(57)【要約】【課題】高周波の電界強度分布を簡便にかつ確実に測定できる高周波電界測定装置を提供する。【解決手段】所定の電界強度において発光するように構成された複数個の発光素子１１をアレイ状に配置した検知部１３を備えるものである。この検知部１３が設置された空間に印加される高周波の電界強度分布を複数個の発光素子１１のそれぞれの発光の有無に基づいて測定する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電界強度において発光するように構成された複数個の発光素子をアレイ状に配置した検知部を備え、上記複数個の発光素子のそれぞれの発光の有無に基づいて上記検知部が設置された空間に印加される高周波の電界強度分布を測定する高周波電界測定装置。
【請求項２】
複数個の発光素子のそれぞれが、複数の異なる電界強度で発光する発光素子から構成されている請求項１記載の高周波電界測定装置。
【請求項３】
検知部が、第１の電界強度にて発光するように構成された複数個の発光素子をアレイ状に配置した第１の検知部と、第２の電界強度にて発光するように構成された複数個の発光素子をアレイ状に配置した第２の検知部と、を備えた請求項１記載の高周波電界測定装置。
【請求項４】
複数個の発光素子のそれぞれが、放電気体が封入された放電管である請求項１記載の高周波電界測定装置。
【請求項５】
複数個の発光素子のそれぞれが、放電気体が封入された放電管であり、その内部に互いに対向する一対の電極が設けられた請求項１記載の高周波電界測定装置。
【請求項６】
複数個の発光素子の内部に設けられる電極が、すべて同一方向になるように配置された請求項５記載の高周波電界測定装置。
【請求項７】
複数個の発光素子のそれぞれが、内部に設けられる対向する一対の電極が第１の方向になるように配置された第１の発光素子と、内部に設けられる対向する一対の電極が第１の方向と直交する方向に配置された第２の発光素子とを備えた請求項５記載の高周波電界測定装置。
【請求項８】
検知部が、複数個の発光素子の内部に設けられる電極がすべて同一方向になるように配置された第１の検知部と、複数個の発光素子の内部に設けられる電極がすべて上記方向と直交する方向になるように配置された第２の検知部とを備えた請求項５記載の高周波電界測定装置。
【請求項９】
放電気体が封入された放電管と、この放電管内にアレイ状に配置された複数の第１電極と、この複数の第１電極のそれぞれと対向し第１電極との距離が一定となるように設けられた第２電極とを有する検知部を備え、上記複数の第１電極のそれぞれの上記第２電極と対向する領域からの発光の有無に基づいて上記検知部が設置された空間に印加される高周波の電界強度分布を測定する高周波電界測定装置。
【請求項１０】
第２電極が、１つの電極により構成されている請求項９記載の高周波電界測定装置。
【請求項１１】
複数の第１電極のそれぞれが、隣接する第１電極との間に設けられた隔壁により仕切られている請求項９又は１０記載の高周波電界測定装置。
【請求項１２】
放電管に封入される放電気体のガス圧力が、上記放電管の放電開始電界が極小値となるガス圧力と略等しくなるように設定されている請求項５〜１１のいずれかに記載の高周波電界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波電界測定装置に関するものであり、特に印加される高周波の電界強度分布を測定する高周波電界測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波電界を測定するには、測定すべき電界中に所定時間抵抗体や水などの誘電体を置いておき、それらの温度変化を測定することにより電界を測定する装置が市販されている。また、電子レンジ内についてはガラス管内にＮｅ、Ａｒ、Ｈｇ等を封入した無電極の放電管を使用し、放電管が電界強度に応じた発光強度で輻射線を発生する現象を利用し、輻射強度を測定するために光ファイバを用いて、電界の存在しない部分に測定器を配置している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−２５７７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、放電管の光強度の変化によって相対的な電界強度を測定しているため発光強度を正確に測定する必要がある。また、測定すべき高周波電界強度の範囲が広くなると、放電管の光強度の変化が飽和するため、広範囲の電界強度について測定する事は困難であった。
また、電界分布を測定する場合、上記のような方法ではそれぞれの放電管において発光強度を測定する必要があるため、電界強度分布測定は現実的ではなく、より簡便にかつ確実に測定する手法が必要となっている。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためのものであり、高周波の電界強度分布を簡便にかつ確実に測定できる高周波電界測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高周波電界測定装置は、所定の電界強度において発光するように構成された複数個の発光素子をアレイ状に配置した検知部を備え、複数個の発光素子のそれぞれの発光の有無に基づいて検知部が設置された空間に印加される高周波の電界強度分布を測定するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の高周波電界測定装置の構成について説明する図である。実施の形態１の高周波電界測定装置は、図１のように、発光素子である放電管１１を平板１２上にアレイ状に配置した検知部１３を備えるものである。放電管１１は、放電気体を封入するガラス管１０１と、ガラス管１０１の内部に封入されたＮｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ２（水素）、Ｈｅ（ヘリウム）などの放電気体１０２と、互いに対向する一対の電極１０３とから構成されている。平板１２としては、アクリル、ＰＰ、ＰＥＴ、ガラス材料などの絶縁物が用いられる。平板１２への放電管１１の固定方法としては、平板１２上に放電管１１を配置するものであっても良いが、平板１２の一面に放電管を固定するざぐり穴を放電管の形状に合わせて等間隔に形成し、このざぐり穴内に放電管１１を埋め込んで固定する方法であっても良い。
ガラス管１０１は一端が突出するような円柱形状を有している。ガラス管１０１から電極１０３に接続されたリードなどの金属が露出していると、高周波電界によってこの部分でスパークが生じるため、ガラス管１０１から金属が露出しないように構成されている。封入する放電気体としては放電可能な気体であれば上記したガス種以外の種類であってもよい。
【０００８】
これらのガラス管１０１内の封入ガス種、ガス圧力、電極間隔をある条件に設定すると、この条件に応じた高周波電界強度で放電管１１内の電極１０３間で放電が生じる。アレイ状に配置するすべての放電管１１の放電開始電界が同じになるように構成する。
【０００９】
このように所定の高周波電界強度で発光するように構成された放電管をアレイ状に配置した検知部を高周波電界が印加された空間内に設置し、アレイ状の発光素子が放電するかしないかによって、印加された高周波の電界強度分布を知ることが可能となる。即ち、発光した箇所と発光しない箇所の境界にて電界強度分布の閾値を視覚的に知ることが可能となる。
【００１０】
なお、図１のように、すべての放電管について、その内部に設けられる電極の配置方向がすべて同じになるように配置することによって、特定の座標軸方向の電界強度分布を測定することができる。
【００１１】
次に、放電管の放電開始電界を調整する方法について説明する。
このような放電管内においては、ガス圧力、電極距離をパラメータにすると直流でのパッシェンの法則に似た放電特性を示す。この場合放電開始条件は下記式（１）で表せる。
【数１】
2004144555.tif 000003
式（１）式において、ｐはガス圧力（Ｔｏｒｒ）、Ｌは電極間隔に比例した距離（ｃｍ）、Ａ、Ｂ、Ｃは気体に固有の定数である。例えばガスが窒素の場合、Ａ：１２，Ｂ：３３５，Ｃ：０．２０である。
【００１２】
高周波の放電開始電界ＥＲＭＳと直流放電開始電界ＥＳの関係は下記式（２）で表せる。
【数２】
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式（２）において、ν０は衝突周波数（Ｈｚ）、ｆは周波数（Ｈｚ）である。
【００１３】
これらの関係から放電開始電界の圧力依存特性の関係を導き出すことができる。図２は式（２）から求めた高周波の放電開始電界とガス圧力の関係の一例を示す図である。図２において、電極間隔は一定である。
例えば、図２において、放電管に封入するガス圧力としてＰ１、Ｐ２、Ｐ３のような圧力を選定すれば、放電開始電界としてＥ１、Ｅ２、Ｅ３が得られる。このように、放電管に封入するガスの圧力を調整することによって、測定したい電界で放電が開始する放電管を作製することができる。
【００１４】
放電開始電界がＥ１の放電管をアレイ状に配置した検知部、放電開始電界がＥ２の放電管をアレイ状に配置した検知部など放電開始電界が異なる検知部を複数種類準備しておき、被測定空間に順次入れて測定することにより、広範囲の電界強度にわたって、その分布を測定することが可能である。また、高周波入力電力が可変出来る空間では高周波の電力を変化させて、電界強度分布の変化を測定することが可能となる。
【００１５】
以上のように、実施の形態１の高周波電界測定装置は、高周波の電界強度分布を簡便にかつ確実に測定することができる。
【００１６】
実施の形態２．
実施の形態１においては、放電開始電界の圧力依存性のグラフにおいて、放電開始電界が極小となる条件からずれたガス圧力を設定するものであるが、実施の形態２では、放電開始電界が極小となる条件にガス圧力を設定するものである。
【００１７】
図３は、この発明の実施の形態２の高周波電界測定装置における放電開始電界の設定方法について説明する図であり、実施の形態１と同様の構成の放電管において、電極間隔が異なる場合の放電開始電界とガス圧力の関係の一例を示す図である。
図３においてｄ１、ｄ２、ｄ３は電極間隔であり、この間隔の関係はｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。このとき、それぞれの電極間隔に対応して、拡散長もＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係となる。図３に示されるように、高周波電界に対する放電開始電界の圧力依存性は、電極間隔が大きくなるにつれて高圧力側に極小値を示す特性となる。測定したい放電電界において放電開始電界の圧力依存性のグラフが極小値となるように電極間隔及びガス圧力を設定する。このようなパッシェン則の放電開始電圧の極小値付近では封入ガス圧が高圧力側、低圧力側に少しずれても放電開始電界の変化が少ないため、封入ガス圧の精度が多少悪くとも放電開始電界への影響は少なく、測定の誤差を小さくすることができる。
【００１８】
また、実施の形態１と同様に、放電開始電界が極小となるように電極間隔ｄ１とガス圧力Ｐ１を設定した放電開始電界Ｅ１の放電管をアレイ状に配置した検知部、放電開始電界が極小となるように電極間隔ｄ２とガス圧力Ｐ２を設定した放電開始電界Ｅ２の放電管をアレイ状に配置した検知部、放電開始電界が極小となるように電極間隔ｄ３とガス圧力Ｐ３を設定した放電開始電界Ｅ３の放電管をアレイ状に配置した検知部など放電開始電界が異なる検知部を複数種類準備しておき、被測定空間に順次入れて測定することにより、広範囲の電界強度にわたって、その分布を測定することが可能である。また、高周波入力電力が可変出来る空間では高周波の電力を変化させて、電界強度分布の変化を測定することが可能となる。
【００１９】
このように、判定したい高周波電界値において放電が開始するように電極間隔、ガス圧力を設定する際に、放電開始電界の圧力依存性が極小値となるように電極間隔、ガス圧力を設定することにより、電子レンジなどで発生している高周波電界強度が設定した放電開始電界以上であるか否かを小さな測定誤差で判定することができる。
【００２０】
電子レンジの出力を順次増加させて、各出力において、アレイ状に配置された放電管のうち放電が生じる放電管を求める。電子レンジの出力と電界強度の間には所定の関係が成り立つため、定格出力の場合の高周波電界強度の分布を把握することが可能となる。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３の高周波電界測定装置における放電管の配置方法について説明する図である。
この実施の形態３において用いる放電管は、上述した実施の形態１または２で説明したものと同様のものであるが、放電管の配置方法が異なる。図４において、Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する座標軸である。実施の形態３においては、図４に示すように、対向する電極がＸ軸と平行になるように配置された放電管２１と、対向する電極がＹ軸と平行になるように配置された放電管２２と、対向する電極がＺ軸と平行になるように配置された放電管２３とを放電管を配置する平面内の各位置に近接して配置するものである。これらの放電管２１〜２３は、同一の高周波電界で放電するように構成されている。このように、電極を直交座標系の異なる座標軸のそれぞれに平行になるように配置することによって高周波電界分布の３次元成分の判定が可能となる。
【００２２】
なお、放電管２１〜２３の配置方法は、それぞれを異なる平面上に配置したものであっても良い。即ち、放電管２１のみをアレイ状に配置した検知部（第１の検知部）、放電管２２のみをアレイ状に配置した検知部（第２の検知部）、放電管２３のみをアレイ状に配置した検知部（第３の検知部）の３つの検知部を備えたものであっても良い。
【００２３】
なお、この例は３次元成分の判定を可能とするものであるが、直交座標系の異なる座標軸のうち、２つの座標軸に平行になるように配置することによって、高周波電界分布の２次元成分の判定が可能となる。
【００２４】
実施の形態３においても実施の形態２と同様の方法で、電子レンジなどにおいて、定格出力での高周波電界強度の分布を把握することができる。
【００２５】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４の高周波電界測定装置における放電管の配置方法について説明する図である。
この実施の形態４において用いる放電管は、上述した実施の形態１または２で説明したものと同様のものであるが、放電管の配置方法が異なる。実施の形態４においては、図５に示すように、それぞれ異なる放電開始電界となるように構成された４本の放電管２４〜２７を、放電管を配置する平面内の各位置に近接して配置するものである。各放電管２４〜２７の放電開始電界が所望の値になるように、封入するガスの種類、ガス圧力、電極間隔が調整されている。このように、異なる放電開始電界を有する複数の放電管を近接して設けることにより、一度の測定で広範囲の高周波電界強度の測定が可能となる。このため、電子レンジなどの出力電力を変化させずに高周波電界の測定を行うことも可能となり、高周波電界の測定を簡便に行うことができる。
また、広範囲にわたる高周波電界強度の測定を少ない測定回数で行うことができる。
【００２６】
なお、図５に示すものは、４種類の放電開始電界を有する放電管を用いるものであるが、これに限るものではなく、少なくとも２種類以上の放電開始電界を有する放電管を用いるものであればよい。
【００２７】
また、放電開始電界の異なる放電管に対して、それぞれ異なる色を着色することにより放電時に発光色が異なるように設定する。このようにすることにより、発光の色によって高周波電界強度が一目瞭然となるので簡便に異なる電界強度分布を視覚的に測定することが可能となる。
【００２８】
なお、上述した放電管２４〜２７の配置方法は、放電管を配置する平面内の各位置に近接して配置するものであるが、それぞれを異なる平面上に配置したものであっても良い。即ち、第１の電界強度で発光する放電管２４のみをアレイ状に配置した検知部（第１の検知部）、第２の電界強度で発光する放電管２５のみをアレイ状に配置した検知部（第２検知部）など、複数の異なる電界強度で発光する放電管をそれぞれアレイ状に配置した複数の検知部を備えたものであっても良い。
【００２９】
なお、上述した実施の形態１〜４においては、発光素子として内部に互いに対向する一対の電極を有する放電管を用いるものについて説明したが、電極を有さない無電極の放電管を用いても良い。但し、電極を有する放電管を用いる方が、放電開始電界を広範囲に調整できるので、広範囲の電界強度にわたって電界強度測定を行うことができるという点で望ましい。
また、発光素子として放電管を用いるものについて説明したが、これに限られるものではなく、所定の電界強度において発光するように構成された発光素子を用いても良い。
【００３０】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５の高周波電界測定装置に用いる放電管の構成について説明する図である。
上述した実施の形態１から４は複数個の放電管をアレイ状に配置するものであるが、実施の形態５は、単一の放電管内に互いに対向する一対の電極をアレイ状に配置するものである。実施の形態５の放電管３１は、図６のように、放電気体を封入するガス封止容器３０１と、このガス封止容器３０１の内部の空間に封入された放電気体３０２と、ガス封止容器３０１内にアレイ状に配置された複数の第１電極３０３と、この複数の第１電極３０３のそれぞれと対向し第１電極３０３との距離が一定となるように設けられた第２電極３０４とを有している。ガス封止容器３０１としては、立方体もしくは直方体のものを用いる。ガス封止容器３０１の材質としては、外部から放電状態が確認できるように、ガラス、アクリルなどの透明な絶縁材料が用いられる。また、第１電極３０３及び第２電極３０４はガス封止容器２０１の内面の一面に垂直になるように配置される。
【００３１】
このような構成の放電管３１を用いても、放電管３１を設置する空間における高周波の電界強度分布を、放電管内の各位置における第１電極３０３と第２電極３０４との対向する領域からの発光の有無に基づいて計測することができる。
【００３２】
上述した実施の形態１から４のように複数の放電管を配置する場合には、放電管毎の封入ガス圧力に差があると測定誤差が生じるが、実施の形態５のように、単一の放電管を用いることによって、封入ガス圧力の差により生じる測定誤差を防ぐことができ、電界強度分布を安定して測定することができる。
【００３３】
図７は、この発明の実施の形態５の変形例を説明する図である。この変形例における放電管３２は、図７のように、複数の第１電極３０３のそれぞれが、隣接する第１電極３０３との間に設けられた隔壁３０５により仕切られるものであり、それぞれの電極を独立させることによって、ある位置における電極で放電が生じた場合に、この放電がその他の位置の電極に及ぼす影響をなくすことが出来るので、より正確に電界測定を実施することが可能となる。隔壁３０５としては、ガラス、アクリルなどの絶縁材料が用いられる。
【００３４】
実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６の高周波電界測定装置に用いる放電管の構成を説明するための図である。図９は、図８のＡ−Ａ線断面図である。
実施の形態６の放電管３３は、図８及び図９のように、放電気体を封入するガス封止容器３０１と、このガス封止容器３０１の内部の空間に封入された放電気体３０２と、ガス封止容器３０１内にアレイ状に配置された複数の第１電極３１３と、この複数の第１電極３１３のそれぞれと対向し第１電極３１３との距離が一定となるように設けられた第２電極３１４とを有している。実施の形態６が実施の形態５と相違する点は、第２電極が、１つの電極により構成される点である。図８及び図９のように、アレイ状に形成された複数の第１電極３１３に対向して、１つの第２の電極３１４が設けられ、第１電極３１３及び第２電極３１４はガス封入容器３０１の内面の互いに対向する面上に形成される。
【００３５】
このような構成を用いても、同様に、各位置における第１電極３１３と第２電極３１４との対向する領域からの発光の有無に基づいて空間内の電界強度分布を計測することが可能となる。さらに、このような構成により、電極数を減らすことが可能となり、工作上有利になるという利点もある。また、電極の間隔が対向する放電管の内壁の面精度で決まるため、実施の形態５のように電極を配置する場合に比べて、電極間隔のばらつきが生じにくく、測定誤差が生じにくいという利点もある。
【００３６】
図１０は、この発明の実施の形態６の変形例を説明する図である。この変形例における放電管３４は、図１０のように、上述した実施の形態５の変形例と同様の格子状の隔壁３０５を設け、それぞれの電極を独立させることによって、ある位置における電極で放電が生じた場合に、この放電がその他の位置の電極に及ぼす影響をなくすことが出来るので、より正確に電界測定を実施することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明に係る高周波電界測定装置は、所定の電界強度において発光するように構成された複数個の発光素子をアレイ状に配置した検知部を備え、複数個の発光素子のそれぞれの発光の有無に基づいて検知部が設置された空間に印加される高周波の電界強度分布を測定するので、電界強度分布を簡便にかつ確実に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の高周波電界測定装置の構成について説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態１の高周波電界測定装置における放電開始電界の設定方法について説明する図であり、放電開始電界とガス圧力の関係の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２の高周波電界測定装置における放電開始電界の設定方法について説明する図であり、電極間隔が異なる場合の放電開始電界とガス圧力の関係の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３の高周波電界測定装置における放電管の配置方法について説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態４の高周波電界測定装置における放電管の配置方法について説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態５の高周波電界測定装置に用いる放電管の構成を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態５の変形例を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態６の高周波電界測定装置に用いる放電管の構成を説明する図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１１，２１〜２７，３１〜３４　放電管（発光素子）、１３　検知部、１０２，３０２　放電気体、１０３　電極、３０３，３１３　第１電極、３０４，３１４　第２電極、３０５　隔壁。
【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】
2004144555.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
2004144555.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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