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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6252912
(24)【登録日】2017年12月8日
(45)【発行日】2017年12月27日
(54)【発明の名称】電界測定装置
(51)【国際特許分類】
G01R 29/08 20060101AFI20171218BHJP
G01R 15/24 20060101ALI20171218BHJP
【ＦＩ】
G01R29/08 F
G01R15/24 B
【請求項の数】14
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2014-559001(P2014-559001)
(86)(22)【出願日】2014年5月15日
(86)【国際出願番号】JP2014002572
(87)【国際公開番号】WO2014188685
(87)【国際公開日】20141127
【審査請求日】2016年11月24日
(31)【優先権主張番号】特願2013-107715(P2013-107715)
(32)【優先日】2013年5月22日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100067828
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100157808
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 耕平
(72)【発明者】
【氏名】藤ノ木 紀仁
【審査官】
續山 浩二
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０９−１１３５５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−１０９７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−１２２６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１３６１５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１０７２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第５２６７３３６（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許第４０７０６２１（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｒ ２９／０８
Ｇ０１Ｒ １５／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物の電界を測定する電界測定装置であって、
伝送光を伝送する光導波路と、
前記光導波路の光学特性に周期的な変動を与えるように形成された電極部と、
前記電界を前記光導波路に結合させる第１状態と、前記電界が前記光導波路から切り離された第２状態と、を設定するアンテナ部と、
前記光導波路から出射された出射光の光強度を検出する検出部と、
前記電極部に電圧を印加し、前記周期的な変動を与える印加部と、を備え、
前記印加部は、前記第２状態下における前記光強度に応じて、基準電圧を設定する設定部と、前記第１状態下において前記電極部に生じた誘起電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力する出力部と、を含むことを特徴とする電界測定装置。
伝送光を伝送する光導波路と、
前記光導波路の光学特性に周期的な変動を与えるように形成された電極部と、
前記電界を前記光導波路に結合させる第１状態と、前記電界が前記光導波路から切り離された第２状態と、を設定するアンテナ部と、
前記光導波路から出射された出射光の光強度を検出する検出部と、
前記電極部に電圧を印加し、前記周期的な変動を与える印加部と、を備え、
前記印加部は、前記第２状態下における前記光強度に応じて、基準電圧を設定する設定部と、前記第１状態下において前記電極部に生じた誘起電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力する出力部と、を含むことを特徴とする電界測定装置。
【請求項2】
前記電極部は、前記光学特性の前記周期的な変動として、前記光導波路の屈折率の周期的な変動を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の電界測定装置。
【請求項3】
前記出射光は、前記光導波路を透過した透過光及び前記光導波路内で反射された反射光のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電界測定装置。
【請求項4】
前記電極部は、前記アンテナ部と前記光導波路との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【請求項5】
前記光導波路は、電気光学結晶から形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【請求項6】
前記電気光学結晶の組成は、ＫＴａｉ−ｘＮｂｘＯ３（但し、ｘは、０＜ｘ＜１である）であることを特徴とする請求項５に記載の電界測定装置。
【請求項7】
前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率は、極大化されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【請求項8】
前記検出部は、前記透過光の強度を第１電気信号に変換する第１光検出部と、前記反射光の強度を第２電気信号に変換する第２光検出部と、前記第１電気信号と前記第２電気信号との差を増幅し、増幅信号を生成する増幅部と、を含み、
前記設定部は、前記増幅信号に応じて前記基準電圧を設定することを特徴とする請求項３に記載の電界測定装置。
前記設定部は、前記増幅信号に応じて前記基準電圧を設定することを特徴とする請求項３に記載の電界測定装置。
【請求項9】
前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率の変化は、極大化されることを特徴とする請求項８に記載の電界測定装置。
【請求項10】
前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率と前記光導波路の透過率との間の差異は極小化されることを特徴とする請求項８に記載の電界測定装置。
【請求項11】
前記電極部は、前記伝送光が伝送される伝送方向に交差する方向に延設された第１電極と、前記第１電極から前記伝送方向に離間した第２電極と、を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【請求項12】
前記電極部は、前記第２電極から前記伝送方向に離間した第３電極を含み、
前記第２電極は、前記第１電極と前記第３電極との間の中間位置に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の電界測定装置。
前記第２電極は、前記第１電極と前記第３電極との間の中間位置に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の電界測定装置。
【請求項13】
前記電極部は、前記伝送光が伝送される伝送方向に周期的に繰り返される開口パターンが形成された電極層を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【請求項14】
前記光導波路に入射する入射光を出射し、前記伝送光を生成する光源部を更に備え、
前記光源部は、発光ダイオード及びレーザ光源のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電界測定装置。
前記光源部は、発光ダイオード及びレーザ光源のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電界を測定する電界測定装置に関する。【背景技術】
【0002】
電界測定装置は、電界を検出し、電界の強さを表す電気信号を生成する。電界測定装置は、様々な用途に利用可能である。例えば、電界測定装置は、ウェアラブルコンピュータ間のデータ通信を行う人体通信装置として利用されることがある。電界測定装置は、人や動物といった被験体の脳活動を測定する脳波計や生体活動を検出する他の測定装置の基本素子として利用されることもある。脳波計として利用される電界測定装置は、被験体の体外に設置され、脳活動に伴う電界の変動を検出することができる。これらの用途にとって、電界測定装置が高感度であること、小型であることや耐衝撃性に優れていることは重要な性能である。【0003】
電界測定装置は、電気光学結晶を備えることもある。電界測定装置は、電気光学結晶に電界を印加し、電気光学効果（ＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ）効果）を引き起こす。電界測定装置は、電気光学効果を利用して、非接触式に、電界を検出することができる。【0004】
電気光学効果の結果、電気光学結晶の屈折率といった光学特性は変化する。電界測定装置を使用する使用者は、電気光学結晶の屈折率を変化させ、光を電気光学結晶に入射させる。光の位相は、電気光学結晶内で変化される。電気光学結晶から出射した出射光の強度や位相の変化は、電気的に検出される。【0005】
電気光学効果を利用する電界測定装置は、検出された電界を表す検出信号を、光学的に伝送する。したがって、検出信号は、誘導や電気的雑音の影響を受けにくい。電気光学結晶の電気光学効果が利用されるので、電界測定装置は、高速で応答することができる。加えて、電界測定装置は、検出信号を、少ない損失の下で伝送することができる。【0006】
電気光学効果に起因する屈折率の変化は僅かである。したがって、電気光学効果を利用する従来の電界測定装置のいくつかは、電界光学効果を示す非線形光学結晶に入射した光の位相変化を利用する。他の従来の電界測定装置は、干渉計を利用し、感度を向上させることもある（特許文献１乃至３を参照）。【0007】
従来の電界測定装置は、環境変化に影響を受けやすい。あるいは、従来の電界測定装置は、環境変化の影響を受けにくくするために、複雑な構造を組み込むことを必要とする。【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２００３−９８２０５号公報
【特許文献2】特開平７−１５１８０４号公報
【特許文献3】特開平１１−１９４１４６号公報
【発明の概要】
【0009】
本発明は、簡素な構造を用いて、環境変化の下においても、電界を精度良く検出することができる電界測定装置を提供することを目的とする。【0010】
本発明の一の局面に係る電界測定装置は、測定対象物の電界を測定する。電界測定装置は、伝送光を伝送する光導波路と、前記光導波路の光学特性に周期的な変動を与えるように形成された電極部と、前記電界を前記光導波路に結合させる第１状態と、前記電界が前記光導波路から切り離された第２状態と、を設定するアンテナ部と、前記光導波路から出射された出射光の光強度を検出する検出部と、前記電極部に電圧を印加し、前記周期的な変動を与える印加部と、を備える。前記印加部は、前記第２状態下における前記光強度に応じて、基準電圧を設定する設定部と、前記第１状態下において前記電極部に生じた誘起電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力する出力部と、を含む。【0011】
上述の電界測定装置は、簡素な構造を用いて、環境変化の下においても、電界を精度良く検出することができる。【0012】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態の電界測定装置の概念図である。
【図2】第２実施形態の電界測定装置の概略的なブロック図である。
【図6】透過光の概略的なスペクトル線図である。
【図7】第３実施形態の電界測定装置の概略的なブロック図である。
【図9】第４実施形態の電界測定装置の概略的なブロック図である。
【図13】電界測定素子の概略的な斜視図である（第６実施形態）。
【図14】電界測定素子の概略的な斜視図である（第７実施形態）。
【図15】特許文献１の電界測定装置の概略図である。
【図16】特許文献２の電界測定装置の概略図である。
【図17】特許文献３の電界測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
例示的な電界測定装置の様々な実施形態が、図面を参照して説明される。以下に説明される実施形態において、同一の構成要素に対して同一の符号が付されている。説明の明瞭化のため、重複する説明は省略される。図面に示される構成、配置或いは形状並びに図面に関連する記載は、単に本実施形態の原理を容易に理解させることを目的とする。したがって、以下の実施形態の原理は、これらに何ら限定されない。「上」、「下」、「左」や「右」といった方向を表す用語は、単に、説明の明瞭化を目的とする。したがって、これらの用語は、限定的に解釈されるべきものではない。【0015】
＜本発明者等によって見出された従来技術の問題点＞本発明者等は、従来の電界検出技術を研究し、様々な課題を見出した。後述の様々な実施形態によって説明される電界測定装置は、これらの課題を解消すべく開発されている。
【0017】
光源９１０と、コリメートレンズ９２０と、電気光学結晶９３０と、偏向ビームスプリッタ９４０と、集光レンズ９５１，９５２と、光検出器９６１，９６２と、信号電極９７１と、グランド電極９７２と、を備える。測定対象物（図示せず）の電界は、信号電極９７１を通じて、電気光学結晶９３０に結合される。この結果、電気光学結晶９３０の光学特性は、光源９１０から出射されたレーザ光の伝搬経路に亘って略一様に変化する。【0018】
光学特性の変化の後、光源９１０はレーザ光をコリメートレンズ９２０に向けて出射する。コリメートレンズ９２０は、レーザ光を平行光にする。その後、レーザ光は、電気光学結晶９３０へ入射する。【0019】
電気光学結晶９３０は、レーザ光の偏光状態を変化させる。その後、レーザ光は、電気光学結晶９３０から偏向ビームスプリッタ９４０へ出射される。偏向ビームスプリッタ９４０は、レーザ光をＰ波とＳ波とに分離する。Ｐ波は、集光レンズ９５１を通じて、光検出器９６１に到達する。Ｓ波は、集光レンズ９５２を通じて、光検出器９６２に到達する。【0020】
光検出器９６１は、Ｐ波の光強度に応じた電気信号を出力する。光検出器９６２は、Ｓ波の光強度に応じた電気信号を出力する。電界測定装置９００は、これらの電気信号を解析し、測定対象物の電界を測定する。【0021】
電気光学結晶９３０から出射されたレーザ光の強度は、電界測定装置９００の周囲の温度の変化に影響を受けやすい。したがって、電界測定装置９００は、電界を高感度に測定することはできない。【0022】
電気光学結晶９３０の光学特性の変化の前後間での位相変化量は非常に小さい。したがって、光検出器９６１，９６２が生成する電気信号の振幅は非常に小さくなる。光検出器９６１，９６２が大きな振幅の電気信号を生成するためには、電気光学結晶９３０は、レーザ光の伝搬方向に長い寸法を有する必要がある。この結果、設計者は、電界測定装置９００に大きな寸法を与えることとなる。電気光学結晶９３０として、大きく且つ高品質の結晶体が利用されるならば、電界測定装置９００の製造コストは非常に高くなる。【0024】
電界測定装置９０１は、基板９３１と、光導波路９３２と、を備える。基板９３１は、電気光学結晶から形成される。光導波路９３２は、基板９３１上に形成される。光導波路９３２は、上流導波路９３３と、分岐導波路９３４，９３５と、下流導波路９３６と、を含む。基板９３１及び光導波路９３２は、マッハツェンダー干渉計を形成する。【0025】
電界測定装置９０１は、光ファイバ９２１，９２２と、電極９７３，９７４と、アンテナ９８１，９８２と、を備える。光は、光ファイバ９２１を通じて、上流導波路９３３へ伝搬する。その後、光は、分岐導波路９３４に沿って伝搬する光と、分岐導波路９３５に沿って伝搬する光と、に分けられる。分岐導波路９３４に沿って伝搬する光と分岐導波路９３５に沿って伝搬する光との間で光強度における差異はない。その後、分岐導波路９３４に沿って伝搬する光及び分岐導波路９３５に沿って伝搬する光は、下流導波路９３６において合流し、光ファイバ９２２を通じて光検出器（図示せず）に向けて出射される。【0026】
分岐導波路９３４は、電極９７３，９７４の間に延設される。アンテナ９８１は、電極９７３に接続される。アンテナ９８２は、電極９７４に接続される。測定対象物の電界は、アンテナ９８１，９８２及び電極９７３，９７４を通じて、分岐導波路９３４に印加される。この結果、分岐導波路９３４の屈折率は変化する。分岐導波路９３４の屈折率の変化の結果、分岐導波路９３４，９３５間の光路長差も変化する。光検出器は、光路長差の変化を表す電気信号を出力する。この結果、電界測定装置９０１は、測定対象物の電界を測定することができる。しかしながら、特許文献１の技術と同様に、電界測定装置９０１は、電界測定装置９０１の周囲の温度の変化に影響を受けやすい。したがって、電界測定装置９０１は、電界を高感度に測定することはできない。【0028】
電界測定装置９０２は、光ファイバ９２３と、基板９９１と、電極９７５，９７６と、アンテナ９８３，９８４と、を備える。電界測定装置９０２は、基板９９１上に形成された光導波路９９２を更に備える。光導波路９９２は、主導波路９９３と、分岐導波路９９４，９９５と、を含む。主導波路９９３は、光ファイバ９２３に接続される。分岐導波路９９４は、主導波路９９３から分岐し、電極９７５，９７６の間を延びる。分岐導波路９９５は、分岐導波路９９４と同様に、主導波路９９３から分岐する。分岐導波路９９４，９９５は、拡散型の光導波路である。電界測定装置９０２は、第１グレーティング９９６と、第２グレーティング９９７と、を更に備える。第１グレーティング９９６は、分岐導波路９９４に沿って形成される。第２グレーティング９９７は、分岐導波路９９５に沿って形成される。第１グレーティング９９６は、波長変調に用いられる。第２グレーティング９９７は、温度補償に用いられる。【0029】
広帯域のスペクトルを有する入射光は、光ファイバ９２３を通じて、主導波路９９３に入射する。入射光は、分岐導波路９９４に沿って伝搬する光と、分岐導波路９９５に沿って伝搬する光と、に分けられる。分岐導波路９９４に沿って伝搬する光は、第１グレーティング９９６に入射する。分岐導波路９９５に沿って伝搬する光は、第２グレーティング９９７に入射する。第１グレーティング９９６及び第２グレーティング９９７それぞれは、入射光をブラッグ回折する。ブラッグの回折条件を満たす波長を有する光成分は、第１グレーティング９９６及び第２グレーティング９９７によって反射される。【0030】
測定対象物の電界は、アンテナ９８３，９８４及び電極９７５，９７６を通じて、第１グレーティング９９６に印加される。この結果、第１グレーティング９９６の屈折率は変化する。したがって、分岐導波路９９４に沿って主導波路９９３へ向かって戻る反射光の波長は、電界の印加に応じて変化する。【0031】
電界測定装置９０２は、第２グレーティング９９７からの反射光の波長を基準として用いて、第１グレーティング９９６からの反射光の波長と第２グレーティング９９７からの反射光の波長との間の差異を検出する。この結果、電界測定装置９０２は、電界を測定することができる。【0032】
電界測定装置９０２は、反射光の波長差を検出するための分光装置を必要とする。したがって、電界測定装置９０２は、電界検出の応答性に劣る。加えて、電界測定装置９０２は、大型且つ高価な装置になる。【0033】
＜第１実施形態＞上述の如く、従来の電界測定装置は、検出精度、小型化及び低廉化において様々な課題を有する。第１実施形態において、これらの課題の解消に貢献する電界測定装置が説明される。
【0035】
電界測定装置１００は、光導波路２００と、電極部３００と、アンテナ部４００と、検出部５００と、印加部６００と、を備える。電界の検出に用いられる検出光ＤＬは、光導波路２００に入射する。検出光ＤＬは、光導波路２００によって伝送される。その後、検出光ＤＬは、光導波路２００から出射される。検出光ＤＬは、レーザ光であってもよい。代替的に、検出光ＤＬは、単一の波長を有する他の光であってもよい。本実施形態の原理は、検出光ＤＬの特定の種類に限定されない。光導波路２００は、基板（図示せず）の表面に一次元状のリブ、リッジ構造や誘電体ストリップが装荷されたステップ型の光導波路であってもよい。代替的に、光導波路２００は、光を案内することができる他の構造を有してもよい。本実施形態の原理は、光導波路２００の特定の構造に限定されない。本実施形態において、伝送光は、光導波路２００によって伝送される検出光ＤＬによって例示される。出射光は、光導波路２００から出射された検出光ＤＬによって例示される。【0036】
光導波路２００から出射された検出光ＤＬは、検出部５００に入射する。検出部５００は、検出光ＤＬの光強度を検出する。【0037】
電極部３００は、検出光ＤＬの伝送経路に沿って、光導波路２００の光学特性に周期的な変動を与えるように形成される。電極部３００は、櫛形に形成されてもよい。代替的に、電極部３００は、検出光ＤＬの伝送経路に沿って繰り返される開口パターンを有してもよい。更に代替的に、電極部３００は、検出光ＤＬの伝搬方向において、光導波路２００の光学特性に周期的な変動を与える他の形状を有してもよい。本実施形態の原理は、電極部３００の特定の形状に何ら限定されない。【0038】
アンテナ部４００は、測定対象物の電界を光導波路２００に結合させる第１状態と、測定対象物の電界が光導波路２００から切り離された第２状態と、を設定する。電界測定装置１００を使用する使用者は、アンテナ部４００を測定対象物に近づけることによって、第１状態を設定してもよい。使用者は、アンテナ部４００を測定対象物から離すことによって、第２状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００と印加部６００との電気的な接続を変更し、電界の結合状態を第１状態と第２状態との間で切り替えてもよい。本実施形態の原理は、電界の結合状態を切り替えるための特定の技術に限定されない。アンテナ部４００は、金属板を含んでもよい。代替的に、アンテナ部４００は、ロッドアンテナ、折り返しアンテナや測定対象物の電界と良好に電磁界結合できる他の構造を有してもよい。本実施形態の原理は、アンテナ部４００の特定の構造に限定されない。【0039】
印加部６００は、電極部３００に電圧を印加する。この結果、電極部３００の形状に起因して、光導波路２００の光学特性は、検出光ＤＬの伝送方向に沿って、周期的に変動する。【0040】
検出部５００は、第１状態下において検出された検出光ＤＬの強度を表す第１信号ＦＳと、第２状態下において検出された検出光ＤＬの強度を表す第２信号ＳＳと、を生成する。第１信号ＦＳは、測定対象物の電界を表す検出信号として、電界測定装置１００から出力される。第２信号ＳＳは、検出部５００から印加部６００へ出力される。【0041】
印加部６００は、設定部６１０と、出力部６２０と、を含む。使用者が、アンテナ部４００を操作し、第２状態を設定すると、第２信号ＳＳは、検出部５００から設定部６１０に出力される。設定部６１０は、第２信号ＳＳに応じて、基準電圧を設定する。【0042】
出力部６２０は、電極部３００に電圧を印加する。使用者が、アンテナ部４００を操作し、第２状態を設定すると、設定部６１０は、出力部６２０を通じて電極部３００に印加される電圧の大きさを変化させる。この間、設定部６１０は、電圧の大きさの変化に応じて変化する第２信号ＳＳから、光導波路２００の反射率を極大化する電圧値を見出してもよい。設定部６１０は、反射率を極大化する電圧値を基準電圧として設定してもよい。尚、「反射率を極大化する電圧値」との用語は、反射率の極大値をもたらす電圧値だけでなく、反射率の極大値をもたらす電圧値に近い電圧値をも意味してもよい。【0043】
代替的に、設定部６１０は、電圧の大きさの変化に応じて変化する第２信号ＳＳから、光導波路２００の反射率の変化を極大化する電圧値を見出してもよい。設定部６１０は、反射率の変化を極大化する電圧値を基準電圧として設定してもよい。尚、「反射率の変化を極大化する電圧値」との用語は、反射率の変化の極大値をもたらす電圧値だけでなく、反射率の変化の極大値をもたらす電圧値に近い電圧値をも意味してもよい。【0044】
更に代替的に、設定部６１０は、電圧の大きさの変化に応じて変化する第２信号ＳＳから、光導波路２００の反射率と光導波路２００の透過率との間の差異を極小化する電圧値を見出してもよい。設定部６１０は、光導波路２００の反射率と光導波路２００の透過率との間の差異を極小化する電圧値を基準電圧として設定してもよい。尚、「反射率と透過率との間の差異を極小化する電圧値」との用語は、反射率と透過率との間の差異の極小値をもたらす電圧値だけでなく、反射率と透過率との間の差異の極小値をもたらす電圧値に近い電圧値をも意味してもよい。【0045】
上述の如く、設定部６１０は、様々な設定手法を用いて、基準電圧を設定することができる。したがって、本実施形態の原理は、基準電圧を設定するための特定の技術に限定されない。【0046】
使用者が、アンテナ部４００を操作し、第１状態を設定すると、測定対象物の電界は、光導波路２００及び電極部３００に印加される。この結果、電極部３００に誘起電圧が生ずる。この間、設定部６１０は、基準電圧を出力部６２０へ出力する。アンテナ部４００に接続された出力部６２０は、基準電圧と測定対象物の電界の印加によって生じた誘起電圧と差に相当する差分電圧を電極部３００に印加する。【0047】
出力部６２０が差分電圧を印加している間に検出部５００が出力した第１信号ＦＳによって、測定対象物の電界が精度よく測定される。基準電圧が用いられるので、電界測定装置１００は、温度変化といった環境的な変動因子に影響されにくい。【0048】
＜第２実施形態＞設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々な電界測定装置を設計することができる。第２実施形態において、例示的な電界測定装置が説明される。
【0050】
電界測定装置１００Ａは、光源１１０と、電界測定素子１２０と、アンテナ部４００Ａと、光検出器５００Ａと、出力ポート５１０と、電圧印加装置６１０Ａと、差分回路６２０Ａと、を備える。光源１１０は、電界測定素子１２０へ入射する入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬが、レーザ光であるならば、光源１１０として、レーザ光源が用いられてもよい。入射光ＩＬが、単一波長を有する光であるならば、光源１１０として、発光ダイオードが用いられてもよい。本実施形態の原理は、光源１１０の特定の種類に限定されない。本実施形態において、光源部は、光源１１０によって例示される。【0051】
入射光ＩＬは、電界測定素子１２０によって伝送される伝送光となる。その後、伝送光は、電界測定素子１２０を透過した透過光ＴＬとして光検出器５００Ａに向けて出射される。光検出器５００Ａは、透過光ＴＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、出力ポート５１０を通じて、電界測定装置１００Ａから出力される。加えて、検出信号は、電圧印加装置６１０Ａに出力される。光検出器５００Ａ及び出力ポート５１０は、図１を参照して説明された検出部５００に対応する。【0052】
光検出器５００Ａに接続された電圧印加装置６１０Ａは、基準電圧の設定及び出力のために用いられる。電圧印加装置６１０Ａは、図１を参照して説明された設定部６１０に対応する。差分回路６２０Ａは、電圧印加装置６１０Ａとアンテナ部４００Ａとに接続される。【0053】
アンテナ部４００Ａは、第１状態と第２状態とを選択的に設定するために用いられる。アンテナ部４００Ａが第１状態を設定したとき、差分回路６２０Ａは、電圧印加装置６１０Ａから出力された基準電圧とアンテナ部４００Ａによって生じた誘起電圧との差に相当する差分電圧を電界測定素子１２０に印加する。アンテナ部４００Ａは、図１を参照して説明されたアンテナ部４００に対応する。差分回路６２０Ａは、図１を参照して説明された出力部６２０に対応する。【0055】
電界測定素子１２０は、基板１３０と、光導波路２００Ａと、パターン電極３００Ａと、を含む。光導波路２００Ａは、基板１３０上に形成される。パターン電極３００Ａは、光導波路２００Ａ上に形成される。【0056】
光導波路２００Ａは、コア層２１０と、クラッド層２２１，２２２と、を含む。コア層２１０は、６つの平坦な面を有する電気光学結晶である。コア層２１０は、クラッド層２２１，２２２の間で、入射光ＩＬの伝搬方向に延びる。コア層２１０は、第１端面２１１と、第１端面２１１とは反対側の第２端面２１２と、を含む。入射光ＩＬは、第１端面２１１に入射する。透過光ＴＬは、第２端面２１２から出射される。コア層２１０によって案内される光の一部は、反射光として、第１端面２１１から出射される。光導波路２００Ａは、図１を参照して説明された光導波路２００に対応する。【0057】
光導波路２００Ａとアンテナ部４００Ａとの間のパターン電極３００Ａは、櫛形に形成される。パターン電極３００Ａは、矩形状の接続領域３１０と、複数の帯状領域３２１〜３２７と、略Ｔ字型の中間領域３３０と、を含む。アンテナ部４００Ａは、金属板４１０を含む。金属板４１０は、接続領域３１０に接続される。加えて、図２を参照して説明された差分回路６２０Ａも接続領域３１０に接続される。複数の帯状領域３２１〜３２７はそれぞれ、コア層２１０を横切って、光の伝搬方向に交差する（略直交する）方向に延びる。複数の帯状領域３２１〜３２７は、互いに離間し、光の伝搬方向に略等間隔に整列される。パターン電極３００Ａは、図１を参照して説明された電極部３００に対応する。本実施形態において、第１電極は、複数の帯状領域３２１〜３２７のうち１つによって例示される。第２電極は、複数の帯状領域３２１〜３２７のうち他のもう１つによって例示される。第３電極は、複数の帯状領域３２１〜３２７のうち他のもう１つによって例示される。【0058】
本実施形態において、パターン電極３００Ａは、７つの帯状領域３２１〜３２７を含む。代替的に、パターン電極は、２以上且つ７未満の帯状領域を有してもよい。更に代替的に、パターン電極は、７を超える数の帯状領域を有してもよい。パターン電極を設計する設計者は、電界測定装置に要求される測定精度に適合するように帯状領域の数を決定してもよい。本発明者等によれば、パターン電極が５以上の帯状電極を有するならば、電界測定装置は、測定対象物の電界を、十分に精度よく測定することができる。本実施形態の原理は、帯状領域の特定の数に限定されない。【0059】
基板１３０は、グランドに接続される。したがって、基板１３０は、パターン電極３００Ａに対するグランド電極として機能することができる。グランドとして、基板１３０よりも大きな金属が用いられてもよい。この結果、電界は、パターン電極３００Ａから光導波路２００Ａに良好に結合される。尚、基板１３０とグランドとの接続は、必ずしも必要とされない。本実施形態の原理は、基板１３０がグランドに接続されるか否かによっては何ら限定されない。【0060】
測定対象物の電界が金属板４１０に印加されると、パターン電極３００Ａに誘起電圧が生ずる。この結果、パターン電極３００Ａが形成された光導波路２００Ａの面に対して略直交する電界がパターン電極３００Ａと基板１３０との間で生ずる。【0062】
測定対象物の電界が、アンテナ部４００Ａを通じて、コア層２１０に結合されると、パターン電極３００Ａの形状（帯状領域３２１〜３２７の配置パターン）に対応する周期的な屈折率分布がコア層２１０に生ずる。コア層２１０の屈折率は、帯状領域３２１〜３２７が形成された位置において低くなる。一方、コア層２１０の屈折率は、帯状領域３２１〜３２７が存在しない位置において高くなる。屈折率の変動幅は、測定対象物の電界の大きさに依存する。【0063】
透過光の強度及び反射光の強度は、屈折率の変動幅に依存する。したがって、透過光及び／又は反射光の強度が測定されるならば、測定対象物の電界は、適切に測定される。コア層２１０中の屈折率分布は、パターン電極３００Ａによって得られる。したがって、本実施形態の原理は、コア層２１０に利用される電気光学結晶に対する複雑な加工及び高い加工精度を必要としない。【0064】
光導波路２００Ａは、エピタキシャル技術によって形成されてもよい。この場合、基板１３０は、光導波路２００Ａをエピタキシャルな薄膜として形成するのに好適な材料から形成される。したがって、基板１３０として利用される材料は、光導波路２００Ａとして用いられる電気光学結晶と類似の結晶構造を有してもよい。加えて、基板１３０として利用される材料の格子定数と、光導波路２００Ａとして用いられる電気光学結晶との格子定数と、の間の差が１０％以下となるように、基板１３０の材料が選択されてもよい。上述の条件の下で、光導波路２００Ａは、エピタキシャル技術によって効率的に形成される。尚、本実施形態の原理は、光導波路２００Ａの材料と基板１３０の材料との間の特定の関係に限定されない。【0065】
基板１３０は、グランド電極として機能する。したがって、基板１３０の材料は、導電性であってもよい。以下に示される材料は、基板１３０に好適に利用可能である。・Ｎｂ等がドープされたＳｒＴｉＯ３
・ＡｌドープＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＢａＰｂＯ２、ＳｒＲｕＯ２、Ｍｇ２ＴｉＯ４、ＭｇＴｉ２Ｏ４といった酸化物
・Ｓｉ、Ｇｅ、ダイヤモンドといった単体半導体
・ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＡｓといったＩＩＩ−Ｖ系の化合物半導体
・ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣａＳｅといったＩＩ−ＶＩ系の化合物半導体
・Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ａｇといった金属
・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３：但し、ｘは、０＜ｘ＜１）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）といった電気光学効果を有する電気光学結晶
【0066】
光は、コア層２１０中で伝搬する。したがって、基板１３０は、コア層２１０よりも低い屈折率を有する材料から形成されてもよい。【0067】
コア層２１０が酸化物から形成されるならば、基板１３０は、コア層２１０の酸化物と同一の酸化物から形成されてもよい。この場合、基板１３０の材料として、ＳｒＴｉＯ３−Ｎｂドープが例示される。【0068】
パターン電極３００Ａは、様々な金属（例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ）やこれらの合金から形成されてもよい。パターン電極３００Ａは、コア層２１０よりも低い屈折率を有する透明酸化物（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＡｌドープＺｎＯ）から形成されてもよい。パターン電極３００Ａの材料は、光導波路２００Ａの材料とエピタキシャルな関係を満たしてもよいし、満たさなくてもよい。【0069】
パターン電極３００Ａが、金属材料から形成され、且つ、光導波路２００Ａ中の光の振動数が金属材料のプラズマ振動数を超えるならば、光導波路２００Ａ内で伝搬する光の一部は、パターン電極３００Ａで染み出すことがある。染み出した光成分は、金属材料中のキャリアによって強く吸収されるので、光の伝搬損失は大きくなる。したがって、光の伝搬損失の観点から、透明酸化物（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）やＡｌドープＺｎＯ）が、パターン電極３００Ａの材料として用いられてもよい。【0070】
図４に示される屈折率の周期的な分布は、ブラッグ反射鏡として機能する。したがって、光導波路２００Ａ内で伝搬する光の一部は、反射光として、光導波路２００Ａの第１端面２１１から出射される。屈折率の周期的な分布によって反射される光の波長は、ブラッグ波長によって決定される。電界の印加下で生ずる屈折率の周期的な変動振幅が一定であるならば、ブラッグ波長は、グレーティング周期と呼ばれる周期（すなわち、パターン電極３００Ａの構造周期）に依存する。したがって、設計者は、光導波路２００Ａに沿って伝搬する光の波長にブラック波長が略等しくなるように、パターン電極３００Ａの周期（すなわち、帯状領域３２１〜３２７の間隔）を決定すればよい。【0071】
製造者は、光導波路２００Ａ上に薄膜電極を形成した後、薄膜電極にパターニング加工を施与し、パターン電極３００Ａを作成することができる。【0072】
コア層２１０は、電気光学効果を有する電気光学結晶から形成される。コア層２１０の形成に利用可能な電気光学結晶として、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３：但し、ｘは、０＜ｘ＜１）やＫＴＰといった様々な電気光学結晶が例示される。これらの電気光学結晶のうちＫＴＮは、大きな電気光学係数を有する。したがって、ＫＴＮは、コア層２１０の材料として好適に利用可能である。【0073】
ＫＴＮは、周囲の温度に応じて、立方晶から正方晶に結晶系を変化させる。ＫＴＮは、他の温度において、正方晶から菱面体晶に結晶系を変化させる。ＫＴＮが、立方晶であるならば、ＫＴＮは、大きな二次の電気光学効果を有する。【0074】
ＫＴＮは、立方晶から正方晶への相転移温度に近い温度域において、比誘電率が発散するという現象を引き起こす。二次の電気光学効果は、比誘電率の二乗に比例するので、非常に大きな二次の電気光学効果が、ＫＴＮに生ずることとなる。上述のＫＴＮの特性は、他の結晶材料よりも低い印加電圧下で、図４に示される屈折率分布を引き起こすことを可能にする。したがって、ＫＴＮが、コア層２１０に用いられるならば、電界測定装置１００Ａは、測定対象物の電界を、高感度に検出することができる。【0075】
光は、コア層２１０に沿って伝搬する。したがって、クラッド層２２１，２２２は、コア層２１０よりも低い屈折率を有する材料から形成される。以下に示される材料は、クラッド層２２１，２２２に好適に利用可能である。・ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯといった酸化物
・Ｓｉ、Ｇｅ、ダイヤモンドといった単体半導体
・ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＡｓといったＩＩＩ−Ｖ系の化合物半導体
・ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴＮやＫＴＰといった電気光学効果を有する電気光学結晶
【0076】
上述のコア層２１０に利用可能な様々な電気光学結晶の電気光学特性は、温度や湿度の変化に影響を受けやすい。クラッド層２２１，２２２は、コア層２１０を少なくとも部分的に取り囲むので、設計者は、クラッド層２２１，２２２の材料として、温度や湿度の変化に影響を受けにくい材料を選択し、クラッド層２２１，２２２にコア層２１０を保護させてもよい。例えば、設計者は、クラッド層２２１，２２２の材料として、温度や湿度の変化に影響されにくいＳｉＯ２を選択してもよい。【0078】
（ステップＳ１１０）ステップＳ１１０において、電界測定装置１００Ａを使用する使用者は、測定対象物の電界がコア層２１０から切り離された第２状態を設定する。このとき、差分回路６２０Ａの端子は、グランドに接続されている。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に切り離し、第２状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に離間させ、第２状態を設定してもよい。その後、ステップＳ１２０が実行される。
【0079】
（ステップＳ１２０）ステップＳ１２０において、電圧印加装置６１０Ａは、差分回路６２０Ａを通じて、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。光源１１０は、入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬは、コア層２１０に沿って伝搬する。電圧印加装置６１０Ａからパターン電極３００Ａの電圧印加によって、コア層２１０に周期的な屈折率分布が生ずる。コア層２１０に沿って伝搬する光が、ブラッグの回折条件を満たすならば、コア層２１０に沿って伝搬する光は、反射光として第１端面２１１から出射される。他の場合には、コア層２１０に沿って伝搬する光は、透過光ＴＬとして第２端面２１２から光検出器５００Ａに向けて出射される。その後、ステップＳ１３０が実行される。
【0080】
（ステップＳ１３０）ステップＳ１３０において、光検出器５００Ａは、透過光ＴＬの強度を測定する。光検出器５００Ａは、透過光ＴＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、光検出器５００Ａから電圧印加装置６１０Ａに出力される。その後、ステップＳ１４０が実行される。
【0081】
（ステップＳ１４０）ステップＳ１４０において、電圧印加装置６１０Ａは、検出信号を参照し、透過光ＴＬの強度が最小であるか否かを判定する。電圧印加装置６１０Ａが、透過光ＴＬの強度が最小でないと判断するならば、ステップＳ１５０が実行される。他の場合には、ステップＳ１６０が実行される。
【0082】
（ステップＳ１５０）ステップＳ１５０において、電圧印加装置６１０Ａは、電圧値を変更し、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。ステップＳ１３０乃至ステップＳ１５０の処理ループは、電圧印加装置６１０Ａが、透過光ＴＬの強度が最小であると判定するまで繰り返される。
【0083】
（ステップＳ１６０）ステップＳ１６０において、電圧印加装置６１０Ａは、透過光ＴＬの最小の強度を達成することができる電圧を、基準電圧として、差分回路６２０Ａに出力する。使用者は、測定対象物の電界をコア層２１０に結合させる第１状態を設定する。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に接続し、第１状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に接近させ、第１状態を設定してもよい。この結果、アンテナ部４００Ａを通じて誘起電圧が発生する。差分回路６２０Ａは、基準電圧と誘起電圧との差異に相当する差分電圧をパターン電極３００Ａに印加する。その後、ステップＳ１７０が実行される。
【0084】
（ステップＳ１７０）ステップＳ１７０において、光検出器５００Ａは、第１状態下での透過光ＴＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、出力ポート５１０を通じて、電界測定装置１００Ａから出力される。
【0086】
図６に示される記号「λｓ」は、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長を表す。図６の実線は、図５を参照して説明されたステップＳ１３０乃至ステップＳ１５０の処理ループの実行によって設定された基準電圧の印加下における透過光ＴＬのスペクトル線図を示す。図６に示される如く、ステップＳ１３０乃至ステップＳ１５０の処理ループの実行によって、電圧印加装置６１０Ａは、ブラッグ波長を、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させることができる。【0087】
図６に示される点線は、測定対象物の電界がコア層２１０に印加されたときの、透過光ＴＬのスペクトルを示す。図６の点線によって示される如く、ブラッグ波長は、測定対象物の電界の強度に応じて変化する。したがって、測定対象物の電界の強度は、第１状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号との差によって表される。出力ポート５１０に接続された外部装置（図示せず：例えば、パーソナルコンピュータ）は、電界の強度と、第１状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号との差と、の間の関係を表すデータを予め格納してもよい。外部装置は、第１状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ａが生成した検出信号との差を算出し、算出された差分値を、予め格納されたデータと比較してもよい。この結果、測定対象物の電界は、精度よく測定される。【0088】
ステップＳ１３０乃至ステップＳ１５０の処理ループ内で電界測定素子１２０は、基準を得るための参照用素子として機能する。ステップＳ１６０及びステップＳ１７０において、電界測定素子１２０は、電界を測定するための測定用素子として機能する。したがって、参照用素子と、参照用素子とは別異の測定用素子と、を必要とする従来の電界測定装置よりも、電界測定装置１００Ａは、小型であり、且つ、簡素である。【0089】
ステップＳ１３０乃至ステップＳ１５０の処理ループは、ブラッグ波長を、様々な温度条件及び様々な湿度条件の下で、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させることを可能にする。したがって、電界測定装置１００Ａは、様々な環境条件の下で、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0090】
設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定装置１００Ａを設計することができる。したがって、電界測定装置１００Ａは、応答性のよい電界測定を行うことができる。加えて、設計者は、電界測定装置１００Ａに小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0091】
＜第３実施形態＞第２実施形態の電界測定装置は、透過光の強度から測定対象物の電界を測定する。代替的に、電界測定装置は、反射光の強度から測定対象物の電界を測定してもよい。第３実施形態において、反射光の強度を検出し、測定対象物の電界を測定する例示的な電界測定装置が説明される。
【0092】
図７は、第３実施形態の電界測定装置１００Ｂの概略的なブロック図である。図１及び図７を参照して、電界測定装置１００Ｂが説明される。第２実施形態及び第３実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0093】
第２実施形態と同様に、電界測定装置１００Ｂは、光源１１０と、電界測定素子１２０と、アンテナ部４００Ａと、出力ポート５１０と、差分回路６２０Ａと、を備える。第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0094】
電界測定装置１００Ｂは、光検出器５００Ｂと、光サーキュレータ５２０と、電圧印加装置６１０Ｂと、を更に備える。光検出器５００Ｂは、出力ポート５１０と電圧印加装置６１０Ｂとに接続される。光サーキュレータ５２０は、光源１１０と電界測定素子１２０との間に配置される。電圧印加装置６１０Ｂは、差分回路６２０Ａに接続される。光検出器５００Ｂ、出力ポート５１０及び光サーキュレータ５２０は、図１を参照して説明された検出部５００に対応する。電圧印加装置６１０Ｂは、図１を参照して説明された設定部６１０に対応する。【0095】
第２実施形態と同様に、光源１１０は、入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬは、光サーキュレータ５２０を通じて、電界測定素子１２０に入射する。【0096】
第２実施形態と同様に、電圧印加装置６１０Ｂは、第２状態下において、差分回路６２０Ａを通じて、電界測定素子１２０に電圧を印加し、ブラッグ波長を、電界測定素子１２０中を伝搬する光の波長に合致させる。この結果、強い反射光ＲＬが電界測定素子１２０から出射される。反射光ＲＬは、光サーキュレータ５２０によって、光検出器５００Ｂへ方向付けられる。この結果、反射光ＲＬは、光検出器５００Ｂに入射する。光検出器５００Ｂは、反射光ＲＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、出力ポート５１０を通じて、電界測定装置１００Ｂから出力される。【0097】
その後、使用者は、アンテナ部４００Ａを操作し、測定対象物の電界を電界測定素子１２０に結合させ、第１状態を設定する。この結果、ブラッグ波長は変化する。したがって、光検出器５００Ｂが検出する反射光ＲＬの強度も変化する。光検出器５００Ｂは、反射光ＲＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、出力ポート５１０を通じて、電界測定装置１００Ｂから出力される。【0098】
第２実施形態と同様に、第１状態下において出力された検出信号と、第２状態下において出力された検出信号との差異は、測定対象物の電界の強さを反映する。したがって、電界測定装置１００Ｂは、測定対象物の電界の強さを精度よく測定することができる。【0100】
（ステップＳ２１０）ステップＳ２１０において、電界測定装置１００Ｂを使用する使用者は、測定対象物の電界がコア層２１０から切り離された第２状態を設定する。このとき、差分回路６２０Ａの端子は、グランドに接続されている。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に切り離し、第２状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に離間させ、第２状態を設定してもよい。その後、ステップＳ２２０が実行される。
【0101】
（ステップＳ２２０）ステップＳ２２０において、電圧印加装置６１０Ｂは、差分回路６２０Ａを通じて、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。光源１１０は、入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬは、コア層２１０に沿って伝搬する。電圧印加装置６１０Ｂからパターン電極３００Ａの電圧印加によって、コア層２１０に周期的な屈折率分布が生ずる。コア層２１０に沿って伝搬する光が、ブラッグの回折条件を満たすならば、コア層２１０に沿って伝搬する光は、反射光ＲＬとして第１端面２１１から出射される。反射光ＲＬは、その後、サーキュレータ５２０を通じて光検出器５００Ｂへ出射される。他の場合には、コア層２１０に沿って伝搬する光は、透過光として第２端面２１２から出射される。その後、ステップＳ２３０が実行される。
【0102】
（ステップＳ２３０）ステップＳ２３０において、光検出器５００Ｂは、反射光ＲＬの強度を測定する。光検出器５００Ｂは、反射光ＲＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、光検出器５００Ｂから電圧印加装置６１０Ｂに出力される。その後、ステップＳ２４０が実行される。
【0103】
（ステップＳ２４０）ステップＳ２４０において、電圧印加装置６１０Ｂは、検出信号を参照し、反射光ＲＬの強度が最大であるか否かを判定する。電圧印加装置６１０Ｂが、反射光ＲＬの強度が最大でないと判断するならば、ステップＳ２５０が実行される。他の場合には、ステップＳ２６０が実行される。
【0104】
（ステップＳ２５０）ステップＳ２５０において、電圧印加装置６１０Ｂは、電圧値を変更し、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。ステップＳ２３０乃至ステップＳ２５０の処理ループは、電圧印加装置６１０Ｂが、反射光ＲＬの強度が最大であると判定するまで繰り返される。
【0105】
（ステップＳ２６０）ステップＳ２６０において、電圧印加装置６１０Ｂは、反射光ＲＬの最大の強度を達成することができる電圧を、基準電圧として、差分回路６２０Ａに出力する。使用者は、測定対象物の電界をコア層２１０に結合させる第１状態を設定する。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に接続し、第１状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に接近させ、第１状態を設定してもよい。この結果、アンテナ部４００Ａを通じて誘起電圧が発生する。差分回路６２０Ａは、基準電圧と誘起電圧との差異に相当する差分電圧をパターン電極３００Ａに印加する。その後、ステップＳ２７０が実行される。
【0106】
（ステップＳ２７０）ステップＳ２７０において、光検出器５００Ｂは、第１状態下での反射光ＲＬの強度を表す検出信号を生成する。検出信号は、出力ポート５１０を通じて、電界測定装置１００Ｂから出力される。
【0107】
反射光ＲＬの強度は、図６に示される透過光の強度とは、反対の関係を有する。すなわち、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長が「λｓ」であるとき、反射光ＲＬの強度は、第２状態下で、最大化される。【0108】
電圧印加装置６１０Ｂは、ステップＳ２３０乃至ステップＳ２５０の処理ループを実行し、ブラッグ波長を、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させる。この結果、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長が「λｓ」であるとき、反射光ＲＬの強度は、最大化される。【0109】
第２実施形態に関連して説明された如く、ブラッグ波長は、測定対象物の電界の強度に応じて変化する。したがって、測定対象物の電界の強度は、第１状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号との差によって表される。出力ポート５１０に接続された外部装置（図示せず：例えば、パーソナルコンピュータ）は、電界の強度と、第１状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号との差と、の間の関係を表すデータを予め格納してもよい。外部装置は、第１状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号と第２状態下で光検出器５００Ｂが生成した検出信号との差を算出し、算出された差分値を、予め格納されたデータと比較してもよい。この結果、測定対象物の電界は、精度よく測定される。【0110】
ステップＳ２３０乃至ステップＳ２５０の処理ループ内で電界測定素子１２０は、基準を得るための参照用素子として機能する。ステップＳ２６０及びステップＳ２７０において、電界測定素子１２０は、電界を測定するための測定用素子として機能する。したがって、参照用素子と、参照用素子とは別異の測定用素子と、を必要とする従来の電界測定装置よりも、電界測定装置１００Ｂは、小型であり、且つ、簡素である。【0111】
ステップＳ２３０乃至ステップＳ２５０の処理ループは、ブラッグ波長を、様々な温度条件及び様々な湿度条件の下で、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させることを可能にする。したがって、電界測定装置１００Ｂは、様々な環境条件の下で、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0112】
設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定装置１００Ｂを設計することができる。したがって、電界測定装置１００Ｂは、応答性のよい電界測定を行うことができる。加えて、設計者は、電界測定装置１００Ｂに小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0113】
＜第４実施形態＞第２実施形態の電界測定装置は、透過光の強度から測定対象物の電界を測定する。第３実施形態の電界測定装置は、透過光の強度から測定対象物の電界を測定する。代替的に、電界測定装置は、透過光及び反射光の強度から測定対象物の電界を測定してもよい。第４実施形態において、透過光及び反射光の強度を検出し、測定対象物の電界を測定する例示的な電界測定装置が説明される。
【0114】
図９は、第４実施形態の電界測定装置１００Ｃの概略的なブロック図である。図１及び図９を参照して、電界測定装置１００Ｃが説明される。第２実施形態乃至第４実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態又は第３実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態又は第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0115】
第２実施形態と同様に、電界測定装置１００Ｃは、光源１１０と、電界測定素子１２０と、アンテナ部４００Ａと、出力ポート５１０と、差分回路６２０Ａと、を備える。第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0116】
第３実施形態と同様に、電界測定装置１００Ｃは、光サーキュレータ５２０を更に備える。第３実施形態の説明は、光サーキュレータ５２０に援用される。【0117】
電界測定装置１００Ｃは、第１光検出器５０１と、第２光検出器５０２と、差動増幅装置５３０と、電圧印加装置６１０Ｃと、を更に備える。第１光検出器５０１及び第２光検出器５０２は、差動増幅装置５３０に接続される。差動増幅装置５３０は、出力ポート５１０と電圧印加装置６１０Ｃとに接続される。第１光検出器５０１、第２光検出器５０２、出力ポート５１０、光サーキュレータ５２０及び差動増幅装置５３０は、図１を参照して説明された検出部５００に対応する。電圧印加装置６１０Ｃは、図１を参照して説明された設定部６１０に対応する。【0118】
第１光検出器５０１は、電界測定素子１２０を透過した透過光ＴＬを受ける。第１光検出器５０１は、透過光ＴＬの強度を表す第１検出信号ＦＤＳを生成する。第１検出信号ＦＤＳは、第１光検出器５０１から差動増幅装置５３０へ出力される。本実施形態において、第１電気信号は、第１検出信号ＦＤＳによって例示される。第１光検出部は、第１光検出器５０１によって例示される。【0119】
光サーキュレータ５２０は、電界測定素子１２０から出射された反射光ＲＬを、第２光検出器５０２へ方向付ける。したがって、第２光検出器５０２は、反射光ＲＬを受ける。第２光検出器５０２は、反射光ＲＬの強度を表す第２検出信号ＳＤＳを生成する。第２検出信号ＳＤＳは、第２光検出器５０２から差動増幅装置５３０へ出力される。本実施形態において、第２電気信号は、第２検出信号ＳＤＳによって例示される。第２光検出部は、第２光検出器５０２によって例示される。【0120】
差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとに対して差分演算処理を行う。差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとの間の差分を増幅する。本実施形態において、増幅部は、差動増幅装置５３０によって例示される。【0122】
（ステップＳ３１０）ステップＳ３１０において、電界測定装置１００Ｃを使用する使用者は、測定対象物の電界がコア層２１０から切り離された第２状態を設定する。このとき、差分回路６２０Ａの端子は、グランドに接続されている。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に切り離し、第２状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に離間させ、第２状態を設定してもよい。その後、ステップＳ３２０が実行される。
【0123】
（ステップＳ３２０）ステップＳ３２０において、電圧印加装置６１０Ｃは、差分回路６２０Ａを通じて、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。光源１１０は、入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬは、コア層２１０に沿って伝搬する。電圧印加装置６１０Ｃからパターン電極３００Ａの電圧印加によって、コア層２１０に周期的な屈折率分布が生ずる。コア層２１０に沿って伝搬する光が、ブラッグの回折条件を満たすならば、コア層２１０に沿って伝搬する光は、反射光ＲＬとして第１端面２１１から光サーキュレータ５２０を通じて第２光検出器５０２に向けて出射される。他の場合には、コア層２１０に沿って伝搬する光は、透過光ＴＬとして第２端面２１２から第１光検出器５０１に向けて出射される。その後、ステップＳ３３０が実行される。
【0124】
（ステップＳ３３０）ステップＳ３３０において、第１光検出器５０１は、透過光ＴＬの強度を表す第１検出信号ＦＤＳを生成する。第１検出信号ＦＤＳは、第１光検出器５０１から差動増幅装置５３０へ出力される。第２光検出器５０２は、反射光ＲＬの強度を表す第２検出信号ＳＤＳを生成する。第２検出信号ＳＤＳは、第２光検出器５０２から差動増幅装置５３０へ出力される。その後、ステップＳ３４０が実行される。
【0125】
（ステップＳ３４０）ステップＳ３４０において、差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとに対して差分演算処理を行う。差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとの間の差分を増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、差動増幅装置５３０から電圧印加装置６１０Ｃ及び出力ポート５１０へ出力される。その後、ステップＳ３５０が実行される。
【0126】
（ステップＳ３５０）ステップＳ３５０において、電圧印加装置６１０Ｃは、増幅信号ＡＳを参照し、増幅信号ＡＳが最大であるか否かを判定する。電圧印加装置６１０Ｃが、増幅信号ＡＳが最大でないと判断するならば、ステップＳ３６０が実行される。他の場合には、ステップＳ３７０が実行される。
【0127】
（ステップＳ３６０）ステップＳ３６０において、電圧印加装置６１０Ｃは、電圧値を変更し、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。ステップＳ３３０乃至ステップＳ３６０の処理ループは、電圧印加装置６１０Ｃが、増幅信号ＡＳが最大であると判定するまで繰り返される。
【0128】
（ステップＳ３７０）ステップＳ３７０において、電圧印加装置６１０Ｃは、増幅信号ＡＳが最大となる電圧を、基準電圧として、差分回路６２０Ａに出力する。使用者は、測定対象物の電界をコア層２１０に結合させる第１状態を設定する。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に接続し、第１状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に接近させ、第１状態を設定してもよい。この結果、アンテナ部４００Ａを通じて誘起電圧が発生する。差分回路６２０Ａは、基準電圧と誘起電圧との差異に相当する差分電圧をパターン電極３００Ａに印加する。その後、ステップＳ３８０が実行される。
【0129】
（ステップＳ３８０）ステップＳ３８０において、第１光検出器５０１は、第１状態下での透過光ＴＬの強度を表す第１検出信号ＦＤＳを生成する。第１検出信号ＦＤＳは、第１光検出器５０１から差動増幅装置５３０へ出力される。第２光検出器５０２は、第２状態下での反射光ＲＬの強度を表す第２検出信号ＳＤＳを生成する。第２検出信号ＳＤＳは、第２光検出器５０２から差動増幅装置５３０へ出力される。その後、ステップＳ３９０が実行される。
【0130】
（ステップＳ３９０）ステップＳ３９０において、差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとに対して差分演算処理を行う。差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとの間の差分を増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、差動増幅装置５３０から電圧印加装置６１０Ｃ及び出力ポート５１０へ出力される。
【0131】
増幅信号ＡＳが最大化されるとき、ブラッグ波長は、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長「λｓ」に合致する。すなわち、第１光検出器５０１が検出する透過光ＴＬの強度は最小化される一方で、第２光検出器５０２が検出する反射光ＲＬの強度は最大化される。【0132】
電圧印加装置６１０Ｃは、ステップＳ３３０乃至ステップＳ３６０の処理ループを実行し、ブラッグ波長を、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させる。この結果、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長が「λｓ」であるとき、増幅信号ＡＳは、最大化される。【0133】
第２実施形態に関連して説明された如く、ブラッグ波長は、測定対象物の電界の強度に応じて変化する。したがって、測定対象物の電界の強度は、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差によって表される。出力ポート５１０に接続された外部装置（図示せず：例えば、パーソナルコンピュータ）は、電界の強度と、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差と、の間の関係を表すデータを予め格納してもよい。外部装置は、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差を算出し、算出された差分値を、予め格納されたデータと比較してもよい。この結果、測定対象物の電界は、精度よく測定される。【0134】
電界測定装置１００Ｃは、差動増幅装置５３０を用いて電界を測定するので、電界測定装置１００Ｃは、第２実施形態及び第３実施形態に関連して説明された検出技術の２倍の振幅を有する信号を用いて、電界を測定することができる。したがって、光源１１０から出射される光の雑音は、相対的に低減される。この結果、電界測定装置１００Ｃは、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0135】
ステップＳ３３０乃至ステップＳ３６０の処理ループ内で電界測定素子１２０は、基準を得るための参照用素子として機能する。ステップＳ３８０及びステップＳ３９０において、電界測定素子１２０は、電界を測定するための測定用素子として機能する。したがって、参照用素子と、参照用素子とは別異の測定用素子と、を必要とする従来の電界測定装置よりも、電界測定装置１００Ｃは、小型であり、且つ、簡素である。【0136】
ステップＳ３３０乃至ステップＳ３６０の処理ループは、ブラッグ波長を、様々な温度条件及び様々な湿度条件の下で、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させることを可能にする。したがって、電界測定装置１００Ｃは、様々な環境条件の下で、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0137】
設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定装置１００Ｃを設計することができる。したがって、電界測定装置１００Ｃは、応答性のよい電界測定を行うことができる。加えて、設計者は、電界測定装置１００Ｃに小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0138】
＜第５実施形態＞第４実施形態において、電界測定装置は、差動増幅装置が生成する増幅信号が最大となる電圧を基準電圧として設定する。代替的に、電界測定装置は、差動増幅装置が生成する増幅信号が最小となる電圧を基準電圧として設定してもよい。第５実施形態において、差動増幅装置が生成する増幅信号が最小となる電圧を基準電圧として設定する電界測定装置が説明される。
【0139】
図１１は、図９を参照して説明された電界測定装置１００Ｃの電界測定素子１２０から出射された透過光ＴＬの概略的なスペクトル線図である。図３、図９及び図１１を参照して、電界測定装置１００Ｃの動作が説明される。【0140】
図１１に示される記号「λｓ」は、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長を表す。電圧印加装置６１０Ｃは、電界測定素子１２０から出射される透過光ＴＬの強度を、電界測定素子１２０から出射される反射光ＲＬの強度に略一致させる電圧を基準電圧として設定する。すなわち、電圧印加装置６１０Ｃは、差動増幅装置５３０が生成する増幅信号ＡＳを最小化する電圧を基準電圧として設定する。【0141】
電圧印加装置６１０Ｃは、差分回路６２０Ａを通じて、パターン電極３００Ａに基準電圧を印加する。使用者が、アンテナ部４００Ａを用いて、第１状態を設定すると、電界は、コア層２１０に結合する。この結果、図１１の点線によって表されるように、電界測定素子１２０から出射される透過光ＴＬ及び反射光ＲＬの強度はそれぞれ変化する。透過光ＴＬ及び反射光ＲＬの強度の変化に応じて、差動増幅装置５３０から出力される増幅信号ＡＳも変化する。【0143】
（ステップＳ４１０）ステップＳ４１０において、電界測定装置１００Ｃを使用する使用者は、測定対象物の電界がコア層２１０から切り離された第２状態を設定する。このとき、差分回路６２０Ａの端子は、グランドに接続されている。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に切り離し、第２状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に離間させ、第２状態を設定してもよい。その後、ステップＳ４２０が実行される。
【0144】
（ステップＳ４２０）ステップＳ４２０において、電圧印加装置６１０Ｃは、差分回路６２０Ａを通じて、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。光源１１０は、入射光ＩＬを生成する。入射光ＩＬは、コア層２１０に沿って伝搬する。電圧印加装置６１０Ｃからパターン電極３００Ａの電圧印加によって、コア層２１０に周期的な屈折率分布が生ずる。コア層２１０に沿って伝搬する光が、ブラッグの回折条件を満たすならば、コア層２１０に沿って伝搬する光は、反射光ＲＬとして第１端面２１１から光サーキュレータ５２０を通じて第２光検出器５０２へ出射される。他の場合には、コア層２１０に沿って伝搬する光は、透過光ＴＬとして第２端面２１２から第１光検出器５０１に向けて出射される。その後、ステップＳ４３０が実行される。
【0145】
（ステップＳ４３０）ステップＳ４３０において、第１光検出器５０１は、透過光ＴＬの強度を表す第１検出信号ＦＤＳを生成する。第１検出信号ＦＤＳは、第１光検出器５０１から差動増幅装置５３０へ出力される。第２光検出器５０２は、反射光ＲＬの強度を表す第２検出信号ＳＤＳを生成する。第２検出信号ＳＤＳは、第２光検出器５０２から差動増幅装置５３０へ出力される。その後、ステップＳ４４０が実行される。
【0146】
（ステップＳ４４０）ステップＳ４４０において、差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとに対して差分演算処理を行う。差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとの間の差分を増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、差動増幅装置５３０から電圧印加装置６１０Ｃ及び出力ポート５１０へ出力される。その後、ステップＳ４５０が実行される。
【0147】
（ステップＳ４５０）ステップＳ４５０において、電圧印加装置６１０Ｃは、増幅信号ＡＳを参照し、増幅信号ＡＳが最小であるか否かを判定する。電圧印加装置６１０Ｃが、増幅信号ＡＳが最小でないと判断するならば、ステップＳ４６０が実行される。他の場合には、ステップＳ４７０が実行される。
【0148】
（ステップＳ４６０）ステップＳ４６０において、電圧印加装置６１０Ｃは、電圧値を変更し、パターン電極３００Ａに電圧を印加する。ステップＳ４３０乃至ステップＳ４６０の処理ループは、電圧印加装置６１０Ｃが、増幅信号ＡＳが最小であると判定するまで繰り返される。
【0149】
（ステップＳ４７０）ステップＳ４７０において、電圧印加装置６１０Ｃは、増幅信号ＡＳが最小となる電圧を、基準電圧として、差分回路６２０Ａに出力する。使用者は、測定対象物の電界をコア層２１０に結合させる第１状態を設定する。使用者は、アンテナ部４００Ａを、差分回路６２０Ａから回路的に接続し、第１状態を設定してもよい。代替的に、使用者は、アンテナ部４００Ａを、測定対象物から十分に接近させ、第１状態を設定してもよい。この結果、アンテナ部４００Ａを通じて誘起電圧が発生する。差分回路６２０Ａは、基準電圧と誘起電圧との差異に相当する差分電圧をパターン電極３００Ａに印加する。その後、ステップＳ４８０が実行される。
【0150】
（ステップＳ４８０）ステップＳ４８０において、第１光検出器５０１は、第１状態下での透過光ＴＬの強度を表す第１検出信号ＦＤＳを生成する。第１検出信号ＦＤＳは、第１光検出器５０１から差動増幅装置５３０へ出力される。第２光検出器５０２は、第２状態下での反射光ＲＬの強度を表す第２検出信号ＳＤＳを生成する。第２検出信号ＳＤＳは、第２光検出器５０２から差動増幅装置５３０へ出力される。その後、ステップＳ４９０が実行される。
【0151】
（ステップＳ４９０）ステップＳ４９０において、差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとに対して差分演算処理を行う。差動増幅装置５３０は、第１検出信号ＦＤＳと第２検出信号ＳＤＳとの間の差分を増幅し、増幅信号ＡＳを生成する。増幅信号ＡＳは、差動増幅装置５３０から電圧印加装置６１０Ｃ及び出力ポート５１０へ出力される。
【0152】
図１１を参照して説明された如く、ブラッグ波長は、測定対象物の電界の強度に応じて変化する。したがって、測定対象物の電界の強度は、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差によって表される。出力ポート５１０に接続された外部装置（図示せず：例えば、パーソナルコンピュータ）は、電界の強度と、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差と、の間の関係を表すデータを予め格納してもよい。外部装置は、第１状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳと第２状態下で差動増幅装置５３０が生成した増幅信号ＡＳとの差を算出し、算出された差分値を、予め格納されたデータと比較してもよい。この結果、測定対象物の電界は、精度よく測定される。【0153】
透過光ＴＬの強度が、反射光ＲＬの強度に合致するとき、透過光ＴＬ及び反射光ＲＳの強度の変化率は最大化される。電圧印加装置６１０Ｃは、透過光ＴＬ及び反射光ＲＳの強度の変化率を最大化する電圧を基準電圧として設定するので、電界測定装置１００Ｃは、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0154】
ステップＳ４３０乃至ステップＳ４６０の処理ループ内で電界測定素子１２０は、基準を得るための参照用素子として機能する。ステップＳ４８０及びステップＳ４９０において、電界測定素子１２０は、電界を測定するための測定用素子として機能する。したがって、参照用素子と、参照用素子とは別異の測定用素子と、を必要とする従来の電界測定装置よりも、電界測定装置１００Ｃは、小型であり、且つ、簡素である。【0155】
ステップＳ４３０乃至ステップＳ４６０の処理ループは、ブラッグ波長を、様々な温度条件及び様々な湿度条件の下で、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に合致させることを可能にする。したがって、電界測定装置１００Ｃは、様々な環境条件の下で、測定対象物の電界を精度よく測定することができる。【0156】
設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定装置１００Ｃを設計することができる。したがって、電界測定装置１００Ｃは、応答性のよい電界測定を行うことができる。加えて、設計者は、電界測定装置１００Ｃに小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0157】
＜第６実施形態＞第２実施形態乃至第５実施形態において、電界測定装置は、櫛形のパターン電極を用いて、周期的な屈折率分布を生じさせる。代替的に、電界測定装置は、周期的な屈折率分布を生じさせる他のパターン電極を有してもよい。第６実施形態において、周期的な屈折率分布を生じさせる開口パターンが形成されたパターン電極が説明される。第６実施形態のパターン電極は、第２実施形態乃至第５実施形態に関連して説明されたパターン電極に代えて利用可能である。
【0158】
図１３は、電界測定素子１２０Ｄの概略的な斜視図である。図１３を参照して、電界測定素子１２０Ｄが説明される。第２実施形態及び第６実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0159】
第２実施形態と同様に、電界測定素子１２０Ｄは、基板１３０と、光導波路２００Ａと、を備える。第２実施形態の説明は、これらの要素に対して援用される。【0160】
電界測定素子１２０Ｄは、パターン電極３００Ｄを含む。パターン電極３００Ｄは、光導波路２００Ａ上に形成される。【0161】
パターン電極３００Ｄは、矩形状の接続領域３１０を含む。第２実施形態の説明は、接続領域３１０に対して援用される。【0162】
パターン電極３００Ｄは、主領域３２８と中間領域３３０Ｄとを含む。中間領域３３０Ｄは、主領域３２８と接続領域３１０とを繋ぐ。主領域３２８には、複数の円形の開口部３２９が形成される。複数の開口部３２９は、光の伝搬経路に沿って繰り返す複数の三角形状の格子パターンＴＬＰを形成する。本実施形態において、電極層は、主領域３２８によって例示される。【0163】
測定対象物の電界が金属板４１０に印加されると、パターン電極３００Ｄに誘起電圧が生ずる。この結果、パターン電極３００Ｄが形成された光導波路２００Ａの面に対して略直交する電界がパターン電極３００Ｄと基板１３０との間で生ずる。【0164】
この結果、光導波路２００Ａのコア層２１０に、主領域３２８の形状に対応する屈折率分布が生ずる。すなわち、高い屈折率が、開口部３２９が形成された領域に生ずる一方で、低い屈折率は、他の領域に生ずる。パターン電極３００Ｄによって引き起こされた屈折率分布は、フォトニック結晶による反射鏡として機能する。したがって、コア層２１０に沿って伝搬する光の少なくとも一部は反射される。屈折率分布は、電界の強さに応じて変化するので、コア層２１０から出射される反射光及び透過光の割合は、電界の強さに依存する。【0165】
電界の印加下で生ずる屈折率の周期的な変動振幅が一定であるならば、屈折率分布の存在下で反射する光の波長は、開口部３２９の大きさ及び格子パターンＴＬＰの形成周期に依存する。したがって、開口部３２９の大きさ及び格子パターンＴＬＰの形成周期は、コア層２１０に沿って伝搬する光の波長に適合するように決定されてもよい。【0166】
上述の如く、コア層２１０の反射率及び透過率は、コア層２１０に結合される測定対象物の電界の大きさによって変化される。したがって、コア層２１０から出射される反射光及び透過光のうち少なくとも一方の強度が測定されるならば、測定対象物の電界は、精度よく測定される。したがって、本実施形態の原理は、コア層２１０に用いられる電気光学結晶に高い精度の加工を要求しない。したがって、設計者は、電界測定装置に小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0167】
本実施形態において、三角形状の格子パターンＴＬＰを形成する複数の開口部３２９が利用される。代替的に、コア層２１０に周期的な屈折率分布を与えることができる他の開口パターンが用いられてもよい。本実施形態の原理は、特定の開口パターンに限定されない。【0168】
第２実施形態乃至第５実施形態と同様に、電界測定素子１２０Ｄは、基準を得るための参照用素子及び電界を測定するための測定用素子として機能することができる。したがって、電界測定素子１２０Ｄが組み込まれた電界測定装置は、小型であり、且つ、簡素である。【0169】
第２実施形態乃至第５実施形態と同様に、設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定素子１２０Ｄが組み込まれた電界測定装置を設計することができる。したがって、電界測定装置は、応答性のよい電界測定を行うことができる。【0170】
＜第７実施形態＞第２実施形態乃至第６実施形態において、電界測定素子の基板は、グランド電極として機能する。したがって、第２実施形態乃至第６実施形態において、基板は、導電性材料を用いて形成される。しかしながら、基板は、非導電性であってもよい。第７実施形態において、非導電性の基板を用いて形成される電界測定素子が説明される。第７実施形態の電界測定素子は、第２実施形態乃至第５実施形態に関連して説明された電界測定素子に代えて利用可能である。
【0171】
図１４は、電界測定素子１２０Ｅの概略的な斜視図である。図１４を参照して、電界測定素子１２０Ｅが説明される。第２実施形態及び第７実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第２実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第２実施形態の説明は、これらの要素に援用される。【0172】
第２実施形態と同様に、電界測定素子１２０Ｅは、光導波路２００Ａを備える。第２実施形態の説明は、光導波路２００Ａに対して援用される。【0173】
電界測定素子１２０Ｅは、基板１３０Ｅと、第１パターン電極３０１と、第２パターン電極３０２と、を含む。基板１３０Ｅは、光導波路２００Ａを支持する。第１パターン電極３０１及び第２パターン電極３０２は、光導波路２００Ａ上に形成される。【0174】
第２実施形態のパターン電極と同様に、第１パターン電極３０１は、矩形状の接続領域３１０と、略Ｔ字型の中間領域３３０と、を含む。第２実施形態のパターン電極に関する説明は、これらの要素に援用される。【0175】
第１パターン電極３０１は、複数の帯状領域３４１〜３４４を更に含む。複数の帯状領域３４１〜３４４それぞれは、中間領域３３０から、コア層２１０を横切り、クラッド層２２１へ向けて延びる。複数の帯状領域３４１〜３４４は、互いに離間し、光の伝搬方向に略等間隔に整列される。【0176】
第２パターン電極３０２は、矩形状の接続領域３５０と、略Ｔ字型の中間領域３６０と、複数の帯状領域３７１〜３７４と、を含む。接続領域３５０は、グランドに接続される。したがって、第２パターン電極３０２は、第１パターン電極３０１に対して、グランド電極として機能することができる。グランドとして、基板１３０Ｅよりも大きな金属が用いられてもよい。この結果、電界は、第１パターン電極３０１から光導波路２００Ａに良好に結合される。尚、第２パターン電極３０２とグランドとの接続は、必ずしも必要とされない。本実施形態の原理は、第２パターン電極３０２がグランドに接続されるか否かによっては何ら限定されない。【0177】
中間領域３６０は、接続領域３５０と、複数の帯状領域３７１〜３７４と、を接続する。複数の帯状領域３７１〜３７４それぞれは、中間領域３６０から、コア層２１０を横切り、クラッド層２２２へ向けて延びる。複数の帯状領域３７１〜３７４は、互いに離間し、光の伝搬方向に略等間隔に整列される。【0178】
第２パターン電極３０２の帯状領域３７１は、第１パターン電極３０１の帯状領域３４１，３４２の間に配置される。第１パターン電極３０１の帯状領域３７４は、第２パターン電極３０２の帯状領域３７３，３７４の間に配置される。【0179】
第２パターン電極３０２の帯状領域３７２は、第１パターン電極３０１の帯状領域３４２，３４３の間に配置される。第２パターン電極３０２の帯状領域３７３は、第１パターン電極３０１の帯状領域３４３，３４４の間に配置される。【0180】
上述の如く、第２パターン電極３０２は、グランド電極として機能するので、基板１３０Ｅは、導電性でなくともよい。したがって、基板１３０Ｅとして、以下の材料が利用されてもよい。・Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＡｌドープＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＲｕＯ２、ＢａＰｂＯ２、ＳｒＲｕＯ２、Ｍｇ２ＴｉＯ４、ＭｇＴｉ２Ｏ４といった酸化物
・Ｓｉ、Ｇｅ、ダイヤモンドといった単体半導体
・ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＡｓといったＩＩＩ−Ｖ系の化合物半導体
・ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣａＳｅといったＩＩ−ＶＩ系の化合物半導体
・Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ａｇといった金属
・ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３：但し、ｘは、０＜ｘ＜１）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）といった電気光学効果を有する電気光学結晶
【0181】
使用者が、アンテナ部４００Ａの金属板４１０を測定対象物に近づけると、測定対象物の電界は、金属板４１０に印加される。この結果、アンテナ部４００Ａに接続された第１パターン電極３０１に誘起電圧が生ずる。この結果、光の伝搬方向に沿う方向の電界が、第１パターン電極３０１と第２パターン電極３０２との間に発生する。【0182】
コア層２１０内での電界の発生の結果、第１パターン電極３０１及び第２パターン電極３０２に形状に対応する周期的な屈折率分布がコア層２１０に生ずる。すなわち、第１パターン電極３０１及び第２パターン電極３０２がともに存在しない領域において、高い屈折率が得られる一方で、第１パターン電極３０１又は第２パターン電極３０２が存在する領域において、低い屈折率が得られる。高い屈折率の領域及び低い屈折率の領域は、光の伝搬方向に沿って交互に整列する。【0183】
屈折率の周期的な分布は、ブラッグ反射鏡として機能する。したがって、光導波路２００Ａ内で伝搬する光の一部は、反射光として、光導波路２００Ａの第１端面２１１から出射される。屈折率の周期的な分布によって反射される光の波長は、ブラッグ波長によって決定される。電界の印加下で生ずる屈折率の周期的な変動振幅が一定であるならば、ブラッグ波長は、グレーティング周期と呼ばれる周期（すなわち、パターン電極３００Ａの構造周期）に依存する。したがって、設計者は、光導波路２００Ａに沿って伝搬する光の波長にブラック波長が略等しくなるように、帯状領域３４１〜３４４，３７１〜３７４の整列周期を決定すればよい。【0184】
上述の如く、コア層２１０の反射率及び透過率は、コア層２１０に結合される測定対象物の電界の大きさによって変化される。したがって、コア層２１０から出射される反射光及び透過光のうち少なくとも一方の強度が測定されるならば、測定対象物の電界は、精度よく測定される。したがって、本実施形態の原理は、コア層２１０に用いられる電気光学結晶に高い精度の加工を要求しない。したがって、設計者は、電界測定装置に小型且つ製造容易な構造を与えることができる。【0185】
本実施形態において、一対の櫛型電極（第１パターン電極３０１及び第２パターン電極３０２）が利用される。代替的に、コア層２１０に周期的な屈折率分布を与えることができる他の形状の電極が用いられてもよい。本実施形態の原理は、特定の電極形状に限定されない。【0186】
第２実施形態乃至第５実施形態と同様に、電界測定素子１２０Ｅは、基準を得るための参照用素子及び電界を測定するための測定用素子として機能することができる。したがって、電界測定素子１２０Ｅが組み込まれた電界測定装置は、小型であり、且つ、簡素である。【0187】
第２実施形態乃至第５実施形態と同様に、設計者は、分光素子を用いることなく、電界測定素子１２０Ｅが組み込まれた電界測定装置を設計することができる。したがって、電界測定装置は、応答性のよい電界測定を行うことができる。【0188】
上述の様々な実施形態の原理は、電界測定装置の用途に応じて、適切に組み合わされてもよい。【0189】
上述の様々な実施形態に関連して説明された例示的な電界測定装置に関する技術は、以下の特徴を主に備える。【0190】
上述の実施形態の一の局面に係る電界測定装置は、測定対象物の電界を測定する。電界測定装置は、伝送光を伝送する光導波路と、前記光導波路の光学特性に周期的な変動を与えるように形成された電極部と、前記電界を前記光導波路に結合させる第１状態と、前記電界が前記光導波路から切り離された第２状態と、を設定するアンテナ部と、前記光導波路から出射された出射光の光強度を検出する検出部と、前記電極部に電圧を印加し、前記周期的な変動を与える印加部と、を備える。前記印加部は、前記第２状態下における前記光強度に応じて、基準電圧を設定する設定部と、前記第１状態下において前記電極部に生じた誘起電圧と前記基準電圧との差に応じた電圧を出力する出力部と、を含む。【0191】
上記構成によれば、設定部は、電界が光導波路から切り離された第２状態下における光強度に応じて、基準電圧を設定するので、基準電圧の大きさは、電界が測定される環境に対応する。出力部は、電界を光導波路に結合させる第１状態下において電極部に生じた誘起電圧と基準電圧との差に応じた電圧を出力するので、電界測定装置は、環境変化の下においても、電界を精度良く検出することができる。【0192】
上記構成において、前記電極部は、前記光学特性の前記周期的な変動として、前記光導波路の屈折率の周期的な変動を生じさせてもよい。【0193】
上記構成によれば、電極部は、光学特性の周期的な変動として、光導波路の屈折率の周期的な変動を生じさせるので、電界測定装置は、環境変化の下においても、電界を精度良く検出することができる。【0194】
上記構成において、前記出射光は、前記光導波路を透過した透過光及び前記光導波路内で反射された反射光のうち少なくとも一方を含んでもよい。【0195】
上記構成によれば、出射光は、光導波路を透過した透過光及び光導波路内で反射された反射光のうち少なくとも一方を含むので、電界測定装置は、透過光及び反射光のうち少なくとも一方から電界を精度良く検出することができる。【0196】
上記構成において、前記電極部は、前記アンテナ部と前記光導波路との間に配置されてもよい。【0197】
上記構成によれば、電極部は、アンテナ部と光導波路との間に配置されるので、電界測定装置は、第１状態下において、電界を、光導波路に適切に結合させることができる。したがって、電界測定装置は、電界を精度良く検出することができる。【0198】
上記構成において、前記光導波路は、電気光学結晶から形成されてもよい。【0199】
上記構成によれば、光導波路は、電気光学結晶から形成されるので、電界測定装置は、高速で応答することができる。【0200】
上記構成において、前記電気光学結晶の組成は、ＫＴａｉ−ｘＮｂｘＯ３（但し、ｘは、０＜ｘ＜１である）であってもよい。【0201】
上記構成によれば、電気光学結晶の組成は、ＫＴａｉ−ｘＮｂｘＯ３（但し、ｘは、０＜ｘ＜１である）であるので、電界測定装置は、高感度に応答することができる。【0202】
上記構成において、前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率は、極大化されてもよい。【0203】
上記構成によれば、基準電圧は、適切に設定される。【0204】
上記構成において、前記検出部は、前記透過光の強度を第１電気信号に変換する第１光検出部と、前記反射光の強度を第２電気信号に変換する第２光検出部と、前記第１電気信号と前記第２電気信号との差を増幅し、増幅信号を生成する増幅部と、を含んでもよい。前記設定部は、前記増幅信号に応じて前記基準電圧を設定してもよい。【0205】
上記構成によれば、基準電圧は、適切に設定される。【0206】
上記構成において、前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率の変化は、極大化されてもよい。【0207】
上記構成によれば、基準電圧は、適切に設定される。【0208】
上記構成において、前記第２状態下において前記基準電圧が前記光導波路に印加されると、前記光導波路の反射率と前記光導波路の透過率との間の差異は極小化されてもよい。【0209】
上記構成によれば、基準電圧は、適切に設定される。【0210】
上記構成において、前記電極部は、前記伝送光が伝送される伝送方向に交差する方向に延設された第１電極と、前記第１電極から前記伝送方向に離間した第２電極と、を含んでもよい。【0211】
上記構成によれば、電極部は、伝送光が伝送される伝送方向に交差する方向に延設された第１電極と、第１電極から前記伝送方向に離間した第２電極と、を含むので、電極部は、光導波路の光学特性に周期的な変動を与えることができる。【0212】
上記構成において、前記電極部は、前記第２電極から前記伝送方向に離間した第３電極を含んでもよい。前記第２電極は、前記第１電極と前記第３電極との間の中間位置に配置されてもよい。【0213】
上記構成によれば、第２電極は、第１電極と第３電極との間の中間位置に配置されるので、電極部は、光導波路の光学特性に周期的な変動を与えることができる。【0214】
上記構成において、前記電極部は、前記伝送光が伝送される伝送方向に周期的に繰り返される開口パターンが形成された電極層を含んでもよい。【0215】
上記構成によれば、電極部は、伝送光が伝送される伝送方向に周期的に繰り返される開口パターンが形成された電極層を含むので、電極部は、光導波路の光学特性に周期的な変動を与えることができる。【0216】
上記構成において、電界測定装置は、前記光導波路に入射する入射光を出射し、前記伝送光を生成する光源部を更に備えてもよい。前記光源部は、発光ダイオード及びレーザ光源のうち少なくとも一方を含んでもよい。【0217】
上記構成によれば、光源部は、発光ダイオード及びレーザ光源のうち少なくとも一方を含むので、電界測定装置は、環境変化の下においても、電界を精度良く検出することができる。【産業上の利用可能性】
【0218】
上述の実施形態の原理は、電界を測定することを必要とする様々な装置に適用可能である。例えば、設計者は、上述の実施形態の原理に基づいて、ウェアラブルコンピュータ間のデータ通信を行う人体通信装置を設計することができる。他の設計者は、上述の実施形態の原理に基づいて、電界検知型の脳波計を設計することができる。