JPH0886815A - 液晶電界センサおよびこのセンサを使用した測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 閾特性ある液晶をも使用することができる液
晶電界センサを提供する。 【構成】 電界を液晶セル５０面に平行に印加する液晶
電界センサ。電界が液晶セル５０面に平行な液晶電界セ
ンサより成る電界方向測定装置。液晶セル５０面を電線
４０に直交して対向配置せしめた電界測定装置。光パル
ス送受信機２０、３０を具備し、光カプラ８を介して光
パルス送受信機２０、３０に結合する反射型液晶セル５
０’より成る液晶電界センサを複数組具備する電界測定
装置。光パルス送信機２０および光パルス受信機３０を
具備し、光ファイバ１および光カプラ８を介して光パル
ス送信機２０および光パルス受信機３０に接続する透過
型液晶セル５０より成る液晶電界センサを複数組具備す
る電界測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶電界センサおよ
びこのセンサを使用した測定装置に関し、特に、閾特性
のある形式の液晶をも使用することができる光学設計製
作が容易な液晶電界センサおよびこのセンサを使用した
測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶電界センサの従来例を図８を参照し
て説明する。図８は液晶電界センサの従来例の断面を示
す図である。図８において、５０は液晶電界センサを構
成する液晶セル全体を示す。１は光ファイバ、２は光フ
ァイバ１の先端に取り付けられたロッドレンズである。
３は偏光板、４は透明基板であり、５は透明基板４表面
に形成された配向膜、６は配向膜５1 の層と配向膜５2
の層との間に封入された液晶層である。この液晶層６内
の液晶分子は透明基板４表面に形成される配向膜５によ
り規定される配向方向に整列した構造とされている。液
晶セル５０は以上により構成される。７は直角プリズム
であり、液晶セル５０について入射および出射される光
を反射屈曲させるものである。２０は光ファイバ１1 の
他方の端部に接続した光源であり、３０は光ファイバ１
2 の他方の端部に接続した受光器である。

【０００３】以上の通りの液晶電界センサは、光ファイ
バ１1 の他方の端部に接続する光源２０から放射された
光を、光ファイバ１1 、ロッドレンズ２1 、偏光板３1
、透明基板４1 、配向膜５1 を介して液晶層６に入射
し、液晶層６を透過した光を配向膜５2 、透明基板４2
、偏光板３2 、ロッドレンズ２2 、光ファイバ１2 を
介して光ファイバ１2 の他方の端部に接続される受光器
３０により受光させる。ここで、液晶層６に図示される
向きの電界が印加されると、液晶層６内の液晶分子が電
界方向に整列しようとするところから、液晶層６を透過
する光の透過率が変化する。液晶層６の光の透過率が変
化した分だけ、受光器３０による受光量は減少すること
となる。液晶電界センサの動作原理はこの様なものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図８により図示説明さ
れる液晶電界センサの従来例は、液晶分子が電界に沿っ
て配列する性質を利用し、電界の強さを液晶層を通過す
る光の透過量に変換して測定している。即ち、電界を液
晶セル５０の面に垂直に印加することを前提として構成
されるものであり、電界に対する外乱を防止する見地か
ら、ロッドレンズ２、光源２０、受光器３０その他の電
界を遮って電界の外乱要因となる部材を液晶セル５０に
印加される電界内に配置せずに、プリズム７を使用して
液晶セル５０に入射および出射する光を反射屈曲させる
構成を採用している。この様にプリズム７を使用して光
を反射屈曲させることから、液晶電界センサ全体の光学
設計製作を複雑困難にしている。光ファイバのコアの径
が小さい場合、特にＳＭファイバを使用する場合、ロッ
ドレンズとプリズムの相互位置関係の精度を高くするこ
とを要請され、実用的な液晶電界センサの設計製作が困
難となる。

【０００５】そして、図９を参照するに、液晶電界セン
サは特性に閾値がある液晶は弱い電界を測定する上にお
いて好ましくないことから、使用することができる液晶
はその配向が閾特性のないＨＡＮ形式（Ｈｙｂｒｉｄ
Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）のものに限定される
傾向にあり、その他の配向形式の液晶、例えば平行配
向、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｅｎｅｄ
Ｎｅｍａｔｉｃ）配向その他の形式の配向の液晶は液晶
電界センサとして採用し難いものとされていた。

【０００６】また、液晶電界センサ１個について１対の
光源、受光素子が必要であり複数の液晶電界センサの情
報を１本或は２本の光ファイバーを介して伝送する測定
装置を構成することはできなかった。この発明は、上述
の問題を解消した液晶電界センサおよびこのセンサを使
用した測定装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】光源２０および受光器３
０に接続するロッドレンズ２を液晶セル５０に対向配置
した液晶電界センサを構成した。そして、光源２０に接
続したロッドレンズ２1 と受光器３０に接続したロッド
レンズ２1 とを液晶セル５０に対向配置した液晶電界セ
ンサを構成した。

【０００８】また、光源２０および受光器３０に接続す
るロッドレンズ２と反射板９とを液晶セル５０に対向配
置した液晶電界センサを構成した。液晶セル５０の液晶
層６は平行配向或はＨＡＮ配向の液晶より成る液晶電界
センサを構成した。電界を液晶セル５０面に平行に印加
する液晶電界センサを構成した。

【０００９】電界を液晶配向方向と４５°の角をなして
印加する液晶電界センサを構成した。電界を液晶セル５
０のセル面に平行に印加する液晶電界センサより成る電
界方向測定装置を構成した。この電界方向測定装置にお
いて、液晶電界センサは光源および受光器に接続するロ
ッドレンズを液晶セルに対向配置したもの、光源に接続
したロッドレンズと受光器に接続したロッドレンズとを
液晶セルに対向配置したもの、光源および受光器に接続
するロッドレンズと反射板とを液晶セルに対向配置した
もの、液晶セルの液晶層は平行配向或はＨＡＮ配向の液
晶より成るものである電界方向測定装置を構成した。

【００１０】液晶セル５０のセル面に直交する軸に関し
て互に回動位置を異にする液晶セル５０を複数個具備す
る液晶電界センサより成る電界方向測定装置を構成し
た。電界方向測定装置において、液晶電界センサは光源
および受光器に接続するロッドレンズを液晶セルに対向
配置したもの、光源に接続したロッドレンズと受光器に
接続したロッドレンズとを液晶セルに対向配置したも
の、光源および受光器に接続するロッドレンズと反射板
とを液晶セルに対向配置したもの、液晶セルの液晶層は
平行配向或はＨＡＮ配向の液晶より成るものである電界
方向測定装置を構成した。

【００１１】液晶電界センサの液晶セル面を電線４０に
直交して対向配置せしめた電界測定装置を構成した。電
界測定装置において、液晶電界センサは光源および受光
器に接続するロッドレンズを液晶セルに対向配置したも
の、光源に接続したロッドレンズと受光器に接続したロ
ッドレンズとを液晶セルに対向配置したもの、光源およ
び受光器に接続するロッドレンズと反射板とを液晶セル
に対向配置したもの、液晶セルの液晶層は平行配向或は
ＨＡＮ配向の液晶より成るものである電界測定装置を構
成した。

【００１２】光パルス送受信機２０、３０を具備し、光
ファイバ１および光カプラ８を介して光パルス送受信機
２０、３０に結合する反射型液晶セル５０’より成る液
晶電界センサを複数組具備する電界測定装置を構成し
た。光パルス送信機２０および光パルス受信機３０を具
備し、光ファイバ１および光カプラ８を介して光パルス
送信機２０および光パルス受信機３０に接続する透過型
液晶セル５０より成る液晶電界センサを複数組具備する
電界測定装置を構成した。

【００１３】

【実施例】この発明の実施例を、先ず、図１を参照して
具体的に説明する。図１（ａ）は、対向するロッドレン
ズ２1 および２2 間に液晶セル５０が配置され、電界は
液晶セル５０の面に平行に印加されている。即ち、ロッ
ドレンズ２1 および２2 は液晶セル５０の面に対して直
交する向きに対向配置され、電界は液晶セル５０の面に
平行に印加されている。この実施例は透過型液晶電界セ
ンサである。

【００１４】図１（ｂ）は、反射型液晶電界センサとし
た例である。この反射型液晶電界センサは、９により示
される反射板を配光板３2 外側に貼付けており、光源２
０から放射される光を、光ファイバ１1 、光カプラ８、
光ファイバ１、ロッドレンズ２、偏光板３1 、透明基板
４1 、配向膜５1 を介して液晶層６に入射し、ここを透
過して配向膜５2 、透明基板４2 、偏光板３2 を介して
反射板９に入射させる。ここで、反射板９に入射した光
は、ここにおいて反射して上述とは逆の経路を介して受
光器３０により受光される。ここで、液晶層６に電界が
印加されると、液晶層６内の液晶分子が電界方向に整列
しようとするところから、液晶層６を透過する光の透過
率が変化する。液晶層６の光の透過率が変化した分だ
け、受光器３０による受光される反射光量は変化するこ
ととなる。

【００１５】図２は、４０により示される電線に液晶電
界センサを適用し、電線４０に印加される電圧により発
生する電界を測定するところを示す図である。この発明
による液晶電界センサを使用して電界を測定した結果を
図３および図４を参照して説明する。図３は平行配向液
晶セルを採用した図１の液晶電界センサに電界を印加し
て測定したデータを示す。図４はＨＡＮ配向液晶セルを
使用した図１の液晶電界センサに電界を印加して測定し
たデータを示す。何れも、図５に示される如く、液晶セ
ル５０の液晶層６の配向方向と電界方向のなす角θを１
５°おきに変化させて測定した。

【００１６】図３および図４の何れのデータも、θ＝４
５°において感度が最大になることを示している。特
に、平行配向液晶セル５０について、液晶セル面に垂直
に電界を印加した場合、閾値のあることが知られている
が、この測定においては明確な閾値は存在せず、低い電
界領域における電界測定をすることができることを示し
ている。即ち、この発明の液晶電界センサは、平行配向
液晶セルの様な通例閾値があるとされている液晶をも電
界センサ用液晶層として使用することができる。

【００１７】更に、液晶電界センサの電界方向依存性を
利用して電界の方向を検出することもできる。例えば、
平行配向液晶セル５０において感度が最大となるのは、
電界方向が液晶セル面に平行であって、電界方向が液晶
セル５０の液晶層６の配向方向と電界方向のなす角であ
るθが４５°の場合であるところから、液晶セル５０を
セル面に直交する軸に関して回動して向きを変え、光の
透過率最大となる点を検知することにより電界の方向を
測定することができる。或は、セル面に直交する軸に関
する液晶セル５０の回動位置を異にする液晶電界センサ
を複数個具備することにより電界の方向を測定すること
ができる。

【００１８】ここで、図６を参照して液晶電界センサを
各別の所に設置して複数箇所の電界を一括して測定する
装置について説明する。図６（ａ）は反射型であり、図
６（ｂ）は透過型である。両者を一括して説明するに、
光パルス送信機２０から送信される光パルスを光ファイ
バ１および光カプラ８を介して液晶セル５０に分配送信
し、液晶セル５０を通過した光パルスを光パルス受信機
３０により受信する。ここで、液晶セルの設置位置と電
界の大きさの関係を示す図７を参照するに、光パルスが
光パルス送信機２０から送信されて光パルス受信機３０
に戻るまでの時間は光パルス送受信機と液晶セル５０と
の間の距離に対応する。そして、光パルス受信機３０に
戻った光パルスの光量は各液晶セル５０のセンシング量
に対応することになる。即ち、液晶セル５０の設置位置
と電界の大きさとを対応させて一括測定することができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上の通りであって、この発明の液晶電
界センサは、これを構成するに際してプリズムを使用す
ることを要しない。これにより、液晶電界センサの光学
的設計製作はより容易となる。そして、この発明の液晶
電界センサは、液晶セルの液晶としてＨＡＮ配向以外の
配向の液晶を使用しても閾値のない特性が得られるとこ
ろから、液晶配向の選択の余地を大きく広げるものであ
る。

【００２０】また、この発明の液晶電界センサは、複数
の液晶セルを１対の光源および受光器により一括して管
理することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を説明する図であり、（ａ）は透過型、
（ｂ）は反射型を示す。

【図２】液晶電界センサを電線に適用した例を示す図で
ある。

【図３】平行配向液晶セルを採用した液晶電界センサに
電界を印加して測定したデータを示す図である。

【図４】ＨＡＮ配向液晶セルを使用した液晶電界センサ
に電界を印加して測定したデータを示す図である。

【図５】液晶の配向方向と電界方向の関係を示す図であ
る。

【図６】液晶電界センサを設置して複数箇所の電界を一
括して測定する装置を説明する図であり、（ａ）は反射
型、（ｂ）は透過型を示す。

【図７】液晶セルの設置位置と電界の大きさの関係を示
す図である。

【図８】従来例を説明する図である。

【図９】液晶の透過光量と電界の関係を示す図である。

【符号の説明】

１1 光ファイバ １2 光ファイバ ２1 ロッドレンズ ２2 ロッドレンズ ３1 偏光板 ３2 偏光板 ４ 基板 ４1 透明基板 ４2 透明基板 ５1 配向膜 ５2 配向膜 ６ 液晶層 ７ プリズム ８ 光カプラ ９ 反射板 ２０ 光源 ３０ 受光器 ５０ 液晶セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 拓也 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番６号 日本 航空電子工業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源および受光器に接続するロッドレン
   ズを液晶セルに対向配置したことを特徴とする液晶電界
   センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載される液晶電界センサに
   おいて、光源に接続したロッドレンズと受光器に接続し
   たロッドレンズとを液晶セルに対向配置したことを特徴
   とする液晶電界センサ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載される液晶電界センサに
   おいて、光源および受光器に接続するロッドレンズと反
   射板とを液晶セルに対向配置したことを特徴とする液晶
   電界センサ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の内の何れかに
   記載される液晶電界センサにおいて、液晶セルの液晶層
   は平行配向或はＨＡＮ配向の液晶より成ることを特徴と
   する液晶電界センサ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の内の何れかに
   記載される液晶電界センサにおいて、電界を液晶セル面
   に平行に印加することを特徴とする液晶電界センサ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４の内の何れかに
   記載される液晶電界センサにおいて、電界を液晶配向方
   向と４５°の角をなして印加することを特徴とする液晶
   電界センサ。
7. 【請求項７】 電界を液晶セルのセル面に平行に印加す
   る液晶電界センサより成ることを特徴とする電界方向測
   定装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載される電界測定装置にお
   いて、液晶電界センサは請求項１ないし請求項４の内の
   何れかに記載される液晶電界センサより成ることを特徴
   とする電界方向測定装置。
9. 【請求項９】 液晶セルのセル面に直交する軸に関して
   互に回動位置を異にする液晶セルを複数個具備する液晶
   電界センサより成ることを特徴とする電界方向測定装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載される電界方向測定装
    置において、液晶電界センサは請求項１ないし請求項４
    の内の何れかに記載される液晶電界センサより成ること
    を特徴とする電界方向測定装置。
11. 【請求項１１】 液晶電界センサの液晶セル面を電線に
    直交して対向配置せしめたことを特徴とする電界測定装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載される電界測定装置
    において、液晶電界センサは請求項１ないし請求項４の
    内の何れかに記載される液晶電界センサより成ることを
    特徴とする電界測定装置。
13. 【請求項１３】 光パルス送受信機を具備し、光ファイ
    バおよび光カプラを介して光パルス送受信機に結合する
    反射型液晶セルより成る液晶電界センサを複数組具備す
    ることを特徴とする電界測定装置。
14. 【請求項１４】 光パルス送信機および光パルス受信機
    を具備し、光ファイバおよび光カプラを介して光パルス
    送信機および光パルス受信機に接続する透過型液晶セル
    より成る液晶電界センサを複数組具備することを特徴と
    する電界測定装置。