JP2004020391A - 電界検出光学装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】平行光の光量を増大してＳ／Ｎの向上、十分な逆バイアスの確保、発熱やバッテリ消耗の抑制を図り、高感度化を達成し得る電界検出光学装置を提供する。
【解決手段】生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を第１、第２の電極２５ａ，２７ａを介して電気光学素子２３に結合させ、この電気光学素子２３に対してレーザダイオード２１からのコリメートレンズ３３で平行光にされたレーザ光を入射させ、この電気光学素子２３から出射したレーザ光を偏光ビームスプリッタ３９でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に第１、第２のビームスプリッタ５１，６１で分離し、第１〜第４のフォトダイオードで電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動アンプ７１−７５で差動増幅して出力信号を生成する。
【選択図】 図１
【解決手段】生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を第１、第２の電極２５ａ，２７ａを介して電気光学素子２３に結合させ、この電気光学素子２３に対してレーザダイオード２１からのコリメートレンズ３３で平行光にされたレーザ光を入射させ、この電気光学素子２３から出射したレーザ光を偏光ビームスプリッタ３９でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に第１、第２のビームスプリッタ５１，６１で分離し、第１〜第４のフォトダイオードで電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動アンプ７１−７５で差動増幅して出力信号を生成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばウェアラブルコンピュータ（身体につけるコンピュータ）間などのデータ通信のために使用されるトランシーバにおいて送信情報に基づいて生体である電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されてきているが、図３はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１はそれぞれトランシーバ３を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端に取り付けられたトランシーバ３ａ，３ｂを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５とケーブルを介して通信を行うようになっている。
【０００３】
このようにウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介して生体である人間に装着してデータ通信を行うが、このトランシーバ３ではウェアラブルコンピュータ１からの送信データを電界として電界伝達媒体である生体に誘起し、図３において波線で示すように電界として生体の他の部位に伝達し、また生体に誘起され伝達されてくる電界を受信データとしてトランシーバ３で受信してウェアラブルコンピュータ１に送るようになっている。
【０００４】
トランシーバ３は、図４に示すように構成され、ウェアラブルコンピュータ１からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路１０１を介して受け取ると、この送信データを送信部１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５から絶縁膜１０７を介して電界伝達媒体である生体１００に電界を誘起させ、この電界を生体１００を介して生体１００の他の部位に伝達させる。
【０００５】
また、トランシーバ３は、生体１００の他の部位に装着された別のトランシーバから生体１００に誘起させられて伝達されてくる電界を絶縁膜１０９を介して受信電極１１１で受信し、この受信した電界を電界検出光学部１１０に結合して電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路１１５で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施されてから、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給されるようになっている。
【０００６】
上記トランシーバ３の電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、絶縁膜１０９、受信電極１１１を介して結合される電界を検出し、電気信号に変換して信号処理回路１１５に出力するように機能するものであるが、詳しくは図５に示すように構成されている。
【０００７】
図５に示す電界検出光学部１１０は、レーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものであり、レーザ光源を構成するレーザダイオード１２１および電気光学結晶からなる電気光学素子１２３を有する。なお、電気光学素子１２３は、レーザダイオード１２１からのレーザ光の進行方向に対して直角方向に結合される電界にのみ感度を有し、この電界強度によって光学特性、すなわち複屈折率が変化し、この複屈折率の変化によりレーザ光の偏光が変化するようになっている。
【０００８】
電気光学素子１２３の図上で上下方向に対向する両側面には第１および第２の電極１２５，１２７が設けられている。なお、この第１および第２の電極１２５，１２７は、レーザダイオード１２１からのレーザ光の電気光学素子１２３内における進行方向を両側から挟み、レーザ光に対して電界を直角に結合させるようになっている。
【０００９】
電界検出光学装置１１０は、図４に示した受信電極１１１を構成する信号電極１２９を有し、この信号電極１２９は第１の電極１２５に接続されている。また、第１の電極１２５に対向する第２の電極１２７は、グランド電極１３１に接続され、第１の電極１２５に対してグランド電極として機能するように構成されている。信号電極１２９は、生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出すると、この電界を第１の電極１２５に伝達し、第１の電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合するようになっている。
【００１０】
レーザダイオード１２１から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ１３３を介して平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１の波長板１３５で偏光状態を調整されて電気光学素子１２３に入射する。電気光学素子１２３に入射したレーザ光は、電気光学素子１２３内で第１、第２の電極１２５，１２７の間を伝播するが、このレーザ光の伝播中において上述したように信号電極１２９が生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出し、この電界を第１の電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合すると、この電界は第１の電極１２５からグランド電極１３１に接続されている第２の電極１２７に向かって形成されて、レーザダイオード１２１から電気光学素子１２３に入射したレーザ光の進行方向に直角であるため、電気光学素子１２３の光学特性である複屈折率が変化し、これによりレーザ光の偏光が変化する。
【００１１】
このように電気光学素子１２３において第１の電極１２５からの電界によって偏光が変化したレーザ光は、第２の波長板１３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ１３９に入射する。偏光ビームスプリッタ１３９は、第２の波長板１３７から入射されたレーザ光をＰ波およびＳ波に分離して、光の強度変化に変換する。この偏光ビームスプリッタ１３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光は、それぞれ第１、第２の集光レンズ１４１ａ，１４１ｂで集光されてから、光電気変換手段を構成する第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂで受光され、第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂにおいてＰ波光信号とＳ波光信号をそれぞれの電気信号に変換して出力するようになっている。
【００１２】
上述したように第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電気信号は、図４に示す信号処理回路１１５で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施されてから、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給されることになる。
【００１３】
また、Ｐ波またはＳ波の光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１４３は、図６に示すように、直列に接続された負荷抵抗１５１を介してバイアス電圧源１５３とアースとの間に接続され、バイアス電圧源１５３の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００１４】
そして、フォトダイオード１４３は、偏光ビームスプリッタ１３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流を発生する。この光電流は負荷抵抗１５１の電圧降下として出力される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように構成される従来の電界検出光学装置において、電界検出感度を向上させるための方法として、レーザダイオード１２１の光量を増やす方法があるが、レーザダイオード１２１のレーザ光量を増やすと、フォトダイオード１４３に流れる直流光電流が増大し、負荷抵抗１５１における電圧降下が大きくなり、この結果フォトダイオード１４３に印加される逆バイアス電圧が少なくなる。逆バイアス電圧が少なくなると、フォトダイオード１４３が正常に動作しなくなり、レーザ光量を増やしたにも関わらず、逆に感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題がある。
【００１６】
このような不具合を回避するために、負荷抵抗１５１を小さくすると、信号成分が少なくなるという問題がある。
【００１７】
また、十分に大きな逆バイアス電圧を印加するためにバイアス電圧を大きくしようとしても、フォトダイオード１４３の定格のためにバイアス電圧を十分に大きくすることができないという問題がある。
【００１８】
仮に、フォトダイオードの定格が大きくても、バイアス電圧を大きくするためにバッテリの電圧を昇圧する回路が必要となる。しかし、昇圧回路は一般的に効率が悪いため熱となって消費する電力が大きくなり、発熱やバッテリ消耗の点で問題があり、また昇圧回路からのスイッチング雑音が混入して測定精度が悪くなるという問題を生じ易い。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平行光の光量を増大してＳ／Ｎの向上、十分な逆バイアスの確保、発熱やバッテリ消耗の抑制を図り、高感度化を達成し得る電界検出光学装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する偏光変化手段と、該偏光変化手段から出射するＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光にそれぞれ分ける第１および第２のビームスプリッタと、該第１および第２のビームスプリッタで分離された４つの平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器とを有することを要旨とする。
【００２１】
請求項１記載の本発明にあっては、平行光を入射された偏光変化手段において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射されるＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光に分離し、この分離された４つの平行光を電気信号に変換し、逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２２】
また、請求項２記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、各々が単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する複数の偏光変化手段と、該複数の偏光変化手段からそれぞれ出射するＰ波とＳ波の各々を電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段とを有することを要旨とする。
【００２３】
請求項２記載の本発明にあっては、平行光を入射された複数の偏光変化手段の各々において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射されるＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光に分離し、この分離された複数の平行光を電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２４】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記偏光変化手段が、前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、該電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子とを有することを要旨とする。
【００２５】
請求項４記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズからの平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させる第１の電極と、前記電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ等しい光量の２つの平行光に分離する第１および第２のビームスプリッタと、該第１および第２のビームスプリッタで分離された４個の平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器とを有することを要旨とする。
【００２６】
請求項４記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離して電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２７】
また、請求項５記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズからの平行光を光量の等しい複数の平行光に分けるビームスプリッタ手段と、各々が前記ビームスプリッタ手段で分離された複数の平行光の各々を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する複数の電気光学素子と、各々が前記電界伝達媒体に誘起された電界を複数の電気光学素子の各々に結合させる複数の第１の電極と、各々が複数の電気光学素子の各々を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する複数の検光子と、各々が前記複数の検光子の各々で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段とを有することを要旨とする。
【００２８】
請求項５記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して複数の電気光学素子に結合させ、この複数の電気光学素子に対して複数の平行光をそれぞれ入射させ、複数の電気光学素子から出射した複数の平行光の各々を各検光子でＰ波とＳ波に分離し、複数の検光子の各々からのＰ波とＳ波をそれぞれ電気信号に変換して複数の電気信号とし、この複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２９】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記平行光を入射される電気光学素子の入射端面に近接して設けられ、平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、前記第１の電極に対向して設けられ、第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、および前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００３０】
請求項７記載の本発明は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記光源が、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを要旨とする。
【００３１】
また、請求項８記載の本発明は、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記検光子が、偏光ビームスプリッタであることを要旨とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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、本発明の一実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【００３３】
同図に示す電界検出光学装置は、図５で説明した従来の電界検出光学装置においてレーザダイオード１２１の光量を増大するとともに、偏光ビームスプリッタ１３９以降の構成として偏光ビームスプリッタ１３９を通過したレーザ光を複数のレーザ光に分割し、レーザダイオードの光量を増大した分を複数のフォトダイオードで受光し、これにより従来の問題を解消するように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には図５における符号の百番台の番号を除去した２桁の同じ数字が付与されている。
【００３４】
図１において、偏光ビームスプリッタ３９以降の構成について詳細に説明する。偏光ビームスプリッタ３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光は、それぞれ第１および第２のビームスプリッタ５１，６１に入射し、第１および第２のビームスプリッタ５１，６１において各レーザ光を光量の等しい２つのレーザ光に分離する。この結果、４つのレーザ光が生成される。
【００３５】
第１のビームスプリッタ５１で分離されたレーザ光のうち一方は、第１の集光レンズ５３ａで集光されて第１のフォトダイオード５５ａに入射し、他方は、第２の集光レンズ５３ｂで集光されて第２のフォトダイオード５５ｂに入射する。
【００３６】
また、第２のビームスプリッタ６１で分離されたレーザ光のうち一方は、第３の集光レンズ６３ａで集光されて第３のフォトダイオード６５ａに入射し、他方は、第４の集光レンズ６３ｂで集光されて第４のフォトダイオード６５ｂに入射する。
【００３７】
各分離されたレーザ光を入射された第１〜第４のフォトダイオード５５ａ，５５ｂ，６５ａ，６５ｂは、それぞれ直列接続された負荷抵抗５７ａ，５７ｂ，６７ａ，６７ｂを介してバイアス電圧源５９ａ，５９ｂ，６９ａ，６９ｂとアースとの間に接続され、各レーザ光の光量に応じた光電流を発生し、この光電流は各フォトダイオードに直列接続された負荷抵抗５７ａ，５７ｂ，６７ａ，６７ｂに電圧降下を生じ、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、正極性の矩形波が信号電極２９に印加されている場合は、各フォトダイオードの出力側に図１に示すような矩形波が出力される。
【００３８】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第１、第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂからは正極性で、第３、第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂからは負極性で出力されるというように互いに逆位相で出力されるので、これらの出力信号のうち逆位相の一対の信号、すなわち第２のフォトダイオード５５ｂの出力を第１の差動アンプ７１の負入力側に入力し、第３のフォトダイオード６５ａの出力を第１の差動アンプ７１の正入力側に入力し、両信号の差を増幅する差動増幅を行って出力信号を生成し、また残りの逆位相の一対の信号、すなわち第１のフォトダイオード５５ａの出力を第２の差動アンプ７３の正入力側に入力し、第４のフォトダイオード６５ｂの出力を第２の差動アンプ７３の負入力側に入力し、両信号の差を増幅する差動増幅を行って出力信号を生成する。
【００３９】
第１の差動アンプ７１からの出力信号は図示のように負極性であり、第２の差動アンプ７３からの出力信号は図示のように正極性であり、この両出力信号は第３の差動アンプ７５に入力され、両者の差を増幅され図示のような出力信号を生成する。
【００４０】
本実施形態においては、レーザダイオード２１の光量を増大しているが、電気光学素子２３を通過して偏光変化したレーザ光を偏光ビームスプリッタ３９でＰ波成分とＳ波成分に分離し、この分離した各成分のレーザ光を更に第１、第２のビームスプリッタ５１，６１で２つの光量の等しいレーザ光に分離しているため、レーザ光量を増大しても、従来のように各フォトダイオードに対する光量は分散されて増大せず、従って従来のように負荷抵抗における電圧降下が大きくなってフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧が少なくなり、フォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができる。
【００４１】
特に、レーザ光量を増大したことにより、信号成分が増大することにも関わらず、雑音成分は第１〜第３の差動アンプ７１〜７５における差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されるため、Ｓ／Ｎを著しく向上することができ、またフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧も特別に昇圧させることなく十分な動作電圧のものを確保することができる。
【００４２】
次に、図２を参照して、本発明の他の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４３】
同図に示す電界検出光学装置は、図５で説明した従来の電界検出光学装置においてレーザダイオード１２１の光量を増大することに加えて、電気光学素子１２３を２個設け、その関連部分も各電気光学素子に対応して同様に２組設けるように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には図５における符号の百番台の番号を除去した２桁の同じ数字が付与されている。
【００４４】
すなわち、図２に示す電界検出光学装置は、第１および第２の２個の電気光学素子２３ａ，２３ｂを有し、この２個の電気光学素子２３ａ，２３ｂにレーザダイオード２１からのレーザ光を入射するために、レーザダイオード２１からのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３３の出射側にレーザ光を２つに分けるビームスプリッタ７７を設けている。そして、このビームスプリッタ７７で分離された２つのレーザ光のうちの一方は、第１の波長板３５ａを介して第１の電気光学素子２３ａに入射し、他方は、更にプリズム７９で反射され、第３の波長板３５ｂを介して第２の電気光学素子２３ｂに入射されるようになっている。
【００４５】
第１の電気光学素子２３ａに対しては、図５と同様に、その側面に第１の電極２５ａおよび第２の電極２７ａが取り付けられ、第１、第２の電極２５ａ，２７ａにはそれぞれ信号電極２９ａ、グランド電極３１ａが接続されている。また、第１の電気光学素子２３ａの他端である出射端側には第１の電気光学素子２３ａを通過したレーザ光の偏光状態を調整する第２の波長板３７ａが設けられ、この第２の波長板３７ａを通過したレーザ光は第１の偏光ビームスプリッタ３９ａに入射して、Ｐ波とＳ波に分離された光の強度変化に変換される。
【００４６】
第１の偏光ビームスプリッタ３９ａでＰ波成分およびＳ波成分に分離された２つのレーザ光は、それぞれ第１および第２の集光レンズ５３ａ，５３ｂで集光されてから、第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂで受光される。
【００４７】
第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂは、それぞれ直列に接続された第１および第２の負荷抵抗５７ａ，５７ｂを介して第１および第２のバイアス電圧源５９ａ，５９ｂとアースとの間に接続され、バイアス電圧源の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００４８】
そして、第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂは、それぞれ第１の偏光ビームスプリッタ３９ａでＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流をそれぞれ発生する。この光電流はそれぞれ第１および第２の負荷抵抗５７ａ，５７ｂに電圧降下を発生し、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、正極性の矩形波が信号電極２９ａに印加されている場合は、第１、第２のフォトダイオードの出力側に図２に示すような矩形波が出力される。
【００４９】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第１のフォトダイオード５５ａからは負極性で、第２のフォトダイオード５５ｂからは正極性で出力されるというように互いに逆位相で出力され、第１の差動アンプ７１に入力される。第１の差動アンプ７１は、この両出力信号の差を増幅し、図示のように負極性の信号を出力する。
【００５０】
一方、第２の電気光学素子２３ｂも同様に、その側面に第３の電極２５ｂおよび第４の電極２７ｂが取り付けられ、第３、第４の電極２５ｂ，２７ｂにはそれぞれ信号電極２９ｂ、グランド電極３１ｂが接続されている。また、第２の電気光学素子２３ｂの他端である出射端側には第２の電気光学素子２３ｂを通過したレーザ光の偏光状態を調整する第４の波長板３７ｂが設けられ、この第４の波長板３７ｂを通過したレーザ光は第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂに入射して、Ｐ波とＳ波に分離された光の強度変化に変換される。
【００５１】
第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂでＰ波成分およびＳ波成分に分離された２つのレーザ光は、それぞれ第３および第４の集光レンズ６３ａ，６３ｂで集光されてから、第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂで受光される。
【００５２】
第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂは、それぞれ直列に接続された第３および第４の負荷抵抗６７ａ，６７ｂを介して第３および第４のバイアス電圧源６９ａ，６９ｂとアースとの間に接続され、バイアス電圧源の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００５３】
そして、第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂは、それぞれ第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂでＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流をそれぞれ発生する。この光電流はそれぞれ第３および第４の負荷抵抗６７ａ，６７ｂに電圧降下を発生し、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、上記信号電極２９ａに印加されている正極性の矩形波が信号電極２９ｂにも印加されている場合は、第３、第４のフォトダイオードの出力側に図２に示すような矩形波が出力される。
【００５４】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第３のフォトダイオード６５ａからは負極性で、第４のフォトダイオード６５ｂからは正極性で出力されるというように互いに逆位相で出力され、第２の差動アンプ７３に入力される。第２の差動アンプ７３は、この両出力信号の差を増幅し、図示のように正極性の信号を出力する。
【００５５】
上述したように、第１の差動アンプ７１からの負極性の出力信号および第２の差動アンプ７３の正極性の出力信号は、第３の差動アンプ７５に入力され、両出力信号の差を増幅し、図示のように正極性の信号を出力する。
【００５６】
本実施形態においては、レーザダイオード２１の光量を増大しているが、レーザダイオード２１からのコリメートレンズを介したレーザ光をビームスプリッタ７７で光量の等しい２つのレーザ光に分割し、この２つのレーザ光をそれぞれ第１、第２の電気光学素子２３ａ，２３ｂに入射して偏光変化させ、それから各レーザ光を第１、第２の偏光ビームスプリッタ３９ａ，３９ｂでそれぞれＰ波成分とＳ波成分に分離しているため、レーザ光量を増大しても、従来のように各フォトダイオードに対する光量は分散されて増大せず、従って従来のように負荷抵抗における電圧降下が大きくなってフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧が少なくなり、フォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリの消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができる。
【００５７】
特に、レーザ光量を増大したことにより、信号成分が増大することにも関わらず、雑音成分は第１〜第３の差動アンプ７１〜７５における差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されるため、Ｓ／Ｎを著しく向上することができ、またフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧も特別に昇圧させることなく十分な動作電圧のものを確保することができる。
【００５８】
なお、図２に示した実施形態では、コリメートレンズ３３を通ったレーザ光をビームスプリッタ７７で２つのレーザ光に分割して、第１および第２の電気光学素子２３ａ，２３ｂに入射しているというように、電気光学素子を２個使用している場合について説明しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、複数の電気光学素子を設け、コリメートレンズからのレーザ光を複数に分割して入射するように構成してもよいものである。
【００５９】
上述した各実施形態では、レーザダイオード２１から出力されるレーザ光を用いているが、本発明はレーザ光に限られるものでなく、単一波長光を発生するものであればよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよいものである。また、各電気光学素子２３は、電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば磁気光学現象を利用して磁気光学素子などを使用してもよいものである。なお、電気光学素子の場合には、その形状としては、例えば角柱の形状を有することが好ましくも、角柱に限定されるものでなく、他の形状、例えば円柱などでもよいものである。
【００６０】
また、上記各実施形態では、信号電極２９に対応するものとして、グランド電極３１が設けられているが、グランド電極３１は、例えば装置の電池に接続されたり、または大きめの金属などに接続することによりグランドとして機能し、電極２５から電気光学素子２３への電界の結合を良好にすることができるものであるが、グランド電極は必ずしも必要なものではない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平行光を入射された偏光変化手段において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射される逆位相成分の各平行光を２つの光量の等しい平行光に分離し、この分離された４つの平行光を光電気変換手段で電気信号に変換し、逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、平行光を入射された複数の偏光変化手段の各々において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、各偏光変化手段から出射される逆位相成分の各平行光をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離し、この分離された複数の平行光を光電気変換手段で電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６３】
更に、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離し、光電気変換手段で電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６４】
本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して複数の電気光学素子に結合させ、この複数の電気光学素子に対して複数の平行光をそれぞれ入射させ、複数の電気光学素子から出射した複数の平行光の各々を各検光子でＰ波とＳ波に分離し、複数の検光子の各々からのＰ波とＳ波をそれぞれ光電気変換手段で電気信号に変換して複数の電気信号とし、この複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図３】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す説明図である。
【図４】ウェアラブルコンピュータを生体に取り付けるためのトランシーバであって、本発明の電界検出光学装置が適用されるトランシーバの回路構成を示すブロック図である。
【図５】従来の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す電界検出光学装置に使用されているフォトダイオードの周辺の回路図である。
【符号の説明】
２１ レーザダイオード
２３ 電気光学素子
２５，２７ 電極
２９ 信号電極
３１ グランド電極
３３ コリメートレンズ
３５，３７ 波長板
３９ 偏光ビームスプリッタ
５１，６１，７７ ビームスプリッタ
５３，６３ 集光レンズ
５５，６５ フォトダイオード
５７，６７ 負荷抵抗
５９，６９ バイアス電圧源
７１−７５ 差動アンプ
７９ プリズム
１００ 生体（電界伝達媒体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばウェアラブルコンピュータ（身体につけるコンピュータ）間などのデータ通信のために使用されるトランシーバにおいて送信情報に基づいて生体である電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されてきているが、図３はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１はそれぞれトランシーバ３を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端に取り付けられたトランシーバ３ａ，３ｂを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５とケーブルを介して通信を行うようになっている。
【０００３】
このようにウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介して生体である人間に装着してデータ通信を行うが、このトランシーバ３ではウェアラブルコンピュータ１からの送信データを電界として電界伝達媒体である生体に誘起し、図３において波線で示すように電界として生体の他の部位に伝達し、また生体に誘起され伝達されてくる電界を受信データとしてトランシーバ３で受信してウェアラブルコンピュータ１に送るようになっている。
【０００４】
トランシーバ３は、図４に示すように構成され、ウェアラブルコンピュータ１からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路１０１を介して受け取ると、この送信データを送信部１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５から絶縁膜１０７を介して電界伝達媒体である生体１００に電界を誘起させ、この電界を生体１００を介して生体１００の他の部位に伝達させる。
【０００５】
また、トランシーバ３は、生体１００の他の部位に装着された別のトランシーバから生体１００に誘起させられて伝達されてくる電界を絶縁膜１０９を介して受信電極１１１で受信し、この受信した電界を電界検出光学部１１０に結合して電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路１１５で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施されてから、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給されるようになっている。
【０００６】
上記トランシーバ３の電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、絶縁膜１０９、受信電極１１１を介して結合される電界を検出し、電気信号に変換して信号処理回路１１５に出力するように機能するものであるが、詳しくは図５に示すように構成されている。
【０００７】
図５に示す電界検出光学部１１０は、レーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものであり、レーザ光源を構成するレーザダイオード１２１および電気光学結晶からなる電気光学素子１２３を有する。なお、電気光学素子１２３は、レーザダイオード１２１からのレーザ光の進行方向に対して直角方向に結合される電界にのみ感度を有し、この電界強度によって光学特性、すなわち複屈折率が変化し、この複屈折率の変化によりレーザ光の偏光が変化するようになっている。
【０００８】
電気光学素子１２３の図上で上下方向に対向する両側面には第１および第２の電極１２５，１２７が設けられている。なお、この第１および第２の電極１２５，１２７は、レーザダイオード１２１からのレーザ光の電気光学素子１２３内における進行方向を両側から挟み、レーザ光に対して電界を直角に結合させるようになっている。
【０００９】
電界検出光学装置１１０は、図４に示した受信電極１１１を構成する信号電極１２９を有し、この信号電極１２９は第１の電極１２５に接続されている。また、第１の電極１２５に対向する第２の電極１２７は、グランド電極１３１に接続され、第１の電極１２５に対してグランド電極として機能するように構成されている。信号電極１２９は、生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出すると、この電界を第１の電極１２５に伝達し、第１の電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合するようになっている。
【００１０】
レーザダイオード１２１から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ１３３を介して平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１の波長板１３５で偏光状態を調整されて電気光学素子１２３に入射する。電気光学素子１２３に入射したレーザ光は、電気光学素子１２３内で第１、第２の電極１２５，１２７の間を伝播するが、このレーザ光の伝播中において上述したように信号電極１２９が生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出し、この電界を第１の電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合すると、この電界は第１の電極１２５からグランド電極１３１に接続されている第２の電極１２７に向かって形成されて、レーザダイオード１２１から電気光学素子１２３に入射したレーザ光の進行方向に直角であるため、電気光学素子１２３の光学特性である複屈折率が変化し、これによりレーザ光の偏光が変化する。
【００１１】
このように電気光学素子１２３において第１の電極１２５からの電界によって偏光が変化したレーザ光は、第２の波長板１３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ１３９に入射する。偏光ビームスプリッタ１３９は、第２の波長板１３７から入射されたレーザ光をＰ波およびＳ波に分離して、光の強度変化に変換する。この偏光ビームスプリッタ１３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光は、それぞれ第１、第２の集光レンズ１４１ａ，１４１ｂで集光されてから、光電気変換手段を構成する第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂで受光され、第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂにおいてＰ波光信号とＳ波光信号をそれぞれの電気信号に変換して出力するようになっている。
【００１２】
上述したように第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電気信号は、図４に示す信号処理回路１１５で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施されてから、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給されることになる。
【００１３】
また、Ｐ波またはＳ波の光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１４３は、図６に示すように、直列に接続された負荷抵抗１５１を介してバイアス電圧源１５３とアースとの間に接続され、バイアス電圧源１５３の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００１４】
そして、フォトダイオード１４３は、偏光ビームスプリッタ１３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流を発生する。この光電流は負荷抵抗１５１の電圧降下として出力される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように構成される従来の電界検出光学装置において、電界検出感度を向上させるための方法として、レーザダイオード１２１の光量を増やす方法があるが、レーザダイオード１２１のレーザ光量を増やすと、フォトダイオード１４３に流れる直流光電流が増大し、負荷抵抗１５１における電圧降下が大きくなり、この結果フォトダイオード１４３に印加される逆バイアス電圧が少なくなる。逆バイアス電圧が少なくなると、フォトダイオード１４３が正常に動作しなくなり、レーザ光量を増やしたにも関わらず、逆に感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題がある。
【００１６】
このような不具合を回避するために、負荷抵抗１５１を小さくすると、信号成分が少なくなるという問題がある。
【００１７】
また、十分に大きな逆バイアス電圧を印加するためにバイアス電圧を大きくしようとしても、フォトダイオード１４３の定格のためにバイアス電圧を十分に大きくすることができないという問題がある。
【００１８】
仮に、フォトダイオードの定格が大きくても、バイアス電圧を大きくするためにバッテリの電圧を昇圧する回路が必要となる。しかし、昇圧回路は一般的に効率が悪いため熱となって消費する電力が大きくなり、発熱やバッテリ消耗の点で問題があり、また昇圧回路からのスイッチング雑音が混入して測定精度が悪くなるという問題を生じ易い。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平行光の光量を増大してＳ／Ｎの向上、十分な逆バイアスの確保、発熱やバッテリ消耗の抑制を図り、高感度化を達成し得る電界検出光学装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する偏光変化手段と、該偏光変化手段から出射するＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光にそれぞれ分ける第１および第２のビームスプリッタと、該第１および第２のビームスプリッタで分離された４つの平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器とを有することを要旨とする。
【００２１】
請求項１記載の本発明にあっては、平行光を入射された偏光変化手段において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射されるＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光に分離し、この分離された４つの平行光を電気信号に変換し、逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２２】
また、請求項２記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、各々が単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する複数の偏光変化手段と、該複数の偏光変化手段からそれぞれ出射するＰ波とＳ波の各々を電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段とを有することを要旨とする。
【００２３】
請求項２記載の本発明にあっては、平行光を入射された複数の偏光変化手段の各々において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射されるＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光に分離し、この分離された複数の平行光を電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２４】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記偏光変化手段が、前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、該電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子とを有することを要旨とする。
【００２５】
請求項４記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズからの平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させる第１の電極と、前記電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ等しい光量の２つの平行光に分離する第１および第２のビームスプリッタと、該第１および第２のビームスプリッタで分離された４個の平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器とを有することを要旨とする。
【００２６】
請求項４記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離して電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２７】
また、請求項５記載の本発明は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、単一波長の光を発生する光源と、該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズからの平行光を光量の等しい複数の平行光に分けるビームスプリッタ手段と、各々が前記ビームスプリッタ手段で分離された複数の平行光の各々を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する複数の電気光学素子と、各々が前記電界伝達媒体に誘起された電界を複数の電気光学素子の各々に結合させる複数の第１の電極と、各々が複数の電気光学素子の各々を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する複数の検光子と、各々が前記複数の検光子の各々で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段とを有することを要旨とする。
【００２８】
請求項５記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して複数の電気光学素子に結合させ、この複数の電気光学素子に対して複数の平行光をそれぞれ入射させ、複数の電気光学素子から出射した複数の平行光の各々を各検光子でＰ波とＳ波に分離し、複数の検光子の各々からのＰ波とＳ波をそれぞれ電気信号に変換して複数の電気信号とし、この複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するため、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００２９】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記平行光を入射される電気光学素子の入射端面に近接して設けられ、平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、前記第１の電極に対向して設けられ、第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、および前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００３０】
請求項７記載の本発明は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記光源が、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを要旨とする。
【００３１】
また、請求項８記載の本発明は、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記検光子が、偏光ビームスプリッタであることを要旨とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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、本発明の一実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【００３３】
同図に示す電界検出光学装置は、図５で説明した従来の電界検出光学装置においてレーザダイオード１２１の光量を増大するとともに、偏光ビームスプリッタ１３９以降の構成として偏光ビームスプリッタ１３９を通過したレーザ光を複数のレーザ光に分割し、レーザダイオードの光量を増大した分を複数のフォトダイオードで受光し、これにより従来の問題を解消するように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には図５における符号の百番台の番号を除去した２桁の同じ数字が付与されている。
【００３４】
図１において、偏光ビームスプリッタ３９以降の構成について詳細に説明する。偏光ビームスプリッタ３９でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光は、それぞれ第１および第２のビームスプリッタ５１，６１に入射し、第１および第２のビームスプリッタ５１，６１において各レーザ光を光量の等しい２つのレーザ光に分離する。この結果、４つのレーザ光が生成される。
【００３５】
第１のビームスプリッタ５１で分離されたレーザ光のうち一方は、第１の集光レンズ５３ａで集光されて第１のフォトダイオード５５ａに入射し、他方は、第２の集光レンズ５３ｂで集光されて第２のフォトダイオード５５ｂに入射する。
【００３６】
また、第２のビームスプリッタ６１で分離されたレーザ光のうち一方は、第３の集光レンズ６３ａで集光されて第３のフォトダイオード６５ａに入射し、他方は、第４の集光レンズ６３ｂで集光されて第４のフォトダイオード６５ｂに入射する。
【００３７】
各分離されたレーザ光を入射された第１〜第４のフォトダイオード５５ａ，５５ｂ，６５ａ，６５ｂは、それぞれ直列接続された負荷抵抗５７ａ，５７ｂ，６７ａ，６７ｂを介してバイアス電圧源５９ａ，５９ｂ，６９ａ，６９ｂとアースとの間に接続され、各レーザ光の光量に応じた光電流を発生し、この光電流は各フォトダイオードに直列接続された負荷抵抗５７ａ，５７ｂ，６７ａ，６７ｂに電圧降下を生じ、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、正極性の矩形波が信号電極２９に印加されている場合は、各フォトダイオードの出力側に図１に示すような矩形波が出力される。
【００３８】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第１、第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂからは正極性で、第３、第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂからは負極性で出力されるというように互いに逆位相で出力されるので、これらの出力信号のうち逆位相の一対の信号、すなわち第２のフォトダイオード５５ｂの出力を第１の差動アンプ７１の負入力側に入力し、第３のフォトダイオード６５ａの出力を第１の差動アンプ７１の正入力側に入力し、両信号の差を増幅する差動増幅を行って出力信号を生成し、また残りの逆位相の一対の信号、すなわち第１のフォトダイオード５５ａの出力を第２の差動アンプ７３の正入力側に入力し、第４のフォトダイオード６５ｂの出力を第２の差動アンプ７３の負入力側に入力し、両信号の差を増幅する差動増幅を行って出力信号を生成する。
【００３９】
第１の差動アンプ７１からの出力信号は図示のように負極性であり、第２の差動アンプ７３からの出力信号は図示のように正極性であり、この両出力信号は第３の差動アンプ７５に入力され、両者の差を増幅され図示のような出力信号を生成する。
【００４０】
本実施形態においては、レーザダイオード２１の光量を増大しているが、電気光学素子２３を通過して偏光変化したレーザ光を偏光ビームスプリッタ３９でＰ波成分とＳ波成分に分離し、この分離した各成分のレーザ光を更に第１、第２のビームスプリッタ５１，６１で２つの光量の等しいレーザ光に分離しているため、レーザ光量を増大しても、従来のように各フォトダイオードに対する光量は分散されて増大せず、従って従来のように負荷抵抗における電圧降下が大きくなってフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧が少なくなり、フォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができる。
【００４１】
特に、レーザ光量を増大したことにより、信号成分が増大することにも関わらず、雑音成分は第１〜第３の差動アンプ７１〜７５における差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されるため、Ｓ／Ｎを著しく向上することができ、またフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧も特別に昇圧させることなく十分な動作電圧のものを確保することができる。
【００４２】
次に、図２を参照して、本発明の他の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４３】
同図に示す電界検出光学装置は、図５で説明した従来の電界検出光学装置においてレーザダイオード１２１の光量を増大することに加えて、電気光学素子１２３を２個設け、その関連部分も各電気光学素子に対応して同様に２組設けるように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には図５における符号の百番台の番号を除去した２桁の同じ数字が付与されている。
【００４４】
すなわち、図２に示す電界検出光学装置は、第１および第２の２個の電気光学素子２３ａ，２３ｂを有し、この２個の電気光学素子２３ａ，２３ｂにレーザダイオード２１からのレーザ光を入射するために、レーザダイオード２１からのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３３の出射側にレーザ光を２つに分けるビームスプリッタ７７を設けている。そして、このビームスプリッタ７７で分離された２つのレーザ光のうちの一方は、第１の波長板３５ａを介して第１の電気光学素子２３ａに入射し、他方は、更にプリズム７９で反射され、第３の波長板３５ｂを介して第２の電気光学素子２３ｂに入射されるようになっている。
【００４５】
第１の電気光学素子２３ａに対しては、図５と同様に、その側面に第１の電極２５ａおよび第２の電極２７ａが取り付けられ、第１、第２の電極２５ａ，２７ａにはそれぞれ信号電極２９ａ、グランド電極３１ａが接続されている。また、第１の電気光学素子２３ａの他端である出射端側には第１の電気光学素子２３ａを通過したレーザ光の偏光状態を調整する第２の波長板３７ａが設けられ、この第２の波長板３７ａを通過したレーザ光は第１の偏光ビームスプリッタ３９ａに入射して、Ｐ波とＳ波に分離された光の強度変化に変換される。
【００４６】
第１の偏光ビームスプリッタ３９ａでＰ波成分およびＳ波成分に分離された２つのレーザ光は、それぞれ第１および第２の集光レンズ５３ａ，５３ｂで集光されてから、第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂで受光される。
【００４７】
第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂは、それぞれ直列に接続された第１および第２の負荷抵抗５７ａ，５７ｂを介して第１および第２のバイアス電圧源５９ａ，５９ｂとアースとの間に接続され、バイアス電圧源の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００４８】
そして、第１および第２のフォトダイオード５５ａ，５５ｂは、それぞれ第１の偏光ビームスプリッタ３９ａでＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流をそれぞれ発生する。この光電流はそれぞれ第１および第２の負荷抵抗５７ａ，５７ｂに電圧降下を発生し、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、正極性の矩形波が信号電極２９ａに印加されている場合は、第１、第２のフォトダイオードの出力側に図２に示すような矩形波が出力される。
【００４９】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第１のフォトダイオード５５ａからは負極性で、第２のフォトダイオード５５ｂからは正極性で出力されるというように互いに逆位相で出力され、第１の差動アンプ７１に入力される。第１の差動アンプ７１は、この両出力信号の差を増幅し、図示のように負極性の信号を出力する。
【００５０】
一方、第２の電気光学素子２３ｂも同様に、その側面に第３の電極２５ｂおよび第４の電極２７ｂが取り付けられ、第３、第４の電極２５ｂ，２７ｂにはそれぞれ信号電極２９ｂ、グランド電極３１ｂが接続されている。また、第２の電気光学素子２３ｂの他端である出射端側には第２の電気光学素子２３ｂを通過したレーザ光の偏光状態を調整する第４の波長板３７ｂが設けられ、この第４の波長板３７ｂを通過したレーザ光は第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂに入射して、Ｐ波とＳ波に分離された光の強度変化に変換される。
【００５１】
第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂでＰ波成分およびＳ波成分に分離された２つのレーザ光は、それぞれ第３および第４の集光レンズ６３ａ，６３ｂで集光されてから、第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂで受光される。
【００５２】
第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂは、それぞれ直列に接続された第３および第４の負荷抵抗６７ａ，６７ｂを介して第３および第４のバイアス電圧源６９ａ，６９ｂとアースとの間に接続され、バイアス電圧源の逆バイアスの電圧を印加されて作動するようになっている。
【００５３】
そして、第３および第４のフォトダイオード６５ａ，６５ｂは、それぞれ第２の偏光ビームスプリッタ３９ｂでＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光を受光すると、該レーザ光の強さに応じて光電流をそれぞれ発生する。この光電流はそれぞれ第３および第４の負荷抵抗６７ａ，６７ｂに電圧降下を発生し、この電圧降下が出力電圧として出力される。例えば、上記信号電極２９ａに印加されている正極性の矩形波が信号電極２９ｂにも印加されている場合は、第３、第４のフォトダイオードの出力側に図２に示すような矩形波が出力される。
【００５４】
これらの矩形波の出力信号は、図示のように第３のフォトダイオード６５ａからは負極性で、第４のフォトダイオード６５ｂからは正極性で出力されるというように互いに逆位相で出力され、第２の差動アンプ７３に入力される。第２の差動アンプ７３は、この両出力信号の差を増幅し、図示のように正極性の信号を出力する。
【００５５】
上述したように、第１の差動アンプ７１からの負極性の出力信号および第２の差動アンプ７３の正極性の出力信号は、第３の差動アンプ７５に入力され、両出力信号の差を増幅し、図示のように正極性の信号を出力する。
【００５６】
本実施形態においては、レーザダイオード２１の光量を増大しているが、レーザダイオード２１からのコリメートレンズを介したレーザ光をビームスプリッタ７７で光量の等しい２つのレーザ光に分割し、この２つのレーザ光をそれぞれ第１、第２の電気光学素子２３ａ，２３ｂに入射して偏光変化させ、それから各レーザ光を第１、第２の偏光ビームスプリッタ３９ａ，３９ｂでそれぞれＰ波成分とＳ波成分に分離しているため、レーザ光量を増大しても、従来のように各フォトダイオードに対する光量は分散されて増大せず、従って従来のように負荷抵抗における電圧降下が大きくなってフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧が少なくなり、フォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリの消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができる。
【００５７】
特に、レーザ光量を増大したことにより、信号成分が増大することにも関わらず、雑音成分は第１〜第３の差動アンプ７１〜７５における差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されるため、Ｓ／Ｎを著しく向上することができ、またフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧も特別に昇圧させることなく十分な動作電圧のものを確保することができる。
【００５８】
なお、図２に示した実施形態では、コリメートレンズ３３を通ったレーザ光をビームスプリッタ７７で２つのレーザ光に分割して、第１および第２の電気光学素子２３ａ，２３ｂに入射しているというように、電気光学素子を２個使用している場合について説明しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、複数の電気光学素子を設け、コリメートレンズからのレーザ光を複数に分割して入射するように構成してもよいものである。
【００５９】
上述した各実施形態では、レーザダイオード２１から出力されるレーザ光を用いているが、本発明はレーザ光に限られるものでなく、単一波長光を発生するものであればよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよいものである。また、各電気光学素子２３は、電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば磁気光学現象を利用して磁気光学素子などを使用してもよいものである。なお、電気光学素子の場合には、その形状としては、例えば角柱の形状を有することが好ましくも、角柱に限定されるものでなく、他の形状、例えば円柱などでもよいものである。
【００６０】
また、上記各実施形態では、信号電極２９に対応するものとして、グランド電極３１が設けられているが、グランド電極３１は、例えば装置の電池に接続されたり、または大きめの金属などに接続することによりグランドとして機能し、電極２５から電気光学素子２３への電界の結合を良好にすることができるものであるが、グランド電極は必ずしも必要なものではない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平行光を入射された偏光変化手段において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、偏光変化手段から出射される逆位相成分の各平行光を２つの光量の等しい平行光に分離し、この分離された４つの平行光を光電気変換手段で電気信号に変換し、逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、平行光を入射された複数の偏光変化手段の各々において結合された電界で平行光の偏光を変化させ、各偏光変化手段から出射される逆位相成分の各平行光をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離し、この分離された複数の平行光を光電気変換手段で電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６３】
更に、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離し、このＰ波とＳ波をそれぞれ２つの光量の等しい平行光に分離し、光電気変換手段で電気信号に変換し、複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の光量の等しいレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【００６４】
本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して複数の電気光学素子に結合させ、この複数の電気光学素子に対して複数の平行光をそれぞれ入射させ、複数の電気光学素子から出射した複数の平行光の各々を各検光子でＰ波とＳ波に分離し、複数の検光子の各々からのＰ波とＳ波をそれぞれ光電気変換手段で電気信号に変換して複数の電気信号とし、この複数の電気信号のうち逆位相の信号を差動増幅して出力信号を生成するので、感度向上のために平行光の光量を増大しても、複数の等光量のレーザ光に分離することで、従来のように各フォトダイオードに対する光量を分散させ、逆バイアス問題でフォトダイオードが正常に動作しなくなり、感度が悪くなり、通信エラーが増大するという問題を解消し、フォトダイオードの定格の問題、バイアス電圧の昇圧問題、発熱やバッテリ消耗の問題などの発生もなく、高感度な電界検出光学装置を達成することができ、また雑音成分は差動増幅により同相成分が互いに打ち消し合って除去されて、Ｓ／Ｎを著しく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図３】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す説明図である。
【図４】ウェアラブルコンピュータを生体に取り付けるためのトランシーバであって、本発明の電界検出光学装置が適用されるトランシーバの回路構成を示すブロック図である。
【図５】従来の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す電界検出光学装置に使用されているフォトダイオードの周辺の回路図である。
【符号の説明】
２１ レーザダイオード
２３ 電気光学素子
２５，２７ 電極
２９ 信号電極
３１ グランド電極
３３ コリメートレンズ
３５，３７ 波長板
３９ 偏光ビームスプリッタ
５１，６１，７７ ビームスプリッタ
５３，６３ 集光レンズ
５５，６５ フォトダイオード
５７，６７ 負荷抵抗
５９，６９ バイアス電圧源
７１−７５ 差動アンプ
７９ プリズム
１００ 生体（電界伝達媒体）
Claims (8)
- 電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する偏光変化手段と、
該偏光変化手段から出射するＰ波とＳ波の各々をさらに光量の等しい２つの平行光にそれぞれ分ける第１および第２のビームスプリッタと、
該第１および第２のビームスプリッタで分離された４つの平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、
該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、
該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器と
を有することを特徴とする電界検出光学装置。 - 電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
各々が単一波長の平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して平行光の偏光を変化させるとともに、互いに直交するＰ波とＳ波に分離して出射する複数の偏光変化手段と、
該複数の偏光変化手段からそれぞれ出射するＰ波とＳ波の各々を電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、
該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段と
を有することを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記偏光変化手段は、
前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、
該電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と
を有することを特徴とする請求項１または２記載の電界検出光学装置。 - 電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
単一波長の光を発生する光源と、
該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、
該コリメートレンズからの平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、
前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させる第１の電極と、
前記電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、
該検光子で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ等しい光量の２つの平行光に分離する第１および第２のビームスプリッタと、
該第１および第２のビームスプリッタで分離された４個の平行光を電気信号に変換する第１乃至第４の光電気変換手段と、
該第１乃至第４の光電気変換手段から出力される４つの出力信号のうち逆位相の２つの信号をそれぞれ入力して両信号の差を増幅する第１および第２の差動増幅器と、
該第１および第２の差動増幅器のそれぞれの出力信号を入力として両信号の差を増幅する第３の差動増幅器と
を有することを特徴とする電界検出光学装置。 - 電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
単一波長の光を発生する光源と、
該光源からの光を平行光にするコリメートレンズと、
該コリメートレンズからの平行光を光量の等しい複数の平行光に分けるビームスプリッタ手段と、
各々が前記ビームスプリッタ手段で分離された複数の平行光の各々を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する複数の電気光学素子と、
各々が前記電界伝達媒体に誘起された電界を複数の電気光学素子の各々に結合させる複数の第１の電極と、
各々が複数の電気光学素子の各々を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する複数の検光子と、
各々が前記複数の検光子の各々で分離されたＰ波およびＳ波をそれぞれ電気信号に変換する複数の光電気変換手段と、
該複数の光電気変換手段の出力信号のうち逆位相の一対の信号の差動増幅をすべての組合せについて行う差動増幅処理を該差動増幅処理で生成された差動増幅信号についても同様に行うという差動増幅処理を順次繰り返し行って差動増幅された出力信号を生成する差動増幅手段と
を有することを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記平行光を入射される電気光学素子の入射端面に近接して設けられ、平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、
前記第１の電極に対向して設けられ、第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、および
前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板のうち少なくとも１つ以上
を更に有することを特徴とする請求項４または５に記載の電界検出光学装置。 - 前記光源は、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電界検出光学装置。
- 前記検光子は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の電界検出光学装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002176267A JP3597519B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 電界検出光学装置 |
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|---|---|---|---|---|
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