JPH04332878A - 電磁界強度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁界強度測定装置、特
に光学的に電磁界の強さを測定する電磁界強度測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、電磁波は、各種の分野に
於て幅広く用いられており、特に今日のような情報化時
代では、放送や通信のための情報伝達媒体としてますま
すその重要性を増している。また、これ以外の分野でも
、半導体製造装置やプラズマ加熱などのエネルギー媒体
として電磁波の応用範囲は広がりつつある。従って、こ
れらの技術の向上のために、使用する電磁界の様子を正
確に把握することが必要とされる。また、これとは逆に
、電磁波によって引き起こされる各種電子機器の機能障
害に関する問題も増えてきている。このことから、ＥＭ
Ｉと略称される電磁波障害対策を行なう上でも、電磁界
の様子を正確に把握することが必要となる。

【０００３】従って、従来より各種の電磁界強度測定装
置の開発実用化が進められている。このような従来装置
は、センサを電磁界測定場に設置し、その電磁界強度を
測定するように構成されている。このため、前記センサ
は、電磁界測定場に設置された場合、測定電磁界そのも
のを乱すことのないよう形成される必要があり、しかも
狭い空間内においても電磁界を測定できるよう、小さく
形成されることが望ましい。

【０００４】しかし、従来の電磁界強度測定装置は、こ
のような条件を満足するセンサを備えておらず、特に小
さなセンサを用い、低周波の電磁界強度、とりわけ商用
電源周波数の電磁界を正確に測定することができないと
いう問題があった。

【０００５】例えば、従来の電磁界強度測定装置の一つ
として、何らかのプローブアンテナをセンサーとして電
磁界中に設置し、それによって得られた電気信号を金属
導体のケーブルを介して、被測定電界の外部に設置され
た検出回路まで伝送するものがある。

【０００６】しかし、金属ケーブルを使用すると、セン
サーとして用いられるプローブアンテナの自由な移動や
設置が妨げられるだけでなく、被測定電界そのものも乱
されてしまい、正確な測定を行うことが出来ないという
問題がある。

【０００７】このような問題を解決した従来装置として
、ＬｉＮｂＯ３　等の電気光学結晶を用いた電磁界強度
測定装置がある。

【０００８】図８には、この電磁界強度測定装置の一例
が示されている。この従来装置は、電磁界の測定場１０
０に設置されるセンサ部１０と、この測定場１００の外
に設置される光源１２及び光検出器１４とを含み、セン
サ部１０と光源１２および光検出器１４は、それぞれ測
定光入力用光ファイバ１６及び測定光出力用光ファイバ
１８を介して光学的に接続されている。

【０００９】前記センサ部１０は、偏光子２０，電気光
学結晶２２，検光子２４，プローブアンテナ２６ａ，２
６ｂ及び電気光学結晶２２の側面に相対向するように設
けられた一対の電極２８ａ，２８ｂを含む。ここで、電
極２８ａ，２８ｂは、アンテナ２６ａ，２６ｂとそれぞ
れ接続されている。

【００１０】この従来装置を用いて電磁界を測定する場
合には、光ファイバ１６を介し光源１２からセンサ部１
０へ向け測定光を出力する。

【００１１】センサ部１０の主要部を構成する電気光学
結晶２２は、同図に示すようＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿って
カットされ、光源１２からの測定光が、偏光子２０によ
ってＹ軸に対し４５°傾けた直線偏波の光波としてＸ軸
方向へ伝搬されるよう形成されている。従って、偏光子
２０を介し電気光学結晶２２に入射した光波は、常光（
Ｙ軸）、異常光（Ｚ軸）の成分に分解され、各々独立に
伝搬されることになる。

【００１２】このとき、アンテナ２６ａ，２６ｂによっ
て検出された電磁界は電極２８ａ，２８ｂ間に電位差と
して印加され、この電位差により誘起される結晶２２の
電気光学効果により異常光に対する屈折率が変化する。 これにより、この電気光学結晶２２を通過した２成分の
光波、即ち常光と異常光の光波に位相差が生じることに
なる。この位相差を、前記偏光子２０と直交するように
配置された検光子２４を用いて検出する。即ち、位相差
がなければ、初期の直線偏光のままであり、検光子２４
を通過する光量はゼロである。しかし、電磁界により位
相差が生じると、光波は、楕円偏光となり、検光子２４
を通過する成分が生ずる。検光子２４を通過する光量は
、印加された電位差によって決まるため、検光子２４を
通過した光量を光ファイバ１８を介して光検出器１４へ
導き、その光量を測定することにより、電気光学結晶２
２に印加された電位差、ひいては電磁界強度を測定する
ことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この電磁界強度測定装
置は、センサ部１０、光ファイバ１６，１８がほとんど
誘電体で構成されているため、測定場１００内における
電磁界がほとんど乱されず、正確な電磁界強度の測定を
行うことができる。

【００１４】しかし、この従来装置は、センサ部１０の
アンテナ２６ａ，２６ｂが、低周波の電磁界強度を検出
することができないという問題があった。すなわち、前
記アンテナ２６ａ，２６ｂとして、通常のダイポールア
ンテナ等を使用すると、低周波の電磁界を検出するため
には、長大なアンテナ長を必要とするため、センサ部が
大きくなりすぎ現実的でない。このため、従来の電磁界
強度測定装置では、小さなセンサ部１０で低周波の電磁
界強度の測定を行うことはできず、特に商用電源周波数
（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）近傍での電界強度の測定を行う
ことができないという問題があった。

【００１５】また、前記従来装置は、センサ部１０の主
要部としてバルク結晶２２を用いている。このため、電
磁界の測定感度が著しく低く、微弱な電磁界強度の測定
が難しいという問題があった。例えば、１ｍｍ角という
超小型の結晶２２を用いても、そこを通る光の位相を１
８０度変化させるためには、３００Ｖもの電圧が必要と
される。このため、使用するアンテナ２６ａ，２６ｂの
利得にもよるが、微弱な電磁界強度の測定は極めて難し
いという問題があった。

【００１６】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は、電磁界測定場における
電磁界の強度を高感度でしかも外乱の影響を受けること
なく正確に測定することができ、特に小さなセンサ手段
で、低周波の電磁界強度を正確に測定することができる
電磁界強度測定装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】第１発明 　　［構成］前記課題を解決するために、本発明は、コ
ヒーレントな測定光を出力する測定光発生手段と、電磁
界測定場に設置され、前記測定光発生手段から出力され
る測定光が光ファイバを介し入射され、この入射測定光
を電磁界強度に応じて変調出力するセンサ手段と、前記
センサ手段から出力される測定光が光ファイバを介して
入射され、この測定光の変調度に基づき、電磁界測定場
における電磁界強度を演算する電磁界強度演算手段と、
を含み、前記センサ手段は、電磁界を検出し、検出され
た電磁界の強度に応じた電圧を出力するコンデンサー型
のアンテナ部と、入射測定光が伝搬される導波路が光変
調部を通過するよう形成された導波型の光集積回路と、
前記コンデンサ型のアンテナ部の出力電圧を前記光変調
部の導波路に印加する光変調部電極と、を含み、前記光
変調部は、導波路内を伝搬する測定光を、電磁界強度に
応じて変調出力するよう形成されたことを特徴とする。

【００１８】上記構成において、測定光発生手段は、コ
ヒーレントなレーザ光を出力するレーザ光源と、出力さ
れるレーザー光を測定光入力用の光ファイバに整合性よ
く入射させる光学系と、を含むよう形成することが好ま
しい。

【００１９】また、前記レーザ光源としては、例えばＨ
ｅＮｅレーザ，ＹＡＧレーザ，半導体レーザ等、任意の
ものを使用可能であるが、光ファイバとの整合性を考え
ると、半導体レーザーを用いることが好ましい。

【００２０】また、前記測定光入力用の光ファイバとし
ては、例えばマルチモードファイバ（ＭＭＦ），シング
ルモードファイバ（ＳＭＦ），偏波面保存ファイバ（Ｐ
ＭＦ）等の各種ファイバが使用可能であるが、光利用効
率、安定性等の点を考慮すると、偏波面保存ファイバ（
ＰＭＦ）を用いることが好ましい。

【００２１】また、前記導波型の光集積回路内に形成さ
れる光変調部としては、例えばマッハツェンダー干渉計
型，方向性結合器型，交差型などの種々の形態のものを
任意に用いることができる。

【００２２】前記光集積回路を構成する材料としては、
例えば、ＬｉＮｂＯ３　，ＬｉＴａＯ３　等の強誘電体
、ＧａＡｌＡｓ，Ｓｉ等の半導体、ＳｉＯ２　，Ｓｉ３
　Ｎ４　等の非晶質等の材料が使用可能であるが、電気
光学効果の大きなＬｉＮｂＯ３　を使用することが好ま
しい。

【００２３】また、前記コンデンサ型のアンテナ部とし
ては、必要に応じて各種形態のものを使用可能であり、
例えば、適切な大きさの金属板を対向させて構成するこ
とができる。また、このコンデンサ型のアンテナ部は、
光集積回路と同一の基板上にフォトリソグラフィなどで
作成された集積化アンテナとしても形成することが可能
であり、これによりセンサ全体の小型化を図ることが可
能となる。

【００２４】また、前記測定光出力用の光ファイバとし
ては、前記測定光入力用の光ファイバと同様に種々のも
のが使用可能であるが、モード変換雑音光、導波路内の
散乱雑音光などの不要光を除去し、導波路からの信号光
のみを伝送するよう、シングルモードファイバを用いる
ことが好ましい。 ［作用］本発明は以上の構成からなり、次にその作用を
説明する。

【００２５】本発明の測定装置を用いて電磁界を測定す
る場合には、まずセンサ手段を電磁界測定場に設置し、
測定光発生手段および電磁界強度演算手段を測定場の外
に設置する。

【００２６】そして、測定光発生手段から、光ファイバ
を介しセンサ手段へ向けコヒーレントな測定光を出力す
る。

【００２７】センサ手段は、アンテナ部と光集積回路と
を有し、光集積回路内には導波路が形成されている。ア
ンテナ部は、コンデンサ型のアンテナ部として形成され
、このコンデンサ型のアンテナ部の出力電圧は、光変調
部電極を用いて導波路に印加され、その導波路内を通過
する測定光を変調するようになっている。

【００２８】このように、光変調部内を通過する測定光
は、アンテナ部を用いて検出される外部の電磁界強度に
応じて変調出力されることから、この測定光の変調度を
測定することにより、電磁界強度を測定することができ
る。

【００２９】このとき、本発明のように、コンデンサ型
のアンテナ部を用いることにより、低周波の電磁界をも
小さなアンテナで感度よく検出できるため、小さなセン
サ手段を用いて、低周波の電磁界強度を精度良く測定す
ることができる。

【００３０】すなわち、本発明に用いられるコンデンサ
型のアンテナ部は、例えば図３に示すよう一対のアンテ
ナ金属３４ａ，３４ｂを対向配置することで形成されて
いる。

【００３１】ここで、外部の被測定低周波電磁界をＥＳ
　とすると、アンテナ部を構成する一対のアンテナ金属
３４ａ，３４ｂの片面には次式で示す電荷Ｑが発生する
。 ここで、Ｓはアンテナ金属３４ａ，３４ｂの面積，ε０
　は真空誘電率を表す。

【００３２】

【数１】 図５（ａ）は、前記一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂ
に、何ら外部回路を接続しない状態を表し、同図（ｂ）
は、前記一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂに外部回路
として電極３６ａ，３６ｂを接続した状態を模擬的に表
している。なお、前記電極３６ａ，３６ｂは、光変調部
４２内に形成された導波路４８ａ，４８ｂに、アンテナ
金属３６ａ，３６ｂから出力される電圧を印加するもの
である。

【００３３】図５（ａ）に示すよう、アンテナ金属３４
ａ，３４ｂに外部回路が接続されていない場合、これら
一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂには、その表面のみ
ならず裏面側にも等量異負号の電荷が発生する。これに
対して、本発明のように、前記一対のアンテナ金属３４
ａ，３４ｂに外部回路として電極３６ａ，３６ｂが接続
されると、図５（ｂ）に示すよう、前記一対のアンテナ
金属３４ａ，３４ｂ間に形成される容量Ｃａ　は、前記
一対の電極３６ａ，３６ｂ間に形成される容量Ｃｍ　に
比べはるかに小さな値となる。前記一対のアンテナ金属
３４ａ，３４ｂは、前記一対の電極３６ａ，３６ｂと接
続されているため、両者は同電位となる。従って、一対
のアンテナ金属３４ａ，３４ｂから出力される電圧Ｖｓ
　を用い、前記（１）式は次式で表されることとなる。

【００３４】

【数２】 すなわち、図５（ｂ）に示すよう、一対の電極３６ａ，
３６ｂ間に電荷の殆どが集中して発生することになる。 従って、電磁界測定場における電界が緩やかに変化する
低周波電磁界では、光変調部４２を介してアンテナ金属
３４ａ，３４ｂ間に電流ｉが流れることになる。このと
きの、光変調部４２のインピーダンスＺは、光変調部の
抵抗をＲ、電磁界の角速度をωとすると、次のようにな
る。

【００３５】Ｚ＝Ｒ／（１＋ｊωＣｍ　Ｒ）従って、ア
ンテナ金属３４ａ，３４ｂ間に発生する電圧Ｖｓ　は次
式で表されることになる。

【００３６】

【数３】 この式から明らかなように、低周波数側のカットオフ周
波数は、 （１／２πＣｍ　Ｒ） となり、Ｃｍ　，Ｒの値により決定される。

【００３７】ここにおいて、導波型の光集積回路４０の
光変調部電極３６ａ，３６ｂ間のインピーダンスは極め
て高い。すなわち、光変調部３６の容量（導波路４８ａ
，４８ｂの容量）Ｃｍ　は〜１０−１２　Ｆのオーダー
であるが、変調部電極３６ａ，３６ｂ間の抵抗Ｒは容易
に〜１０１０Ω以上に形成できる。従って、電界検出の
低周波数側のカットオフ周波数を、簡単に１０Ｈｚ以下
にすることができる。

【００３８】また、前記（３）式によれば、電界検出感
度がε０　Ｓ／Ｃｍ　で表される。これから明らかなよ
うに、検出感度にはアンテナ金属３４ａ，３４ｂの間隔
が含まれていない。これは、アンテナ実効長が感度を決
定し、低周波では長大なものになる通常のダイポールア
ンテナなどと異なり、本発明では、アンテナ金属３４ａ
，３４ｂを極めて小型にできることを意味する。

【００３９】このように、本発明の装置によれば、アン
テナを大幅に小型化にすることができるため、低周波電
磁界測定用のセンサ手段を、十分に小さなものとするこ
とができる。

【００４０】そして、本発明のセンサ手段では、コンデ
ンサ型のアンテナ部を構成する一対のアンテナ金属３４
ａ，３４ｂから、外部の電磁界強度に応じた電圧Ｖｓ　
が出力されると、この出力電圧Ｖｓ　は光変調部電極３
６ａ，３６ｂ間に印加され、この電圧Ｖｓ　により誘起
される電気光学効果により、変調部４２における導波路
４８の屈折率が変化し、ここを通過する測定光は、外部
の電磁界強度に応じて変調されることになる。

【００４１】そして、光変調部を通過してきた測定光は
、導波路から光ファイバを介し、電磁界強度演算手段へ
向け出力され、電磁界強度演算手段は、この測定光の変
調度に基づき電磁界測定場における電磁界強度を演算す
ることができる。

【００４２】このように、本発明では電磁界強度の検出
に用いるアンテナとして、コンデンサ型のアンテナ部を
用いることにより、電磁界測定場における電磁界の強度
を高感度で測定することができ、特に電磁界検出時にお
ける低周波数側のカットオフ周波数を必要に応じて１０
Ｈｚ以下とすることもできるため、低周波の電磁界強度
を正確に測定することが可能となる。 ［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、
外乱などの影響を受けることなく、低周波領域の電磁界
強度を光学的に高感度で正確に測定することができる。 特に、本発明によれば、アンテナとして、コンテンサ型
のアンテナを用いることにより、電磁界測定場に設置さ
れるセンサ手段を十分小型化することができ、しかも、
従来小さなセンサ手段では、その測定が難しかった商用
電源周波数領域における電磁界強度や、直流に近い低周
波領域の電磁界強度を精度よく測定することができる。

【００４３】他の発明 ［第２の発明］また、本発明の電磁界強度測定装置にお
いて、光集積回路内に設けられた光変調部を、分岐干渉
計型のものとするためには、次のように形成することが
好ましい。

【００４４】すなわち、第２発明の電磁界強度測定装置
において、前記導波路は、分岐部で第１の変調用導波路
および第２の変調用導波路に分岐され、合波部で再度合
流するよう形成され、前記光変調部は、前記コンデンサ
型のアンテナ部から出力される電圧信号を、前記第１の
変調用導波路及び第２の変調用導波路に正負が逆の電圧
信号として印加するよう光変調部電極が形成され、各変
調用導波路内を伝搬する測定光の位相を変化させた後、
前記合波部で合波干渉させることにより、電磁界強度に
応じてその強度が変調された測定光を出力するよう形成
されたことを特徴とする。

【００４５】以上の構成とすることより、光ファイバを
介して導波路に入射された測定光は、光変調部内を第１
および第２の変調用導波路に分岐して流れた後、合波部
で合波干渉することになる。

【００４６】ここで、前記光変調部は、アンテナ部から
出力される電圧信号が、第１の変調用導波路および第２
の変調用導波路に印加されるように構成されている。

【００４７】従って、電磁界測定場内において、アンテ
ナ部が外部の電磁界の強度に応じた電圧を出力すると、
この電圧は第１および第２の変調用導波路に印加され、
これら各導波路の屈折率を変化させる。従って、これら
第１および第２の変調用導波路内を伝搬する測定光の光
波の位相が変化することになる。

【００４８】ここで、第１および第２の変調用導波路に
は、正負が逆になるよう電圧が印加されるため、これら
各導波路を伝搬する光波は位相変化の符号が逆となり位
相差が生じることになる。そして、これら第１および第
２の変調用導波路内を通過した測定光を合波部で合波干
渉させることにより、位相変化の度合が光の強弱に変換
されることになる。

【００４９】すなわち、外部に電磁界が存在しない場合
には該強度変調部から出力される測定光は最大強度とな
り、位相差が１８０°のときは最少光量となる。従って
、このように光変調部から変調出力される測定光の強弱
を測定することにより、位相差の度合い、ひいては電磁
界の強度をより正確に測定することができる。

【００５０】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。

【００５１】図２には、本発明にかかる電磁界強度測定
装置の好適な実施例が示されている。実施例の測定装置
は、電磁界測定場１００内に設置されるセンサ部３０と
、電磁界測定場１００の外に設置される測定光発生部６
０、電磁界強度演算回路７０及び表示部９０とを含む。

【００５２】そして、前記測定光発生部６０とセンサ部
３０とは測定光入力用の光ファイバ５８を介して光学的
に接続され、さらにセンサ部３０と電磁界強度演算回路
７０とは変調光出力用の光ファイバ６８を介して光学的
に接続されている。

【００５３】前記測定光発生部６０は、コヒーレントな
測定光を出力するよう形成されており、具体的にはレー
ザ光源６２と、このレーザ光を光ファイバ５８に導くレ
ンズなどからなる光学系６４とを含む。前記レーザー光
源６２は、光ファイバとの整合性から、半導体レーザを
用いて形成されている。また、前記光ファイバ５８は、
光利用効率、安定性の面等を考慮して、本実施例では偏
波面保存ファイバが用いられている。

【００５４】図１には、前記センサ部３０の具体的な構
成が示されている。このセンサ部３０は、測定しようと
する電磁界の強度に応じた電圧信号を出力するアンテナ
３２と、通過する光の強度を電圧により変化させる光変
調部４２が設けられた導波型光集積回路４０とを含む。

【００５５】前記光集積回路４０は、その内部に光ファ
イバ５８を介して測定光が入射される導波路４４が形成
されている。この導波路４４は、光変調部４２内を通過
する際、分岐部４６にて第１の変調用導波路４８ａ及び
第２の変調用導波路４８ｂに分岐し、合波部５０にて再
度１本の導波路４４として合流するよう構成されている
。

【００５６】前記光変調部４２は、光集積回路化された
導波型の光強度変調器として形成されている。本実施例
では、マッハツェンダー干渉計型として形成されている
。

【００５７】なお、前記光集積回路４０の材料として、
本実施例では、電気光学効果の大きなＬｉＮｂＯ３　が
使用されている。前記導波路４４，４８ａ，４８ｂは、
その周囲の材料に比べその屈折率を高くすることにより
、光波をその内部に閉じ込めて導波するよう構成されて
いる。

【００５８】また、前記アンテナ３２は、測定場１００
における電磁界を検出し、電磁界の強度に応じた電圧信
号を出力するものである。本実施例は、このようなアン
テナ３２として、コンデンサ型のアンテナを用いたこと
を特徴とするものであり、具体的には一対のアンテナ金
属３４ａ，３４ｂを対向配置することにより構成されて
いる。本実施例において、前記一対のアンテナ金属３４
ａ，３４ｂは、光集積回路４０と同一の基板上に、フォ
トリソグラフィーなどの手法を用い集積化コンデンサア
ンテナとして形成されている。

【００５９】従って、本実施例のセンサ部３０は、同一
の基板上に光集積回路４０とアンテナ金属３４ａ，３４
ｂが一体として形成された小さなものになるため、その
取扱いが極めて容易なものとなる。

【００６０】図６，図７には前記センサ部３０のより具
体的な構成が示されている。図６は、実施例の光集積回
路４０の具体的な寸法を示しており、図７は、図６に示
す光集積回路を用いたセンサ部３０の具体的な構成を示
している。導波路４４と光ファイバ５８，６８の接合方
法には、光ファイバ端面と導波路端面の直接突き合わせ
で結合させる方法を用いた。実用に便利な肩持ち構造と
するため、出力用の光ファイバ６８は折曲げて入力用光
ファイバ５８と同一面側に出している。

【００６１】一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂは、７
５ｍｍ２　の銅板（５×１５）を用いた。それ以外の材
質は全て誘電体で、光集積回路４０のベースはアルミナ
系セラミック、ケース３１はポリカーボネート樹脂であ
る。 組立は接着またはポリカーボネート樹脂製ボルトによる
ねじ止めとした。

【００６２】そして、前記一対のアンテナ金属３４ａ，
３４ｂから出力される電磁界強度に応じた電圧信号は、
電極３６ａ，３６ｂを介して光変調部４２内の第１の変
調用導波路４８ａ及び第２の変調用導波路４８ｂに、正
負が逆の電圧となるように印加される。

【００６３】従って、電磁界の強度に応じてこれら各導
波路４８ａ，４８ｂの屈折率が変化し、その内部を伝搬
する光波の位相が変化する。

【００６４】特に、これら第１及び第２の変調用導波路
４８ａ，４８ｂには正負が逆の電圧信号が印加されてい
るため、第１の変調用導波路４８ａを伝搬する光波と第
２の変調用導波路４８ｂ内を伝搬する光波では位相変化
の符号が逆となり、両者の間に位相差が生じる。そして
、これら各導波路４８ａ，４８ｂを伝搬した光波は合波
部５０で合波干渉され、位相差の度合いが光の強弱に変
換され、出力端５４から光ファイバ６８を介して電磁界
強度演算回路７０へ向け変調された測定光として出力さ
れる。なお、前記光ファイバ６８は、前記光ファイバ５
８と同様種々のものを使用可能であるが、本実施例では
シングルモードファイバを用いている。

【００６５】前記電磁界強度演算回路７０は、光検出器
７２と、信号処理回路７４とを含む。そして、光検出器
７２は光ファイバ６８を介して入力される変調された測
定光を電気信号に変換して信号処理回路７０へ向け出力
する。信号処理回路７４は、このようにして入力された
電気信号に基づき、測定場１００における電磁界強度を
演算し、これを表示部９０へ表示する。

【００６６】図４には、前記信号処理回路７４の一例が
示され、実施例の信号処理回路７４は、ある一定の低周
波数の電磁界強度を演算するよう構成されている。

【００６７】すなわち、光検出器７２から出力される信
号は、バンドパスフィルタ７６およびローパスフィルタ
８４に入力される。バンドパスフィルタ７６は、この入
力信号から測定対象とする所望の周波数成分の信号を抽
出出力し、増幅器７８，検波器８０を介し割り算器８２
へ分子として出力する。

【００６８】また、前記ローパスフィルタ８４は、入力
信号から直流成分を抽出出力し、この直流成分を割り算
器８２へ分母として出力する。ここにおいて、この直流
成分は、測定光発生部６０の光源強度の変動や、光ファ
イバ５８，６８内での伝搬損失等の変動等を表している
。

【００６９】従って、割り算器８２は、このようにして
入力される信号に対する割り算を実行することで、外乱
による変動成分を除去し、その演算結果を表示部９０上
に表示する。表示された演算結果は、外乱による変動成
分が除去され、電磁界強度を正確に表すものとなる。

【００７０】本実施例は以上の構成からなり、次にその
作用を説明する。

【００７１】レーザ光源６２からコヒーレントなレーザ
光が出力されると、このレーザ光は光学系６４により絞
られ光ファイバ５８に入射される。光ファイバ５８内を
伝搬した測定光は、センサ部３０に到達し、光集積回路
４０の入力部５２から導波路４４に入射され、この導波
路４４内を伝搬する。

【００７２】そして、導波路５８内を伝搬する測定光は
、光変調部４２に達する。そして、測定光は、分岐部４
６で分岐し、第１および第２の変調用導波路４８ａ，４
８ｂ内を伝搬する。この第１および第２の変調用導波路
４８ａ，４８ｂ内を伝搬する途中で、測定光はコンデン
サ型のアンテナ３２から出力される電圧信号、すなわち
電極３６ａ，３６ｂに印加された電圧の大きさの位相変
調を受けることになる。

【００７３】前記アンテナ３２は、一対のアンテナ金属
３４ａ，３４ｂを対向させたコンデンサ型のものとして
形成されている。

【００７４】図３に示すよう、測定場１００に電磁界が
存在するとき、前記一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂ
間には電位差Ｖｓ　が生じることになる。

【００７５】測定場１００における電界をＥｓ　，アン
テナ金属３４ａ，３４ｂの面積をＳ，真空誘電率をε０
　とすると、前記一対のアンテナ金属３４ａ，３４ｂの
片面には前記（１）式で示す電荷Ｑが発生する。

【００７６】ここにおいて、変調部電極３６ａ，３６ｂ
間の容量をＣｍ　とすると、前述した電荷Ｑと電位差Ｖ
ｓ　との間には前記（２）式の関係が成立する。

【００７７】従って、この電荷Ｑの時間変化と、電極３
６ａ，３６ｂ間のインピーダンスＺとにより、電極３６
ａ，３６ｂ間には前記（３）式で示す電位差Ｖｓ　が生
じることとなる。ここにおいてＲは光変調部４２内の導
波路４８ａ，４８ｂの並列抵抗、ωは電界Ｅｓ　の角周
波数を表す。

【００７８】このようにして、前記第１及び第２の変調
導波路４８ａ，４８ｂ内を伝搬する測定光は、前記（３
）式で表される電圧Ｖｓ　に応じた位相変調を受けるこ
とになる。

【００７９】そして、前記（３）式から明らかなように
、電界検出に際しての低周波側のカットオフ周波数は（
１／２πＣｍ　Ｒ）となり、このカットオフ周波数はＣ
ｍ　，Ｒの値により決定されることになる。ここにおい
て、光集積回路４０内において、電極３６ａ，３６ｂ間
のインピーダンスＺは極めて高い。すなわち、Ｃｍ　は
〜１０−１２　Ｆのオーダーであるが、Ｒが容易に〜１
０１０Ω以上に形成することができ、従って、低周波側
のカットオフ周波数を充分低くすることができる。

【００８０】例えば、センサ部３０を図６，図７に示す
ように形成することにより、低周波側のカットオフ周波
数を３０Ｈｚに設定することはできる。

【００８１】このように、本実施例によれば、コンデン
サ型のアンテナを構成するアンテナ金属３４ａ，３４ｂ
のカットオフ周波数を３０Ｈｚに設定することができる
ため、例えば５０Ｈｚ，６０Ｈｚというような低周波の
電磁界強度に対しても感度よくこれを検出し、電極３６
ａ，３６ｂに電磁界強度に応じた電圧を出力することが
できる。

【００８２】さらに、前記（３）式によれば、感度はε
０　Ｓ／Ｃｍ　で表されることになる。これから明らか
なように、感度にはアンテナ金属３４ａ，３４ｂの間隔
が含まれていない。本実施例のようにコンデンサ型のア
ンテナ３２を使用することにより、光集積回路４０を極
めて小型なものにできる。

【００８３】そして、本実施例の電極３６ａ，３６ｂは
、第１および第２の変調用導波路４８ａ，４８ｂにそれ
ぞれ正負の逆の電圧を印加するよう構成されている。 従って、第１の変調用導波路４８ａ内を伝搬する測定光
と、第２の変調用導波路４８ｂ内を伝搬する測定光は位
相変化の符号が逆となり、両者の間に位相差が生じる。

【００８４】そして、これら両導波路４８ａ，４８ｂ内
を伝搬される測定光は、合波部５０で合波干渉され、こ
れにより位相差の度合いが光の強弱に変換されることに
なる。すなわち、外部電磁界が存在せず位相差が０のと
きは最大光量となり、また外部電磁界が存在し、その位
相差が１８０°の時は０または最少光量となる。従って
、このような変調光の光量の強弱を測定することにより
、位相差の度合いひいては電磁界強度を測定することが
できる。

【００８５】このように、本実施例によれば、電磁界強
度の検出に、低周波の電磁界をも感度よく検出できるコ
ンデンサ型のアンテナ３２を用い、しかも光変調部４２
を、導波型の光集積回路４０内に形成するという新規な
構成とすることにより、図８に示す従来装置では測定が
困難であった極めて低い周波数の電磁界、例えば商用電
源周波数の電界をも正確に測定することが可能となる。

【００８６】さらに、本発明によれば、図８に示すよう
なバルク結晶を用いた測定装置に比べ、動作電圧が１／
１００以下になり、測定感度を大幅に向上することが可
能となる。

【００８７】さらに、本実施例によれば、光変調部４２
を、導波型の光集積回路４０内に形成し、しかもこの光
集積回路４０と同一基板上にアンテナ金属３４ａ，３４
ｂをフォトリソグラフィ等で形成することができるため
、センサ部３０を大幅に小型軽量化し、しかもその動作
を安定化させることができる。このため、従来の技術で
は不可能であった狭い場所での電磁界計測をも良好に行
なうことが可能となる。

【００８８】さらに、本実施例の測定装置は、測定場１
００内における被測定電磁界環境をほとんど乱すことな
くこれを正確に測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電磁界強度測定装置のセンサ部
分の説明図である。

【図２】図１に示すセンサを用いた電磁界強度測定装置
のブロック回路図である。

【図３】図１に示すセンサの動作説明図である。

【図４】図２に示す信号処理回路の具体的な構成を示す
ブロック回路図である。

【図５】コンデンサ型アンテナの動作説明図である。

【図６】実施例のセンサ部の寸法を示す説明図である。

【図７】センサ部の具体的な構造を示す説明図である。

【図８】従来の電磁界強度測定装置の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】

３０　　センサ部 ３２　　コンデンサ型アンテナ ３４ａ，３４ｂ　　アンテナ金属 ４０　　光集積回路 ４２　　光変調部 ４４　　導波路 ４８ａ　　第１の変調用導波路 ４８ｂ　　第２の変調用導波路 ６０　　測定光発生部 ７０　　電磁界強度演算回路　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　ＴＣ００６３０１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コヒーレントな測定光を出力する測定
   光発生手段と、電磁界測定場に設置され、前記測定光発
   生手段から出力される測定光が光ファイバを介し入射さ
   れ、この入射測定光を電磁界強度に応じて変調出力する
   センサ手段と、前記センサ手段から出力される測定光が
   光ファイバを介して入射され、この測定光の変調度に基
   づき、電磁界測定場における電磁界強度を演算する電磁
   界強度演算手段と、を含み、前記センサ手段は、電磁界
   を検出し、検出された電磁界の強度に応じた電圧を出力
   するコンデンサー型のアンテナ部と、入射測定光が伝搬
   される導波路が光変調部を通過するよう形成された導波
   型の光集積回路と、前記コンデンサ型のアンテナ部の出
   力電圧を前記光変調部の導波路に印加する光変調部電極
   と、を含み、前記光変調部は、導波路内を伝搬する測定
   光を、電磁界強度に応じて変調出力するよう形成された
   ことを特徴とする電磁界強度測定装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記導波路は、分
   岐部で第１の変調用導波路および第２の変調用導波路に
   分岐され、合波部で再度合流するよう形成され、前記光
   変調部は、前記コンデンサ型のアンテナ部から出力され
   る電圧信号を、前記第１の変調用導波路及び第２の変調
   用導波路に正負が逆の電圧信号として印加するよう光変
   調部電極が形成され、各変調用導波路内を伝搬する測定
   光の位相を変化させた後、前記合波部で合波干渉させる
   ことにより、電磁界強度に応じてその強度が変調された
   測定光を出力するよう形成されたことを特徴とする電磁
   界強度測定装置。