(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、
前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、
前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、
前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、
前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、
前記パッケージは、層状、又はシート状の金属体により内部を覆うように構成され、前記接触端子又は前記接触端子取り付け部を開放にして測定周波数の電波を照射した場合に、該パッケージがない場合の出力信号強度に対して１５ｄＢ以上の減衰を生ずる電波の遮蔽効果を有することを特徴とする光電圧プローブ。
【請求項２】
少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、
前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、
前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、
前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、
前記接触端子取り付け部は前記パッケージの表面の位置より内側に設置され、
前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、
前記パッケージは、前記接触端子取り付け部を開放にして測定周波数の電波を照射した場合に、該パッケージがない場合の出力信号強度に対して１５ｄＢ以上の減衰を生ずる電波の遮蔽効果を有することを特徴とする光電圧プローブ。
【請求項３】
少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、
前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、
前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な接触端子を接触させて着脱可能に構成した２つの接触端子取り付け部と、
前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、
前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、
前記パッケージは、該パッケージの外部より到達する電磁波の該パッケージによる反射を減少するための電波吸収体を有し、前記接触端子又は前記接触端子取り付け部を開放にして測定周波数の電波を照射した場合に、該パッケージがない場合の出力信号強度に対して１５ｄＢ以上の減衰を生ずる電波の遮蔽効果を有することを特徴とする光電圧プローブ。
【請求項４】
前記電波吸収体は、前記パッケージの表面に備えたシート状の電波吸収体であることを特徴とする請求項３に記載の光電圧プローブ。
【請求項５】
前記パッケージは、前記電波吸収体が電波の透過を減少させることにより、前記の電波の遮蔽効果を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の光電圧プローブ。
【請求項６】
前記の２つの接触端子の間隔、又は前記の２つの接触端子取り付け部の間隔は３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電圧プローブ。
【請求項７】
前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の光電圧プローブ。
【請求項８】
前記光変調器は、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、前記入力光ファイバと出力光ファイバは１本の入出力光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光電圧プローブ。
【請求項９】
前記２つの変調電極間には、該２つの変調電極と互いに容量結合した少なくとも１つの電極を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光電圧プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触端子から得られる電圧信号を光変調器に印加して光変調信号に変換し、光ファイバによりその光変調信号を出力する光電圧プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速のＣＰＵ等を用いた様々な制御装置が開発されており、誤動作の防止対策のため、その電気回路基板等で発生するノイズ信号の検出や、電気回路基板等のノイズ耐性試験等が行われている。これらの試験においては、電気回路基板上に設置された電気部品の入出力信号や配線上を伝わる電気信号を正確に測定することが要求されている。
【０００３】
電気部品や配線の電気信号を測定する一般的な方法は、接触端子を有する電気プローブにより被測定点の電気信号をオシロスコープ等の測定器に導いてその伝達された電圧波形等を測定する方法である。しかし、被測定点のグランドレベルが測定器と異なる場合や、グランドされていない２点間の電圧信号を測定する場合等には、アースからの信号の混入や電気プローブの有する容量の影響などのため、正確な電圧波形の測定が困難となる。特に高周波領域においては上記のグランドや容量の影響は大きい。
さらに、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路において、入力インピーダンスおよび出力インピーダンスは５０Ωではないものが多く、例えばアンプ素子については高インピーダンス入力、低インピーダンス出力となっている。このため入力インピーダンスが小さい電気プローブを使ってノイズ入力電圧を測定すると、電気プローブ側に電流が流れてしまい、本来測定すべきノイズ電圧を低下させてしまう。
【０００４】
この問題を解決する手段として、電圧信号を光信号に変換し、その光信号を光ファイバにより測定器に導く光電圧プローブを使用した測定器が開発されている。この方式では、プローブの有する容量成分が非常に小さいため、入力インピーダンスが非常に高く、被測定点と測定器が電気的に完全に分離される。光電圧プローブでは高周波成分まで測定でき、グランドの影響や途中での電気信号ノイズの混入等を防ぐことができる。
【０００５】
このような従来の測定器の例が特許文献１及び２に記載されている。
特許文献１にはバルク型の光変調器を用いた光電圧プローブが記載されている。すなわち、電気光学効果を有する結晶を挟む２つの電極間に接触端子の電圧信号を印加し、上記結晶中で光ファイバより送られた入射光を反射させて偏光状態を変化させ、その変化分を検光子を通して光強度変調光とし、光ファイバでＯ／Ｅ変換器に導く構成である。
特許文献２には導波路型の光変調器を用いた光電圧プローブが記載されている。ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成した分岐干渉型光変調器の２つの変調電極間に接触端子の電圧信号を印加して光強度変調信号を得るものである。光源とＯ／Ｅ変換器とを備えた装置と光電圧プローブは光ファイバで接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１９６８６３号公報
【特許文献２】特開平８−３５９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来の光電圧プローブでは、電気プローブのようなグランドの影響を除くことができ、測定器までの配線の途中からの電気信号ノイズの混入も防ぐことができる。しかし、従来の光電圧プローブでは、光電圧プローブの周囲の空間を伝搬して直接的に変調電極に達する電磁波ノイズの影響を排除することはできなかった。通常、光変調器の変調電極は上記のように入力インピーダンスが高く、接触端子から変調電極に至る途中の配線は電波を受信するアンテナとして機能してしまうからである。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、周囲の電磁波ノイズに影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、第１の観点では、本発明による光電圧プローブは、少なくとも２つの変調電極を備え、前記２つの変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器と、前記光変調器に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバと、前記変調電極に接続され被測定点に接触可能な２つの接触端子、又は、被測定点に接触可能な接触端子を接続可能に構成し前記変調電極に接続された２つの接触端子取り付け部と、前記光変調器と前記入力光ファイバ及び前記出力光ファイバの一部を収納したパッケージと、を有し、前記接触端子を介して前記２つの変調電極間に誘起された電圧信号を前記光変調器により光強度変調信号に変換して前記出力光ファイバより出力する光電圧プローブであって、前記パッケージは、前記接触端子又は前記接触端子取り付け部を開放にして測定周波数の電波を照射した場合に、該パッケージがない場合の出力信号強度に対して１５ｄＢ以上の減衰を生ずる電波の遮蔽効果を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光電圧プローブにおいては、上記のように、光変調器を電波の遮蔽効果を有するパッケージで覆うことにより、測定個所の周囲の電磁波ノイズが光変調器の変調電極や変調電極に至る途中の配線により受信されるのを防ぐことができる。光電圧プローブでは回路基板等の測定点に接触端子を接触させて測定を行うが、接触端子は光電圧プローブに一体として設けてもよく、又は、目的に合わせて接触端子を選択可能とするため、光電圧プローブに接触端子取り付け部を備えてもよい。光電圧プローブでは、電波の遮蔽効果として、接触端子に何も接続しない状態において、パッケージがない場合に受信される電磁波ノイズ信号を１５ｄB以上減衰させる遮蔽効果を有するパッケージであれば、実用上、目的とする十分な性能が得られることを発明者らの実験により確認している。
【００１１】
本発明において、電波の遮蔽効果を得るためのパッケージの材料としては、金属が代表的な材料であるが、金属以外にもカーボンのような導電体材料も可能であり、また、電波吸収体でパッケージを構成してもよい。パッケージの形状は光変調器及び接触端子から変調電極に至る途中の配線を内部に収納して覆うものであれば任意の形状が可能である。また、電波の受信アンテナとしての機能を有する電極や配線が判明していれば、金属や導電体、又は電波吸収体でその部分だけを覆うことができる構造を有するパッケージ構成も可能である。
【００１２】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、内部を金属体で覆うように構成されていることを特徴とする。本観点の発明では、パッケージ材料として最も一般的であり、加工が容易な金属体を材料として用いるものである。金属板等の金属加工によりパッケージを構成する方法以外にも、絶縁性の樹脂やセラミック等でパッケージを構成し、その外面全体又は内面全体を覆うように金属膜を設置する方法も可能である。また、内部に金属層を有する板状材料でパッケージを構成してもよい。また、金属体は、遮蔽対象とする電磁波の波長に対して十分に小さな網目を有するメッシュ状の金属体であってもよい。
【００１３】
第３の観点では、本発明は、前記第２の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、層状、又はシート状の金属体を有することを特徴とする。本観点の発明においては、パッケージは、例えば、樹脂やセラミック等を主材料として構成して必要な強度を持たせ、その外面又は内面を覆うように金属膜を設けるものが可能である。パッケージ表面への金属膜の蒸着、金属テープの貼り付け、金属メッキや金属材料の塗布等、様々な手段が可能である。製造コスト、軽量性等の優れた材料と金属膜の組み合わせが選択可能となる。
【００１４】
第４の観点では、本発明は、前記第１乃至第３の観点の光電圧プローブにおいて、前記接触端子取り付け部を有し、該接触端子取り付け部は前記パッケージの表面の位置より内側に設置されていることを特徴とする。光電圧プローブにおいて、測定時に接触端子からの電磁波ノイズの受信を防ぐため、接触端子の長さはできるだけ短い方が望ましい。接触端子取り付け部を有する場合、その部分がパッケージより外側に突出していると、接触端子を接続したときの突出部分の全体の長さも長くなり、電磁波ノイズのアンテナとなってしまう。そこで、本観点の発明では、接触端子取り付け部の先端がパッケージの表面より内側に位置するように設定している。
【００１５】
第５の観点では、本発明は、前記第１乃至第４の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、該パッケージによる電磁波の反射を減少するため、表面又は内部に電波吸収体を有することを特徴とする。本発明による光電圧プローブにおいては、電波の遮蔽効果を有するパッケージにより、変調電極等により直接的に周囲の電磁波ノイズを検出することは防ぐことができるが、測定対象の回路基板等に近接して配置されたパッケージにより電磁波ノイズが反射されて、測定対象の回路基板等の受信アンテナとしての機能を有する部分に放射された場合、接触端子から測定される信号に電磁波ノイズによる信号が混入してしまう恐れがある。本観点の発明においては、パッケージに電波吸収体を備えることにより電磁波ノイズを吸収して、電磁波ノイズの反射を減少させることができる。これにより、測定点に近接して置かれるパッケージからの電磁波ノイズの反射波を減少させ、測定における電磁波ノイズの影響をさらに防ぐことができる。
【００１６】
なお、電波吸収体はパッケージの表面に設けることが望ましいが、電波の遮蔽効果を目的とする金属体より外側であれば、パッケージの内部に設けてもよい。本観点の発明に用いる電波の吸収体としては、電波の反射を減少させる機能を有するものであればよい。例えば、材料内部の抵抗によって電波によって発生する電流を吸収する導電性繊維の織物等により構成される導電性電波吸収材料、誘電損失を利用し、カーボン粉等をゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロール等の誘電体に混合して見かけ上の誘電損失を大きくした誘電性電波吸収材料、磁気損失によって電波を吸収する鉄、ニッケル、フェライト等を使用した磁性電波吸収材料等を用いることができる。また、材料形状としては、シート状の材料、塗布型の材料等も可能である。
【００１７】
第６の観点では、本発明は、前記第５の観点の光電圧プローブにおいて、前記パッケージは、表面にシート状の電波吸収体を有することを特徴とする。パッケージを製造する際に、本観点の発明では最後の工程として電波吸収体のシートを表面に貼り付けることができるので、製造工程が簡易化できる。
【００１８】
第７の観点では、本発明は、前記第１の観点の光電圧プローブヘッドにおいて、前記パッケージは、電波吸収体を備えることにより、前記の電波の遮蔽効果及び該パッケージによる電磁波の反射を減少する効果を有することを特徴とする。上記のように、電波吸収体として、導電性電波吸収材料、誘電性電波吸収材料、磁性電波吸収材料を用いることが可能であるが、その材料や組成の選択、厚さの選択等により、電波の吸収効果に加えて、第１の観点で示したような十分な電波の遮蔽効果も合わせて得られる場合がある。この場合には、別途、金属体等による遮蔽手段を設ける必要はない。
【００１９】
第８の観点では、本発明は、前記第１乃至第７の観点の光電圧プローブにおいて、前記の２つの接触端子の間隔、又は前記の２つの接触端子取り付け部の間隔は３ｍｍ以上であることを特徴とする。光電圧プローブの特長の一つは、前述のように、光電圧プローブの有する入力インピーダンスが非常に高いため、測定点に接触端子で接触した場合に、測定点に対する電気的な影響が小さくなり、正確な電圧信号の測定が可能なことである。この利点をさらに高めるため、本観点の発明では、接触端子又は接触端子取り付け部の間隔を３ｍｍ以上とすることにより入力インピーダンスをより高くするものである。このように上記の間隔を３ｍｍ以上とすれば、測定における入力インピーダンスの影響がないことが発明者らの実験により確認されている。
【００２０】
第９の観点では、本発明は、前記第１乃至第８の観点の光電圧プローブにおいて、前記光変調器は、ニオブ酸リチウム結晶基板上に形成された光導波路を用いた分岐干渉型光変調器であることを特徴とする。本観点の発明は、光変調器として、従来から用いられているニオブ酸リチウム結晶上に形成された光導波路による分岐干渉型光変調器を用いるものである。分岐干渉型光変調器の基本構成は、光の入射側から延びる入力光導波路と、入力光導波路から二股に分岐して延びる２本の位相シフト導波路と、その２本の位相シフト光導波路が合流して光の出射側につながる出力光導波路と、位相シフト導波路に並行に配置された変調電極により構成される。電圧信号を変調電極を介して位相シフト導波路に印加し、位相シフト光導波路の屈折率を変化させ、その２つの位相シフト光導波路を通過した光が合流して干渉し、光強度が変調される。小型、高効率、広帯域の光変調器が得られるので、本発明の光電圧プローブに適している。
【００２１】
第１０の観点では、本発明は、前記第９の観点の光電圧プローブにおいて、前記光変調器は、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、前記入力光ファイバと出力光ファイバは１本の入出力光ファイバで構成されていることを特徴とする。本観点の発明の反射型光変調器は、入射光を位相シフト導波路において反射させて入射側の光導波路に戻す構成を用いる。このような反射型の光変調器の構成を用いることにより、透過型の光変調器に比べて同じ電極長に対して２倍の長さ光が透過するので、光変調器の高効率化、広帯域化が可能となり、かつ小型化が可能となる。さらに、光変調器に接続される光ファイバが１本であるので取り扱いが容易となる。
【００２２】
第１１の観点では、本発明は、前記第９又は第１０の観点の光電圧プローブにおいて、前記２つの変調電極間には、該２つの変調電極と互いに容量結合した少なくとも１つの電極を有することを特徴とする。本観点の発明は、変調電極として、長手方向に分割され互いに容量結合した複数の電極からなるいわゆる分割電極を用いるものである。一般的に、変調電極の光導波路に沿った長さを長くすると変調効率が高くなり、光電圧プローブにおける検出電圧感度は大きくなる。しかし、変調電極の長さを長くすると電気容量は増加してしまう。電極容量が大きいと電気信号の周波数が高くなるにつれて等価的なインピーダンスが低下し、電極に印加される電圧が低下することにより変調効率が低下する。そこで、高周波の信号検出のためには、電極の容量はできるだけ小さいことが望ましい。この変調電極の長さと電気容量のトレードオフの関係を改善する有力な手段が、１つの変調電極を容量結合した複数の電極に分割した分割電極である。この分割電極を使用することにより、高効率、広帯域の光変調器を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
上記のように、本発明により、周囲の電磁波ノイズに影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す構成図であり、図１（ａ）は透過型の平面図、図１（ｂ）は透過型の側面図、図１（ｃ）は接触端子取り付け部の部分拡大断面図。
【図２】実施例１に係る光電圧プローブを用いた測定システムのブロック構成図。
【図３】実施例１の光電圧プローブに内蔵される反射型の光変調器の構成の一例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図。
【図４】実施例１の光電圧プローブのパッケージの電波の遮蔽効果を測定した結果の一例を示す図。
【図５】実施例２に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図５（ａ）は透過型の平面図、図５（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図。
【図６】実施例３に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図６（ａ）は透過型の平面図、図６（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図。
【図７】実施例４に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す透過型の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の光電圧プローブを実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。
【実施例１】
【００２６】
図１は実施例１に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す構成図であり、図１（ａ）は透過型の平面図、図１（ｂ）は透過型の側面図、図１（ｃ）は接触端子取り付け部の部分拡大断面図である。
【００２７】
図１において、本実施例の光電圧プローブ１０は、２つの変調電極１１及び１２を備え、変調電極１１と変調電極１２間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器１と、光変調器１に接続された入力光ファイバ及び出力光ファイバとを備えている。さらに、被測定点に接触可能に構成される２つの接触端子３及び４をそれぞれ接続可能に構成し、変調電極１１及び１２にそれぞれ接続された接触端子取り付け部５及び６備えている。本実施例においては、光変調器１は、入射光を内部で反射して折り返す反射型光変調器であって、光変調器１への入力光ファイバと光変調器１からの出力光ファイバは１本の入出力光ファイバ２で構成されている。入出力光ファイバ２の先端は、光変調器１の入出射端面と端面同士を接着固定するため、フェルール７内に挿入され固定されている。
【００２８】
また、光変調器１及び入出力光ファイバ２の一部は、金属で構成された直方体状のパッケージ８の中に収納されている。光変調器１はパッケージ８に固定された台座９に固定され、入出力光ファイバ２はゴム状の固定部品１３によりパッケージ８に固定されている。
【００２９】
接触端子取り付け部５及び６は、図１（ｃ）に示すように、筒状の絶縁体１４と、その内部に収納され固定された金属の筒状の端子挿入部１５とからなり、測定時には接触端子取り付け部５の端子挿入部１５に接触端子３が挿入され、接触端子取り付け部６の端子挿入部１５に接触端子４が挿入される。端子挿入部１５には変調電極１１又は１２へ接続するためのリード線１６が取り付けられ、絶縁体１４がパッケージ８に固定されている。本実施例においては、接触端子取り付け部５及び６はパッケージ８の表面の位置より内側に設置されている。また、２つの接触端子取り付け部５と６の中心間隔は５ｍｍ程度であり、２つの接触端子３及び４が取り付けられたとき、その間隔Ｐも５ｍｍ程度となる。このように接触端子の間隔を３ｍｍ以上離すことにより、高い入力インピーダンスが得られている。
【００３０】
次に、本実施例の光電圧プローブ１０を用いた測定システムについて説明する。
図２は実施例１に係る光電圧プローブを用いた測定システムのブロック構成図である。図２に示すように、光電圧プローブ１０には、光送受信ユニット２１より入出力光ファイバ２を通して入射光１７が送られ、光変調器１より出力される光強度変調信号１８が同じ入出力光ファイバ２より送受信ユニット２１に入力される。
光送受信ユニット２１は、半導体レーザ等の光源２２、Ｏ／Ｅ変換器２３、入射光１７と光強度変調信号１８を分離するための送受分離器２４、アンプ２５を備えている。光源２２からの出射光は送受分離器２４を通して入出力光ファイバ２に結合し、入出力光ファイバ２から戻る光強度変調信号１８は送受分離器２４を通してＯ／Ｅ変換器２３に入力する。Ｏ／Ｅ変換器２３において光強度変調信号１８は電気信号に変換され、アンプ２５により増幅されて出力端子２６に出力される。その電気信号はオシロスコープ等の測定器２７の入力端子２８に入力される。送受分離器２４は、光サーキュレータ、光ファイバ分岐、半透過ミラーのいずれかを用いて構成することができる。
【００３１】
図２は、被測定点として、電気回路基板２９上に組み込まれた電気部品１９の２つの端子間に印加されている電圧信号を測定する場合を示している。電気部品１９の測定しようとする２つの端子に光電圧プローブ１０の接触端子３及び４を接触させる。
【００３２】
以上のように、接触端子３及び４を通して入力される電圧信号は変調電極１１及び１２に導かれ、この電圧信号が光変調器１により光強度変調信号１８に変換される。その光強度変調信号１８は光送受信ユニット２１内で電気信号に変換される。測定器２７によりその電圧波形を観測等することにより電気部品１９の２つの端子間に印加されている電圧信号波形を把握することができる。
【００３３】
図３は、本実施例の光電圧プローブ１０に内蔵される反射型の光変調器１の構成の一例を模式的に示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【００３４】
図３において、光変調器１は、電気光学効果を有する結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶からＸカットで切り出して作られた基板４１と、基板４１の上面側にＴｉ拡散によって作られた分岐干渉型光導波路４２と、基板４１の上面側に成膜されたバッファ層４３と、バッファ層４３の上に成膜された変調電極１１及び１２を含む変調電極部４４と、基板４１の一方の端部に設置された光反射部４５とから構成されている。変調電極部４４は、スパッタリング等によって成膜されたクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の２層膜である。
【００３５】
分岐干渉型光導波路４２は、入力光の入射側に延びる１本の入出力光導波路４２ａと、入出力光導波路４２ａから二股に分岐して延びる２本の位相シフト導波路４２ｂ，４２ｃとから構成されている。入出力光導波路４２ａや位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃでは、延伸方向に垂直な方向の幅Ｗはすべて等しい。また、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃは、それらの延伸方向の長さはほぼ等しい。
【００３６】
これらの光導波路の幅Ｗは、５〜１２μｍの範囲にある。位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃの延伸方向の長さは、１０〜３０ｍｍの範囲にある。位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃは、その中央部分が幅方向へ所定の間隔で離間し、互いに平行に延びている。中央部分における位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの間の間隔は、１５〜５０μｍの範囲にある。なお、入出力光導波路４２ａ、位相シフト光導波路４２ｂ、４２ｃの幅Ｗ、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃの長さ、位相シフト光導波路４２ｂ、４２ｃ間の間隔について特に限定はなく、それら寸法を任意に設定することができる。
【００３７】
バッファ層４３は、光導波路４２を伝播する光の一部が変調電極部４４に吸収されることを防止する目的で設けられる。バッファ層４３は、主として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜等から作られ、その厚さは０．１〜１．０μｍ程度である。
【００３８】
光変調器１においては、変調電極部４４は、分岐干渉型光導波路４２の長手方向に分割され互いに容量結合した３つの電極４６、４７、４８からなる分割電極により構成されている。なお、電極４６は変調電極１１の一部であり、電極４８は変調電極１２の一部である。信号入力側の変調電極１１の一部である電極４６は、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの間に配置された電極部４６ａを有している。電極４７は、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを挟んで電極部４６ａの両側に配置された電極部４７ｂと、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃの間に配置された電極部４７ａを有している。変調電極１２の一部である電極４８は、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを挟んで電極部４７ａの両側に配置された電極部４８ｂを有している。変調電極１１と１２間で、電極４６と４７、及び電極４７と４８は互いに容量結合して直列に配置されていることになる。
【００３９】
基板４１の入出力光導波路４２ａの光入出射端には入出力光ファイバ２の入出射端面が結合している。光反射部４５は、入出力光導波路４２ａから入射して位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃを伝播した光を反射し、位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃから入出力光導波路４２ａへ戻して伝播させる。変調電極１１及び１２間への電圧印加により、電極部４６ａと４７ｂとの間、及び電極部４７ａと４８ｂとの間の２つの位相シフト光導波路４２ｂ，４２ｃ中に互いに逆向きに電界が印加される。これにより、位相シフト光導波路４２ｂと４２ｃには互いに逆向きの屈折率変化が生じ、それらを通過する光に互いに逆極性の位相シフトが生じ、それらの光が合流するときに互いに干渉して強度変化が生ずる。これにより変調電極１１及び１２間への印加電圧に対応した光強度変化を有する光強度変調信号が得られる。
【００４０】
図４は、本実施例の光電圧プローブのパッケージ８の電波の遮蔽効果を測定した結果の一例を示す図である。接触端子取り付け部を開放にして測定周波数の電波を照射した場合の出力端子２６からの出力信号強度を、電波の入射方向をパッケージ８の長手方向を回転軸として３６０度変化させて測定した結果を円グラフにより示している。中心が出力強度−１００ｄＢｍ、最外円が−５０ｄＢｍの値を示している。破線で示す測定値３５は実施例１の光電圧プローブ１０と同じ光変調器１をパッケージ８と同じ形状の樹脂製のパッケージに内蔵した場合の測定値であり、実線で示す測定値３６はパッケージ８を用いた本実施例の光電圧プローブ１０での測定値である。本実施例では、いずれの方位においても、パッケージなしの場合よりも若干の減衰が生ずると考えられる樹脂製のパッケージを用いた場合と比べても１５ｄＢ以上の減衰が得られていることがわかる。これにより、パッケージ８により十分な遮蔽効果が得られることが確認できた。
【実施例２】
【００４１】
図５は実施例２に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図５（ａ）は透過型の平面図、図５（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図である。図５に示すように、本実施例２の光電圧プローブ３０において、実施例１と同様な光変調器１がパッケージ３１内に設置され固定されている。光電圧プローブ３０は実施例１の光電圧プローブ１０と比べて、パッケージ３１以外の部分の構成は同じである。本実施例においては、パッケージ３１による電磁波の反射を減少するため、パッケージ３１は、金属で構成された金属パッケージ３２の表面にシート状の電波吸収体３３を設置して構成している。
【００４２】
ここで、金属パッケージ３２は実施例１のパッケージ８と同様な材料及び形状で構成し、電波吸収体３３は、カーボン粉等をゴム、発泡ウレタン、発泡ポリスチロール等の誘電体に混合して見かけ上の誘電損失を大きくした誘電性電波吸収材料で構成したシートであり、金属パッケージ３２の接触端子取り付け部５及び６の露出面、及び入出力光ファイバ２の固定部品１３以外の表面全体に貼り付けられている。
【００４３】
本実施例においては、測定点に近接して置かれるパッケージ３１による電磁波ノイズの反射を電波吸収体３３により減少させ、被測定回路中へのノイズ混入を妨げ、測定における電磁波ノイズの影響をさらに小さくすることができる。また、電波吸収体のシートを表面に貼り付けるだけで構成できるので、製造工程が簡易化できる。
【実施例３】
【００４４】
図６は実施例３に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す図であり、図６（ａ）は透過型の平面図、図６（ｂ）はパッケージの断面構造を示す部分拡大断面図である。図６に示すように、本実施例の光電圧プローブ５０において、実施例１と同様な光変調器１がパッケージ５１内に設置され固定されている。光電圧プローブ５０は実施例１の光電圧プローブ１０と比べて、パッケージ５１以外の部分の構成は同じである。本実施例においては、パッケージ５１は、樹脂製の樹脂パッケージ５２の表面に金属シート５３を貼り付け、さらにその上に、実施例２の電波吸収体３３と同様な材料のシート状の電波吸収体５４を貼り付けて構成している。
【００４５】
ここで、樹脂パッケージ５２は実施例１のパッケージ８と同様な形状で構成され、金属シート５３は、例えば銅製のテープ等である。金属シート５３と電波吸収体５４は、樹脂パッケージ５２の接触端子取り付け部５及び６の露出面、及び入出力光ファイバ２の固定部品１３以外の表面全体に貼り付けられている。なお、本実施例においては、接触端子取り付け部５及び６は樹脂パッケージ５２に固定されている。
【００４６】
本実施例も、実施例２と同様に、電磁ノイズに対する遮蔽効果と同時に、パッケージ５１による電磁波ノイズの反射を減少させ、被測定回路への電磁波ノイズの影響を小さくすることができる。さらに、本実施例においては、樹脂をパッケージの主材料としているので、光電圧プローブの軽量化、低コスト化が可能となる。
【実施例４】
【００４７】
図７は実施例４に係る光電圧プローブの構成を模式的に示す透過型の平面図である。図７に示すように、本実施例の光電圧プローブ６０において、実施例１と同様な光変調器１がパッケージ６１内に設置され固定されている。光電圧プローブ６０は実施例１の光電圧プローブ１０と比べて、パッケージ６１以外の部分の構成は同じである。本実施例においては、パッケージ６１は電波吸収体を用いて構成している。
【００４８】
ここで、パッケージ６１は、その厚さを除けば実施例１のパッケージ８と同様な形状であり、接触端子取り付け部５及び６はパッケージ６１に固定されている。パッケージ６１の材料である電波吸収体は、例えば、フェライト等を使用した磁性電波吸収材料を用いることができる。必要な強度が得られれば、導電性電波吸収材料、誘電性電波吸収材料を用いてもよい。また、２つ以上の電波吸収体材料を層状に組み合わせてもよい。例えば、磁性電波吸収材料のパッケージの表面に実施例２及び３と同様な材料の電波吸収体を設けてもよい。
【００４９】
本実施例も、実施例２と同様に、電磁ノイズに対する遮蔽効果と同時に、パッケージ６１による電磁波ノイズの反射を減少させることができる。
【００５０】
上記のように、本発明においては、周囲の電磁波ノイズに影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブが得られる。特に、高電力の信号により制御を行う装置、例えば自動車等の駆動回路や制御回路では大きな電磁波ノイズの発生の可能性があり、その影響は無視できない。上述の光電圧プローブを用いて、例えば自動車の駆動回路または制御回路の測定を行う場合には、測定対象となる２点間の正確な電圧信号波形等の測定ができる。また、自動車の駆動回路または制御回路の近傍に配置された電気回路基板においても、測定対象となる２点間の正確な電圧信号波形等の測定ができる。また、自動車の駆動回路または制御回路の近傍において、測定対象となる２点間の正確な電圧信号波形等の測定をして、その位置におけるノイズの測定ができる場合もある。
【００５１】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的に応じて様々な変形が可能である。例えば、使用する光変調器の方式は反射型だけでなく、透過型光変調器であってもよい。また、変調電極に分割電極を使用する場合、その分割数は、目的とする測定電圧の周波数、振幅などに応じて任意に設定可能である。変調電極は分割電極でなくともよい。接触端子及び接触端子取り付け部の形状、構造、接続及び固定方法なども目的に合わせて選択可能である。また、パッケージの材料も目的とする電波の遮蔽性能、反射性能に合わせて選択可能である。パッケージの形状や構造も任意に選択可能である。例えば、上記の実施例のような直方体形状以外にも円筒型等の形状が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１    光変調器
２    入出力光ファイバ
３，４    接触端子
５，６    接触端子取り付け部
７    フェルール
８，３１，５１，６１    パッケージ
９    台座
１０，３０，５０，６０    光電圧プローブ
１１，１２    変調電極
１３    固定部品
１４    絶縁体
１５    端子挿入部
１６    リード線
１７    入射光
１８    光強度変調信号
１９    電気部品
２１    光送受信ユニット
２２    光源
２３    Ｏ／Ｅ変換器
２４    送受分離器
２５    アンプ
２６    出力端子
２７    測定器
２８    入力端子
２９    電気回路基板
３２    金属パッケージ
３３，５４    電波吸収体
３５，３６    測定値
４１    基板
４２    分岐干渉型光導波路
４２ａ  入出力光導波路
４２ｂ，４２ｃ      位相シフト光導波路
４３    バッファ層
４４    変調電極部
４５    光反射部
４６，４７，４８    電極
４６ａ，４７ａ，４７ｂ，４８ｂ    電極部
５２    樹脂パッケージ
５３    金属シート
【要約】
【課題】周囲の電磁波ノイズに影響されることなく被測定点の電圧信号を正確に測定可能な光電圧プローブを提供する。
【解決手段】２つの変調電極１１及び１２を備え、その変調電極間の電圧に依存して入射光を強度変調して出力する光変調器１と、光変調器１に接続された入出力光ファイバ２と、被測定点に接触可能な接触端子３及び４を接続可能に構成し変調電極１１及び１２にそれぞれ接続された２つの接触端子取り付け部５及び６と、光変調器１と入出力光ファイバ２の一部を収納したパッケージ８とを有し、接触端子３及び４を介して誘起された電圧信号を光強度変調信号に変換して出力する光電圧プローブであって、パッケージ８は、接触端子取り付け部５及び６を開放にして測定周波数の電波を照射した場合に、該パッケージがない場合の出力信号強度に対して１５ｄＢ以上の減衰を生ずる電波の遮蔽効果を有する。
【選択図】図１【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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