JP2007315894A - 電界測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる電界測定装置を提供する。
【解決手段】電界測定装置は、与えられた電界の強度に応じて屈折率が変化する単一の電気光学結晶１０と、互いに直交する三方向に沿って電気光学結晶１０に偏光を照射することが可能な照射装置と、電気光学結晶１０を三方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能な偏光測定装置とを備える。好ましくは、電気光学結晶１０は立方晶構造を有し、照射装置は立方晶構造の三つの結晶軸の各々に沿って電気光学結晶１０に偏光を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学結晶を有する電界測定装置に関する。

例えば携帯電話機のような電磁波を放射する装置の近傍での電界測定において、電気光学（ＥＯ）変換素子を用いることが提案されている（特許文献１）。電気光学（ＥＯ）変換素子として、電気光学結晶を用いたものが知られている（非特許文献１）。電気光学結晶は、与えられた電界の強度に応じて屈折率が変化するために、偏光が電気光学結晶に入射した場合に電気光学結晶から出射する偏光の状態が、与えられた電界の強度に応じて変化する性質を有する。この性質を利用して電気光学結晶を透過した偏光の状態を評価することによって、電界の強度を測定することができる。電気光学結晶は、金属素子を有しないために、測定される電界に与える撹乱が極めて小さい。

従来、単一の電気光学結晶に直線偏光を単一方向から入射させ、その方向での電界測定を行っていた。しかし、同一位置での複数方向における電界の強度を測定したい場合もある。このような場合には、電気光学結晶の向きを変えて、同一の電気光学結晶で複数方向の電界強度を測定するか、複数の電気光学結晶で複数方向の電界強度を測定する。例えば、特許文献２には、一つの支持部材の周囲に、各々が異なる方向の電界を測定する三つの光電界センサが取り付けられた三軸光電界センサが開示されており、特許文献３には、三つの電気光学結晶で三方向のそれぞれにおける電界を測定する技術が開示されている。

特開２００６−４７２９７号公報 特開２００４−２４５７３１号公報 特開２００１−３４３４１０号公報 T. Onishi, H. Togo, N. Shimizu, K. Kiminami, S. Uebayashi1, T. Nagatsuma, "SAR measurement employing electro-optic (EO) probe without using metal",Bioelectromagnetics 2005 Abstract collection, (Ireland), Bioelectromagnetics 2005 Technical Program Committee, June 2005, p.469−470

しかし、同一の電気光学結晶の向きを変えて、複数回電界強度を測定する場合には、測定位置の再現性に問題がある。つまり、向きを変えて再び固定した後の電気光学結晶の位置を以前の位置と高い精度で一致させるのは困難である。

また、複数の電気光学結晶を使用する場合には、これらの電気光学結晶の位置は必然的に異なるので、完全な同一位置での電界測定ができない。

そこで、本発明は、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる電界測定装置を提供する。

本発明に係る電界測定装置は、与えられた電界の強度に応じて屈折率が変化する単一の電気光学結晶と、互いに直交する三方向に沿って前記電気光学結晶に偏光を照射することが可能な照射装置と、前記電気光学結晶を前記三方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能な偏光測定装置とを備える。
本発明によれば、照射装置が単一の電気光学結晶に互いに直交する三方向に沿って偏光を照射することが可能であり、偏光測定装置が電気光学結晶を三方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能であるので、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる。

前記電気光学結晶は立方晶構造を有し、前記照射装置は、前記立方晶構造の三つの結晶軸の各々に沿って前記電気光学結晶に偏光を照射することが可能であると好ましい。このように立方晶構造の結晶軸の各々に沿って、つまり立方晶構造の結晶面の各々に垂直に偏光を照射することにより、与えられる電界と屈折率の変化の関係が前記三方向でほとんどまたは完全に等しくなる。つまり、電気光学結晶は、光学的にほとんどまたは完全に等方な電気光学的性質を有し、このような電気光学結晶では、三方向のどの方向に通過した偏光であっても、その方向の電界強度とほぼ等しい関係で屈折率が変化する。従って、三方向の各々での偏光の状態の測定結果から、電界の強度を簡単に正確に推定することができる。立方晶構造を使用していても、電気光学的性質が三方向で完全には一致しない場合には、電界強度を推定するために、偏光の状態の測定結果を補正する必要がありうるが、その補正は簡素であっても正確な電界強度の推定が可能であると考えられる。

前記照射装置は、前記電気光学結晶に各々が異なる方向に沿って偏光を照射することが可能な三つの照射光学系を備え、前記照射光学系の各々は偏光を伝搬する光伝搬素子を有し、少なくとも一つの前記照射光学系は、自身の光伝搬素子から出射した偏光を反射することにより前記偏光の進行方向を変更して前記電気光学結晶に前記偏光を照射する反射部材を有すると好ましい。
本明細書で「光伝搬素子」とは、光ファイバまたはその他の適切な光導波路を意味する。電気光学結晶を配置して電界を測定する位置によっては、電気光学結晶の周囲の特定の方向に光伝搬素子の長手方向が一致するように光伝搬素子を配置することが困難な場合がありうる。しかし、このような場合でも、少なくとも一つの照射光学系に反射部材を使用することによって、電気光学結晶に偏光を入射させることが容易である。

前記偏光測定装置は、各々が異なる方向に沿って前記電気光学結晶を透過した光の偏光面の回転角度を測定する三つの出力光学系を備え、前記出力光学系の各々は光を伝搬する第２の光伝搬素子を有し、少なくとも一つの前記出力光学系は、前記電気光学結晶を透過した光を反射することにより前記光の進行方向を変更して、自身の第２の光伝搬素子に前記光を導く第２の反射部材を有すると好ましい。
電気光学結晶を配置して電界を測定する位置によっては、電気光学結晶の周囲の特定の方向に第２の光伝搬素子の長手方向が一致するように第２の光伝搬素子を配置することが困難な場合がありうる。しかし、このような場合でも、少なくとも一つの出力光学系に第２の反射部材を使用することによって、電気光学結晶を透過した光を第２の光伝搬素子に導くことが容易である。

前記電気光学結晶の少なくとも一つの面に接合され、前記照射装置から照射されて前記電気光学結晶の内部を進行する偏光を反射することによって、前記偏光測定装置にこの偏光を導く反射層をさらに備えると好ましい。
電気光学結晶を配置して電界を測定する位置によっては、照射装置の電気光学結晶に光を照射する部分の反対側に、電気光学結晶を透過した偏光を偏光測定装置に導く部分を配置することが困難な場合がありうる。しかし、このような場合でも、電気光学結晶の少なくとも一つの面に反射層を設けることによって、電気光学結晶を透過した偏光を偏光測定装置に導くことが容易である。また、反射層で反射された偏光は電気光学結晶の内部を再び透過する。従って、電気光学結晶から出射した偏光は、二回電気光学結晶を通過しているので、電気光学結晶を一回通過した場合よりも電界の影響を大きく受ける。このため、偏光測定装置の感度を向上させることが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界測定装置の概略図であり、図２は図１の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。この電界測定装置は、与えられた電界の強度に応じて屈折率が変化する単一の電気光学結晶１０と、互いに直交する三方向（図のｘ，ｙ，ｚ方向）に沿って電気光学結晶１０に偏光を照射することが可能な照射装置とを備える。照射装置は、各々が異なる方向に沿って偏光を照射することが可能な三つの照射光学系１２（第１の照射光学系１２ｘ、第２の照射光学系１２ｙ、第３の照射光学系１２ｚ）を備える。図中の符号の添え字ｘ，ｙ，ｚは、図のｘ，ｙ，ｚ方向に対応し、以下の説明では、適宜省略する。

照射光学系１２の各々は、光源１４、偏光フィルタ１６、および偏光を伝搬する光伝搬素子としての光ファイバ１８を有する。偏光フィルタ１６は、同じ照射光学系１２の光源１４から発せられた光のうち直線偏光のみを透過する。偏光フィルタ１６を透過した直線偏光は、同じ照射光学系１２の光ファイバ１８内を進行し、電気光学結晶１０に到達する。偏光フィルタ１６の代わりに、あるいは偏光フィルタ１６に加えて、通常光を一定方向の直線偏光に変換する偏光変換素子を使用し、偏光変換素子から出力された直線偏光を光ファイバ１８に導いてもよい。

図示の実施の形態では、偏光を伝搬する光伝搬素子として、光ファイバ１８が使用されているが、光ファイバの代わりに偏光を伝搬可能な他の光導波路を使用してもよい。光伝搬素子としては、シングルモードの光導波路でもよいが、偏光保持型の光導波路がより好ましい。また、光ファイバ１８としては、出射した光束が広がることを抑えるために、屈折率分布型レンズ（グレーデッドインデックスレンズ）を使用してもよい。屈折率分布型レンズの一例は、日本板硝子株式会社から「セルフォック」（登録商標）という商品名で入手することが可能である。

各照射光学系１２の光伝搬素子（実施の形態では光ファイバ１８）の端面には、電気光学結晶１０が接合されている。この接合には、例えば透明接着剤を使用することができる。

電気光学結晶１０は、立方晶構造を有する単結晶である。例えばカドミウムテルル化合物（ＣｄＴｅ）の単結晶を電気光学結晶１０として使用することができる。図２に示されるように、光ファイバ１８ｘ，１８ｙ，１８ｚは、電気光学結晶１０の互いに直交する三つの結晶面に垂直にそれぞれ接合されている。従って、照射光学系１２ｘ，１２ｙ，１２ｚは、光ファイバ１８ｘ，１８ｙ，１８ｚにより、立方晶構造の三つの結晶軸の各々に沿って電気光学結晶１０に偏光を照射することが可能である。図２において、ｘ，ｙ，ｚ方向を進行する偏光をそれぞれ符号Ｌｘ，Ｌｙ、Ｌｚで示す。このように立方晶構造の結晶軸の各々に沿って、つまり立方晶構造の結晶面の各々に垂直に偏光を照射することにより、与えられる電界と屈折率の変化の関係が三方向でほとんどまたは完全に等しくなる。つまり、電気光学結晶１０は、光学的にほとんどまたは完全に等方な電気光学的性質を有し、このような電気光学結晶１０では、三方向のどの方向に通過した偏光であっても、その方向の電界強度とほぼ等しい関係で屈折率が変化する。

この電界測定装置は、電気光学結晶１０をｘ，ｙ，ｚ方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能な偏光測定装置を備える。具体的には、偏光測定装置は、図１に示されるように、三つの出力光学系２０（第１の出力光学系２０ｘ、第２の出力光学系２０ｙ、第３の出力光学系２０ｚ）を有する。出力光学系２０の各々は、偏光計２２と、電気光学結晶１０と偏光計２２を接続する三つの光ファイバ２４を有する。光ファイバ２４の各々の端面は、電気光学結晶１０の互いに直交する三つの結晶面（光ファイバ１８の反対側の面）に垂直にそれぞれ接合されている。この接合には、例えば透明接着剤を使用することができる。

光ファイバ２４の各々は、電気光学結晶１０から出射した偏光を同じ出力光学系の偏光計２２に伝搬する第２の光伝搬素子である。但し、光ファイバの代わりに光を伝搬可能な他の光導波路を使用してもよい。電気光学結晶１０を透過した光をその偏光面を調節せずに偏光計２２に導くため、第２の光伝搬素子としては、シングルモードの光導波路が好ましい。

第１の照射光学系１２ｘの光ファイバ１８ｘを通過してｘ方向に進行する偏光Ｌｘは電気光学結晶１０を透過して、第１の出力光学系２０ｘの光ファイバ２４ｘにより偏光計２２ｘに導かれる。第２の照射光学系１２ｙの光ファイバ１８ｙを通過してｙ方向に進行する偏光Ｌｙは電気光学結晶１０を透過して、第２の出力光学系２０ｙの光ファイバ２４ｙにより偏光計２２ｙに導かれる。第３の照射光学系１２ｚの光ファイバ１８ｚを通過してｚ方向に進行する偏光Ｌｚは電気光学結晶１０を透過して、第３の出力光学系２０ｚの光ファイバ２４ｚにより偏光計２２ｚに導かれる。

偏光計２２の各々は、接続された光ファイバ２４を通過した偏光の偏光面の回転角度を測定する。偏光面の回転角度は、電気光学結晶１０に与えられた電界強度に応じて異なる。例えば、光ファイバ２４ｘを通過してｘ方向に進行し偏光計２２ｘで測定された偏光Ｌｘの偏光面は、電気光学結晶１０に与えられたｘ方向の電界の強度に関連する。つまり、偏光計２２の各々の測定結果から、その偏光計に対応する方向における電気光学結晶１０の位置での電界の強度を評価することが可能である。各偏光計２２の測定結果は、図示しない表示装置で表示してもよい。また、各偏光計２２の測定結果に、図示しない処理装置で算術処理を施すことによって、電界強度を算出してもよい。

この実施の形態に係る電界測定装置では、上記の通り、立方晶構造の単結晶である電気光学結晶１０を利用するので、電気光学結晶１０を三方向のどの方向に通過した偏光であっても、その方向の電界強度とほぼ等しい関係で屈折率が変化する。従って、三方向の各々での偏光の状態の測定結果から、電界の強度を簡単に正確に推定することができる。立方晶構造を使用していても、電気光学的性質が三方向で完全には一致しない場合には、電界強度を推定するために、偏光の状態の測定結果を補正する必要がありうるが、その補正は簡素であっても正確な電界強度の推定が可能であると考えられる。

この実施の形態に係る電界測定装置では、照射装置が単一の電気光学結晶１０に互いに直交する三方向に沿って偏光を照射することが可能であり、偏光測定装置が電気光学結晶１０を三方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能である。従って、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる。

図３は、比較例の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。この比較例は、三方向の電界強度を測定するために、三つの電気光学結晶３０ｘ，３０ｙ，３０ｚを有する。光ファイバ１８ｘを通過してｘ方向に進行する偏光Ｌｘが、電気光学結晶３０ｘを透過し光ファイバ２４ｘに入射する。光ファイバ１８ｙを通過してｙ方向に進行する偏光Ｌｙが、電気光学結晶３０ｙを透過し光ファイバ２４ｙに入射する。光ファイバ１８ｚを通過してｚ方向に進行する偏光Ｌｚが、電気光学結晶３０ｚを透過し光ファイバ２４ｚに入射する。

この比較例のように、三つの電気光学結晶３０ｘ，３０ｙ，３０ｚを使用する場合には、これらの電気光学結晶の位置は必然的に異なり、光ファイバ１８ｘ，１８ｙ，１８ｚも交叉しないように配置しなければならないので、完全な同一位置での電界測定ができない。これに対して、この実施の形態では、上記の通り、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる。つまり、電界のベクトルを正確かつ容易に測定することができる。この実施の形態の電界測定装置は、携帯電話機のような電磁波を放射する装置の近傍での電界だけでなく、遠方に電磁波源がある場合でも電界のベクトルを正確かつ容易に測定することができる。

この実施の形態では、三方向の電界強度測定を同時に行ってもよいし、別の時に行ってもよい。いずれの場合にも電界強度測定を行う前に、三方向の各々について、電界強度と、電気光学結晶１０を透過した偏光の偏光面の回転角度の関係をあらかじめ求めておく。具体的には、あらかじめ定められた強度（基準強度）の電界をｘ，ｙ，ｚ方向のいずれかに沿って電気光学結晶１０に与え、その条件での偏光の偏光面の回転角度を測定し、別の基準強度の電界を同じ方向に沿って電気光学結晶１０に与え、その条件での偏光の偏光面の回転角度を測定することを繰り返す。これにより、一つの方向での電界強度と、電気光学結晶１０を透過した偏光の偏光面の回転角度の関係を得る。同様にして、他の二つの方向についても、電界強度と偏光面の回転角度の関係を得る。

電界強度測定では、このようにして三方向についてあらかじめ求められた電界強度と偏光面の回転角度の関係に、各偏光計２２の測定結果（偏光面の回転角度）を当てはめることによって、三方向の各々での電界強度を推定する。従って、電気光学的性質が三方向で完全には一致しない場合であっても、正確に電界強度を推定することができる。

＜第２の実施の形態＞
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。この電界測定装置の概略は図１と同じである。図４において、第１の実施の形態と共通する構成要素を示すために、同一の符号が使用され、それらの詳細な説明は省略する。第１の実施の形態に関連して説明した変更または修正は第２の実施の形態についても同様に施すことが可能である。

この実施の形態では、第１の照射光学系１２ｘに直角プリズム（反射部材）４０ｘが設けられ、第２の照射光学系１２ｙに直角プリズム（反射部材）４０ｙが設けられている。さらに、第１の出力光学系２０ｘに直角プリズム（第２の反射部材）４２ｘが設けられ、第２の出力光学系２０ｙに直角プリズム（第２の反射部材）４２ｙが設けられている。図４に示された範囲において、各照射光学系１２の光ファイバ１８および各出力光学系２０の光ファイバ２４は、ｚ方向に延びている。

第１の照射光学系１２ｘにおいて、直角プリズム４０ｘは光ファイバ１８ｘの端面に例えば透明接着剤で接合されている。直角プリズム４０ｘは、光ファイバ１８ｘから出射した偏光Ｌｘを反射することにより偏光Ｌｘの進行方向をｘ方向に変更して電気光学結晶１０に偏光Ｌｘを照射する。第１の出力光学系２０ｘにおいて、直角プリズム４２ｘは光ファイバ２４ｘの端面に例えば透明接着剤で接合されている。直角プリズム４２ｘは、電気光学結晶１０を透過しｘ方向に進む偏光Ｌｘを反射することにより偏光Ｌｘの進行方向をｚ方向に変更して、第１の出力光学系２０ｘの光ファイバ２４ｘに偏光Ｌｘを導く。

第２の照射光学系１２ｙにおいて、直角プリズム４０ｙは光ファイバ１８ｙの端面に例えば透明接着剤で接合されている。直角プリズム４０ｙは、光ファイバ１８ｙから出射した偏光Ｌｙを反射することにより偏光Ｌｙの進行方向をｙ方向に変更して電気光学結晶１０に偏光Ｌｙを照射する。第２の出力光学系２０ｙにおいて、直角プリズム４２ｙは光ファイバ２４ｙの端面に例えば透明接着剤で接合されている。直角プリズム４２ｙは、電気光学結晶１０を透過しｙ方向に進む偏光Ｌｙを反射することにより偏光Ｌｙの進行方向をｚ方向に変更して、第２の出力光学系２０ｙの光ファイバ２４ｙに偏光Ｌｙを導く。つまり、いずれの直角プリズムにおいても、その直角を挟む面の一方に光が入射し、傾斜面で反射し、直角を挟む面の他方から光が出射することにより、光の進行方向を９０°曲げる。

第３の照射光学系１２ｚおよび第３の出力光学系２０ｚには、プリズムは設けられず、第１の実施の形態と同様に偏光Ｌｚが進行する。

この実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、三方向の電界強度測定を同時に行ってもよいし、別の時に行ってもよい。電界強度測定では、三方向についてあらかじめ求められた電界強度と偏光面の回転角度の関係に、各偏光計２２の測定結果（偏光面の回転角度）を当てはめることによって、三方向の各々での電界強度を推定する。

電気光学結晶１０を配置して電界を測定する位置によっては、電気光学結晶１０の周囲の特定の方向（例えばｘ方向およびｙ方向）に光伝搬素子すなわち光ファイバ１８，２４（例えば光ファイバ１８ｘ，１８ｙ，２４ｘ，２４ｙ）の長手方向が一致するように光伝搬素子を配置することが困難な場合がありうる。しかし、このような場合でも、照射光学系１２ｘ，１２ｙに反射部材としてのプリズムを使用することによって、電気光学結晶１０に偏光を入射させることが容易である。また、出力光学系２０ｘ，２０ｙに第２の反射部材としてのプリズムを使用することによって、電気光学結晶１０を透過した偏光を光ファイバ２４ｘ，２４ｙに導くことが容易である。

この実施の形態では、偏光の進行方向を変更する反射部材および第２の反射部材として、直角プリズムが使用されているが、反射部材または第２の反射部材は直角プリズムに限定されない。例えば、他の種類のプリズムまたはミラーを反射部材または第２の反射部材として、直角プリズム４０，４２の代わりに使用してもよい。

このような反射部材を設ける光学系は、第１および第２の照射光学系１２ｘ，１２ｙならびに第１および第２の出力光学系２０ｘ，２０ｙに限られない。第３の照射光学系１２ｚおよび／または第３の出力光学系２０ｚに反射部材を設けてもよい。照射装置において反射部材を設ける照射光学系の数は、図示の実施の形態のように二つに限られず、一つでもよいし、三つすべてであってもよい。また、偏光測定装置において第２の反射部材を設ける出力光学系の数も、図示の実施の形態のように二つに限られず、一つでもよいし、三つすべてであってもよい。さらには、どの照射光学系にも反射部材を設けないことも可能であるし、どの出力光学系にも第２の反射部材を設けないことも可能である。

＜第３の実施の形態＞
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る電界測定装置の概略図であり、図６は図５の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。図５および図６において、第１の実施の形態と共通する構成要素を示すために、同一の符号が使用され、それらの詳細な説明は省略する。

この実施の形態では、照射光学系１２および出力光学系２０で光伝搬素子を共有する。照射装置の照射光学系１２の各々は、光源１４、偏光フィルタ１６、偏光を伝搬する光伝搬素子としての光ファイバ５４、光分岐器としての光サーキュレータ５６、および偏光を伝搬する光伝搬素子としての光ファイバ５８を有する。偏光フィルタ１６および／または偏光変換素子からの直線偏光は、同じ照射光学系１２の光ファイバ５４および光サーキュレータ５６を経て、光ファイバ５８内を進行し、電気光学結晶１０に到達する。

図６に示されるように、光ファイバ５８ｘ，５８ｙ，５８ｚは、電気光学結晶１０の互いに直交する三つの結晶面に垂直にそれぞれ接合されている。この接合には、例えば透明接着剤を使用することができる。

図６に示されるように、電気光学結晶１０の互いに直交する三つの結晶面（光ファイバ５８の反対側の面）には、反射層６０が接合されている。反射層６０は、例えば誘電体反射膜、金属反射膜またはこれらの組合せであってよく、例えばコーティングにより電気光学結晶１０に形成することができる。反射層６０の各々は、光ファイバ５８から照射されて電気光学結晶１０の内部を進行した偏光を反射することによって同じ光ファイバ５８にその変更を導くことが可能である。

偏光測定装置の出力光学系２０の各々は、光を伝搬する第２の光伝搬素子としての光ファイバ５８、光サーキュレータ５６、光ファイバ６２および偏光計２２を有する。第１の照射光学系１２ｘの光ファイバ５４ｘおよび光サーキュレータ５６ｘを経て光ファイバ５８ｘに導かれてｘ方向に進行する偏光Ｌｘは電気光学結晶１０を透過して、反射層６０ｘで反射し、反射した偏光Ｌｘ２は逆方向に電気光学結晶１０を透過して同じ光ファイバ５８ｘを進行し、光サーキュレータ５６ｘにより光ファイバ６２ｘに導かれて、第１の出力光学系２０ｘの偏光計２２ｘに導かれる。第２の照射光学系１２ｙの光ファイバ５４ｙおよび光サーキュレータ５６ｙを経て光ファイバ５８ｙに導かれてｙ方向に進行する偏光Ｌｙは電気光学結晶１０を透過して、反射層６０ｙで反射し、反射した偏光Ｌｙ２は逆方向に電気光学結晶１０を透過して同じ光ファイバ５８ｙを進行し、光サーキュレータ５６ｙにより光ファイバ６２ｙに導かれて、第２の出力光学系２０ｙの偏光計２２ｙに導かれる。第３の照射光学系１２ｚの光ファイバ５４ｚおよび光サーキュレータ５６ｚを経て光ファイバ５８ｚに導かれてｚ方向に進行する偏光Ｌｚは電気光学結晶１０を透過して、反射層６０ｚで反射し、反射した偏光Ｌｚ２は逆方向に電気光学結晶１０を透過して同じ光ファイバ５８ｚを進行し、光サーキュレータ５６ｚにより光ファイバ６２ｚに導かれて、第３の出力光学系２０ｚの偏光計２２ｚに導かれる。

光ファイバ５４，５８，６２の代わりに偏光を伝搬可能な他の光導波路を使用してもよい。光ファイバ５４としては、シングルモードの光導波路でもよいが、偏光保持型の光導波路がより好ましい。光ファイバ５８，６２としては、電気光学結晶１０を透過した光をその偏光面を調節せずに偏光計２２に導くため、シングルモードの光導波路が好ましい。また、光ファイバ５８としては、電気光学結晶１０に向けて出射した光束が広がることを抑えるために、屈折率分布型レンズ（グレーデッドインデックスレンズ）を使用してもよい。

電気光学結晶１０を配置して電界を測定する位置によっては、照射装置の電気光学結晶１０に光を照射する部分の反対側に、電気光学結晶１０を透過した偏光を偏光測定装置に導く部分を配置することが困難な場合がありうる。しかし、このような場合でも、電気光学結晶１０の表面に反射層６０を設けることによって、電気光学結晶１０を透過した偏光を偏光測定装置の出力光学系２０に導くことが容易である。

また、反射層６０で反射された偏光は電気光学結晶１０の内部を再び透過する。従って、電気光学結晶１０から出射した偏光は、二回電気光学結晶１０を通過しているので、電気光学結晶１０を一回通過した場合よりも電界の影響を大きく受ける。このため、偏光計２２の感度を向上させることが可能である。

この実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる。この実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、三方向の電界強度測定を同時に行ってもよいし、別の時に行ってもよい。電界強度測定では、三方向についてあらかじめ求められた電界強度と偏光面の回転角度の関係に、各偏光計２２の測定結果（偏光面の回転角度）を当てはめることによって、三方向の各々での電界強度を推定する。

この実施の形態では、電気光学結晶１０の三面に反射層６０が設けられている。但し、電気光学結晶１０の一面または二面にのみ反射層６０を設け、反射層６０を設けない面から出射する偏光は、第１の実施の形態と同じ手法で偏光計に導いてもよい。

この実施の形態では、各光ファイバ５８は単芯タイプであって、電気光学結晶１０に入射する偏光および電気光学結晶１０から出射する偏光は同じ芯を通過する。しかし、各光ファイバ５８は二芯タイプであって、電気光学結晶１０に入射する偏光および電気光学結晶１０から出射する偏光は異なる芯を通過するようにしてもよい。二芯タイプでは、電気光学結晶１０に入射する偏光を伝搬する芯は偏光保持型、電気光学結晶１０から出射する偏光を伝搬する芯はシングルモード型にし、光サーキュレータ５６の代わりに光分岐器としての光カプラで、光ファイバ５８の芯を光ファイバ５４および光ファイバ６２にそれぞれ接続してもよい。

＜第４の実施の形態＞
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。この電界測定装置の概略は図５と同じである。図７において、第２または第３の実施の形態と共通する構成要素を示すために、同一の符号が使用され、それらの詳細な説明は省略する。

この実施の形態は、第２の実施の形態と第３の実施の形態の組合せである。具体的には、この実施の形態では、第１の照射光学系１２ｘおよび第２の出力光学系２０ｘに共通する一つの直角プリズム（反射部材、第２の反射部材）７０ｘが設けられ、第２の照射光学系１２ｙおよび出力光学系２０ｙに共通する一つの直角プリズム（反射部材、第２の反射部材）７０ｙが設けられている。図７に示された範囲において、光ファイバ５８のいずれもがｚ方向に延びている。さらに、第３の実施の形態と同様に、電気光学結晶１０の互いに直交する三つの結晶面には、反射層６０が接合されている。

直角プリズム７０ｘは光ファイバ５８ｘの端面に例えば透明接着剤で接合されている。第１の照射光学系１２ｘにおいて、直角プリズム７０ｘは、光ファイバ５８ｘから出射した偏光Ｌｘを反射することにより偏光Ｌｘの進行方向をｘ方向に変更して電気光学結晶１０に偏光Ｌｘを照射する。ｘ方向に進行する偏光Ｌｘは電気光学結晶１０を透過して、反射層６０ｘで反射し、反射した偏光Ｌｘ２は逆方向に電気光学結晶１０を透過して同じ直角プリズム７０ｘに入射する。第１の出力光学系２０ｘにおいて、直角プリズム７０ｙは、電気光学結晶１０を透過しｘ方向に進む偏光Ｌｘを反射することにより偏光Ｌｘの進行方向をｚ方向に変更して、光ファイバ５８ｘに偏光Ｌｘを導く。

直角プリズム７０ｙは光ファイバ５８ｙの端面に例えば透明接着剤で接合されている。第２の照射光学系１２ｙにおいて、直角プリズム７０ｙは、光ファイバ５８ｙから出射した偏光Ｌｙを反射することにより偏光Ｌｙの進行方向をｙ方向に変更して電気光学結晶１０に偏光Ｌｙを照射する。ｙ方向に進行する偏光Ｌｙは電気光学結晶１０を透過して、反射層６０ｙで反射し、反射した偏光Ｌｙ２は逆方向に電気光学結晶１０を透過して同じ直角プリズム７０ｙに入射する。第２の出力光学系２０ｙにおいて、直角プリズム７０ｙは、電気光学結晶１０を透過しｙ方向に進む偏光Ｌｙを反射することにより偏光Ｌｙの進行方向をｚ方向に変更して、光ファイバ５８ｙに偏光Ｌｙを導く。つまり、いずれの直角プリズムにおいても、その直角を挟む面の一方に光が入射し、傾斜面で反射し、直角を挟む面の他方から光が出射することにより、光の進行方向を９０°曲げる。

第３の照射光学系１２ｚおよび第３の出力光学系２０ｚには、プリズムは設けられず、第３の実施の形態と同様に偏光Ｌｚおよび反射層６０ｚで反射した偏光Ｌｚ２が進行する。

この実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に、同一位置での複数方向における電界の強度を容易に測定することができる。この実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、三方向の電界強度測定を同時に行ってもよいし、別の時に行ってもよい。電界強度測定では、三方向についてあらかじめ求められた電界強度と偏光面の回転角度の関係に、各偏光計２２の測定結果（偏光面の回転角度）を当てはめることによって、三方向の各々での電界強度を推定する。

この実施の形態では、照射光学系１２ｘ，１２ｙに反射部材としてのプリズムを使用することによって、電気光学結晶１０に偏光を入射させることが容易である。また、出力光学系２０ｘ，２０ｙに第２の反射部材としてのプリズムを使用することによって、電気光学結晶１０を透過した偏光を光ファイバ２４ｘ，２４ｙに導くことが容易である。

また、電気光学結晶１０の表面に反射層６０を設けることによって、電気光学結晶１０を透過した偏光を偏光測定装置の出力光学系２０に導くことが容易である。また、電気光学結晶１０から出射した偏光は、二回電気光学結晶１０を通過しているので、電気光学結晶１０を一回通過した場合よりも電界の影響を大きく受ける。このため、偏光計２２の感度を向上させることが可能である。

第２および第３の実施の形態に関連して説明した変更または修正は第４の実施の形態についても同様に施すことが可能である。例えば、この実施の形態では、偏光の進行方向を変更する反射部材および第２の反射部材として、直角プリズムが使用されているが、反射部材または第２の反射部材は直角プリズムに限定されない。例えば、他の種類のプリズムまたはミラーを反射部材または第２の反射部材として、直角プリズム７０の代わりに使用してもよい。図８は、第４の実施の形態のバリエーションに係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。図８のバリエーションでは、直角プリズム７０の代わりに、反射部材および第２の反射部材としてミラー７２が使用されており、第４の実施の形態と同様の効果が達成される。

本発明の第１の実施の形態に係る電界測定装置の概略図である。 図１の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。 比較例の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電界測定装置の概略図である。 図５の電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態のバリエーションに係る電界測定装置の電気光学結晶およびその付近を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 電気光学結晶、１２ 照射光学系、１８ 光ファイバ（光伝搬素子）、２０ 出力光学系、２２ 偏光計、２４ 光ファイバ（第２の光伝搬素子）、４０ 直角プリズム（反射部材）、４２ 直角プリズム（第２の反射部材）、５４ 光ファイバ、５６ 光サーキュレータ、５８ 光ファイバ（光伝搬素子、第２の光伝搬素子）、６０ 反射層、６２ 光ファイバ、７０ 直角プリズム（反射部材、第２の反射部材）、７２ 直角プリズム（反射部材、第２の反射部材）。

Claims (5)

1. 与えられた電界の強度に応じて屈折率が変化する単一の電気光学結晶と、
   互いに直交する三方向に沿って前記電気光学結晶に偏光を照射することが可能な照射装置と、
   前記電気光学結晶を前記三方向に通過した偏光の各々の状態を測定することが可能な偏光測定装置とを備えることを特徴とする電界測定装置。
2. 前記電気光学結晶は立方晶構造を有し、
   前記照射装置は、前記立方晶構造の三つの結晶軸の各々に沿って前記電気光学結晶に偏光を照射することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電界測定装置。
3. 前記照射装置は、
   前記電気光学結晶に各々が異なる方向に沿って偏光を照射することが可能な三つの照射光学系を備え、
   前記照射光学系の各々は偏光を伝搬する光伝搬素子を有し、
   少なくとも一つの前記照射光学系は、自身の光伝搬素子から出射した偏光を反射することにより前記偏光の進行方向を変更して前記電気光学結晶に前記偏光を照射する反射部材を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界測定装置。
4. 前記偏光測定装置は、
   各々が異なる方向に沿って前記電気光学結晶を透過した光の偏光面の回転角度を測定する三つの出力光学系を備え、
   前記出力光学系の各々は光を伝搬する第２の光伝搬素子を有し、
   少なくとも一つの前記出力光学系は、前記電気光学結晶を透過した光を反射することにより前記光の進行方向を変更して、自身の第２の光伝搬素子に前記光を導く第２の反射部材を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電界測定装置。
5. 前記電気光学結晶の少なくとも一つの面に接合され、前記照射装置から照射されて前記電気光学結晶の内部を進行する偏光を反射することによって、前記偏光測定装置にこの偏光を導く反射層をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電界測定装置。

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