(57)【要約】【課題】小型化が可能であって測定対象の抵抗値を精度良く測定できる抵抗測定装置を実現する。【解決手段】本発明の抵抗測定装置１は、試料Ｒｔの抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、電圧源Ｖｓと可変電圧源Ｖｂと抵抗Ｒ１〜Ｒ３とを備え、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ１が、抵抗Ｒ３と試料Ｒｔとの間の電圧Ｖ２と等しいとき、電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ３と可変電圧源Ｖｂの出力電圧Ｖ４は平衡状態になる。電圧Ｖ１（電圧Ｖ２）、電圧Ｖ３および電圧Ｖ４のいずれか２つの電圧を測定することにより、試料Ｒｔの抵抗値を精度良く算出できる。【選択図】図１
2010145373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、
上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記測定対象と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の電圧源側から、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第２の電圧源の順、または、上記測定対象、上記第３の抵抗および上記第２の電圧源の順に接続されており、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項２】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、
上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記測定対象と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、または、上記第２の電圧源、上記第３の抵抗および上記測定対象の順に接続されており、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項３】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、
上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の電圧源側から、上記第１の抵抗、上記第２の抵抗および上記第２の電圧源の順に接続されており、
上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第１の電圧が、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項４】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、
上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、
上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第１の電圧が、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項５】
上記第２の電圧源は、第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、
上記第１の差分出力手段は、上記第１の電圧と上記第２の電圧との差分を所定のゲインで出力し、
上記第１の電圧出力手段は、上記第１の差分出力手段の出力電圧に基づいて、上記第１の電圧が上記第２の電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第１の電圧が上記第２の電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、
上記第１の電圧出力手段の出力電圧が、上記第２の電圧源の電圧となることを特徴とする請求項１または３に記載の抵抗測定装置。
【請求項６】
上記第２の電圧源は、第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、
上記第１の差分出力手段は、上記第１の電圧と上記第２の電圧との差分を所定のゲインで出力し、
上記第１の電圧出力手段は、上記第１の差分出力手段の出力電圧に基づいて、上記第１の電圧が上記第２の電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第１の電圧が上記第２の電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、
上記第１の電圧源の電圧から上記第１の電圧出力手段の出力電圧を差し引いた電圧が、上記第２の電圧源の電圧となることを特徴とする請求項２または４に記載の抵抗測定装置。
【請求項７】
上記第１の電圧源は、可変電圧源であり、
上記第３の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧は平衡状態になることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の抵抗測定装置。
【請求項８】
上記第１の電圧源は、第３の電圧源と第２の差分出力手段と第２の電圧出力手段とを備え、
上記第２の差分出力手段は、上記第３の抵抗の両端の電位差を所定のゲインで出力し、
上記第２の電圧出力手段は、上記第３の電圧源の電圧と上記第２の差分出力手段の出力電圧とを入力とし、上記第３の電圧源の電圧が上記第２の差分出力手段の出力電圧より高い場合、当該第２の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第３の電圧源の電圧が上記第２の差分出力手段の出力電圧より低い場合、当該第２の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、
上記第２の電圧出力手段の出力電圧が、上記第１の電圧源の電圧となることを特徴とする請求項７に記載の抵抗測定装置。
【請求項９】
上記第２の直列回路は、固定抵抗である第４の抵抗をさらに備え、
上記第１の電源側から、上記第４の抵抗、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、上記第４の抵抗、上記第３の抵抗および上記測定対象の順、上記測定対象、上記第３の抵抗および上記第４の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第４の抵抗の順に接続されており、
上記第１の電圧源は、可変電圧源であり、
上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧は平衡状態になり、
上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことを特徴とする請求項７に記載の抵抗測定装置。
【請求項１０】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第４の抵抗とを備え、
上記第１の電圧源と上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第４の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記第４の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の直列回路では、上記第１の電圧源側から、上記第１の抵抗、上記第２の抵抗および上記第２の電圧源の順、または、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、
上記第２の直列回路では、上記第１の電源側から、上記測定対象、上記第４の抵抗および上記第３の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記第４の抵抗および上記測定対象の順に接続されており、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗との間の第２の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、または、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記測定対象と上記第４の抵抗との間の第３の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になり、
上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項１１】
測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、
第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第４の抵抗とを備え、
上記第１の電圧源と上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第４の抵抗は固定抵抗であり、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、
上記第３の抵抗と上記第４の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、
上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、
上記第１の直列回路では、上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、
上記第２の直列回路では、上記第１の電源側から、上記第４の抵抗、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第４の抵抗の順に接続されており、
上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、または、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記測定対象と上記第４の抵抗との間の第３の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になり、
上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことを特徴とする抵抗測定装置。
【請求項１２】
上記第１の電圧源は、第３の電圧源と第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、
上記第１の差分出力手段は、上記第４の抵抗の両端の電位差を所定のゲインで出力し、
上記第１の電圧出力手段は、上記第３の電圧源の電圧と上記第１の差分出力手段の出力電圧とを入力とし、上記第３の電圧源の電圧が上記第１の差分出力手段の出力電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第３の電圧源の電圧が上記第１の差分出力手段の出力電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、
上記第１の電圧出力手段の出力電圧が、上記第１の電圧源の電圧となることを特徴とする請求項１０または１１に記載の抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗測定装置に関し、特に、エレクトロマイグレーション評価試験に代表されるような、試料に定電流を印加しつつ試料の抵抗値変動を観測することのできる抵抗測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の抵抗値を精密に測定する方法として、従来からホイートストン・ブリッジ法が知られている。まず、ホイートストン・ブリッジの原理について説明する。
【０００３】
図１３は、ホイートストン・ブリッジ回路１０１を示す回路図である。ホイートストン・ブリッジ回路１０１は、定電圧源Ｖｓ１０１および４つの抵抗Ｒ１０１・Ｒ１０２・Ｒ１０３・Ｒ１０４から構成されており、２つの抵抗Ｒ１０１・Ｒ１０２からなる直列回路と２つの抵抗Ｒ１０３・Ｒ１０４からなる直列回路とが並列接続されている。ここで、抵抗値Ｒ１０４に対する抵抗値Ｒ１０３の比率と、抵抗値Ｒ１０２に対する抵抗値Ｒ１０１の比率とが同一である場合、抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１０４との間の電圧Ｖ１０２が、抵抗Ｒ１０１と抵抗Ｒ１０２との間の電圧Ｖ１０１と等しくなる。すなわち、Ｖ１０２＝Ｖ１０１のとき、
Ｒ１０１：Ｒ１０２＝Ｒ１０３：Ｒ１０４    ・・・式（１）
が成立する。
【０００４】
式（１）を変形すると、
Ｒ１０１×Ｒ１０４＝Ｒ１０３×Ｒ１０２
となり、
Ｒ１０３＝Ｒ１０４×Ｒ１０１÷Ｒ１０２    ・・・式（２）
となる。
【０００５】
続いて、ホイートストン・ブリッジ法での抵抗測定例について説明する。
【０００６】
図１４は、ホイートストン・ブリッジの抵抗測定装置２０１を示す回路図である。抵抗測定装置２０１は、試料Ｒｔの抵抗値を測定する回路であり、定電圧源Ｖｓ２０１および３つの抵抗Ｒ２０１・Ｒ２０２・Ｒ２０３から構成されている。抵抗Ｒ２０１・Ｒ２０２は抵抗値が既知の固定抵抗であり、抵抗Ｒ２０３はダイヤル・ディケード抵抗器のような可変抵抗である。抵抗Ｒ２０１・Ｒ２０２からなる直列回路は、試料Ｒｔと抵抗Ｒ２０３とからなる直列回路と並列接続されている。
【０００７】
ここで、抵抗Ｒ２０１〜Ｒ２０３および試料Ｒｔの接続関係は、図１３に示す抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０４と同様である。したがって、試料Ｒｔと抵抗Ｒ２０３との間の電圧Ｖ２０２が、抵抗Ｒ２０１と抵抗Ｒ２０２との間の電圧Ｖ２０１と等しい場合、式（２）から、
Ｒｔ＝Ｒ２０３×Ｒ２０１÷Ｒ２０２    ・・・式（３）
が成り立つ。
【０００８】
ここで、Ｖ２０２＝Ｖ２０１となるように可変抵抗Ｒ２０３を調整する。上記のように、抵抗Ｒ２０１・Ｒ２０２の抵抗値は既知であるため、式（３）から試料Ｒｔの抵抗値が算出される。Ｖ２０２＝Ｖ２０１であることを検知する手段として、抵抗Ｒ２０１・Ｒ２０２間の接続点と試料Ｒｔ・抵抗Ｒ２０３間の接続点との間に電流計を設ける。Ｖ２０２＝Ｖ２０１である場合、当該電流計を流れる電流Ｉ２０１の電流値がゼロとなるので、Ｉ２０１＝０となるように抵抗Ｒ２０３を調整する。
【０００９】
ここで、電流Ｉ２０１がゼロであるか否かの検出は、簡単なコイル式の電流計であっても非常に精度良く実現できる。したがって、抵抗測定装置２０１によって、ケルビン法等のような抵抗測定方法よりも簡単に抵抗値を測定することができる。この抵抗測定方法は例えば下記の非特許文献１に開示されている。
【非特許文献１】平山  博、大附  辰夫  著  「電気回路論（電気学会大学講座）」電気学会出版  ２００８年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
抵抗測定装置２０１の可変抵抗Ｒ２０３の内部に抵抗値を切り替える切替え手段が必要となるため、可変抵抗Ｒ２０３としては、一般に抵抗値を直読できるスイッチ切替え式の抵抗装置が用いられる。しかしながら、スイッチ切替え式の抵抗装置は、装置自体が大きいため、抵抗測定装置２０１を小型化することが難しい。また、スイッチ切替え式の抵抗装置は、リレーなどの機械部品を使用しているため、性能を長期間維持することができない。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化が可能であって測定対象の抵抗値を精度良く測定できる抵抗測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る抵抗測定装置は、上記課題を解決するために、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記測定対象と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の電圧源側から、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第２の電圧源の順、または、上記測定対象、上記第３の抵抗および上記第２の電圧源の順に接続されており、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る抵抗測定装置は、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記測定対象と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、または、上記第２の電圧源、上記第３の抵抗および上記測定対象の順に接続されており、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る抵抗測定装置は、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の電圧源側から、上記第１の抵抗、上記第２の抵抗および上記第２の電圧源の順に接続されており、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第１の電圧が、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る抵抗測定装置は、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第１の電圧が、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第２の電圧源は、第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、上記第１の差分出力手段は、上記第１の電圧と上記第２の電圧との差分を所定のゲインで出力し、上記第１の電圧出力手段は、上記第１の差分出力手段の出力電圧に基づいて、上記第１の電圧が上記第２の電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第１の電圧が上記第２の電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、上記第１の電圧出力手段の出力電圧が、上記第２の電圧源の電圧となることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第２の電圧源は、第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、上記第１の差分出力手段は、上記第１の電圧と上記第２の電圧との差分を所定のゲインで出力し、上記第１の電圧出力手段は、上記第１の差分出力手段の出力電圧に基づいて、上記第１の電圧が上記第２の電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第１の電圧が上記第２の電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、上記第１の電圧源の電圧から上記第１の電圧出力手段の出力電圧を差し引いた電圧が、上記第２の電圧源の電圧となることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、第２の電圧源を構成する第１の差分出力手段および第１の電圧出力手段は、いずれも電子化可能な回路であるので、高集積化が可能である。また、メカリレーを必要としないため、抵抗測定装置の寿命、安定性を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第１の電圧源は、可変電圧源であり、上記第３の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧は平衡状態になることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、第３の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、第１の電圧源の電圧が平衡状態になるので、平衡状態であるとき、第３の抵抗には定電流が流れる。また、第３の抵抗と測定対象とは互いに直列接続されているので、測定対象の抵抗値にかかわらず、測定対象に定電流を流すことができる。したがって、抵抗測定装置をエレクトロマイグレーション（ＥＭ）試験器に応用することができる。
【００２１】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第１の電圧源は、第３の電圧源と第２の差分出力手段と第２の電圧出力手段とを備え、上記第２の差分出力手段は、上記第３の抵抗の両端の電位差を所定のゲインで出力し、上記第２の電圧出力手段は、上記第３の電圧源の電圧と上記第２の差分出力手段の出力電圧とを入力とし、上記第３の電圧源の電圧が上記第２の差分出力手段の出力電圧より高い場合、当該第２の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第３の電圧源の電圧が上記第２の差分出力手段の出力電圧より低い場合、当該第２の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、上記第２の電圧出力手段の出力電圧が、上記第１の電圧源の電圧となることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、第１の電圧源を構成する第３の電圧源、第２の差分出力手段および第２の電圧出力手段は、いずれも電子化可能な回路であるので、小型化および高集積化が可能である。
【００２３】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第２の直列回路は、固定抵抗である第４の抵抗をさらに備え、上記第１の電源側から、上記第４の抵抗、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、上記第４の抵抗、上記第３の抵抗および上記測定対象の順、上記測定対象、上記第３の抵抗および上記第４の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第４の抵抗の順に接続されており、上記第１の電圧源は、可変電圧源であり、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧は平衡状態になり、上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことが好ましい。
【００２４】
本発明に係る抵抗測定装置は、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第４の抵抗とを備え、上記第１の電圧源と上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第４の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の直列回路では、上記第１の電圧源側から、上記第１の抵抗、上記第２の抵抗および上記第２の電圧源の順、または、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、上記第２の直列回路では、上記第１の電源側から、上記測定対象、上記第４の抵抗および上記第３の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記第４の抵抗および上記測定対象の順に接続されており、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗との間の第２の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、または、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記測定対象と上記第４の抵抗との間の第３の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になり、上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことを特徴としている。
【００２５】
本発明に係る抵抗測定装置は、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第４の抵抗とを備え、上記第１の電圧源と上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第４の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記第４の抵抗と上記測定対象とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の直列回路では、上記第１の電圧源側から、上記第２の電圧源、上記第１の抵抗および上記第２の抵抗の順に接続されており、上記第２の直列回路では、上記第１の電源側から、上記第４の抵抗、上記測定対象および上記第３の抵抗の順、または、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第４の抵抗の順に接続されており、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、または、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記測定対象と上記第４の抵抗との間の第３の電圧と等しく、上記第４の抵抗の両端の電位差が所定値であるとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になり、上記第４の抵抗は、上記第１〜第３の抵抗よりも抵抗値が低いことを特徴としている。
【００２６】
本発明に係る抵抗測定装置では、上記第１の電圧源は、第３の電圧源と第１の差分出力手段と第１の電圧出力手段とを備え、上記第１の差分出力手段は、上記第４の抵抗の両端の電位差を所定のゲインで出力し、上記第１の電圧出力手段は、上記第３の電圧源の電圧と上記第１の差分出力手段の出力電圧とを入力とし、上記第３の電圧源の電圧が上記第１の差分出力手段の出力電圧より高い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を上昇させ、上記第３の電圧源の電圧が上記第１の差分出力手段の出力電圧より低い場合、当該第１の電圧出力手段の出力電圧を低下させ、上記第１の電圧出力手段の出力電圧が、上記第１の電圧源の電圧となることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、第１の電圧源を構成する第３の電圧源、第２の差分出力手段および第２の電圧出力手段は、いずれも電子化可能な回路であるので、小型化および高集積化が可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る抵抗測定装置は、以上のように、測定対象の抵抗値を測定するための抵抗測定装置であって、第１の電圧源と第２の電圧源と第１〜第３の抵抗とを備え、上記第２の電圧源は可変電圧源であり、第１〜第３の抵抗は固定抵抗であり、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗とは、互いに直列接続されて第１の直列回路を構成し、上記第３の抵抗と上記測定対象と上記第２の電圧源とは、互いに直列接続されて第２の直列回路を構成し、上記第１の直列回路の一端と上記第２の直列回路の一端とは上記第１の電圧源に接続され、上記第１の直列回路の他端と上記第２の直列回路の他端とは接地され、上記第１の電圧源側から、上記第３の抵抗、上記測定対象および上記第２の電圧源の順、または、上記測定対象、上記第３の抵抗および上記第２の電圧源の順に接続されており、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗との間の第１の電圧が、上記第３の抵抗と上記測定対象との間の第２の電圧と等しいとき、上記第１の電圧源の電圧と上記第２の電圧源の電圧とが平衡状態になるので、小型化が可能であって測定対象の抵抗値を精度良く測定できる抵抗測定装置を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態について図１〜図４に基づいて説明すると以下の通りである。まず、本実施形態に係る抵抗測定装置の原理について図１に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る抵抗測定装置１の概略構成を示す回路図である。抵抗測定装置１は、試料Ｒｔの抵抗値を測定する回路であり、電圧源Ｖｓ、可変電圧源Ｖｂおよび３つの抵抗Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３を備えている。
【００３１】
電圧源Ｖｓは、例えばＤＡ変換器などで構成され、定電圧Ｖ３を出力する。各抵抗Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３は、抵抗値が既知である固定抵抗である。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続され、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３と可変電圧源Ｖｂとが直列に接続されている。より具体的には、抵抗Ｒ１の一端および試料Ｒｔの一端は、ともに電圧源Ｖｓに接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。また、試料Ｒｔの他端は抵抗Ｒ３の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端は可変電圧源Ｖｂの一端に接続され、可変電圧源Ｖｂの他端は接地されている。
【００３２】
可変電圧源Ｖｂは、正電圧だけでなく負電圧も出力可能な電圧源であり、後述するように数個の演算増幅器で構成される。また、可変電圧源Ｖｂの電圧は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ１が、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ２と等しいときに、電圧Ｖ４で平衡状態となる。
【００３３】
このとき、電圧Ｖ１は、電圧Ｖ３を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧したものであるので、
（Ｖ３−Ｖ１）：Ｖ１＝Ｒ１：Ｒ２
Ｖ１＝Ｖ３×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・式（４）
となる。一方、電圧Ｖ２は、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４との電位差を試料Ｒｔと抵抗Ｒ３とで分圧したものであるので、
（Ｖ３−Ｖ２）：（Ｖ２−Ｖ４）＝Ｒｔ：Ｒ３
Ｖ２＝（Ｒ３×Ｖ３＋Ｒｔ×Ｖ４）／（Ｒ３＋Ｒｔ）    ・・・式（５）
となる。ここで、Ｖ１＝Ｖ２であるので、式（４）および式（５）から、
Ｖ３×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝（Ｒ３×Ｖ３＋Ｒｔ×Ｖ４）／（Ｒ３＋Ｒｔ）
Ｒｔ＝Ｒ１×Ｒ３×Ｖ３／（Ｖ３×Ｒ２−（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖ４）    ・・・式（６）
が成り立つ。抵抗Ｒ１〜Ｒ３および電圧Ｖ３は既知であるので、電圧Ｖ４を計測することにより、試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００３４】
電圧Ｖ４の計測は、後述のようにＡＤ変換器で簡単に実現することができる。また、可変電圧源Ｖｂは、数個の演算増幅器で簡単に構成することができる。続いて、可変電圧源Ｖｂについて図２に基づいて説明する。
【００３５】
図２は、抵抗測定装置１の具体的な構成を示す回路図である。同図では、図１に示す可変電圧源Ｖｂの具体的な構成として、計装アンプＡｍｐ１、サンプルアンドホールド回路２、ＡＤ変換回路３、ＣＰＵ４、ＤＡ変換回路５および演算増幅器ＭＯＤ１が図示されている。また、同図では、電圧Ｖ４を計測するための具体的な構成として、ＡＤ変換回路６も図示されている。
【００３６】
計装アンプＡｍｐ１は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮには電圧Ｖ１が入力され、入力端子−ＩＮには電圧Ｖ２が入力される。計装アンプＡｍｐ１は、入力端子＋ＩＮの電位から入力端子−ＩＮの電位を減じた差分、すなわち（Ｖ１−Ｖ２）の電圧を出力する。
【００３７】
計装アンプＡｍｐ１の出力電圧は、サンプルアンドホールド回路２によって一旦ホールドされてＡＤ変換回路３に入力される。これにより、計装アンプＡｍｐ１の出力電圧はＡＤ変換回路３によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ４においてモニタされる。また、ＡＤ変換回路３からのデジタル信号は、ＣＰＵ４を経てＤＡ変換回路５において再びアナログ電圧に変換される。
【００３８】
演算増幅器ＭＯＤ１は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮにはＤＡ変換回路５の出力電圧が入力され、入力端子−ＩＮは接地されている。演算増幅器ＭＯＤ１は、（入力端子＋ＩＮの電位）＞（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を上昇させ、（入力端子＋ＩＮの電位）＜（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を低下させる。すなわち、演算増幅器ＭＯＤ１は、（入力端子＋ＩＮの電位）＝（入力端子−ＩＮの電位）となった時に出力電圧が安定する。
【００３９】
ＤＡ変換回路５の出力電圧は、計装アンプＡｍｐ１の出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）と等しいので、演算増幅器ＭＯＤ１は、Ｖ１−Ｖ２＝０となるまで出力電圧を変化させ、Ｖ１＝Ｖ２となったとき、出力電圧Ｖ４で平衡状態となる。具体的には、電圧源Ｖｓが電圧Ｖ３の印加を開始したときＶ１＞Ｖ２であった場合、Ｖ１−Ｖ２＞０となるので、演算増幅器ＭＯＤ１は出力電圧を上昇させる。この場合、平衡状態における出力電圧Ｖ４は正電圧となる。一方、電圧源Ｖｓが電圧Ｖ３の印加を開始したときＶ１＜Ｖ２であった場合、Ｖ１−Ｖ２＜０となるので、演算増幅器ＭＯＤ１は出力電圧を低下させる。この場合、平衡状態における出力電圧Ｖ４は負電圧となる。
【００４０】
電圧Ｖ４は、ＡＤ変換回路６によってデジタル値に変換され、ＣＰＵ４によってモニタされる。これにより、電圧Ｖ４が計測され、上記式（６）により、試料Ｒｔの抵抗値が算出される。なお、計装アンプＡｍｐ１の出力電圧を演算増幅器ＭＯＤ１の入力端子＋ＩＮに直接入力してもよい。また、試料Ｒｔの算出式は異なるが、抵抗測定装置１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００４１】
このように、抵抗測定装置１では、従来の抵抗測定装置のようにメカリレーやスイッチを必要とする可変抵抗器を使用していないので、回路の寿命、安定性、信頼性を向上させることができる。また、抵抗測定装置１を構成する回路は、完全に電子化することができるので、抵抗測定装置１の小型化、高集積化が可能となる。
【００４２】
続いて、本実施形態の変形例について説明する。
【００４３】
図３は、本実施形態の変形例に係る抵抗測定装置１１の概略構成を示す回路図である。抵抗測定装置１１は、図１に示す抵抗測定装置１と同様、試料Ｒｔの抵抗値を測定する回路であり、電圧源Ｖｓ、可変電圧源Ｖｂおよび３つの抵抗Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３を備えている。抵抗測定装置１１を構成する各素子は、抵抗測定装置１におけるものと略同一である。
【００４４】
一方、抵抗測定装置１１では、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と可変電圧源Ｖｂとが直列に接続され、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。すなわち、抵抗測定装置１では、可変電圧源Ｖｂは、試料Ｒｔ・抵抗Ｒ３と共に直列接続されていたのに対し、抵抗測定装置１１では、可変電圧源Ｖｂは、抵抗Ｒ１・Ｒ２と共に直列接続されている。より具体的には、抵抗Ｒ１の一端および試料Ｒｔの一端は、ともに電圧源Ｖｓに接続されている。抵抗Ｒ１の他端は抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は可変電圧源Ｖｂの一端に接続され、可変電圧源Ｖｂの他端は接地されている。また、試料Ｒｔの他端は抵抗Ｒ３の一端に接続され、抵抗Ｒ３の他端は接地されている。
【００４５】
可変電圧源Ｖｂの電圧は、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ１が、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ２と等しいときに、電圧Ｖ４で平衡状態となる。このとき、電圧Ｖ１は、電圧Ｖ３を試料Ｒｔと抵抗Ｒ３とで分圧したものであるので、
（Ｖ３−Ｖ１）：Ｖ１＝Ｒｔ：Ｒ３
Ｖ１＝Ｖ３×Ｒ３／（Ｒｔ＋Ｒ３）    ・・・式（７）
となる。一方、電圧Ｖ２は、電圧Ｖ３と電圧Ｖ４との電位差を抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧したものであるので、
（Ｖ３−Ｖ２）：（Ｖ２−Ｖ４）＝Ｒ１：Ｒ２
Ｖ２＝（Ｒ２×Ｖ３＋Ｒ１×Ｖ４）／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・式（８）
となる。上記のように、Ｖ１＝Ｖ２であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３および電圧Ｖ３は既知であるので、電圧Ｖ４を計測することにより、式（７）および式（８）から試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。なお、可変電圧源Ｖｂの具体的な構成は、図２に示すものと略同様である。
【００４６】
なお、試料Ｒｔの算出式は異なるが、抵抗測定装置１１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。また、抵抗測定装置１および１１では、可変電圧源Ｖｂを接地側に設ける構成であったが、これに限定されない。例えば、可変電圧源Ｖｂは、ブリッジを構成する抵抗間や抵抗と試料との間に設けてもよい。
【００４７】
続いて、本実施形態の他の変形例について、図４に基づいて説明する。
【００４８】
図４（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ、本実施形態のさらに他の変形例に係る抵抗測定装置２１および３１の概略構成を示す回路図である。
【００４９】
図４（ａ）に示す抵抗測定装置２１は、可変電圧源Ｖｂを試料Ｒｔの電圧源Ｖｓ側の一端に接続した構成であり、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ１が、可変電圧源Ｖｂと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ２と等しくなるとき、可変電圧源Ｖｂの電圧は平衡状態となる。
【００５０】
このとき、可変電圧源Ｖｂの出力電圧をＶ４とすると、
Ｖ１＝Ｖ３×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・式（９）
Ｖ２＝（Ｖ３−Ｖ４）×Ｒ３／（Ｒｔ＋Ｒ３）    ・・・式（１０）
となる。ここで、Ｖ１＝Ｖ２であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３および電圧Ｖ３は既知であるので、電圧Ｖ４を計測することにより、式（９）および式（１０）から試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００５１】
なお、抵抗測定装置２１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００５２】
図４（ｂ）に示す抵抗測定装置３１は、可変電圧源Ｖｂを抵抗Ｒ１の電圧源Ｖｓ側の一端に接続した構成であり、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ１が、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ２と等しくなるとき、可変電圧源Ｖｂの電圧は平衡状態となる。このとき、電圧Ｖ２は、電圧Ｖ３を試料Ｒｔと抵抗Ｒ３とで分圧したものであるので、
（Ｖ３−Ｖ２）：Ｖ２＝Ｒｔ：Ｒ３
Ｖ２＝Ｖ３×Ｒ３／（Ｒｔ＋Ｒ３）    ・・・式（１１）
となる。一方、電圧Ｖ１は、可変電圧源Ｖｂの出力電圧をＶ４とすると、
Ｖ１＝（Ｖ３−Ｖ４）×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・式（１２）
となる。Ｖ１＝Ｖ２であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ３および電圧Ｖ３は既知であるので、電圧Ｖ４を計測することにより、式（１１）および式（１２）から試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００５３】
なお、抵抗測定装置３１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００５４】
続いて、可変電圧源Ｖｂを電圧源Ｖｓ側に接続した構成の具体例について、図５に基づいて説明する。
【００５５】
図５は、図４（ａ）に示す抵抗測定装置２１の具体的な構成を示す回路図である。同図において、可変電圧源Ｖｂは、計装アンプＡｍｐ１、サンプルアンドホールド回路２、ＡＤ変換回路３、ＣＰＵ１４、ＤＡ変換回路５、演算増幅器ＭＯＤ１およびＡＤ変換回路７から構成されている。すなわち、抵抗測定装置２１の可変電圧源Ｖｂを構成する素子は、ＣＰＵ１４およびＡＤ変換回路７を除き、図２に示す抵抗測定装置１の可変電圧源Ｖｂを構成する素子と同一である。
【００５６】
計装アンプＡｍｐ１は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮには電圧Ｖ１が入力され、入力端子−ＩＮには電圧Ｖ２が入力される。計装アンプＡｍｐ１は、入力端子＋ＩＮの電位から入力端子−ＩＮの電位を減じた差分、すなわち（Ｖ１−Ｖ２）の電圧を出力する。
【００５７】
計装アンプＡｍｐ１の出力電圧は、サンプルアンドホールド回路２によって一旦ホールドされてＡＤ変換回路３に入力される。これにより、計装アンプＡｍｐ１の出力電圧はＡＤ変換回路３によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１４においてモニタされる。また、電圧源Ｖｓからの電圧Ｖ３も、ＡＤ変換回路７によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１４においてモニタされる。
【００５８】
ＣＰＵ１４は、ＡＤ変換回路３からのデジタル信号にＡＤ変換回路７からのデジタル信号を加算し、加算した信号をＤＡ変換回路５に出力する。これにより、ＤＡ変換回路５は、（Ｖ１−Ｖ２＋Ｖ３）のアナログ電圧を出力する。
【００５９】
演算増幅器ＭＯＤ１は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮにはＤＡ変換回路５の出力電圧が入力され、入力端子−ＩＮには電圧Ｖ３が入力される。演算増幅器ＭＯＤ１は、（入力端子＋ＩＮの電位）＞（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を上昇させ、（入力端子＋ＩＮの電位）＜（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を低下させる。すなわち、演算増幅器ＭＯＤ１は、（入力端子＋ＩＮの電位）＝（入力端子−ＩＮの電位）となった時に出力電圧が安定する。
【００６０】
ここで、（入力端子＋ＩＮの電位）＝Ｖ１−Ｖ２＋Ｖ３であり、（入力端子−ＩＮの電位）＝Ｖ３であるので、演算増幅器ＭＯＤ１は、Ｖ１−Ｖ２＝０となるまで出力電圧を変化させ、Ｖ１＝Ｖ２となったとき、出力電圧Ｖ４ａで平衡状態となる。具体的には、電圧源Ｖｓが電圧Ｖ３の印加を開始したときＶ１＞Ｖ２であった場合、Ｖ１−Ｖ２＋Ｖ３＞Ｖ３となるので、演算増幅器ＭＯＤ１は出力電圧を上昇させる。一方、電圧源Ｖｓが電圧Ｖ３の印加を開始したときＶ１＜Ｖ２であった場合、Ｖ１−Ｖ２＋Ｖ３＜Ｖ３となるので、演算増幅器ＭＯＤ１は出力電圧を低下させる。
【００６１】
なお、抵抗測定装置２１では、演算増幅器ＭＯＤ１の出力電圧Ｖ４ａと、図４（ａ）に示す可変電圧源Ｖｂの電圧Ｖ４とは、異なる電圧であり、可変電圧源Ｖｂの電圧Ｖ４は、電圧Ｖ３から出力電圧Ｖ４ａを差し引いた電圧となる。すなわち、Ｖ１＞Ｖ２である場合、可変電圧源Ｖｂの電圧Ｖ４は低下し、Ｖ１＜Ｖ２である場合、可変電圧源Ｖｂの電圧Ｖ４は上昇する。
【００６２】
電圧Ｖ４ａは、ＡＤ変換回路６によってデジタル値に変換され、ＣＰＵ４によってモニタされる。ここで上記のように、可変電圧源Ｖｂの電圧Ｖ４はＶ３−Ｖ４ａであるので、ＣＰＵ４は、ＡＤ変換回路６からのデジタル値およびＡＤ変換回路７からのデジタル値に基づいて、電圧Ｖ４の電圧値を算出する。これにより、上記式（９）および（１０）から、試料Ｒｔの抵抗値が算出される。なお、試料Ｒｔの算出式は異なるが、抵抗測定装置２１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００６３】
〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態について図６〜図９に基づいて説明すると以下の通りである。本実施形態では、試料に所定の定電流を流すことが要求されるエレクトロマイグレーション（ＥＭ）試験に応用可能な抵抗測定装置について説明する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係る抵抗測定装置４１の概略構成を示す回路図である。抵抗測定装置４１は、図１に示す抵抗測定装置１において、電圧源Ｖｓの代わりに、電圧Ｖ５を出力する可変電圧源Ｖｖを設けた構成である。可変電圧源Ｖｖは、試料Ｒｔと直列接続された抵抗Ｒ３の両端の電位差が所定値であるときに、電圧Ｖ５で平衡状態となる。
【００６５】
すなわち、可変電圧源Ｖｖが平衡状態であるときは、試料Ｒｔの抵抗値に関わらず抵抗Ｒ３の両端の電位差が等しいため、抵抗Ｒ３に定電流Ｉｒ３が流れる。試料Ｒｔに流れる電流も定電流Ｉｒ３であるため、試料Ｒｔの抵抗値が異なっても、試料Ｒｔに流れる電流は一定である。
【００６６】
このように、抵抗測定装置４１では、Ｖ１＝Ｖ２であり、かつ抵抗Ｒ３の両端の電位差が所定値であるときに、可変電圧源Ｖｂと可変電圧源Ｖｖとは、それぞれ電圧Ｖ４および電圧Ｖ５で平衡状態となる。このとき、抵抗Ｒ３と可変電圧源Ｖｂとの直列回路は、（Ｖ２÷Ｉｒ３）Ωの抵抗とみなすことができる。したがって、ホイートストンブリッジの原理により、
Ｒｔ＝（Ｖ２÷Ｉｒ３）×Ｒ１÷Ｒ２    ・・・式（１３）
となる。ここで、平衡状態における抵抗Ｒ３の両端の電位差は、既知の電圧であるので、定電流Ｉｒ３も既知である。したがって、電圧Ｖ２（または電圧Ｖ１）を計測することにより、試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００６７】
後述のように、可変電圧源Ｖｖを構成する回路素子も、可変電圧源Ｖｂと同様に、高集積化が可能であるため、抵抗測定装置４１の小型化が可能となる。続いて、可変電圧源Ｖｖについて図７に基づいて説明する。
【００６８】
図７は、抵抗測定装置４１の具体的な構成を示す回路図である。可変電圧源Ｖｖは、電圧源Ｖｓｓ、計装アンプＡｍｐ２および演算増幅器ＭＯＤ２を備えている。電圧源Ｖｓｓは、所定の定電圧を出力する電圧源であり、例えば、ＤＡ変換回路で構成される。
【００６９】
計装アンプＡｍｐ２は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮと入力端子−ＩＮとの電位差を所定のゲインで増幅して出力する。計装アンプＡｍｐ２の入力端子＋ＩＮには、抵抗Ｒ３の試料Ｒｔ側の一端の電圧（電圧Ｖ２）が入力され、計装アンプＡｍｐ２の入力端子−ＩＮには、抵抗Ｒ３の他端の電圧（電圧Ｖ４）が入力される。
【００７０】
演算増幅器ＭＯＤ２は、２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮを有しており、入力端子＋ＩＮには、電圧源Ｖｓｓからの出力電圧Ｖ６が入力され、入力端子−ＩＮには、計装アンプＡｍｐ２からの出力電圧が入力される。演算増幅器ＭＯＤ２は、（入力端子＋ＩＮの電位）＞（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を上昇させ、（入力端子＋ＩＮの電位）＜（入力端子−ＩＮの電位）である場合は出力電圧を低下させ、（入力端子＋ＩＮの電位）＝（入力端子−ＩＮの電位）となった時に出力電圧が安定する。
【００７１】
Ａｍｐ２のゲインをｇとすると、抵抗Ｒ３の両端の電位差はＶ２−Ｖ４であるので、
（Ｖ２−Ｖ４）×ｇ＝Ｖ６
のとき、演算増幅器ＭＯＤ２の出力電圧が平衡状態となる。このとき、抵抗Ｒ３を流れる電流Ｉｒ３は、
Ｉｒ３＝（Ｖ２−Ｖ４）／Ｒ３＝Ｖ６×Ｒ３／ｇ    ・・・式（１４）
で一定となる。式（１４）においてＲ３は既知であるので、電圧Ｖ６および計装アンプＡｍｐ２のゲインｇを所望の値に設定することにより、試料Ｒｔに流したい定電流値を制御することができる。
【００７２】
演算増幅器ＭＯＤ２の出力電圧の平衡状態への移行と並行して、演算増幅器ＭＯＤ１の出力電圧もＶ１＝Ｖ２となるように、電圧Ｖ４で平衡状態となる。前述のように、抵抗測定装置４１では、式（１３）に基づいて試料Ｒｔの抵抗値を算出するため、ＡＤ変換回路６は、電圧Ｖ２を測定するように構成されている。なお、計装アンプＡｍｐ１、サンプルアンドホールド回路２、ＡＤ変換回路３、ＣＰＵ４、ＤＡ変換回路５および演算増幅器ＭＯＤ１で構成される可変電圧源Ｖｂの具体的な動作は、図２に示す抵抗測定装置１におけるものと略同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
続いて、本実施形態の変形例について説明する。
【００７４】
図８は、本実施形態の変形例に係る抵抗測定装置５１の概略構成を示す回路図である。抵抗測定装置５１は、図３に示す抵抗測定装置１１において、電圧源Ｖｓの変わりに可変電圧源Ｖｖを設けた構成である。可変電圧源Ｖｖは、図６に示す抵抗測定装置４１の可変電圧源Ｖｖと同様、試料Ｒｔと直列接続された抵抗Ｒ３の両端の電位差が所定値であるときに、電圧Ｖ５で平衡状態となる。
【００７５】
図９は、本実施形態の変形例に係る抵抗測定装置５１の具体的な構成を示す回路図である。抵抗測定装置５１では、抵抗測定装置４１と同様に、可変電圧源Ｖｖは、電圧源Ｖｓｓ、計装アンプＡｍｐ２および演算増幅器ＭＯＤ２を備えており、計装アンプＡｍｐ２の２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮには、抵抗Ｒ３の両端の電圧が入力される。これにより、演算増幅器ＭＯＤ２の出力電圧は、抵抗Ｒ３の両端の電位差が所定値であるときに、電圧Ｖ５で平衡状態となる。また、演算増幅器ＭＯＤ１の出力電圧は、Ｖ１＝Ｖ２となるときに電圧Ｖ４で平衡状態となる。このとき、
Ｖ１＝Ｖ５×Ｒ３／（Ｒｔ＋Ｒ３）    ・・・式（１５）
Ｖ２＝（Ｒ２×Ｖ５＋Ｒ１×Ｖ４）／（Ｒ１＋Ｒ２）    ・・・式（１６）
となるので、電圧Ｖ４および電圧Ｖ５を計測することにより、式（１５）および式（１６）から試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００７６】
また、電圧Ｖ４およびＶ５が平衡状態であるとき、試料Ｒｔの抵抗値に関わらず、抵抗Ｒ３の両端の電位差は所定値で一定であるので、抵抗Ｒ３に流れる電流は一定となる。したがって、試料Ｒｔが異なっても、試料Ｒｔに流れる電流は一定となる。
【００７７】
なお、本実施形態に係る抵抗測定装置４１および５１は、一例であり、第１の実施形態と同様、ホイートストンブリッジを構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ３および可変電圧源Ｖｂは、図４に示す構成と同様に配置することができる。
【００７８】
〔実施形態３〕
本発明の第３の実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明すると以下の通りである。試料Ｒｔが、光ＭＯＳＦＥＴリレーの接点やＬＳＩ内部の電気配線といった、本来０Ωであるべきだが現実的には僅かながらの抵抗値（１〜１０Ω程度）を有している導体部品である場合、試料Ｒｔの抵抗値を測定するためには、試料Ｒｔに比較的大きな電流を流す必要がある。本実施形態では、試料Ｒｔに大電流を流すことが可能な抵抗測定装置について説明する。
【００７９】
図１０は、本実施形態に係る抵抗測定装置６１の概略構成を示す回路図である。抵抗測定装置６１は、図８に示す抵抗測定装置５１において、さらに抵抗Ｒ４を備え、可変電圧源Ｖｖの出力電圧が、抵抗Ｒ４の両端の電位差が所定値になるときに電圧Ｖ７で平衡状態となるように構成されている。具体的には、抵抗Ｒ１・抵抗Ｒ２・可変電圧源Ｖｂの直列回路と、抵抗Ｒ４・試料Ｒｔ・抵抗Ｒ３の直列回路とが、互いに並列に接続されている。また、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ１が、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ２に等しくなるとき、可変電圧源Ｖｂの出力電圧は電圧Ｖ４で平衡状態となる。抵抗Ｒ４は固定抵抗であり、可変電圧源Ｖｖの出力電圧が平衡状態であるときは、試料Ｒｔの抵抗値に関わらず抵抗Ｒ４には定電流Ｉｒ４が流れる。
【００８０】
図１１は、抵抗測定装置６１の具体的な構成を示す回路図である。抵抗測定装置６１では、可変電圧源Ｖｖは、電圧源Ｖｓｓ、計装アンプＡｍｐ２および演算増幅器ＭＯＤ２を備えており、計装アンプＡｍｐ２の２つの入力端子＋ＩＮ・−ＩＮには、抵抗Ｒ４の両端の電圧が入力される。これにより、演算増幅器ＭＯＤ２の出力電圧は、抵抗Ｒ４の両端の電位差が所定値であるときに、電圧Ｖ７で平衡状態となる。また、演算増幅器ＭＯＤ１の出力電圧は、Ｖ１＝Ｖ２となるときに電圧Ｖ４で平衡状態となる。
【００８１】
このとき、抵抗Ｒ２を流れる電流をＩｒ２とすると、抵抗Ｒ２と可変電圧源Ｖｂとの直列回路は、（Ｖ２÷Ｉｒ２）Ωの抵抗とみなすことができる。ホイートストンブリッジの原理から、
Ｒｔ＋Ｒ４＝Ｒ３×Ｒ１÷（Ｖ２÷Ｉｒ２）
Ｒｔ＝Ｒ３×Ｒ１÷（Ｖ２÷Ｉｒ２）−Ｒ４
ここで、Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値は既知であり、Ｉｒ２＝（Ｖ２−Ｖ４）÷Ｒ２であるため、図示しないＡＤ変換器などで電圧Ｖ２および電圧Ｖ４を測定することにより、試料Ｒｔの抵抗値を算出できる。
【００８２】
しかしながら、実施形態２に係る抵抗測定装置に比べ、抵抗測定装置６１は、抵抗Ｒ４をさらに有する構成であるので、抵抗Ｒ４は、余分なロスとなる。また、抵抗Ｒ４での電圧降下が大きい場合、出力電圧Ｖ７も大きくできるように、演算増幅器ＭＯＤ２の回路規模も大きくする必要があり、それに伴い、演算増幅器ＭＯＤ２に供給する電圧も高くする必要がある。
【００８３】
そこで、抵抗測定装置６１では、抵抗Ｒ４の抵抗値が、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値よりも低く設定されている。例えば抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値は、１００〜１ｋΩに設定されているのに対し、抵抗Ｒ４の抵抗値は、１００ｍΩ程度に設定されている。このため、定電流Ｉｒ４が大きい場合であっても、抵抗Ｒ４の両端の電位差は比較的小さいため、計装アンプＡｍｐ２や演算増幅器ＭＯＤ２の回路規模を大きくしなくてもよい。したがって、試料に大電流を流すことができ、かつ、回路規模の小型化を図ることができる。
【００８４】
なお、抵抗測定装置６１において、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。さらに、抵抗測定装置のブリッジを構成する抵抗、可変電圧源および試料の配置は、抵抗測定装置６１における配置に限定されない。ただし、抵抗値を小さく設定された抵抗Ｒ４は、大きな定電流を試料Ｒｔに流すために設けられるため、試料Ｒｔ・抵抗Ｒ３とともに直列に接続される。また、抵抗Ｒ４を可変電圧源Ｖｂとともに直列接続した場合、可変電圧源Ｖｂに大電流に対する耐性をもたせる必要がある。この場合、可変電圧源Ｖｂの回路規模が大きくなるため、抵抗測定装置の小型化が難しくなる。以下、図１２に基づいて、本実施形態に係る抵抗測定装置の変形例について説明する。
【００８５】
図１２（ａ）〜（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の変形例に係る抵抗測定装置７１および８１の概略構成を示す回路図である。各抵抗測定装置７１・８１では、抵抗Ｒ４の両端の電位差が所定値になったとき、可変電圧源Ｖｖの出力電圧が電圧Ｖ７で平衡状態となり、抵抗Ｒ４および試料Ｒｔに定電流Ｉｒ４が流される。
【００８６】
図１２（ａ）に示す抵抗測定装置７１は、図１０に示す抵抗測定装置６１において、可変電圧源Ｖｂを抵抗Ｒ１の可変電圧源Ｖｖ側の一端に接続した構成である。可変電圧源Ｖｂの電圧は、試料Ｒｔと抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ１が、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ２と等しくなるとき、平衡状態となる。なお、抵抗測定装置７１において、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００８７】
図１２（ｂ）に示す抵抗測定装置８１は、図１０に示す抵抗測定装置６１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ４の位置を入れ替えた構成である。抵抗測定装置８１では、試料Ｒｔと抵抗Ｒ４との間の電圧Ｖ１ａ、または、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３との間の電圧Ｖ１ｂが、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の電圧Ｖ２と等しくなるとき、可変電圧源Ｖｂの電圧が平衡状態となる。なお、抵抗測定装置８１において、試料Ｒｔおよび抵抗Ｒ３の位置を互いに入れ替えてもよい。
【００８８】
〔実施形態の総括〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、ホイートストンブリッジによって試料の抵抗値を測定する技術に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す抵抗測定装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のさらに他の変形例に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図５】図４（ａ）に示す抵抗測定装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図７】図６に示す抵抗測定装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の変形例に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図９】図８に示す抵抗測定装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図１１】図１０に示す抵抗測定装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の変形例に係る抵抗測定装置の概略構成を示す回路図である。
【図１３】ホイートストン・ブリッジ回路を示す回路図である。
【図１４】従来のホイートストン・ブリッジの抵抗測定装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９１】
１・１１・２１・３１・４１・５１・６１・７１・８１    抵抗測定装置
Ｒ１    抵抗（第１の抵抗）
Ｒ２    抵抗（第２の抵抗）
Ｒ３    抵抗（第３の抵抗）
Ｒ４    抵抗（第４の抵抗）
Ｒｔ    試料（測定対象）
Ｖｓ    電圧源（第１の電圧源）
Ｖｖ    可変電圧源（第１の電圧源）
Ｖｂ    可変電圧源（第２の電圧源）
Ａｍｐ１    計装アンプ（第１の差分出力手段）
Ａｍｐ２    計装アンプ（第２の差分出力手段）
ＭＯＤ１    演算増幅器（第１の電圧出力手段）
ＭＯＤ２    演算増幅器（第２の電圧出力手段）
Ｖ１・Ｖ１ａ・Ｖ１ｂ    電圧（第１の電圧）
Ｖ２・Ｖ２ａ・Ｖ２ｂ    電圧（第２の電圧）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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