(57)【要約】【課題】プローブ装置−測定部間の高い絶縁性による安全性と、広い周波数帯域に渡って同相信号除去比を確保するための低い対接地容量を確保しつつ、連続動作時間の制約を受けない、または連続動作時間を延ばしたプローブ装置およびこれを用いた信号測定装置を実現する。【解決手段】入力信号が変調された変調信号を光信号に変換して出力するプローブ装置において、外部から入射される入射光を変調信号に応じて光変調し出射光として出射する光変調部を備える。【選択図】  図１
2012052951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が変調された変調信号を光信号に変換して出力するプローブ装置において、
外部から入射される入射光を前記変調信号に応じて光変調し出射光として出射する光変調部を備えたことを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】
前記光変調部は、
前記変調信号に応じて透過率または偏光を可変制御できるフィルタ素子であることを特徴とする請求項１記載のプローブ装置。
【請求項３】
前記光変調部は、
前記変調信号に応じて透過率または偏光を可変制御できる光スイッチであることを特徴とする請求項１記載のプローブ装置。
【請求項４】
請求項１〜５のいずれかに記載のプローブ装置と、
このプローブ装置の前記光変調部に供給する光を出射する発光素子と、
前記光変調部からの出射光を電気信号に変換して出力する受光素子と、
この受光素子からの出力信号を復調して出力する信号処理出力回路と
を備えたことを特徴とする信号測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号が変調された変調信号を光信号に変換して出力するプローブ装置およびこれを用いた信号測定装置に関し、詳しくは、プローブ装置−測定部間の高い絶縁性による安全性と、広い周波数帯域に渡って同相信号除去比を確保するための低い対接地容量を確保しつつ、連続動作時間の制約を受けない、または連続動作時間を延ばしたプローブ装置およびこれを用いた信号測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、従来の信号測定装置の一例を示した構成図である。
図２において、信号測定装置は、プローブ装置３０および測定部４０を有している。プローブ装置３０は、アンプ１、信号処理ドライバ回路２およびフォトカプラ３を有し、測定部４０は、信号処理出力回路４および絶縁型電源部５を有している。
【０００３】
アンプ１は、プローブ装置３０のハイ側（Ｈ）入力を介して入力信号が入力され、適切な電圧レベルに変換された出力信号を出力する。信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号が入力され、アンプ１の出力信号に応じて変調信号を出力する。信号処理ドライバ回路２で行う変調の方法としては、アンプ１の出力信号に対して、アナログ的な変調を掛ける場合（アナログ変調）とデジタル的な変調を掛ける場合（デジタル変調）がある。
【０００４】
例えば、信号処理ドライバ回路２でアナログ変調を行う場合には、信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号に応じて、出力する変調信号の電流値を変化させる。一方、信号処理ドライバ回路２でデジタル変調を行う場合には、信号処理ドライバ回路２は、入力されるアンプ１の出力信号をＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタルデータに応じた電圧または電流を出力する。
【０００５】
フォトカプラ３は、信号処理ドライバ回路２からの変調信号を光信号に変換し、この光信号を再度、電気信号に変換して出力信号として出力する。信号処理出力回路４は、フォトカプラ３の出力信号が入力され、フォトカプラ３の出力信号を復調して出力する。信号処理出力回路４で行う変調の方法としては、信号処理ドライバ回路２がアナログ変調を行う場合はアナログ的な復調（アナログ復調）を行い、信号処理ドライバ回路２がデジタル変調を行う場合はデジタル的な復調（デジタル復調）を行う。
【０００６】
例えば、信号処理出力回路４でアナログ復調を行う場合には、信号処理出力回路４は、フォトカプラ３の出力を適切な電圧レベルになるように増幅して出力する。一方、信号処理出力回路４でデジタル復調を行う場合には、フォトカプラ３から出力されるデジタルデータをＤ／Ａ変換し、変換したアナログ信号を出力する。
【０００７】
絶縁型電源部５は、例えば、１次側（入力側）と２次側（出力側）が電気的に絶縁されている絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータまたはトランスであり、アンプ１および信号処理ドライバ回路２へ電源を供給する。
【０００８】
このような信号測定装置の動作を説明する。
プローブ装置３０のハイ側（Ｈ）入力とロー側（Ｌ）入力との間に測定対象となる入力信号が入力される。入力信号は、アンプ１に入力され、適切な電圧レベルに変換された後に、信号処理ドライバ回路２へ入力される。信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号に対して前述のアナログ変調またはデジタル変調を行い、変調信号を出力する。信号処理出力回路４は、フォトカプラ３を介して入力される信号処理ドライバ回路２からの変調信号を復調して出力する。
【０００９】
図３は、従来の信号測定装置の他の一例を示した構成図である。ここで、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図３において、信号測定装置は、プローブ装置３１および測定部４１を有している。プローブ装置３１は、アンプ１、信号処理ドライバ回路２、発光素子６およびバッテリ７を有し、測定部４１は、信号処理出力回路４および受光素子８を有している。プローブ装置３１−測定部４１間は、光ファイバＦ１で接続される。
【００１０】
発光素子６は、発光ダイオード等であり、信号処理ドライバ回路２からの出力信号を光信号に変換する。バッテリ７は、電池等で構成され、アンプ１および信号処理ドライバ回路２へ電源を供給する。受光素子８は、光ファイバＦ１を介して受光素子６の光信号が入射され、電気信号に変換する。
【００１１】
このような信号測定装置の動作を説明する。
図２に示す従来例と同様に、プローブ装置３０のハイ側（Ｈ）入力とロー側（Ｌ）入力との間に測定対象となる入力信号が入力される。入力信号は、アンプ１に入力され、適切な電圧レベルに変換された後に、信号処理ドライバ回路２へ入力される。信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号に対して前述のアナログ変調またはデジタル変調を行い、変調信号を出力する。発光素子６は、信号処理ドライバ回路２からの変調信号を光信号に変換する。受光素子８は、光ファイバＦ１を介して伝送された光信号を電気信号に変換し、出力信号として出力する。信号処理出力回路４は、受光素子８の出力信号を復調して出力する。
【００１２】
特許文献１には、電気信号を取り込んで測定装置に伝送するプローブに関し、特に高電圧及び高周波のフローティング測定に適したプローブが記載されている。
【００１３】
また、特許文献２には、負荷への印加電圧が可変であっても、小型化が可能な電源装置および半導体試験システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平７−２１８５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図２に示す従来例では、入力信号が直流の場合は、プローブ装置３０と測定部４０の間の絶縁を確保することができる。また、プローブ装置３０に安定して電源供給ができるため、長時間の連続測定ができる。しかし、入力信号が高い周波数の場合、絶縁型電源部５の静電容量（浮遊容量）により、対接地インピーダンスが低下する。
【００１６】
これにより、高周波においては、測定対象に対する負荷効果が増大し、また、入力された入力信号の周波数の高い同相信号成分が前述の静電容量を通して接地に流れることで、測定における同相信号除去比が悪化するという問題があった。また、安全性の基準である絶縁耐圧は、信号伝送路のフォトカプラ３および絶縁型電源部５の１次−２次間の離間等で決定される。
【００１７】
また、図３に示す従来例では、バッテリ７を使用しているため、電源供給経路の対接地容量の問題は解決され、高い絶縁耐圧が実現できるが、バッテリ７の容量の制約により連続動作時間が有限になるという問題があった。
【００１８】
そこで本発明の目的は、プローブ装置−測定部間の高い絶縁性による安全性と、広い周波数帯域に渡って同相信号除去比を確保するための低い対接地容量を確保しつつ、連続動作時間の制約を受けない、または連続動作時間を延ばしたプローブ装置およびこれを用いた信号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】
【００１９】
請求項１記載の発明は、
入力信号が変調された変調信号を光信号に変換して出力するプローブ装置において、
外部から入射される入射光を前記変調信号に応じて光変調し出射光として出射する光変調部を備えたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記光変調部は、
前記変調信号に応じて透過率または偏光を可変制御できるフィルタ素子であることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記光変調部は、
前記変調信号に応じて透過率または偏光を可変制御できる光スイッチであることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載のプローブ装置と、
このプローブ装置の前記光変調部に供給する光を出射する発光素子と、
前記光変調部からの出射光を電気信号に変換して出力する受光素子と、
この受光素子からの出力信号を復調して出力する信号処理出力回路と
を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような効果がある。
入力信号が変調された変調信号を光信号に変換して出力するプローブ装置において、外部から入射される入射光を変調信号に応じて光変調し出射光として出射する光変調部を備えたことにより、従来のように、プローブ装置に発光素子を備える必要が無くなるので、プローブ装置の消費電力を低減することができ、連続動作時間の制約を受けない、または連続動作時間を延ばすことができる。
【００２１】
また、プローブ装置−測定部の間が、光ファイバのみで接続されるので、プローブ装置−測定部間の高い絶縁性による安全性が確保でき、広い周波数帯域に渡って同相信号除去比を確保するための低い対接地容量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の信号測定装置の一実施例を示した構成図である。
【図２】従来の信号測定装置の一例を示した構成図である。
【図３】従来の信号測定装置の他の一例を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の信号測定装置の一実施例を示した構成図である。ここで、図２または図３と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、図２または図３に示す構成と異なる点は、フォトカプラ３、または、発光素子６と受光素子８の代わりに光変調部１１、発光素子１２および受光素子１３が設けられている点、絶縁型電源部５、または、バッテリ７の代わりに光源１４、集光レンズ１５、散光レンズ１６、太陽電池１７および電源部１８が新たに設けられている点である。
【００２４】
図１において、プローブ装置３２は、アンプ１、信号処理ドライバ回路２、光変調部１１、散光レンズ１６、太陽電池１７および電源部１８を有している。また、測定部４２は、信号処理出力回路４、発光素子１２、受光素子１３、光源１４および集光レンズ１５を有している。プローブ装置３２−測定部４２間は、光ファイバＦ２〜Ｆ４で接続される。
【００２５】
光変調部１１は、制御信号端子に信号処理ドライバ回路２の出力端子が接続され、入射端に光ファイバＦ２が接続されると共に出射端に光ファイバＦ３が接続される。光変調部１１は、制御信号端子に入力される制御信号に応じて透過率または偏光を可変制御できるフィルタ素子や光スイッチ等で構成され、光ファイバＦ２を介して入射される入射光（変調前信号）を、信号処理ドライバ回路２の出力信号に応じて光変調し、出射端から光ファイバＦ３へ出射する。
【００２６】
発光素子１２は、発光ダイオードまたはレーザダイオード等で構成され、波長が単一で位相の揃った光を発生する。受光素子１３は、光ファイバＦ３を介して入射される光変調部１１からの出射光（変調後信号）を電気信号に変換する。光源１４は、高輝度発光ダイオードまたはハロゲンランプ等で構成される。集光レンズ１５は、光源１４が発生した光を集光する。
【００２７】
散光レンズ１６は、光ファイバＦ４を介して伝送された光源１４からの光を散光する。太陽電池１７は、散光レンズ１６で散光された光を受け、電力を発生させる。電源部１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成され、太陽電池１７からの出力電圧を所望の電圧レベルに変換してアンプ１、信号処理ドライバ回路２および光変調部１１へ供給する。
【００２８】
このような信号測定装置の動作を説明する。
光源１４からの光は、集光レンズ１５で集光されて光ファイバＦ４へ入射され、光ファイバＦ４を介してプローブ装置３２へ伝送される。光ファイバＦ４から出射された光は、散光レンズ１６で散光されて太陽電池１７へ照射される。太陽電池１７は、照射された光により発電する。電源部１８は、太陽電池１７からの出力電圧を所望の電圧レベルに変換してアンプ１、信号処理ドライバ回路２および光変調部１１へ供給する。
【００２９】
プローブ装置３２のハイ側（Ｈ）入力とロー側（Ｌ）入力との間に測定対象となる入力信号が入力される。入力信号は、アンプ１に入力され、適切な電圧レベルに変換された後に、信号処理ドライバ回路２へ入力される。信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号に対して前述のアナログ変調またはデジタル変調を行い、変調信号を出力する。
【００３０】
光変調部１１は、信号処理ドライバ回路２から入力される変調信号に応じて、光ファイバＦ２を介して入射される入射光（変調前信号）を光変調し、出射端から光ファイバＦ３へ出射する。受光素子１３は、光ファイバＦ３を介して入射される光変調部１１からの出射光（変調後信号）を電気信号に変換する。信号処理出力回路４は、受光素子８の出力信号を復調して出力する。
【００３１】
このように、光変調部１１が、信号処理ドライバ回路２から入力される変調信号に応じて、光ファイバＦ２を介して入射される入射光を光変調すると共に出射端から光ファイバＦ３へ出射し、太陽電池１７が、光ファイバＦ４を介して伝送された光により発電する。そして、電源部１８が、太陽電池１７からの出力電圧を所望の電圧レベルに変換してアンプ１、信号処理ドライバ回路２および光変調部１１へ供給することにより、プローブ装置３２−測定部４２の間が、光ファイバＦ２〜Ｆ４のみで接続されるので、プローブ装置３２−測定部４２間の高い絶縁性による安全性が確保でき、広い周波数帯域に渡って同相信号除去比を確保するための低い対接地容量を確保しつつ、連続して動作することができる。
【００３２】
また、消費電力の大きい発光素子１２をプローブ装置３２側に持たず、光源１４を測定部４２側に設けてプローブ装置３２へ伝送することにより、プローブ装置３２の回路で消費される電力を節約し、光ファイバＦ４を介した光エネルギー供給による太陽電池１７が発電する電力量でもプローブ装置３２上の回路を動作させることが容易になる。
【００３３】
さらに、プローブ装置３２と測定部４２の間を光ファイバによる光伝送を用いることで、無線変調による伝送のように、周囲の電磁界環境による干渉を受けずに測定することができる。
【００３４】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
（１）図１に示す実施例において、信号処理ドライバ回路２でアナログ変調を行う場合には、信号処理ドライバ回路２は、アンプ１の出力信号に応じて、出力する変調信号の電流値を変化させていたが、光変調部１１の変調制御が電圧制御である場合には、出力する変調信号の電圧値を変化させるようにしてもよい。
【００３５】
（２）図１に示す実施例において、太陽電池１７の発電用に光源１４を備えた構成を示したが、光源１４の代わりに発光素子１２の光を用いて、太陽電池１７が発電する構成にしてもよい。この場合、光源１４は削除される。
【００３６】
（３）図１に示す実施例において、太陽電池１７で発電した電力を電源部１８で変換し、アンプ１、信号処理ドライバ回路２および光変調部１１へ供給する構成を示したが、太陽電池１７および電源部１８の代わりに、図３に示すようにバッテリを用いて電源供給を行ってもよい。この場合でも、前述したように、消費電力の大きい発光素子１２をプローブ装置３２側に持たず、光源１４を測定部４２側に設けてプローブ装置３２へ伝送することで、プローブ装置３２の回路で消費される電力を節約したので、連続動作時間を延ばすことができる。
【００３７】
（４）図１に示す実施例において、光源１４から発生した光を集光レンズ１５で集光して光ファイバＦ４へ入射する構成を示したが、集光レンズ１５を使用しなくても光ファイバＦ４へ十分な光を入射することができれば、集光レンズ１５を削除して光源１４から直接光ファイバＦ４へ光を入射するようにしてもよい。同様に、光ファイバＦ４から出射された光を散光レンズ１６で散光して太陽電池１７へ照射する構成を示したが、散光レンズ１６を使用しなくても太陽電池１７へ十分な光を照射することができれば、散光レンズ１６を削除して光ファイバＦ４から直接太陽電池１７へ照射してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
４  信号処理出力回路
１１  光変調部
１２  発光素子
１３  受光素子
１４  光源
１７  太陽電池
１８  電源部
３２  プローブ装置
４２  測定部
【図１】
2012052951.tif 000003
【図２】
2012052951.tif 000004
【図３】
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