JP3869341B2 - 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３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４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】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
図５（ａ）は、図５（ｂ）に示した従来の電界検出光学装置１５のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した従来の電界検出光学装置１５のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１０】
電界検出光学装置１５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、平行に並べられた３個の角柱状の電気光学素子２７ａ〜２７ｃの中の電気光学素子２７ａに入射する。電気光学素子２７ａから出射されたレーザ光は、プリズム３４ａで折り返されて、隣の電気光学素子２７ｂに入射する。電気光学素子２７ｂから出射されたレーザ光は、プリズム３４ｂで折り返されて、隣の電気光学素子２７ｃに入射する。
【００１１】
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２７ａ〜２７ｃのレーザ光の偏光が変化する。
【００１２】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２７ｃ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。
【００１３】
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。
【００１４】
なお、類似の技術が下記文献に記載されている。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【００１６】
【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、光路長を長くするあまり、占有面積が大きくなるので、装置の小型化が困難である。
【００１７】
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、占有面積に対する感度を高めて小型化を図った電界検出光学装置を提供することにある。
【００１８】
【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、順次に重ね合わせられた第１、第２及び第３の電気光学素子と、前記第１の電気光学素子に光を入射させる手段と、前記第１の電気光学素子から出射される光を前記第２の電気光学素子に入射させる手段と、前記第２の電気光学素子から出射される光を前記第３の電気光学素子に入射させる手段と、前記第３の電気光学素子から出射される光により電気信号を生成する手段と、前記第１及び第２の電気光学素子の間と、前記第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる一方の電極と、前記第２及び第３の電気光学素子の間と、前記第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる他方の電極とを有す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、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１及び第２の電気光学素子の間と、第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２及び第３の電気光学素子の間と、第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【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３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４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。
【００２４】
また、図４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。
【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。
【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、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。
【００２７】
[第１の実施形態]
次に、図１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１１について詳細に説明する。
【００２８】
図１（ａ）は、電界検出光学装置１１の構成図、図１（ｂ）は、電界検出光学装置１１の要部斜視図である。
【００２９】
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を備える。
【００３０】
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。
【００３１】
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て重ねられた２個の電気光学素子２７ａ及び２７ｂを備える。また、電界検出光学装置１１は、当該長方形の一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ａ及び２７ｂを覆うように設けられたプリズム３４を備える。
【００３２】
電気光学素子２７ａ及び２７ｂ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。
【００３３】
電界検出光学装置１１は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、グランド電極３９と、電気光学素子２７ａにおける電気光学素子２７ｂの反対側に設けられ、グランド電極３９に接続された第１電極３７ａと、電気光学素子２７ａと電気光学素子２７ｂとの間に設けられ、信号電極３５に接続された第２電極３７ｂと、電気光学素子２７ｂにおける電気光学素子２７ａの反対側に設けられ、グランド電極３９に接続された第３電極３７ｃとを備える。
【００３４】
また、電界検出光学装置１１にあっては、電気光学素子２７ｂ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。
【００３５】
次に、第１の実施形態の電界検出光学装置１１の動作を説明する。
【００３６】
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２７ａに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ａから出射され、プリズム３４で折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｂに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｂから出射され、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。
【００３７】
なお、グランド電極３９に接続された第１電極３７ａと、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ａには電界が結合されるので、電気光学素子２７ａ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００３８】
また、グランド電極３９接続された第３電極３７ｃと、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ｂには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｂ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００３９】
以上説明したように、第１の実施形態の電界検出光学装置１１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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ａ及び第２の電気光学素子２７ｂの間の第２電極３７ｂとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第１の電気光学素子２７ａにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第１電極３７ａと、第２の電気光学素子２７ｂにおける第１の電気光学素子２７ａの反対側の第３電極３７ｃとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００４０】
[第２の実施形態]
次に、図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を構成する第２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。
【００４１】
図２は、第２の実施形態の電界検出光学装置１２の構成図である。
【００４２】
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。
【００４３】
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て重ねられた４個の電気光学素子２７ａ〜２７ｄを備える。
【００４４】
また、電界検出光学装置１２は、当該長方形の一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ａ及び２７ｂを覆うように設けられたプリズム３４ａと、他方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ｂ及び２７ｃを覆うように設けられたプリズム３４ｂと、前記一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ｃ及び２７ｄを覆うように設けられたプリズム３４ｃとを備える。
【００４５】
また、電界検出光学装置１２は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、グランド電極３９と、電気光学素子２７ａにおける電気光学素子２７ｂの反対側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７ａと、電気光学素子２７ａと電気光学素子２７ｂとの間に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂと、電気光学素子２７ｂと電気光学素子２７ｃとの間に設けられ、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃと、電気光学素子２７ｃと電気光学素子２７ｄとの間に設けられ、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄと、電気光学素子２７ｄにおける電気光学素子２７ｃの反対側に設けられ、信号電極３５に接続された第５電極３７ｅとを備える。
【００４６】
また、電界検出光学装置１２にあっては、電気光学素子２７ｄ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。
【００４７】
次に、第２の実施形態の電界検出光学装置１２の動作を説明する。
【００４８】
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２７ａに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ａから出射され、プリズム３４ａで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｂに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｂから出射され、プリズム３４ｂで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｃに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｃから出射され、プリズム３４ｃで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｄに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｄから出射される。
【００４９】
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。
【００５０】
なお、信号電極３５に接続された第１電極３７ａと、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ａには電界が結合されるので、電気光学素子２７ａ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５１】
また、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂと、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃとにより、電気光学素子２７ｂには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｂ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５２】
また、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃと、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄにより、電気光学素子２７ｃには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｃ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５３】
また、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄと、信号電極３５に接続された第５電極３７ｅとにより、電気光学素子２７ｄには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｄ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５４】
以上説明したように、第２の実施形態の電界検出光学装置１２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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ａ及び第２の電気光学素子２７ｂの間の第２電極３７ｂと、第３の電気光学素子２７ｃにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第４電極３７ｄとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２の電気光学素子２７ｂ及び第３の電気光学素子２７ｃの間の第３電極３７ｃと、第１の電気光学素子２７ａにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第１電極３７ａとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００５５】
また、第１の電気光学素子２７ｂ、第２の電気光学素子２７ｃ、第３の電気光学素子２７ｄととらえたときに、第２の実施形態の電界検出光学装置１２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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ｂ及び第２の電気光学素子２７ｃの間の第３電極３７ｃと、第３の電気光学素子２７ｄにおける第２の電気光学素子２７ｃの反対側の第５電極３７ｅとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２の電気光学素子２７ｃ及び第３の電気光学素子２７ｄの間の第４電極３７ｄと、第１の電気光学素子２７ｂにおける第２の電気光学素子２７ｃの反対側の第２電極３７ｂとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００５６】
なお、サンドイッチ構造をさらに多段に構成する場合にあっても、同様の作用により同様の効果が発揮されることはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界伝達媒体からの電界を電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１及び第２の電気光学素子の間と、第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設け、電界伝達媒体からの電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２及び第３の電気光学素子の間と、第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、占有面積に対する感度を高めて電界検出光学装置の小型化を図ることができる。
【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３】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４】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５】従来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 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
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ プリズム
３５ 信号電極
３７ａ 第１電極
３７ｂ 第２電極
３７ｃ 第３電極
３７ｄ 第４電極
３７ｅ 第５電極
３９ グランド電極
２７ａ〜２７ｄ 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３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４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】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
図５（ａ）は、図５（ｂ）に示した従来の電界検出光学装置１５のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した従来の電界検出光学装置１５のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１０】
電界検出光学装置１５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、平行に並べられた３個の角柱状の電気光学素子２７ａ〜２７ｃの中の電気光学素子２７ａに入射する。電気光学素子２７ａから出射されたレーザ光は、プリズム３４ａで折り返されて、隣の電気光学素子２７ｂに入射する。電気光学素子２７ｂから出射されたレーザ光は、プリズム３４ｂで折り返されて、隣の電気光学素子２７ｃに入射する。
【００１１】
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２７ａ〜２７ｃのレーザ光の偏光が変化する。
【００１２】
このように偏光変化を受けて電気光学素子２７ｃ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。
【００１３】
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。
【００１４】
なお、類似の技術が下記文献に記載されている。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【００１６】
【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、光路長を長くするあまり、占有面積が大きくなるので、装置の小型化が困難である。
【００１７】
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、占有面積に対する感度を高めて小型化を図った電界検出光学装置を提供することにある。
【００１８】
【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、順次に重ね合わせられた第１、第２及び第３の電気光学素子と、前記第１の電気光学素子に光を入射させる手段と、前記第１の電気光学素子から出射される光を前記第２の電気光学素子に入射させる手段と、前記第２の電気光学素子から出射される光を前記第３の電気光学素子に入射させる手段と、前記第３の電気光学素子から出射される光により電気信号を生成する手段と、前記第１及び第２の電気光学素子の間と、前記第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる一方の電極と、前記第２及び第３の電気光学素子の間と、前記第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる他方の電極とを有す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、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１及び第２の電気光学素子の間と、第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２及び第３の電気光学素子の間と、第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【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３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４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。
【００２４】
また、図４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。
【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。
【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、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。
【００２７】
[第１の実施形態]
次に、図１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１１について詳細に説明する。
【００２８】
図１（ａ）は、電界検出光学装置１１の構成図、図１（ｂ）は、電界検出光学装置１１の要部斜視図である。
【００２９】
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を備える。
【００３０】
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。
【００３１】
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て重ねられた２個の電気光学素子２７ａ及び２７ｂを備える。また、電界検出光学装置１１は、当該長方形の一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ａ及び２７ｂを覆うように設けられたプリズム３４を備える。
【００３２】
電気光学素子２７ａ及び２７ｂ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。
【００３３】
電界検出光学装置１１は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、グランド電極３９と、電気光学素子２７ａにおける電気光学素子２７ｂの反対側に設けられ、グランド電極３９に接続された第１電極３７ａと、電気光学素子２７ａと電気光学素子２７ｂとの間に設けられ、信号電極３５に接続された第２電極３７ｂと、電気光学素子２７ｂにおける電気光学素子２７ａの反対側に設けられ、グランド電極３９に接続された第３電極３７ｃとを備える。
【００３４】
また、電界検出光学装置１１にあっては、電気光学素子２７ｂ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。
【００３５】
次に、第１の実施形態の電界検出光学装置１１の動作を説明する。
【００３６】
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２７ａに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ａから出射され、プリズム３４で折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｂに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｂから出射され、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。
【００３７】
なお、グランド電極３９に接続された第１電極３７ａと、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ａには電界が結合されるので、電気光学素子２７ａ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００３８】
また、グランド電極３９接続された第３電極３７ｃと、受信電極１１１をなす信号電極３５に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ｂには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｂ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００３９】
以上説明したように、第１の実施形態の電界検出光学装置１１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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ａ及び第２の電気光学素子２７ｂの間の第２電極３７ｂとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第１の電気光学素子２７ａにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第１電極３７ａと、第２の電気光学素子２７ｂにおける第１の電気光学素子２７ａの反対側の第３電極３７ｃとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００４０】
[第２の実施形態]
次に、図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を構成する第２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。
【００４１】
図２は、第２の実施形態の電界検出光学装置１２の構成図である。
【００４２】
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。
【００４３】
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て重ねられた４個の電気光学素子２７ａ〜２７ｄを備える。
【００４４】
また、電界検出光学装置１２は、当該長方形の一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ａ及び２７ｂを覆うように設けられたプリズム３４ａと、他方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ｂ及び２７ｃを覆うように設けられたプリズム３４ｂと、前記一方の短辺に相当する箇所において電気光学素子２７ｃ及び２７ｄを覆うように設けられたプリズム３４ｃとを備える。
【００４５】
また、電界検出光学装置１２は、受信電極１１１をなす信号電極３５と、グランド電極３９と、電気光学素子２７ａにおける電気光学素子２７ｂの反対側に設けられ、信号電極３５に接続された第１電極３７ａと、電気光学素子２７ａと電気光学素子２７ｂとの間に設けられ、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂと、電気光学素子２７ｂと電気光学素子２７ｃとの間に設けられ、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃと、電気光学素子２７ｃと電気光学素子２７ｄとの間に設けられ、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄと、電気光学素子２７ｄにおける電気光学素子２７ｃの反対側に設けられ、信号電極３５に接続された第５電極３７ｅとを備える。
【００４６】
また、電界検出光学装置１２にあっては、電気光学素子２７ｄ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。
【００４７】
次に、第２の実施形態の電界検出光学装置１２の動作を説明する。
【００４８】
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２７ａに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ａから出射され、プリズム３４ａで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｂに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｂから出射され、プリズム３４ｂで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｃに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｃから出射され、プリズム３４ｃで折り返される。折り返されたレーザ光は、電気光学素子２７ｄに入射し、入射したレーザ光は電気光学素子２７ｄから出射される。
【００４９】
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。
【００５０】
なお、信号電極３５に接続された第１電極３７ａと、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂにより、電気光学素子２７ａには電界が結合されるので、電気光学素子２７ａ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５１】
また、グランド電極３９に接続された第２電極３７ｂと、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃとにより、電気光学素子２７ｂには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｂ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５２】
また、信号電極３５に接続された第３電極３７ｃと、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄにより、電気光学素子２７ｃには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｃ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５３】
また、グランド電極３９に接続された第４電極３７ｄと、信号電極３５に接続された第５電極３７ｅとにより、電気光学素子２７ｄには電界が結合されるので、電気光学素子２７ｄ内のレーザ光の偏光が変化する。
【００５４】
以上説明したように、第２の実施形態の電界検出光学装置１２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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ａ及び第２の電気光学素子２７ｂの間の第２電極３７ｂと、第３の電気光学素子２７ｃにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第４電極３７ｄとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２の電気光学素子２７ｂ及び第３の電気光学素子２７ｃの間の第３電極３７ｃと、第１の電気光学素子２７ａにおける第２の電気光学素子２７ｂの反対側の第１電極３７ａとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００５５】
また、第１の電気光学素子２７ｂ、第２の電気光学素子２７ｃ、第３の電気光学素子２７ｄととらえたときに、第２の実施形態の電界検出光学装置１２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電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１の電気光学素子２７ｂ及び第２の電気光学素子２７ｃの間の第３電極３７ｃと、第３の電気光学素子２７ｄにおける第２の電気光学素子２７ｃの反対側の第５電極３７ｅとして設け、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２の電気光学素子２７ｃ及び第３の電気光学素子２７ｄの間の第４電極３７ｄと、第１の電気光学素子２７ｂにおける第２の電気光学素子２７ｃの反対側の第２電極３７ｂとして設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、電気光学素子の厚さ方向にみた占有面積に対する感度を高めて小型化を図ることができる。
【００５６】
なお、サンドイッチ構造をさらに多段に構成する場合にあっても、同様の作用により同様の効果が発揮されることはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界伝達媒体からの電界を電気光学素子に結合させる一方の電極を、第１及び第２の電気光学素子の間と、第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設け、電界伝達媒体からの電界を電気光学素子に結合させる他方の電極を、第２及び第３の電気光学素子の間と、第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けて、電極と電気光学素子によるサンドイッチ構造にしたので、占有面積に対する感度を高めて電界検出光学装置の小型化を図ることができる。
【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３】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４】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５】従来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 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
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ プリズム
３５ 信号電極
３７ａ 第１電極
３７ｂ 第２電極
３７ｃ 第３電極
３７ｄ 第４電極
３７ｅ 第５電極
３９ グランド電極
２７ａ〜２７ｄ 電気光学素子
Claims (1)
- 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、
順次に重ね合わせられた第１、第２及び第３の電気光学素子と、
前記第１の電気光学素子に光を入射させる手段と、
前記第１の電気光学素子から出射される光を前記第２の電気光学素子に入射させる手段と、
前記第２の電気光学素子から出射される光を前記第３の電気光学素子に入射させる手段と、
前記第３の電気光学素子から出射される光により電気信号を生成する手段と、
前記第１及び第２の電気光学素子の間と、前記第３の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる一方の電極と、
前記第２及び第３の電気光学素子の間と、前記第１の電気光学素子における第２の電気光学素子の反対側とに設けられ、前記電界を当該第１、第２及び第３の電気光学素子に結合させる他方の電極と
を有することを特徴とする電界検出光学装置。
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