特開 2024-86303 光電界センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024086303

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】光電界センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/08 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

G01R29/08 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022201366

(22)【出願日】2022-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(71)【出願人】

【識別番号】000147350

【氏名又は名称】株式会社精工技研

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 敏博

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 美紀子

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雄三

(72)【発明者】

【氏名】多喜川 良

(72)【発明者】

【氏名】鬼澤 正俊

(57)【要約】

【課題】光電界センサを含む装置の高感度と小型化とを両立させること。
【解決手段】入力用光ファイバ１４と出力用光ファイバ１６が、光電界センサ１２の一方の端面２０ａに互いに隣接して設けられている。反射ミラー１８が、光電界センサ１２の他方の端面２０ｂに設けられている。入力用光ファイバ１４から光電界センサ１２の光導波路２２に光が入力され、入力光は光導波路２２を通って反射ミラー１８によって反射される。反射された光は、光導波路２２を通って出力用光ファイバ１６へ伝送される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光導波路を含む光電界センサと、
前記光電界センサの一方の端面に設けられて、前記光導波路に入力光を入力する入力用光ファイバと、
前記一方の端面にて前記入力用光ファイバに隣接して設けられて、前記光導波路から出力される出力光を伝送する出力用光ファイバと、
前記光電界センサにおいて前記一方の端面に対向する端面に設けられた反射ミラーであって、前記入力用光ファイバから前記光導波路に入力された入力光を反射して出力光として前記出力用光ファイバから出力させる反射ミラーと、
を有することを特徴とする光電界センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光電界センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された光電界センサには電波吸収体が設けられている。電波吸収体は、光変調器の基板の裏面側から到達する電磁波を吸収する。これにより、計測対象の電波の伝搬方向が分離される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９６２０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術に係る光電界センサとして、１本の光ファイバを用いる光電界センサが知られている。当該光電界センサでは、１本の光ファイバによって光の入力と出力とを担っているため、計測用の出力光を検出するためには、入力光と出力光とを分離する機構が必要となる。しかし、当該機構があることで、低周波域における光の干渉によるノイズが増大し、強度が小さい電磁界に対する検出感度が低下する問題がある。図４を参照して、従来技術に係る光電界センサのノイズレベルについて説明する。図４中の「反射型」は、上述した１本の光ファイバを用いた光電界センサの出力を示しており、「透過型」は、以下に説明する２本の光ファイバを用いた光電界センサの出力を示している。「反射型」では、「透過型」と比べて、特に低周波帯域でノイズが増加しており、検出感度が低下することがわかる。

【0005】

上記の問題に対処するために、２本の光ファイバを用いることが考えられる。この構成では、入力用光ファイバが光電界センサの一方の端面に設けられ、出力用光ファイバが、当該一方の端面に対向する端面に設けられる。この構成によれば、分離機構を設ける必要がないが、２本の光ファイバを互いに対向して配置するため、装置全体が大型になるという問題がある。この構成にて装置全体を小型にするためには、２本の光ファイバを折り曲げる必要があるが、光ファイバは折り曲げに弱く、曲率を大きくする必要があるため、装置の小型化は難しい。

【0006】

本開示の目的は、光電界センサの高感度と小型化とを両立させることになる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の１つの態様は、光導波路を含む光電界センサと、前記光電界センサの一方の端面に設けられて、前記光導波路に入力光を入力する入力用光ファイバと、前記一方の端面にて前記入力用光ファイバに隣接して設けられて、前記光導波路から出力される出力光を伝送する出力用光ファイバと、前記光電界センサにおいて前記一方の端面に対向する端面に設けられた反射ミラーであって、前記入力用光ファイバから前記光導波路に入力された入力光を反射して出力光として前記出力用光ファイバから出力させる反射ミラーと、を有することを特徴とする光電界センサ装置である。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、光電界センサの高感度と小型化とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る光電界センサ装置を含むシステムの構成を示す図である。

【図2】実施形態に係る光導波路の断面図である。

【図3】実施形態に係る光電界センサのノイズレベルを示す図である。

【図4】従来技術に係る光電界センサの出力を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１には、実施形態に係る光電界センサ装置１０を含むシステムの構成が示されている。光電界センサ装置１０は、光電界センサ１２と、入力用光ファイバ１４と、出力用光ファイバ１６と、反射ミラー１８とを含む。光電界センサ１２は、光変調器基板２０と、光導波路２２と、電極２４と、コネクタ２６，２８と、を含む。

【0011】

光変調器基板２０は、電気光学効果を有する材料（例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３））によって構成され、電極２４によって印加される電圧によって、光変調器基板２０の内部を通る光の位相変調を行う。

【0012】

光導波路２２は、光変調器基板２０内で光の閉じ込めと伝送を行う。光導波路２２は、例えば、チタン（Ｔｉ）拡散によって形成される。光の閉じ込めは、光変調器基板２０を構成する材料の屈折率と光導波路２２を構成する材料と屈折率との差によって実現される。

【0013】

具体的には、光導波路２２は、１本の直線伝送部２２ａと、直線伝送部２２ａから分岐する２本の分岐伝送部２２ｂ，２２ｃと、光を反射ミラー１８に導く入射部２２ｄと、反射ミラー１８から出力側へ光を導く伝送部２２ｅと、によって構成されている。図２には、光導波路２２の断面が示されている。

【0014】

電極２４は、光変調器基板２０上において分岐伝送部２２ｂを間にして形成され、計測対象の電界に起因する電圧を、光導波路２２内を通る光に印加する。例えば、スパッタリングされたクロム（Ｃｒ）上に金（Ａｕ）をめっきすることで、電極２４が形成される。

【0015】

コネクタ２６，２８は、光変調器基板２０の一方の端面２０ａに互いに隣接して設けられ、光導波路２２と光ファイバとを接続する。具体的には、コネクタ２６は、入力用光ファイバ１４と直線伝送部２２ａに接続される。コネクタ２８は、コネクタ２６に隣接して設けられ、出力用光ファイバ１６と伝送部２２ｅに接続される。

【0016】

入力用光ファイバ１４は、後述する光源３２から出力された光を伝送し、コネクタ２６を介して光導波路２２に入力する。出力用光ファイバ１６は、光電界センサ１２から出力された光を、後述する検出器３６へ伝送する。コネクタ２６，２８が、端面２０ａにて互いに隣接して設けられているため、入力用光ファイバ１４と出力用光ファイバ１６は、端面２０ａにて互いに隣接して設けられる。

【0017】

反射ミラー１８は、光変調器基板２０の他方の端面２０ｂ（端面２０ａに対向する端面）に設けられている。後述するように、反射ミラー１８は、入力用光ファイバ１４から光導波路２２に入力された入力光を反射して出力光として出力用光ファイバ１６から出力させる。

【0018】

入力用光ファイバ１４と出力用光ファイバ１６は、コントローラ３０に接続される。コントローラ３０は、光源３２と、電源３４，３８と、検出器３６とを含み、光を送受信する。

【0019】

光源３２は、入力用光ファイバ１４に接続され、光電界センサ１２に光を出力する。電源３４は、光源３２に電力を供給する。検出器３６は、出力用光ファイバ１６に接続され、光電界センサ１２から出力された光を検出する。電源３８は、検出器３６に電力を供給する。

【0020】

計測器４０が検出器３６に接続されている。計測器４０は、スペクトルアナライザやオシロスコープ等であり、検出器３６の検出結果を受けて計測を行う。

【0021】

以下、実施形態に係るシステムの動作について説明する。

【0022】

光源３２から出力された光は、入力用光ファイバ１４によって伝送され、コネクタ２６を介して光電界センサ１２に入力される。具体的には、光源３２からの光は、光導波路２２の直線伝送部２２ａに入力される。

【0023】

直線伝送部２２ａに入力された入力光は、直線伝送部２２ａを通って分岐伝送部２２ｂ，２２ｃへ分岐される。分岐伝送部２２ｂを通る光の位相が、電極２４の電圧印加による電気光学効果によって変調される。

【0024】

分岐伝送部２２ｂ，２２ｃのそれぞれを通る光は、再び１本の入射部２２ｄに入力され、入射部２２ｄを通って端面２０ｂに達し、反射ミラー１８によって、入力光の進行方向とは反対の方向に反射される。つまり、入力光は、反射ミラー１８によって、端面２０ａに向かう方向に折り返される。

【0025】

反射ミラー１８によって折り返された光は、伝送部２２ｅを通ってコネクタ２８を介して出力用光ファイバ１６に伝送される。光電界センサ１２からの出力光は、出力用光ファイバ１６を通って検出器３６に伝送されて、検出器３６によって検出される。検出器３６の検出結果は計測器４０に出力され、計測器４０によって計測が行われる。

【0026】

図３には、計測器４０の計測結果が示されている。図３は、光電界センサ１２のノイズレベルを示すグラフである。横軸は周波数を示しており、縦軸は光電界センサ１２の出力値を示している。ここでは、計測器４０としてスペクトルアナライザが用いられている。１本の光ファイバを用いる従来技術に係る光電界センサでは、低周波域における光の干渉によるノイズが増大するが、本実施形態では、そのようなノイズの増大は見られず、検出感度の低下を防止できることが分かる。

【0027】

本実施形態によれば、入力用光ファイバ１４と出力用光ファイバ１６が同じ端面２０ａに互いに隣接して設けられているため、入力光と出力光とを分離する機構を設ける必要がない。それ故、その機構に起因するノイズの増大を抑制し、検出感度の低下を抑制することができる。

【0028】

また、端面２０ｂに反射ミラー１８を設けて光を折り返すことで、出力光を、入力光が入力する端面２０ａへ伝送させることができる。これにより、２本の光ファイバを同じ端面２０ａに配置することができるため、光電界センサ装置１０を小型化することができる。

【0029】

以上のように、本実施形態によれば、光電界センサ装置１０の高感度と小型化とを両立させることができる。

【0030】

小型化が可能となるため、例えば、自動車の内部のようなセンサの取り回しが難しい場所に光電界センサ１２を配置し、電磁ノイズを検知することができる。また、電磁ノイズによる電子部品の誤作動に伴う不具合が発生する場面においても、光電界センサ１２の搭載の自由度を活かして、様々な位置での計測が可能となる。その結果、早期の原因特定や根本的対策を実現することができる。

【符号の説明】

【0031】

１０ 光電界センサ装置、１２ 光電界センサ、１４ 入力用光ファイバ、１６ 出力用光ファイバ、１８ 反射ミラー、２２ 光導波路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】