JPH03158767A - 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） この発明は、被測定電気信号の電圧変化に対応して屈折
率が変化づる電気光学材料を含む光プローブを備えた電
圧検出装置に関する。

【従来の技術］ 電気光学効果を有するＬｉＴａＯ３等の電気光学材料を
含む光プローブを用いて、集積回路等における被測定物
の所定部分の電圧を非接触で測定する電圧検出′ｆａ置
が、例えば米国特許第４，６１８．８１９号において知
られている。

この従来の電圧検出装置は、光プローブ先端を、被測定
物の電界内に位置させ、該プローブ内に光ビームを照射
すると、電界強度に応じて電気光学材料の屈折率が変化
することによって、反）１された光ビームの偏光状態が
変わり、これを光検出器によって受光し、その検出器出
力を増幅することにより、電圧を測定するものである。

上記のような電圧検出装置では、電気チョッパを用い、
被測定電気信号を高速でオン−オフさせ、該オン及びオ
フ時における出力信号の差に基づいて、同期増幅器を用
いて電圧を検出するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような従来の電圧検出装置におい
ては、電気チョッパにより被測定電気信号をオン−オフ
しているために、該電気信号に歪みが生じ易く、正確な
測定ができないという問題点がある。

又、電気チョッパを用いることができない定電圧電気信
号のような場合には、測定そのものが不可能であるとい
う問題点がある。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、
電気チョッパにより被測定電気信号をオン−オフしたり
することなく、正確に電圧を検出できるようにした電圧
検出装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段１ この発明は、被測定電気信号の電圧変化に対応して屈折
率が変化する電気光学材料を含む光プローブと、この光
プローブに入射させるだめの光ビームを出力する光源と
、この光源から出射され、前記光プローブを通った光ビ
ームの届先状態を検出する光検出器と、を有してなる電
圧検出装置において、前記光プローブ先端に至る、前記
１ｉｍ’ｌ定電気信号による電気力線を断続させる電気
力線遮断手段と、この電気力ｗＡ遮断手段と同期して作
動され、前記光検出器出力を増幅する同期増幅器と、を
設けることにより上記目的を達成するものである。

又、この発明は、前記電気力線遮断手段を、被測定電気
信号源と前記光プローブとを、前記光ビームの光軸方向
に相対振動させる振動手段とすることにより上記目的を
達成するものである。

更に又、前記振動手段による相対振動時の、光プローブ
と被測定電気信号源間の最大距離を１０〜１００μｍと
することにより上記目的を達成するものである。

又、前記電気力線遮断手段を、被測定電気信号源と光プ
ローブの間に介在されたチョッパとすることにより上記
目的を達成するものである。

（作用） この発明においては、光プローブと７ｅｌ測定測定電気
源を相対振動させるか、又は、光ブＯ−ブと被測定電気
信号源との間にチョッパを配置することにより、光プロ
ーブに作用する電気力線を断続させ、光ビームの変調を
オン、オフさせることによって、電気チョッパによって
被測定電気信号をオン−オフしたと同様の効果を得るこ
とができる。

従って電気チョッパのオン−オフによる被測定電気信号
の歪みが生じない。

更に又、電気チョッパを用いることができない定電圧電
気信号のような場合にも測定が可能となる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

この実施例に係る電圧検出装置１０は、光ブ〇−ブ１２
と、この光プローブ１２に、ビームスプリッタ１４及び
レンズ１６を介して光ビームを出射するレーザダイオー
ド１８と、測定すべき被測定電気信号源、例えば集積回
路２０を光プローブ１２に対して、前記光ビームの光軸
方向に高速度で振動させるための振動子２２と、この振
動子２２を制御するドライバ２４と、前記ビームスプリ
ッタ１４及びレンズ１６を介して光プローブ１２に入射
され、先端の誘電体多層膜ミラー１２Ａで反射され、ビ
ームスプリッタ１４で側方に分離された光ビームの一部
を受光して、これを光電変換する光検出器２６と、この
光検出器２６の出力信号を、前記ドライバ２４からの参
照信号に同期して増幅するロックインアンプ２８と、こ
のロックインアンプ２８の出力信号を処理して電圧値を
表示する信号処理装置３０と、を備えたものである。

第１図の符号１２Ｂは光プローブ１２の、誘電体多層膜
ミラー１２Ａと反対側に形成された透明電極を示ず。

ここで、前記振動子２２による集積回路２０の振動範囲
は、集積回路２０が光プローブ１２の先端から最も離れ
たときの距離が２０μｍ１又、最も接近したときの距離
は、接近可能な最小距離〜敗μｌ程度となるように、該
集積回路２０の初期位置及び振動子２２による振幅が設
定されている。

又、ロックインアンプ２８は、ドライバ２４からの参照
信号に基づいて、光検出器２６の出力信号をロックイン
検出するようにされている。

次に上記実施例の作用を説明する。

例えば、集積回路２０上における電圧分布を測定する場
合は、ドライバ２４により振動子２２を作動させて、該
集積回路２０を、光プローブ１２先端の誘電体多層膜ミ
ラー１２Ａに対して振動させる。ロックインアンプ２８
は、集積回路２０が光プローブ１２に対して振動すると
きと同期して、光検出器２６からの信号を増幅する。

振動子２２によって加振された集積回路２０が、光プロ
ーブ１２から離れたときは、該集積回路２０の被測定電
気信号によって生じた電気力線が光プローブ１２に作用
することなく、接近したときのみ作用することになる。

従って、光プローブ１２を形成する電気光学材料は、集
積回路２０が接近したとき、その電気力線により屈折率
変化が生じ、又集積回路２０が離間したときはこのよう
な屈折率変化が生じない。

即ち、光プローブ１２の屈折率は、振動子２２による集
積回路２０の振動と同期して変化することになる。

従って、レーザダイオード１日から出射され、ビームス
プリッタ１４及びレンズ１６を経て光プローブ１２に入
射した光ビームは、集積回路２０の振動に同期して、変
調されたり、あるいは変調されなかったりする。

誘電体多層膜ミラー１２Ａで反射された光ビームは、再
びレンズ１６を通って、ビームスプリッタ１４により側
方に反射され、光検出器２６によって受光され、電気信
号に光電変換される。

この光検出器２６の出力信号は、第２図で、光ビームが
変調されたときは実線で、光変調されないときは破線で
それぞれ示されるようになる。

前記第２図からもわかるように、光ビームが変調された
ときと変調されないときの差は変調されないときを１と
した場合に１０−４程度となり非常に小さい。

しかし、光検出器２６の出力信号は、ロックインアンプ
２８において、ドライバ２４からの参照信号、即ち、振
動子２２に同期して増幅されるので、例えば１　　ｋ）
ｌｚで振動子２２が作動したとすると、この周波数で、
変調時及び非変調時の差が大幅に増大される。

ロックインアンプ２８の出力信号は信号処理装置３０に
おいて、所定の電圧値として検出されることになる。

なお、上記実施例においては、被測定電気信号源である
集積回路２ｏが、光プローブ１２に対して振動されるも
のであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、集
積回路２０側を固定し、これに対して、光プローブ１２
とレンズ１６を一体にして、集積回路２０に対して相対
振動させるようにしてもよい。

又、上記実施例では、集積回路２０と光プローブ１２先
端との距離が最大２０ｔｉｍの範囲で、集積回路２０が
振動するようにされているが、これに限定されるもので
なく、被測定電気信号源と光プローブ１２の距離は、接
近したときは可能な範囲、例えば１ｏμｍ未ｍ〜１μｍ
で、最も離間したときは、少なくと１０μＩｌｌ離れる
ものであればよい。

一般的に、被測定電気信号源と光プローブの距離が約２
０μｍとなれば、はとんど電気力線の影響がなく変調が
なされない。

又、距離が１０μｍ程度でも、電気力線が弱まり、変調
は無視され得る程度となる。

従って、光プローブと被測定電気信号源の最大距離は１
０μｍ以上であればよい。

次に、第３図〜第５図に示される本発明の第２実施例に
ついて説明する。

この第２実詣例は、被エリ定電気信号源、例えば集積回
路２０と、光プローブ１２との間にチョッパ３２を配置
して、集積回路２０における被測定電気信号によって形
成された電気力線を、断続的に′ａ断するようにしたも
のである。

他の構成は、前記第１図の実施例と同様であるので、第
１図におけると同一部分に同一符号を附することにより
説明を省略するものとする。

前記チョッパ３２は、チョッパ本体３４とモータ３６と
により構成されている。

前記チョッパ本体３４は、第４図に示されるように、円
形のディスク３４Ａに等角度間隔で、前記光ブＯ−ブ１
２の先端の誘電体多層膜ミラー１２Ａと路間−形状の四
角形の透過窓３４Ｂを備えたものである。

又、モータ３６は、円盤状のチョッパ本体３４の中心位
置にその出力軸が連結され、ドライバ２４によってその
回転速度を制罪されるようになっている。

前記チョッパ本体３４は、その透過窓３４Ｂが、光プロ
ーブ１２の先端のｖＸＮＸＮ体膜層膜ミラー１２Ａ致し
くｑる位置で、集積回路２０と誘電体多層膜ミラー１２
Ａとの間に配置されている。

従って、モータ３６によりチョッパ本体３４が回転され
ると、透過窓３４Ｂが誘電体多層膜ミラー１２Ａに臨ん
だ位置では、集積回路２０がらの電気力線が光プローブ
１２に作用し、光ビームの変調を行う。

透過窓３４Ｂが誘電体多層膜ミラー１２Ａからずれた位
置では、ディスク３４Ａによって集積回路２０と該ＴＲ
Ｎ体多Ｍ膜ミラー１２Ａ間が遮断されるので、集積回路
２０からの電気力線が光プローブ１２に作用することが
ない。従って、この場合は、光プローブ１２内に入射し
た光ビームが変調されることがない。

以上のように、チョッパ３２によって集積回路２０にお
ける被測定電気信号からの電気力線がチョップされるの
で、該被測定電気信号を電気チョッパによってチョップ
したのと同一の効果が得られる。

第５図は、チョッパ本体の変形例を示すものであり、こ
れは、歯車形状のチョッパ本体３８により、前記チョッ
パ本体３４と同一の機能を果すようにしたものである。

【発明の効果） 本発明は、上記のように構成したので、電気チョッパを
用いて被測定電気信号をオンオフすることなく、電気チ
ョッパと同様の効果を得ることができ、従って、被測定
電気信号のオンオフによる信号波形の歪みを防止して、
より正確な電圧検出を行うことができ、又、電気チョッ
パを用いることができない定電圧電気信号の場合にも測
定が可能になるという優れた効果を有する。

【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を示すブロ
ック図、第２図は同実施例における光検出器出力の状態
を示す線図、第３図は本発明の第２実施例を示すブロッ
ク図、第４図は同第２実施例におけるチョッパを示す平
面図、第５図はチョッパにおけるチョッパ本体の変形例
を示す平面図である。 １０・・・電圧検出装置、 １２・・・光プローブ、 １２Ａ・・・誘電体多層膜ミラー １４・・・ビームスプリッタ、 １６・・・レンズ、 １８・・・レーザダイオード、 ２０・・・集積回路（被より定電気信号源ン、２２・・
・振動子、 ２４・・・ドライバ、 ２６・・・光検出器、 ２８・・・ロックインアンプ、 ３０・・・信号処理装置、 ３２・・・チョッパ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定電気信号の電圧変化に対応して屈折率が変
   化する電気光学材料を含む光プローブと、この光プロー
   ブに入射させるための光ビームを出力する光源と、この
   光源から出射され、前記光プローブを通った光ビームの
   偏光状態を検出する光検出器と、を有してなる電圧検出
   装置において、前記光プローブ先端に至る、前記被測定
   電気信号による電気力線を断続させる電気力線遮断手段
   と、この電気力線遮断手段と同期して作動され、前記光
   検出器出力を増幅する同期増幅器と、を設けたことを特
   徴とする電圧検出装置。
2. （２）請求項１において、前記電気力線遮断手段は、被
   測定電気信号源と前記光プローブとを、前記光ビームの
   光軸方向に相対振動させる振動手段であることを特徴と
   する電圧検出装置。
3. （３）請求項２において、前記振動手段による相対振動
   時の、光プローブと被測定電気信号源間の最大距離は１
   ０〜１００μｍであることを特徴とする電圧検出装置。
4. （４）請求項１において、前記電気力線遮断手段は、被
   測定電気信号源と光プローブの間に介在されたチョッパ
   であることを特徴とする電圧検出装置。