(57)【要約】 【課題】  高感度、小型で、かつ各アンテナ間の離間距離も狭まるため、空間分解能の高い３軸光電界センサを提供すること。【解決手段】  この光電界センサは、直交する３軸方向の電界を測定するためのマッハツェンダ干渉計からなる光変調器部１およびプリント基板上に形成された金属アンテナ電極３からなる１軸光電界センサを正三角柱基台５の各側面に配置した構造で、アンテナの電界検出方向が分岐光導波路の方向に対して略５４．７°傾け、互いに直交する３軸方向の電界を検出できるようにプリント基板２を隣接するプリント基板２と立体的に交差する構造に配置する。【選択図】  図２
2006313072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐光導波路、並びにアンテナ取り付け電極および変調電極からなる金属電極が電気光学結晶基板上に形成された分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計を３個備えて、互いに直交する３軸方向の電界を検出する３軸光電界センサにおいて、前記分岐光導波路と同方向に長手方向を有するプリント基板上に前記分岐光導波路の方向から略５４．７°傾いた方向に金属アンテナが形成され、前記プリント基板の形状は矩形の対角線上の２隅にそれぞれ長方形状の切り欠き部が設けられ、前記切り欠き部のそれぞれの前記長手方向の長さは対角線上の他の切り欠き部の形成によって相対的に突出した凸部の前記長手方向の長さよりも大きく、かつ前記金属アンテナは前記矩形の全幅にわたって形成され、前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は正三角柱基台の３つの側面にそれぞれ配置され、前記プリント基板の前記切り欠き部と隣接するプリント基板の前記凸部が立体的に交差するように配置されたことを特徴とする３軸光電界センサ。
【請求項２】
前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は、入出力を共通にし、反射型にしたことを特徴とする請求項１記載の３軸光電界センサ。
【請求項３】
前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計を真空封止する容器を備えてなる請求項１又は請求項２記載の３軸光電界センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して電界を測定する光電界センサに係り、特に、直交する３軸方向の電界強度およびその３軸方向の各電界強度の合成計算により求まる総電界強度の測定に好適な３軸光電界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気光学効果を利用した干渉型光導波路を用いた光電界センサは、次のような優れた性質を有する。
（１）アンテナを除いて金属部をほとんど持たないために被測定電界を乱さない。
（２）光ファイバで検出信号を伝送するので途中で誘導や電気的雑音の影響を受けない。
（３）結晶の電気光学効果を利用するので高速応答が可能で、その検出信号をそのまま少ない損失で伝送できる。
（４）センサ部に電源を必要としない。
このような特質から光電界センサは、ＥＭＣ分野などの広範な電界測定に用いられる。
【０００３】
従来の直交する３軸方向の電界を検出する３軸光電界センサには光変調電極と電界検出用アンテナ電極を一体化した金属電極を電気光学基板上に配した１軸光電界センサ３個を正三角柱の各側面に配置したものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図４、図５および図６を用いて従来の３軸光電界センサについて説明する。図４は、従来の３軸光電界センサに使用される１軸方向の電界を測定する反射型１軸光電界センサの構造を示す斜視図である。図５は、従来の３軸光電界センサの構造を示す斜視図である。図６は、従来の３軸光電界センサを上方から見た断面図である。
【０００５】
図４に示すように、光ファイバ４から入射した光は電気光学結晶基板であるＬｉＮｂＯ3基板６上の光導波路７を経て、２本の分岐光導波路８ａおよび８ｂに分岐される。金属電極９により一方の分岐光導波路８ａに電界を印加すると、その分岐光導波路８ａに屈折率変化が生じるのに対して、分岐光導波路８ｂに電界による屈折率変化は生じない。いずれの分岐光導波路を伝播する光も反射ミラー１０によって反射され、分岐光導波路を逆方向に伝播し、再び合波される。その後、合波光は光ファイバ４に出射し、光検出器に導かれ電気信号に変換される。２つの光路の屈折率差により生じた位相差に応じて、合波後の光強度は変化する。この光強度変化は、被検出電界の強度変化に相当する。
【０００６】
分岐光導波路８ａおよび８ｂに対し５４．７°傾いた電界検出方向の感度が高い電界検出アンテナになるように金属電極９が形成される。次に、図４に示した反射型１軸光電界センサを図５に示すように正三角柱固定基台の各側面に配置することで、直交する３軸方向の電界を測定できる３軸光電界センサを作製する。図６に示すように、構造上、正三角柱断面の各辺の長さと比較して１軸光電界センサの幅が同じか、あるいは短くなっているのがわかる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２１９０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光電界センサの感度を上げるには、アンテナ長を長くすることが最も簡単な方法である。上述した特許文献１の３軸方向の電界測定用光電界センサは、光変調電極と電界測定用アンテナが電気光学結晶基板上に一体化して形成しているので、アンテナ長を長くして高感度化すると、下地となる電気光学結晶基板もアンテナ長に合わせて大きくする必要があった。しかしながら、電気光学結晶を大きくすると各軸間のアンテナ中心までの距離が長くなり、３次元の測定分解能が悪くなるという問題があった。また、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3といった光変調用の電気光学結晶基板は誘電率が高いので、基板を大きくすると被測定電界に与える影響が無視できないという問題があった。さらに、電気光学結晶基板は複雑な形状への加工は困難で高価である。したがって、電気光学結晶基板は可能な限り小さく、加工形状が簡素である方がコスト的に良い。また、できるだけ湿度変化に強い構造の３軸光電界センサが求められていた。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、高感度、小型で、空間分解能の高い、湿度変化に強い構造の３軸光電界センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための第１の発明は、分岐光導波路、並びにアンテナ取り付け電極および変調電極からなる金属電極が電気光学結晶基板上に形成された分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計を３個備えて、互いに直交する３軸方向の電界を検出する３軸光電界センサにおいて、前記分岐光導波路と同方向に長手方向を有するプリント基板上に前記分岐光導波路の方向から略５４．７°傾いた方向に金属アンテナが形成され、前記プリント基板の形状は矩形の対角線上の２隅にそれぞれ長方形状の切り欠き部が設けられ、前記切り欠き部のそれぞれの前記長手方向の長さは対角線上の他の切り欠き部の形成によって相対的に突出した凸部の前記長手方向の長さよりも大きく、かつ前記金属アンテナは前記矩形の全幅にわたって形成され、前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は正三角柱基台の３つの側面にそれぞれ配置され、前記プリント基板の前記切り欠き部と隣接するプリント基板の前記凸部が立体的に交差するように配置された３軸光電界センサである。
【００１１】
上記目的を達成するための第２の発明は、前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は、入出力を共通にし、反射型にした３軸光電界センサである。
【００１２】
上記目的を達成するための第３の発明は、前記分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計を真空封止する容器を備えてなる３軸光電界センサである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分岐光導波路、並びにアンテナ取り付け電極および変調電極からなる金属電極が電気光学結晶基板上に形成された分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計を３個備えて、互いに直交する３軸方向の電界を検出する３軸光電界センサにおいて、プリント基板の主面の上部側は、前記分岐光導波路の方向を中心として左側に幅広部があり、前記プリント基板の主面の下部側は、前記分岐光導波路の方向を中心として右側に幅広部がある鉤状の形状のプリント基板上に形成された金属アンテナからなる１軸光電界センサを前記金属アンテナが前記分岐光導波路の方向から略５４．７°傾いた互いに直交する３軸方向の電界を検出できるように正三角柱基台の３つの側面に配置し、隣接するプリント基板を立体的に互いに交差させることで、極めて簡単で小型の構造の３軸光電界センサを実現し、３軸間の距離を狭めることができるので、３軸光電界センサの空間分解能を高くできる。また、分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は、入出力を共通にし、反射型にしたことでより小型の３軸光電界センサを実現できる。更に、真空封止するガラス製容器からなる光変調基部を備えることで湿度変化に変化に強い３軸光電界センサを実現できる。
【００１４】
その結果、高感度、小型で、空間分解能の高い、湿度変化に強い構造の３軸光電界センサの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る１軸光電界センサを示す斜視図である。図２は、本発明を実施するための最良の形態に係る３軸光電界センサを示す模式的斜視図である。図３は、本発明を実施するための最良の形態に係る３軸光電界センサの上面から見た断面図である。
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態に係る１軸光電界センサはＬｉＮｂＯ3などの電気光学基板上に作製されたＴｉ拡散導波路とそこに電圧を印加する金属電極と反射ミラーと光ファイバを備えて構成されるマッハツェンダ干渉計、アンテナ電極を配したプリント基板およびマッハツェンダ干渉計を真空封止するガラス製容器１２（図３参照）から構成される。
【００１７】
図１に示すように、１はマッハツェンダ干渉計、２はプリント基板で、３はプリント基板上に形成された金属アンテナ電極で、４は光ファイバである。金属のアンテナ電極パターンは、３軸光電界センサの構成に用いる正３角柱基台上の分岐光導波路の方向に対して略５４．７°傾いた方向に伸びた形状に作製され、この検出方向で最大感度になる。プリント基板は、プリント基板の主面の上部側は、分岐光導波路の方向を中心として左側に幅広部があり、プリント基板の主面の下部側は、分岐光導波路の方向を中心として右側に幅広部がある２つの鉤を合わせた形状で、３軸光電界センサを構成する際に隣り合うプリント基板と金属アンテナの中心を境として立体的に交差する形状で作製される。
【００１８】
図２に示すように、正三角柱基台５の各側面には、図１で示した１軸光電界センサを配置する。図３および図４に示すように、３つの１軸光電界センサの電界検出方向は互いに直交する方位となる。
【００１９】
このように、本発明を実施するための最良の形態に係る３軸光電界センサは、プリント基板の主面の上部側は、分岐光導波路の方向を中心として左側に幅広部があり、プリント基板の主面の下部側は、分岐光導波路の方向を中心として右側に幅広部がある鉤状の形状のプリント基板上に形成された金属アンテナからなる１軸光電界センサを金属アンテナが分岐光導波路の方向から略５４．７°傾いた互いに直交する３軸方向の電界を検出できるように正三角柱基台の３つの側面に配置し、隣接するプリント基板を立体的に互いに交差させることで、極めて簡単で小型の構造の３軸光電界センサを実現する。３軸間の距離を狭めることができるので、３軸光電界センサの空間分解能を高くできる。また、分岐光導波路型マッハツェンダ干渉計は、入出力を共通にし、反射型にしたことでより小型の３軸光電界センサを実現できる。更に、真空封止するガラス製容器からなる光変調基部を備えることで湿度変化に変化に強い３軸光電界センサを実現できる。
【００２０】
その結果、高感度、小型で、空間分解能の高い、湿度変化に強い構造の従来の３軸光電界センサのようにアンテナ長を長くして高感度化する手法をとらない３軸光電界センサの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係る１軸光電界センサを示す正面図。
【図２】本発明を実施するための最良の形態に係る３軸光電界センサを示す模式的斜視図。
【図３】本発明を実施するための最良の形態に係る３軸光電界センサの上面から見た断面図。
【図４】従来の３軸光電界センサに使用される１軸方向の電界を測定する反射型１軸光電界センサの構造を示す斜視図。
【図５】従来の３軸光電界センサを示す斜視図。
【図６】従来の３軸光電界センサを上方から見た断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１    光変調器部
２    プリント基板
３    金属アンテナ電極
４    光ファイバ
５    正三角柱基台
６    ＬｉＮｂＯ3基板
７    光導波路
８ａ，８ｂ    分岐光導波路
９    金属電極
１０    反射ミラー
１１    １軸光電界センサ
【図１】
2006313072.tif 000003
【図２】
2006313072.tif 000004
【図３】
2006313072.tif 000005
【図４】
2006313072.tif 000006
【図５】
2006313072.tif 000007
【図６】
2006313072.tif 000008