(57)【要約】【課題】磁界や電界から電圧プローブ自身が受ける影響を極力排除して電圧を測定することができる光電圧プローブを提供する。【解決手段】電気光学効果を有する光学結晶基板１０１に設けられた光導波路１０２と、光導波路１０２の分岐路１０２ａを挟んで設けられ、互いに容量結合しながら分岐路１０２ａに電圧を印加することによって分岐路１０２ａの屈折率を変化させる変調電極１０３，１０４と、変調電極１０３，１０４と引き出し線１０６，１０７によって接続されると共に、測定対象に接触して変調電極１０３，１０４間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッド１１０，１１１と、を備え、センサヘッド１１０，１１１と引き出し線１０６，１０７とが、曲折可能な接続部材１０９によって電気的に接続されるよう構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、
前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、
前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を備え、
前記センサヘッドと前記引き出し線とが、曲折可能な接続部材によって電気的に接続されることを特徴とする光電圧プローブ。
【請求項２】
電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、
前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、
前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を有する光電圧プローブを用い、
測定対象物と接触した前記センサヘッド、前記引き出し線、前記変調電極によって形成される閉ループ面を磁界に対して並行に固定し、前記測定対象物の電位差を測定することを特徴とする光電圧プローブを使った電圧測定方法。
【請求項３】
電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、
前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、
前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を有する光電圧プローブを用い、
前記光学結晶基板の前記変調電極の形成面を電界の向きに対して垂直に固定し、前記測定対象物の電位差を測定することを特徴とする光電圧プローブを使った電圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電圧プローブ及び光電圧プローブを使った電圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁界中で電圧を測定する電圧プローブの従来例として、例えば、特許文献１がある。図８は、特許文献１の電圧プローブを説明するための図である。図示した電圧プローブは、光電圧プローブであって、光学結晶の特性を利用して動作するため、電圧プローブ自身が磁界から受ける影響を極力排除しながら電圧を測定することができる。
電圧プローブは、電気光学効果を有する光学結晶の基板４０１を有している。基板４０１には光導波路４０２が形成されていて、光ファイバ４１０は、光導波路４０２を通る光を挿入するための構成である。
【０００３】
また、電圧プローブは、測定対象に接触させるためのセンサヘッド４０６、４０７、センサヘッド４０６、４０７と引き出し線４０８、４０９によって電気的に接続する電極４０３、４０４を有している。電極４０３、４０４は、互いに容量結合する変調電極である。さらに電圧プローブの基板４０１端には挿入された光を反射するための反射部材４０５が設けられている。
【０００４】
図８の電圧プローブでは、測定の対象の２点にセンサヘッド４０６、４０７を接触させることによって２点の電位差が電極４０３、４０４間に印加されて電位差が生じる。光ファイバ４１０から挿入された光は光導波路４０１に導かれ、光導波路４０１が分岐していることから分岐路の電極４０３、４０４間を通る光だけが電位差によってその位相をシフトさせる。
【０００５】
位相シフトした光と位相シフトしなかった光とが光導波路４０１の端部にある反射部材４０５によって反射され、合成されて再び光ファイバ４１０から外部に出力する。電極４０３、４０４間に生じた電位差は、光ファイバ４１０に挿入された光と出力された光との強度の変調によって検出される。
また、特許文献２には、櫛形の電極を分割して配置することによって周波数の高い電磁波の影響を排除できる電圧プローブが記載されている。このような電圧プローブの構成を図９に示す。図９に示した電圧プローブは、４つの櫛形の電極６０１、６０２、６０３、６０４を有している。
【特許文献１】特開平１０−５４８５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図８に示した構成においても、電極４０３、４０４、センサヘッド４０６、４０７、引き出し線４０８、４０９は、磁界の影響を受ける金属部材で構成されており、磁界の影響を完全に除去することは困難である。
また、図９に示した構成は、周波数の高い電磁波の影響を排除しつつ高い精度で電圧を測定できるものの、電極に対する電界の影響が電圧の測定に影響する。図９に示した電圧プローブは、櫛形の電極６０１〜６０４が配置された面と平行な電界６０５、６０６によって大きな影響を受ける。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、磁界や電界から電圧プローブ自身が受ける影響を極力排除して電圧を測定することができる光電圧プローブ及び電圧測定方法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】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の光電圧プローブは、電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を備え、前記センサヘッドと前記引き出し線とが、曲折可能な接続部材によって電気的に接続されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の光電圧プローブを使った電圧の測定方法は、電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を有する光電圧プローブを用い、測定対象物と接触した前記センサヘッド、前記引き出し線、前記変調電極によって形成される閉ループ面を磁界に対して並行に固定し、前記測定対象物の電位差を測定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の光電圧プローブを使った電圧の測定方法は、電気光学効果を有する光学結晶基板に設けられた光導波路と、前記光導波路を挟んで設けられ、互いに容量結合しながら前記光導波路に電圧を印加することによって前記光導波路の屈折率を変化させる変調電極と、前記変調電極と引き出し線によって接続されると共に、測定対象に接触して前記変調電極間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッドと、を有する光電圧プローブを用い、前記光学結晶基板の前記変調電極の形成面を電界の向きに対して垂直に固定し、前記測定対象物の電位差を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、センサヘッドと引き出し線とが、曲折可能な接続部材によって電気的に接続されているので、センサヘッドを測定対象物に接触させながら金属部材である引き出し線、光学結晶基板や変調電極の向きや角度をセンサヘッドと独立に固定することができる。このため、光電圧センサの向きを電磁界の影響を極力受け難い向きに固定することによって、高い精度の電圧測定を実現することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明によれば、測定対象物と接触したセンサヘッド、引き出し線、変調電極によって形成される閉ループ面を磁界に対して並行に固定することによって金属部材の引き出し線が磁界によって受ける影響を小さくすることができる。このため、高い精度の電圧測定を実現することができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、光学結晶基板の変調電極の形成面を電界の向きに対して垂直に固定することによって変調電極が電界によって受ける影響を小さくすることができる。このため、高い精度の電圧測定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明に係る実施形態１、実施形態２、実施形態３を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の光電圧プローブを説明するための図である。図示した電圧プローブは、電気光学効果を有する光学結晶基板１０１を用いて構成されている。なお、本明細書でいう電気光学効果とは、電気光学結晶に電界を印加するとその屈折率が変化することを指すものとする。
図１に示した実施形態１の光電圧プローブは、破線で示す筐体１０８に収容されている。筐体１０８には光ファイバ１１２が設けられていて、光ファイバ１１２を介して光電圧プローブに光が入射される。
【００１３】
光電圧プローブは、電気光学効果を有する光学結晶基板１０１に設けられた光導波路１０２と、光導波路１０２のうちの分岐路１０２ａを挟んで設けられ、互いに容量結合しながら分岐路１０２ａに電圧を印加することによって分岐路１０２ａの屈折率を変化させる変調電極１０３，１０４と、変調電極１０３，１０４と引き出し線１０６，１０７によって接続されると共に、測定対象に接触して変調電極１０３，１０４間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッド１１０，１１１と、を備え、センサヘッド１１０，１１１と引き出し線１０６，１０７とが、曲折可能な接続部材１０９によって電気的に接続されている。
【００１４】
センサヘッド１１０，１１１は、測定対象に接触できればよく、その形状を特に限定するものではない。例えば、測定対象に圧着して接触するピンタイプのものであってもよいし、測定対象物に差し込まれるコネクトタイプのものであってもよい。ただし、センサヘッド１１０，１１１は金属製であるから、電磁界の影響が極力小さくなるように考慮した構成であることが望ましい。
電磁界の影響を低減する具体的な手法として、例えば、接続部材１０９を図示するような「縒り線構造」にして磁束からの電磁誘導を受けにくいようにすることがある。あるいは、接続部材１０９を図示しない電磁シールドによって覆い、電磁波の影響を排除することも考えられる。
【００１５】
以上のように構成された実施形態１の光電圧プローブでは、センサヘッド１１０，１１１が測定対象に接触すると、センサヘッド１１０，１１１間の電位差に応じて変調電極１０３，１０４間に電位差が発生する。
一方、光ファイバ１１２から入射された光は光導波路１０２を通って進む。光導波路１０２は分岐路１０２ａ、１０２ｂに分岐していて、分岐路１０２ａが変調電極１０３，１０４の間を通っている。光導波路１０２のうち分岐路１０２ａの側の屈折率が変調電極１０３，１０４に生じた電位差によって変化する。
【００１６】
分岐路１０２ａの側を通った光はその位相をシフトさせ、分岐路１０２ｂを通った光は位相シフトを起こすことがなく、位相シフトした光とシフトしなかった光とが合成され、図示しない反射部材によって反射されて光ファイバ１１２から出力される。出力された光の入射された光に対する強度の変調の程度によってセンサヘッド１１０，１１１間の電位差が測定できる。
【００１７】
このような実施形態１の光電圧プローブは、接続部材１０９が任意の形状に曲折可能であるので、センサヘッド１１０，１１１を測定対象物にどのように接触させたとしても、光学結晶基板１０１を任意の角度に固定することができる。このため、光電圧プローブを電磁界の影響を受けにくい角度に固定して電圧を測定することによって電磁界の影響を極力抑えることが可能になる。
【００１８】
（実施形態２）
次に、実施形態２の光電圧プローブによる電圧の測定方法について説明する。
図２は、実施形態２の電圧測定方法を説明するための図である。図２中に記した構成のうち、図１に示した構成と同様の構成については同様の符号を付して説明を一部略すものとする。
なお、実施形態２では、実施形態１で説明した光電圧プローブを使って測定する例を示している。しかし、実施形態２は、このような構成に限定されるものでなく、光学結晶基板１０１に設けられた光導波路１０２と、光導波路１０２の分岐路１０２ａを挟んで設けられ、分岐路１０２ａに電圧を印加することによって分岐路１０２ａの屈折率を変化させる変調電極１０３，１０４と、変調電極１０３，１０４と引き出し線１０６，１０７によって接続されると共に、測定対象となる基板（測定対象基板）２０４に接触して変調電極１０３，１０４間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッド２１０，２１１と、を有する光電圧プローブを用いるものであればよい。
【００１９】
測定対象物と接触したセンサヘッド２１０、２１１、引き出し線１０６，１０７、変調電極１０３，１０４は、電気的な閉ループ２０５を形成する。実施形態２は、平ループ１０５が形成される閉ループ面を磁界２０６に対して並行に固定し、測定対象基板２０４の電位差を測定する。
このような実施形態２によって得られる効果を、図３を用いて説明する。図３は、引き出し線に及ぶ磁界の影響を説明するための図である。センサヘッド５０３，５０４が測定対象物５０５と接触することによって引き出し線５０１，５０２、変調電極５０８，５０９は電気的閉ループ５０６を形成する。
【００２０】
閉ループ５０６の中心を磁界が通過すると、電磁誘導が生じて変調電極５０８，５０９間に電圧が誘起され、測定され電圧値に影響する。このような影響を排除するため、実施形態２は、図２に示した閉ループ２０５が磁界２０６の方向に並行になるように光電圧プローブを固定し、閉ループ２０５中を磁界が通過しないようにして電圧を測定するものである。
このような実施形態２によれば、変調電極１０３，１０４間に電圧が生じることがなくなって高精度の電圧測定が実現する。
【００２１】
（実施形態３）
次に、実施形態３の光電圧プローブによる電圧の測定方法について説明する。
図４は、実施形態３の電圧測定方法を説明するための図である。図４中に記した構成のうち、図１、図２に示した構成と同様の構成については同様の符号を付して説明を一部略すものとする。
実施形態３では、自在に曲折可能な接続部材１０９によってセンサヘッド２１０，２１１と引き出し線１０６，１０７とを接続する光電圧プローブを使って測定する例を示している。しかし、実施形態３は、このような構成に限定されるものでなく、光学結晶基板１０１に設けられた光導波路１０２と、光導波路１０２の分岐路１０２ａを挟んで設けられ、分岐路１０２ａに電圧を印加することによって分岐路１０２ａの屈折率を変化させる変調電極４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃと、変調電極４０１ａ〜ｃと引き出し線１０６，１０７によって接続されると共に、測定対象基板２０４に接触して変調電極４０１間に測定対象の電位に応じた電位差を生じさせるセンサヘッド２１０，２１１と、を有する光電圧プローブを用いるものであればよい。
【００２２】
図４に示した光電圧プローブは、変調電極４０１ａ〜ｃを櫛形電極として構成している。そして、実施形態３の電圧測定方法は、光学結晶基板１２０１の変調電極４０１ａ〜ｃの形成面を電界３０４の向きに対して垂直に固定し、測定対象基板２０４の電位差を測定するものである。
このような実施形態３によって得られる効果を、図５ないし図７を用いて説明する。図５は、櫛形の変調電極４０１ａ〜ｃに対する電界の影響について説明するための図である。複数の変調電極４０１ａ〜ｃは、一方向（図中に矢線Ａで示す方向：以下、配列方向と記す）に複数配列されている。
【００２３】
変調電極４０１ａ〜ｃが設けられている面に並行な電界７０３、あるいは配列方向に並行な電界７０４，７０５が変調電極４０１ａ〜ｃに照射されると、電界７０３，７０４，７０５によって変調電極４０１ａ〜ｃに分極が生じる。分極は、一つの変調電極４０１ａと他の変調電極４０１ｂの対向部分７０８，７０９に電位差を発生させる。電位差は、変調電極４０１ａ〜ｃによる電圧の測定に影響し、測定対象基板２０４の電圧測定の精度を低下させる。
【００２４】
図６は、図５に示した配列方向と異なる方向の電界が変調電極４０１ａ〜ｃに及ぼす影響について説明するための図である。変調電極４０１ａ〜ｃの形成面に並行な電界８０３、配列方向に垂直な方向（図中に矢線Ｂで示す方向）の電界８０４が変調電極４０１ａ〜ｃに照射された場合にも、電界８０３，８０４によって変調電極４０１ａ〜ｃに分極が生じる。分極は、一つの変調電極４０１ａと他の変調電極４０１ｂの対向部分８０５に電位差を発生させる。電位差は、変調電極４０１ａ〜ｃによる電圧の測定に影響し、測定対象基板２０４の電圧測定の精度を低下させる。
【００２５】
一方、実施形態３のように、変調電極４０１ａ〜ｃの形成面と電界とが垂直になるように光電圧プローブを固定して電圧を測定すれば、変調電極４０１ａ〜ｃが電界の影響を受けることがなく、高い精度で電圧を測定することが可能になる。
しかしながら、従来の光電圧プローブ９０１では、図７に示すように、センサヘッド９０２が本体部９０２に固定されているから、測定対象基板９０３にセンサヘッド９０２を接触させると、変調電極４０１ａ〜ｃに対する電界の照射方向も一方向に固定されてしまって調整することはできない。
【００２６】
このような従来技術に対し、前記した本発明の実施形態１の光電圧プローブは、センサヘッドを任意の方向に向けて測定対象物と接触させ、変調電極の形成面の向きをセンサヘッドとは独立に固定することができる。
したがって、実施形態１の光電圧プローブは、実施形態２、実施形態３の電圧測定方法を用いるのに適した構成である。また、実施形態１と実施形態２または実施形態３を組み合わせて電圧を測定することにより、高精度の電圧測定が実現するものといえる。
【００２７】
なお、本明細書では、実施形態１、実施形態２、実施形態３についてそれぞれ独立に説明したが、実施形態１ないし３をどのように組み合わせても本発明の範囲を逸脱するものではない。
例えば、実施形態２のように変調電極やセンサヘッドで構成される平ループが形成される閉ループ面を磁界に対して並行に、かつ実施形態３のように変調電極の形成面を電界に対して垂直に固定して電圧を測定するようにしてもよい。このようにすれば、磁界の影響も変調電極に対する電界の影響も低減してより高精度の電圧測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１の光電圧プローブを説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態２の電圧測定方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態２によって得られる効果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態３の電圧測定方法を説明するための図である。
【図５】一般的な櫛形の変調電極に対する電界の影響について説明するための図である。
【図６】一般的な櫛形の変調電極に対する電界の影響について説明するための他の図である。
【図７】従来の光電圧プローブの問題点を説明するための図である。
【図８】本明細書で従来例として挙げた特許文献１の電圧プローブを説明するための図である。
【図９】本明細書で従来例として挙げた特許文献２の電圧プローブを説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１  光学結晶基板
１０２  光導波路
１０２ａ，１０２ｂ  分岐路
１０３，１０４  変調電極
１０５，２０５  平ループ
１０６，１０７  引き出し線
１０９  接続部材
１１０，１１１，２１０，２１１  センサヘッド
１１２  光ファイバ
２０４  測定対象基板
【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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