特許ウォッチ

公開番号2024162288
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077652
出願日2023-05-10
発明の名称光電圧プローブ
出願人株式会社精工技研
代理人個人
主分類G01R 15/24 20060101AFI20241114BHJP(測定;試験)
要約【課題】周囲の電磁波ノイズの近傍界の磁界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を接触させて着脱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、電界を遮蔽するための金属体8aと磁界を遮蔽するための磁気シールド材8bとにより内部を覆うように構成される。
【選択図】図1
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、電界を遮蔽するための金属体と、該金属体の内側、又は外側に配置された磁界を遮蔽するための磁気シールド材と、により内部を覆うように構成され、
前記磁気シールド材は、比透磁率が１０００以上の値を有する層状、又はシート状の材料よりなることを特徴とする光電圧プローブ。
続きを表示（約 880 文字）【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、電界及び磁界を遮蔽するための比透磁率が１０００以上の値を有する金属体により内部を覆うように構成されていることを特徴とする光電圧プローブ。
【請求項３】
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該パッケージの表面に備えることを特徴とする請求項１に記載の光電圧プローブ。
【請求項４】
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該パッケージの表面に備えることを特徴とする請求項２に記載の光電圧プローブ。
【請求項５】
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４のいずれか１項に記載の光電圧プローブ。
【請求項６】
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り、かつ、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１乃至４のいずれか１項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。
続きを表示（約 2,500 文字）【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、２及び３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。
特許文献３には、さらに、周囲の電磁波ノイズの影響を防ぐため、金属のような導電材料でパッケージを覆って電磁波を遮蔽した光電圧プローブや、フェライト等の電波吸収材料で光電圧プローブのパッケージを覆う構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開昭６３－１９６８６３号公報
特開平８－３５９９８号公報
特開２０２１－１６５６６６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。さらに、特許文献３の光電圧プローブでは、金属や電波吸収材料によりパッケージを覆うことにより、光電圧プローブの周囲の空間を伝搬して接触端子から変調電極に至る途中の配線をアンテナと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ができる、と記載されている。
【０００８】
しかし、発明者らの実験により、上記の従来の周囲の電磁波に対する遮蔽を行ったパッケージによる光電圧プローブを使用しても、電磁波ノイズの影響が残ってしまう場合があり、その原因が光電圧プローブの周囲に存在する電磁波ノイズの磁界成分に起因することが明らかとなった。一般的に、電磁波が放出される場合、その電磁波の波長をλとすると、放出源からの距離がλ／２π以内の近傍では、磁界と電界がそれぞれ個別に複雑に存在している近傍界と呼ばれる領域がある。この近傍界の磁界が被測定回路と接触端子から変調電極に至る配線を含むループ状の線路に電磁誘導による電圧を発生させ、目的とする接触端子の被測定電圧に重畳されることにより、正確な接触端子の電圧の測定を妨げるものである。
【０００９】
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の近傍界の磁界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】
【００１０】
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、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、電界を遮蔽するための金属体と、該金属体の内側、又は外側に配置された磁界を遮蔽するための磁気シールド材と、により内部を覆うように構成され、前記磁気シールド材は、比透磁率が１０００以上の値を有する層状、又はシート状の材料よりなることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許