JP2004286582A

JP2004286582A - 電界検出光学装置およびトランシーバ

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Publication number: JP2004286582A
Application number: JP2003078727A
Authority: JP
Inventors: Aiichiro Sasaki; 愛一郎佐々木; Naoshi Minoya; 直志美濃谷; Mitsuru Shinagawa; 満品川; Akihiko Hirata; 明彦枚田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】電気光学結晶の屈折率変化効率および変調効率を向上させる。
【解決手段】入射された電界検出用のレーザ光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置。この電界検出光学装置に対応する電界検出光学部２１は、検出光出力部２５および電気光学結晶２８の入射面２８ａ間に介在されており、レーザ光を信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向に関して集束させて電気光学結晶部材２８の入射面２８ａに入射させる第１のシリンドリカルレンズ４１ａと、電気光学結晶２８の出射面２８ｂから離間し、かつレーザ光の光路上に配置されており、電気光学結晶２８の出射面２８ｂから出射されたレーザ光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズ４１ｂとを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体等の電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行う電界検出光学装置およびトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユピキタス社会の到来を迎え、ウェアラブルコンピュータ（身体に装着可能なコンピュータ）が注目を浴びている。
【０００３】
そして、このウェアラブルコンピュータと他のコンピュータ（他のウェアラブルコンピュータ等）との間の情報通信手段として、ウェアラブルコンピュータが装着された生体を介して情報を通信できるトランシーバの研究・開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記生体を介して情報を送受信するトランシーバにおいては、送信側のトランシーバにおいて送信対象となる情報を電圧信号として送信側信号電極を介して生体に与えることにより生体内に電界を誘起し、生体内に誘起された電界を、受信側のトランシーバの該生体に当接あるいは近接した受信側信号電極を介して受信することにより、送信側トランシーバおよび受信側トランシーバ間において情報の通信を行っている。
【０００５】
そして、上記特許文献１に開示されているように、生体内に誘起された電界を用いて情報の送受信を行うトランシーバにおいては、上記受信側信号電極を介して受信された電界を検出するために、電気光学結晶（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｏｐｔｉｃ結晶）を用いている。
【０００６】
図１０は、生体内に誘起され、受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出するトランシーバに搭載された電界検出光学部６０の概略構成を示す図である。
【０００７】
図１０に示すように、送信側のトランシーバから図示しない生体に誘起された電界は、受信側トランシーバにおける上記生体に当接された絶縁体６２に取り付けられた受信側信号電極６４に受信される。
【０００８】
このとき、トランシーバの電界検出光学部６０には、印加電圧に比例してその屈折率ｎ１が変化する特性を有する方形体形状の電気光学結晶６８（図１１（ａ）参照）が設けられており、この電気光学結晶６８における１組の互いに対向する長手方向（図１０、図１１におけるｚ方向）に沿った側面には、互いに平行な２枚の平行電極（信号電極７０およびグランド電位に接続されたグランド電極７２）が取り付けられている。
【０００９】
受信側信号電極６４は、信号線７４を介して信号電極７０に接続されており、受信側信号電極６４により受信された電界は、この信号線７４により信号電極７０に印加される。
【００１０】
一方、検出光出力部７５から出力された検出光は、コリメートレンズ７６を介して上記電極に平行な方向、すなわち、図１０中ｚ方向に沿って伝播する。この検出光は、波長板７７を介して円偏光となり、電気光学結晶６８の互いに対向する短手側の側面の一方における一部（例えば、中央部）に入射される。
【００１１】
このとき、信号電極７０に与えられた電界は、信号電極７０およびグランド電極７２間の電位差として電気光学結晶６８に印加されているため、この印加電圧（電位差）、すなわち、信号電極７０およびグランド電極７２間の電界強度に比例して電気光学結晶６８の屈折率が変化する。
【００１２】
この電気光学結晶６８の屈折率変化により、電気光学結晶６８に入射された検出光（円偏光）は、楕円偏光に変調されて電気光学結晶６８から出力される。
【００１３】
電気光学結晶６８から出力された検出光（楕円偏光）は、偏光子、光検出器等を有する検出部７８に入力される。検出部７８に入力された検出光は、偏光子を介して光検出器に入力されることにより、光強度変化として検出される。
【００１４】
この結果、送信側のトランシーバから送信された送信対象となる情報に対応する電圧信号を、検出部７８に入力されるおける光強度変化として検出することが可能になる。すなわち、送信側トランシーバ側からの情報を、受信側トランシーバの電界検出光学部６０にて受信することができる。
【００１５】
ここで、図１０に示す構造の電界検出光学部６０に印加された電圧（電位差）に基づいて発生する電界の電気力線ＥＬと電界検出光学部６０との関係を図１１（ｂ）に示す。
【００１６】
上述したように、トランシーバにおける電界検出光学部６０は、平行電極７０および７２間の電界を、その電界強度に比例した電気光学結晶６８の屈折率変化に基づく検出光の変調により検出する構造を有しているため、電界検出光学部６０における電界検出感度を向上させるためには、上記平行電極（信号電極７０およびグランド電極７２）間の電界強度を増大させればよい。
【００１７】
信号電極７０およびグランド電極７２間の電界強度を増大させるためには、電気光学結晶６８の厚さを薄くして電気力線ＥＬを密集させ、電極間距離が狭くなるように配置された信号電極７０およびグランド電極７２間に電気光学結晶６８を配置し、この電気光学結晶６８に対して高強度の電界を印加することが有効である。
【００１８】
信号電極７０およびグランド電極７２間の距離、言い換えれば、電気光学結晶６８の電極間の厚さを極めて薄くした場合、電気光学結晶６８に入射される検出光の直径（光径；ビーム径）を、その電気光学結晶６８の電極間厚さ程度に小さく集束させる必要がある。
【００１９】
すなわち、図１０に示す構成において電気光学結晶６８の厚さ（短手方向の長さ；図１０中ｙ軸方向の長さ）を薄くして信号電極７０およびグランド電極７２間の距離を狭く、例えば、検出光の光径よりも小さくした場合、図１２に示すように、電気光学結晶６８の検出光入射側および出射側に第１および第２のレンズ８０ａおよび８０ｂをそれぞれ配置する。
【００２０】
この結果、第１のレンズ８０ａに入射された検出光は、その第１のレンズ８０ａを介して、検出光光径が電極間の電気光学結晶６８の厚さよりも小さくなるように集束し、また、電気光学結晶６８から出射された検出光は、第２のレンズ８０ｂを介して検出部７８に入射する。
【００２１】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報（第５−１０頁、第１図〜第４図）。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、図１２に示す構成では、電気光学結晶６８の電極間距離に対応する厚さを小さくし、その電極間距離を狭くすることにより、信号電極７０およびグランド電極７２を介して電気光学結晶６８に印加される電圧に基づく電界強度を増大することが可能になる。
【００２３】
しかしながら、図１２に示すように、第１のレンズ８０ａで集束された検出光は、その集束点を境に検出部側へ発散するため、電気光学結晶６８の電極間の距離を狭くすることにより、電気光学結晶６８における検出光の光軸方向に沿った長さ（ｚ軸方向に沿った長手方向の長さ）を小さくしなければならず、検出光の光路長を長くすることが困難であった。
【００２４】
この結果、検出光を電気光学結晶６８内で長距離に亘って伝播させることができず、高い変調効率を得ることが困難であった。
【００２５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、電気光学結晶の屈折率変化効率および変調効率を向上させることをその目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項１に記載したように、入射された電界検出用の検出光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置であって、前記検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、前記検出光の光路上に配置され、当該検出光が入射される入射面および前記検出光が出射される出射面をそれぞれ有する電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶部材に前記検出光の光路を挟んで対向するようにそれぞれ取り付けられた前記電界検出用の第１および第２の電極と、前記検出光出力手段および前記電気光学結晶部材の入射面間に介在されており、前記検出光を前記第１および第２の電極の対向方向に関して集束させて前記電気光学結晶部材の入射面に入射させる第１のシリンドリカルレンズと、前記電気光学結晶部材の出射面から離間し、かつ前記検出光の光路上に配置されており、当該電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズと、を備えている。
【００２７】
請求項２に記載した発明によれば、前記電気光学結晶部材は、第１の屈折率および前記入射面から延在して前記出射面に繋がる外側面部をそれぞれ有しており、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有し、前記電気光学結晶部材における少なくとも前記外側面部を被覆する被覆部材をさらに備え、前記第１および第２の電極は、前記電気光学結晶部材の外側面部に前記被覆部材を介して互いに対向するようにそれぞれ取り付けられている。
【００２８】
請求項３に記載した発明によれば、前記第１のシリンドリカルレンズの曲率は、当該第１のシリンドリカルレンズに入射された検出光を前記電気光学結晶部材の入射面に集光できる値に設定されており、前記第２のシリンドリカルレンズの曲率は、前記電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を前記平行光にする値に設定されている。
【００２９】
請求項４に記載した発明によれば、前記第１のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の入射面に対向するように配置され、前記第２のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の出射面に対向するように配置されており、当該第１および第２のシリンドリカルレンズそれぞれの中心軸の長さは、前記電気光学結晶部材の入射面および出射面における前記第１および第２の電極の対向方向に直交する方向の長さよりも長い。
【００３０】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項５に記載したように、電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行うトランシーバであって、前記電界伝達媒体に当接あるいは近接して取り付け可能であり、前記電界伝達用媒体に誘起された電界を受信する受信用電極と、前記電界検出用検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、前記検出光の光路上に配置され、当該検出光が入射される入射面および前記検出光が出射される出射面をそれぞれ有する電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶部材に前記検出光の光路を挟んで対向するようにそれぞれ取り付けられ、どちらか一方が前記受信用電極に接続された前記電界検出用の第１および第２の電極を有し、前記受信用電極により受信された電界を、前記第１および第２の電極間の電位差として前記電気光学結晶に印加する印加手段と、前記検出光出力手段および前記電気光学結晶部材の入射面間に介在されており、前記検出光を前記第１および第２の電極の対向方向に関して集束させて前記電気光学結晶部材の入射面に入射させる第１のシリンドリカルレンズと、前記電気光学結晶部材の出射面から離間し、かつ前記検出光の光路上に配置されており、当該電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズと、を備えている。
【００３１】
請求項６に記載した発明によれば、前記電気光学結晶部材は、第１の屈折率および前記入射面から延在して前記出射面に繋がる外側面部をそれぞれ有しており、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有し、前記電気光学結晶部材における少なくとも前記外側面部を被覆する被覆部材をさらに備え、前記第１および第２の電極は、前記電気光学結晶部材の外側面部に前記被覆部材を介して互いに対向するようにそれぞれ取り付けられている。
【００３２】
請求項７に記載した発明によれば、前記第１のシリンドリカルレンズの曲率は、当該第１のシリンドリカルレンズに入射された検出光を前記電気光学結晶部材の入射面に集光できる値に設定されており、前記第２のシリンドリカルレンズの曲率は、前記電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を前記平行光にする値に設定されている。
【００３３】
請求項８に記載した発明によれば、前記第１のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の入射面に対向するように配置され、前記第２のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の出射面に対向するように配置されており、当該第１および第２のシリンドリカルレンズそれぞれの中心軸の長さは、前記電気光学結晶部材の入射面および出射面における前記第１および第２の電極の対向方向に直交する方向の長さよりも長い。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電界検出光学装置およびトランシーバの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトランシーバ１の概略構成を示す図である。
【００３６】
すなわち、図１に示すように、トランシーバ１は、ウェアラブルコンピュータ等のコンピュータ２と通信可能であり、コンピュータ２に対する情報送受信機能を有している。
【００３７】
すなわち、トランシーバ１は、コンピュータ２から送信された情報である送信データを入力するＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ；入出力）回路３と、このＩ／Ｏ回路３に接続されており、Ｉ／Ｏ回路３を介して入力された送信データを変調して送信するための送信部４とを備えている。
【００３８】
この送信部４は、図１に示すように、上記送信データを変調する電圧信号として、例えば１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する電圧信号を発生するための信号発生器５を備えている。この信号発生器５には、グランド線６が接続されており、このグランド線６は、グランド電極７に接続されている。
【００３９】
すなわち、信号発生器５は、グランド電極７の電位（グランド電位）を基準電位として、所定の電位差を有する電圧信号を発生させるようになっている。
【００４０】
また、送信部４は、信号発生器５の出力側に接続された信号線９を備えており、信号発生器５にて発生された電圧信号は、信号線９を介して送信されるようになっている。
【００４１】
また、トランシーバ１は、信号線９に接続された送信側信号電極１０を備えており、この送信側信号電極１０の例えば一表面は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１１に覆われており、送信側信号電極１０は、絶縁体１１を介して生体１２に接触されている。
【００４２】
一方、トランシーバ１は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１５に例えばその一表面が覆われている受信側信号電極１６を備えており、この受信側信号電極１６は、絶縁体１５を介して生体１２に接触されている。
【００４３】
また、トランシーバ１は、受信側信号電極１６に接続され、この受信側信号電極１６より受信された電界を後述する受信部へ伝達するための信号線１７と、信号線１７を介して伝達された電界を受信するための受信部２０とを備えている。
【００４４】
すなわち、受信部２０は、信号線１７に接続され、この受信側信号電極１６を介して入力された電界（電圧信号）を光学的に検出し、電気信号に変換して出力する電界検出光学部２１を備えている。なお、本実施形態の電界検出光学部２１は、本発明における電界検出光学装置に相当する。
【００４５】
また、受信部２０は、電界検出光学部２１に接続されており、電界検出光学部２１から出力された電気信号に対して、増幅処理および雑音除去（フィルタリング）処理等の信号処理を施す信号処理回路２２とを備えている。
【００４６】
さらに、トランシーバ１は、信号処理回路２２に接続され、この信号処理回路２２により信号処理された電気信号に対して波形整形処理を施し、Ｉ／Ｏ回路３の信号レベルに対応する電気信号に変換し、その電気信号を受信データとしてＩ／Ｏ回路３に送信する波形整形回路２３を備えており、Ｉ／Ｏ回路３は、波形整形回路２３から送信されてきた受信データをコンピュータ２に送信する機能を有している。
【００４７】
図２は、図１に示す電界検出光学部２１の概略構成を示す図である。
【００４８】
図２に示すように、電界検出光学部２１は、電界を検出するための検出光として、略単一波長の検出光である例えばレーザ光を所定の方向（図２におけるｚ軸）に沿って出力する検出光出力部２５を備えている。なお、検出光出力部２５としては、レーザダイオードを用いたレーザ光出力装置や、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた装置等を用いることができる。また、波長帯域に広がりを有する検出光を出力する光源についても、帯域透過フィルタを組み合わせることにより、検出光出力部として適用することが可能である。
【００４９】
また、電界検出光学部２１は、検出光出力部２５から出力されたレーザ光を、図２中ｚ方向に平行なレーザ光に変換して出力するコリメートレンズ２６と、このコリメートレンズ２６を介して伝播された平行レーザ光の偏光状態を円偏光に変換する偏光光学素子である例えば波長板２７とを備えている。なお、本実施形態における検出光出力部２５、コリメートレンズ２６および波長板２７が本発明における検出光出力手段に相当する。
【００５０】
さらに、電界検出光学部２１は、所定の屈折率ｎ１を有しており、印加される電圧（電位差）に比例して、その屈折率が変化する特性、いわゆる電気光学効果（ポッケルス効果）を有する電気光学結晶（電気光学結晶部材）２８を備えている。
【００５１】
この電気光学結晶２８は、図２および図３に示すように、略直方体形状（略板形状）を有しており、レーザ光の光路上に、結晶長手方向がそのレーザ光の光路方向と平行になるように配置されている。
【００５２】
すなわち、電気光学結晶２８は、レーザ光が入射される入射面２８ａと、この入射面２８ａに平行かつ対向し、レーザ光が出射される出射面２８ｂと、入射されるレーザ光を挟んで互いに対向し、それぞれ入射面２８ａから、図２および３におけるｘ軸方向に沿って延在して出射面２８ｂに繋がる第１および第２の外側面２８ｃおよび２８ｄとを有している。
【００５３】
電気光学結晶２８の長手方向の長さＬは、その結晶長手方向に沿って伝播されるレーザ光に対して十分な電気光学効果を付与できる程度の十分な長さとなっており、また、電気光学結晶２８の厚さ（ｙ軸方向に沿った長さ）ｔは、例えばレーザ光の波長オーダ程度と十分薄くなっている。
【００５４】
さらに、電界検出光学部２１は、図２および図３に示すように、電気光学結晶２８の第１の外側面２８ｃに取り付けられており、信号線１７に接続された信号電極３０と、第２の外側面２８ｄに取り付けられており、グランド電位に接続されたグランド電極３２とを備えている。なお、本実施形態における信号線１７、信号電極３０およびグランド電極３２が本発明における印加手段に相当する。
【００５５】
そして、電界検出光学部２１は、レーザ光の光路上に、電気光学結晶２８の出射面２８ｂに対向配置され、その電気光学結晶２８内を通過してきたレーザ光の偏光状態変化を、偏光子や偏光ビームスプリッタ等を含む偏光検出光学系によりレーザ光の強度変化として検出し、検出したレーザ光の強度変化をフォトディテクタ等の光電変換器を介して電気信号に変換する検出部３４を備えており、この検出部３４により得られた電気信号は、信号処理回路２２に送信されるようになっている。
【００５６】
そして、本実施形態において、電界検出光学部２１は、波長板２７および電気光学結晶２８の入射面２８ａ間に介在された第１のシリンドリカルレンズ４１ａと、電気光学結晶２８の出射面２８ｂから離間し、かつレーザ光の光路上に配置された第２のシリンドリカルレンズ４１ｂを備えている。
【００５７】
第１のシリンドリカルレンズ４１ａおよび第２のシリンドリカルレンズ４１ｂの仕様（スペック）は略同一となっている。
【００５８】
すなわち、第１のシリンドリカルレンズ４１ａは、例えば、図４に示すように、その中心軸ＡＸに直交する横断面が略楕円形状を有する円柱形状を有し、その中心軸ＡＸの方向がｘ軸に平行となり、かつ中心軸ＡＸの中心Ｏがレーザ光の光軸と同軸となるように、電気光学結晶２８の入射面２８ａに対して対向配置（アライメント）されている。
【００５９】
この第１のシリンドリカルレンズ４１ａは、入射されたレーザ光を信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向に関して集束させて電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射させるようになっている。
【００６０】
すなわち、第１のシリンドリカルレンズ４１ａにおける上記横断面に平行な断面Ｓ１方向の曲率は、その第１のシリンドリカルレンズ４１ａに入射されたレーザ光を、電気光学結晶２８の入射面２８ａに対して、その短軸方向の長さが電気光学結晶２８の厚さよりも小さく、かつその長軸方向の長さが電気光学結晶２８の短手方向の長さａに近似する楕円形状のビームパターン（図５参照）に集束できる値に設定されている。
【００６１】
また、第２のシリンドリカルレンズ４１ｂも、例えば、図４に示すように、ｘ軸方向に直交する横断面が略楕円形状を有する円柱形状を有し、その中心軸ＡＸの方向がｘ軸に平行となり、かつ中心軸ＡＸの中心Ｏがレーザ光の光軸と同軸となるように、電気光学結晶２８の出射面２８ｂに対して対向配置（アライメント）されている。
【００６２】
この第２のシリンドリカルレンズ４１ｂは、電気光学結晶２８の出射面２８ｂから出射されたレーザ光を平行光として出射するようになっている。
【００６３】
すなわち、第２のシリンドリカルレンズ４１ａの曲率は、その第２のシリンドリカルレンズ４１ｂに入射されたレーザ光を、平行光に変換できる値に設定されている。
【００６４】
また、第１のシリンドリカルレンズ４１ａおよび第２のシリンドリカルレンズ４１ｂそれぞれの中心軸ＡＸの長さｗは、図５に示すように、電気光学結晶２８の入射面２８ａおよび出射面２８ｂにおける信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向に直交する方向の長さａよりも長くなっている。
【００６５】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００６６】
図示しないトランシーバ等から図１に示す生体１２に電界が誘起されると、この生体１２内に誘起された電界は、生体１２を介して、その生体１２に絶縁体１５を介して接触されたトランシーバ１の受信側信号電極１６により受信される。そして、受信された電界は、信号線１７を介して受信部２０における電気光学結晶２８の第１の外側面２８ｃに取り付けられた信号電極３０に供給される。
【００６７】
この結果、信号電極３０に供給された電界は、その信号電極３０およびグランド電極３２間の電位差として電気光学結晶２８に印加される。
【００６８】
一方、検出光出力部２５から出力され、コリメートレンズ２６を介して信号電極３０およびグランド電極３２に平行な方向（図２等におけるｚ方向）に沿って伝播してきたレーザ光は、波長板２７を介して円偏光となり、第１のシリンドリカルレンズ４１ａに入射される。
【００６９】
第１のシリンドリカルレンズ４１ａに入射されたレーザ光は、図５、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、電気光学結晶２８の入射面２８ａに対して楕円状のビームパターンに整形された状態で集束される。
【００７０】
このとき、本実施形態においては、第１のシリンドリカルレンズ４１ａを介して集束されたレーザ光は、図６（ａ）に示すように、ｙ軸方向、すなわち、電気光学結晶２８の信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向に関しては、電気光学結晶２８の厚さｔよりも小さくなる程度に十分絞られた状態で電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射される。
【００７１】
一方、電気光学結晶２８のｘ軸方向に関しては、第１のシリンドリカルレンズ４１ａを通過したレーザ光は、図６（ｂ）に示すように、ほとんど絞られることなく、すなわち、十分に発散した平行光状態で電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射される。
【００７２】
したがって、電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射されたレーザ光は、ｘ軸方向に関しては、発散しにくくなっている。この結果、電気光学結晶２８のレーザ光光路に沿った長手方向の長さＬが十分長い場合であっても、ｘ軸−ｚ軸平面に平行な結晶面からレーザ光が漏れる恐れがなくなる。
【００７３】
これに対して、電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射されたレーザ光は、ｙ軸方向に関しては、入射面２８ａ上において集束されているため、その入射面２８ａを境に発散する。しかしながら、本構成においては、図６（ａ）に示すように、電気光学結晶２８の信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向とｙ軸方向とが一致しているため、そのｙ軸方向に関して発散したレーザ光は、電気光学結晶２８内において、信号電極３０およびグランド電極３２に対して反射されながら伝播する。
【００７４】
この結果、電気光学結晶２８内に入射されたレーザ光は、その電気光学結晶２８内に閉じ込められた状態で伝播する。
【００７５】
このようにして、電気光学結晶２８内において、レーザ光は、図５に示すように、短軸方向の長さが電気光学結晶２８における厚さｔよりも小さい極薄の楕円ビームパターンを有するレーザ光として、電気光学結晶２８内に閉じ込められた状態で、電気光学結晶２８内をその長手方向Ｌに沿って伝播する。
【００７６】
このとき、電気光学結晶２８における信号電極３０およびグランド電極３２間の電位差として電気光学結晶２８に印加されている電界により、電気光学結晶２８の屈折率がその印加電界強度に比例して変化しているため、円偏光状態のレーザ光は、楕円偏光に変調されて、電気光学結晶２８内をその長手方向Ｌに沿って伝播する
このとき、本実施形態の構成によれば、電気光学結晶２８の長手方向の長さＬを十分長くしているため、レーザ光を、電気光学結晶２８内において長距離に亘って伝播させることができ、電気光学結晶２８によるレーザ光の変調効率を大幅に向上させることができる。
【００７７】
そして、電気光学結晶２８の出射面２８ｂから出射されたレーザ光は、ｙ軸方向に関しては、図６（ａ）に示すように、発散した状態で第２のシリンドリカルレンズ４１ｂに入射され、この第２のシリンドリカルレンズ４１ｂを介して平行なレーザ光に戻される。また、電気光学結晶２８のｘ軸方向に関しては、第２のシリンドリカルレンズ４１ｂを通過したレーザ光は、平行光状態で伝播する。
【００７８】
このようにして、第２のシリンドリカルレンズ４１ｂを介して伝播する平行レーザ光は、検出部３４に入射される。
【００７９】
検出部３４に入射されたレーザ光は、偏光検出光学系を介して光検出器に入射されることにより、光強度変化を表す電気信号として検出される。
【００８０】
このとき、本実施形態では、電気光学結晶２８内を進むレーザ光の変調効率が向上されているため、検出部３４により検出されるレーザ光の強度変化に対応する電気信号も増大する。この結果、トランシーバ１の受信部２０における受信感度を増大させることができる。
【００８１】
このようにして検出された電気信号は、信号処理回路２２に送信されて増幅処理等の信号処理が施され、さらに波形整形回路２３を介して波形整形された後、Ｉ／Ｏ回路３を介してコンピュータ２に送信される。
【００８２】
この結果、図示しないトランシーバから誘起された電界に基づく情報をトランシーバ１を介してコンピュータ２に送信することができる。
【００８３】
以上述べたように、本実施形態によれば、電気光学結晶２８のレーザ光入射側および出射側に対して、信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向（ｙ軸方向）に沿った第１の断面Ｓ１の方向にのみ曲率を有する第１のシリンドリカルレンズ４１ａおよび第２のシリンドリカルレンズ４１ｂをそれぞれ介在させている。
【００８４】
このため、電気光学結晶２８におけるｙ軸方向に関しては、信号電極３０およびグランド電極３２の反射作用により、電気光学結晶２８内に閉じ込められた状態で、かつｙ軸方向に直交するｘ軸方向に関しては、発散しにくい状態で、レーザ光を伝播させることができる。
【００８５】
この結果、電気光学結晶２８のレーザ光光路方向に沿った長手方向の長さＬを十分に長くしても、レーザ光が電気光学結晶２８内から漏れる恐れがなくなるため、レーザ光を電気光学結晶２８内において長距離Ｌに亘って伝播させることができる。したがって、電気光学結晶２８によるレーザ光の変調効率を大幅に向上させることができ、トランシーバ１の受信部２０における受信感度を増大させることができる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部２１Ａにおける電気光学結晶部分の概略構成を示す斜視図である。なお、本実施形態において、トランシーバの電界検出光学部２１Ａにおける電気光学結晶部分以外の構成要素については、第１の実施の形態で説明したトランシーバ１および電界検出光学部２１の構成要素と略同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００８７】
図７に示すように、電界検出光学部２１Ａは、電気光学結晶２８の第１の外側面２８ｃおよび２８ｄ上にそれぞれ積層された屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する誘電体層５０を備えており、この誘電体層５０により電気光学結晶２８の第１の外側面２８ｃおよび２８ｄがそれぞれ被覆されている。
【００８８】
そして、この電気光学結晶２８の第１の外側面２８ｃおよび２８ｄ上にそれぞれ被覆された誘電体層５０上に、信号電極３０およびグランド電極３２がそれぞれ取り付けられている。
【００８９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００９０】
第１実施形態と同様に、第１のシリンドリカルレンズ４１ａは、その中心軸ＡＸに直交する横断面が略楕円形状を有する円柱形状を有し、その中心軸ＡＸの方向がｘ軸に平行となり、かつ中心軸ＡＸの中心Ｏがレーザ光の光軸と同軸となるように、電気光学結晶２８の入射面２８ａに対して対向配置（アライメント）されているため、その第１のシリンドリカルレンズ４１ａに入射されたレーザ光は、図８（ａ）に示すように、ｙ軸方向、すなわち、電気光学結晶２８の信号電極３０およびグランド電極３２の対向方向に関しては、電気光学結晶２８の厚さｔよりも小さくなる程度に十分絞られた状態で電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射される。
【００９１】
一方、電気光学結晶２８のｘ軸方向に関しては、第１のシリンドリカルレンズ４１ａを通過したレーザ光は、図８（ｂ）に示すように、ほとんど絞られることなく、すなわち、十分に発散した平行光状態で電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射される。
【００９２】
したがって、電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射されたレーザ光は、ｘ軸方向に関しては、発散しにくくなっている。この結果、電気光学結晶２８のレーザ光光路に沿った長手方向の長さＬが十分長い場合であっても、ｘ軸−ｚ軸平面に平行な結晶面からレーザ光が漏れる恐れがなくなる。
【００９３】
これに対して、電気光学結晶２８の入射面２８ａに入射されたレーザ光は、ｙ軸方向に関しては、入射面２８ａ上において集束されているため、その入射面２８ａを境に発散する。しかしながら、本構成においては、図８（ａ）に示すように、電気光学結晶２８の屈折率ｎ１が、その電気光学結晶２８の第１および第２の外側面２８ｃおよび２８ｄを被覆する誘電体層５０の屈折率ｎ２よりも大きいため、そのｙ軸方向に関して発散したレーザ光は、電気光学結晶２８内において、誘電体層５０の電気光学結晶２８に対する境界面において全反射しながら伝播する。
【００９４】
この結果、本実施形態においても、電気光学結晶２８内に入射されたレーザ光は、その電気光学結晶２８内に閉じ込められた状態で伝播する。
【００９５】
このようにして、電気光学結晶２８内において、レーザ光は、図９に示すように、短軸方向の長さが電気光学結晶２８における厚さｔよりも小さい極薄の楕円ビームパターンを有するレーザ光として、電気光学結晶２８内に閉じ込められた状態で、電気光学結晶２８内をその長手方向Ｌに沿って伝播する。
【００９６】
このとき、本実施形態の構成においても、電気光学結晶２８の長手方向の長さＬを十分長くしているため、レーザ光を、電気光学結晶２８内において長距離に亘って伝播させることができ、第１実施形態と同様に、電気光学結晶２８によるレーザ光の変調効率を大幅に向上させることができる。
【００９７】
なお、第１および第２の実施の形態においては、電気光学結晶２８を略直方体形状に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光が入射される入射面、レーザ光が出射される出射面および入射面から延在して出射面に繋がる外側面をそれぞれ有する電気光学結晶であれば、例えば、円筒形状等、様々な形状に形成することが可能である。
【００９８】
また、誘電体層も、電気光学結晶における、少なくともレーザ光が入射される入射面から延在して出射面に繋がる外側面を覆うことができる構成であれば、上記電気光学結晶２８の形状に適合する形状に形成することが可能である。
【００９９】
さらに、第１および第２の実施の形態においては、レーザ光を波長板により円偏光に変換して電気光学結晶に対して入射したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、直線偏光状態の検出光を電気光学結晶に入射させてもよく、また、電気光学結晶の結晶軸に対して４５°の角度で直線偏光を入射させてもよい。この直線偏光入射タイプの場合、電気光学結晶から出射されたレーザ光を波長板を介して円偏光に変換した後に偏光検出光学系に入射させることが必要である。
【０１００】
そして、本実施形態においては、送信および受信機能を有するトランシーバについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信機能のみを有する一方向型のトランシーバに対しても適用可能である。
【０１０１】
さらに、本実施形態では、送信側信号電極および受信側信号電極を異なるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、送信側信号電極および受信側信号電極を一体化してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界検出光学装置およびトランシーバによれば、検出光出力手段および電気光学結晶部材の入射面間に、前記検出光を前記第１および第２の電極の対向方向に関して集束させて前記電気光学結晶部材の入射面に入射させる第１のシリンドリカルレンズを介在させ、さらに、前記電気光学結晶部材の出射面から離間し、かつ前記検出光の光路上に、当該電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズを配置している。
【０１０３】
このため、電気光学結晶部材の入射面を介してその電気光学結晶部材内に入射された検出光は、その電気光学結晶部材における第１および第２の電極の対向方向に関しては、第１の電極および第２の電極の反射作用により、電気光学結晶部材内に閉じ込められた状態で伝播し、一方、上記対向方向に直交し、かつ上記検出光光路方向に直交する方向に関しては、発散しにくい状態で伝播する。
【０１０４】
この結果、電気光学結晶部材の検出光光路方向に沿った長手方向の長さを十分に長くしても、検出光が電気光学結晶部材内から漏れる恐れがなくなるため、検出光を電気光学結晶部材内において長距離に亘って伝播させることができる。したがって、電気光学結晶部材による検出光の変調効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトランシーバの概略構成を示す図。
【図２】図１に示す電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図３】図２に示す電界検出光学部における電気光学結晶部分の概略構成を示す斜視図。
【図４】図２に示す第１のシリンドリカルレンズの概略構成を示す斜視図。
【図５】図２に示す電気光学結晶のｘ軸−ｙ軸平面に沿った断面図。
【図６】（ａ）は、図２に示す電気光学結晶、第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリンドリカルレンズをｘ軸方向側から見た図、（ｂ）は、図２に示す電気光学結晶、第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリンドリカルレンズをｙ軸方向側から見た図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わる電界検出光学部における電気光学結晶部分の概略構成を示す斜視図。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係わる電気光学結晶、第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリンドリカルレンズをｘ軸方向側から見た図、（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係わる電気光学結晶、第１のシリンドリカルレンズおよび第２のシリンドリカルレンズをｙ軸方向側から見た図。
【図９】図７および図８に示す電気光学結晶のｘ軸−ｙ軸平面に沿った断面図。
【図１０】トランシーバに搭載された、生体内に誘起された受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出する電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図１１】（ａ）は、図１０に示す電界検出光学部の電気光学結晶部分の概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、図１１（ａ）に示す電界検出光学部の電気光学結晶部分におけるｘ軸−ｙ軸平面に沿った断面図。
【図１２】図１０において、電気光学結晶の検出光入射側および出射側に第１および第２のレンズおよびをそれぞれ配置した構成を示す図。
【符号の説明】
１トランシーバ
２コンピュータ
３Ｉ／Ｏ回路
４送信部
５信号発生器
６グランド線
７グランド電極
９信号線
１０送信側信号電極
１１絶縁体
１２生体
１５絶縁体
１６受信側信号電極
１７信号線
２０受信部
２１、２１Ａ電界検出光学部
２２信号処理回路
２３波形整形回路
２５検出光出力部
２６コリメートレンズ
２７波長板
２８電気光学結晶部材
２８ａ入射面
２８ｂ出射面
２８ｃ第１の外側面
２８ｄ第２の外側面
３０信号電極
３２グランド電極
４１ａ第１のシリンドリカルレンズ
４１ｂ第２のシリンドリカルレンズ
５０誘電体層

Claims

入射された電界検出用の検出光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置であって、
前記検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、
前記検出光の光路上に配置され、当該検出光が入射される入射面および前記検出光が出射される出射面をそれぞれ有する電気光学結晶部材と、
前記電気光学結晶部材に前記検出光の光路を挟んで対向するようにそれぞれ取り付けられた前記電界検出用の第１および第２の電極と、
前記検出光出力手段および前記電気光学結晶部材の入射面間に介在されており、前記検出光を前記第１および第２の電極の対向方向に関して集束させて前記電気光学結晶部材の入射面に入射させる第１のシリンドリカルレンズと、
前記電気光学結晶部材の出射面から離間し、かつ前記検出光の光路上に配置されており、当該電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズと、
を備えたことを特徴とする電界検出光学装置。
前記電気光学結晶部材は、第１の屈折率および前記入射面から延在して前記出射面に繋がる外側面部をそれぞれ有しており、
前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有し、前記電気光学結晶部材における少なくとも前記外側面部を被覆する被覆部材をさらに備え、
前記第１および第２の電極は、前記電気光学結晶部材の外側面部に前記被覆部材を介して互いに対向するようにそれぞれ取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の電界検出光学装置。
前記第１のシリンドリカルレンズの曲率は、当該第１のシリンドリカルレンズに入射された検出光を前記電気光学結晶部材の入射面に集光できる値に設定されており、前記第２のシリンドリカルレンズの曲率は、前記電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を前記平行光にする値に設定された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。
前記第１のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の入射面に対向するように配置され、前記第２のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の出射面に対向するように配置されており、当該第１および第２のシリンドリカルレンズそれぞれの中心軸の長さは、前記電気光学結晶部材の入射面および出射面における前記第１および第２の電極の対向方向に直交する方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項記載の電界検出光学装置。
電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行うトランシーバであって、
前記電界伝達媒体に当接あるいは近接して取り付け可能であり、前記電界伝達用媒体に誘起された電界を受信する受信用電極と、
前記電界検出用検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、
前記検出光の光路上に配置され、当該検出光が入射される入射面および前記検出光が出射される出射面をそれぞれ有する電気光学結晶部材と、
前記電気光学結晶部材に前記検出光の光路を挟んで対向するようにそれぞれ取り付けられ、どちらか一方が前記受信用電極に接続された前記電界検出用の第１および第２の電極を有し、前記受信用電極により受信された電界を、前記第１および第２の電極間の電位差として前記電気光学結晶に印加する印加手段と、
前記検出光出力手段および前記電気光学結晶部材の入射面間に介在されており、前記検出光を前記第１および第２の電極の対向方向に関して集束させて前記電気光学結晶部材の入射面に入射させる第１のシリンドリカルレンズと、
前記電気光学結晶部材の出射面から離間し、かつ前記検出光の光路上に配置されており、
当該電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を平行光として出射する第２のシリンドリカルレンズと、
を備えたことを特徴とするトランシーバ。
前記電気光学結晶部材は、第１の屈折率および前記入射面から延在して前記出射面に繋がる外側面部をそれぞれ有しており、
前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有し、前記電気光学結晶部材における少なくとも前記外側面部を被覆する被覆部材をさらに備え、
前記第１および第２の電極は、前記電気光学結晶部材の外側面部に前記被覆部材を介して互いに対向するようにそれぞれ取り付けられたことを特徴とする請求項５記載のトランシーバ。
前記第１のシリンドリカルレンズの曲率は、当該第１のシリンドリカルレンズに入射された検出光を前記電気光学結晶部材の入射面に集光できる値に設定されており、前記第２のシリンドリカルレンズの曲率は、前記電気光学結晶部材の出射面から出射された検出光を前記平行光にする値に設定されたことを特徴とする請求項５または６記載のトランシーバ。
前記第１のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の入射面に対向するように配置され、前記第２のシリンドリカルレンズは、その中心軸が前記電気光学結晶部材の出射面に対向するように配置されており、当該第１および第２のシリンドリカルレンズそれぞれの中心軸の長さは、前記電気光学結晶部材の入射面および出射面における前記第１および第２の電極の対向方向に直交する方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項５乃至７の内の何れか１項記載のトランシーバ。