JP3688615B2 - 電界検出光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばウェアラブルコンピュータ（身体につけるコンピュータ）間のデータ通信のために使用されるトランシーバにおいて送信情報に基づいて生体である電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されてきているが、図７はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１はそれぞれトランシーバ３を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端に取り付けられたトランシーバ３ａ，３ｂを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５とケーブルを介して通信を行うようになっている。
【０００３】
このようなウェアラブルコンピュータの実用化のためには、ウェアラブルコンピュータ間のデータ通信方式が非常に重要であるが、従来、このようなウェアラブルコンピュータ間のデータ通信は、上述したようにウェアラブルコンピュータ１に接続されたトランシーバ間をデータ線とグランド線の２本の電線で接続して有線通信で行う方法、トランシーバ間を無線で接続して無線通信で行う方法、および生体を信号線とし、生体が接触している大地グランドをグランド線として利用した２線でデータの送受信を行う方法（ＰＡＮ：Personal Area Network,IBM SYSTEMS JOURNAL,Vol.35,NOS,3&4,pp.609-617,1996参照）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のうち、有線通信方法は、トランシーバ間を２線の電線で接続する必要があるため、離れたウェアラブルコンピュータ間や複数のウェアラブルコンピュータ間でデータの送受信を行う場合には、電線を体中に引き回さなければならず、実用的でないという問題がある。
【０００５】
また、無線通信方法は、無線周波数とパワーによっては近くに存在する他のシステムと混信する恐れがあるという問題がある。
【０００６】
更に、生体を信号経路として利用する通信方法は、一般的にウェアラブルコンピュータを上半身に取り付けるものが多いと考えられるが、例えばウェアラブルコンピュータのトランシーバを大地グランドから離れた頭部などに配置した場合には、通信が不可能になり、実用上大きな問題がある。
【０００７】
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、電線を必要とせず、無線でもなく、また大地グランドにも基本的には依存せずにウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに使用され、電界を用いてデータ通信を適確に行うために使用される電界検出光学装置を提供することにある。
【０００８】
【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、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記電気光学素子を通過した前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【０００９】
請求項１記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明は、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、多重反射させて出射すると共に、結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記電気光学素子より出射した前記平行光をＰ波とＳ波に分離しかつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内で多重反射している前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射して多重反射を行い、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができるとともに、また平行光を電気光学素子内で多重反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００１２】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の本発明において、前記コリメートレンズと前記電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板、および前記検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記平行光の入射方向において対向する電気光学素子の両側面に設けられ、平行光を電気光学素子内で多重反射させるための第１および第２の反射膜を更に有することを要旨とする。
【００１４】
また、請求項５記載の本発明は、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズから前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、該電気光学素子の前記平行光の入射する端面に対向する他方の端面に設けられ、前記平行光を反射する反射膜と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記コリメートレンズと電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光を通過させて電気光学素子に入射させ、前記反射膜で反射され、電気光学素子から入射方向に出射する前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、光の強度変化に変換するアイソレータと、該アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【００１５】
請求項５記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射し反射膜で反射して出射させ、この電気光学素子から出射した平行光をアイソレータでＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができるとともに、また平行光を電気光学素子内で反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００１６】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項５記載の発明において、前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、前記アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子、および前記アイソレータと電気光学素子との間に設けられ、平行光の偏光状態を調整する波長板のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００１７】
請求項７記載の本発明は、請求項５記載の発明において、前記アイソレータは、前記コリメートレンズからの平行光を通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＰ波またはＳ波を分離して光の強度変化に変換する第１の検光子と、該第１の検光子を通過したコリメートレンズからの平行光および電気光学素子からの反射光の偏光状態を調整する波長板と、該波長板で偏光状態を調整された平行光および電気光学素子からの反射光の偏光面を回転させるファラディ素子と、該ファラディ素子と電気光学素子との間に設けられ、ファラディ素子からの平行光を電気光学素子に通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＳ波またはＰ波を分離して光の強度変化に変換する第２の検光子とを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項８記載の本発明は、請求項１乃至４または請求項７のいずれか１つに記載の本発明において、前記検光子または前記第１および第２の検光子が、偏光ビームスプリッタであることを要旨とする。
【００１９】
更に、請求項９記載の本発明は、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の発明において、前記電気光学素子の対向しない２つの側面は、前記平行光の進行方向に対して斜め加工を施されて形成された傾斜部を有することを要旨とする。
【００２０】
請求項１０記載の本発明は、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の本発明において、前記電気光学素子が、前記平行光の進行方向に対して直角方向の電界またはほぼ直角方向の電界に感応して光学特性が変化することを要旨とする。
【００２１】
また、請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の発明において、前記光源が、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを要旨とする。
【００２２】
【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、本発明の第１の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。同図に示す電界検出光学装置１１は、図６に示すようにウェアラブルコンピュータ１を電界伝達媒体である生体１００に装着して、他のウェアラブルコンピュータやデータ通信装置とデータ通信を可能とするために使用されるトランシーバ３における電界検出光学部１１０として使用されるものである。
【００２３】
具体的には、図６に示すトランシーバ３は、ウェアラブルコンピュータ１から入力される送信データに基づく電界を生体１００に誘起し、この誘起した電界を用いてデータの送受信を行うものであり、ウェアラブルコンピュータ１からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路１０１を介して受け取ると、この送信データを送信回路１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５を介して生体１００に電界を誘起させ、この電界を生体１００を介して生体１００の他の部位に伝達させるものである。
【００２４】
また、図６に示すトランシーバ３は、生体１００の他の部位に装着された別のトランシーバから生体１００に誘起させられて伝達されてくる電界を受信電極１０７で検出し、この電界を電界検出光学部１１０に結合して電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路１０９で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施され、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に出力されるようになっている。
【００２５】
上述したトランシーバ３においては、図１に示す本発明の第１の実施形態の電界検出光学装置１１から構成される電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、受信電極１０７を介して結合される電界を検出し、電気信号に変換して信号処理回路１０９に出力するように機能するものである。
【００２６】
この電界検出光学部１１０を有するトランシーバ３を用いて、図７に示すように生体にウェアラブルコンピュータ１を取り付けた場合には、トランシーバ３はウェアラブルコンピュータ１からの送信情報に基づいて生体に電界を誘起し、図７で矢印付き波線で示すように相手のトランシーバ３に伝達し、これにより各ウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介してデータ通信を行なうようになっている。また、図７において手先や足先に設けられたトランシーバ３ａ，３ｂは、他のトランシーバ３を介してウェアラブルコンピュータ１から伝達されてくる電界を検出すると、この電界を電気信号に変換し、ケーブルを介してパソコン（ＰＣ）５に送信し、またパソコン５からケーブルを介して受信した送信情報を電界として生体に誘起して他のトランシーバ３に伝達するようになっている。
【００２７】
次に、図１を参照して、図６のトランシーバ３に使用される電界検出光学部１１０を構成する第１の実施形態の電界検出光学装置１１について詳細に説明する。
【００２８】
図１に示す電界検出光学装置１１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ものであり、レーザ光源を構成するレーザダイオード２１および電気光学結晶からなる電気光学素子２３を有する。なお、本実施形態の電気光学素子２３は、レーザダイオード２１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が変化するようになっている。なお、本実施形態では、レーザダイオード２１から出力されるレーザ光を用いているが、本発明はレーザ光に限られるものでなく、単一波長光を発生するものであればよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよいものであり、このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００２９】
また、電気光学素子２３は、例えば角柱の形状を有することが好ましくも、角柱に限定されるものでなく、他の形状、例えば円柱などでもよいものである。
【００３０】
電気光学素子２３の図上で上下方向に対向する両側面には第１および第２の電極２５，２７が設けられている。なお、この第１および第２の電極２５，２７は、後述するようにレーザダイオード２１からのレーザ光の電気光学素子２３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ように構成されているものである。
【００３１】
電界検出光学装置１１は、図６に示した受信電極１０７を構成する信号電極２９を有し、この信号電極２９は前記第１の電極２５に接続されている。また、第１の電極２５に対向する第２の電極２７は、グランド電極３１に接続され、第１の電極２５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。なお、グランド電極３１は、例えばトランシーバ３の電池に接続されたり、または大きめの金属などに接続することによりグランドとして機能し、第１の電極２５から電気光学素子２３への電界の結合を良好にすることができるものであるが、グランド電極３１は必ずしも必要なものではない。このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００３２】
信号電極２９は、図６に示す受信電極１０７を構成するものであるが、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の電極２５に伝達し、第１の電極２５を介して電気光学素子２３に結合するようになっている。
【００３３】
レーザダイオード２１から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ３３を介して平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１の波長板３５で偏光状態を調整されて電気光学素子２３に入射するようになっている。電気光学素子２３に入射されたレーザ光は、電気光学素子２３内で第１、第２の電極２５，２７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２９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の電極２５を介して電気光学素子２３に結合したとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３に入射したレーザ光の進行方向に直角であるため、上述したように電気光学素子２３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。
【００３４】
このように電気光学素子２３において第１の電極２５からの電界によって偏光が変化したレーザ光は、第２の波長板３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ３９に入射する。偏光ビームスプリッタ３９は、検光子を構成するものであり、偏光子またはポラライザとも称するが、第２の波長板３７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３９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４１ａ，４１ｂ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４３ａ，４３ｂに供給され、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂ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ようになっている。なお、上記実施形態では、偏光ビームスプリッタ３９で分離されたＰ波成分およびＳ波成分は、それぞれ第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂで両方とも電気信号に変換されて出力されるようになっているが、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂおよび第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂはいずれか一方のみを設け、Ｐ波成分、Ｓ波成分のうちの一方のみを電気信号に変換して出力してもよいものである。このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００３５】
上述したように第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂから出力される電気信号は、図６に示す信号処理回路１０９で増幅、雑音除去、波形整形など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。
【００３６】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００３７】
図２に示す電界検出光学装置１２は、図１に示した電界検出光学装置１１において電気光学素子２３の対向しない２つの側面２３ａおよび２３ｂをレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成した点が異なるのみであり、その他の構成および作用は同じである。
【００３８】
電気光学素子２３は、電界が加わると、電気光学素子２３を構成する結晶が物理的に歪むという逆圧電効果という現象が発生する。この逆圧電効果による歪みによりレーザ光の偏光は変化するが、この変化は通常少ない。ところが、電界がある周波数で変化すると、電気光学素子２３の物理的な歪みも周波数とともに変化し、この変化が結晶の対向面の距離と共振したとき、大きな効果が発生し、偏光変化が極めて大きくなる。このような共振が発生すると、波形が歪み、通信エラーとなる。
【００３９】
従って、図２に示した第２の実施形態の電界検出光学装置１２は、このような逆圧電効果による共振を防止するために、電気光学素子２３の対向しない２つの側面２３ａ，２３ｂを斜めに加工し、これにより共振しないように構成しているものである。なお、レーザ光の進行方向に対する斜め角度は、０．５°〜１．０°が好ましい。このように電気光学素子２３の側面２３ａ，２３ｂを斜め加工して共振を防止することにより、周波数特性を平坦にすることができ、波形が歪んで通信エラーが発生することを適確に防止し得るものである。
【００４０】
次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４１】
図３に示す第３の実施形態の電界検出光学装置１３は、図１に示した第１の実施形態の電界検出光学装置１１と同様にレーザダイオード２１および電気光学素子２３を有し、電気光学的手法により電界を検出する点は同じであるが、図１の電界検出光学装置１１ではレーザ光が電気光学素子２３を透過するタイプのものであったのに対して、図３の電界検出光学装置１３はレーザダイオード２１からのレーザ光が入射する電気光学素子２３の端面と反対側の端面に反射膜５１を設け、これにより電気光学素子２３内に進んだレーザ光が反射膜５１で反射され、入射端面から出射する反射タイプの電界検出光学装置である点が図１の電界検出光学装置１１と異なる。
【００４２】
すなわち、図３に示す第３の実施形態の電界検出光学装置１３は、レーザダイオード２１からのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３３、電気光学素子２３の対向する両側面に設けられた第１、第２の電極２５，２７、この第１、第２の電極２５，２７に接続された信号電極２９およびグランド電極３１、レーザ光のＰ波成分およびＳ波成分を集光する第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂ、および第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂで集光されたＰ波光信号およびＳ波光信号をそれぞれ電気信号に変換する第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂを有する点については図１に示す電界検出光学装置１１と同じである。
【００４３】
これらの構成要素に加えて、図３に示す電界検出光学装置１３は、コリメートレンズ３３と電気光学素子２３との間に設けられ、コリメートレンズ３３から入射したレーザ光を電気光学素子２３に向けて通過させ、電気光学素子２３の反射膜５１から反射されて戻ってくるレーザ光をＰ波およびＳ波に分離し、光の強度変化に変換するアイソレータ６１であって、第１の偏光ビームスプリッタ５３、λ／２波長板からなる第１の波長板５５、ファラディ素子５７、第２の偏光ビームスプリッタ５９からなるアイソレータ６１と、レーザ光の偏光状態を調整する第２の波長板６３とを更に有する。
【００４４】
アイソレータ６１を構成する第１の偏光ビームスプリッタ５３は、コリメートレンズ３３からのレーザ光を通過させるとともに、電気光学素子２３からの反射光からＰ波またはＳ波を分離して光の強度変化に変換して第１の集光レンズ４１ａに入射し、λ／２波長板を構成する第１の波長板５５は第１の偏光ビームスプリッタ５３を通過したコリメートレンズ３３からのレーザ光および電気光学素子２３からの反射光の偏光状態を調整し、ファラディ素子５７は第１の波長板５５で偏光状態を調整されたレーザ光および電気光学素子２３からの反射光の偏光面を回転させ、第２の偏光ビームスプリッタ５９はファラディ素子５７からのレーザ光を電気光学素子に通過させるとともに、電気光学素子２３からの反射光からＳ波またはＰ波を分離して光の強度変化に変換して第２の集光レンズ４１ｂに入射させるようになっている。
【００４５】
更に詳しくは、アイソレータ６１は、コリメートレンズ３３からのレーザ光を通過させ、第２の波長板６３でレーザ光の偏光状態を調整して電気光学素子２３に入射させ、この入射したレーザ光が電気光学素子２３内で第１、第２の電極２５，２７間を伝播する場合に、信号電極２９が生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出し、この電界が第１の電極２５を介して電気光学素子２３に結合されたとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３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２３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が、このように電界によって光学特性の変化した電気光学素子２３内を通って偏光状態の変化したレーザ光が反射膜５１に至り、反射膜５１で反射され、電気光学素子２３内を反対方向に戻る場合にも同様に偏光状態が変化して電気光学素子２３から出射するレーザ光は、アイソレータ６１に入射し、アイソレータ６１の第１、第２の偏光ビームスプリッタ５３，５９でＰ波とＳ波に分離され、光の強度変化に変換されて出射するようになっている。
【００４６】
このようにアイソレータ６１の第１、第２の偏光ビームスプリッタ５３，５９からそれぞれ出射するＰ波成分およびＳ波成分のレーザ光は、第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂで集光されて第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂに入射し、電気信号に変換されて出力されるようになっている。
【００４７】
本実施形態では、レーザ光は反射膜５１で反射されて電気光学素子２３内を往復して電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができる。従って、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られるので、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００４８】
次に、図４を参照して、本発明の第４の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４９】
図４に示す電界検出光学装置１４は、図１の実施形態に対する図２の実施形態と同様に、図３に示した電界検出光学装置１３において電気光学素子２３の対向しない２つの側面をレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成し、これにより電気光学素子２３の逆圧電効果による共振を防止して、周波数特性を平坦にし、波形が歪んで通信エラーが発生することを防止するようにした点が異なるのみであり、その他の構成および作用は同じである。なお、図４では、電気光学素子２３の上側面が斜め加工されている部分のみが示されているが、この上側面に隣接する対向しない側面も斜め加工されているものである。
【００５０】
次に、図５を参照して、本発明の第５の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００５１】
図５に示す第５の実施形態の電界検出光学装置１５は、図１に示した第１の実施形態の電界検出光学装置１１と同様にレーザダイオード２１および電気光学素子２３を有し、電気光学的手法により電界を検出する点は同じであるが、図１の電界検出光学装置１１ではレーザ光が電気光学素子２３をまっすぐに透過するタイプのものであったのに対して、図５に示す電界検出光学装置１５は、レーザ光が電気光学素子２３内で多重反射を行いながら透過する多重反射透過タイプの電界検出光学装置である点が図１の電界検出光学装置１１と異なる。なお、電気光学素子２３はレーザ光の進行方向と直角の電界に感度を有し、結合した電界強度によって光学特性が変化することは基本的に同じであるが、レーザ光の進行方向と電界の方向は正確に直角である必要はなく、図５に示すようにほぼ直角であればよく、すなわち若干直角からずれていてもよいものである。
【００５２】
このようにレーザ光を電気光学素子２３内で多重反射させるとともに、この多重反射するレーザ光の進行方向に対して電界をほぼ直角に結合させるために、図５の電界検出光学装置１５は、第１、第２の電極２５，２７が設けられている電気光学素子２３の対向する側面の対向方向に対して直角な方向において対向する別の側面に第１、第２の反射膜７１，７３が設けられ、この第１、第２の反射膜７１，７３間においてレーザ光が多重反射するように構成されている。なお、その他の構成は基本的には図１の実施形態と同じである。
【００５３】
そして、レーザダイオード２１からのレーザ光は、コリメートレンズ３３で平行光にされてから、第１の波長板３５で偏光状態を調整され、第２の反射膜７３と第１の電極２５との間から第１、第２の電極２５，２７間の電界にほぼ直角であるように第１の反射膜７１に向けて電気光学素子２３に入射され、第１の反射膜７１で同様に電界にほぼ直角な方向に反射され、この反射レーザ光は更に第２の反射膜７３で電界にほぼ直角な方向に反射されるという動作を図示のように繰り返して多重反射し、最後は第２の反射膜７３と第２の電極２７との間から外部に出射する。
【００５４】
このようにレーザ光が電気光学素子２３内で多重反射する間に、信号電極２９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の電極２５を介して電気光学素子２３に結合したとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３に入射して多重反射するレーザ光の進行方向である多重反射方向に直角であるため、電気光学素子２３の光学特性である複屈折率が変化し、これにより多重反射するレーザ光の偏光が変化する。
【００５５】
このように多重反射しながら偏光状態が変化し電気光学素子２３から出射したレーザ光は、第２の波長板３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ３９に入射する。偏光ビームスプリッタ３９は第２の波長板３７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４１ａ，４１ｂで集光されてから、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂに供給され、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂ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ようになっている。
【００５６】
本実施形態では、レーザ光は電気光学素子２３内で多重反射して電界の影響を受ける光路長が長くなっていて、レーザ光は多くの偏光変化を受けるため、大きな信号を得ることができる。従って、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られるので、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００５７】
また、図５に示した実施形態の電界検出光学装置１５に対しては、上述した図２、図４の実施形態と同様に、電気光学素子２３の対向しない２つの側面をレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成し、これにより電気光学素子２３の逆圧電効果による共振を防止して、周波数特性を平坦にし、波形が歪んで通信エラーが発生することを防止するように構成することも可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うようにすることができる。
【００５９】
また、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射して反射または多重反射を行い、この電気光学素子から出射した平行光をＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うようにすることができるとともに、また平行光を電気光学素子内で反射または多重反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図６】ウェアラブルコンピュータを生体に取り付けるためのトランシーバであって、本発明の電界検出光学装置が適用されるトランシーバの回路構成を示すブロック図である。
【図７】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ウェアラブルコンピュータ
３ トランシーバ
１１，１２，１３，１４，１５ 電界検出光学装置
２１ レーザダイオード
２３ 電気光学素子
２５，２７ 第１、第２の電極
２９ 信号電極
３１ グランド電極
３３ コリメートレンズ
３５ 第１の波長板
３７ 第２の波長板
３９ 偏光ビームスプリッタ
４１ａ，４１ｂ 第１、第２の集光レンズ
４３ａ，４３ｂ 第１、第２のフォトダイオード
５１ 反射膜
５３ 第１の偏光ビームスプリッタ
５５ 第１の波長板（λ／２波長板）
５７ ファラディ素子
５９ 第２の偏光ビームスプリッタ
６１ アイソレータ
７１，７３ 第１、第２の反射膜
１００ 生体
１１０ 電界検出光学部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばウェアラブルコンピュータ（身体につけるコンピュータ）間のデータ通信のために使用されるトランシーバにおいて送信情報に基づいて生体である電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されてきているが、図７はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ１はそれぞれトランシーバ３を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端に取り付けられたトランシーバ３ａ，３ｂを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５とケーブルを介して通信を行うようになっている。
【０００３】
このようなウェアラブルコンピュータの実用化のためには、ウェアラブルコンピュータ間のデータ通信方式が非常に重要であるが、従来、このようなウェアラブルコンピュータ間のデータ通信は、上述したようにウェアラブルコンピュータ１に接続されたトランシーバ間をデータ線とグランド線の２本の電線で接続して有線通信で行う方法、トランシーバ間を無線で接続して無線通信で行う方法、および生体を信号線とし、生体が接触している大地グランドをグランド線として利用した２線でデータの送受信を行う方法（ＰＡＮ：Personal Area Network,IBM SYSTEMS JOURNAL,Vol.35,NOS,3&4,pp.609-617,1996参照）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のうち、有線通信方法は、トランシーバ間を２線の電線で接続する必要があるため、離れたウェアラブルコンピュータ間や複数のウェアラブルコンピュータ間でデータの送受信を行う場合には、電線を体中に引き回さなければならず、実用的でないという問題がある。
【０００５】
また、無線通信方法は、無線周波数とパワーによっては近くに存在する他のシステムと混信する恐れがあるという問題がある。
【０００６】
更に、生体を信号経路として利用する通信方法は、一般的にウェアラブルコンピュータを上半身に取り付けるものが多いと考えられるが、例えばウェアラブルコンピュータのトランシーバを大地グランドから離れた頭部などに配置した場合には、通信が不可能になり、実用上大きな問題がある。
【０００７】
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、電線を必要とせず、無線でもなく、また大地グランドにも基本的には依存せずにウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに使用され、電界を用いてデータ通信を適確に行うために使用される電界検出光学装置を提供することにある。
【０００８】
【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、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記電気光学素子を通過した前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【０００９】
請求項１記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明は、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、多重反射させて出射すると共に、結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記電気光学素子より出射した前記平行光をＰ波とＳ波に分離しかつ光の強度変化に変換する検光子と、該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内で多重反射している前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射して多重反射を行い、この電気光学素子から出射した平行光を検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができるとともに、また平行光を電気光学素子内で多重反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００１２】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の本発明において、前記コリメートレンズと前記電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板、および前記検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記平行光の入射方向において対向する電気光学素子の両側面に設けられ、平行光を電気光学素子内で多重反射させるための第１および第２の反射膜を更に有することを要旨とする。
【００１４】
また、請求項５記載の本発明は、送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、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するコリメートレンズと、該コリメートレンズから前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、該電気光学素子の前記平行光の入射する端面に対向する他方の端面に設けられ、前記平行光を反射する反射膜と、前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、前記コリメートレンズと電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光を通過させて電気光学素子に入射させ、前記反射膜で反射され、電気光学素子から入射方向に出射する前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、光の強度変化に変換するアイソレータと、該アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置されることを要旨とする。
【００１５】
請求項５記載の本発明にあっては、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射し反射膜で反射して出射させ、この電気光学素子から出射した平行光をアイソレータでＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うことができるとともに、また平行光を電気光学素子内で反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００１６】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項５記載の発明において、前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、前記アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子、および前記アイソレータと電気光学素子との間に設けられ、平行光の偏光状態を調整する波長板のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００１７】
請求項７記載の本発明は、請求項５記載の発明において、前記アイソレータは、前記コリメートレンズからの平行光を通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＰ波またはＳ波を分離して光の強度変化に変換する第１の検光子と、該第１の検光子を通過したコリメートレンズからの平行光および電気光学素子からの反射光の偏光状態を調整する波長板と、該波長板で偏光状態を調整された平行光および電気光学素子からの反射光の偏光面を回転させるファラディ素子と、該ファラディ素子と電気光学素子との間に設けられ、ファラディ素子からの平行光を電気光学素子に通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＳ波またはＰ波を分離して光の強度変化に変換する第２の検光子とを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項８記載の本発明は、請求項１乃至４または請求項７のいずれか１つに記載の本発明において、前記検光子または前記第１および第２の検光子が、偏光ビームスプリッタであることを要旨とする。
【００１９】
更に、請求項９記載の本発明は、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の発明において、前記電気光学素子の対向しない２つの側面は、前記平行光の進行方向に対して斜め加工を施されて形成された傾斜部を有することを要旨とする。
【００２０】
請求項１０記載の本発明は、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の本発明において、前記電気光学素子が、前記平行光の進行方向に対して直角方向の電界またはほぼ直角方向の電界に感応して光学特性が変化することを要旨とする。
【００２１】
また、請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の発明において、前記光源が、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを要旨とする。
【００２２】
【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、本発明の第１の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。同図に示す電界検出光学装置１１は、図６に示すようにウェアラブルコンピュータ１を電界伝達媒体である生体１００に装着して、他のウェアラブルコンピュータやデータ通信装置とデータ通信を可能とするために使用されるトランシーバ３における電界検出光学部１１０として使用されるものである。
【００２３】
具体的には、図６に示すトランシーバ３は、ウェアラブルコンピュータ１から入力される送信データに基づく電界を生体１００に誘起し、この誘起した電界を用いてデータの送受信を行うものであり、ウェアラブルコンピュータ１からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路１０１を介して受け取ると、この送信データを送信回路１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５を介して生体１００に電界を誘起させ、この電界を生体１００を介して生体１００の他の部位に伝達させるものである。
【００２４】
また、図６に示すトランシーバ３は、生体１００の他の部位に装着された別のトランシーバから生体１００に誘起させられて伝達されてくる電界を受信電極１０７で検出し、この電界を電界検出光学部１１０に結合して電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路１０９で増幅、雑音除去、波形整形などの信号処理を施され、入出力回路１０１を介してウェアラブルコンピュータ１に出力されるようになっている。
【００２５】
上述したトランシーバ３においては、図１に示す本発明の第１の実施形態の電界検出光学装置１１から構成される電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、受信電極１０７を介して結合される電界を検出し、電気信号に変換して信号処理回路１０９に出力するように機能するものである。
【００２６】
この電界検出光学部１１０を有するトランシーバ３を用いて、図７に示すように生体にウェアラブルコンピュータ１を取り付けた場合には、トランシーバ３はウェアラブルコンピュータ１からの送信情報に基づいて生体に電界を誘起し、図７で矢印付き波線で示すように相手のトランシーバ３に伝達し、これにより各ウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介してデータ通信を行なうようになっている。また、図７において手先や足先に設けられたトランシーバ３ａ，３ｂは、他のトランシーバ３を介してウェアラブルコンピュータ１から伝達されてくる電界を検出すると、この電界を電気信号に変換し、ケーブルを介してパソコン（ＰＣ）５に送信し、またパソコン５からケーブルを介して受信した送信情報を電界として生体に誘起して他のトランシーバ３に伝達するようになっている。
【００２７】
次に、図１を参照して、図６のトランシーバ３に使用される電界検出光学部１１０を構成する第１の実施形態の電界検出光学装置１１について詳細に説明する。
【００２８】
図１に示す電界検出光学装置１１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ものであり、レーザ光源を構成するレーザダイオード２１および電気光学結晶からなる電気光学素子２３を有する。なお、本実施形態の電気光学素子２３は、レーザダイオード２１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が変化するようになっている。なお、本実施形態では、レーザダイオード２１から出力されるレーザ光を用いているが、本発明はレーザ光に限られるものでなく、単一波長光を発生するものであればよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）でもよいものであり、このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００２９】
また、電気光学素子２３は、例えば角柱の形状を有することが好ましくも、角柱に限定されるものでなく、他の形状、例えば円柱などでもよいものである。
【００３０】
電気光学素子２３の図上で上下方向に対向する両側面には第１および第２の電極２５，２７が設けられている。なお、この第１および第２の電極２５，２７は、後述するようにレーザダイオード２１からのレーザ光の電気光学素子２３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ように構成されているものである。
【００３１】
電界検出光学装置１１は、図６に示した受信電極１０７を構成する信号電極２９を有し、この信号電極２９は前記第１の電極２５に接続されている。また、第１の電極２５に対向する第２の電極２７は、グランド電極３１に接続され、第１の電極２５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。なお、グランド電極３１は、例えばトランシーバ３の電池に接続されたり、または大きめの金属などに接続することによりグランドとして機能し、第１の電極２５から電気光学素子２３への電界の結合を良好にすることができるものであるが、グランド電極３１は必ずしも必要なものではない。このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００３２】
信号電極２９は、図６に示す受信電極１０７を構成するものであるが、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の電極２５に伝達し、第１の電極２５を介して電気光学素子２３に結合するようになっている。
【００３３】
レーザダイオード２１から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ３３を介して平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１の波長板３５で偏光状態を調整されて電気光学素子２３に入射するようになっている。電気光学素子２３に入射されたレーザ光は、電気光学素子２３内で第１、第２の電極２５，２７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２９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の電極２５を介して電気光学素子２３に結合したとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３に入射したレーザ光の進行方向に直角であるため、上述したように電気光学素子２３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。
【００３４】
このように電気光学素子２３において第１の電極２５からの電界によって偏光が変化したレーザ光は、第２の波長板３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ３９に入射する。偏光ビームスプリッタ３９は、検光子を構成するものであり、偏光子またはポラライザとも称するが、第２の波長板３７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３９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４１ａ，４１ｂ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４３ａ，４３ｂに供給され、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂ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ようになっている。なお、上記実施形態では、偏光ビームスプリッタ３９で分離されたＰ波成分およびＳ波成分は、それぞれ第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂで両方とも電気信号に変換されて出力されるようになっているが、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂおよび第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂはいずれか一方のみを設け、Ｐ波成分、Ｓ波成分のうちの一方のみを電気信号に変換して出力してもよいものである。このことは後述する他の実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００３５】
上述したように第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂから出力される電気信号は、図６に示す信号処理回路１０９で増幅、雑音除去、波形整形など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。
【００３６】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００３７】
図２に示す電界検出光学装置１２は、図１に示した電界検出光学装置１１において電気光学素子２３の対向しない２つの側面２３ａおよび２３ｂをレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成した点が異なるのみであり、その他の構成および作用は同じである。
【００３８】
電気光学素子２３は、電界が加わると、電気光学素子２３を構成する結晶が物理的に歪むという逆圧電効果という現象が発生する。この逆圧電効果による歪みによりレーザ光の偏光は変化するが、この変化は通常少ない。ところが、電界がある周波数で変化すると、電気光学素子２３の物理的な歪みも周波数とともに変化し、この変化が結晶の対向面の距離と共振したとき、大きな効果が発生し、偏光変化が極めて大きくなる。このような共振が発生すると、波形が歪み、通信エラーとなる。
【００３９】
従って、図２に示した第２の実施形態の電界検出光学装置１２は、このような逆圧電効果による共振を防止するために、電気光学素子２３の対向しない２つの側面２３ａ，２３ｂを斜めに加工し、これにより共振しないように構成しているものである。なお、レーザ光の進行方向に対する斜め角度は、０．５°〜１．０°が好ましい。このように電気光学素子２３の側面２３ａ，２３ｂを斜め加工して共振を防止することにより、周波数特性を平坦にすることができ、波形が歪んで通信エラーが発生することを適確に防止し得るものである。
【００４０】
次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４１】
図３に示す第３の実施形態の電界検出光学装置１３は、図１に示した第１の実施形態の電界検出光学装置１１と同様にレーザダイオード２１および電気光学素子２３を有し、電気光学的手法により電界を検出する点は同じであるが、図１の電界検出光学装置１１ではレーザ光が電気光学素子２３を透過するタイプのものであったのに対して、図３の電界検出光学装置１３はレーザダイオード２１からのレーザ光が入射する電気光学素子２３の端面と反対側の端面に反射膜５１を設け、これにより電気光学素子２３内に進んだレーザ光が反射膜５１で反射され、入射端面から出射する反射タイプの電界検出光学装置である点が図１の電界検出光学装置１１と異なる。
【００４２】
すなわち、図３に示す第３の実施形態の電界検出光学装置１３は、レーザダイオード２１からのレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３３、電気光学素子２３の対向する両側面に設けられた第１、第２の電極２５，２７、この第１、第２の電極２５，２７に接続された信号電極２９およびグランド電極３１、レーザ光のＰ波成分およびＳ波成分を集光する第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂ、および第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂで集光されたＰ波光信号およびＳ波光信号をそれぞれ電気信号に変換する第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂを有する点については図１に示す電界検出光学装置１１と同じである。
【００４３】
これらの構成要素に加えて、図３に示す電界検出光学装置１３は、コリメートレンズ３３と電気光学素子２３との間に設けられ、コリメートレンズ３３から入射したレーザ光を電気光学素子２３に向けて通過させ、電気光学素子２３の反射膜５１から反射されて戻ってくるレーザ光をＰ波およびＳ波に分離し、光の強度変化に変換するアイソレータ６１であって、第１の偏光ビームスプリッタ５３、λ／２波長板からなる第１の波長板５５、ファラディ素子５７、第２の偏光ビームスプリッタ５９からなるアイソレータ６１と、レーザ光の偏光状態を調整する第２の波長板６３とを更に有する。
【００４４】
アイソレータ６１を構成する第１の偏光ビームスプリッタ５３は、コリメートレンズ３３からのレーザ光を通過させるとともに、電気光学素子２３からの反射光からＰ波またはＳ波を分離して光の強度変化に変換して第１の集光レンズ４１ａに入射し、λ／２波長板を構成する第１の波長板５５は第１の偏光ビームスプリッタ５３を通過したコリメートレンズ３３からのレーザ光および電気光学素子２３からの反射光の偏光状態を調整し、ファラディ素子５７は第１の波長板５５で偏光状態を調整されたレーザ光および電気光学素子２３からの反射光の偏光面を回転させ、第２の偏光ビームスプリッタ５９はファラディ素子５７からのレーザ光を電気光学素子に通過させるとともに、電気光学素子２３からの反射光からＳ波またはＰ波を分離して光の強度変化に変換して第２の集光レンズ４１ｂに入射させるようになっている。
【００４５】
更に詳しくは、アイソレータ６１は、コリメートレンズ３３からのレーザ光を通過させ、第２の波長板６３でレーザ光の偏光状態を調整して電気光学素子２３に入射させ、この入射したレーザ光が電気光学素子２３内で第１、第２の電極２５，２７間を伝播する場合に、信号電極２９が生体１００に誘起されて伝達されてくる電界を検出し、この電界が第１の電極２５を介して電気光学素子２３に結合されたとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３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２３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が、このように電界によって光学特性の変化した電気光学素子２３内を通って偏光状態の変化したレーザ光が反射膜５１に至り、反射膜５１で反射され、電気光学素子２３内を反対方向に戻る場合にも同様に偏光状態が変化して電気光学素子２３から出射するレーザ光は、アイソレータ６１に入射し、アイソレータ６１の第１、第２の偏光ビームスプリッタ５３，５９でＰ波とＳ波に分離され、光の強度変化に変換されて出射するようになっている。
【００４６】
このようにアイソレータ６１の第１、第２の偏光ビームスプリッタ５３，５９からそれぞれ出射するＰ波成分およびＳ波成分のレーザ光は、第１、第２の集光レンズ４１ａ，４１ｂで集光されて第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂに入射し、電気信号に変換されて出力されるようになっている。
【００４７】
本実施形態では、レーザ光は反射膜５１で反射されて電気光学素子２３内を往復して電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができる。従って、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られるので、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００４８】
次に、図４を参照して、本発明の第４の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００４９】
図４に示す電界検出光学装置１４は、図１の実施形態に対する図２の実施形態と同様に、図３に示した電界検出光学装置１３において電気光学素子２３の対向しない２つの側面をレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成し、これにより電気光学素子２３の逆圧電効果による共振を防止して、周波数特性を平坦にし、波形が歪んで通信エラーが発生することを防止するようにした点が異なるのみであり、その他の構成および作用は同じである。なお、図４では、電気光学素子２３の上側面が斜め加工されている部分のみが示されているが、この上側面に隣接する対向しない側面も斜め加工されているものである。
【００５０】
次に、図５を参照して、本発明の第５の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００５１】
図５に示す第５の実施形態の電界検出光学装置１５は、図１に示した第１の実施形態の電界検出光学装置１１と同様にレーザダイオード２１および電気光学素子２３を有し、電気光学的手法により電界を検出する点は同じであるが、図１の電界検出光学装置１１ではレーザ光が電気光学素子２３をまっすぐに透過するタイプのものであったのに対して、図５に示す電界検出光学装置１５は、レーザ光が電気光学素子２３内で多重反射を行いながら透過する多重反射透過タイプの電界検出光学装置である点が図１の電界検出光学装置１１と異なる。なお、電気光学素子２３はレーザ光の進行方向と直角の電界に感度を有し、結合した電界強度によって光学特性が変化することは基本的に同じであるが、レーザ光の進行方向と電界の方向は正確に直角である必要はなく、図５に示すようにほぼ直角であればよく、すなわち若干直角からずれていてもよいものである。
【００５２】
このようにレーザ光を電気光学素子２３内で多重反射させるとともに、この多重反射するレーザ光の進行方向に対して電界をほぼ直角に結合させるために、図５の電界検出光学装置１５は、第１、第２の電極２５，２７が設けられている電気光学素子２３の対向する側面の対向方向に対して直角な方向において対向する別の側面に第１、第２の反射膜７１，７３が設けられ、この第１、第２の反射膜７１，７３間においてレーザ光が多重反射するように構成されている。なお、その他の構成は基本的には図１の実施形態と同じである。
【００５３】
そして、レーザダイオード２１からのレーザ光は、コリメートレンズ３３で平行光にされてから、第１の波長板３５で偏光状態を調整され、第２の反射膜７３と第１の電極２５との間から第１、第２の電極２５，２７間の電界にほぼ直角であるように第１の反射膜７１に向けて電気光学素子２３に入射され、第１の反射膜７１で同様に電界にほぼ直角な方向に反射され、この反射レーザ光は更に第２の反射膜７３で電界にほぼ直角な方向に反射されるという動作を図示のように繰り返して多重反射し、最後は第２の反射膜７３と第２の電極２７との間から外部に出射する。
【００５４】
このようにレーザ光が電気光学素子２３内で多重反射する間に、信号電極２９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の電極２５を介して電気光学素子２３に結合したとすると、この電界は第１の電極２５からグランド電極３１に接続されている第２の電極２７に向かって形成されて、レーザダイオード２１から電気光学素子２３に入射して多重反射するレーザ光の進行方向である多重反射方向に直角であるため、電気光学素子２３の光学特性である複屈折率が変化し、これにより多重反射するレーザ光の偏光が変化する。
【００５５】
このように多重反射しながら偏光状態が変化し電気光学素子２３から出射したレーザ光は、第２の波長板３７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ３９に入射する。偏光ビームスプリッタ３９は第２の波長板３７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４１ａ，４１ｂで集光されてから、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂに供給され、第１、第２のフォトダイオード４３ａ，４３ｂ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ようになっている。
【００５６】
本実施形態では、レーザ光は電気光学素子２３内で多重反射して電界の影響を受ける光路長が長くなっていて、レーザ光は多くの偏光変化を受けるため、大きな信号を得ることができる。従って、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られるので、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００５７】
また、図５に示した実施形態の電界検出光学装置１５に対しては、上述した図２、図４の実施形態と同様に、電気光学素子２３の対向しない２つの側面をレーザ光の進行方向に対して斜め加工して傾斜部を形成し、これにより電気光学素子２３の逆圧電効果による共振を防止して、周波数特性を平坦にし、波形が歪んで通信エラーが発生することを防止するように構成することも可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射させ、検光子でＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うようにすることができる。
【００５９】
また、本発明によれば、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を第１の電極を介して電気光学素子に結合させ、この電気光学素子に対して平行光を入射して反射または多重反射を行い、この電気光学素子から出射した平行光をＰ波とＳ波に分離して光の強度変化に変換し、Ｐ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換して出力するので、例えばウェアラブルコンピュータ用のトランシーバに適用することにより、従来のように電線を使用しない通信、無線による他システムと混信のない通信、大地グランドに依存しない通信をウェアラブルコンピュータ間で適確に行うようにすることができるとともに、また平行光を電気光学素子内で反射または多重反射させているため、電界の影響を受ける光路長が長くなり、レーザ光は多くの偏光変化を受け、大きな信号を得ることができ、電気光学素子を小型にしても十分な感度が得られ、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図６】ウェアラブルコンピュータを生体に取り付けるためのトランシーバであって、本発明の電界検出光学装置が適用されるトランシーバの回路構成を示すブロック図である。
【図７】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ウェアラブルコンピュータ
３ トランシーバ
１１，１２，１３，１４，１５ 電界検出光学装置
２１ レーザダイオード
２３ 電気光学素子
２５，２７ 第１、第２の電極
２９ 信号電極
３１ グランド電極
３３ コリメートレンズ
３５ 第１の波長板
３７ 第２の波長板
３９ 偏光ビームスプリッタ
４１ａ，４１ｂ 第１、第２の集光レンズ
４３ａ，４３ｂ 第１、第２のフォトダイオード
５１ 反射膜
５３ 第１の偏光ビームスプリッタ
５５ 第１の波長板（λ／２波長板）
５７ ファラディ素子
５９ 第２の偏光ビームスプリッタ
６１ アイソレータ
７１，７３ 第１、第２の反射膜
１００ 生体
１１０ 電界検出光学部
Claims (11)
- 送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
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するコリメートレンズと、
該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、
前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、
前記電気光学素子を通過した前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、かつ光の強度変化に変換する検光子と、
該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、
前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置される
ことを特徴とする電界検出光学装置。 - 送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
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するコリメートレンズと、
該コリメートレンズからの前記平行光を入射され、多重反射させて出射すると共に、結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、
前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、
前記電気光学素子より出射した前記平行光をＰ波とＳ波に分離しかつ光の強度変化に変換する検光子と、
該検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、
前記第１の電極は、前記電気光学素子内で多重反射している前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置される
ことを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記コリメートレンズと前記電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光の偏光状態を調整して電気光学素子に入射する第１の波長板、
前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、
前記電気光学素子と前記検光子との間に設けられ、電気光学素子を通過した平行光の偏光状態を調整して検光子に入射する第２の波長板、および前記検光子で分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子 のうち少なくとも１つ以上を更に有する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。 - 前記平行光の入射方向において対向する電気光学素子の両側面に設けられ、平行光を電気光学素子内で多重反射させるための第１および第２の反射膜を更に有することを特徴とする請求項２記載の電界検出光学装置。
- 送信情報に基づいて電界伝達媒体に誘起された電界を用いてデータ通信を行うためのトランシーバにおいて前記電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出して電気信号に変換する電界検出光学装置であって、
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するコリメートレンズと、
該コリメートレンズから前記平行光を入射され、かつ結合される電界に感応して光学特性が変化する電気光学素子と、
該電気光学素子の前記平行光の入射する端面に対向する他方の端面に設けられ、前記平行光を反射する反射膜と、
前記電界伝達媒体に誘起された電界を前記電気光学素子に結合させるための第１の電極と、
前記コリメートレンズと電気光学素子との間に設けられ、コリメートレンズからの平行光を通過させて電気光学素子に入射させ、前記反射膜で反射され、電気光学素子から入射方向に出射する前記平行光をＰ波とＳ波に分離し、光の強度変化に変換するアイソレータと、
該アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうち少なくとも一方を電気信号に変換する第１の光電気変換手段とを有し、
前記第１の電極は、前記電気光学素子内を進行する前記平行光を挟むように位置する前記電気光学素子の対向する側面の一方に配置される
ことを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記電気光学素子の前記対向する側面の他方に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能する第２の電極、
前記アイソレータで分離されたＰ波およびＳ波のうちの他方を電気信号に変換する第２の光電気変換素子、および、
前記アイソレータと電気光学素子との間に設けられ、平行光の偏光状態を調整する波長板 のうち少なくとも１つ以上を更に有することを特徴とする請求項５記載の電界検出光学装置。 - 前記アイソレータは、
前記コリメートレンズからの平行光を通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＰ波またはＳ波を分離して光の強度変化に変換する第１の検光子と、
該第１の検光子を通過したコリメートレンズからの平行光および電気光学素子からの反射光の偏光状態を調整する波長板と、
該波長板で偏光状態を調整された平行光および電気光学素子からの反射光の偏光面を回転させるファラディ素子と、
該ファラディ素子と電気光学素子との間に設けられ、ファラディ素子からの平行光を電気光学素子に通過させるとともに、電気光学素子からの反射光からＳ波またはＰ波を分離して光の強度変化に変換する第２の検光子と
を有すること
を特徴とする請求項５記載の電界検出光学装置。 - 前記検光子または前記第１および第２の検光子は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１乃至４または請求項７のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
- 前記電気光学素子の対向しない２つの側面は、前記平行光の進行方向に対して斜め加工を施されて形成された傾斜部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
- 前記電気光学素子は、前記平行光の進行方向に対して直角方向の電界またはほぼ直角方向の電界に感応して光学特性が変化することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
- 前記光源は、単一波長光を発生する発光ダイオードまたはレーザ光を発生するレーザ光源であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
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