JP2004354331A - Electrical field sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学(Electro−Optic: EO)結晶を利用して、電界伝達媒体を伝送されてくる電界を検知する電界センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気光学結晶を利用した電界センサの感度は、電気光学結晶を挟むように電気光学結晶の側面に設けられた一対の電極間に印加される電圧に比例する。
【0003】
図3は、このような電界センサを、送信器から人体に電界として送出されたデータ信号を検知すべく適用された受信端末器100の構成を示す図である。同図において、送信器3を構成するデータ信号発生器31の信号電極33から出力されるデータ信号は、送信電極41を介して電界伝達媒体である人体5に電界として誘起され人体5内を伝播して受信電極43で受信される。
【0004】
受信電極43で受信された電界は、電気光学結晶11の一方の側面に設けられている第1電極12を介して電気光学結晶11に結合され、電気光学結晶11の他方の側面に設けられている第2電極14に引き込まれる。電気光学結晶11は、第1電極12を介して電界を結合されると、その電界強度によって光学特性である複屈折率が変化する。
【0005】
一方、電気光学結晶11は、レーザ光源13から出力され、第1光学系15によって平行光にされるとともにその偏光状態を調整されたレーザ光を第1、第2電極12、14間から入射されるが、この入射されたレーザ光の偏光を上述したように第1電極12を介して結合される電界の強度に応じて変化させる。このように電界強度に応じて偏光変化を受けたレーザ光は、電気光学結晶11から出射して第2光学系17に入射される。第2光学系17は、電気光学結晶11から入射されるレーザ光の偏光変化を光の強度変化に変換して光検出器19に供給する。光検出器19は、第2光学系17からの光出力を電気信号に変換し、電界検知信号として出力する。なお、レーザ光源13および光検出器19は、第1電源回路21から電圧を供給されて作動し、第1電源回路21のグランドは受信端末器100の回路グランド23に接続されている。
【0006】
【特許文献1】
特願2001−295139号公報
【0007】
【特許文献2】
特願2001−295121号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
電界センサの感度は電極間に印加される電圧に比例するため、電極間の電圧が充分高いことが望ましいものであるが、上述したように、電気光学結晶11の第1電極12は受信電極43、人体5、送信電極41を介して送信器3の信号電極33に接続されているのに対して、電気光学結晶11の第2電極14は送信器3のグランド電極35に接続されず、また受信端末器100の回路グランド23の絶対的な電位は現実には大きく変動していて、雑音となるため、電気光学結晶11の第2電極14は受信端末器100の回路グランド23からも絶縁されていて、電気光学結晶11の電極間に印加される電圧は一般に微小となり、電界センサの感度は不十分であるという問題がある。
【0009】
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、電気光学結晶の電極間に印加される電圧を増幅して、充分な電圧を電気光学結晶の電極間に印加し、感度を増大した電界センサを提供することにある。
【0010】
【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、電気光学結晶を用いて、電界伝達媒体を伝送されてくる電界を検知する電界センサであって、電界伝達媒体を伝送されてくる電界を受信する受信電極と、前記電気光学結晶を挟むように前記電気光学結晶の側面に設けられた一対の電極と、単一波長の光を発生する光源と、この光源からの光を平行光にして、前記電気光学結晶の前記電極間に入射する第1光学系と、この第1の光学系から入射され電気光学結晶を通過した平行光を光の強度変化に変換する第2光学系と、この第2光学系からの光出力を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記受信電極で受信した電界を増幅し、前記電気光学結晶の前記電極間に印加する増幅器とを有することを要旨とする。
【0011】
請求項1記載の本発明にあっては、受信電極で受信した電界を増幅器で増幅して、電気光学結晶の電極間に印加するため、電気光学結晶の電極間には増幅された充分に大きな電圧が印加され、電界センサとしての感度を著しく向上することができる。
【0012】
また、請求項2記載の本発明は、請求項1記載の発明において、前記光源および光電気変換手段に作動電力を供給する第1電源回路と、前記第1電源回路の回路グランドに対して絶縁されていて、前記増幅器に作動電力を供給する第2電源回路とを有することを要旨とする。
【0013】
請求項2記載の本発明にあっては、増幅器に作動電力を供給する第2電源回路は、第1電源回路の回路グランドに対して絶縁されているため、増幅器は回路グランドの変動により影響されることなく、受信電極からの電界を増幅することができる。
【0014】
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、前記電気光学結晶の側面が、対向する一対の側面であり、前記電極が、前記一対の側面のそれぞれに設けられた一対の電極であることを要旨とする。
【0015】
請求項4記載の本発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、前記受信電極と増幅器の入力との間に接続され、受信電極で受信した電界において所定の低い周波数成分を除去し、所定の高い周波数のみを通過させて前記増幅器に供給するハイパスフィルタを有することを要旨とする。
【0016】
請求項4記載の本発明にあっては、ハイパスフィルタにより所定の低い周波数成分を除去し、所定の高い周波数のみを増幅器に入力するため、人体の電位変動による雑音が増幅器の入力に混入することを防止し、増幅器からは正常な有効信号のみが出力される。
【0017】
また、請求項5記載の本発明は、請求項4記載の発明において、前記ハイパスフィルタが、コンデンサで構成されることを要旨とする。
【0018】
【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わる電界センサを適用した受信端末器の構成を送信器とともに示す図である。同図に示す実施形態は、図3で示した従来の回路構成において電気光学結晶11の側面に設けられた第1、第2電極12、14に増幅器25を接続するとともに、この増幅器25に作動電力を供給する第2電源回路27を追加した点が異なるのみであり、その他の構成および作用は図3と同じであって、同じ構成要素には同じ符号を付している。なお、電気光学結晶11、増幅器25および第2電源回路27からなる構成を電界処理部20と称し、この電界処理部20を含む受信端末器の全体を符号1で示す。
【0019】
増幅器25は、演算増幅器で構成され、「+」記号で示す非反転入力端子が受信電極43に接続され、この受信電極43で人体5から受信した電界に相当する電圧を供給されるようになっている。また、増幅器25の出力端子は第1電極12に接続され、「−」記号で示す反転入力端子は第2電極14に接続されている。
【0020】
また、増幅器25に作動電力を供給する第2電源回路27は、第1電源回路21および受信端末器1の回路グランド23から絶縁されている。
【0021】
以上のように構成される本実施形態においては、送信器3から信号電極33を介して送出されるデータ信号は、送信電極41、人体5を介して受信電極43で受信され、受信電極43から増幅器25に供給されて増幅され、充分に大きな電圧として第1、第2電極12、14を介して電気光学結晶11に印加され、電界センサとしての感度を著しく向上することができる。更に詳しくは、レーザ光源13から第1光学系15を介して電気光学結晶11に入射されるレーザ光は、第1、第2電極12、14を介して電気光学結晶11に印加される充分大きな電圧によって大きな偏光変化を受け、第2光学系17で光の強度変化に変換され、光検出器19で大きな電気信号に変換され、充分な電界検知信号として出力される。
【0022】
なお、第1光学系15は、レーザ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レーザ光の偏光状態を調整する波長板とから構成され、第2光学系17は、電気光学結晶11から入射されるレーザ光をP波とS波に分離し、光の強度変化に変換する偏光ビームスプリッタとから構成され、また光検出器19は、フォトダイオードから構成されている。
【0023】
図2は、本発明の他の実施形態に係わる電界センサを適用した図1と同様な受信端末器1に使用されている電界処理部20aを示す図である。
【0024】
この図2に示す実施形態の電界処理部20aは、図1の電界処理部20に相当するものであって、図1において電界処理部20の代わりに受信端末器1に設けられるものであるが、図1の電界処理部20に対して新たなハイパスフィルタを構成するコンデンサ29が増幅器25の「+」記号で示す非反転入力端子に接続されている点が異なるものであり、その他の構成および作用は図1と同じである。
【0025】
なお、図2の実施形態の電界処理部20aは、電気光学結晶11、第1、第2電極12、14、増幅器25、コンデンサ29、第2電源回路27から構成されるが、電気光学結晶11に対しては図1と同様にレーザ光源13、第1光学系15、第2光学系17、光検出器19が接続され、また増幅器25の「+」記号で示す非反転入力端子はコンデンサ29を介して受信電極43に接続され、受信電極43から更に人体5、送信電極41を介して送信器3の信号電極33に接続されているものである。
【0026】
このように増幅器25の非反転入力端子は、コンデンサ29、受信電極43を介して人体5に接続されているが、人体5は一般に電位がゆっくりと変動していると言われており、この変動による雑音が増幅器25の入力に混入されることを防止するために、コンデンサ29をハイパスフィルタとして増幅器25の入力に接続している。従って、人体5のゆっくりと変動する電位による雑音は、コンデンサ29で除去されて増幅器25には入力されず、送信器3からの高い周波数の有効なデータ信号のみがコンデンサ29を通過して増幅器25に入力され、増幅器25からは雑音の混入しない正常な信号のみが出力される。
【0027】
なお、人体5の電位変動の周波数成分は1kHz以下であると予想され、送信器3から出力されるデータ信号は一般に広い周波数成分を有するも、実際には100kHz以上の信号成分を検出すれば通信が成立することが多いと考えて、コンデンサ29による遮断周波数fcの上限を100kHz程度と考えると、コンデンサ29は1μF以上の容量のものであればよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信電極で受信した電界を増幅器で増幅して、電気光学結晶の電極間に印加するので、電気光学結晶の電極間には増幅された充分に大きな電圧が印加され、電界センサとしての感度を著しく向上することができる。
【0029】
また、本発明によれば、増幅器に作動電力を供給する第2電源回路は、第1電源回路の回路グランドに対して絶縁されているので、増幅器は回路グランドの変動により影響されることなく、受信電極からの電界を増幅することができる。
【0030】
更に、本発明によれば、ハイパスフィルタにより所定の低い周波数成分を除去し、所定の高い周波数のみを増幅器に入力するので、人体の電位変動による雑音が増幅器の入力に混入することが防止され、増幅器からは正常な有効信号のみが出力される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる電界センサを適用した受信端末器の構成を送信器とともに示す図である。
【図2】本発明の他の実施形態に係わる電界センサを適用した図1と同様な受信端末器に使用されている電界処理部を示す図である。
【図3】従来の電界センサを適用した受信端末器の構成を送信器とともに示す図である。
【符号の説明】
1 受信端末器
3 送信器
5 人体
11 電気光学結晶
13 レーザ光源
15 第1光学系
17 第2光学系
19 光検出器
21 第1電源回路
23 回路グランド
25 増幅器
27 第2電源回路
29 コンデンサ
43 受信電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric field sensor that detects an electric field transmitted through an electric field transmission medium using an electro-optic (EO) crystal.
[0002]
[Prior art]
The sensitivity of an electric field sensor using an electro-optic crystal is proportional to the voltage applied between a pair of electrodes provided on the side surface of the electro-optic crystal so as to sandwich the electro-optic crystal.
[0003]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a
[0004]
The electric field received by the receiving electrode 43 is coupled to the electro-
[0005]
On the other hand, the electro-
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2001-295139
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2001-295121
[Problems to be solved by the invention]
Since the sensitivity of the electric field sensor is proportional to the voltage applied between the electrodes, it is desirable that the voltage between the electrodes is sufficiently high. However, as described above, the first electrode 12 of the electro-
[0009]
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to amplify a voltage applied between electrodes of an electro-optic crystal and apply a sufficient voltage between the electrodes of the electro-optic crystal, An object of the present invention is to provide an electric field sensor with increased sensitivity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an electric field sensor for detecting an electric field transmitted through an electric field transmission medium using an electro-optic crystal, wherein the electric field transmitted through the electric field transmission medium is used. And a pair of electrodes provided on the side surface of the electro-optic crystal so as to sandwich the electro-optic crystal, a light source that generates light of a single wavelength, and convert the light from the light source into parallel light. A first optical system that enters between the electrodes of the electro-optic crystal, and a second optical system that converts parallel light that enters from the first optical system and passes through the electro-optic crystal into a change in light intensity; A gist comprising: a photoelectric conversion means for converting a light output from the second optical system into an electric signal; and an amplifier for amplifying an electric field received by the reception electrode and applying the electric field between the electrodes of the electro-optic crystal. And
[0011]
According to the present invention, since the electric field received by the receiving electrode is amplified by the amplifier and applied between the electrodes of the electro-optic crystal, the amplified electric field is sufficiently large between the electrodes of the electro-optic crystal. When a voltage is applied, the sensitivity as an electric field sensor can be significantly improved.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a first power supply circuit for supplying operating power to the light source and the photoelectric conversion means and a circuit ground of the first power supply circuit are insulated. And a second power supply circuit for supplying operating power to the amplifier.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, since the second power supply circuit for supplying the operating power to the amplifier is insulated from the circuit ground of the first power supply circuit, the amplifier is affected by the fluctuation of the circuit ground. Without this, the electric field from the receiving electrode can be amplified.
[0014]
Further, according to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, a side surface of the electro-optic crystal is a pair of opposed side surfaces, and the electrodes are provided on each of the pair of side surfaces. The gist of the present invention is a pair of electrodes.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a signal having a predetermined low frequency in an electric field received at the receiving electrode is connected between the receiving electrode and an input of an amplifier. The gist of the present invention is to have a high-pass filter that removes a component and passes only a predetermined high frequency to supply the high-pass filter to the amplifier.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, since a predetermined low frequency component is removed by a high-pass filter and only a predetermined high frequency is input to the amplifier, noise caused by potential fluctuation of the human body is mixed into the input of the amplifier. And only a normal valid signal is output from the amplifier.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the high-pass filter includes a capacitor.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a receiving terminal to which an electric field sensor according to an embodiment of the present invention is applied, together with a transmitter. In the embodiment shown in the figure, an amplifier 25 is connected to the first and second electrodes 12 and 14 provided on the side surfaces of the electro-
[0019]
The amplifier 25 is composed of an operational amplifier, has a non-inverting input terminal indicated by a “+” sign connected to the receiving electrode 43, and is supplied with a voltage corresponding to an electric field received from the human body 5 at the receiving electrode 43. ing. The output terminal of the amplifier 25 is connected to the first electrode 12, and the inverting input terminal indicated by the “−” symbol is connected to the second electrode 14.
[0020]
The second
[0021]
In the present embodiment configured as described above, the data signal transmitted from the transmitter 3 via the signal electrode 33 is received by the reception electrode 43 via the transmission electrode 41 and the human body 5, The voltage is supplied to the amplifier 25, amplified, and applied as a sufficiently large voltage to the electro-
[0022]
The first
[0023]
FIG. 2 is a diagram showing an electric
[0024]
The electric
[0025]
The electric
[0026]
As described above, the non-inverting input terminal of the amplifier 25 is connected to the human body 5 via the capacitor 29 and the receiving electrode 43. It is generally said that the human body 5 has a slowly changing potential. The capacitor 29 is connected to the input of the amplifier 25 as a high-pass filter in order to prevent noise due to the noise from being mixed into the input of the amplifier 25. Therefore, noise due to the slowly varying potential of the human body 5 is removed by the capacitor 29 and is not input to the amplifier 25, and only a valid data signal of a high frequency from the transmitter 3 passes through the capacitor 29 and passes through the amplifier 25. , And the amplifier 25 outputs only a normal signal without noise.
[0027]
The frequency component of the potential fluctuation of the human body 5 is expected to be 1 kHz or less, and the data signal output from the transmitter 3 generally has a wide frequency component. In many cases, the upper limit of the cutoff frequency fc of the capacitor 29 is about 100 kHz, and the capacitor 29 may have a capacitance of 1 μF or more.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the electric field received by the receiving electrode is amplified by the amplifier and applied between the electrodes of the electro-optic crystal. When a voltage is applied, the sensitivity as an electric field sensor can be significantly improved.
[0029]
Further, according to the present invention, since the second power supply circuit that supplies the operating power to the amplifier is insulated from the circuit ground of the first power supply circuit, the amplifier is not affected by the fluctuation of the circuit ground, The electric field from the receiving electrode can be amplified.
[0030]
Furthermore, according to the present invention, a predetermined low frequency component is removed by a high-pass filter, and only a predetermined high frequency is input to the amplifier, so that noise due to fluctuations in human body potential is prevented from being mixed into the input of the amplifier. Only a normal valid signal is output from the amplifier.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a receiving terminal to which an electric field sensor according to an embodiment of the present invention is applied, together with a transmitter.
FIG. 2 is a diagram showing an electric field processing unit used in a receiving terminal similar to FIG. 1 to which an electric field sensor according to another embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a receiving terminal to which a conventional electric field sensor is applied, together with a transmitter.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 receiving terminal 3 transmitter 5
Claims (5)
電界伝達媒体を伝送されてくる電界を受信する受信電極と、
前記電気光学結晶を挟むように前記電気光学結晶の側面に設けられた一対の電極と、
単一波長の光を発生する光源と、
この光源からの光を平行光にして、前記電気光学結晶の前記電極間に入射する第1光学系と、
この第1の光学系から入射され電気光学結晶を通過した平行光を光の強度変化に変換する第2光学系と、
この第2光学系からの光出力を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記受信電極で受信した電界を増幅し、前記電気光学結晶の前記電極間に印加する増幅器と
を有することを特徴とする電界センサ。An electric field sensor for detecting an electric field transmitted through an electric field transmission medium using an electro-optic crystal,
A receiving electrode for receiving an electric field transmitted through the electric field transmission medium,
A pair of electrodes provided on side surfaces of the electro-optic crystal so as to sandwich the electro-optic crystal,
A light source that emits light of a single wavelength,
A first optical system that converts light from the light source into parallel light and enters between the electrodes of the electro-optic crystal;
A second optical system that converts parallel light incident from the first optical system and passing through the electro-optic crystal into a change in light intensity;
Photoelectric conversion means for converting the light output from the second optical system into an electric signal;
An electric field sensor comprising: an amplifier that amplifies an electric field received by the receiving electrode and applies the electric field between the electrodes of the electro-optic crystal.
前記第1電源回路の回路グランドに対して絶縁されていて、前記増幅器に作動電力を供給する第2電源回路と
を有することを特徴とする請求項1記載の電界センサ。A first power supply circuit for supplying operating power to the light source and the photoelectric conversion means;
The electric field sensor according to claim 1, further comprising: a second power supply circuit that is insulated from a circuit ground of the first power supply circuit and supplies operating power to the amplifier.
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