JP2005005776A - 受信回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流である搬送波を変調してなる入力信号が電気光学素子に印加されたときの電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路の受信感度アップを図る。
【解決手段】本発明の受信回路の入力段においては、電気光学素子（ＥＯ）に直列接続された誘導性リアクタンスＸＬを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と誘導性リアクタンスＸＬとで構成される共振回路に入力信号ＶＳｉｇを印加させるので、電気光学素子（ＥＯ）に印加される信号が高まり、その結果、受信感度がアップする。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の受信回路の入力段においては、電気光学素子（ＥＯ）に直列接続された誘導性リアクタンスＸＬを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と誘導性リアクタンスＸＬとで構成される共振回路に入力信号ＶＳｉｇを印加させるので、電気光学素子（ＥＯ）に印加される信号が高まり、その結果、受信感度がアップする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が電気光学素子に印加されたときの電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、衣服のように人体に着けて、操作及び使用することができるという新しい概念のコンピュータが注目されている。このコンピュータは、ウェアラブルコンピュータ（Ｗｅａｒａｂｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）と呼ばれ、携帯端末の小型化および高性能化により実現が可能となった。
【０００３】
また、複数のウェアラブルコンピュータ間のデータ通信を人間の腕、肩、胴体等の人体（生体）を介して行う技術の研究も進んでおり、この技術は既に特許文献等で提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１６は、このような人体を介して複数のウェアラブルコンピュータ間通信を行う場合のイメージ図を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１は、これに当接されたトランシーバ３’とにより一組を構成しており、他のウェアラブルコンピュータ１とトランシーバ３’の組に対して、人体を介することによりデータ通信を行うことができる。また、ウェアラブルコンピュータ１は、人体に装着しているウェアラブルコンピュータ１以外のＰＣ（パーソナルコンピュータ）５と壁等に設置されているトランシーバ３’ａの組や、このＰＣ５と床等に設置されているトランシーバ３’ｂの組とのデータ通信もそれぞれ可能である。但し、この場合のＰＣ５は、ウェアラブルコンピュータ１とトランシーバ３’のように互いに当接されておらず、ケーブル４を介してトランシーバ３’ａ，３’ｂと接続されている。また、人体を介して行うデータ通信に関しては、レーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法による信号検出技術を利用し、送信すべき情報（データ）に基づく電界を電界伝達媒体である人体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行っている。この人体を介したデータ通信の技術については、図１７及び図１８を用いて、更に詳しく説明する。
【０００４】
図１７は、人体（生体１００）を介したデータ通信を行うために用いるトランシーバ３’の全体構成図である。また、図１８は、トランシーバ３’内の電界検出光学部１１０の詳細な構成を示した構成図である。
【０００５】
図１７に示すように、トランシーバ３’は、送信電極１０５および受信電極１１１がそれぞれ絶縁膜１０７，１０９を介して生体１００に接触した状態で使用される。そして、トランシーバ３’は、図１７に示すように、ウェアラブルコンピュータ１から供給されたデータをＩ／Ｏ（入出力）回路１０１を介して受信し、送信部１０３に送信する。送信部１０３では、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の他の部位に装着されている別のトランシーバ３’に伝達させる。
【０００６】
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３’から生体１００に誘起し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で電気光学結晶に結合（印加）して電気信号に変換してから信号処理回路１１５に送信する。信号処理回路１１５では、送信されてきた電気信号の増幅及び雑音除去等の信号処理を行った後、波形整形回路１１７に送信する。波形整形回路１１７では、送信されてきた電気信号の波形整形を施し、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給する。
【０００７】
例えば、図１６に示すように、右腕に装着したウェアラブルコンピュータ１は、トランシーバ３’により送信データに係る電気信号を電界として電界伝達媒体である生体１００に誘起させ、波線で示すように電界として生体１００の他の部位に伝達する。一方、左腕に装着したウェアラブルコンピュータ１では、生体１００から伝達されてくる電界をトランシーバ３’により電気信号に戻してから、受信データとして受信することができる。
【０００８】
また、トランシーバ３’により電気信号に戻す処理は、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電界検出光学部１１０によって行う。この電界検出光学部１１０は、図１８に示すように、電流源１１９、レーザダイオード１２１、電気光学素子（電気光学結晶）１２３、第１及び第２波長板１３５，１３７、偏光ビームスプリッタ１３９、複数のレンズ１３３，１４１ａ，ｂ、フォトダイオード１４３ａ，ｂ、並びにグランド電極１３１により構成されている。尚、信号電極１２９は、図１７に示すような形態のトランシーバ３’においては、受信電極１１１に相当するものである。
【０００９】
このうち、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を変化させるように構成されている。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電極１２５と第２電極１２７が設けられている。この第１電極１２５および第２電極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ことができる。
【００１０】
また、電界検出光学部１１０は、第１電極１２５を介して信号電極１２９（受信電極１１１）に接続されている。第１電極１２５に対向する第２電極１２７は、グランド電極１３１に接続されており、第１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。そして、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電極１２５に伝達し、第１電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合することができる。
【００１１】
一方、電流源１１９の電流制御によりレーザダイオード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に入射されたレーザ光は、電気光学素子１２３内で第１、第２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電極１２５からグランド電極１３１に接続されている第２電極１２７に向かって形成される。この電界は、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。
【００１２】
次に、電気光学素子１２３において第１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ことができる。尚、上述したように第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電流信号は、抵抗を用いて電圧信号に変換されてから、図１７に示す信号処理回路１１５で増幅及び雑音除去の信号処理を施され、波形整形回路１１７で波形整形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。なお、第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電流信号の一方のみを利用することも可能である。
【００１３】
ところで、電界検出光学部１１０は、受信電極１１１（信号電極１２９）を節点（接続点ともいう）Ｔ１とすると、図１９に示すように、電気光学素子１２３にレーザ光を入射させるとともに節点Ｔ１に交流の入力電圧Ｖｓｉｇを加えたうえで、電気光学素子１２３から出射される透過光を検出する受信回路の入力段に等価である。
【００１４】
また、電気光学素子１２３は電極で挟まれており、容量性リアクタンスと等価であるので、当該受信回路の入力段は、交流電源と容量性リアクタンスとを含む直列回路になっている。
【００１５】
節点Ｔ２はグランド電極１３１に相当するものであり、トランシーバ３’が例えば、デスクトップコンピュータとともに用いられて、接地されている理想的な場合は、受信回路の入力段は、交流電源と容量性リアクタンスのみの直列回路である。
【００１６】
一方、図１６に示すように、トランシーバ３’がウェアラブルコンピュータ１とともに用いられて接地されていない場合は、図２０に示すように、節点Ｔ２と大地との間には浮遊容量ＣＳが存在することになる。この場合の受信感度は、トランシーバ３’が接地されている場合よりも極度に低くなる。
【００１７】
すなわち、図２１の等価回路に示すように、電気光学素子１２３の両端（Ｔ１とＴ２）に印加される信号電圧は、電気光学素子１２３の等価容量をＣＥＯとすると、Ｖｓｉｇ×ＣＳ／（ＣＳ＋ＣＥＯ）になり、透過光の偏光の変化量が低下するためである。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報（第４−５頁、第１−５図）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トランシーバ３’の電界検出光学部１１０は、電気光学素子を容量性リアクタンスとして用いた受信回路を構成しており、フローティングで用いられる場合に、受信感度が極端に低下する。そのため、信号処理回路１１５においては高い増幅率が必要になる。
【００２０】
そこで本発明は、上記の従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、交流である搬送波を変調してなる入力信号が電気光学素子に印加されたときの電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路の受信感度アップを図ることにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、請求項１の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２２】
この請求項１の本発明によれば、電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２３】
また、請求項２の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、前記電気光学素子と前記容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである前記並列回路と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２４】
この請求項２の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、電気光学素子と容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである並列回路と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２５】
また、請求項３の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、前記並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである前記並列回路と前記容量性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２６】
この請求項３の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである並列回路と容量性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２７】
また、請求項４の本発明は、前記共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００２８】
この請求項４の本発明によれば、共振回路の共振周波数が搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されているので、電気光学素子に印加される信号が最大限に高まり、その結果、受信感度を最大限にアップすることができる。
【００２９】
また、請求項５の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた前記入力信号を印加させ、前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、前記大地に対しフローティングさせたことを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００３０】
この請求項５の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた入力信号を印加させ、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、大地に対しフローティングさせたので、並列回路と大地との間の浮遊容量と並列回路とで構成される共振回路により、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップすることができる。
【００３１】
また、請求項６の本発明は、前記並列回路と大地との間の浮遊容量と当該並列回路とで構成される共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項５記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３２】
この請求項６の本発明によれば、並列回路と大地との間の浮遊容量と当該並列回路とで構成される共振回路の共振周波数が搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されているので、電気光学素子に印加される信号が最大限に高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度を最大限にアップすることができる。
【００３３】
また、請求項７の本発明は、前記電界光学素子に光を入射させたときに当該電界光学素子から出射される光の強度を基に前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段を備える請求項５または６記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３４】
この請求項７の本発明によれば、電界光学素子に光を入射させたときに当該電界光学素子から出射される光の強度を基に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段を備えるので、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップさせ、さらに調整することが可能となる。
【００３５】
また、請求項８の本発明は、前記並列接続された誘導性リアクタンスは、巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線とからなるトランスと、一方の巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスとにより構成され、前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段は、前記巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させることを特徴とする請求項７記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３６】
この請求項８の本発明によれば、並列接続された誘導性リアクタンスは、巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線とからなるトランスと、一方の巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスとにより構成され、並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段は、巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させるので、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップさせ、調整可能とし、さらに入力側と出力側を絶縁することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の受信回路は、電界検出光学部１１０について発明されたものであり、図１６〜１８を参照して説明したように適用され、基本的には同様に作用する。そのため、従来に用いられたものと同一の構成要素には同一名称、同一符号を用ることで、詳細な説明は省略する。
【００３８】
まず、受信回路の入力段を複数の実施の形態に分けて説明する。
【００３９】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４０】
図１に示すように、第１の実施の形態の受信回路の入力段は、図１９に示す受信回路の入力段における節点Ｔ１（受信電極１１１つまり信号電極１２９）と、内部の節点Ｔ３との間に誘導性リアクタンスＸＬを接続し、節点Ｔ３を第１電極１２５に接続してなるものである。なお、電気光学素子１２３（ＥＯ）を挟んで第１電極１２５に対向する第２電極は、節点Ｔ２（グランド電極１３１）に接続され、節点Ｔ２は大地に接地されている。
【００４１】
第１の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣ（電気光学素子１２３（ＥＯ））と誘導性リアクタンスＸＬの直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される変調された入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。そのため、電気光学素子１２３（ＥＯ）に印加される信号をＱ（本共振回路の先鋭度）倍、すなわちＱ×Ｖｓｉｇにまで高めることができる。Ｑの値は、リアクタンス値と本共振回路の寄生抵抗で決まり、数十〜数百の値になる。入力信号Ｖｓｉｇは、交流である搬送波を変調した、例えば振幅変調信号（ＡＭ変調信号）、周波数変調信号（ＦＭ信号）、パルス変調信号（ＰＭ信号）、位相変調信号（ＰＳＫ信号）である。
【００４２】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４３】
図２に示すように、第２の実施の形態の受信回路の入力段は、第１の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬと容量性リアクタンスＸＣ（電気光学素子１２３（ＥＯ））を逆に接続したものであり、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４４】
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４５】
第３の実施の形態の入力段は、第１の実施の形態の入力段の電気光学素子１２３（ＥＯ）に並列に容量性リアクタンスＸＣを付加してなるものである。
【００４６】
この並列回路を容量性リアクタンスＸＣ’とし、第３の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣ’と誘導性リアクタンスＸＬの直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。
【００４７】
かかる構成により、電気光学素子１２３（ＥＯ）の容量性リアクタンスを変えて共振周波数を設定する際に、当該容量性リアクタンスを大きくした場合と同等の効果が得られる。すなわち、電気光学素子１２３（ＥＯ）のサイズを小さくできる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
図４は、第４の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４９】
図４に示すように、第４の実施の形態の受信回路の入力段は、第３の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬと容量性リアクタンスＸＣ’を逆に接続したものであり、第３の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５０】
［第５の実施の形態］
図５は、第５の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５１】
第５の実施の形態の受信回路の入力段は、図１９に示す受信回路の入力段における節点Ｔ２と、新たな節点Ｔ３との間に容量性リアクタンスＸＣを接続し、節点Ｔ３を第２電極１２７に接続し、さらに、電気光学素子１２３（ＥＯ）に並列に誘導性リアクタンスＸＬを付加してなるものである。なお、節点Ｔ２（グランド電極１３１）は大地に接地されている。
【００５２】
誘導性リアクタンスＸＬの値は並列回路が誘導性リアクタンスＸＬ’となるように設定されている。この理由は後述する。
【００５３】
第５の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣと誘導性リアクタンスＸＬ’の直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。したがって、電気光学素子１２３（ＥＯ）に印加される信号電圧をＱ（本共振回路の先鋭度）倍、すなわちＱ×Ｖｓｉｇにまで高めることができる。
【００５４】
［第６の実施の形態］
図６は、第６の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５５】
図６に示すように、第６の実施の形態の受信回路の入力段は、第５の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬ’と容量性リアクタンスＸＣを逆に接続したものであり、第５の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
［第７の実施の形態］
図７は、第７の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５７】
第７の実施の形態の受信回路の入力段は、第５の実施の形態の受信回路の入力段における容量性リアクタンスＸＣを、節点Ｔ２（グランド電極１３１）と大地の間の浮遊容量ＣＳで代用したものである。すなわち、電気光学素子１２３と誘導性リアクタンスＸＬの節点Ｔ１に対し、大地に対して生じた入力信号ＶＳｉｇを印加させ、電気光学素子１２３と誘導性リアクタンスＸＬの節点Ｔ２を、大地に対しフローティングさせたものである。この第７の実施の形態の受信回路は、節点Ｔ２の大地への接地が不要なので、ウェアラブルコンピュータ１とともに用いられるトランシーバ３’の電界検出光学部１１０に適用することができる。
【００５８】
ところで、第７の実施の形態の受信回路の入力段には、浮遊容量ＣＳが利用されているため、当該浮遊容量ＣＳは、受信回路の使用環境によって変化するため、図７の誘導性リアクタンスＸＬ’の値を調整する必要が生じる。第７の実施の形態の受信回路では、誘導性リアクタンスＸＬ’の値を自動的に調整する機能がある。
【００５９】
図８は、第７の実施の形態の受信回路の全体構成を示す図である。
【００６０】
図７の誘導性リアクタンスＸＬは、図８では、可変誘導性リアクタンスＸＬＶである。可変誘導性リアクタンスＸＬＶは、さらに具体的に言えば、可変インダクタ、もしくはインダクタとキャパシタからなる２端子回路である。２端子回路を用いる場合は、可変インダクタと可変キャパシタの少なくとも一方を用いることにより可変誘導性リアクタンスＸＬＶが実現できる。
【００６１】
なお、図９に示すように、前記可変誘導性リアクタンスＸＬＶを、節点Ｔ１とＴ２との間に接続される巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線からなるトランスと後者の巻き線に並列接続された可変誘導性リアクタンスＸＬＶ０とにより構成することができる。この構成によって、入力側（Ｔ１）と出力側（後述する可変リアクタンス制御信号１５３１）とを分離することができる。
【００６２】
さて、第７の実施の形態の受信回路は、光−電気信号変換器１５１と信号強度モニタ回路１５２とリアクタンス調整回路１５３を有している。電気光学素子１２３（ＥＯ）から出射された透過光は、図示しない偏光ビームスプリッタに通された後、光−電気信号変換器１５１（具体的には、図１８のフォトダイオード、若しくはフォトトランジスタ等）で電気信号（電圧の高低、または電流の大小）に変換され、変換された信号は受信信号として信号処理回路１１５へ出力されるとともに信号強度モニタ回路１５２に入力される。信号強度モニタ回路１５２は、例えば検波回路などで構成されており、光−電気信号変換器１５１で変換された電気信号の振幅の程度に応じた電圧／電流信号を出力する。リアクタンス調整回路１５３は、信号強度モニタ回路１５２からの出力に対応した制御電圧／電流を可変リアクタンス制御信号１５３１として出力する。そして、可変リアクタンス制御信号１５３１により、可変リアクタンスＸＬｖの値を変化させる。
【００６３】
なお、可変キャパシタとしては、機械的にまたは電気的に容量を変化させるもののどちらでも使用できる。また、可変インダクタとしては、機械的にまたは電気的にインダクタンスを変化させるもののどちらでも使用できる。
【００６４】
ここで、リアクタンスについて説明する。
【００６５】
リアクタンスはスカラー量であり、インダクタのように正値をとる場合を誘導性、キャパシタのように負値をとる場合を容量性という。
【００６６】
図１０は、誘導性リアクタンスの代表例を示す図である。図１０（ａ）は、固定インダクタ、図１０（ｂ）は、可変インダクタであり、いずれも誘導性リアクタンスとして適用可能である。インダクタの場合は、図１０（ｃ）に示すように、リアクタンスの値は周波数の増大に比例して増加する。
【００６７】
図１１は、容量性リアクタンスの代表例を示す図である。図１１（ａ）は、固定キャパシタ、図１１（ｂ）は、可変キャパシタであり、いずれも容量性リアクタンスとして適用可能である。キャパシタの場合は、図１１（ｃ）に示すように、リアクタンスの絶対値は周波数の増大に反比例して減少する（ゼロに漸近する）。
【００６８】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）はそれぞれ、インダクタとキャパシタを直列接続した２端子回路、インダクタとキャパシタと抵抗を直列接続した２端子回路を示すを図である。当該２端子回路では、周波数によりリアクタンスの極性が変化する。すなわち、図１２（ｃ）に示すように、直列共振周波数ｆ０より低い周波数において、リアクタンスは容量性、ｆ０より高い周波数では誘導性を示す。
【００６９】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）はそれぞれ、インダクタとキャパシタを並列接続した２端子回路、インダクタとキャパシタと抵抗を並列接続した２端子回路を示す図である。当該２端子回路では、周波数によりリアクタンスの極性が変化する。すなわち、図１３（ｃ）に示すように、並列共振周波数ｆ０より低い周波数において、リアクタンスは誘導性、ｆ０より高い周波数では容量性を示す。図１２の直列回路との違いは、ｆ０の近傍で著しく大きいリアクタンスの値を得られることであり、例えば誘導性リアクタンスをインダクタだけで実現する場合に比べて、インダクタのサイズを小型化できる利点がある。
【００７０】
なお、キャパシタおよびインダクタについては、受動素子を用いる他に、リアクタンストランジスタを利用することも可能である。
【００７１】
リアクタンストランジスタとは、トランジスタに受動素子を付加して等価的にキャパシタもしくはインダクタの性質を持たせた２端子回路のことである。
【００７２】
図１４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるキャパシタンストランジスタの例を示す図である。ＭＯＳＦＥＴの相互コンダクタンスをｇｍ、キャパシタの容量値をＣ、抵抗の値をＲとすると、実現される等価容量は（Ｃ・Ｒ・ｇｍ）で与えられる。
【００７３】
図１５は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるインダクタンストランジスタの例を示す図である。図１４とは、キャパシタＣと抵抗Ｒの位置関係が異なる。ＭＯＳＦＥＴの相互コンダクタンスをｇｍ、キャパシタの容量値をＣ、抵抗の値をＲとすると、実現される等価インダクタンス値は（Ｃ・Ｒ／ｇｍ）で与えられる。
【００７４】
等価容量値、等価インダクタンス値の導出方法については、例えば、小柴、植田著、「発振・変復調回路の考え方」改定２版、オーム社、ｐｐ．１３３−１３６、平成３年１２月発行に記載されている。
【００７５】
また、リアクタンストランジスタに関しては、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、接合形ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタを用いても同様に実現可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の受信回路によれば、電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７７】
また、電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、電気光学素子と容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである並列回路と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７８】
また、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである並列回路と容量性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７９】
また、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた入力信号を印加させ、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、大地に対しフローティングさせたので、並列回路と大地との間の浮遊容量と並列回路とで構成される共振回路により、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の入力段を示す図である。
【図２】第２の実施の形態の入力段を示す図である。
【図３】第３の実施の形態の入力段を示す図である。
【図４】第４の実施の形態の入力段を示す図である。
【図５】第５の実施の形態の入力段を示す図である。
【図６】第６の実施の形態の入力段を示す図である。
【図７】第７の実施の形態の入力段を示す図である。
【図８】第７の実施の形態の受信回路の全体構成を示す図である。
【図９】可変リアクタンスＸＬｖにトランスを用いた例を示す図である。
【図１０】誘導性リアクタンスの代表例を示す図である。
【図１１】容量性リアクタンスの代表例を示す図である。
【図１２】インダクタとキャパシタを直列接続した２端子回路を示す図である。
【図１３】インダクタとキャパシタを並列接続した２端子回路を示す図である。
【図１４】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるキャパシタンストランジスタの例を示す図である。
【図１５】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるインダクタンストランジスタの例を示す図である。
【図１６】複数のウェアラブルコンピュータ間通信を行う場合のイメージ図である。
【図１７】人体を介したデータ通信を行うために用いるトランシーバの全体構成図である。
【図１８】トランシーバ内の電界検出光学部１１０の詳細な構成を示した構成図である。
【図１９】従来の受信回路の入力段を示す図である。
【図２０】従来の受信回路を接地しない場合の入力段を示す図である。
【図２１】図２０の回路の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ１…受信回路の入力節点
Ｔ２…受信回路のグランド節点
Ｔ３…受信回路の内部節点
Ｖｓｉｇ…受信回路の入力信号
ＣＥＯ…電気光学素子の等価容量
ＣＳ…受信回路のグランド端子と大地間の浮遊容量（寄生容量）
ＸＬ…誘導性リアクタンス
ＸＬＶ，ＸＬＶ０…可変誘導性リアクタンス
ＸＣ…容量性リアクタンス
ｆ０…並列共振周波数，直列共振周波数
１…ウェアラブルコンピュータ
３…トランシーバ
４…ケーブル
５…ＰＣ
１００…生体
１０１…入出力回路
１０３…送信部
１０５…送信電極
１０７，１０９…絶縁膜
１１０…電界検出光学部
１１１…受信電極
１１５…信号処理回路
１１７…波形整形回路
１１９…電流源
１２１…レーザダイオード
１２３…電気光学素子
１２５…第１電極
１２７…第２電極
１２９…信号電極
１３１…グランド電極
１３３…コリメートレンズ
１３５…第１波長板
１３７…第２波長板
１３９…偏光ビームスプリッタ
１４１ａ…第１の集光レンズ
１４１ｂ…第２の集光レンズ
１４３ａ…第１のフォトダイオード
１４３ｂ…第２のフォトダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が電気光学素子に印加されたときの電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、衣服のように人体に着けて、操作及び使用することができるという新しい概念のコンピュータが注目されている。このコンピュータは、ウェアラブルコンピュータ（Ｗｅａｒａｂｌｅ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）と呼ばれ、携帯端末の小型化および高性能化により実現が可能となった。
【０００３】
また、複数のウェアラブルコンピュータ間のデータ通信を人間の腕、肩、胴体等の人体（生体）を介して行う技術の研究も進んでおり、この技術は既に特許文献等で提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１６は、このような人体を介して複数のウェアラブルコンピュータ間通信を行う場合のイメージ図を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１は、これに当接されたトランシーバ３’とにより一組を構成しており、他のウェアラブルコンピュータ１とトランシーバ３’の組に対して、人体を介することによりデータ通信を行うことができる。また、ウェアラブルコンピュータ１は、人体に装着しているウェアラブルコンピュータ１以外のＰＣ（パーソナルコンピュータ）５と壁等に設置されているトランシーバ３’ａの組や、このＰＣ５と床等に設置されているトランシーバ３’ｂの組とのデータ通信もそれぞれ可能である。但し、この場合のＰＣ５は、ウェアラブルコンピュータ１とトランシーバ３’のように互いに当接されておらず、ケーブル４を介してトランシーバ３’ａ，３’ｂと接続されている。また、人体を介して行うデータ通信に関しては、レーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法による信号検出技術を利用し、送信すべき情報（データ）に基づく電界を電界伝達媒体である人体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行っている。この人体を介したデータ通信の技術については、図１７及び図１８を用いて、更に詳しく説明する。
【０００４】
図１７は、人体（生体１００）を介したデータ通信を行うために用いるトランシーバ３’の全体構成図である。また、図１８は、トランシーバ３’内の電界検出光学部１１０の詳細な構成を示した構成図である。
【０００５】
図１７に示すように、トランシーバ３’は、送信電極１０５および受信電極１１１がそれぞれ絶縁膜１０７，１０９を介して生体１００に接触した状態で使用される。そして、トランシーバ３’は、図１７に示すように、ウェアラブルコンピュータ１から供給されたデータをＩ／Ｏ（入出力）回路１０１を介して受信し、送信部１０３に送信する。送信部１０３では、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の他の部位に装着されている別のトランシーバ３’に伝達させる。
【０００６】
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３’から生体１００に誘起し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で電気光学結晶に結合（印加）して電気信号に変換してから信号処理回路１１５に送信する。信号処理回路１１５では、送信されてきた電気信号の増幅及び雑音除去等の信号処理を行った後、波形整形回路１１７に送信する。波形整形回路１１７では、送信されてきた電気信号の波形整形を施し、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に供給する。
【０００７】
例えば、図１６に示すように、右腕に装着したウェアラブルコンピュータ１は、トランシーバ３’により送信データに係る電気信号を電界として電界伝達媒体である生体１００に誘起させ、波線で示すように電界として生体１００の他の部位に伝達する。一方、左腕に装着したウェアラブルコンピュータ１では、生体１００から伝達されてくる電界をトランシーバ３’により電気信号に戻してから、受信データとして受信することができる。
【０００８】
また、トランシーバ３’により電気信号に戻す処理は、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電界検出光学部１１０によって行う。この電界検出光学部１１０は、図１８に示すように、電流源１１９、レーザダイオード１２１、電気光学素子（電気光学結晶）１２３、第１及び第２波長板１３５，１３７、偏光ビームスプリッタ１３９、複数のレンズ１３３，１４１ａ，ｂ、フォトダイオード１４３ａ，ｂ、並びにグランド電極１３１により構成されている。尚、信号電極１２９は、図１７に示すような形態のトランシーバ３’においては、受信電極１１１に相当するものである。
【０００９】
このうち、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を変化させるように構成されている。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電極１２５と第２電極１２７が設けられている。この第１電極１２５および第２電極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ことができる。
【００１０】
また、電界検出光学部１１０は、第１電極１２５を介して信号電極１２９（受信電極１１１）に接続されている。第１電極１２５に対向する第２電極１２７は、グランド電極１３１に接続されており、第１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。そして、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電極１２５に伝達し、第１電極１２５を介して電気光学素子１２３に結合することができる。
【００１１】
一方、電流源１１９の電流制御によりレーザダイオード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に入射されたレーザ光は、電気光学素子１２３内で第１、第２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電極１２５からグランド電極１３１に接続されている第２電極１２７に向かって形成される。この電界は、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。
【００１２】
次に、電気光学素子１２３において第１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ことができる。尚、上述したように第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電流信号は、抵抗を用いて電圧信号に変換されてから、図１７に示す信号処理回路１１５で増幅及び雑音除去の信号処理を施され、波形整形回路１１７で波形整形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。なお、第１、第２のフォトダイオード１４３ａ，１４３ｂから出力される電流信号の一方のみを利用することも可能である。
【００１３】
ところで、電界検出光学部１１０は、受信電極１１１（信号電極１２９）を節点（接続点ともいう）Ｔ１とすると、図１９に示すように、電気光学素子１２３にレーザ光を入射させるとともに節点Ｔ１に交流の入力電圧Ｖｓｉｇを加えたうえで、電気光学素子１２３から出射される透過光を検出する受信回路の入力段に等価である。
【００１４】
また、電気光学素子１２３は電極で挟まれており、容量性リアクタンスと等価であるので、当該受信回路の入力段は、交流電源と容量性リアクタンスとを含む直列回路になっている。
【００１５】
節点Ｔ２はグランド電極１３１に相当するものであり、トランシーバ３’が例えば、デスクトップコンピュータとともに用いられて、接地されている理想的な場合は、受信回路の入力段は、交流電源と容量性リアクタンスのみの直列回路である。
【００１６】
一方、図１６に示すように、トランシーバ３’がウェアラブルコンピュータ１とともに用いられて接地されていない場合は、図２０に示すように、節点Ｔ２と大地との間には浮遊容量ＣＳが存在することになる。この場合の受信感度は、トランシーバ３’が接地されている場合よりも極度に低くなる。
【００１７】
すなわち、図２１の等価回路に示すように、電気光学素子１２３の両端（Ｔ１とＴ２）に印加される信号電圧は、電気光学素子１２３の等価容量をＣＥＯとすると、Ｖｓｉｇ×ＣＳ／（ＣＳ＋ＣＥＯ）になり、透過光の偏光の変化量が低下するためである。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報（第４−５頁、第１−５図）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トランシーバ３’の電界検出光学部１１０は、電気光学素子を容量性リアクタンスとして用いた受信回路を構成しており、フローティングで用いられる場合に、受信感度が極端に低下する。そのため、信号処理回路１１５においては高い増幅率が必要になる。
【００２０】
そこで本発明は、上記の従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、交流である搬送波を変調してなる入力信号が電気光学素子に印加されたときの電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路の受信感度アップを図ることにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、請求項１の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２２】
この請求項１の本発明によれば、電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２３】
また、請求項２の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、前記電気光学素子と前記容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである前記並列回路と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２４】
この請求項２の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、電気光学素子と容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである並列回路と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２５】
また、請求項３の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、前記並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである前記並列回路と前記容量性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００２６】
この請求項３の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである並列回路と容量性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００２７】
また、請求項４の本発明は、前記共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００２８】
この請求項４の本発明によれば、共振回路の共振周波数が搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されているので、電気光学素子に印加される信号が最大限に高まり、その結果、受信感度を最大限にアップすることができる。
【００２９】
また、請求項５の本発明は、電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた前記入力信号を印加させ、前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、前記大地に対しフローティングさせたことを特徴とする受信回路をもって解決手段とする。
【００３０】
この請求項５の本発明によれば、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた入力信号を印加させ、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、大地に対しフローティングさせたので、並列回路と大地との間の浮遊容量と並列回路とで構成される共振回路により、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップすることができる。
【００３１】
また、請求項６の本発明は、前記並列回路と大地との間の浮遊容量と当該並列回路とで構成される共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項５記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３２】
この請求項６の本発明によれば、並列回路と大地との間の浮遊容量と当該並列回路とで構成される共振回路の共振周波数が搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されているので、電気光学素子に印加される信号が最大限に高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度を最大限にアップすることができる。
【００３３】
また、請求項７の本発明は、前記電界光学素子に光を入射させたときに当該電界光学素子から出射される光の強度を基に前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段を備える請求項５または６記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３４】
この請求項７の本発明によれば、電界光学素子に光を入射させたときに当該電界光学素子から出射される光の強度を基に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段を備えるので、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップさせ、さらに調整することが可能となる。
【００３５】
また、請求項８の本発明は、前記並列接続された誘導性リアクタンスは、巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線とからなるトランスと、一方の巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスとにより構成され、前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段は、前記巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させることを特徴とする請求項７記載の受信回路をもって解決手段とする。
【００３６】
この請求項８の本発明によれば、並列接続された誘導性リアクタンスは、巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線とからなるトランスと、一方の巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスとにより構成され、並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段は、巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させるので、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップさせ、調整可能とし、さらに入力側と出力側を絶縁することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の受信回路は、電界検出光学部１１０について発明されたものであり、図１６〜１８を参照して説明したように適用され、基本的には同様に作用する。そのため、従来に用いられたものと同一の構成要素には同一名称、同一符号を用ることで、詳細な説明は省略する。
【００３８】
まず、受信回路の入力段を複数の実施の形態に分けて説明する。
【００３９】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４０】
図１に示すように、第１の実施の形態の受信回路の入力段は、図１９に示す受信回路の入力段における節点Ｔ１（受信電極１１１つまり信号電極１２９）と、内部の節点Ｔ３との間に誘導性リアクタンスＸＬを接続し、節点Ｔ３を第１電極１２５に接続してなるものである。なお、電気光学素子１２３（ＥＯ）を挟んで第１電極１２５に対向する第２電極は、節点Ｔ２（グランド電極１３１）に接続され、節点Ｔ２は大地に接地されている。
【００４１】
第１の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣ（電気光学素子１２３（ＥＯ））と誘導性リアクタンスＸＬの直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される変調された入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。そのため、電気光学素子１２３（ＥＯ）に印加される信号をＱ（本共振回路の先鋭度）倍、すなわちＱ×Ｖｓｉｇにまで高めることができる。Ｑの値は、リアクタンス値と本共振回路の寄生抵抗で決まり、数十〜数百の値になる。入力信号Ｖｓｉｇは、交流である搬送波を変調した、例えば振幅変調信号（ＡＭ変調信号）、周波数変調信号（ＦＭ信号）、パルス変調信号（ＰＭ信号）、位相変調信号（ＰＳＫ信号）である。
【００４２】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４３】
図２に示すように、第２の実施の形態の受信回路の入力段は、第１の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬと容量性リアクタンスＸＣ（電気光学素子１２３（ＥＯ））を逆に接続したものであり、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４４】
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４５】
第３の実施の形態の入力段は、第１の実施の形態の入力段の電気光学素子１２３（ＥＯ）に並列に容量性リアクタンスＸＣを付加してなるものである。
【００４６】
この並列回路を容量性リアクタンスＸＣ’とし、第３の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣ’と誘導性リアクタンスＸＬの直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。
【００４７】
かかる構成により、電気光学素子１２３（ＥＯ）の容量性リアクタンスを変えて共振周波数を設定する際に、当該容量性リアクタンスを大きくした場合と同等の効果が得られる。すなわち、電気光学素子１２３（ＥＯ）のサイズを小さくできる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
図４は、第４の実施の形態の入力段を示す図である。
【００４９】
図４に示すように、第４の実施の形態の受信回路の入力段は、第３の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬと容量性リアクタンスＸＣ’を逆に接続したものであり、第３の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５０】
［第５の実施の形態］
図５は、第５の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５１】
第５の実施の形態の受信回路の入力段は、図１９に示す受信回路の入力段における節点Ｔ２と、新たな節点Ｔ３との間に容量性リアクタンスＸＣを接続し、節点Ｔ３を第２電極１２７に接続し、さらに、電気光学素子１２３（ＥＯ）に並列に誘導性リアクタンスＸＬを付加してなるものである。なお、節点Ｔ２（グランド電極１３１）は大地に接地されている。
【００５２】
誘導性リアクタンスＸＬの値は並列回路が誘導性リアクタンスＸＬ’となるように設定されている。この理由は後述する。
【００５３】
第５の実施の形態の受信回路の入力段を、容量性リアクタンスＸＣと誘導性リアクタンスＸＬ’の直列共振回路とすると、共振周波数は、節点Ｔ１と大地との間に印加される入力信号Ｖｓｉｇにおける搬送波の周波数またはその近傍に設定されている。したがって、電気光学素子１２３（ＥＯ）に印加される信号電圧をＱ（本共振回路の先鋭度）倍、すなわちＱ×Ｖｓｉｇにまで高めることができる。
【００５４】
［第６の実施の形態］
図６は、第６の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５５】
図６に示すように、第６の実施の形態の受信回路の入力段は、第５の実施の形態の受信回路の入力段における、誘導性リアクタンスＸＬ’と容量性リアクタンスＸＣを逆に接続したものであり、第５の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
［第７の実施の形態］
図７は、第７の実施の形態の入力段を示す図である。
【００５７】
第７の実施の形態の受信回路の入力段は、第５の実施の形態の受信回路の入力段における容量性リアクタンスＸＣを、節点Ｔ２（グランド電極１３１）と大地の間の浮遊容量ＣＳで代用したものである。すなわち、電気光学素子１２３と誘導性リアクタンスＸＬの節点Ｔ１に対し、大地に対して生じた入力信号ＶＳｉｇを印加させ、電気光学素子１２３と誘導性リアクタンスＸＬの節点Ｔ２を、大地に対しフローティングさせたものである。この第７の実施の形態の受信回路は、節点Ｔ２の大地への接地が不要なので、ウェアラブルコンピュータ１とともに用いられるトランシーバ３’の電界検出光学部１１０に適用することができる。
【００５８】
ところで、第７の実施の形態の受信回路の入力段には、浮遊容量ＣＳが利用されているため、当該浮遊容量ＣＳは、受信回路の使用環境によって変化するため、図７の誘導性リアクタンスＸＬ’の値を調整する必要が生じる。第７の実施の形態の受信回路では、誘導性リアクタンスＸＬ’の値を自動的に調整する機能がある。
【００５９】
図８は、第７の実施の形態の受信回路の全体構成を示す図である。
【００６０】
図７の誘導性リアクタンスＸＬは、図８では、可変誘導性リアクタンスＸＬＶである。可変誘導性リアクタンスＸＬＶは、さらに具体的に言えば、可変インダクタ、もしくはインダクタとキャパシタからなる２端子回路である。２端子回路を用いる場合は、可変インダクタと可変キャパシタの少なくとも一方を用いることにより可変誘導性リアクタンスＸＬＶが実現できる。
【００６１】
なお、図９に示すように、前記可変誘導性リアクタンスＸＬＶを、節点Ｔ１とＴ２との間に接続される巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線からなるトランスと後者の巻き線に並列接続された可変誘導性リアクタンスＸＬＶ０とにより構成することができる。この構成によって、入力側（Ｔ１）と出力側（後述する可変リアクタンス制御信号１５３１）とを分離することができる。
【００６２】
さて、第７の実施の形態の受信回路は、光−電気信号変換器１５１と信号強度モニタ回路１５２とリアクタンス調整回路１５３を有している。電気光学素子１２３（ＥＯ）から出射された透過光は、図示しない偏光ビームスプリッタに通された後、光−電気信号変換器１５１（具体的には、図１８のフォトダイオード、若しくはフォトトランジスタ等）で電気信号（電圧の高低、または電流の大小）に変換され、変換された信号は受信信号として信号処理回路１１５へ出力されるとともに信号強度モニタ回路１５２に入力される。信号強度モニタ回路１５２は、例えば検波回路などで構成されており、光−電気信号変換器１５１で変換された電気信号の振幅の程度に応じた電圧／電流信号を出力する。リアクタンス調整回路１５３は、信号強度モニタ回路１５２からの出力に対応した制御電圧／電流を可変リアクタンス制御信号１５３１として出力する。そして、可変リアクタンス制御信号１５３１により、可変リアクタンスＸＬｖの値を変化させる。
【００６３】
なお、可変キャパシタとしては、機械的にまたは電気的に容量を変化させるもののどちらでも使用できる。また、可変インダクタとしては、機械的にまたは電気的にインダクタンスを変化させるもののどちらでも使用できる。
【００６４】
ここで、リアクタンスについて説明する。
【００６５】
リアクタンスはスカラー量であり、インダクタのように正値をとる場合を誘導性、キャパシタのように負値をとる場合を容量性という。
【００６６】
図１０は、誘導性リアクタンスの代表例を示す図である。図１０（ａ）は、固定インダクタ、図１０（ｂ）は、可変インダクタであり、いずれも誘導性リアクタンスとして適用可能である。インダクタの場合は、図１０（ｃ）に示すように、リアクタンスの値は周波数の増大に比例して増加する。
【００６７】
図１１は、容量性リアクタンスの代表例を示す図である。図１１（ａ）は、固定キャパシタ、図１１（ｂ）は、可変キャパシタであり、いずれも容量性リアクタンスとして適用可能である。キャパシタの場合は、図１１（ｃ）に示すように、リアクタンスの絶対値は周波数の増大に反比例して減少する（ゼロに漸近する）。
【００６８】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）はそれぞれ、インダクタとキャパシタを直列接続した２端子回路、インダクタとキャパシタと抵抗を直列接続した２端子回路を示すを図である。当該２端子回路では、周波数によりリアクタンスの極性が変化する。すなわち、図１２（ｃ）に示すように、直列共振周波数ｆ０より低い周波数において、リアクタンスは容量性、ｆ０より高い周波数では誘導性を示す。
【００６９】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）はそれぞれ、インダクタとキャパシタを並列接続した２端子回路、インダクタとキャパシタと抵抗を並列接続した２端子回路を示す図である。当該２端子回路では、周波数によりリアクタンスの極性が変化する。すなわち、図１３（ｃ）に示すように、並列共振周波数ｆ０より低い周波数において、リアクタンスは誘導性、ｆ０より高い周波数では容量性を示す。図１２の直列回路との違いは、ｆ０の近傍で著しく大きいリアクタンスの値を得られることであり、例えば誘導性リアクタンスをインダクタだけで実現する場合に比べて、インダクタのサイズを小型化できる利点がある。
【００７０】
なお、キャパシタおよびインダクタについては、受動素子を用いる他に、リアクタンストランジスタを利用することも可能である。
【００７１】
リアクタンストランジスタとは、トランジスタに受動素子を付加して等価的にキャパシタもしくはインダクタの性質を持たせた２端子回路のことである。
【００７２】
図１４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるキャパシタンストランジスタの例を示す図である。ＭＯＳＦＥＴの相互コンダクタンスをｇｍ、キャパシタの容量値をＣ、抵抗の値をＲとすると、実現される等価容量は（Ｃ・Ｒ・ｇｍ）で与えられる。
【００７３】
図１５は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるインダクタンストランジスタの例を示す図である。図１４とは、キャパシタＣと抵抗Ｒの位置関係が異なる。ＭＯＳＦＥＴの相互コンダクタンスをｇｍ、キャパシタの容量値をＣ、抵抗の値をＲとすると、実現される等価インダクタンス値は（Ｃ・Ｒ／ｇｍ）で与えられる。
【００７４】
等価容量値、等価インダクタンス値の導出方法については、例えば、小柴、植田著、「発振・変復調回路の考え方」改定２版、オーム社、ｐｐ．１３３−１３６、平成３年１２月発行に記載されている。
【００７５】
また、リアクタンストランジスタに関しては、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、接合形ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタを用いても同様に実現可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の受信回路によれば、電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７７】
また、電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、電気光学素子と容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、容量性リアクタンスである並列回路と誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７８】
また、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、誘導性リアクタンスである並列回路と容量性リアクタンスとで構成される共振回路に入力信号を印加させるので、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、受信感度をアップすることができる。
【００７９】
また、電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた入力信号を印加させ、並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、大地に対しフローティングさせたので、並列回路と大地との間の浮遊容量と並列回路とで構成される共振回路により、電気光学素子に印加される信号が高まり、その結果、フローティングで用いる装置内の受信回路の受信感度をアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の入力段を示す図である。
【図２】第２の実施の形態の入力段を示す図である。
【図３】第３の実施の形態の入力段を示す図である。
【図４】第４の実施の形態の入力段を示す図である。
【図５】第５の実施の形態の入力段を示す図である。
【図６】第６の実施の形態の入力段を示す図である。
【図７】第７の実施の形態の入力段を示す図である。
【図８】第７の実施の形態の受信回路の全体構成を示す図である。
【図９】可変リアクタンスＸＬｖにトランスを用いた例を示す図である。
【図１０】誘導性リアクタンスの代表例を示す図である。
【図１１】容量性リアクタンスの代表例を示す図である。
【図１２】インダクタとキャパシタを直列接続した２端子回路を示す図である。
【図１３】インダクタとキャパシタを並列接続した２端子回路を示す図である。
【図１４】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるキャパシタンストランジスタの例を示す図である。
【図１５】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるインダクタンストランジスタの例を示す図である。
【図１６】複数のウェアラブルコンピュータ間通信を行う場合のイメージ図である。
【図１７】人体を介したデータ通信を行うために用いるトランシーバの全体構成図である。
【図１８】トランシーバ内の電界検出光学部１１０の詳細な構成を示した構成図である。
【図１９】従来の受信回路の入力段を示す図である。
【図２０】従来の受信回路を接地しない場合の入力段を示す図である。
【図２１】図２０の回路の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ１…受信回路の入力節点
Ｔ２…受信回路のグランド節点
Ｔ３…受信回路の内部節点
Ｖｓｉｇ…受信回路の入力信号
ＣＥＯ…電気光学素子の等価容量
ＣＳ…受信回路のグランド端子と大地間の浮遊容量（寄生容量）
ＸＬ…誘導性リアクタンス
ＸＬＶ，ＸＬＶ０…可変誘導性リアクタンス
ＸＣ…容量性リアクタンス
ｆ０…並列共振周波数，直列共振周波数
１…ウェアラブルコンピュータ
３…トランシーバ
４…ケーブル
５…ＰＣ
１００…生体
１０１…入出力回路
１０３…送信部
１０５…送信電極
１０７，１０９…絶縁膜
１１０…電界検出光学部
１１１…受信電極
１１５…信号処理回路
１１７…波形整形回路
１１９…電流源
１２１…レーザダイオード
１２３…電気光学素子
１２５…第１電極
１２７…第２電極
１２９…信号電極
１３１…グランド電極
１３３…コリメートレンズ
１３５…第１波長板
１３７…第２波長板
１３９…偏光ビームスプリッタ
１４１ａ…第１の集光レンズ
１４１ｂ…第２の集光レンズ
１４３ａ…第１のフォトダイオード
１４３ｂ…第２のフォトダイオード
Claims (8)
- 電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、
前記電気光学素子に直列接続された誘導性リアクタンスを有し、容量性リアクタンスである当該電気光学素子と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路。 - 電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、
前記電気光学素子に並列接続された容量性リアクタンスと、
前記電気光学素子と前記容量性リアクタンスとで構成される並列回路に直列接続された誘導性リアクタンスとを有し、
容量性リアクタンスである前記並列回路と前記誘導性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路。 - 電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、
前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスと、
前記並列回路に直列接続された容量性リアクタンスとを有し、
誘導性リアクタンスである前記並列回路と前記容量性リアクタンスとで構成される共振回路に前記入力信号を印加させることを特徴とする受信回路。 - 前記共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の受信回路。
- 電気光学素子を有し、交流である搬送波を変調してなる入力信号が前記電気光学素子に印加されたときの当該電気光学素子の光学特性の変化を検出する受信回路において、
前記電気光学素子に並列接続された誘導性リアクタンスであって、当該電気光学素子と誘導性リアクタンスとで構成される並列回路が誘導リアクタンスとなる誘導性リアクタンスを有し、
前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の一方に対し、大地に対して生じた前記入力信号を印加させ、
前記並列回路における電気光学素子と誘導性リアクタンスの接続点の他方を、前記大地に対しフローティングさせたことを特徴とする受信回路。 - 前記並列回路と大地との間の浮遊容量と当該並列回路とで構成される共振回路の共振周波数が前記搬送波の周波数または該周波数の近傍に設定されていることを特徴とする請求項５記載の受信回路。
- 前記電界光学素子に光を入射させたときに当該電界光学素子から出射される光の強度を基に前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段を備える請求項５または６記載の受信回路。
- 前記並列接続された誘導性リアクタンスは、巻き線と該巻き線に磁気的に結合された巻き線とからなるトランスと、一方の巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスとにより構成され、
前記並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させる手段は、前記巻き線に並列接続された誘導性リアクタンスの値を変化させることを特徴とする請求項７記載の受信回路。
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