JP2014109441A - 電界センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電界センサの配置スペースを小型化すること。
【解決手段】電磁波を検出するためのヘッド部２０であって、電磁波の強度に応じた検出信号Ｓａに基づき連続光Ｌ１を変調し、変調光Ｌ２を出力する光変調器２２と、変調光Ｌ２を反射し、バイアス制御信号光Ｌ３を透過する光合分波器２４と、光合分波器２４を透過したバイアス制御信号光Ｌ３に基づきバイアス信号Ｓｂを出力する光電変換器２５と、光変調器２２に連続光Ｌ１を導入するための光ファイバＦ２１と、光変調器２２から光合分波器２４に変調光Ｌ２を伝送するための光ファイバＦ２２と、光合分波器２４にバイアス制御信号光Ｌ３を導入し、光合分波器２４において反射される変調光Ｌ２を伝送するための光ファイバＦ２３とを備え、光ファイバＦ２２，Ｆ２３は光合分波器２４の一端２４ａに接続され、光電変換器２５は光合分波器２４の他端２４ｂに接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電界センサに関する。

電波暗室に設置された被測定装置から放射される微弱な電磁波を測定するための電界計測装置がある。例えば、特許文献１に記載の電界計測装置では、電波暗室にアンテナ及びセンサヘッド（ヘッド部）が設置され、測定室にコントローラ部及び測定器が設置され、ヘッド部とコントローラ部とが光ファイバによって接続されている。また、この電界計測装置では、ヘッド部は、光変調器、ＷＤＭモジュール及び光電変換器といった光学部品を備え、各光学部品間は光ファイバにより接続されている。

ところで、外部からのノイズの影響及び伝送損失を低減するために、ヘッド部はアンテナの近傍に配置される。ヘッド部をアンテナにさらに近づけて配置するために、ヘッド部の小型化が望まれている。

特開２０１２−２０７９４２号公報

特許文献１に記載の電界計測装置のヘッド部では、コントローラ部から出力された連続光を光変調器の一端から入力し、光変調器の他端からコントローラ部に変調光を出力している。このように、この電界計測装置では、連続光はコントローラ部から供給され、連続光を変調した変調光はコントローラ部に出力される。したがって、ヘッド部において光の進行方向を逆方向に変更する必要があるので、光変調器の一端側または他端側のいずれかにおいて、光ファイバは曲げて配置される。

しかしながら、光ファイバは、曲げることのできる最小の半径である許容曲げ半径を有するので、配置スペースを低減するためには、光ファイバを許容曲げ半径で曲げることにより光ファイバを折り返す必要がある。その結果、ヘッド部は光ファイバの許容曲げ寸法分のスペースを有する必要があり、ヘッド部の配置スペースを十分に小型化することができない。

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、配置スペースの小型化が可能な構造を有する電界センサ（ヘッド部）を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る電界センサは、電磁波を検出するための電界センサであって、電磁波の強度に応じた検出信号に基づいて、連続光を変調し、変調光を出力する光変調器と、変調光を反射するとともに、光変調器のバイアス制御用のバイアス制御信号光を透過する光合分波器と、光合分波器を透過したバイアス制御信号光を受信し、バイアス制御信号光に基づいてバイアス信号を出力する光電変換器と、光変調器に連続光を導入するための第１光ファイバと、光変調器から光合分波器に変調光を伝送するための第２光ファイバと、光合分波器にバイアス制御信号光を導入するとともに、光合分波器において反射される変調光を伝送するための第３光ファイバと、を備える。第２光ファイバ及び第３光ファイバは、光合分波器の一端に接続され、光電変換器は、光合分波器の他端に光学的に接続される。

このような電界センサでは、第２光ファイバ及び第３光ファイバは光合分波器の一端に接続され、光電変換器は光合分波器の他端に接続されている。この電界センサでは、第１光ファイバによって導入された連続光が、光変調器によって変調され、変調光として第２光ファイバを介して光合分波器に出力される。そして、光合分波器によって変調光が反射され、反射された変調光が第３光ファイバによって伝送される。このように、光合分波器によって、変調光の進行方向が逆方向に変更されるので、第１光ファイバ、第２光ファイバ及び第３光ファイバの折り返しは不要となる。その結果、光ファイバのための配置スペースを低減することができ、電界センサの小型化が可能となる。そして、電界センサを小型化することにより、アンテナのさらに近傍に電界センサを配置することが可能となる。なお、本明細書において、光ファイバの許容曲げ半径による曲げを、単に「折り返し」と表現する場合がある。

電界センサは、光変調器及び光合分波器を収容する筐体をさらに備えてもよい。筐体は第１の面を有してもよく、第１光ファイバは、光変調器から第１の面に向かって伸びていてもよく、第３光ファイバは、光合分波器から第１の面に向かって伸びていてもよい。
この場合、第１光ファイバは大きく曲げられることはなく、光変調器から第１の面に向かって伸びることができる。また、第２光ファイバ及び第３光ファイバが光合分波器の一端に接続されているので、光合分波器の一端が第１の面に対向するように光合分波器が配置される場合には、第２光ファイバ及び第３光ファイバは大きく曲げられることはなく、光合分波器の一端から第１の面に向かって伸びることができる。その結果、光ファイバのための配置スペースをさらに低減することができ、電界センサのさらなる小型化が可能となる。

電界センサは、変調光を抑圧するためのフィルタ部をさらに備えてもよく、フィルタ部は、光合分波器と光電変換器との間に設けられてもよい。変調光の一部が光合分波器を透過することがある。このような場合に、透過した変調光をフィルタ部によって抑圧することができ、透過した変調光が、光電変換器から出力されるバイアス信号に影響を及ぼすのを抑制できる。このため、光変調器のバイアス制御の精度を向上することが可能となる。

本発明によれば、電界センサの配置スペースの小型化が可能である。

一実施形態に係る電界計測装置を概略的に示す図である。 図１の光合分波器を概略的に示す断面図である。 図１のヘッド部における光学部品の配置例を示す図である。 （ａ）は比較例の光合分波器を概略的に示す断面図、（ｂ）は比較例のヘッド部における光学部品の配置例を示す図である。 変形例の光合分波器、フィルタ部及び光電変換器を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る電界計測装置を概略的に示す図である。図１に示されるように、電界計測装置１は、被測定装置（不図示）から放射される電磁波を測定するための装置であって、アンテナ１０と、ヘッド部２０（電界センサ）と、コントローラ部４０と、測定器６０と、光ファイバＦ１と、光ファイバＦ２と、を備え得る。アンテナ１０及びヘッド部２０は電波暗室２に配置され、コントローラ部４０及び測定器６０は測定室３に配置される。また、被測定装置は電波暗室２に設置される。

電波暗室２は、被測定装置から放射される電磁波を検出するためのエリアであって、例えば外部からの電磁波が遮断された部屋である。電波暗室２は、オープンサイトなどであってもよい。また、本実施形態ではアンテナの設置場所が電波暗室の例で説明するが、本発明はこれに限定されることはなく、アンテナで受信した電磁波を検出するものであれば、例えば衛星用のパラボラアンテナで屋外で受信する場合や、ＲＯＦ（Radio on fiber）システムなどアンテナを利用する電界計測装置全般に用いることができる。測定室３は、電波暗室２において検出された電磁波を計測するためのエリアであって、被測定装置から放射される電磁波によって計測に障害が生じないエリアである。測定室３は、例えば電波暗室２の外部、被測定装置から十分離れた場所、または、被測定装置から放射される電磁波の漏出を遮断した空間などである。

アンテナ１０は、被測定装置から放射される電磁波を受信する。アンテナ１０は、受信した電磁波の電界強度に応じた電気信号である検出信号Ｓａをヘッド部２０に出力する。

ヘッド部２０は、電磁波を検出するための電界センサであって、アンプ２１と、光変調器２２と、バイアス制御回路２３と、光合分波器２４と、光電変換器２５と、バッテリー２６と、光コネクタ３１と、光コネクタ３２と、光ファイバＦ２１（第１光ファイバ）と、光ファイバＦ２２（第２光ファイバ）と、光ファイバＦ２３（第３光ファイバ）と、光ファイバＦ２４と、を備え得る。

アンプ２１は、アンテナ１０から出力される検出信号Ｓａを増幅する回路であって、バッテリー２６から電力供給を受けて駆動する。アンプ２１は、増幅した検出信号Ｓａを変調信号Ｓｍｄとして光変調器２２に出力する。

光変調器２２は、アンプ２１から出力される変調信号Ｓｍｄを光信号に変換するデバイスであって、例えばマッハツェンダ型の光変調器である。光変調器２２は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの電気光学効果を奏する誘電体材料から構成されている。光変調器２２は、光ファイバＦ１及び光ファイバＦ２１を介してコントローラ部４０から出力される連続光Ｌ１を入力する。また、光変調器２２は、アンプ２１から出力される変調信号Ｓｍｄで連続光Ｌ１を変調し、変調した光である変調光Ｌ２を光ファイバＦ２２、光合分波器２４、光ファイバＦ２３及び第２光ファイバＦ２を介してコントローラ部４０に出力する。この変調光Ｌ２は、変調信号Ｓｍｄを変換した光変調信号光である。

また、光変調器２２には、バイアス制御回路２３によって出力されるバイアス電圧Ｖｂが印加され、バイアス電圧Ｖｂによって光変調器２２の動作点（バイアス点）が定められる。なお、本実施形態では、光変調器２２は、Ｘカットの基板を有するが、これに限定されない。光変調器２２は、例えばＺカットの基板を有してもよい。

バイアス制御回路２３は、光電変換器２５によって出力されるバイアス信号Ｓｂを受信し、バイアス信号Ｓｂに応じたバイアス電圧Ｖｂを光変調器２２に出力する。

光合分波器２４は、互いに異なる波長を有する光を合波、または、互いに異なる波長を有する光に分波する光学素子であって、例えばＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラである。光合分波器２４は、光変調器２２から出力される変調光Ｌ２を入力して、光ファイバＦ２３に出力し、光ファイバＦ２３から出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を入力して、光ファイバＦ２４を介して光電変換器２５に出力する。光合分波器２４の詳細は後述する。

光電変換器２５は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。光電変換器２５は、光合分波器２４によって出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を電気信号に変換し、バイアス信号Ｓｂとしてバイアス制御回路２３に出力する。

バッテリー２６は、ＤＣ電源であって、アンプ２１及びバイアス制御回路２３のそれぞれに電力を供給する。

光ファイバＦ２１は、光コネクタ３１と光変調器２２の入力端とを接続する。光ファイバＦ２１は、光コネクタ３１を介して光ファイバＦ１によってヘッド部２０に導入される連続光Ｌ１を伝送し、光変調器２２に出力する。光ファイバＦ２２は、光変調器２２の出力端と光合分波器２４とを接続する。光ファイバＦ２２は、光変調器２２から出力される変調光Ｌ２を入力して伝送し、光合分波器２４に出力する。

光ファイバＦ２３は、光合分波器２４と光コネクタ３２とを接続する。光ファイバＦ２３は、光合分波器２４から出力される変調光Ｌ２を入力して伝送し、光コネクタ３２を介して光ファイバＦ２に出力する。光ファイバＦ２４は、光合分波器２４と光電変換器２５の入力端とを接続する。光ファイバＦ２４は、光合分波器２４から出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を入力して伝送し、光電変換器２５に出力する。

光ファイバＦ２１は、例えば偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：ＰＭＦ）であり、光ファイバＦ２２、光ファイバＦ２３及び光ファイバＦ２４は、例えばシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：ＳＭＦ）である。光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２、光ファイバＦ２３及び光ファイバＦ２４は、例えば３０ｍｍ程度の許容曲げ半径を有する。

コントローラ部４０は、第１光源４１と、制御回路４２と、第２光源４３と、光合分波器４４と、光分岐器４５と、第１光受信部４６と、アンプ４７と、第２光受信部４８と、電源スイッチ４９と、光コネクタ５１と、光コネクタ５２と、光ファイバＦ４１と、光ファイバＦ４２と、光ファイバＦ４３と、光ファイバＦ４４と、光ファイバＦ４５と、光ファイバＦ４６と、を備え得る。

第１光源４１は、連続光Ｌ１を出力する光源であって、例えばレーザダイオードである。連続光Ｌ１は、一定のレベルの連続光であって、第１波長を有する。第１波長は例えば１．５５μｍである。第１光源４１は、光ファイバＦ４１及び光ファイバＦ１を介して、ヘッド部２０に連続光Ｌ１を出力する。

制御回路４２は、光変調器２２の動作点を制御する回路である。制御回路４２は、バイアス制御回路２３を制御するためのバイアス制御信号を生成する。制御回路４２は、第２光受信部４８によって検出される光強度の平均値が一定の値となるように、バイアス制御信号の電圧値を調整する。そして、制御回路４２は、バイアス制御信号を駆動信号Ｓｄとして第２光源４３に出力する。また、制御回路４２は、第１光源４１を駆動する。

第２光源４３は、バイアス制御用の光信号を含むバイアス制御信号光Ｌ３を出力する光源であって、例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。バイアス制御信号光Ｌ３は、連続光Ｌ１の第１波長と異なる波長の第２波長を有する。第２波長は例えば１．３１μｍである。第２光源４３は、制御回路４２から出力される駆動信号Ｓｄに応じてバイアス制御信号光Ｌ３を生成し、光ファイバＦ４６、光合分波器４４、光ファイバＦ４２及び光ファイバＦ２を介してヘッド部２０にバイアス制御信号光Ｌ３を出力する。なお、変調光Ｌ２への影響を少なくするため、バイアス制御信号光Ｌ３の光強度は、変調光Ｌ２の光強度の１００分の１程度としている。

光合分波器４４は、互いに異なる波長を有する複数の光を合波し、合波された光を互いに異なる波長を有する複数の光に分波するデバイスであって、例えばＷＤＭカプラである。光合分波器４４は、第２光源４３によって出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を光ファイバＦ４２に出力し、光ファイバＦ４２から出力される変調光Ｌ２を入力し、光ファイバＦ４３を介して光分岐器４５に出力する。

光分岐器４５は、所定の波長の光を一定の比率で分岐するデバイスであって、例えば分岐カプラである。光分岐器４５は、光合分波器４４から出力される変調光Ｌ２を信号光Ｌ２１と信号光Ｌ２２とに分岐する。また、光分岐器４５は、信号光Ｌ２１を光ファイバＦ４４を介して第１光受信部４６に出力し、信号光Ｌ２２を光ファイバＦ４５を介して第２光受信部４８に出力する。

第１光受信部４６は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。第１光受信部４６は、光分岐器４５から出力される信号光Ｌ２１に含まれる光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を測定信号Ｓｍとしてアンプ４７に出力する。アンプ４７は、第１光受信部４６から出力される測定信号Ｓｍを増幅し、増幅した測定信号Ｓｍを測定信号Ｓｍｘとして測定器６０に出力する。

第２光受信部４８は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。第２光受信部４８は、光分岐器４５から出力される信号光Ｌ２２の光強度を電気信号に変換し、電気信号を制御回路４２に出力する。

光ファイバＦ４１は、光コネクタ５１と第１光源４１の出力端とを接続する。光ファイバＦ４１は、第１光源４１によって出力される連続光Ｌ１を伝送し、光コネクタ５１を介して光ファイバＦ１に出力する。光ファイバＦ４２は、光コネクタ５２と光合分波器４４の一端とを接続する。光ファイバＦ４２は、光ファイバＦ２から光コネクタ５２を介して入力する変調光Ｌ２を伝送し、光合分波器４４に出力するとともに、光合分波器４４から出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を伝送し、光コネクタ５２を介して光ファイバＦ２に出力する。

光ファイバＦ４３は、光合分波器４４の他端と光分岐器４５の一端とを接続する。光ファイバＦ４３は、光合分波器４４から出力される変調光Ｌ２を入力して伝送し、光分岐器４５に出力する。光ファイバＦ４４は、光分岐器４５の他端と第１光受信部４６の入力端とを接続する。光ファイバＦ４４は、光分岐器４５から出力される信号光Ｌ２１を入力して伝送し、第１光受信部４６に出力する。

光ファイバＦ４５は、光分岐器４５の他端と第２光受信部４８の入力端とを接続する。光分岐器４５から出力される信号光Ｌ２２を入力して伝送し、第２光受信部４８に出力する。光ファイバＦ４６は、第２光源４３の出力端と光合分波器４４の一端とを接続する。光ファイバＦ４６は、第２光源４３によって出力されるバイアス制御信号光Ｌ３を伝送し、光合分波器４４に出力する。

光ファイバＦ４１は、例えば偏波保持ファイバであり、光ファイバＦ４２、光ファイバＦ４３、光ファイバＦ４４、光ファイバＦ４５及び光ファイバＦ４６は、例えばシングルモードファイバである。光ファイバＦ４１、光ファイバＦ４２、光ファイバＦ４３、光ファイバＦ４４、光ファイバＦ４５及び光ファイバＦ４６は、例えば３０ｍｍ程度の許容曲げ半径を有する。

測定器６０は、アンプ４７によって出力される測定信号Ｓｍｘに基づいて、アンテナ１０で受信した電磁波の強度等を測定する。

光ファイバＦ１は、コントローラ部４０の第１光源４１とヘッド部２０の光変調器２２とを接続する光ファイバであって、例えば偏波保持ファイバである。光ファイバＦ１は、コントローラ部４０からヘッド部２０に連続光Ｌ１を伝送する。第２光ファイバＦ２は、ヘッド部２０の光合分波器２４とコントローラ部４０の光合分波器４４とを接続する光ファイバであって、例えばシングルモードファイバである。光ファイバＦ２は、ヘッド部２０からコントローラ部４０に変調光Ｌ２を伝送するとともに、コントローラ部４０からヘッド部２０にバイアス制御信号光Ｌ３を伝送する。

次に、光合分波器２４の詳細について説明する。図２は、光合分波器２４を概略的に示す断面図である。図２に示されるように、光合分波器２４は、一方向に伸びており、一端２４ａ及び他端２４ｂを有する。この一端２４ａ及び他端２４ｂは、光合分波器２４の一方向における両端である。また、光合分波器２４は、第１ポート２４１と、第２ポート２４２と、第３ポート２４３と、フィルタ２４４と、を備えている。

フィルタ２４４は、所定の波長を有する光を透過し、他の波長を有する光を反射する分波フィルタであって、バイアス制御信号光Ｌ３を透過し、変調光Ｌ２を反射する。

第１ポート２４１はコモンポートであって、光合分波器２４の一端２４ａに設けられている。第１ポート２４１には、光ファイバＦ２３が接続されている。第２ポート２４２は透過ポートであって、光合分波器２４の他端２４ｂに設けられている。第２ポート２４２には、光ファイバＦ２４が接続されている。第３ポート２４３は反射ポートであって、光合分波器２４の一端２４ａに設けられている。第３ポート２４３には、光ファイバＦ２２が接続されている。

このような光合分波器２４では、第１ポート２４１には、光ファイバＦ２３からバイアス制御信号光Ｌ３が入力される。そして、第１ポート２４１に入力したバイアス制御信号光Ｌ３は、フィルタ２４４を透過して、第２ポート２４２から光ファイバＦ２４に出力される。また、第３ポート２４３には、光ファイバＦ２２から変調光Ｌ２が入力される。そして、第３ポート２４３に入力した変調光Ｌ２は、フィルタ２４４に反射され、第１ポート２４１から光ファイバＦ２３に出力される。なお、光合分波器２４は、一端２４ａ及び他端２４ｂにそれぞれコリメートレンズ（不図示）を備え得る。

図３は、図２の光合分波器２４を用いた場合のヘッド部２０における各光学部品の配置例を示す図である。図３に示されるように、ヘッド部２０は筐体３０をさらに備えてもよい。筐体３０は、光変調器２２、光合分波器２４、光電変換器２５、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３を収容する。また、筐体３０は、第１の面３０ａと、第１の面３０ａの反対側の第２の面３０ｂと、を有する。

この配置例では、光コネクタ３１及び光コネクタ３２は、第１の面３０ａに設けられている。また、光コネクタ３１、光変調器２２、光合分波器２４及び光電変換器２５はその順に、第１の面３０ａから第２の面３０ｂに向かう第１方向Ａ１に沿って配置されている。また、光変調器２２の入力端が第１の面３０ａに対向し、光変調器２２の出力端が第２の面３０ｂに対向するように、光変調器２２は配置されている。また、光合分波器２４の一端２４ａが第１の面３０ａに対向し、光合分波器２４の他端２４ｂが第２の面３０ｂに対向するように、光合分波器２４は配置されている。さらに、光電変換器２５の入力端が第１の面３０ａに対向するように、光電変換器２５は配置されている。

このように、光コネクタ３１と光変調器２２の入力端とが第１方向Ａ１に沿って対向しているので、光ファイバＦ２１は第１方向Ａ１に沿って直線的に配置される。また、光変調器２２の出力端と光合分波器２４の第３ポート２４３とが第１方向Ａ１に沿って対向しているので、光ファイバＦ２２は第１方向Ａ１に沿って直線的に配置される。

さらに、光合分波器２４の第１ポート２４１が光コネクタ３２に対向しているので、光ファイバＦ２３は緩やかに湾曲されて配置される。また、光合分波器２４の他端２４ｂと光電変換器２５の入力端とが第１方向Ａ１に沿って対向しているので、光ファイバＦ２４は第１方向Ａ１に沿って直線的に配置される。なお、この配置例では、光ファイバＦ２４が用いられるが、光合分波器２４を透過したバイアス制御信号光Ｌ３は、光電変換器２５に直接入力されてもよい。

図４の（ａ）は比較例の光合分波器２４０を概略的に示す断面図、図４の（ｂ）は比較例のヘッド部２００における各光学部品の配置例を示す図である。図４の（ａ）に示されるように、光合分波器２４０は、フィルタ２４４に代えてフィルタ２４６を備える点において、光合分波器２４と相違している。すなわち、フィルタ２４６は、変調光Ｌ２を透過し、バイアス制御信号光Ｌ３を反射する分波フィルタである。

図４の（ｂ）に示されるように、ヘッド部２００は、光合分波器２４に代えて光合分波器２４０を備える点、筐体３０に代えて筐体３００を備える点、及び、各部品の配置において、ヘッド部２０と相違している。

光合分波器２４０を用いてヘッド部２００を構成する場合、光合分波器２４０の第１ポート２４１には光ファイバＦ２３が接続され、光合分波器２４０の第２ポート２４２には光ファイバＦ２２が接続され、光合分波器２４０の第３ポート２４３には光ファイバＦ２４が接続される。

この配置例では、光コネクタ３１及び光コネクタ３２は、第１の面３００ａに設けられている。また、光コネクタ３１及び光変調器２２はその順に、第１の面３００ａから第２の面３００ｂに向かう第１方向Ａ１に沿って配置されている。また、光コネクタ３２及び光合分波器２４０はその順に第１方向Ａ１に沿って配置されている。また、光変調器２２の入力端が第１の面３００ａに対向し、光変調器２２の出力端が第２の面３００ｂに対向するように、光変調器２２は配置されている。また、光合分波器２４０の一端２４ａが第１の面３００ａに対向し、光合分波器２４０の他端２４ｂが第２の面３００ｂに対向するように、光合分波器２４０は配置されている。さらに、光電変換器２５の入力端が第１の面３００ａに対向するように、光電変換器２５は配置されている。

光コネクタ３１と光変調器２２の入力端とが第１方向Ａ１に沿って対向しているので、光ファイバＦ２１は第１方向Ａ１に沿って直線的に配置される。また、光コネクタ３２と光合分波器２４０の第１ポート２４１が第１方向Ａ１に沿って対向しているので、光ファイバＦ２３は第１方向Ａ１に沿って直線的に配置される。

しかしながら、光変調器２２の出力端と光合分波器２４０の他端２４ｂとは、ともに第２の面３００ｂに対向しているので、光ファイバＦ２２は、光ファイバＦ２２の許容曲げ半径で折り返して配置される。また、光合分波器２４０の一端２４ａと光電変換器２５の入力端とは、ともに第１の面３００ａに対向しているので、光ファイバＦ２４は、光ファイバＦ２４の許容曲げ半径で折り返して配置される。

以上のように、電界計測装置１のヘッド部２０，２００では、連続光Ｌ１はコントローラ部４０から供給され、連続光Ｌ１を変調した変調光Ｌ２はコントローラ部４０に出力される。このため、連続光Ｌ１及び変調光Ｌ２の光路（光ファイバＦ２１、光変調器２２、光ファイバＦ２２、光合分波器２４，２４０及び光ファイバＦ２３）において、連続光Ｌ１または変調光Ｌ２の進行方向を逆方向に変更する必要がある。また、光変調器２２は、連続光Ｌ１が入力端から入力され、変調光Ｌ２が出力端から出力される透過型の光変調器である。したがって、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２、光合分波器２４，２４０及び光ファイバＦ２３のいずれかにおいて光の進行方向を逆方向に変更することになる。

比較例のヘッド部２００では、光合分波器２４０は、変調光Ｌ２を透過する。このため、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３のいずれかを折り返す必要がある。ここで、一般的なシングルモードファイバでは、許容曲げ半径は３０ｍｍ程度である。このため、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２または光ファイバＦ２３を折り返すためには、筐体３００は、６０ｍｍ以上の幅を有する必要がある。このように、ヘッド部２００では、光ファイバを折り返すための配置スペースが必要となるので、ヘッド部２００の小型化は困難である。

一方、ヘッド部２０では、光合分波器２４を備えている。この光合分波器２４は、変調光Ｌ２を反射するとともに、バイアス制御信号光Ｌ３を透過するフィルタ２４４を備えている。また、第１ポート２４１に光ファイバＦ２３が接続され、第２ポート２４２に光ファイバＦ２４が接続され、第３ポート２４３に光ファイバＦ２２が接続されている。すなわち、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３は光合分波器２４の一端２４ａに接続され、光ファイバＦ２４は光合分波器２４の他端２４ｂに接続されている。

このように、ヘッド部２０では、光合分波器２４によって変調光Ｌ２の進行方向が逆方向に変更されるので、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３の折り返しは不要となる。そして、光変調器２２の入力端が第１の面３０ａに対向するように光変調器２２が配置されることによって、光ファイバＦ２１は大きく曲げられることはなく、光変調器２２の入力端から第１の面３０ａに向かって伸びることができる。また、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３が光合分波器２４の一端２４ａに接続されているので、光合分波器２４の一端２４ａが第１の面３０ａに対向するように光合分波器２４が配置されることにより、光ファイバＦ２２及び光ファイバＦ２３は大きく曲げられることはなく、光合分波器２４の一端２４ａから第１の面３０ａに向かって伸びることができる。その結果、光ファイバのためのスペースを低減することができ、ヘッド部２０の小型化が可能となる。そして、ヘッド部２０を小型化することにより、アンテナ１０のさらに近傍にヘッド部２０を配置することが可能となる。

また、光合分波器２４と光電変換器２５とを一体的に構成してもよい。この場合、光ファイバＦ２４が不要となり、ヘッド部２０のさらなる小型化が可能となる。

ところで、電界計測装置１では、変調光Ｌ２への影響を少なくするため、バイアス制御信号光Ｌ３の光強度を変調光Ｌ２の光強度の１００分の１程度としている。このため、バイアス制御信号光Ｌ３は、強度の大きい変調光Ｌ２の反射光及び散乱光による影響を受けるおそれがある。図４の（ａ）に示される光合分波器２４０のフィルタ２４６においては、フィルタ２４６で抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光が発生するが、この抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光のほとんどは反射光成分である。また、光電変換器２５に接続される光ファイバＦ２４は、変調光Ｌ２がフィルタ２４６を透過した側にある。このため、フィルタ２４６で抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光による光ファイバＦ２４への結合は小さくなり、バイアス制御信号光Ｌ３への影響を抑えることができる。

一方、図２に示される光合分波器２４のフィルタ２４４においては、フィルタ２４４で抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光が発生するが、この抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光のほとんどは透過光成分である。また、光電変換器２５に接続される光ファイバＦ２４は、バイアス制御信号光Ｌ３がフィルタ２４４を透過した側にある。このため、フィルタ２４４で抑圧できない変調光Ｌ２の成分及び散乱光による光ファイバＦ２４への結合は大きくなり、バイアス制御信号光Ｌ３に影響を与えるおそれがある。

この影響を低減するために、図５に示されるように、ヘッド部２０は、変調光Ｌ２をカットするためのフィルタ部２７をさらに備えてもよい。このフィルタ部２７は、光合分波器２４の他端２４ｂと光電変換器２５との間に設けられている。フィルタ部２７は、開口部２７ａと開口部２７ｂとを有する。開口部２７ａには、光合分波器２４の他端２４ｂが挿入され、互いに固定される。また、開口部２７ｂには、光電変換器２５の入力端が挿入され、互いに固定される。また、フィルタ部２７は、抑圧フィルタ２７１を備えている。抑圧フィルタ２７１は、第１波長を有する光（変調光Ｌ２）を抑圧するためのフィルタである。なお、ここでは光合分波器２４及び光電変換器２５を、フィルタ部２７の開口部２７ａ及び開口部２７ｂにそれぞれ挿入することで接続したが、これに限定されない。例えば、レーザ溶接、半田または接着剤などにより接続されてもよい。

このように、ヘッド部２０は、光合分波器２４と光電変換器２５との間に設けられたフィルタ部２７をさらに備えることにより、光合分波器２４のフィルタ２４４における散乱光によるバイアス制御への影響を低減することができる。

また、フィルタ部２７は、開口部２７ａ及び開口部２７ｂを有し、光合分波器２４及び光電変換器２５の間に取り付けられる。光合分波器２４においてフィルタ２４４を透過した光は、光ファイバＦ２３からコリメートレンズ（不図示）を通した平行光であって、図２のようなコリメータ結合がされることなく、そのまま光電変換器２５に入力される。図５のような構成では、図２のようにコリメータ結合した場合と比較してバイアス制御信号光Ｌ３の角度及び位置の変動の影響を抑制することができる。なお、コリメータ結合とはファイバＦ２３からコリメートレンズを通した平行光が、フィルタ２４４を透過した後に再びコリメートレンズにより集光され、光ファイバＦ２４へ結合されることをいう。

したがって、フィルタ部２７は上述のような機械的な精度で取り付けられてもよい。一方、ヘッド部２００では、光合分波器２４０と光電変換器２５とを接続する光ファイバＦ２４にフィルタ部（入射部及び出射部にそれぞれ光ファイバを有する）をファイバ融着する必要があり、コスト及び工数が掛かる。

なお、本発明に係る電界センサは上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、ヘッド部２０において、光コネクタ３１及び光コネクタ３２は、第１の面３０ａに設けられているがこれに限定されない。光コネクタ３１及び光コネクタ３２は、ヘッド部２０の筐体３０の外部において光ファイバＦ１または光ファイバＦ２の折り返しが生じないような位置に設けられていればよく、筐体３０の他の面に設けられてもよい。

また、上記実施形態では、光コネクタ３１、光変調器２２、光合分波器２４及び光電変換器２５は、第１方向Ａ１に沿って配置されているが、これに限定されない。光コネクタ３１、光変調器２２、光合分波器２４及び光電変換器２５は、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２、光ファイバＦ２３及び光ファイバＦ２４の許容曲げ半径による折り返しが生じないように配置されていればよく、光ファイバＦ２１、光ファイバＦ２２、光ファイバＦ２３及び光ファイバＦ２４の曲げが抑えられるよう配置されるのがよい。

また、上記実施形態では、バッテリー２６はヘッド部２０の内部に設けられているが、ヘッド部２０の外部に設けられてもよい。

本実施形態によれば、光ファイバの折り返しをなくすことができ、配置スペースの小型化が可能な電界センサを提供できる。

１０…アンテナ、２０…ヘッド部（電界センサ）、２２…光変調器、２４…光合分波器、２４ａ…一端、２４ｂ…他端、２５…光電変換器、２７…フィルタ部、３０…筐体、３０ａ…第１の面、Ｆ２１…光ファイバ（第１光ファイバ）、Ｆ２２…光ファイバ（第２光ファイバ）、Ｆ２３…光ファイバ（第３光ファイバ）、Ｌ１…連続光、Ｌ２…変調光、Ｌ３…バイアス制御信号光、Ｓｂ…バイアス信号、Ｓａ…検出信号。

Claims (3)

1. 電磁波を検出するための電界センサであって、
   前記電磁波の強度に応じた検出信号に基づいて、連続光を変調し、変調光を出力する光変調器と、
   前記変調光を反射するとともに、前記光変調器のバイアス制御用のバイアス制御信号光を透過する光合分波器と、
   前記光合分波器を透過した前記バイアス制御信号光を受信し、前記バイアス制御信号光に基づいてバイアス信号を出力する光電変換器と、
   前記光変調器に前記連続光を導入するための第１光ファイバと、
   前記光変調器から前記光合分波器に前記変調光を伝送するための第２光ファイバと、
   前記光合分波器に前記バイアス制御信号光を導入するとともに、前記光合分波器において反射される前記変調光を伝送するための第３光ファイバと、
   を備え、
   前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバは、前記光合分波器の一端に接続され、
   前記光電変換器は、前記光合分波器の他端に光学的に接続されることを特徴とする電界センサ。
2. 前記光変調器及び前記光合分波器を収容する筐体をさらに備え、
   前記筐体は第１の面を有し、
   前記第１光ファイバは、前記光変調器から前記第１の面に向かって伸び、
   前記第３光ファイバは、前記光合分波器から前記第１の面に向かって伸びることを特徴とする請求項１に記載の電界センサ。
3. 前記変調光を抑圧するためのフィルタ部をさらに備え、
   前記フィルタ部は、前記光合分波器と前記光電変換器との間に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界センサ。

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