は、その光学軸が前記第１
   の電気光学材料の光学軸と平行となるように配置され、
   前記第２の電気光学材料と前記第１の電気光学材料との
   間には光の偏光成分を９０°回転させる手段が設けられ
   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。 ４）前記第２の電気光学材料は、接地電位に保持されて
   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。 ５）前記第１の電気光学材料および前記第２の電気光学
   材料は光プローブ内に収容されており、該光プローブは
   黒塗り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。 ６）被測定物の所定部分の電圧の影響を受ける第１の電
   気光学材料と、該第１の電気光学材料の自然複屈折によ
   る位相差を補償するように配置されている第２の電気光
   学材料と、前記第１の電気光学材料と前記第２の電気光
   学材料との間に設けられた第１の透明電極と、前記第２
   の電気光学材料の前記第１の透明電極が設けられている
   側とは反対の側に設けられた第２の透明電極とを備えて
   いることを特徴とする電圧検出装置。 ７）前記第１の透明電極は接地電位に保持され、前記第
   ２の透明電極には、第１の電気光学材料からの出射光の
   偏光状態から直流成分を取除いた出射光が前記第２の電
   気光学材料から出力されるよう電圧が印加されることを
   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
   。 ８）前記第１の透明電極は接地電位に保持され、前記第
   ２の透明電極には、第１の電気光学材料かの出射光の偏
   光状態から直流成分を取除きかつ温度変化による第１の
   電気光学材料からの出射光の偏光状態の変化を補償した
   反射光が前記第２の電気光学材料から出力されるよう可
   変電圧が印加され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。 ９）前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とは、こ
   れらの面が光軸に対して垂直となるよう互いに平行に配
   置されてい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。 １０）前記第１および第２の電気光学材料と前記第１お
   よび第２の透明電極とは、光プローブ内に収容されてお
   り、該光プローブは黒塗りされてい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。