(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記平行光を入射方向と逆方向に反射するとともに、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、第１の電極で反射され、電気光学素子から出射する平行光を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
を有することを特徴とする電界検出光学装置。
【請求項２】
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第１の波長板と、
該第１の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１記載の電界検出光学装置。
【請求項３】
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２記載の電界検出光学装置。
【請求項４】
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第２の波長板、および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の光電気変換手段のうち少なくとも１つ以上を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。
【請求項５】
前記電気光学素子の側面に設けられ、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の電極を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
【請求項６】
前記第１の電極が設けられている前記他方の端面に対向する一方の端面である平行光の入射端面に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能し、平行光を透過させ得る透明な第２の電極を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
【請求項７】
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または該入射端面に対向する端面の一方に設けられ、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とともに、平行光を透過させ得る透明な第１の電極と、
前記電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、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
を有することを特徴とする電界検出光学装置。
【請求項８】
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ともに、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、
該電気光学素子の前記平行光の入射する端面または該入射端面に対向する端面の一方に設けられ、電界伝達媒体に誘起された電界を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
を有することを特徴とする電界検出光学装置。
【請求項９】
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の偏光状態を調整する第１の波長板、
前記電気光学素子の平行光の入射する端面または該入射端面に対向する端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の光電気変換手段
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７または８記載の電界検出光学装置。
【請求項１０】
前記検光子は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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１１のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
【請求項１３】
前記電気光学素子は、前記平行光の進行方向と平行な電界またはほぼ平行な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１２のいずれか１つに記載の電界検出光学装置。
【発明の詳細な説明】
【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８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、前記平行光を入射方向と逆方向に反射するとともに、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、第１の電極で反射され、電気光学素子から出射する平行光を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す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し反射膜で反射させ、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。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の本発明において、前記アイソレータが、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第１の波長板と、該第１の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。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、請求項２記載の本発明において、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。
【００１２】
更に、請求項４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第２の波長板、および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の光電気変換手段のうち少なくとも１つ以上を有することを要旨とする。
【００１３】
請求項５記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の本発明において、前記電気光学素子の側面に設けられ、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の電極を更に有することを要旨とする。
【００１４】
また、請求項６記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の本発明において、前記第１の電極が設けられている前記他方の端面に対向する一方の端面である平行光の入射端面に設けられ、前記第１の電極に対してグランド電極として機能し、平行光を透過させ得る透明な第２の電極を更に有することを要旨とする。
【００１５】
更に、請求項７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または該入射端面に対向する端面の一方に設けられ、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とともに、平行光を透過させ得る透明な第１の電極と、前記電気光学素子を通過した平行光をＰ波とＳ波に分離し、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することを要旨とする。
【００１６】
請求項７記載の本発明にあっては、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。
【００１７】
請求項８記載の本発明は、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、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ともに、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、該電気光学素子の前記平行光の入射する端面または該入射端面に対向する端面の一方に設けられ、電界伝達媒体に誘起された電界を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することを要旨とする。
【００１８】
請求項８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。
【００１９】
また、請求項９記載の本発明は、請求項７または８記載の発明において、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の偏光状態を調整する第１の波長板、前記電気光学素子の平行光の入射する端面または該入射端面に対向する端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の光電気変換手段のうち少なくとも１つ以上を更に有することを要旨とする。
【００２０】
請求項１０記載の本発明は、請求項７乃至９のいずれか１つに記載の本発明において、前記検光子が、偏光ビームスプリッタであることを要旨とする。
【００２１】
更に、請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の本発明において、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】
請求項１２記載の本発明は、請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の本発明において、前記電気光学素子の対向しない２つの側面が、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。
【００２３】
請求項１２記載の本発明にあっては、電気光学素子の対向しない２つの側面は平行光の進行方向に対して斜め加工を施されているため、電気光学素子の逆圧電効果による共振を適確に防止し、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ことができる。
【００２４】
また、請求項１３記載の本発明は、請求項１乃至１２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と平行な電界またはほぼ平行な電界に感応して光学特性が変化することを要旨とする。
【００２５】
【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。
【００２６】
具体的には、図７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。
【００２７】
また、図７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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８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８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８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。
【００３０】
次に、図１を参照して、図７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。
【００３１】
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、図１において拡大して枠内に図示するように、レーザダイオード２１からのレーザ光の進行方向と平行な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縦型電気光学素子で構成されている。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、第１の偏光ビームスプリッタ５３、λ／２波長板を構成する第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を通過し、更に第２の波長板６３でレーザ光の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。なお、偏光ビームスプリッタ５３，５９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。
【００３４】
電気光学素子２３のレーザ光が入射する端面に対向する他方の端面には金属ミラーからなる第１の電極２５が設けられ、この第１の電極２５により電気光学素子２３に入射したレーザ光を入射方向と反対方向に反射するようになっている。また、第１の電極２５は、図７に示した受信電極１０７を構成する信号電極２９に接続され、この信号電極２９で生体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に結合させるようになっている。
【００３５】
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、また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、更にファラディ素子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、そして第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。
【００３６】
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と平行であるため、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は反射膜（第１の電極２５）に至って反射され、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から入射方向と逆方向に出射する。この電気光学素子２３から出射したレーザ光は、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。
【００３７】
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。なお、上記実施形態では、第１、第２の偏光ビームスプリッタ５３，５９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。
【００３８】
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７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。
【００３９】
本実施形態では、レーザ光は反射膜（第１の電極２５）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、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００４０】
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。
【００４１】
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（図２において拡大して枠内に図示）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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
図３に示す電界検出光学装置１３は、図１に示した電界検出光学装置において電気光学素子２３の１つの側面に第２の電極２７を設け、この第２の電極２７をグランド電極３１に接続し、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した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じである。
【００４６】
第２の電極２７は、グランド電極３１を介して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。
【００４７】
図４は、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。
【００４８】
同図に示す第４の実施形態の電界検出光学装置１４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と第２の波長板６３との間に例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などからなる透明な第２の電極２７ａを設け、この第２の電極２７ａをグランド電極３１に接続し、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した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じである。
【００４９】
第２の電極２７ａは、図３の実施形態と同様に、グランド電極３１を介して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。なお、第２の電極２７ａは、透明に形成されているため、レーザダイオード２１からのレーザ光や電気光学素子２３からの反射光をそのまま透過させ得るものである。
【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の他方の端面に設けられた反射膜（第１の電極２５）によって反射され、電気光学素子２３内を往復する反射タイプのものであったのに対して、図５の電界検出光学装置１５はレーザダイオード２１からの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る点が大きく異なる。なお、電気光学素子２３はレーザ光の進行方向と平行な電界にのみ感度を有し、結合した電界強度によって光学特性が変化することは同じである。
【００５２】
図５に示す実施形態では、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て電気光学素子２３に入射するが、この場合、電気光学素子２３においてレーザ光に対して平行な電界を電気光学素子２３内に発生させるために、電気光学素子２３の入射端面とこの入射端面に対向する他方の端面である出射端面の両方には例えばＩＴＯなどからなる透明な第１の電極２５ａおよび第２の電極２７ｂが設けられ、レーザダイオード２１からの前記レーザ光を透明な第１の電極２５ａを介して電気光学素子２３に入射するようになっている。
【００５３】
第１の電極２５ａおよび第２の電極２７ｂは、それぞれ信号電極２９およびグランド電極３１に接続されている。信号電極２９は、図７に示した受信電極１０７を構成するものであり、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２５ａに伝達し、第１の電極２５ａを介して電気光学素子２３に電界を結合するようになっている。第２の電極２７ｂは、グランド電極３１を介して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第１の電極２５ａに対してグランド電極として機能し、第１の電極２５ａ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、第２の電極２７ｂおよびグランド電極３１は必ずしも必要なものではない。
【００５４】
なお、第１の電極２５ａおよび第２の電極２７ｂは、本実施形態では電気光学素子２３の入射端面に設けられている第１の電極２５ａが信号電極２９に接続され、該信号電極２９から第１の電極２５ａを介して電気光学素子２３に電界を結合し、また出射端面に設けられている第２の電極２７ｂがグランド電極３１に接続されているように構成されている構成について説明しているが、第１の電極２５ａと第２の電極２７ｂが逆であってもよい。すなわち、第２の電極２７ｂが信号電極２９に接続され、該信号電極２９から第２の電極２７ｂを介して電気光学素子２３に電界を結合し、第１の電極２５ａがグランド電極３１に接続されてもよいものである。
【００５５】
電気光学素子２３内に入射したレーザ光は、電気光学素子２３内を出射端面の第２の電極２７ｂに向かって伝播するが、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２５ａ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２５ａからグランド電極３１に接続されている第２の電極２７ｂ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平行であるため、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。
【００５６】
このように電気光学素子２３において第１の電極２５ａからの電界によって偏光が変化したレーザ光は、電気光学素子２３から出射して、透明な第２の電極２７ｂを透過し、それから第２の波長板３７で偏光状態を調整されて、検光子を構成する偏光ビームスプリッタ３９に入射する。
【００５７】
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。
【００５８】
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７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。
【００５９】
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ことは勿論のことである。
【００６０】
次に、図６を参照して、本発明の第６の実施形態に係る電界検出光学装置について説明する。
【００６１】
図６に示す電界検出光学装置１６は、図５に示した第５の実施形態の電界検出光学装置１５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５の電界検出光学装置１５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６に示す電界検出光学装置１６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５の電界検出光学装置１５と大きく異なるものである。なお、電気光学素子２３はレーザ光の進行方向と平行な電界にのみ感度を有し、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平行である必要はなく、図６に示すようにほぼ平行であればよく、すなわち若干平行からずれていてもよいものである。
【００６２】
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平行に結合させるために、図６の電界検出光学装置１６は、レーザ光が入射する端面とこの端面に対向する他方の端面に金属ミラーからなる第１の電極２５および第２の電極２７が設けられ、レーザダイオード２１から入射したレーザ光は第１の電極２５と第２の電極２７との間で多重反射されてから出射するようになっている。また、第１の電極２５および第２の電極２７は、上記実施形態と同様にそれぞれ信号電極２９およびグランド電極３１に接続されている。なお、本実施形態では、レーザ光の入射する端面に第２の電極２７が設けられ、対向する他方の端面に第１の電極２５が設けられているが、これは逆でもよい。また、レーザ光の出射端面は入射端面と同じ端面側になっているが、他方の端面でもよい。
【００６３】
図６に示す実施形態において、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、電気光学素子２３に入射する。この入射においては、レーザ光は、第２の電極２７が設けられている入射端面の例えば縁部に近い一部から、第１、第２の電極２５，２７間の電界にほぼ平行であるように第１の電極２５に向けて電気光学素子２３に入射され、第１の電極２５で同様に電界にほぼ平行な方向に反射され、この反射レーザ光は更に第２の電極２７で電界にほぼ平行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の電極２７が設けられている側の入射端面の縁部に近い一部から外部に出射する。
【００６４】
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ほぼ平行であるため、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。
【００６５】
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、検光子を構成する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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、図６に示した実施形態の電界検出光学装置１６に対しては、上述した図２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。
【００６８】
【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、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るので、装置の小型化と低コスト化が可能となる。
【００６９】
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透過させ、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。
【００７０】
更に、本発明によれば、電気光学素子の対向しない２つの側面は平行光の進行方向に対して斜め加工を施されているので、電気光学素子の逆圧電効果による共振を適確に防止し、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】本発明の第６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７】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８】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
１１，１２，１３，１４，１５，１６  電界検出光学装置
２１  レーザダイオード
２３  電気光学素子
２５，２５ａ  第１の電極
２７，２７ａ，２７ｂ  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
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
１００  生体
１１０  電界検出光学部
【図１】
0003688614.tif 000002
【図２】
0003688614.tif 000003
【図３】
0003688614.tif 000004
【図４】
0003688614.tif 000005
【図５】
0003688614.tif 000006
【図６】
0003688614.tif 000007
【図７】
0003688614.tif 000008
【図８】
0003688614.tif 000009