JP3726079B2 - 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、壁や床などに設けられて手足の先端で触れられるトランシーバ３ａ，３ｂやケーブルを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５と通信を行うようになっている。
【０００３】
このようにウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介して生体である人間に装着してデータ通信を行うが、このトランシーバ３ではウェアラブルコンピュータ１からの送信データを電界として電界伝達媒体である生体に誘起し、電界として生体の他の部位に伝達し、また生体に誘起され伝達されてくる電界を受信データとしてトランシーバ３で受信してウェアラブルコンピュータ１に送るようになっている。
【０００４】
トランシーバ３は、図８に示すように構成され、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部１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５から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の他の部位に伝達させる。
【０００５】
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１１１で受信し、この受信した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１１５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に供給されるようになっている。
【０００６】
上記トランシーバ３の電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、受信電極１１１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１１５に出力するように機能するものであるが、検出感度をアップさせるために様々な工夫がされている。
【０００７】
電界検出光学部１１０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および電気光学結晶からなる電気光学素子を有する。なお、電気光学素子は、レーザダイオードからのレーザ光の光路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。
【０００８】
電界検出光学部１１０を構成するための、図９に示す従来の電界検出光学装置１７では、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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２８１に入射する。電気光学素子２８１から出射されたレーザ光は、プリズム３４で折り返されて、電気光学素子２８１に入射する。
【０００９】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により電界が結合されるので、電気光学素子２８１のレーザ光の偏光が変化する。
【００１０】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２８１から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００１１】
また、電界検出光学部１１０を構成するための、図１０に示す従来の他の電界検出光学装置１７では、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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２８２に入射する。
【００１２】
電気光学素子２８２に入射したレーザ光は、両側の第１反射板３６ａと第２反射板３６ｂで反射されて出射される。
【００１３】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により電界が結合されるので、電気光学素子２８２のレーザ光の偏光が変化する。
【００１４】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２８２から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００１５】
このように、従来の電界検出光学装置は、レーザ光をプリズムまたは反射板により折り返すまたは反射させることにより、電気光学素子内でのレーザ光の光路を長くし、電界の検出感度をアップさせている。
【００１６】
なお、類似の技術が下記文献に記載されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電界検出光学装置は、プリズムまたは反射板を用いているので、電界検出光学装置の簡素化が困難である。また、レーザ光が異なる物質間界面を通過する際の反射損失があるので省電力化も難かしい。
【００１９】
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、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することにある。
【００２０】
【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、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２１】
請求項１の電界検出光学装置によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００２２】
請求項２の本発明は、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、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２３】
請求項２の電界検出光学装置によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００２８】
請求項３の本発明は、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、角柱状に形成されかつ互いに側面を接して平行に並べられた複数個の電気光学素子と、該複数個の電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該複数個の電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該複数個の電気光学素子の他方の側に設けられて当該複数個の電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該複数個の電気光学素子のうちの一方の端の電気光学素子に光を入射させる手段と、当該複数個の電気光学素子のうちの他方の端の電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、前記入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、前記他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し前記出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、前記一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２９】
請求項３の電界検出光学装置によれば、一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００３０】
請求項４の本発明は、前記一方の電極及び他方の電極が、前記各電気光学素子内の光路のそれぞれについて設けられていることを特徴とする請求項３記載の電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００３１】
請求項４の電界検出光学装置によれば、一方の電極及び他方の電極が、複数個の電気光学素子のそれぞれについて設けられているので、電気光学素子内の光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化が打ち消し合う不都合のない電界検出光学装置を構成することができる。
【００３２】
【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、本発明の参考例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７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。
【００３３】
具体的には、図８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部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。
【００３４】
また、図８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１１１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１１５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。
【００３５】
なお、図示してないが、送信電極１０５及び受信電極１１１における生体への接触面には絶縁膜が設けられて、生体における金属アレルギー等の発生を防止している。
【００３６】
上述したトランシーバ３においては、図１に示す本発明の参考例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１１１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１１５に出力するように機能するものである。
【００３７】
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、生体１００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、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、手先や足先に接触されるトランシーバ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。
【００３８】
［参考例］
次に、図１及び２を参照して、トランシーバ３に使用される電界検出光学部１１０を構成する参考例の電界検出光学装置１１について詳細に説明する。
【００３９】
図１（ａ）は、図１（ｂ）に示した電界検出光学装置１１のＡ−Ａ線断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電界検出光学装置１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４０】
電界検出光学装置１１は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５及び電気光学素子２７１を備える。
【００４１】
なお、本参考例では、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実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００４２】
電界検出光学装置１１は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに４５度をなす全反射面２７１ａ及び２７１ｂを形成した電気光学素子２７１を備える。
【００４３】
電気光学素子２７１は、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路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。
このことは全実施形態の電気光学素子に共通である。また、電気光学素子２７１を構成する電気光学結晶は、屈折率が３．０前後であり入射角ｑ＞２０度で全反射が起こるものであり、このことは本参考例および全実施形態の電気光学素子に共通である。
【００４４】
電界検出光学装置１１は、電気光学素子２７１から出射されたレーザ光の光路上に順次に並べられた第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３を備える。
【００４５】
また、電界検出光学装置１１は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７１内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７１の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを備える。
【００４６】
次に、参考例の電界検出光学装置１１の動作を説明する。
【００４７】
レーザダイオード２１から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７１に入射する。
【００４８】
全反射面２７１ａは、該電気光学素子２７１に入射されたレーザ光が約４５度の入射角で当該全反射面２７１ａに入射するように形成されている。これにより、全反射面２７１ａでレーザ光が全反射する。
【００４９】
なお、全反射は、参考例と全実施形態において、第１電極及び第２電極に対してレーザ光が平行を保つようになされる。
【００５０】
全反射面２７１ｂは、全反射面２７１ａで全反射されたレーザ光が約４５度の入射角で当該全反射面２７１ｂに入射するように形成されている。これにより、全反射面２７１ｂでレーザ光が全反射する。なお、全反射面２７１ｂは、ここで全反射されたレーザ光が、電気光学素子２７１に入射されたレーザ光の進行方向の反対方向に進行するように形成されている。そして、全反射面２７１ｂで全反射されたレーザ光は電気光学素子２７１から出射されることになる。
【００５１】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７１には電界が結合されるので、電気光学素子２７１内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７１から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００５２】
以上説明したように、参考例の電界検出光学装置１１によれば、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、電気光学素子の一方の側に設けられて電界を当該電気光学素子に結合させる電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて電界を当該電気光学素子に結合させる電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、電気光学素子には、該電気光学素子へ入射された光を全反射させる全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００５３】
なお、第１電極３７及び第２電極４１に相当する各電極を、図２に示すように光路のそれぞれについて設けるようにすれば、電気光学素子内のレーザ光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化が打ち消し合うことのない電界検出光学装置を構成することができる。また、図２に示すように、電極と電気光学素子との接触面積を小さくすれば、温度ひずみが小さくなり好適である。
【００５４】
［第１の実施形態］
次に、図３を参照して、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１２について詳細に説明する。
【００５５】
電界検出光学装置１２は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００５６】
また、電界検出光学装置１２は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに４５度をなす入射面２７２ａ及び出射面２７２ｂを形成した電気光学素子２７２を備える。なお、電気光学素子２７２は、入射面２７２ａが第１波長板２５の方向を向くように配置されている。
【００５７】
また、電界検出光学装置１２にあっては、電気光学素子２７２の出射面２７２ｂから垂直にレーザ光が出射されるので、このレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００５８】
なお、電界検出光学装置１２は、図示していないが、既出の図１（ｂ）に示すものと同様に、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７２内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７２の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを有している。
【００５９】
次に、第１の実施形態の電界検出光学装置１２の動作を説明する。
【００６０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７２に入射する。
【００６１】
レーザ光は、入射面２７２ａに垂直に入射されるので無反射で内部に入射する。内部では、長方形の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらに、全反射されたレーザ光は、隣の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらにもう一回同様の全反射が起こり、レーザ光が出射面２７２ｂに対し垂直に入射されるので、このレーザ光は無反射で外部へ出射される。
【００６２】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７２には電界が結合されるので、電気光学素子２７２内のレーザ光の偏光が変化する。
【００６３】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２７２から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００６４】
［第２の実施形態］次に、図４を参照して、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２の実施形態の電界検出光学装置１３について詳細に説明する。
【００６５】
電界検出光学装置１３は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００６６】
また、電界検出光学装置１３は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面２７３ａ及び出射面２７３ｂを形成した電気光学素子２７３を備える。なお、電気光学素子２７３は、入射面２７３ａが第１波長板２５の方向を向くように配置されている。
【００６７】
また、電界検出光学装置１３にあっては、電気光学素子２７３の出射面２７３ｂから垂直にレーザ光が出射されるので、このレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００６８】
なお、電界検出光学装置１３は、図示していないが、既出の図１（ｂ）に示すものと同様に、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７３内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７３の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを有している。
【００６９】
次に、第２の実施形態の電界検出光学装置１３の動作を説明する。
【００７０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７３に入射する。
【００７１】
レーザ光は、入射面２７３ａに垂直に入射されるので無反射で内部に入射する。内部では、長方形の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらに、全反射されたレーザ光は、隣の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。このような動作が継続すると、その課程での各面において、当該面での複数回の全反射がなされる。つまり、当該面での全反射により生じたレーザ光が当該面に戻ったときに該レーザ光を再び全反射させるようになっている。また、電気光学素子内ではレーザ光の交差がなされる。そして最終的にレーザ光が内部から垂直に出射面２７３ｂに入射されるので当該レーザ光は無反射で出射される。
【００７２】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７３には電界が結合されるので、電気光学素子２７３内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７３から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００７３】
［第３の実施形態］
次に、図５を参照して、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３の実施形態の電界検出光学装置１４について詳細に説明する。
【００７４】
図５（ａ）は、図５（ｂ）に示した電界検出光学装置１４のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した電界検出光学装置１４のＢ−Ｂ線断面図である。
【００７５】
電界検出光学装置１４は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００７６】
また、電界検出光学装置１４は、平行に並べられた４個の角柱状の電気光学素子２７４〜２７７を備える。一方の端の電気光学素子２７４はに全反射面２７４ａが、電気光学素子２７５には全反射面２７５ａ及び２７５ｂが、電気光学素子２７６には全反射面２７６ａ及び２７６ｃが、それぞれ形成されている。また他方の端の電気光学素子２７７には全反射面２７７ａが形成されている。
【００７７】
また、電界検出光学装置１４にあっては、電気光学素子２７７からのレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００７８】
また、電界検出光学装置１４は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７４〜２７７内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７４〜２７７の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを備える。
【００７９】
次に、第３の実施形態の電界検出光学装置１４の動作を説明する。
【００８０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７４に入射する。
【００８１】
電気光学素子２７４には、入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７４ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７４ａにおいて隣の電気光学素子２７５の方向へと全反射する。
【００８２】
電気光学素子２７５には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７５ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７５ａにおいて全反射する。さらに、電気光学素子２７５には、この全反射したレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７５ｂが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７５ｂにおいて隣の電気光学素子２７６の方向へと全反射する。
【００８３】
電気光学素子２７６には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７６ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７６ａにおいて全反射する。さらに、電気光学素子２７６には、この全反射したレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７６ｂが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７６ｂにおいて隣の電気光学素子２７７の方向へと全反射する。
【００８４】
電気光学素子２７７には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７７ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７７ａにおいて第２波長板２９の方向へと全反射する。
【００８５】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７４〜２７７には電界が結合されるので、電気光学素子２７４〜２７７内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７７から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００８６】
以上説明したように、第３の実施形態の電界検出光学装置１４によれば、電気光学素子２７７以外の電気光学素子のそれぞれには、入射された光を全反射させて隣の電気光学素子へと入射させる全反射面が形成されており、電気光学素子２７７には、入射された光を全反射させて、第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３の方向へ出射させる全反射面が形成されているので、複数個の電気光学素子を平行に並べて構成される電界検出光学装置において、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高い感度を得ることができる。
【００８７】
なお、第１電極３７及び第２電極４１に相当する各電極を、図６に示すように、各電気光学素子内の光路のそれぞれについて設けるようにすれば、電気光学素子内の光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化打ち消し合うことのない電界検出光学装置を構成することができる。また、図６に示すように、電極と電気光学素子との接触面積を小さくすれば、温度ひずみが小さくなり好適である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
また、本発明によれば、一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の参考例に適用可能な電極の構成を示す図である。
【図３】 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４】 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５】 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６】 本発明の第３の実施形態に適用可能な電極の構成を示す図である。
【図７】 本発明の電界検出光学装置を含むトランシーバの利用形態を示す図である。
【図８】 本発明の電界検出光学装置を含むトランシーバの構成を示す図である。
【図９】 従来の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図１０】 従来の他の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【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 電界検出光学装置
２１ レーザダイオード
２３ コリメートレンズ
２５ 第１波長板
２９ 第２波長板
３０ 偏光ビームスプリッタ
３１ 集光レンズ
３３ フォトダイオード
３５ 信号電極
３７ 第１電極
３９ グランド電極
４１ 第２電極
２７１〜２７７ 電気光学素子
【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、壁や床などに設けられて手足の先端で触れられるトランシーバ３ａ，３ｂやケーブルを介して外部に設けられたパソコン（ＰＣ）５と通信を行うようになっている。
【０００３】
このようにウェアラブルコンピュータ１はトランシーバ３を介して生体である人間に装着してデータ通信を行うが、このトランシーバ３ではウェアラブルコンピュータ１からの送信データを電界として電界伝達媒体である生体に誘起し、電界として生体の他の部位に伝達し、また生体に誘起され伝達されてくる電界を受信データとしてトランシーバ３で受信してウェアラブルコンピュータ１に送るようになっている。
【０００４】
トランシーバ３は、図８に示すように構成され、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部１０３を介して送信電極１０５に供給し、該送信電極１０５から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の他の部位に伝達させる。
【０００５】
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１１１で受信し、この受信した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１１５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に供給されるようになっている。
【０００６】
上記トランシーバ３の電界検出光学部１１０は、生体１００に誘起されて伝達され、受信電極１１１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１１５に出力するように機能するものであるが、検出感度をアップさせるために様々な工夫がされている。
【０００７】
電界検出光学部１１０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および電気光学結晶からなる電気光学素子を有する。なお、電気光学素子は、レーザダイオードからのレーザ光の光路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。
【０００８】
電界検出光学部１１０を構成するための、図９に示す従来の電界検出光学装置１７では、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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２８１に入射する。電気光学素子２８１から出射されたレーザ光は、プリズム３４で折り返されて、電気光学素子２８１に入射する。
【０００９】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により電界が結合されるので、電気光学素子２８１のレーザ光の偏光が変化する。
【００１０】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２８１から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００１１】
また、電界検出光学部１１０を構成するための、図１０に示す従来の他の電界検出光学装置１７では、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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２８２に入射する。
【００１２】
電気光学素子２８２に入射したレーザ光は、両側の第１反射板３６ａと第２反射板３６ｂで反射されて出射される。
【００１３】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により電界が結合されるので、電気光学素子２８２のレーザ光の偏光が変化する。
【００１４】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２８２から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００１５】
このように、従来の電界検出光学装置は、レーザ光をプリズムまたは反射板により折り返すまたは反射させることにより、電気光学素子内でのレーザ光の光路を長くし、電界の検出感度をアップさせている。
【００１６】
なお、類似の技術が下記文献に記載されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電界検出光学装置は、プリズムまたは反射板を用いているので、電界検出光学装置の簡素化が困難である。また、レーザ光が異なる物質間界面を通過する際の反射損失があるので省電力化も難かしい。
【００１９】
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、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することにある。
【００２０】
【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、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２１】
請求項１の電界検出光学装置によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００２２】
請求項２の本発明は、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、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２３】
請求項２の電界検出光学装置によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００２８】
請求項３の本発明は、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、角柱状に形成されかつ互いに側面を接して平行に並べられた複数個の電気光学素子と、該複数個の電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該複数個の電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該複数個の電気光学素子の他方の側に設けられて当該複数個の電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該複数個の電気光学素子のうちの一方の端の電気光学素子に光を入射させる手段と、当該複数個の電気光学素子のうちの他方の端の電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、前記一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、前記入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、前記他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し前記出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、前記一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されていることを特徴とする電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００２９】
請求項３の電界検出光学装置によれば、一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００３０】
請求項４の本発明は、前記一方の電極及び他方の電極が、前記各電気光学素子内の光路のそれぞれについて設けられていることを特徴とする請求項３記載の電界検出光学装置をもって解決手段とする。
【００３１】
請求項４の電界検出光学装置によれば、一方の電極及び他方の電極が、複数個の電気光学素子のそれぞれについて設けられているので、電気光学素子内の光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化が打ち消し合う不都合のない電界検出光学装置を構成することができる。
【００３２】
【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、本発明の参考例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７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。
【００３３】
具体的には、図８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部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。
【００３４】
また、図８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１１１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１１５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。
【００３５】
なお、図示してないが、送信電極１０５及び受信電極１１１における生体への接触面には絶縁膜が設けられて、生体における金属アレルギー等の発生を防止している。
【００３６】
上述したトランシーバ３においては、図１に示す本発明の参考例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１１１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１１５に出力するように機能するものである。
【００３７】
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、生体１００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、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、手先や足先に接触されるトランシーバ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。
【００３８】
［参考例］
次に、図１及び２を参照して、トランシーバ３に使用される電界検出光学部１１０を構成する参考例の電界検出光学装置１１について詳細に説明する。
【００３９】
図１（ａ）は、図１（ｂ）に示した電界検出光学装置１１のＡ−Ａ線断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電界検出光学装置１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４０】
電界検出光学装置１１は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５及び電気光学素子２７１を備える。
【００４１】
なお、本参考例では、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実施形態のすべてに適用し得ることである。
【００４２】
電界検出光学装置１１は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに４５度をなす全反射面２７１ａ及び２７１ｂを形成した電気光学素子２７１を備える。
【００４３】
電気光学素子２７１は、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路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。
このことは全実施形態の電気光学素子に共通である。また、電気光学素子２７１を構成する電気光学結晶は、屈折率が３．０前後であり入射角ｑ＞２０度で全反射が起こるものであり、このことは本参考例および全実施形態の電気光学素子に共通である。
【００４４】
電界検出光学装置１１は、電気光学素子２７１から出射されたレーザ光の光路上に順次に並べられた第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３を備える。
【００４５】
また、電界検出光学装置１１は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７１内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７１の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを備える。
【００４６】
次に、参考例の電界検出光学装置１１の動作を説明する。
【００４７】
レーザダイオード２１から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７１に入射する。
【００４８】
全反射面２７１ａは、該電気光学素子２７１に入射されたレーザ光が約４５度の入射角で当該全反射面２７１ａに入射するように形成されている。これにより、全反射面２７１ａでレーザ光が全反射する。
【００４９】
なお、全反射は、参考例と全実施形態において、第１電極及び第２電極に対してレーザ光が平行を保つようになされる。
【００５０】
全反射面２７１ｂは、全反射面２７１ａで全反射されたレーザ光が約４５度の入射角で当該全反射面２７１ｂに入射するように形成されている。これにより、全反射面２７１ｂでレーザ光が全反射する。なお、全反射面２７１ｂは、ここで全反射されたレーザ光が、電気光学素子２７１に入射されたレーザ光の進行方向の反対方向に進行するように形成されている。そして、全反射面２７１ｂで全反射されたレーザ光は電気光学素子２７１から出射されることになる。
【００５１】
受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７１には電界が結合されるので、電気光学素子２７１内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７１から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００５２】
以上説明したように、参考例の電界検出光学装置１１によれば、結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、電気光学素子の一方の側に設けられて電界を当該電気光学素子に結合させる電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて電界を当該電気光学素子に結合させる電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、電気光学素子には、該電気光学素子へ入射された光を全反射させる全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００５３】
なお、第１電極３７及び第２電極４１に相当する各電極を、図２に示すように光路のそれぞれについて設けるようにすれば、電気光学素子内のレーザ光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化が打ち消し合うことのない電界検出光学装置を構成することができる。また、図２に示すように、電極と電気光学素子との接触面積を小さくすれば、温度ひずみが小さくなり好適である。
【００５４】
［第１の実施形態］
次に、図３を参照して、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１２について詳細に説明する。
【００５５】
電界検出光学装置１２は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００５６】
また、電界検出光学装置１２は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに４５度をなす入射面２７２ａ及び出射面２７２ｂを形成した電気光学素子２７２を備える。なお、電気光学素子２７２は、入射面２７２ａが第１波長板２５の方向を向くように配置されている。
【００５７】
また、電界検出光学装置１２にあっては、電気光学素子２７２の出射面２７２ｂから垂直にレーザ光が出射されるので、このレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００５８】
なお、電界検出光学装置１２は、図示していないが、既出の図１（ｂ）に示すものと同様に、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７２内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７２の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを有している。
【００５９】
次に、第１の実施形態の電界検出光学装置１２の動作を説明する。
【００６０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７２に入射する。
【００６１】
レーザ光は、入射面２７２ａに垂直に入射されるので無反射で内部に入射する。内部では、長方形の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらに、全反射されたレーザ光は、隣の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらにもう一回同様の全反射が起こり、レーザ光が出射面２７２ｂに対し垂直に入射されるので、このレーザ光は無反射で外部へ出射される。
【００６２】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７２には電界が結合されるので、電気光学素子２７２内のレーザ光の偏光が変化する。
【００６３】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２７２から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００６４】
［第２の実施形態］次に、図４を参照して、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２の実施形態の電界検出光学装置１３について詳細に説明する。
【００６５】
電界検出光学装置１３は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００６６】
また、電界検出光学装置１３は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における、隣り合う２頂点付近に、この長方形（以下、単に長方形という）の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面２７３ａ及び出射面２７３ｂを形成した電気光学素子２７３を備える。なお、電気光学素子２７３は、入射面２７３ａが第１波長板２５の方向を向くように配置されている。
【００６７】
また、電界検出光学装置１３にあっては、電気光学素子２７３の出射面２７３ｂから垂直にレーザ光が出射されるので、このレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００６８】
なお、電界検出光学装置１３は、図示していないが、既出の図１（ｂ）に示すものと同様に、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７３内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７３の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを有している。
【００６９】
次に、第２の実施形態の電界検出光学装置１３の動作を説明する。
【００７０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７３に入射する。
【００７１】
レーザ光は、入射面２７３ａに垂直に入射されるので無反射で内部に入射する。内部では、長方形の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。さらに、全反射されたレーザ光は、隣の辺に相当する面に入射角４５度で入射するので全反射が起こる。このような動作が継続すると、その課程での各面において、当該面での複数回の全反射がなされる。つまり、当該面での全反射により生じたレーザ光が当該面に戻ったときに該レーザ光を再び全反射させるようになっている。また、電気光学素子内ではレーザ光の交差がなされる。そして最終的にレーザ光が内部から垂直に出射面２７３ｂに入射されるので当該レーザ光は無反射で出射される。
【００７２】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７３には電界が結合されるので、電気光学素子２７３内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７３から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００７３】
［第３の実施形態］
次に、図５を参照して、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３の実施形態の電界検出光学装置１４について詳細に説明する。
【００７４】
図５（ａ）は、図５（ｂ）に示した電界検出光学装置１４のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した電界検出光学装置１４のＢ−Ｂ線断面図である。
【００７５】
電界検出光学装置１４は、レーザダイオード２１と、レーザダイオード２１からのレーザ光の光路上に順次に並べられたコリメートレンズ２３、第１波長板２５を備える。
【００７６】
また、電界検出光学装置１４は、平行に並べられた４個の角柱状の電気光学素子２７４〜２７７を備える。一方の端の電気光学素子２７４はに全反射面２７４ａが、電気光学素子２７５には全反射面２７５ａ及び２７５ｂが、電気光学素子２７６には全反射面２７６ａ及び２７６ｃが、それぞれ形成されている。また他方の端の電気光学素子２７７には全反射面２７７ａが形成されている。
【００７７】
また、電界検出光学装置１４にあっては、電気光学素子２７７からのレーザ光の光路上に順次に第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３が設けられている。
【００７８】
また、電界検出光学装置１４は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、電気光学素子２７４〜２７７内の光路に平行な一方の側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９と、電気光学素子２７４〜２７７の光路に平行な他方の側に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極４１とを備える。
【００７９】
次に、第３の実施形態の電界検出光学装置１４の動作を説明する。
【００８０】
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２３で平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板２５で偏光状態を調整されて電気光学素子２７４に入射する。
【００８１】
電気光学素子２７４には、入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７４ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７４ａにおいて隣の電気光学素子２７５の方向へと全反射する。
【００８２】
電気光学素子２７５には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７５ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７５ａにおいて全反射する。さらに、電気光学素子２７５には、この全反射したレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７５ｂが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７５ｂにおいて隣の電気光学素子２７６の方向へと全反射する。
【００８３】
電気光学素子２７６には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７６ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７６ａにおいて全反射する。さらに、電気光学素子２７６には、この全反射したレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７６ｂが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７６ｂにおいて隣の電気光学素子２７７の方向へと全反射する。
【００８４】
電気光学素子２７７には、この入射されたレーザ光が、約４５度で外界との界面に入射するように全反射面２７７ａが形成されている。これにより、レーザ光が全反射面２７７ａにおいて第２波長板２９の方向へと全反射する。
【００８５】
なお、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第１電極３７と、グランド電極３９に接続された第２電極４１により、電気光学素子２７４〜２７７には電界が結合されるので、電気光学素子２７４〜２７７内のレーザ光の偏光が変化する。このように偏光変化を受けて電気光学素子２７７から出射されたレーザ光は、第２波長板２９で偏光状態を調整され、偏光ビームスプリッタ３０でレーザ光の偏光変化がレーザ光の強度変化に変換され、集光レンズ３１で集光される。そしてフォトダイオード３３でこのレーザ光を基に電気信号が生成される。
【００８６】
以上説明したように、第３の実施形態の電界検出光学装置１４によれば、電気光学素子２７７以外の電気光学素子のそれぞれには、入射された光を全反射させて隣の電気光学素子へと入射させる全反射面が形成されており、電気光学素子２７７には、入射された光を全反射させて、第２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、集光レンズ３１及びフォトダイオード３３の方向へ出射させる全反射面が形成されているので、複数個の電気光学素子を平行に並べて構成される電界検出光学装置において、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高い感度を得ることができる。
【００８７】
なお、第１電極３７及び第２電極４１に相当する各電極を、図６に示すように、各電気光学素子内の光路のそれぞれについて設けるようにすれば、電気光学素子内の光の向きに応じた極性で電界を結合させることができる。これにより、光の往復により偏光変化打ち消し合うことのない電界検出光学装置を構成することができる。また、図６に示すように、電極と電気光学素子との接触面積を小さくすれば、温度ひずみが小さくなり好適である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
また、本発明によれば、一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されているので、簡素化及び省電力化を困難にする光学素子等を用いずに高感度な電界検出光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係る電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の参考例に適用可能な電極の構成を示す図である。
【図３】 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４】 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５】 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６】 本発明の第３の実施形態に適用可能な電極の構成を示す図である。
【図７】 本発明の電界検出光学装置を含むトランシーバの利用形態を示す図である。
【図８】 本発明の電界検出光学装置を含むトランシーバの構成を示す図である。
【図９】 従来の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【図１０】 従来の他の電界検出光学装置の構成を示す図である。
【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 電界検出光学装置
２１ レーザダイオード
２３ コリメートレンズ
２５ 第１波長板
２９ 第２波長板
３０ 偏光ビームスプリッタ
３１ 集光レンズ
３３ フォトダイオード
３５ 信号電極
３７ 第１電極
３９ グランド電極
４１ 第２電極
２７１〜２７７ 電気光学素子
Claims (4)
- 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、
結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、
前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ互いに約４５度をなす入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置。 - 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、
結合される電界で光学特性の変化する電気光学素子と、前記電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該電気光学素子の他方の側に設けられて前記電界を当該電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該電気光学素子へ光を入射させる手段と、当該電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、
前記電気光学素子は、厚み方向にみて長方形の板状に形成された電気光学結晶における隣り合う２頂点付近に当該長方形の各辺に対して約４５度をなしかつ同一方向を向く入射面および出射面を形成した電気光学素子であり、当該入射面に垂直に入射した光が当該長方形の辺の位置に形成された面で全反射して当該出射面から垂直に出射するように構成されていることを特徴とする電界検出光学装置。 - 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、
角柱状に形成されかつ互いに側面を接して平行に並べられた複数個の電気光学素子と、該複数個の電気光学素子の一方の側に設けられて前記電界を当該複数個の電気光学素子に結合させる一方の電極と、当該複数個の電気光学素子の他方の側に設けられて当該複数個の電気光学素子に結合させる他方の電極と、当該複数個の電気光学素子のうちの一方の端の電気光学素子に光を入射させる手段と、当該複数個の電気光学素子のうちの他方の端の電気光学素子から出射された光により電気信号を生成する手段とを有し、
前記一方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な入射面が形成され、他方の端面には、前記入射面から入射して当該電気光学素子中を進行した光が全反射して隣の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、
前記他方の端の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、側面に対し垂直な出射面が形成され、他方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行し前記出射面から出射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、
前記一方の端および他方の端以外の電気光学素子における長手方向の一方の端面には、隣の電気光学素子から入射した光が全反射して自身の中を進行するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成され、他の端面には、当該進行する光が全反射して反対側の電気光学素子へ入射するように、側面に対し約４５度をなす全反射面が形成されていることを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記一方の電極及び他方の電極が、前記各電気光学素子内の光路のそれぞれについて設けられていることを特徴とする請求項３記載の電界検出光学装置。
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