(57)【要約】【課題】電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能な電圧センサを提供する。【解決手段】光学結晶基板１０１上において、光導波路２０２ｂ、２０２ｃの間には、光導波路２０２ｂ、２０２ｃに並行に内側電極２１０を配置するとともに、光導波路２０２ｂ、２０２ｃの外側には、内側電極２１０を共通にして光導波路２０２ｂ、２０２ｃをそれぞれ挟み込むように外側電極２０９ａ、２０９ｂを配置し、外側電極２０９ａ、２０９ｂは、内側電極２１０と離間するように配置された導線２１１にて互いに接続する。【選択図】      図１
2008039672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学結晶基板上に形成された第１光導波路と、
前記光学結晶基板上に形成され、前記第１光導波路から分岐して並列に配置された第２および第３光導波路と、
前記第２光導波路と第３光導波路との間に配置された第１変調電極と、
前記第１変調電極を共通として前記第２光導波路と第３光導波路とがそれぞれ挟み込まれるように配置された第２および第３変調電極とを備えることを特徴とする電圧センサ。
【請求項２】
前記第１変調電極から離間されるようにして前記第２変調電極と第３変調電極とを接続する導線をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電圧センサ。
【請求項３】
前記導線は、前記光学結晶基板に対して電極面側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電圧センサ。
【請求項４】
前記導線は、前記光学結晶基板に対して電極面と反対側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電圧センサ。
【請求項５】
電極面に対して直交方向に引き出され、前記第１変調電極および前記導線にそれぞれ接続された引き出し線をさらに備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の電圧センサ。
【請求項６】
電極面に対して並行方向に引き出され、前記第１変調電極および前記導線にそれぞれ接続された引き出し線をさらに備えることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の電圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電圧センサに関し、特に、電圧センサの並行電極構造、電極間接続方法および引き出し線部分の構造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁界中で電圧を測定できる電圧センサとして、電気光学効果を利用したものがある（特許文献１）。この電圧センサは、電圧に応じて光の屈折率が変化する現象を利用して動作し、金属の構成要素を極力少なくすることができるため、電圧センサ自体が電磁界から受ける影響を排除しながら、電圧を測定することができる。
また、周波数特性を劣化させることなく、受信感度を向上させるため、分割型電極構造を採用した電圧センサが提案されている（特許文献２）。
【０００３】
図５は、従来の電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
図５において、光学結晶基板１０１上には、光導波路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが形成され、光導波路１０２ｂ、１０２ｃは光導波路１０２ａから分岐するように構成されている。なお、光学結晶基板１０１は、電圧に応じて光の屈折率が変化する電気光学効果を奏することができ、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができる。
【０００４】
そして、光導波路１０２ａには光ファイバ１０４が接続されるとともに、光学結晶基板１０１の一端には光反射板１０３が形成されている。また、光学結晶基板１０１上には、光導波路１０２ｂ、１０２ｃの屈折率を変化させるために互いに容量結合する櫛型電極１０９、１１２および内側電極１１３が形成されている。ここで、櫛型電極１０９、１１２において、光導波路１０２ｂ、１０２ｃの外側には、光導波路１０２ｂ、１０２ｃに沿うように配置された外側電極１５０、１５１、１５３、１５４がそれぞれ設けられ、光導波路１０２ｂ、１０２ｃの間には、光導波路１０２ｂ、１０２ｃに沿うようにして内側電極１５６、１５７が設けられ、光導波路１０２ｂ、１０２ｃに跨るように外側電極１５０、１５１、１５３、１５４をそれぞれ接続する外側電極接続パターン１５２、１５５が設けられている。
【０００５】
そして、内側電極１５７、１１３は、引き出し線１０７、１０８をそれぞれ介してセンサヘッド１０５、１０６に接続されている。
そして、電圧測定時には、センサヘッド１０５、１０６は測定対象物に接触される。そして、センサヘッド１０５、１０６が測定対象物に接触されると、外側電極１５０、１５１および外側電極接続パターン１５２と内側電極１５６との間に電位が発生するとともに、外側電極１５３、１５４および外側電極接続パターン１５５と内側電極１１３との間に電位が発生する。
【０００６】
一方、光ファイバ１０４を介して光導波路１０２ａに入射した光は、光導波路１０２ｂ、１０２ｃにて分岐され、光反射板１０３にて反射され後、光導波路１０２ｂ、１０２ｃを導波し、光導波路１０２ａにて合波された後、光ファイバ１０４に入射する。ここで、外側電極１５０、１５１および外側電極接続パターン１５２と内側電極１５６との間に電位が発生するとともに、外側電極１５３、１５４および外側電極接続パターン１５５と内側電極１１３との間に電位が発生すると、その電位に応じて光導波路１０２ｂ、１０２ｃを導波する光が遅延し、その光の遅延量を位相シフトとして検出することにより、センサヘッド１０５、１０６に接触された測定対象物の電圧を測定することができる。
【特許文献１】特開平１０−５４８５７号公報
【特許文献２】特開平８−４３４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５の電圧センサでは、光学結晶基板１０１に照射される電界の方向が外側電極接続パターン１５２、１５５に並行である場合、櫛型電極１０９、１１２の外側電極１５０、１５１、１５３、１５４は外側電極接続パターン１５２、１５５を介してそれぞれ接続されているので、電界により誘起される電圧は無視できるのに対し、光学結晶基板１０１に照射される電界の方向が外側電極１５０、１５１、１５３、１５４に並行である場合、隣接する櫛型電極１０９、１１２がコンデンサとなって電荷が蓄積されることから、櫛型電極１０９、１１２間に不要な電圧が誘起され、測定対象物の電圧の測定精度が劣化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能な電圧センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の電圧センサによれば、光学結晶基板上に形成された第１光導波路と、前記光学結晶基板上に形成され、前記第１光導波路から分岐して並列に配置された第２および第３光導波路と、前記第２光導波路と第３光導波路との間に配置された第１変調電極と、前記第１変調電極を共通として前記第２光導波路と第３光導波路とがそれぞれ挟み込まれるように配置された第２および第３変調電極とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の電圧センサによれば、前記第１変調電極から離間されるようにして前記第２変調電極と第３変調電極とを接続する導線をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項３記載の電圧センサによれば、前記導線は、前記光学結晶基板に対して電極面側に配置されていることを特徴とする。
また、請求項４記載の電圧センサによれば、前記導線は、前記光学結晶基板に対して電極面と反対側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５記載の電圧センサによれば、電極面に対して直交方向に引き出され、前記第１変調電極および前記導線にそれぞれ接続された引き出し線をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項６記載の電圧センサによれば、電極面に対して並行方向に引き出され、前記第１変調電極および前記導線にそれぞれ接続された引き出し線をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、第２変調電極と第３変調電極とを接続する接続電極を光学結晶基板上に形成する必要がなくなり、変調電極に対して並行に電界が照射された場合においても、変調電極間に不要な電圧が誘起されるのを防止することが可能となることから、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る電圧センサについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
図１において、光学結晶基板２０１上には、光導波路２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが形成され、光導波路２０２ｂ、２０２ｃは光導波路２０２ａから分岐するように構成されている。なお、光学結晶基板２０１は、電圧に応じて光の屈折率が変化する電気光学効果を奏することができ、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができる。
【００１３】
そして、光導波路２０２ａには光ファイバ２０４が接続されるとともに、光学結晶基板２０１の一端には光反射板２０３が形成されている。また、光学結晶基板２０１上において、光導波路２０２ｂ、２０２ｃの間には、光導波路２０２ｂ、２０２ｃに並行に内側電極２１０が配置されるとともに、光導波路２０２ｂ、２０２ｃの外側には、内側電極２１０を共通にして光導波路２０２ｂ、２０２ｃをそれぞれ挟み込むように外側電極２０９ａ、２０９ｂが配置されている。
【００１４】
そして、外側電極２０９ａ、２０９ｂは、内側電極２１０と離間するように配置された導線２１１にて互いに接続され、導線２１１および内側電極２１０は、引き出し線２０７、２０８をそれぞれ介してセンサヘッド２０５、２０６に接続されている。なお、導線２１１としては、例えば、ＡｕやＡｌなどのボンディングワイヤなどを用いることができ、内側電極２１０に跨るように配線することができる。また、引き出し線２０７、２０８としては、導線を用いることができ、電極面に対して並行方向に引き出すことができる。
【００１５】
そして、電圧測定時には、センサヘッド２０５、２０６は測定対象物に接触される。そして、センサヘッド２０５、２０６が測定対象物に接触されると、外側電極２０９ａ、２０９ｂと内側電極２１０との間に電位が発生する。
一方、光ファイバ２０４を介して光導波路２０２ａに入射した光は、光導波路２０２ｂ、２０２ｃにて分岐され、光反射板２０３にて反射され後、光導波路２０２ｂ、２０２ｃを導波し、光導波路２０２ａにて合波された後、光ファイバ２０４に入射する。ここで、外側電極２０９ａ、２０９ｂと内側電極２１０との間に電位が発生すると、その電位に応じて光導波路２０２ｂ、２０２ｃを導波する光が遅延し、その光の遅延量を位相シフトとして検出することにより、センサヘッド２０５、２０６に接触された測定対象物の電圧を測定することができる。
【００１６】
ここで、外側電極２０９ａ、２０９ｂを導線２１１にて接続することにより、外側電極２０９ａ、２０９ｂを接続する接続電極を光学結晶基板２０１上に形成する必要がなくなり、外側電極２０９ａ、２０９ｂに対して並行に電界が照射された場合においても、外側電極２０９ａ、２０９ｂと内側電極２１０との間に不要な電圧が誘起されるのを防止することが可能となることから、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能となる。
【００１７】
また、外側電極２０９ａ、２０９ｂを導線２１１にて接続することにより、内側電極２１０と導線２１１との間隔を広くすることができ、容量結合を低減させることが可能となることから、電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。また、導線２１１を細くすることによって、導線２１１と内側電極２１０との間の浮遊容量を小さくすることができる。
さらに、引き出し線２０７、２０８を電極面に対して並行方向に引き出すことにより、引き出し線２０７、２０８を短くすることができ、引き出し線２０７、２０８自体が電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。
【００１８】
図２は、図１の電圧センサの照射電界と光の位相の変化との関係を示す平面図である。
図２において、外側電極２０９ａ、２０９ｂと直交する方向に電界Ｅが照射された場合、外側電極２０９ａ、２０９ｂと内側電極２１０との間には、それぞれ同量の電荷が誘起され、光導波路２０２ｂ、２０２ｃにはそれぞれ同一の電界Ｅ１、Ｅ２がかかる。このため、光導波路２０２ｂ、２０２ｃをそれぞれ導波する光に対する位相の変化は互いに等しくなり、光導波路２０２ｂ、２０２ｃをそれぞれ導波する光に対する変調効果はキャンセルされることから、光導波路２０２ａにて合波された光の位相変化がなくなり、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能となる。
【００１９】
図３は、本発明の第２実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
図３において、光学結晶基板３０１上には、光導波路３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃが形成され、光導波路３０２ｂ、３０２ｃは光導波路３０２ａから分岐するように構成されている。
そして、光導波路３０２ａには光ファイバ３０４が接続されるとともに、光学結晶基板３０１の一端には光反射板３０３が形成されている。また、光学結晶基板３０１上において、光導波路３０２ｂ、３０２ｃの間には、光導波路３０２ｂ、３０２ｃに並行に内側電極３１０が配置されるとともに、光導波路３０２ｂ、３０２ｃの外側には、内側電極３１０を共通にして光導波路３０２ｂ、３０２ｃをそれぞれ挟み込むように外側電極３０９ａ、３０９ｂが配置されている。
【００２０】
そして、外側電極３０９ａ、３０９ｂは、光学結晶基板３０１の電極面とは反対側を取り巻くように配置された導線３１１にて互いに接続され、導線３１１および内側電極３１０は、引き出し線３０７、３０８をそれぞれ介してセンサヘッド３０５、３０６に接続されている。なお、引き出し線３０７、３０８としては、導線を用いることができ、電極面に対して並行方向に引き出すことができる。
【００２１】
これにより、外側電極３０９ａ、３０９ｂを接続する接続電極を光学結晶基板３０１上に形成する必要がなくなり、外側電極３０９ａ、３０９ｂに対して並行に電界が照射された場合においても、外側電極３０９ａ、３０９ｂと内側電極３１０との間に不要な電圧が誘起されるのを防止することが可能となることから、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、光学結晶基板３０１の電極面とは反対側を取り巻くように配置された導線３１１にて外側電極３０９ａ、３０９ｂを接続することにより、内側電極３１０と導線３１１との間隔を光学結晶基板３０１の厚さ分だけ余分に広くすることができ、容量結合を低減させることが可能となることから、電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。
【００２３】
さらに、引き出し線３０７、３０８を電極面に対して並行方向に引き出すことにより、引き出し線３０７、３０８を短くすることができ、引き出し線３０７、３０８自体が電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。
なお、光学結晶基板３０１の電極面とは反対側に導線３１１を形成する場合、外側電極３０９ａ、３０９ｂ下に配置されたビアを光学結晶基板３０１に形成し、光学結晶基板３０１の裏面でビア同士を導線にて接続するようにしてもよい。
【００２４】
図４は、本発明の第３実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
図４において、光学結晶基板４０１上には、光導波路４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃが形成され、光導波路４０２ｂ、４０２ｃは光導波路４０２ａから分岐するように構成されている。
そして、光導波路４０２ａには光ファイバ４０４が接続されるとともに、光学結晶基板４０１の一端には光反射板４０３が形成されている。また、光学結晶基板４０１上において、光導波路４０２ｂ、４０２ｃの間には、光導波路４０２ｂ、４０２ｃに並行に内側電極４１０が配置されるとともに、光導波路４０２ｂ、４０２ｃの外側には、内側電極４１０を共通にして光導波路４０２ｂ、４０２ｃをそれぞれ挟み込むように外側電極４０９ａ、４０９ｂが配置されている。
【００２５】
そして、外側電極４０９ａ、４０９ｂは、内側電極４１０と離間するように配置された導線４１１にて互いに接続され、導線４１１および内側電極４１０は、引き出し線４０７、４０８をそれぞれ介してセンサヘッド４０５、４０６に接続されている。なお、引き出し線４０７、４０８としては、導線を用いることができ、電極面に対して垂直方向に引き出すことができる。
【００２６】
これにより、外側電極４０９ａ、４０９ｂを接続する接続電極を光学結晶基板４０１上に形成する必要がなくなり、外側電極４０９ａ、４０９ｂに対して並行に電界が照射された場合においても、外側電極４０９ａ、４０９ｂと内側電極４１０との間に不要な電圧が誘起されるのを防止することが可能となることから、電磁界中における測定対象物の電圧の測定精度を向上させることが可能となる。
【００２７】
また、外側電極４０９ａ、４０９ｂを導線４１１にて接続することにより、内側電極４１０と導線４１１との間隔を広くすることができ、容量結合を低減させることが可能となることから、電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。
さらに、引き出し線４０７、４０８を電極面に対して垂直方向に引き出すことにより、引き出し線４０７、４０８を短くすることができ、容量結合を低減させつつ、引き出し線４０７、４０８自体が電磁界から受ける不要な影響を小さくすることができる。
なお、上述した実施形態では、反射型電圧センサを例にとって説明したが、本発明は反射型電圧センサに限られることなく、透過型電圧センサに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の電圧センサの照射電界と光の位相の変化との関係を示す平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
【図５】従来の電圧センサの概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１、２０１、３０１、４０１  光学結晶基板
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ  光導波路
１０３、２０３、３０３、４０３  光反射板
１０４、２０４、３０４、４０４  光ファイバ
１０５、１０６、２０５、２０６、３０５、３０６、４０５、４０６  センサヘッド
１０７、１０８、２０７、２０８、３０７、３０８、４０７、４０８  引き出し線
１０９、１１２  櫛型電極
１１３、１５６、２１０、３１０、４１０  内側電極
１５０、１５１、１５３、１５４、２０９ａ、２０９ｂ、３０９ａ、３０９ｂ、４０９ａ、４０９ｂ  外側電極
１５２、１５５  外側電極接続パターン
２１１、３１１、４１１  外側電極接続導線
【図１】
2008039672.tif 000003
【図２】
2008039672.tif 000004
【図３】
2008039672.tif 000005
【図４】
2008039672.tif 000006
【図５】
2008039672.tif 000007