JP3795850B2 - 電界検出光学装置およびトランシーバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体等の電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行う電界検出光学装置およびトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユピキタス社会の到来を迎え、ウェアラブルコンピュータ（身体に装着可能なコンピュータ）が注目を浴びている。
【０００３】
そして、このウェアラブルコンピュータと他のコンピュータ（他のウェアラブルコンピュータ等）との間の情報通信手段として、ウェアラブルコンピュータが装着された生体を介して情報を通信できるトランシーバの研究・開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報（第５−１０頁、第１図〜第４図）
【０００５】
上記生体を介して情報を送受信するトランシーバにおいては、送信側のトランシーバにおいて送信対象となる情報を電圧信号として送信側信号電極を介して生体に与えることにより生体内に電界を誘起し、生体内に誘起された電界を、受信側のトランシーバの該生体に当接あるいは近接した受信側信号電極を介して受信することにより、送信側トランシーバおよび受信側トランシーバ間において情報の通信を行っている。
【０００６】
そして、上記特許文献１に開示されているように、生体内に誘起された電界を用いて情報の送受信を行うトランシーバにおいては、上記受信側信号電極を介して受信された電界を検出するために、電気光学結晶（Electric-Optic結晶）を用いている。
【０００７】
図８は、生体内に誘起され、受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出するトランシーバに搭載された電界検出光学部１００の概略構成を示す図である。
【０００８】
図８に示すように、送信側のトランシーバから図示しない生体に誘起された電界は、受信側トランシーバにおける上記生体に当接された絶縁体１０２に取り付けられた受信側信号電極１０４に受信される。
【０００９】
このとき、トランシーバの電界検出光学部１００には、印加電圧に比例してその屈折率が変化する特性を有する方形体形状の電気光学結晶１０８が設けられており、この電気光学結晶１０８における１組の互いに対向する長手方向（図中ｚ方向）に沿った側面には、互いに平行な２枚の平行電極（信号電極１１０およびグランド電位に接続されたグランド電極１１２）が取り付けられている。
【００１０】
また、電気光学結晶１０８の互いに対向する短手側の側面の一方には、上記電極に平行な方向、すなわち、図中ｚ方向に沿って、レーザ装置１１３から出力された電界検出用の検出光であるレーザ光が入射されており、この入射されたレーザ光は、電気光学結晶１０８内を通過して、フォトダイオード等より構成された検出部１１４に入射されるようになっている。
【００１１】
そして、受信側信号電極１０４は、信号線１１６を介して信号電極１１０に接続されており、受信側信号電極１０４により受信された電界は、この信号線１１６により信号電極１１０に与えられる。
【００１２】
すなわち、信号電極１１０に与えられた電界は、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電位差として電気光学結晶１０８に印加される。
【００１３】
このとき、電気光学結晶１０８の屈折率が信号電極１１０およびグランド電極１１２間の印加電圧（電位差）、すなわち、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電界強度に比例して変化するため、電気光学結晶１０８内を通過するレーザ光は、電気光学結晶１０８の屈折率変化に応じて偏光状態が変化する。したがって、検出部１１４において、検出光の偏光状態変化を、例えば受光量の変化として検出することにより、送信側トランシーバ側からの情報を、受信側トランシーバの電界検出光学部１００にて受信することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トランシーバにおける電界検出光学部は、平行電極１１０および１１２間の電界強度に比例した電気光学結晶１０８の屈折率変化により電界を検出する構造を有しているため、電界検出光学部における電界検出感度を向上させるためには、上記平行電極（信号電極１１０およびグランド電極１１２）間の電界強度を増大させればよい。
【００１５】
例えば、図９（ａ）および（ｂ）に模式的に示すように、信号電極１１０およびグランド電極１１２間に印加される電位差をφ（一定）とすると、電極１１０および１１２間の距離が小さい（ｄ１＜ｄ２）程、電極１１０および１１２間に電気力線ＥＬが密集し、電極１１０および１１２間の電界が大きく｛電界Ｅ１（＝φ／ｄ１）＞電界Ｅ２（＝φ／ｄ２）｝なる。
【００１６】
すなわち、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電界強度を増大させるためには、電気光学結晶の厚さを薄くし、電極間距離が狭い信号電極１１０およびグランド電極１１２間に電気光学結晶を配置することが有効である。
【００１７】
しかしながら、上記電気光学結晶１０８を用いた電界検出方式においては、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電気光学結晶１０８に対して検出光であるレーザ光を通過させる必要があるため、電気光学結晶１０８の厚さ（信号電極１１０およびグランド電極１１２間の距離；以下、ｄとする）を、下限値、すなわち、電気光学結晶１０８に入射して該電気光学結晶１０８内を通過するレーザ光（レーザビーム）の光軸に直交する横断面の直径ｗ（以下、ビーム径ｗとする）以下にはできないという制約が生じている。
【００１８】
したがって、結晶厚がレーザ光のビーム径程度になるように電気光学結晶を加工し、その電気光学結晶を信号電極およびグランド電極間に配置することができれば、上記電気光学結晶を用いた電界検出光学部の電界検出感度を向上できるものと予測される。
【００１９】
しかしながら、レーザ光のビーム径を任意の位置で正確に予測することが困難であり、また、レーザ光の断面形状も完全な円とは限らず、レーザ光のパラメータには不確定な要素が多かった。
【００２０】
このため、電気光学結晶を、その結晶厚がレーザ光のビーム径に一致するように加工することは難しく、レーザ光と電気光学結晶厚（信号電極・グランド電極間距離）とを略一致させることは非常に困難であった。
【００２１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、電気光学結晶部材の形状を工夫することにより、レーザ光等の電界検出用の検出光と、電気光学結晶部材における検出光を挟んで対向する電極間の距離との間の相対的な位置関係の調整を可能にして、電気光学結晶部材における電界検出感度を向上させることができる電界検出光学装置およびトランシーバを提供することをその目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項１に記載したように、所定の方向に沿って入射される検出光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置であって、前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第
２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極と、を備えている。
【００２３】
請求項２記載の発明においては、前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成している。
【００２４】
請求項３記載の発明においては、前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光の進行方向に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置されている。
【００２５】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項４に記載したように、電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行うトランシーバであって、前記電界伝達媒体に当接あるいは近接して設けられており、前記電界伝達用媒体に誘起された電界を受信する受信用電極と、前記電界を検出するための検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極を有し、前記受信用電極により受信された電界を、当該第１および第２の電極間の電位差として前記電気光学結晶に印加する印加手段と、を備えている。
【００２６】
請求項５記載の発明においては、前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成している。
【００２７】
請求項６記載の発明においては、前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光出力手段の検出光出射側に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置されている。
【００２８】
請求項７記載の発明においては、前記電気光学結晶部材および前記検出光間の相対位置を、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において変化させる相対位置変化手段をさらに備えている。
【００２９】
請求項８記載の発明においては、前記相対位置変化手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材を移動させる移動手段である。
【００３０】
請求項９記載の発明においては、前記移動手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材をマニュアルで移動させるマニュアル移動手段である。
【００３１】
請求項１０記載の発明においては、前記印加手段により前記電位差が印加された状態において、前記電気光学結晶部材を介して出力された前記検出光に基づく検出信号を受信し、その受信信号に応じて前記電気光学結晶の可動位置を制御するための制御信号を送信する制御手段を備え、前記移動手段は、送信されてきた制御信号に基づいて前記電気光学結晶の移動位置を変化させている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電界検出光学装置およびトランシーバの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係るトランシーバ１の概略構成を示す図である。
【００３４】
すなわち、図１に示すように、トランシーバ１は、ウェアラブルコンピュータ等のコンピュータ２と通信可能であり、コンピュータ２に対する情報送受信機能を有している。
【００３５】
すなわち、トランシーバ１は、コンピュータ２から送信された情報である送信データを入力するＩ／Ｏ（Input/Output；入出力）回路３と、このＩ／Ｏ回路３に接続されており、Ｉ／Ｏ回路３を介して入力された送信データを変調して送信するための送信部４とを備えている。
【００３６】
この送信部４は、図１に示すように、上記送信データを変調する電圧信号として、例えば１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する電圧信号を発生するための信号発生器５を備えている。この信号発生器５には、グランド線６が接続されており、このグランド線６は、グランド電極７に接続されている。
【００３７】
すなわち、信号発生器５は、グランド電極７の電位（グランド電位）を基準電位として、所定の電位差を有する電圧信号を発生させるようになっている。
【００３８】
また、送信部４は、信号発生器５の出力側に接続された信号線９を備えており、信号発生器５にて発生された電圧信号は、信号線９を介して送信されるようになっている。
【００３９】
また、トランシーバ１は、信号線９に接続された送信側信号電極１０を備えており、この送信側信号電極１０の例えば一表面は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１１に覆われており、送信側信号電極１０は、絶縁体１１を介して生体１２に接触されている。
【００４０】
一方、トランシーバ１は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１５に例えばその一表面が覆われている受信側信号電極１６を備えており、この受信側信号電極１６は、絶縁体１５を介して生体１２に接触されている。
【００４１】
また、トランシーバ１は、受信側信号電極１６に接続され、この受信側信号電極１６より受信された電界を後述する受信部へ伝達するための信号線１７と、信号線１７を介して伝達された電界を受信するための受信部２０とを備えている。
【００４２】
すなわち、受信部２０は、信号線１７に接続され、この受信側信号電極１６を介して入力された電界（電圧信号）を光学的に検出し、電気信号に変換して出力する電界検出光学部２１を備えている。なお、本実施形態の電界検出光学部２１は、本発明における電界検出光学装置に相当する。
【００４３】
また、受信部２０は、電界検出光学部２１に接続されており、電界検出光学部２１から出力された電気信号に対して、増幅処理および雑音除去（フィルタリング）処理等の信号処理を施す信号処理回路２２と、この信号処理回路２２に接続され、該信号処理回路２２から出力された電気信号を受信し、受信した電気信号に応じて、電界光学検出部２１に対して、後述する電気光学結晶部材（以下、電気光学結晶と記載する）の可動位置を制御するための制御信号を送信するための制御回路２３とを備えている。
【００４４】
さらに、トランシーバ１は、信号処理回路２２に接続され、この信号処理回路２２により信号処理された電気信号に対して波形整形処理を施し、Ｉ／Ｏ回路３の信号レベルに対応する電気信号に変換し、その電気信号を受信データとしてＩ／Ｏ回路３に送信する波形整形回路２５を備えており、Ｉ／Ｏ回路３は、波形整形回路２５から送信されてきた受信データをコンピュータ２に送信する機能を有している。
【００４５】
図２は、図１に示す電界検出光学部２１の概略構成を示す図である。
【００４６】
図２に示すように、電界検出光学部２１は、電界を検出するための検出光として、略単一波長の検出光である例えばレーザ光を所定の方向（図２におけるｚ軸）に沿って出力する検出光出力部３２を備えている。なお、検出光出力部３２としては、レーザダイオードを用いたレーザ光出力装置や、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた装置等を用いることができる。また、波長帯域に広がりを有する検出光を出力する光源についても、帯域透過フィルタを組み合わせることにより、検出光出力部として適用することが可能である。
【００４７】
また、電界検出光学部２１は、印加される電圧（電位差）に比例して、その屈折率が変化する特性、いわゆるポッケルス効果を有する電気光学結晶３４を備えている。
【００４８】
この電気光学結晶３４は、検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向し、かつレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する方向に沿ってテーパー状（先細り状）に形成された第１および第２の側面を有している。
【００４９】
具体的には、電気光学結晶３４は、図３に示すように、略三角柱状に形成されており、その三角柱状の電気光学結晶における短手側の面３４ａに隣接する２組の対向面の内の１組の対向面３４ｂ、３４ｃが上記第１および第２の側面を構成している。
【００５０】
そして、三角柱状の電気光学結晶３４は、図２および図３に示すように、第１および第２の側面の内の一方の側面（本実施形態では、第２の側面３４ｃ）がレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に平行に配置されており、この第２の側面３４ｃを含む平面を、図２および３における２次元座標空間（ｘ、ｚ空間）に平行な平面とする。
【００５１】
このとき、電気光学結晶３４における上記２組の対向面の内の他の１組の対向面３４ｄ、３４ｅは、検出光出力部３２のレーザ光出射側に対向し、かつレーザ光の光路方向に直交するように配置される。
【００５２】
すなわち、電気光学結晶３４は、対向面３４ｄ、３４ｅは、図２および図３中におけるｙ軸方向、かつ２次元座標空間（ｘ、ｙ空間）にそれぞれ平行に配置されており、対向面３４ｄ、３４ｅにおける一方の面（本実施形態では、面３４ｄとし、入射側端面とする）には、検出光出力部３２から出力されたレーザ光が入射されるようになっている。
【００５３】
また、電気光学結晶３４の第１の側面３４ｂには、信号線１７に接続された信号電極３６が取り付けられており、また、第２の側面３４ｃには、グランド電位に接続されたグランド電極３８が取り付けられている。この結果、信号電極３６およびグランド電極３８も、レーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する方向に沿ってテーパー状に配置されている。
【００５４】
なお、本実施形態における信号線１７、信号電極３６およびグランド電極３８が本発明における印加手段に相当する。
【００５５】
そして、本実施形態の電気光学結晶３４は、信号電極３６およびグランド電極３８間の電位差に比例してその屈折率が変化する特性を有している。
【００５６】
また、電界検出光学部２１は、電気光学結晶３４内を通過してきた検出光の偏光状態変化を、偏光ビームスプリッタ、偏光フィルタ等の偏光検出光学系により検出光の強度変化として検出し、検出した検出光の強度変化をフォトディテクタ等の光電変換器を介して電気信号に変換する検出部４０を備えており、この検出部４０により得られた電気信号は、信号処理回路２２に送信されるようになっている。
【００５７】
さらに、電界検出光学部２１は、電気光学結晶３４および検出光出力部３２から出力されたレーザ光間の相対位置を、そのレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する２次元座標空間内｛図２における（ｘ、ｙ）座標空間内｝において変化させる相対位置変化手段として、電気光学結晶３４を２次元座標空間｛（ｘ、ｙ）座標空間内｝において移動させる移動機構４１を備えている。
【００５８】
この移動機構４１は、図２に示すように、電気光学結晶３４の第２の側面３４ｃに取り付けられており、電気光学結晶３４と一体にｘ軸方向に移動可能な可動部（ｘ）４２と、この可動部（ｘ）４２に取り付けられており、電気光学結晶３４および可動部（ｘ）４２と一体にｙ軸方向に移動可能な可動部（ｙ）４４と、制御回路２３に電気的に接続されており、制御回路２３からの制御信号に応じて、可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４をそれぞれｘ軸およびｙ軸に沿って移動させることができるメカニカルステージ４６とを備えている。
【００５９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００６０】
図４は、本実施形態における信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶３４を（ｘ、ｙ）平面で切断した場合の断面図である。
【００６１】
すなわち、本実施形態においては、電気光学結晶３４における検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向する第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃがテーパー状に形成され、そのテーパー状に形成された第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃに対して信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられている。このため、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離は、図４に示すように、短手側側面３４ａ部分からテーパー方向に向かって、すなわち、テーパー状先端部３４ｆ側（図４中向かって右側；ｘ軸方向）に向かって順次短くなっていく。
【００６２】
したがって、受信側信号電極１６から信号線１７を介して電圧（電位差）が信号電極３６およびグランド電極３８間に印加された際に、電気光学結晶３４内部においては、上記テーパー状先端部３４ｆ側に行くほど電気力線ＥＬが密集し、電界強度が大きくなる。
【００６３】
ここで、図５に、信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶３４とレーザ光のビームスポットＢＳとの関係を示す。
【００６４】
図５に示すように、本実施形態では、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離が、ｘ軸方向に沿って、テーパー状先端部３４ｆ側に向かって順次短くなるため、レーザ光のビームスポットＢＳ｛直径（ビーム径）ｗ｝と電気光学結晶３４との間の相対的な位置関係を調整すれば、任意サイズのビーム径ｗを有するレーザ光の当該ビーム径ｗを、電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間のｙ軸方向に沿った長さ（電気光学結晶３４のｙ軸方向に沿った厚さ）ｄに略一致させることができる。
【００６５】
例えば、図５に示すように、検出光出力部３２から出力され、電気光学結晶３４の入射側端面３４ｄを介して電気光学結晶３４に入射されたレーザ光のビームスポットＢＳが、そのビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置する場合には、そのレーザ光のビームスポットＢＳと電気光学結晶３４との間の相対的な位置関係を調整、すなわち、レーザ光のビームスポットＢＳおよび電気光学結晶３４の内のどちらか一方を、そのビームスポットＢＳがテーパー状先端部３４ｆ側に近付くように移動させることにより、ビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗとレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離ｄ２とが略一致（ｄ２＝ｗ）する位置に配置することができる。
【００６６】
本実施形態においては、電気光学結晶３４および検出光出力部３２から出力されたレーザ光間の相対位置を、そのレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する２次元座標空間内｛（ｘ、ｙ）座標空間内｝において変化させる相対位置変化手段として、電気光学結晶３４を上記２次元座標空間内で移動させることができる移動機構４１を設けているため、この移動機構４１の動作により電気光学結晶３４を移動させて、レーザ光のビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗがレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離と一致する位置に配置することができる。
【００６７】
次に、上記レーザ光と電気光学結晶３４との間の相対位置調整に関し、移動機構４１による電気光学結晶３４の移動動作を含む全体動作について説明する。
【００６８】
なお、上記相対位置調整は、例えば、光学系（検出光出力部３２、検出部４０等）と電気光学結晶３４とを配置して図１に示すトランシーバ１を組み立てた後に行われる。
【００６９】
図示しないトランシーバから図１に示す生体１２に電界が誘起されると、この生体１２内に誘起された電界は、生体１２を介して、その生体１２に絶縁体１５を介して接触されたトランシーバ１の受信側信号電極１６により受信される。そして、受信された電界は、信号線１７を介して受信部２０における電気光学結晶３４の第１の側面３４ｂに取り付けられた信号電極３６に供給される。
【００７０】
この結果、図６に示すように、信号電極３６に供給された電界は、その信号電極３６およびグランド電極３８間の電位差として電気光学結晶３４に印加され、電気光学結晶３４内に電気力線ＥＬとして示す電界を発生させる。
【００７１】
一方、電気光学結晶３４には、検出光出力部３２から出力されたレーザ光が入射側端面３４ｄを介して入射されている。
【００７２】
このときのレーザ光のビームスポットＢＳの配置位置を図７（ａ）に示す。図７（ａ）に示されるように、ビームスポットＢＳは、そのビームスポットＢＳを挟んでビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置している。
【００７３】
一方、電気光学結晶３４に入射され該電気光学結晶３４内を通過するレーザ光は、電気光学結晶３４の印加電圧（電位差）に応じた屈折率変化に応じて偏光状態が変化する。
【００７４】
この検出光の偏光状態変化は、検出部４０により、検出光の強度変化に対応する電気信号として検出され、信号処理回路２２に送信されて増幅処理等の信号処理が施される。
【００７５】
このとき、信号処理回路２２の信号処理結果は、制御回路２３に送信される。
【００７６】
制御回路２３は、送信されてきた信号処理結果に基づいて、検出部４０の受信感度の状態を判断し、上記受信感度を増大させるために、メカニカルステージ４６に対して、電気光学結晶３４をｘ軸方向およびｙ軸方向の内の少なくとも一方に移動させるための制御信号を送信する。
【００７７】
本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、ビームスポットＢＳは、そのビームスポットＢＳを挟んでビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置しているため、制御信号として、電気光学結晶３４のテーパー状先端部３４ｆがビームスポットＢＳへ向かう方向に対応する移動量（ｘ軸方向移動量、ｙ軸方向移動量）だけ移動させるための制御信号が制御回路２３からメカニカルステージ４６に送信される。
【００７８】
メカニカルステージ４６は、送信されてきた制御信号に応じて、可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４の内の少なくとも一方を移動させる。
【００７９】
この結果、図７（ｂ）に示すように、電気光学結晶３４を、そのテーパー状先端部３４ｆがビームスポットＢＳの現在位置に向かうようにｘ軸方向／ｙ軸方向に沿って移動させることができ、ビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗとレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離ｄ２とが略一致（ｄ２＝ｗ）する位置に配置することができる。
【００８０】
以上述べたように、本実施形態によれば、電気光学結晶３４の形状および信号電極３６およびグランド電極３８の取り付け位置をそれぞれ工夫している。すなわち、電気光学結晶３４における、レーザ光の光路を挟んで対向する第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃをテーパー状に形成し、そのテーパー状に形成した第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃに対して信号電極３６およびグランド電極３８をそれぞれ取り付けている。
【００８１】
このため、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離を、短手側側面３４ａ部分からテーパー方向に向かって順次短くすることができる。
【００８２】
したがって、電気光学結晶３４内に入射してその結晶３４内を透過するレーザ光と電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離との間の相対位置関係を調整することにより、レーザ光のビームスポットを、そのビーム径が電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の厚さと略一致する位置に配置することができる。
【００８３】
この結果、電気光学結晶３４内を透過するレーザ光に寄与する電界強度を増大させることができ、電気光学結晶３４および検出部４０を介して検出される電界の検出感度を向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態においては、制御回路２３により信号処理回路２２から出力された検出電界に基づく電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいてメカニカルステージ４６により可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４を介して電気光学結晶３４の位置を自動的に移動・調整することができるため、上記レーザ光のビームスポットと電気光学結晶との間の位置調整を、人的負荷・コストをかけることなく、非常に容易かつ迅速に行うことが可能になる。
【００８５】
なお、本発明においては、上記レーザ光のビームスポットと電気光学結晶との間の位置調整をメカニカルステージ４６による自動調整に限定するものではない。
【００８６】
例えば、図１の構成から制御回路２３を省略し、メカニカルステージ４６を、マニュアルにより可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４を移動させることができるマニュアル型メカニカルステージとしてもよい。
【００８７】
この場合においても、マニュアル型メカニカルステージを介してマニュアルにより電気光学結晶３４を移動させることにより、レーザ光のビームスポットを最適な位置に配置することができる。
【００８８】
本実施形態においては、レーザ光のビームスポットを、そのビーム径が電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離と略一致する位置に配置したが、必ずしも一致する位置に配置する必要はなく、必要な電界強度に対応する距離を有する電極部位間に配置すればよい。
【００８９】
また、本実施形態においては、電気光学結晶３４を、略三角柱状に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向し、かつレーザ光の光路方向に直交する方向に沿ってテーパー状（先細り状）に形成された第１および第２の側面を有する形状であれば、どんな形状でも適用可能である。
【００９０】
そして、本実施形態においては、送信および受信機能を有するトランシーバについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信機能のみを有する一方向型のトランシーバに対しても適用可能である。
【００９１】
さらに、本実施形態では、送信側信号電極および受信側信号電極を異なるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、送信側信号電極および受信側信号電極を一体化してもよい。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界検出光学装置およびトランシーバによれば、電気光学結晶部材における、検出光の光路を挟んで対向する第１の側面および第２の側面と光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるようにし、第１の側面および第２の側面に対して第１および第２の電極をそれぞれ取り付けている。
【００９３】
このため、第１および第２の電極間の距離を、そのテーパー方向に向かって順次短くすることができる。
【００９４】
したがって、第１および第２の電極間に電圧信号（電位差）を印加した際に、電気光学結晶部材に生じる電界強度を、上記テーパー方向に向かって順次増大させることができる。
【００９５】
この結果、電気光学結晶部材内に入射してその結晶部材内を透過する検出光と電気光学結晶部材における検出光を挟んで対向する電極部位間の距離との間の相対的な位置関係を調整することにより、検出光のビームスポットを、上記電界強度が大きい位置に配置することができる。
【００９６】
この結果、電気光学結晶部材内を透過する検出光に寄与する電界強度を増大させることができ、電気光学結晶部材を介して検出される電界の検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトランシーバの概略構成を示す図。
【図２】図１に示す電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図３】図２に示す電気光学結晶部材の概略構成を示す斜視図。
【図４】本発明の実施形態における信号電極およびグランド電極がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶を（ｘ、ｙ）平面で切断した場合の断面図。
【図５】本実施形態における信号電極およびグランド電極がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４に対応する断面図。
【図６】本実施形態におけるメカニカルステージを介した電気光学結晶の移動動作を説明するための図。
【図７】（ａ）は、メカニカルステージによる電気光学結晶移動前（調整前）の電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４、図５に対応する断面図、（ｂ）は、メカニカルステージによる電気光学結晶移動後（調整後）の電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４、図５に対応する断面図。
【図８】トランシーバに搭載された、生体内に誘起された受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出する電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、信号電極およびグランド電極間の距離と、その電極間に印加された電位差に上記電極間の電気光学結晶に対して生じる電界との関係を説明するための図。
【符号の説明】
１ トランシーバ
２ コンピュータ
３ Ｉ／Ｏ回路
４ 送信部
５ 信号発生器
６ グランド線
７グランド電極
９ 信号線
１０ 送信側信号電極
１１ 絶縁体
１２ 生体
１５ 絶縁体
１６ 受信側信号電極
１７ 信号線
２０ 受信部
２１ 電界光学検出部
２２ 信号処理回路
２５ 波形整形回路
３２ 検出光出力部
３４ 電気光学結晶部材
３４ｂ 第１の側面
３４ｃ 第２の側面
３４ｄ 入射側端面
３４ｆ テーパー状先端部
３６ 信号電極
３８ グランド電極
４０ 検出部
４１ 移動機構
４２ 可動部（ｘ）
４４ 可動部（ｙ）
４６ メカニカルステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体等の電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行う電界検出光学装置およびトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユピキタス社会の到来を迎え、ウェアラブルコンピュータ（身体に装着可能なコンピュータ）が注目を浴びている。
【０００３】
そして、このウェアラブルコンピュータと他のコンピュータ（他のウェアラブルコンピュータ等）との間の情報通信手段として、ウェアラブルコンピュータが装着された生体を介して情報を通信できるトランシーバの研究・開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報（第５−１０頁、第１図〜第４図）
【０００５】
上記生体を介して情報を送受信するトランシーバにおいては、送信側のトランシーバにおいて送信対象となる情報を電圧信号として送信側信号電極を介して生体に与えることにより生体内に電界を誘起し、生体内に誘起された電界を、受信側のトランシーバの該生体に当接あるいは近接した受信側信号電極を介して受信することにより、送信側トランシーバおよび受信側トランシーバ間において情報の通信を行っている。
【０００６】
そして、上記特許文献１に開示されているように、生体内に誘起された電界を用いて情報の送受信を行うトランシーバにおいては、上記受信側信号電極を介して受信された電界を検出するために、電気光学結晶（Electric-Optic結晶）を用いている。
【０００７】
図８は、生体内に誘起され、受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出するトランシーバに搭載された電界検出光学部１００の概略構成を示す図である。
【０００８】
図８に示すように、送信側のトランシーバから図示しない生体に誘起された電界は、受信側トランシーバにおける上記生体に当接された絶縁体１０２に取り付けられた受信側信号電極１０４に受信される。
【０００９】
このとき、トランシーバの電界検出光学部１００には、印加電圧に比例してその屈折率が変化する特性を有する方形体形状の電気光学結晶１０８が設けられており、この電気光学結晶１０８における１組の互いに対向する長手方向（図中ｚ方向）に沿った側面には、互いに平行な２枚の平行電極（信号電極１１０およびグランド電位に接続されたグランド電極１１２）が取り付けられている。
【００１０】
また、電気光学結晶１０８の互いに対向する短手側の側面の一方には、上記電極に平行な方向、すなわち、図中ｚ方向に沿って、レーザ装置１１３から出力された電界検出用の検出光であるレーザ光が入射されており、この入射されたレーザ光は、電気光学結晶１０８内を通過して、フォトダイオード等より構成された検出部１１４に入射されるようになっている。
【００１１】
そして、受信側信号電極１０４は、信号線１１６を介して信号電極１１０に接続されており、受信側信号電極１０４により受信された電界は、この信号線１１６により信号電極１１０に与えられる。
【００１２】
すなわち、信号電極１１０に与えられた電界は、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電位差として電気光学結晶１０８に印加される。
【００１３】
このとき、電気光学結晶１０８の屈折率が信号電極１１０およびグランド電極１１２間の印加電圧（電位差）、すなわち、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電界強度に比例して変化するため、電気光学結晶１０８内を通過するレーザ光は、電気光学結晶１０８の屈折率変化に応じて偏光状態が変化する。したがって、検出部１１４において、検出光の偏光状態変化を、例えば受光量の変化として検出することにより、送信側トランシーバ側からの情報を、受信側トランシーバの電界検出光学部１００にて受信することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、トランシーバにおける電界検出光学部は、平行電極１１０および１１２間の電界強度に比例した電気光学結晶１０８の屈折率変化により電界を検出する構造を有しているため、電界検出光学部における電界検出感度を向上させるためには、上記平行電極（信号電極１１０およびグランド電極１１２）間の電界強度を増大させればよい。
【００１５】
例えば、図９（ａ）および（ｂ）に模式的に示すように、信号電極１１０およびグランド電極１１２間に印加される電位差をφ（一定）とすると、電極１１０および１１２間の距離が小さい（ｄ１＜ｄ２）程、電極１１０および１１２間に電気力線ＥＬが密集し、電極１１０および１１２間の電界が大きく｛電界Ｅ１（＝φ／ｄ１）＞電界Ｅ２（＝φ／ｄ２）｝なる。
【００１６】
すなわち、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電界強度を増大させるためには、電気光学結晶の厚さを薄くし、電極間距離が狭い信号電極１１０およびグランド電極１１２間に電気光学結晶を配置することが有効である。
【００１７】
しかしながら、上記電気光学結晶１０８を用いた電界検出方式においては、信号電極１１０およびグランド電極１１２間の電気光学結晶１０８に対して検出光であるレーザ光を通過させる必要があるため、電気光学結晶１０８の厚さ（信号電極１１０およびグランド電極１１２間の距離；以下、ｄとする）を、下限値、すなわち、電気光学結晶１０８に入射して該電気光学結晶１０８内を通過するレーザ光（レーザビーム）の光軸に直交する横断面の直径ｗ（以下、ビーム径ｗとする）以下にはできないという制約が生じている。
【００１８】
したがって、結晶厚がレーザ光のビーム径程度になるように電気光学結晶を加工し、その電気光学結晶を信号電極およびグランド電極間に配置することができれば、上記電気光学結晶を用いた電界検出光学部の電界検出感度を向上できるものと予測される。
【００１９】
しかしながら、レーザ光のビーム径を任意の位置で正確に予測することが困難であり、また、レーザ光の断面形状も完全な円とは限らず、レーザ光のパラメータには不確定な要素が多かった。
【００２０】
このため、電気光学結晶を、その結晶厚がレーザ光のビーム径に一致するように加工することは難しく、レーザ光と電気光学結晶厚（信号電極・グランド電極間距離）とを略一致させることは非常に困難であった。
【００２１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、電気光学結晶部材の形状を工夫することにより、レーザ光等の電界検出用の検出光と、電気光学結晶部材における検出光を挟んで対向する電極間の距離との間の相対的な位置関係の調整を可能にして、電気光学結晶部材における電界検出感度を向上させることができる電界検出光学装置およびトランシーバを提供することをその目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項１に記載したように、所定の方向に沿って入射される検出光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置であって、前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第
２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極と、を備えている。
【００２３】
請求項２記載の発明においては、前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成している。
【００２４】
請求項３記載の発明においては、前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光の進行方向に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置されている。
【００２５】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、請求項４に記載したように、電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行うトランシーバであって、前記電界伝達媒体に当接あるいは近接して設けられており、前記電界伝達用媒体に誘起された電界を受信する受信用電極と、前記電界を検出するための検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極を有し、前記受信用電極により受信された電界を、当該第１および第２の電極間の電位差として前記電気光学結晶に印加する印加手段と、を備えている。
【００２６】
請求項５記載の発明においては、前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成している。
【００２７】
請求項６記載の発明においては、前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光出力手段の検出光出射側に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置されている。
【００２８】
請求項７記載の発明においては、前記電気光学結晶部材および前記検出光間の相対位置を、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において変化させる相対位置変化手段をさらに備えている。
【００２９】
請求項８記載の発明においては、前記相対位置変化手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材を移動させる移動手段である。
【００３０】
請求項９記載の発明においては、前記移動手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材をマニュアルで移動させるマニュアル移動手段である。
【００３１】
請求項１０記載の発明においては、前記印加手段により前記電位差が印加された状態において、前記電気光学結晶部材を介して出力された前記検出光に基づく検出信号を受信し、その受信信号に応じて前記電気光学結晶の可動位置を制御するための制御信号を送信する制御手段を備え、前記移動手段は、送信されてきた制御信号に基づいて前記電気光学結晶の移動位置を変化させている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電界検出光学装置およびトランシーバの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係るトランシーバ１の概略構成を示す図である。
【００３４】
すなわち、図１に示すように、トランシーバ１は、ウェアラブルコンピュータ等のコンピュータ２と通信可能であり、コンピュータ２に対する情報送受信機能を有している。
【００３５】
すなわち、トランシーバ１は、コンピュータ２から送信された情報である送信データを入力するＩ／Ｏ（Input/Output；入出力）回路３と、このＩ／Ｏ回路３に接続されており、Ｉ／Ｏ回路３を介して入力された送信データを変調して送信するための送信部４とを備えている。
【００３６】
この送信部４は、図１に示すように、上記送信データを変調する電圧信号として、例えば１００ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数を有する電圧信号を発生するための信号発生器５を備えている。この信号発生器５には、グランド線６が接続されており、このグランド線６は、グランド電極７に接続されている。
【００３７】
すなわち、信号発生器５は、グランド電極７の電位（グランド電位）を基準電位として、所定の電位差を有する電圧信号を発生させるようになっている。
【００３８】
また、送信部４は、信号発生器５の出力側に接続された信号線９を備えており、信号発生器５にて発生された電圧信号は、信号線９を介して送信されるようになっている。
【００３９】
また、トランシーバ１は、信号線９に接続された送信側信号電極１０を備えており、この送信側信号電極１０の例えば一表面は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１１に覆われており、送信側信号電極１０は、絶縁体１１を介して生体１２に接触されている。
【００４０】
一方、トランシーバ１は、例えばゴム等のフレキシブルな絶縁体部材（以下、絶縁体として記載する）１５に例えばその一表面が覆われている受信側信号電極１６を備えており、この受信側信号電極１６は、絶縁体１５を介して生体１２に接触されている。
【００４１】
また、トランシーバ１は、受信側信号電極１６に接続され、この受信側信号電極１６より受信された電界を後述する受信部へ伝達するための信号線１７と、信号線１７を介して伝達された電界を受信するための受信部２０とを備えている。
【００４２】
すなわち、受信部２０は、信号線１７に接続され、この受信側信号電極１６を介して入力された電界（電圧信号）を光学的に検出し、電気信号に変換して出力する電界検出光学部２１を備えている。なお、本実施形態の電界検出光学部２１は、本発明における電界検出光学装置に相当する。
【００４３】
また、受信部２０は、電界検出光学部２１に接続されており、電界検出光学部２１から出力された電気信号に対して、増幅処理および雑音除去（フィルタリング）処理等の信号処理を施す信号処理回路２２と、この信号処理回路２２に接続され、該信号処理回路２２から出力された電気信号を受信し、受信した電気信号に応じて、電界光学検出部２１に対して、後述する電気光学結晶部材（以下、電気光学結晶と記載する）の可動位置を制御するための制御信号を送信するための制御回路２３とを備えている。
【００４４】
さらに、トランシーバ１は、信号処理回路２２に接続され、この信号処理回路２２により信号処理された電気信号に対して波形整形処理を施し、Ｉ／Ｏ回路３の信号レベルに対応する電気信号に変換し、その電気信号を受信データとしてＩ／Ｏ回路３に送信する波形整形回路２５を備えており、Ｉ／Ｏ回路３は、波形整形回路２５から送信されてきた受信データをコンピュータ２に送信する機能を有している。
【００４５】
図２は、図１に示す電界検出光学部２１の概略構成を示す図である。
【００４６】
図２に示すように、電界検出光学部２１は、電界を検出するための検出光として、略単一波長の検出光である例えばレーザ光を所定の方向（図２におけるｚ軸）に沿って出力する検出光出力部３２を備えている。なお、検出光出力部３２としては、レーザダイオードを用いたレーザ光出力装置や、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた装置等を用いることができる。また、波長帯域に広がりを有する検出光を出力する光源についても、帯域透過フィルタを組み合わせることにより、検出光出力部として適用することが可能である。
【００４７】
また、電界検出光学部２１は、印加される電圧（電位差）に比例して、その屈折率が変化する特性、いわゆるポッケルス効果を有する電気光学結晶３４を備えている。
【００４８】
この電気光学結晶３４は、検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向し、かつレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する方向に沿ってテーパー状（先細り状）に形成された第１および第２の側面を有している。
【００４９】
具体的には、電気光学結晶３４は、図３に示すように、略三角柱状に形成されており、その三角柱状の電気光学結晶における短手側の面３４ａに隣接する２組の対向面の内の１組の対向面３４ｂ、３４ｃが上記第１および第２の側面を構成している。
【００５０】
そして、三角柱状の電気光学結晶３４は、図２および図３に示すように、第１および第２の側面の内の一方の側面（本実施形態では、第２の側面３４ｃ）がレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に平行に配置されており、この第２の側面３４ｃを含む平面を、図２および３における２次元座標空間（ｘ、ｚ空間）に平行な平面とする。
【００５１】
このとき、電気光学結晶３４における上記２組の対向面の内の他の１組の対向面３４ｄ、３４ｅは、検出光出力部３２のレーザ光出射側に対向し、かつレーザ光の光路方向に直交するように配置される。
【００５２】
すなわち、電気光学結晶３４は、対向面３４ｄ、３４ｅは、図２および図３中におけるｙ軸方向、かつ２次元座標空間（ｘ、ｙ空間）にそれぞれ平行に配置されており、対向面３４ｄ、３４ｅにおける一方の面（本実施形態では、面３４ｄとし、入射側端面とする）には、検出光出力部３２から出力されたレーザ光が入射されるようになっている。
【００５３】
また、電気光学結晶３４の第１の側面３４ｂには、信号線１７に接続された信号電極３６が取り付けられており、また、第２の側面３４ｃには、グランド電位に接続されたグランド電極３８が取り付けられている。この結果、信号電極３６およびグランド電極３８も、レーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する方向に沿ってテーパー状に配置されている。
【００５４】
なお、本実施形態における信号線１７、信号電極３６およびグランド電極３８が本発明における印加手段に相当する。
【００５５】
そして、本実施形態の電気光学結晶３４は、信号電極３６およびグランド電極３８間の電位差に比例してその屈折率が変化する特性を有している。
【００５６】
また、電界検出光学部２１は、電気光学結晶３４内を通過してきた検出光の偏光状態変化を、偏光ビームスプリッタ、偏光フィルタ等の偏光検出光学系により検出光の強度変化として検出し、検出した検出光の強度変化をフォトディテクタ等の光電変換器を介して電気信号に変換する検出部４０を備えており、この検出部４０により得られた電気信号は、信号処理回路２２に送信されるようになっている。
【００５７】
さらに、電界検出光学部２１は、電気光学結晶３４および検出光出力部３２から出力されたレーザ光間の相対位置を、そのレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する２次元座標空間内｛図２における（ｘ、ｙ）座標空間内｝において変化させる相対位置変化手段として、電気光学結晶３４を２次元座標空間｛（ｘ、ｙ）座標空間内｝において移動させる移動機構４１を備えている。
【００５８】
この移動機構４１は、図２に示すように、電気光学結晶３４の第２の側面３４ｃに取り付けられており、電気光学結晶３４と一体にｘ軸方向に移動可能な可動部（ｘ）４２と、この可動部（ｘ）４２に取り付けられており、電気光学結晶３４および可動部（ｘ）４２と一体にｙ軸方向に移動可能な可動部（ｙ）４４と、制御回路２３に電気的に接続されており、制御回路２３からの制御信号に応じて、可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４をそれぞれｘ軸およびｙ軸に沿って移動させることができるメカニカルステージ４６とを備えている。
【００５９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００６０】
図４は、本実施形態における信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶３４を（ｘ、ｙ）平面で切断した場合の断面図である。
【００６１】
すなわち、本実施形態においては、電気光学結晶３４における検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向する第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃがテーパー状に形成され、そのテーパー状に形成された第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃに対して信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられている。このため、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離は、図４に示すように、短手側側面３４ａ部分からテーパー方向に向かって、すなわち、テーパー状先端部３４ｆ側（図４中向かって右側；ｘ軸方向）に向かって順次短くなっていく。
【００６２】
したがって、受信側信号電極１６から信号線１７を介して電圧（電位差）が信号電極３６およびグランド電極３８間に印加された際に、電気光学結晶３４内部においては、上記テーパー状先端部３４ｆ側に行くほど電気力線ＥＬが密集し、電界強度が大きくなる。
【００６３】
ここで、図５に、信号電極３６およびグランド電極３８がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶３４とレーザ光のビームスポットＢＳとの関係を示す。
【００６４】
図５に示すように、本実施形態では、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離が、ｘ軸方向に沿って、テーパー状先端部３４ｆ側に向かって順次短くなるため、レーザ光のビームスポットＢＳ｛直径（ビーム径）ｗ｝と電気光学結晶３４との間の相対的な位置関係を調整すれば、任意サイズのビーム径ｗを有するレーザ光の当該ビーム径ｗを、電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間のｙ軸方向に沿った長さ（電気光学結晶３４のｙ軸方向に沿った厚さ）ｄに略一致させることができる。
【００６５】
例えば、図５に示すように、検出光出力部３２から出力され、電気光学結晶３４の入射側端面３４ｄを介して電気光学結晶３４に入射されたレーザ光のビームスポットＢＳが、そのビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置する場合には、そのレーザ光のビームスポットＢＳと電気光学結晶３４との間の相対的な位置関係を調整、すなわち、レーザ光のビームスポットＢＳおよび電気光学結晶３４の内のどちらか一方を、そのビームスポットＢＳがテーパー状先端部３４ｆ側に近付くように移動させることにより、ビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗとレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離ｄ２とが略一致（ｄ２＝ｗ）する位置に配置することができる。
【００６６】
本実施形態においては、電気光学結晶３４および検出光出力部３２から出力されたレーザ光間の相対位置を、そのレーザ光の光路方向（ｚ軸方向）に直交する２次元座標空間内｛（ｘ、ｙ）座標空間内｝において変化させる相対位置変化手段として、電気光学結晶３４を上記２次元座標空間内で移動させることができる移動機構４１を設けているため、この移動機構４１の動作により電気光学結晶３４を移動させて、レーザ光のビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗがレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離と一致する位置に配置することができる。
【００６７】
次に、上記レーザ光と電気光学結晶３４との間の相対位置調整に関し、移動機構４１による電気光学結晶３４の移動動作を含む全体動作について説明する。
【００６８】
なお、上記相対位置調整は、例えば、光学系（検出光出力部３２、検出部４０等）と電気光学結晶３４とを配置して図１に示すトランシーバ１を組み立てた後に行われる。
【００６９】
図示しないトランシーバから図１に示す生体１２に電界が誘起されると、この生体１２内に誘起された電界は、生体１２を介して、その生体１２に絶縁体１５を介して接触されたトランシーバ１の受信側信号電極１６により受信される。そして、受信された電界は、信号線１７を介して受信部２０における電気光学結晶３４の第１の側面３４ｂに取り付けられた信号電極３６に供給される。
【００７０】
この結果、図６に示すように、信号電極３６に供給された電界は、その信号電極３６およびグランド電極３８間の電位差として電気光学結晶３４に印加され、電気光学結晶３４内に電気力線ＥＬとして示す電界を発生させる。
【００７１】
一方、電気光学結晶３４には、検出光出力部３２から出力されたレーザ光が入射側端面３４ｄを介して入射されている。
【００７２】
このときのレーザ光のビームスポットＢＳの配置位置を図７（ａ）に示す。図７（ａ）に示されるように、ビームスポットＢＳは、そのビームスポットＢＳを挟んでビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置している。
【００７３】
一方、電気光学結晶３４に入射され該電気光学結晶３４内を通過するレーザ光は、電気光学結晶３４の印加電圧（電位差）に応じた屈折率変化に応じて偏光状態が変化する。
【００７４】
この検出光の偏光状態変化は、検出部４０により、検出光の強度変化に対応する電気信号として検出され、信号処理回路２２に送信されて増幅処理等の信号処理が施される。
【００７５】
このとき、信号処理回路２２の信号処理結果は、制御回路２３に送信される。
【００７６】
制御回路２３は、送信されてきた信号処理結果に基づいて、検出部４０の受信感度の状態を判断し、上記受信感度を増大させるために、メカニカルステージ４６に対して、電気光学結晶３４をｘ軸方向およびｙ軸方向の内の少なくとも一方に移動させるための制御信号を送信する。
【００７７】
本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、ビームスポットＢＳは、そのビームスポットＢＳを挟んでビーム径ｗよりも大きい距離ｄ１を有する電極部位間に位置しているため、制御信号として、電気光学結晶３４のテーパー状先端部３４ｆがビームスポットＢＳへ向かう方向に対応する移動量（ｘ軸方向移動量、ｙ軸方向移動量）だけ移動させるための制御信号が制御回路２３からメカニカルステージ４６に送信される。
【００７８】
メカニカルステージ４６は、送信されてきた制御信号に応じて、可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４の内の少なくとも一方を移動させる。
【００７９】
この結果、図７（ｂ）に示すように、電気光学結晶３４を、そのテーパー状先端部３４ｆがビームスポットＢＳの現在位置に向かうようにｘ軸方向／ｙ軸方向に沿って移動させることができ、ビームスポットＢＳを、そのビーム径ｗとレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離ｄ２とが略一致（ｄ２＝ｗ）する位置に配置することができる。
【００８０】
以上述べたように、本実施形態によれば、電気光学結晶３４の形状および信号電極３６およびグランド電極３８の取り付け位置をそれぞれ工夫している。すなわち、電気光学結晶３４における、レーザ光の光路を挟んで対向する第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃをテーパー状に形成し、そのテーパー状に形成した第１の側面３４ｂおよび第２の側面３４ｃに対して信号電極３６およびグランド電極３８をそれぞれ取り付けている。
【００８１】
このため、信号電極３６およびグランド電極３８間の距離を、短手側側面３４ａ部分からテーパー方向に向かって順次短くすることができる。
【００８２】
したがって、電気光学結晶３４内に入射してその結晶３４内を透過するレーザ光と電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離との間の相対位置関係を調整することにより、レーザ光のビームスポットを、そのビーム径が電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の厚さと略一致する位置に配置することができる。
【００８３】
この結果、電気光学結晶３４内を透過するレーザ光に寄与する電界強度を増大させることができ、電気光学結晶３４および検出部４０を介して検出される電界の検出感度を向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態においては、制御回路２３により信号処理回路２２から出力された検出電界に基づく電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいてメカニカルステージ４６により可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４を介して電気光学結晶３４の位置を自動的に移動・調整することができるため、上記レーザ光のビームスポットと電気光学結晶との間の位置調整を、人的負荷・コストをかけることなく、非常に容易かつ迅速に行うことが可能になる。
【００８５】
なお、本発明においては、上記レーザ光のビームスポットと電気光学結晶との間の位置調整をメカニカルステージ４６による自動調整に限定するものではない。
【００８６】
例えば、図１の構成から制御回路２３を省略し、メカニカルステージ４６を、マニュアルにより可動部（ｘ）４２および可動部（ｙ）４４を移動させることができるマニュアル型メカニカルステージとしてもよい。
【００８７】
この場合においても、マニュアル型メカニカルステージを介してマニュアルにより電気光学結晶３４を移動させることにより、レーザ光のビームスポットを最適な位置に配置することができる。
【００８８】
本実施形態においては、レーザ光のビームスポットを、そのビーム径が電気光学結晶３４におけるレーザ光を挟んで対向する電極部位間の距離と略一致する位置に配置したが、必ずしも一致する位置に配置する必要はなく、必要な電界強度に対応する距離を有する電極部位間に配置すればよい。
【００８９】
また、本実施形態においては、電気光学結晶３４を、略三角柱状に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出光出力部３２から出力されたレーザ光の光路を挟んで対向し、かつレーザ光の光路方向に直交する方向に沿ってテーパー状（先細り状）に形成された第１および第２の側面を有する形状であれば、どんな形状でも適用可能である。
【００９０】
そして、本実施形態においては、送信および受信機能を有するトランシーバについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信機能のみを有する一方向型のトランシーバに対しても適用可能である。
【００９１】
さらに、本実施形態では、送信側信号電極および受信側信号電極を異なるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、送信側信号電極および受信側信号電極を一体化してもよい。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電界検出光学装置およびトランシーバによれば、電気光学結晶部材における、検出光の光路を挟んで対向する第１の側面および第２の側面と光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるようにし、第１の側面および第２の側面に対して第１および第２の電極をそれぞれ取り付けている。
【００９３】
このため、第１および第２の電極間の距離を、そのテーパー方向に向かって順次短くすることができる。
【００９４】
したがって、第１および第２の電極間に電圧信号（電位差）を印加した際に、電気光学結晶部材に生じる電界強度を、上記テーパー方向に向かって順次増大させることができる。
【００９５】
この結果、電気光学結晶部材内に入射してその結晶部材内を透過する検出光と電気光学結晶部材における検出光を挟んで対向する電極部位間の距離との間の相対的な位置関係を調整することにより、検出光のビームスポットを、上記電界強度が大きい位置に配置することができる。
【００９６】
この結果、電気光学結晶部材内を透過する検出光に寄与する電界強度を増大させることができ、電気光学結晶部材を介して検出される電界の検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトランシーバの概略構成を示す図。
【図２】図１に示す電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図３】図２に示す電気光学結晶部材の概略構成を示す斜視図。
【図４】本発明の実施形態における信号電極およびグランド電極がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶を（ｘ、ｙ）平面で切断した場合の断面図。
【図５】本実施形態における信号電極およびグランド電極がそれぞれ取り付けられた電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４に対応する断面図。
【図６】本実施形態におけるメカニカルステージを介した電気光学結晶の移動動作を説明するための図。
【図７】（ａ）は、メカニカルステージによる電気光学結晶移動前（調整前）の電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４、図５に対応する断面図、（ｂ）は、メカニカルステージによる電気光学結晶移動後（調整後）の電気光学結晶とレーザ光のビームスポットとの関係を示す図４、図５に対応する断面図。
【図８】トランシーバに搭載された、生体内に誘起された受信側信号電極を介して受信された電界を電気光学結晶により検出する電界検出光学部の概略構成を示す図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、信号電極およびグランド電極間の距離と、その電極間に印加された電位差に上記電極間の電気光学結晶に対して生じる電界との関係を説明するための図。
【符号の説明】
１ トランシーバ
２ コンピュータ
３ Ｉ／Ｏ回路
４ 送信部
５ 信号発生器
６ グランド線
７グランド電極
９ 信号線
１０ 送信側信号電極
１１ 絶縁体
１２ 生体
１５ 絶縁体
１６ 受信側信号電極
１７ 信号線
２０ 受信部
２１ 電界光学検出部
２２ 信号処理回路
２５ 波形整形回路
３２ 検出光出力部
３４ 電気光学結晶部材
３４ｂ 第１の側面
３４ｃ 第２の側面
３４ｄ 入射側端面
３４ｆ テーパー状先端部
３６ 信号電極
３８ グランド電極
４０ 検出部
４１ 移動機構
４２ 可動部（ｘ）
４４ 可動部（ｙ）
４６ メカニカルステージ
Claims (10)
- 所定の方向に沿って入射される検出光に基づいて電界を検出するための電界検出光学装置であって、
前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、
前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極と、
を備えたことを特徴とする電界検出光学装置。 - 前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成したことを特徴とする請求項１記載の電界検出光学装置。
- 前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、
前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光の進行方向に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置された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。 - 電界伝達用媒体に誘起された電界に基づいて情報の受信を行うトランシーバであって、
前記電界伝達媒体に当接あるいは近接して設けられており、前記電界伝達用媒体に誘起された電界を受信する受信用電極と、
前記電界を検出するための検出光を所定の方向に沿って出力する検出光出力手段と、
前記検出光の光路を挟んで対向する第１および第２の側面を有し、当該第１および第２の側面と前記検出光の光路に直交する平面との交線同士が互いにテーパー状になるように形成された電気光学結晶部材と、
前記電気光学結晶の第１および第２の側面にそれぞれ取り付けられた第１および第２の電極を有し、前記受信用電極により受信された電界を、当該第１および第２の電極間の電位差として前記電気光学結晶に印加する印加手段と、
を備えたことを特徴とするトランシーバ。 - 前記電気光学結晶部材を、その第１および第２の側面における前記テーパー側の一端部の当該第１および第２の側面間の前記検出光の光路方向に直交する方向の距離が、前記検出光の光路方向に直交する断面の直径に略一致するように形成したことを特徴とする請求項４記載のトランシーバ。
- 前記電気光学結晶部材は、略三角柱状に形成されており、前記三角柱状の電気光学結晶部材における２組の対向面の内の１組の対向面が前記第１および第２の側面を構成しており、
前記三角柱状の電気光学結晶部材は、前記２組の対向面の内の他の１組の対向面が前記検出光出力手段の検出光出射側に対向し、かつ前記検出光の光路方向に直交するように配置されたことを特徴とする請求項４または５記載のトランシーバ。 - 前記電気光学結晶部材および前記検出光間の相対位置を、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において変化させる相対位置変化手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４乃至６の内の何れか１項記載のトランシーバ。
- 前記相対位置変化手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材を移動させる移動手段であることを特徴とする請求項７記載のトランシーバ。
- 前記移動手段は、前記検出光の光路方向に直交する２次元座標空間内において前記電気光学結晶部材をマニュアルで移動させるマニュアル移動手段であることを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
- 前記印加手段により前記電位差が印加された状態において、前記電気光学結晶部材を介して出力された前記検出光に基づく検出信号を受信し、その受信信号に応じて前記電気光学結晶の可動位置を制御するための制御信号を送信する制御手段を備え、
前記移動手段は、送信されてきた制御信号に基づいて前記電気光学結晶の移動位置を変化させることを特徴とする請求項８記載のトランシーバ。
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