(57)【要約】【課題】プローブを簡単に測定対象（プリント基板のプリント配線など）にアクセスできるようにする。測定感度の向上。【解決手段】第１金属部材１と第２金属部材２とを、その間のギャップが光ファイバのコア径以上となるように配置し、そのギャップ内に先端にEO素子４を有する光ファイバ３のコア部３ａを配置する。すなわち、EO素子４がギャップ内に位置するように光ファイバ３を配置する。これらを樹脂内に封入する。測定時には、プリント配線５ｃに第１金属部材を接触させる。すると、EO素子４が配置されたギャップ内電界の集中が現れる。【選択図】図１
2009139351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に電界を検知するEO（電気光変換）素子を有する光ファイバと、狭いギャップを隔てて対向する第１および第２の金属部材と、を備え、前記光ファイバおよび前記第１、第２の金属部材が、前記光ファイバの先端部が前記ギャップ内に位置するように、相互に固定されていることを特徴とする電気光センシングプローブ。
【請求項２】
前記第１の金属部材の前記第２の金属部材と対向する側と反対側の面は、配線との接触面を構成しており、その接触面は接触すべき配線幅の２倍以下の幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気光センシングプローブ。
【請求項３】
前記第２の金属部材の体積は、前記第１の金属部材の体積より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電気光センシングプローブ。
【請求項４】
前記光ファイバおよび前記第１、第２の金属部材が複数組並置されており、前記第２の金属部材同士が電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項５】
先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバと、被測定配線と対向する対向面を有する第２の金属部材と、を備え、前記光ファイバおよび前記第２の金属部材が、光ファイバの先端部が前記第２の金属部材の前記対向面と接触若しくは近接するように、相互に固定されていることを特徴とする電気光センシングプローブ。
【請求項６】
前記光ファイバおよび前記第２の金属部材が複数組並置されていることを特徴とする請求項５に記載の電気光センシングプローブ。
【請求項７】
前記第２の金属部材には貫通孔が開設されており、前記光ファイバは前記貫通孔を通して固定されていることを特徴とする請求項１または５に記載の電気光センシングプローブ。
【請求項８】
前記光ファイバの先端がプリズムの直角を挟む一方の面に固定されており、前記プリズムの直角を挟む他方の面に前記EO素子が設置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項９】
前記第１および第２の金属部材、または、前記第２の金属部材の前記光ファイバの先端部に対向している側の面は、小面積ないし幅狭に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項１０】
前記第１および第２の金属部材、または、前記第２の金属部材の前記光ファイバの先端部に対向している側の面は幅狭に形成されており、その幅狭の面に先端部に前記EO素子が設置された前記光ファイバのコア部が固定されていることを特徴とする請求項１から６または８のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項１１】
前記第２の金属部材は、前記第１の金属部材と対向する突起部と断面が概略Ｌ字状の本体部とを有しており、前記本体部の一端がグランド層との接触部ないし容量結合部を構成していることを特徴とする請求項１から６、または、８から１０のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項１２】
前記第１の金属部材、前記第２の金属部材および前記光ファイバ、または、前記第２の金属部材および前記光ファイバ、または、前記第１の金属部材、前記第２の金属部材、前記光ファイバおよび前記プリズム、または、前記第２の金属部材、前記光ファイバおよび前記プリズム、が前記EO素子と共に樹脂により封入されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の電気光センシングプローブ。
【請求項１３】
金属部材を配線と接触させるかあるいは近接させて前記配線の周囲に形成される本来の電界強度を高めた空間を形成し、その電界強度の高められた空間内に、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を位置させることを特徴とする電界強度測定方法。
【請求項１４】
第１および第２の金属部材間に形成された狭いギャップ内に、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を位置させ、前記第１の金属部材の一端を被測定配線上に位置させて、前記ギャップ内の電界強度を測定することを特徴とする電界強度測定方法。
【請求項１５】
先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を被測定配線上に位置させ、その上に第２の金属部材を配置して、配線−金属部材間の電界強度を測定することを特徴とする電界強度測定方法。
【請求項１６】
前記第２の金属部材の一端を接地電位に固定して電界強度を測定することを特徴とする請求項１４または１５に記載の電界強度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光センシングプローブおよび電界強度測定方法に関し、より詳しくは光ファイバの先端に電界を検知するEO（電気光学）素子が付けられた光ファイバを備えた電気光センシングプローブとこれを用いた電界強度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの先端にEO（電気光学）素子を取り付け、電界を検出できる電気光プローブが実現されており、これを用いて電子回路の電界、電圧を測定する技術が知られている（例えば、非特許文献１、特許文献１、特許文献２参照）。図１８（ａ）は、非特許文献１にて開示された電気光プローブの断面図であり、図１８（ｂ）は、その電気光プローブを用いた電界測定装置のブロック図である。図１８（ａ）に示されるように、ファイバエッジプローブ１０１は、光ファイバ１０２の端面に、外側の面に反射膜１０４が形成されたEO素子１０３を接着剤にて接着して構成される。光ファイバとしてはシングルモードのファイバが用いられており、そのコア部の直径は端面に向って20-45μｍまで広げられている。EO素子１０３としては、面積が0.4mm２で、厚さが0.1mmのZnTe単結晶が用いられている。
電界測定装置１００は、図１８（ｂ）に示されるように、連続発振レーザ光源１０５、ファイバアンプ１０６、偏光コントローラ１０７、光サーキュレータ１０８、上述のファイバエッジプローブ１０１、検光子１０９、光検出器１１０、スペクトラムアナライザ１１１から構成され、これらの各要素は、光検出器１１０−スペクトラムアナライザ１１１間を除き、光ファイバ１０２を介して連結されている。この測定装置を用いて、例えば信号発生器１１３から信号を受けるプリント配線基板１１２において形成される電界を測定する。
次に、この電界測定装置１００の動作原理を簡単に説明する。連続発振レーザ光源１０５から出射されたレーザ光はファイバアンプ１０６にて増幅され、偏光コントローラ１０７で偏光面が制御された後、光サーキュレータ１０８を通ってファイバエッジプローブ１０１に入射する。ファイバエッジプローブ１０１への入射光は、EO素子１０３の底面に施された反射膜１０４により反射された後、再び光ファイバ１０２に戻る。EO素子１０３は、プリント配線基板１１２から発生する電界によりその屈折率が変化するため、外部電界に応じて結晶中を伝搬するレーザ光の偏光状態が変調を受ける。変調された光は再び光サーキュレータ１０８を通った後に検光子１０９により強度変調光に変換された後、光検出器１１０にて電気信号に変換される。得られた電気信号は、スペクトラムアナライザ１１１により検出され、解析される。
【０００３】
特許文献１、２には、光ファイバの先端にEO膜をエアロゾルでポジション（AD）法で生成して電気光プローブを形成することが、そしてEO膜上に誘電体多層反射膜を形成することが記載されている。このように、成膜技術によりEO素子を形成する場合には、光ファイバ端面とEO素子との平行度を向上させることができ、また膜厚制御が容易なことから、EO素子に容易にファブリペロー共振器を作り込むことができるとされる。また、測定分解能を向上させることができるとされる。
上述した従来技術では、いずれの場合も、細い光ファイバの先端にEO素子が付けられた構造である。この光プローブを用いて、プリント基板の配線パターンの作る電磁界を計測する場合、例えば、光プローブの光ファイバ部を、測定対象の上から吊るすようにマニピュレータ等を用いて固定し、対象物近傍で走引し対象物近傍の電界を計測していた。
【非特許文献１】Sinich Wakana, Takuya Ohara, Mari Abe, Etushi Yamazaki, Masato Kishi, and Masahiro Tsuchiya; “Fiber-Edge Electrooptic/Magnetooptic Probe for Spectral-Domain Analysis of Electromagnetic Field,”  IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 48, No.12, pp.2611-2616, Dec. 2000.
【特許文献１】WO2005/004691
【特許文献２】WO2005/000947
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバが微細であるため、対象物に近接させる際は、何かの支えが必要となるが、マニピュレータ等を用いる従来方法では、煩雑で、調整に時間を必要とするという問題があった。また、測定対象となるプリント配線上での電界は、プリント配線と、その下のグランド層との間に強い電界を発生するのに対し、半分以下の電界集中しか得られず、測定感度が低下するという問題もあった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、感度が高く、かつ、簡便に測定対象に当接できる電気光センシングプローブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、先端部に電界を検知するEO（電気光変換）素子を有する光ファイバと、狭いギャップを隔てて対向する第１および第２の金属部材と、を備え、前記光ファイバおよび前記第１、第２の金属部材が、前記光ファイバの先端部が前記ギャップ内に位置するように、相互に固定されていることを特徴とする電気光センシングプローブ、が提供される。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバと、被測定配線と対向する対向面を有する第２の金属部材と、を備え、前記光ファイバおよび前記第２の金属部材が、光ファイバの先端部が前記第２の金属部材の前記対向面と接触若しくは近接するように、相互に固定されていることを特徴とする電気光センシングプローブ、が提供される。
【０００７】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、金属部材を配線と接触させるかあるいは近接させて前記配線の周囲に形成される本来の電界強度を高めた空間を形成し、その電界強度の高められた空間内に、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を位置させることを特徴とする電界強度測定方法、が提供される。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１および第２の金属部材間に形成された狭いギャップ内に、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を位置させ、前記第１の金属部材の一端を被測定配線上に位置させて、前記ギャップ内の電界強度を測定することを特徴とする電界強度測定方法、が提供される。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、先端部に電界を検知するEO素子を有する光ファイバの先端部を被測定配線上に位置させ、その上に第２の金属部材を配置して、配線−金属部材間の電界強度を測定することを特徴とする電界強度測定方法、が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による電気光センシングプローブは、EO素子が設けられた光ファイバと金属部材を一体的に固定したものであるので、従来慎重な取り扱いの必要であった光ファイバを手動操作などにより目的の配線上に容易に移動・固定することが出来、簡易にかつ安定して電界測定を行なうことが可能になる。
【００１１】
また、本発明による電気光センシングプローブによると、金属間の幅狭（面積狭小）な狭いギャップ内に大きな電界が形成されそこにEO素子が置かれることになるので、効率よく電界を検出することが可能になる。以下、この本発明の効果を確認するためのシミュレーション結果について説明する。
【００１２】
図１１は、本発明による電気光センシングプローブの効果を確認するために行なった電磁界解析シミュレーションを説明するための図であり、図１２〜図１７は、そのシミュレーション結果を示す図である。これらの図において、本願発明の部材を模擬する部材については、同一の番号を付し、また同じ名称で呼ぶこととする。図１１に示すように、プリント配線基板５は、グランド層５ａ、厚さ0.6mm、比誘電率4.3の誘電体層５ｂ、配線幅0.3mmのプリント配線５ｃを有し、特性インピーダンス30Ωのマイクロストリップ線路を構成している。シミュレーションは、マイクロストリップ線路に１Vの給電を行って、１GHzの信号を通した場合の、様々な形状の電気光センシングプローブのギャップ間での電界を求めたものである。尚、計算の都合上、空間を300μｍメッシュで分割しており、ギャップも300μｍである。第１金属部材１は0.3×0.3×2mmの形状を有し、第２金属部材２も0.3×0.3×2mmの形状の突起部を有し、それらのギャップ間に断面0.3×0.3mm、比誘電率1.5の光ファイバ３が配置されている。なお、図１２〜図１７において、（ａ）〔あるいは（ｃ）〕は図１１を手前から、（ｂ）〔あるいは（ｄ）〕は図１１を右側から見た図である。
【００１３】
図１２は、後述の図４のプローブをモデル化して計算したもので、基板表面にグランドパッドを用意せず、第２金属部材２を誘電体を介してグランドと容量結合させた場合である。光ファイバ３のみを単独でプリント配線５ｃ上に配置した場合、プリント配線直上の電界は297V/mで、またその直下のプリント配線５ｃ−グランド層５ａ間の電界（誘電体層５ｂ内の電界）は1197V/mとなっている。第２金属部材２の容量結合部のサイズが3.6×1.8×2mmの場合〔図１２（ａ）、（ｂ）に示す場合〕、ギャップでの電界は1039V/mであるが、サイズが0.9×1.8×2mmと小さくなると〔図１２（ｃ）、（ｄ）に示す場合〕ギャップでの電界は、863 V/mと弱くなる。なお、第１金属部材１直下のプリント配線５ｃ−グランド層５ａ間の電界は1264V/mとなっている。
次に、図１３は、同じく図４のプローブをモデル化したものであるが、基板裏面のグランド層から表面層にグランド層を引き出し、第２金属部材２を表面のグランド層に接触させた場合の計算結果である。第２金属部材２のサイズは、図１２の（ｃ）、（ｄ）の場合とおなじである。第２金属部材２をグランドに落とすことで、第２金属部材２が小さくてもギャップ内には高い電界が発生し、このシミュレーション結果では1281V/mか得られた。
【００１４】
図１４は、後述の図３の例をモデル化して計算したもので、図３での第２金属部材２のサイズを、2×4×6mmと大きくすることで、1215V/mの強い電界が得られている。この値は、マイクロストリップ線路内のプリント配線５ｃとグランド層５ａとの間の電界1255V/mに匹敵する強い電界である。
図１５は、図１４と同じ金属塊を向きを変えておいたシミュレーション結果であるが、やはり同程度の電界、1207V/mが発生している。但し、図１４ではギャップ内電界がプリント基板面に垂直方向（Ｚ方向）を向いているのに対し、図１５の例は、面と平行な方向（Ｙ方向）に電界が向いている。
【００１５】
図１６は、後述の図９の形状をシミュレーションしたもので、第２金属部材２は2.4×2×5.4mmの金属塊の下に0.3×0.3×2mmの突起をつけたものである。この突起は、その下の0.3mm幅のプリント配線から高さ0.3mmの位置にある。即ち、第１金属部材１がある場合のギャップに相当する距離をおいて配線上に第２金属部材２を配置したということである。この条件でのシミュレーション結果は1055V/mであり、第１金属部材１がある場合と同程度の電界の集中が得られている。
図１７は、後述の図１０に示す実施例１０の形状をモデル化してシミュレーションしたもので、ここでは光ファイバ３は、細線化モードにより100μｍ程度に細線化されている。プリント配線５ｃ直上には1075V/mの電界が得られており、結果的に第２金属部材２に細い穴を開け光ファイバ（径120μｍ程度、コア径10μｍ程度）を通しても電界の低下はほとんど見られないことが分かった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
初めに、本発明の電気光センシングプローブで使う電界感応素子（即ち、EO素子）について説明する。本発明において光ファイバの先端部に設けられるEO素子は、ジルコン酸チタン酸鉛、ランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、ストロンチウム添加チタン酸バリウム、タンタリウム添加ニオブ酸カリウムなどで構成される。また、結晶を300μｍ×300μｍ×50μｍ程度にカットしたもの、もしくはエアロゾルデポジション等の手法で光ファイバ先端に膜形成したものである。従って、EO素子としては、結晶の状態は、単結晶、多結晶、アモルファス状等のいずれでもよい。また、電界を検出可能な素子を効率よく働かせるために、各種の膜を積層している場合もある。EO素子には反射防止膜が形成されていてもよい。また、膜形成される光ファイバの先端部を凸面状（球面状）であってもよい。
【００１７】
本発明の電気光センシングプローブは、第１金属部材と第２金属部材とを近接させて間隙の小さなギャップを設け、その間に先端にEO素子を有する光ファイバを置くものである。第１金属部材をプリント配線上に置くことにより、配線上の電位が第１金属部材のギャップ側に現れ、第２金属部材側との間に電界の集中が見られる。第２金属部材が相対的に第１金属部材より大きいと、第２金属部材が尚一層基準電位的に作用し、強い電界がギャップに得られる。より積極的に第２金属部材を配線の周囲のグランドパターンに対向・接近するように置くか、グランドパターンに接触させれば、より高い電界の集中が得られる。
【００１８】
ところで、一般的にプリント配線は製造精度上の制約から約0.3mm以上の幅があり、上限は流す電流で異なる幅が用いられている。0.3mm幅のプリント配線が複数並列に並んでいる場所では、0.3mm程度の間隔があるので、隣接配線の影響を受けずに、隣接の配線に接触することなく目的の配線に第１金属部材を接触させるためには接触部の幅を配線幅の２倍以下に抑える必要がある。
また、バスラインのように観測したい配線が並走している部分では、第１金属部材を観測したいチャネル分、配線間隔に合わせて並べておき、第２金属部材は全チャネル分を1つの大きな塊として、グランド的作用の効果を高めておき、第１金属部材と第２金属部材間の狭いギャップに先端にEO素子を有する光ファイバを設置する。このような構成を用いることで、バスラインを一度に測定することが可能となる。
【００１９】
ギャップ内の電界をうまく捉えるためには、電界方向に素子の最大感度方向を揃えておく必要がある。素子の特性によっては、最大感度方向と電界方向が直角になっている場合がある。その場合は、光ファイバの先端に、プリズムの直角を挟む一方の面を固定し、他方の面にEO素子を設け、EO素子の最大感度方向とギャップでの電界方向を一致させておく。これにより、光ファイバをギャップに沿わせて配置できると共に光ファイバからの光を直角にまげてEO素子の最大感度方向に照射できる。
別の手法として、第２金属部材に光ファイバの通る穴を金属部材間ギャップと直交する方向に開けておくという構成でもよい。この場合、穴径の最小値はファイバのコア部の直径である。大きく穴を開けると先端のEO素子の場所での電界の集中が弱まるので、感度に悪影響がある。
【００２０】
第１金属部材と第２金属部材との間のギャップに光ファイバを沿わせて配置する場合、電界集中効果を最大限利用するには、ギャップを光ファイバのコア寸法（10μｍ程度）とし、ギャップ内に光ファイバのコア部を配置するのがよい。その際、両金属部材のギャップに面する面の幅もコア寸法程度とするのがよい。しかし、クラッド層を有する光ファイバを配置するようにしてもよい。この場合、金属部材間のギャップ長と金属部材の対向面の幅はクラッド層を含む光ファイバの径より若干大きいものとなる。クラッド層を含む光ファイバを配置する場合、コア部のみを配置する構成よりも感度は落ちるものの、光ファイバの取扱が容易になり、プローブの製作が容易になる。
本発明の電気光センシングプローブは、第１および第２金属部材と先端にEO素子を有する光ファイバが樹脂内に封入されて製作される。あるいは、第２金属部材と先端にEO素子を有する光ファイバが樹脂内に封入されて製作される。また、EO素子と光ファイバとの間にプリズムが介在する場合には、プリズムをも含めて一体的に封入される。但し、当然のことながら、光ファイバの一端は封入樹脂外に引き出される。また、第１金属部材の配線接触部と第２金属部材のグランドパターンとの接触部も封止樹脂から露出されている。ここで、封止樹脂の形状は、測定しやすい形状、持ちやすい形状にしておくことが望ましい。また、観測時にどの場所を観測しているのかが外から分かるように、第１金属部材の配線接触面を見えるような透明樹脂にするか、樹脂にマーカなどを付けておくことが望ましい。
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１（ａ）は、本発明による電気光センシングプローブの実施例１を示す斜視図である。同図に示すように、第１金属部材１と第２金属部材２とを、その間のギャップが光ファイバのコア径以上となるように配置し、そのギャップ内に先端にEO素子４を有する光ファイバ３のコア部３ａを配置する。すなわち、EO素子４がギャップ内に位置するように光ファイバ３を配置する。EO素子は、コア径相当部分しかEO素子としての機能を発揮することができない。即ち、光ファイバ３のクラッド部３ｂには、光が通らないので、その先にEO素子が存在していても、感度に寄与しない。そこで、感度に寄与しない部分を削除すると、光ファイバのコア部３ａとその先端のEO素子のみが残される。本実施例ではこの最小部分を２つの金属部材間の狭いギャップ内に置く。ここで、第１金属部材１と第２金属部材２の光ファイバと対向する面は、光ファイバのコア部３ａの直径より若干大きい寸法の幅にまで幅狭に加工されている。そして、これら全体は樹脂にて固着される。
図１（ｂ）は、プリント配線の電界測定時の状態を示す断面図である。第１金属部材１の下面を、グランド層５ａ、誘電体層５ｂおよびプリント配線５ｃを有するプリント配線基板５のプリント配線５ｃに接触させる。これにより、第１金属部材１にプリント配線５ｃの電位が誘導される、一方、第２金属部材２は、電気的にフリーな状態のため、第１金属部材程には電位は上昇しない。上述したように、また図示されているように、第１、第２金属部材の光ファイバと対向する面は幅狭になされている。そのため、ギャップに電界を集中させることができる。この電界集中部にEO素子が置かれるので、高感度の測定が可能になる。
ギャップが狭いほど、また金属部材の光ファイバに対向する面が狭いほど電界集中が高くなるので、ここでは最小のサイズとして、光ファイバのコア部分の直径程度（一般的なファイバの一例として10μｍ程度）としている。しかし、プローブ製作の容易性を考慮すると、クラッド部の残った光ファイバをギャップに挟む方がよい。その場合は、ギャップおよび金属部材のファイバ対向面の幅はファイバ外径程度（一般的なファイバの一例として125μｍ程度）は必要である。この場合、得られる電界の値は先の例よりも低くなる。さらに、製造上のマージンをとる場合はさらに実現される電界の値が低くなる。このように、ギャップ間隔、金属部材のファイバ対向面の幅と感度との間にはトレードオフ関係があるので、目的に応じてギャップに挟まれる部分の光ファイバにクラッド部を持たせるか否かや製造マージンを決定すればよい。この点については以下の実施例についても同様である。
【実施例２】
【００２２】
図２は、本発明の実施例２を示す図である。本実施例は、狭い場所のプリント配線を測定する場合に適した構造を有するものであって、第１金属部材１の対配線対向面の幅が狭くなされている。電気光センシングプローブを手で持って配線に接触させるという条件で考えると、第１金属部材の対配線対向面サイズを最大1mm幅としておく必要がある。図２（ａ）は、この点の考慮のなされたプローブの斜視図である。また、バスラインなど、多数のプリント配線が等間隔で並行して走っている場合など、プリント配線に近接ないし接触させる第１金属部材の対配線面のサイズは、他の配線にかからない程度に細く絞っておく必要がある。配線幅とスペース幅が同一である場合、図２（ｂ）に示されるように、第１金属部材１の対配線対向面の幅ｄを配線幅ｗの２倍以下とすることにより、隣接の配線に接触させることなく目的の配線へのアクセスが可能となる。例えば、配線幅とスペース幅が0.5mmである場合、第１金属部材の対配線対向面の幅を配線幅の２倍以下の1mm以下にしておけばよい。一般的にはプリント配線の幅は設計の範囲であるが、実用的なプリント配線基板では金属部材１の底面が1mm以下の幅であれば、プローブの配線パターン上への接触に際して操作性が損ねられることはない。また、第１金属部材を配線に電気的に接触できない場合でも、容量結合にて、ある程度の電位の誘導が可能である。
【００２３】
一方、細い方の数値には制約は特にないが、繰り返し接触させるには一定の強度は必要である。プリント配線基板など、表面にレジストがかぶっている場合があるが、鋭利な先端であれば、レジスト膜を破って配線層に接触させることが出来るというメリットもある。この場合は、目的の配線の下層の絶縁膜を突き破って下層のメタル層まで達することのないようにするため、ストッパー構造を取り入れるなどの工夫も必要となる。
【実施例３】
【００２４】
図３は、本発明の実施例３を示す斜視図である。観測時の感度を向上させるには、図３に示すように、第２金属部材２のサイズを第１金属部材よりも相対的に大きくするとよい。第２金属部材２は、断面形状が台形の突起部２ａと直方体形状で大容積の本体部２ｂとを有する。第２金属部材は先に示したように、電位的にはフリーである。したがって、第１金属部材よりも、相対的に大きな金属を第２金属部材に使用すれば、第２金属部材の電位の振れが減少し、ギャップに大きな電圧を発生させることができる。
【実施例４】
【００２５】
図４は、本発明の実施例４を示す斜視図である。本実施例においては、第２金属部材２は、断面がＬ字状の本体部２ｂに断面が台形状の突起部２ａが設けられた形状を有する。電界測定時に、図４に示すように、第２金属部材の本体部２ｂの一端を、プリント配線基板５の表面に設けられたグランド層５ｄに接触させる。これにより、ギャップへの高い電界集中効果が得られる。基板表面に第２金属部材を接触させるべきグランド層が形成されていない場合には、第２金属部材をプリント配線基板の裏面に設けられたグランド層５ａと容量結合させる。この場合にも一定の電界集中効果が得られる。
【実施例５】
【００２６】
図５は、本発明の実施例５を示す斜視図である。バスラインなどでは、多くの配線を一度に測定したい場合がある。本実施例はそれに適した構造のプローブであって、第１金属部材１は敷線ルールに従った間隔をもって複数個並べられている。一方、第２金属部材２は、Ｌ字状の本体部２ｂから第１金属部材１に対応して複数の突起部２ａが突き出て、突起部２ａと第１金属部材１との間に最適なギャップを作るようになされている。本実施例においても第２金属部材２の本体部２ｂの一端は、プリント配線基板５の表面に設けられたグランド層５ｄと接触している。なお、図５においては、光ファイバの図示は省略されている。
【実施例６】
【００２７】
図６は、本発明の実施例６を示す斜視図である。EO素子は、一般に感度容易軸すなわち電界感応軸を有している。従って、EO結晶の電界感応軸がギャップ内での電界方向と一致するように結晶を配置する必要がある。本実施例は、薄い結晶の面内方向に電界感応軸がある場合は、図６に示されるように、ファイバの先端にEO素子４を配置すればよい。
【実施例７】
【００２８】
図７は、本発明の実施例７を示す斜視図である。先の実施例６でEO結晶の電界感応軸が面内方向にあったのに対し、本実施例では、EO結晶の電界感応軸が面内に垂直方向にある。この場合には、図７に示されるように、直角を挟んで２面を有するプリズム６を使って光を直角に曲げる。すなわち、プリズム６の直角を挟む一方の面を光ファイバの端面に配置し、他方の面にEO素子４を配置する。
【実施例８】
【００２９】
図８は、本発明の実施例８を示す斜視図である。本実施例は、プリズムを使うことなくEO結晶の電界感応軸が面内垂直方向にある場合に対処するものである。図８に示すように、第２金属部材２に光ファイバ３のコア部３ａの通る貫通孔をギャップ形成面と直交方向、即ち、ギャップでの電界方向と平行な方向に開け、その貫通孔に光ファイバのコア部３ａを通す。そして、コア部３ａの先端に設けられたEO素子４が、第１、第２金属部材間に形成されるギャップ内に位置するようにする。本実施例では、光ファイバのコア径のサイズで第２金属部材の電極に穴を開けるので、その分、電界の集中が妨げられ、感度の低下を招く。
【実施例９】
【００３０】
図９は、本発明の実施例９を示す斜視図である。実施例１〜８は、第１金属部材と第２金属部材の間に設けられた、設計時に既知の電界集中が得られるギャップに電位を誘導して電界を観測するものであったが、本実施例は、電気光センシングプローブをより簡易な構造で実現したものである。本実施例は、図３に示した実施例３から第１金属部材を除去したものに相当しており、第２金属部材２の狭い光ファイバ対向面に光ファイバ３のコア部３ａを固定したものである。測定に当たっては、測定対象のプリント配線基板５のプリント配線５ｃ上に光ファイバ３のコア部３ａを位置させる。この場合、プリント配線５ｃと第２金属部材２との間のギャップに電界集中が発生しており、その電界集中領域にEO素子４が置かれるので、他の実施例と同様に高い感度の測定が可能になる。
本実施例は、図３の実施例から第１金属部材を除去したものであったが図４〜図７に示される実施例から第１金属部材を除去したものであってもよい。但し、図５に示す実施例５の場合は、各突起部２ａは、互いに分離される。
【実施例１０】
【００３１】
図１０は、本発明の実施例１０を示す斜視図である。本実施例は、先の実施例９と同様により簡易な構造で電気光センシングプローブを実現したものである。本実施例は、図８に示した実施例８から第１金属部材を除去したものに相当しており、第２金属部材２に開設された貫通孔に、先端部にEO素子４が設けられた光ファイバ３のコア部３ａを貫通させたものである。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では、測定対象をプリント配線基板としていたが、測定対象はプリント配線基板の配線に限定するものではなく、インターポーザやLSIチップの配線であってもよい。また、実施例を示す図では、光ファイバは保護被覆のない状態で示されていたが、プローブ本体から引き出された光ファイバは非金属のチューブなどによって被覆されることが望ましい。また、基板上にプローブを位置させた際に、配線上にあるのか否かや配線のON-OFF状態を目視できるように、観測結果を発光ダイオードの点滅で表示できるようにすることも出来る。さらに、プローブの基板への固定を容易にするため、樹脂封入の際、磁石を内包させるようにしてもよい。この場合、測定対象のプリント基板等の裏側に磁性体を敷いておくことで、プローブの固定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１を示す斜視図と断面図。
【図２】本発明の実施例２を示す斜視図と断面図。
【図３】本発明の実施例３を示す斜視図。
【図４】本発明の実施例４を示す斜視図。
【図５】本発明の実施例５を示す斜視図。
【図６】本発明の実施例６を示す斜視図。
【図７】本発明の実施例７を示す斜視図。
【図８】本発明の実施例８を示す斜視図。
【図９】本発明の実施例９を示す斜視図。
【図１０】本発明の実施例１０を示す斜視図。
【図１１】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションを説明するための図。
【図１２】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１３】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１４】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１５】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１６】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１７】本発明の効果を確認するために行った電磁界解析シミュレーションの結果を示す図。
【図１８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  第１金属部材
２  第２金属部材
２ａ  突起部
２ｂ  本体部
３  光ファイバ
３ａ  コア部
３ｂ  クラッド部
４  EO素子
５  プリント配線基板
５ａ、５ｄ  グランド層
５ｂ  誘電体層
５ｃ  プリント配線
６  プリズム
１００  電界測定装置
１０１  ファイバエッジプローブ
１０２  光ファイバ
１０３  EO素子
１０４  反射膜
１０５  連続発振レーザ光源
１０６  ファイバアンプ
１０７  偏光コントローラ
１０８  光サーキュレータ
１０９  検光子
１１０  光検出器
１１１  スペクトラムアナライザ
１１２  プリント配線基板
１１３  信号発生器
【図１】
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【図２】
2009139351.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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