JP2537364B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
電圧検出装置Info
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- JP2537364B2 JP2537364B2 JP62144981A JP14498187A JP2537364B2 JP 2537364 B2 JP2537364 B2 JP 2537364B2 JP 62144981 A JP62144981 A JP 62144981A JP 14498187 A JP14498187 A JP 14498187A JP 2537364 B2 JP2537364 B2 JP 2537364B2
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- 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電気光学材料の屈折率が変
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電気光学材料の屈折率が変
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８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８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（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。
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。
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（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（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/V
0〕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/V
0〕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。
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８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。
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。
しかしながら第８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により所定の偏光成分をもつ
光ビームだけを抽出し、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
がある。さらに、ビームスプリッタ56を必要としていた
ので検光子57に入射する出射光の強度は光源53から出力
される光ビームの強度に比べて著しく弱くなり、検出器
において電圧を精度良く検出するには限界があった。ま
た偏光子54,検光子57,ビームスプリッタ56を用いている
ので光学系の部材数が多くなり、光学系の精度を著しく
向上させるには限界があるという問題があった。
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により所定の偏光成分をもつ
光ビームだけを抽出し、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
がある。さらに、ビームスプリッタ56を必要としていた
ので検光子57に入射する出射光の強度は光源53から出力
される光ビームの強度に比べて著しく弱くなり、検出器
において電圧を精度良く検出するには限界があった。ま
た偏光子54,検光子57,ビームスプリッタ56を用いている
ので光学系の部材数が多くなり、光学系の精度を著しく
向上させるには限界があるという問題があった。
また、第８図の電圧検出装置では、検出器に光電変換
素子のかわりにストリークカメラを用いる場合に、スト
リークカメラの螢光面には被測定物の所定部分の電圧変
化が一次元の光強度分布として検出されるので、電圧の
波形を求めるにはさらに一次元の光強度分布に所定の変
換処理を施さねばならないという問題があった。さらに
は、偏光状態の変化によって被測定物の所定部分の電圧
を検出する仕方では、電圧の絶対値だけが検出されるの
で、電圧の極性すなわち電圧が正のものであるのか負の
ものであるかを判別することができないという問題があ
った。
素子のかわりにストリークカメラを用いる場合に、スト
リークカメラの螢光面には被測定物の所定部分の電圧変
化が一次元の光強度分布として検出されるので、電圧の
波形を求めるにはさらに一次元の光強度分布に所定の変
換処理を施さねばならないという問題があった。さらに
は、偏光状態の変化によって被測定物の所定部分の電圧
を検出する仕方では、電圧の絶対値だけが検出されるの
で、電圧の極性すなわち電圧が正のものであるのか負の
ものであるかを判別することができないという問題があ
った。
本発明は、簡単な光学系で被測定物の所定部分の電
圧、特に被測定物の所定部分を通過する電圧波形を精度
良く直接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。
圧、特に被測定物の所定部分を通過する電圧波形を精度
良く直接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、電気光学材料
で形成されかつ光源からの光ビームを所定の屈折率に見
合った光路で出力させる光路変換手段と、出力された各
光ビームを検出手段に案内する案内手段とを備えている
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。
で形成されかつ光源からの光ビームを所定の屈折率に見
合った光路で出力させる光路変換手段と、出力された各
光ビームを検出手段に案内する案内手段とを備えている
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、光源からの光ビームを電気光学材料で形
成された光路変換手段、例えば分散プリズムに入射させ
る。光路変換手段に入射した光ビームは、光路変換手段
の屈折率によって所定の光路で透過光あるいは反射光と
して出力される。ところで光路変換手段の屈折率は、被
測定物の所定部分の電圧によって変化するので、これに
より光路変換手段から出力される透過光あるいは反射光
の光路も変わる。光路変換手段の出力側には案内手段、
例えば複数の光ファイバ、が各光路ごとに設けられてお
り、検出手段例えばストリークカメラでは各光路からの
各透過光あるいは各反射光を並列的に検出することで被
測定物の所定部分を通る電圧を例えば電圧波形の形で直
接検出することができる。なお検出された結果の電圧波
形は電圧の極性（正また負）が判別しうるものとなって
いる。
成された光路変換手段、例えば分散プリズムに入射させ
る。光路変換手段に入射した光ビームは、光路変換手段
の屈折率によって所定の光路で透過光あるいは反射光と
して出力される。ところで光路変換手段の屈折率は、被
測定物の所定部分の電圧によって変化するので、これに
より光路変換手段から出力される透過光あるいは反射光
の光路も変わる。光路変換手段の出力側には案内手段、
例えば複数の光ファイバ、が各光路ごとに設けられてお
り、検出手段例えばストリークカメラでは各光路からの
各透過光あるいは各反射光を並列的に検出することで被
測定物の所定部分を通る電圧を例えば電圧波形の形で直
接検出することができる。なお検出された結果の電圧波
形は電圧の極性（正また負）が判別しうるものとなって
いる。
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。
の部分概略構成図である。
第１図の電圧検出装置では、電気光学材料、例えば光
学的一軸性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）からな
る分散プリズム１が用いられている。作用に際し分散プ
リズム１の先端２を被測定物（図示せず）に接近させる
ことで被測定別の所定部分の電圧により分散プリズム１
の屈折率を変化させるようになっている。
学的一軸性結晶のタンタル酸リチウム（LiTaO3）からな
る分散プリズム１が用いられている。作用に際し分散プ
リズム１の先端２を被測定物（図示せず）に接近させる
ことで被測定別の所定部分の電圧により分散プリズム１
の屈折率を変化させるようになっている。
分散プリズム１には、光源53例えばHe−Neレーザや半
導体レーザなどのCWレーザからコリメータ4,ミラー20を
介して入射光が入射し、分散プリズム１に入射した入射
光は、分散プリズム１の屈折率に基づく光路で分散プリ
ズム１内を進行し、分散プリズム１から透過光として出
力される。すなわち第２図に示すように、分散プリズム
１に入射する前に通過する空間の屈折率をn1,分散プリ
ズム１の屈折率をn2とし、入射光が分散プリズム１の入
射面の法線方向に対して角度θで入射すると、分散プリ
ズム１からは、 の関係に従って透過光が角度ψをなして出射する。な
お、αは分散プリズム１の頂角、ｎは非屈折率（n2/
n1）である。例えば頂角αが60゜のときには、 である。電圧が加わって分散プリズム１の屈折率が大き
くなると、出射度ψは大きくなる。
導体レーザなどのCWレーザからコリメータ4,ミラー20を
介して入射光が入射し、分散プリズム１に入射した入射
光は、分散プリズム１の屈折率に基づく光路で分散プリ
ズム１内を進行し、分散プリズム１から透過光として出
力される。すなわち第２図に示すように、分散プリズム
１に入射する前に通過する空間の屈折率をn1,分散プリ
ズム１の屈折率をn2とし、入射光が分散プリズム１の入
射面の法線方向に対して角度θで入射すると、分散プリ
ズム１からは、 の関係に従って透過光が角度ψをなして出射する。な
お、αは分散プリズム１の頂角、ｎは非屈折率（n2/
n1）である。例えば頂角αが60゜のときには、 である。電圧が加わって分散プリズム１の屈折率が大き
くなると、出射度ψは大きくなる。
分散プリズム１からの透過光は、ミラー５により所定
角度反射されて、光ファイバ列６−１乃至６−ｎのいず
れかに入射し、検出器としてのストリークカメラ７まで
案内されるようになっている。
角度反射されて、光ファイバ列６−１乃至６−ｎのいず
れかに入射し、検出器としてのストリークカメラ７まで
案内されるようになっている。
ストリークカメラ７は、第３図に示すように、光ファ
イバ列６−１乃至６−ｎがライン状に並列的に配置され
るスリット８と、光ファイバ列６−１乃至６−ｎからの
透過光がスリット８を介して入射するレンズ９と、レン
ズ９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10と、光電面10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11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12
と、マイクロチャンネルプレート12からの電子ビームが
入射する螢光面13とを備えている。なお第３図では、マ
イクロチャンネルプレート12と螢光面13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９は円筒形状に示されているが、
通常は円筒形のものとはなっていない。このようなスト
リークカメラ７では、偏向電極11に例えば鋸歯状電圧を
加えることにより、光電面10に時系列で入射するライン
状の透過光を螢光面13上で横方向に掃引することができ
る。これにより、横方向すなわち掃引方向を時間軸と
し、縦方向すなわちライン方向を電圧軸とすることによ
り、螢光面13上で被測定物の所定部分の電圧変化を電圧
波形として検出することができる。
イバ列６−１乃至６−ｎがライン状に並列的に配置され
るスリット８と、光ファイバ列６−１乃至６−ｎからの
透過光がスリット８を介して入射するレンズ９と、レン
ズ９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10と、光電面10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11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12
と、マイクロチャンネルプレート12からの電子ビームが
入射する螢光面13とを備えている。なお第３図では、マ
イクロチャンネルプレート12と螢光面13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９は円筒形状に示されているが、
通常は円筒形のものとはなっていない。このようなスト
リークカメラ７では、偏向電極11に例えば鋸歯状電圧を
加えることにより、光電面10に時系列で入射するライン
状の透過光を螢光面13上で横方向に掃引することができ
る。これにより、横方向すなわち掃引方向を時間軸と
し、縦方向すなわちライン方向を電圧軸とすることによ
り、螢光面13上で被測定物の所定部分の電圧変化を電圧
波形として検出することができる。
上述のような構成の電圧検出装置では、光源53からの
光ビームは、コリメータ4,ミラー20を介して分散プリズ
ム１に入射する。
光ビームは、コリメータ4,ミラー20を介して分散プリズ
ム１に入射する。
分散プリズム１に電圧の印加されていない状態では、
分散プリズム１に入射した光ビームは、光路T1で分散プ
リズム１内を進行し、分散プリズム１から透過光として
出力され、さらにミラー５で反射されて、光ファイバ６
−ｍからストリークカメラ７に達し、ストリークカメラ
７の螢光面13の線Lm上に電子ビームが入射する。
分散プリズム１に入射した光ビームは、光路T1で分散プ
リズム１内を進行し、分散プリズム１から透過光として
出力され、さらにミラー５で反射されて、光ファイバ６
−ｍからストリークカメラ７に達し、ストリークカメラ
７の螢光面13の線Lm上に電子ビームが入射する。
一方、被測定物の所定部分の電圧、例えば正の電圧が
分散プリズム１に加わると、電気光学材料からなる分散
プリズム１の屈折率が変化し、光源53から出力される光
ビームは光路T2で分散プリズム１内を進行し分散プリズ
ム１から透過光として出力され、さらにミラー５で反射
されて光ファイバ６−ｎからストリークカメラ７に達
し、ストリークカメラ７の螢光面13上の線Ln上に電子ビ
ームが入射する。
分散プリズム１に加わると、電気光学材料からなる分散
プリズム１の屈折率が変化し、光源53から出力される光
ビームは光路T2で分散プリズム１内を進行し分散プリズ
ム１から透過光として出力され、さらにミラー５で反射
されて光ファイバ６−ｎからストリークカメラ７に達
し、ストリークカメラ７の螢光面13上の線Ln上に電子ビ
ームが入射する。
また負の電圧が分散プリズム１に加わると、光源53か
ら出力される光ビームは光路T3で分散プリズム１内を進
行し分散プリズム１から透過光として出力され、さらに
ミラー５で反射されて光ファイバ６−１からストリーク
カメラ７に達し、ストリークカメラ７の螢光面13上の線
L1上に電子ビームが入射する。
ら出力される光ビームは光路T3で分散プリズム１内を進
行し分散プリズム１から透過光として出力され、さらに
ミラー５で反射されて光ファイバ６−１からストリーク
カメラ７に達し、ストリークカメラ７の螢光面13上の線
L1上に電子ビームが入射する。
これにより、被測定物の所定部分に正の電圧パルスが
通過する場合、最初、電圧が零の状態で光ファイバ６−
ｍからの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lm上
に入射し、次いで、電圧が正となると光ファイバ６−ｎ
からの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lnに入
射し、次いで再び電圧が零となると光ファイバ６−ｍか
らの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lm上に入
射するので、螢光面13上にはストリーク像SP1が表示さ
れることになる。このストリーク像SP1は偏向電極11に
よる掃引方向すなわち螢光面13の横方向を時間軸に設定
し、螢光面13の縦方向を電圧軸に設定すると、被測定物
の所定部分を通過する正の電圧パルスの波形となってい
る。
通過する場合、最初、電圧が零の状態で光ファイバ６−
ｍからの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lm上
に入射し、次いで、電圧が正となると光ファイバ６−ｎ
からの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lnに入
射し、次いで再び電圧が零となると光ファイバ６−ｍか
らの透過光による電子ビームが螢光面13上の線Lm上に入
射するので、螢光面13上にはストリーク像SP1が表示さ
れることになる。このストリーク像SP1は偏向電極11に
よる掃引方向すなわち螢光面13の横方向を時間軸に設定
し、螢光面13の縦方向を電圧軸に設定すると、被測定物
の所定部分を通過する正の電圧パルスの波形となってい
る。
また被測定物の所定部分に負の電圧パルスが通過する
場合には、螢光面13上で線Lm,線L1,線Lmの順に電子ビー
ムが入射し螢光面13上にはストリーク像SP1とは反対の
極性でストリーク像SP2が表示され、これにより、負の
電圧パルスの波形をも検出することができる。
場合には、螢光面13上で線Lm,線L1,線Lmの順に電子ビー
ムが入射し螢光面13上にはストリーク像SP1とは反対の
極性でストリーク像SP2が表示され、これにより、負の
電圧パルスの波形をも検出することができる。
このように、第１の実施例では被測定物の所定部分の
電圧によって分散プリズム１の屈折率が変化し、これに
基づく透過光の光路の変化を利用して被測定物の所定部
分を通過する電圧波形を正負の極性を判別可能に検出す
ることができる。
電圧によって分散プリズム１の屈折率が変化し、これに
基づく透過光の光路の変化を利用して被測定物の所定部
分を通過する電圧波形を正負の極性を判別可能に検出す
ることができる。
さらに、偏光子、検光子によって所定の偏光成分の光
ビームすなわち直線偏光の光ビームだけを取出す必要が
なく、さらにはビームスプリッタを必要としないので光
の利用率を著しく高め光源53からの光ビームの強度とほ
ぼ同じ強度の透過光を検出器としてのストリークカメラ
７に入射させることができると同時に、光学系の部材数
を少なくすることができて、電圧の検出精度および検出
感度すなわち電圧波形として検出する場合には波形のコ
ントラストを著しく向上させることができる。
ビームすなわち直線偏光の光ビームだけを取出す必要が
なく、さらにはビームスプリッタを必要としないので光
の利用率を著しく高め光源53からの光ビームの強度とほ
ぼ同じ強度の透過光を検出器としてのストリークカメラ
７に入射させることができると同時に、光学系の部材数
を少なくすることができて、電圧の検出精度および検出
感度すなわち電圧波形として検出する場合には波形のコ
ントラストを著しく向上させることができる。
第４図および第５図は第１図に示す電圧検出装置の変
形例の構成図である。
形例の構成図である。
第４図および第５図の電圧検出装置では、光源53から
光ビームをビームエキスパンダ25により平行光にしてミ
ラー26を介して分散プリズム27に入射させる。分散プリ
ズム27に入射した平行光BM1,……,BMk,……,BMlは、被
測定物の軸線Ｆ方向の一次元位置の各電圧による分散プ
リズム27の屈折率変化に基づく光路で分散プリズム27か
ら出射する。
光ビームをビームエキスパンダ25により平行光にしてミ
ラー26を介して分散プリズム27に入射させる。分散プリ
ズム27に入射した平行光BM1,……,BMk,……,BMlは、被
測定物の軸線Ｆ方向の一次元位置の各電圧による分散プ
リズム27の屈折率変化に基づく光路で分散プリズム27か
ら出射する。
光ビームBM1は、分散プリズム27の屈折率変化により
ノード33−11,33−1m,……,33−1nのいずれかに出射さ
れ、光ビームBMkは、ノード33−k1,……,33−km,……,3
3−knのいずれかに出射され、光ビームBMlは、ノード33
−l1,……,33−lm,……,33−lnのいずれかに出射される
ようになっている。
ノード33−11,33−1m,……,33−1nのいずれかに出射さ
れ、光ビームBMkは、ノード33−k1,……,33−km,……,3
3−knのいずれかに出射され、光ビームBMlは、ノード33
−l1,……,33−lm,……,33−lnのいずれかに出射される
ようになっている。
この場合、ストリークカメラ30は、第５図に示すよう
な二次元の検出器であり、スリット31は、複数の部分31
−1,……,31−k,……,31−ｌからなり、部分31−１に
は、ノード33−11,……,33−1m,……,33−1nのいずれか
に入射した光ビームBM1が光ファイバを介して入射し、
部分31−ｋはノード33−k1,……,33−km,……,33−knの
いずれかに入射した光ビームBMkが光ファイバを介して
入射し、部分31−ｌはノード33−l1,……,33−lm,……,
33−lnのいずれかに入射した光ビームBMlが光ファイバ
を介して入射するようになっている。またストリークカ
メラ30の螢光面32は、スリット31の各部分31−1,……,3
1−k,31−ｌに対応した部分32−1,……,32−k,……,32
−ｌからなっている。
な二次元の検出器であり、スリット31は、複数の部分31
−1,……,31−k,……,31−ｌからなり、部分31−１に
は、ノード33−11,……,33−1m,……,33−1nのいずれか
に入射した光ビームBM1が光ファイバを介して入射し、
部分31−ｋはノード33−k1,……,33−km,……,33−knの
いずれかに入射した光ビームBMkが光ファイバを介して
入射し、部分31−ｌはノード33−l1,……,33−lm,……,
33−lnのいずれかに入射した光ビームBMlが光ファイバ
を介して入射するようになっている。またストリークカ
メラ30の螢光面32は、スリット31の各部分31−1,……,3
1−k,31−ｌに対応した部分32−1,……,32−k,……,32
−ｌからなっている。
このような構成の電圧検出装置では、被測定物の軸線
Ｆ方向の電圧変化に伴ない被測定物の各位置に対応した
分散プリズム27の部分の屈折率が変化し、これにより各
ビームBM1,……,BMk,……,BMlはその光路が変換され出
射される。これを二次元検出器としてのストリークカメ
ラ30で観測すると、螢光面32の部分32−１には光ビーム
BM1の光路の時間変化がストリーク像FG1として観測さ
れ、螢光面32の部分32−ｋには光ビームBMkの光路の時
間変化がストリーク像FGkとして観測され、螢光面32の
部分32−ｌには光ビームBMlの光路の時間変化がストリ
ーク像FGlとして観測される。
Ｆ方向の電圧変化に伴ない被測定物の各位置に対応した
分散プリズム27の部分の屈折率が変化し、これにより各
ビームBM1,……,BMk,……,BMlはその光路が変換され出
射される。これを二次元検出器としてのストリークカメ
ラ30で観測すると、螢光面32の部分32−１には光ビーム
BM1の光路の時間変化がストリーク像FG1として観測さ
れ、螢光面32の部分32−ｋには光ビームBMkの光路の時
間変化がストリーク像FGkとして観測され、螢光面32の
部分32−ｌには光ビームBMlの光路の時間変化がストリ
ーク像FGlとして観測される。
このようにして被測定物の一次元的な各位置の電圧を
同時に検出することができる。
同時に検出することができる。
第６図は、本発明に係る電圧検出装置の第２の実施例
の構成図である。
の構成図である。
第６図の電圧検出装置では、第１図に示す電圧検出装
置と同様に、例えばCWレーザの光源53と、光ファイバ列
６−１乃至６−ｎと、ストリークカメラ７とを備えてい
るが、光源53からの光ビームは、ミラー20を介して、金
属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡22の形成された光
学的一軸性結晶の電気光学材料21に入射し、反射鏡22で
反射し電気光学材料21から出射光として出力されて光フ
ァイバ列６−１乃至６−ｍのいずれかに加わるようにな
っている。
置と同様に、例えばCWレーザの光源53と、光ファイバ列
６−１乃至６−ｎと、ストリークカメラ７とを備えてい
るが、光源53からの光ビームは、ミラー20を介して、金
属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡22の形成された光
学的一軸性結晶の電気光学材料21に入射し、反射鏡22で
反射し電気光学材料21から出射光として出力されて光フ
ァイバ列６−１乃至６−ｍのいずれかに加わるようにな
っている。
このような構成の電圧検出装置では、電気光学材料21
に電圧が印加されていない状態では、光源53からの光ビ
ームは電気光学材料21内を光路S1で進み、反射光として
光ファイバ６−ｍに入射する。また電気光学材料21に正
（または負）の電圧が印加されると、光源53からの光ビ
ームは電気光学材料21内を光路S3（またはS2）で進み、
反射光として光ファイバ６−１（または６−ｎ）に入射
する。このように、電気光学材料21に加わる電圧によっ
て電気光学材料21内における光ビームの光路は異なり、
電気光学材料21から反射光は、その光路に見合った光フ
ァイバに入射することになる。
に電圧が印加されていない状態では、光源53からの光ビ
ームは電気光学材料21内を光路S1で進み、反射光として
光ファイバ６−ｍに入射する。また電気光学材料21に正
（または負）の電圧が印加されると、光源53からの光ビ
ームは電気光学材料21内を光路S3（またはS2）で進み、
反射光として光ファイバ６−１（または６−ｎ）に入射
する。このように、電気光学材料21に加わる電圧によっ
て電気光学材料21内における光ビームの光路は異なり、
電気光学材料21から反射光は、その光路に見合った光フ
ァイバに入射することになる。
これにより、第１図の電圧検出装置と同様に、ストリ
ークカメラ７の螢光面13上で、被測定物の所定部分を通
過する電圧パルスなどの電圧波形を正負の極性を判別可
能に検出することができる。また、偏光子、検光子、ビ
ームスプリッタを用いておらずさらに光学系の部材数を
少なくすることができるので、光の利用率を著しく高
め、電圧の検出精度、検出感度を著しく向上させること
ができる。
ークカメラ７の螢光面13上で、被測定物の所定部分を通
過する電圧パルスなどの電圧波形を正負の極性を判別可
能に検出することができる。また、偏光子、検光子、ビ
ームスプリッタを用いておらずさらに光学系の部材数を
少なくすることができるので、光の利用率を著しく高
め、電圧の検出精度、検出感度を著しく向上させること
ができる。
第７図は第６図に示す電圧検出装置の変形例の部分構
成図である。
成図である。
第７図の電圧検出装置では、光源53からの光ビームを
ビームエキスパンダ25により平行光にしミラー26を介し
て、金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡28の形成さ
れた光学的一軸性結晶の電気光学材料29に入射させるよ
うになっている。電気光学材料29に入射した平行光BM1
乃至BMlは、被測定物の軸線Ｆ方向の一次元位置の各電
圧による電気光学材料29の屈折率変化に基づく光路で電
気光学材料29から出射する。すなわち、光ビームBM1
は、電気光学材料29の屈折率変化によりノード38−11乃
至38−1nのいずれかに出射され、光ビームBMlは、ノー
ド38−l1乃至38−lnのいずれかに出射されるようになっ
ている。
ビームエキスパンダ25により平行光にしミラー26を介し
て、金属薄膜あるいは誘電体多層膜の反射鏡28の形成さ
れた光学的一軸性結晶の電気光学材料29に入射させるよ
うになっている。電気光学材料29に入射した平行光BM1
乃至BMlは、被測定物の軸線Ｆ方向の一次元位置の各電
圧による電気光学材料29の屈折率変化に基づく光路で電
気光学材料29から出射する。すなわち、光ビームBM1
は、電気光学材料29の屈折率変化によりノード38−11乃
至38−1nのいずれかに出射され、光ビームBMlは、ノー
ド38−l1乃至38−lnのいずれかに出射されるようになっ
ている。
このような構成の電圧検出装置では、二次元検出器と
して第５図に示すようなストリークカメラ30を用いるこ
とにより、光ビームBM1乃至BMlの光路の時間変化をスト
リーク像FG1乃至FGlとして観測することができる。この
ようにして第４図および第５図に示す電圧検出装置と同
様にして、被測定物の一次元的な各位置の電圧を同時に
検出することができる。
して第５図に示すようなストリークカメラ30を用いるこ
とにより、光ビームBM1乃至BMlの光路の時間変化をスト
リーク像FG1乃至FGlとして観測することができる。この
ようにして第４図および第５図に示す電圧検出装置と同
様にして、被測定物の一次元的な各位置の電圧を同時に
検出することができる。
なお、上述の実施例では、分散プリズム1,27,電気光
学材料21,29を光学的一軸性結晶からなるものとして説
明したが、これらの実施例では光ビームの偏光状態の変
化を何ら利用するものではないので、分散プリズム1,2
7,電気光学材料21,29は光学的一軸性結晶に限らず、例
えば等方性結晶であっても良い。
学材料21,29を光学的一軸性結晶からなるものとして説
明したが、これらの実施例では光ビームの偏光状態の変
化を何ら利用するものではないので、分散プリズム1,2
7,電気光学材料21,29は光学的一軸性結晶に限らず、例
えば等方性結晶であっても良い。
また、上述の実施例では出射光を光ファイバを用いて
ストリークカメラに導いているが、光ファイバを用いず
そのままストリークカメラ７の入射スリット８に出射光
を導いても良い。さらに、上述の実施例では、電気光学
材料の先端を被測定物に接触させないとして説明した
が、これを被測定物に接触させても良い。
ストリークカメラに導いているが、光ファイバを用いず
そのままストリークカメラ７の入射スリット８に出射光
を導いても良い。さらに、上述の実施例では、電気光学
材料の先端を被測定物に接触させないとして説明した
が、これを被測定物に接触させても良い。
以上に説明したように、本発明によれば、光源からの
光ビームを屈折率に見合った光路で光路変換手段から出
射させ、各光路からの各出射光を検出手段で検出するよ
うにしているので、検出手段において被測定物の所定部
分を通過する電圧パルスなどの電圧波形を正負の極性を
も判別可能に直接検出することができて、さらに光学系
の部材数を少なくすることができるとともに光源からの
光ビームの強度を何ら半減させることなく出射光を検出
できるので、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。
光ビームを屈折率に見合った光路で光路変換手段から出
射させ、各光路からの各出射光を検出手段で検出するよ
うにしているので、検出手段において被測定物の所定部
分を通過する電圧パルスなどの電圧波形を正負の極性を
も判別可能に直接検出することができて、さらに光学系
の部材数を少なくすることができるとともに光源からの
光ビームの強度を何ら半減させることなく出射光を検出
できるので、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図は分散プリズムの光路を説明するための
図、第３図はストリークカメラの概略構成図、第４図は
第１図の電圧検出装置の変形例の部分構成図、第５図は
第４図の電圧検出装置に用いられる二次元検出器として
のストリークカメラの概略図、第６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７図は第６図の
電圧検出装置の変形例の部分構成図、第８図は従来の電
圧検出装置の構成図である。 1,27……分散プリズム、 ６−１乃至６−ｎ……光ファイバ、 ７……ストリークカメラ、8,31……スリット、 21,29……電気光学材料、 T1乃至T3,S1乃至S3……光路、 SP1,SP2,FG1乃至FGl……ストリーク像
成図、第２図は分散プリズムの光路を説明するための
図、第３図はストリークカメラの概略構成図、第４図は
第１図の電圧検出装置の変形例の部分構成図、第５図は
第４図の電圧検出装置に用いられる二次元検出器として
のストリークカメラの概略図、第６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７図は第６図の
電圧検出装置の変形例の部分構成図、第８図は従来の電
圧検出装置の構成図である。 1,27……分散プリズム、 ６−１乃至６−ｎ……光ファイバ、 ７……ストリークカメラ、8,31……スリット、 21,29……電気光学材料、 T1乃至T3,S1乃至S3……光路、 SP1,SP2,FG1乃至FGl……ストリーク像
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、光ビームを出力する光源と、電気光学材料で形
成されかつ光源からの光ビームを屈折率に見合った光路
で出力させる光路変換手段と、光路変換手段からの光ビ
ームを検出手段に案内する案内手段とを備えていること
を特徴とする電圧検出装置。 - 【請求項２】前記光路変換手段は、これに入射する光ビ
ームを屈折率に見合った光路で透過光として出力させる
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】前記光路変換手段は、これに入射する光ビ
ームを屈折率に見合った光路で反射光として出力させる
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４】前記検出手段は、ストリークカメラであ
り、ストリークカメラの螢光面には、被測定物の所定部
分の電圧の時間変化が、電圧波形として直接表示される
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】前記案内手段は、光ファイバの束であるこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP62144981A JP2537364B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
| US07/200,972 US4973900A (en) | 1987-06-10 | 1988-06-01 | Voltage detecting device |
| DE88109230T DE3887008T2 (de) | 1987-06-10 | 1988-06-09 | Spannungsdetektor. |
| EP88109230A EP0294816B1 (en) | 1987-06-10 | 1988-06-09 | Voltage detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62144981A JP2537364B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63308573A JPS63308573A (ja) | 1988-12-15 |
| JP2537364B2 true JP2537364B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=15374704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62144981A Expired - Lifetime JP2537364B2 (ja) | 1987-06-10 | 1987-06-10 | 電圧検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4973900A (ja) |
| EP (1) | EP0294816B1 (ja) |
| JP (1) | JP2537364B2 (ja) |
| DE (1) | DE3887008T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4928058A (en) * | 1989-05-23 | 1990-05-22 | The University Of Rochester | Electro-optic signal measurement |
| JPH03201016A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-09-02 | Sony Corp | 手書き入力装置 |
| US5396635A (en) | 1990-06-01 | 1995-03-07 | Vadem Corporation | Power conservation apparatus having multiple power reduction levels dependent upon the activity of the computer system |
| DE4205509A1 (de) * | 1992-02-24 | 1993-08-26 | Mwb Pruefsysteme Gmbh | Verfahren und sensor zum messen von elektrischen spannungen und/oder elektrischen feldstaerken |
| DE19518008A1 (de) * | 1995-05-19 | 1996-11-21 | Thomas Dipl Phys Honke | Elektronisches Synchronregistriergerät |
| SE9502257D0 (sv) * | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Asea Brown Boveri | High voltage measuring device |
| DE19810781C1 (de) * | 1998-03-06 | 1999-08-26 | Siemens Ag | Vorrichtung zum Messen einer elektrischen Spannung oder einer elektrischen Feldstärke |
| US6088151A (en) * | 1998-11-16 | 2000-07-11 | Lucent Technologies Inc. | Optical modulator with variable prism |
| US6482146B1 (en) * | 2000-06-13 | 2002-11-19 | Acorn Cardiovascular, Inc. | Cardiac disease treatment and device |
| USRE40866E1 (en) | 2000-09-27 | 2009-08-04 | Huron Ip Llc | System, method, and architecture for dynamic server power management and dynamic workload management for multiserver environment |
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