JP2002365351A - 光学磁界センサ及び磁界検出方法 - Google Patents
光学磁界センサ及び磁界検出方法Info
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- JP2002365351A JP2002365351A JP2001172747A JP2001172747A JP2002365351A JP 2002365351 A JP2002365351 A JP 2002365351A JP 2001172747 A JP2001172747 A JP 2001172747A JP 2001172747 A JP2001172747 A JP 2001172747A JP 2002365351 A JP2002365351 A JP 2002365351A
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、光ファイバを用いた光学磁界センサで
磁界の大きさを検出する場合、センサの入力と出力にそ
れぞれ１本光ファイバを必要とするため、コストデメリ
ットが大きい。 【解決手段】 光学磁界センサにおいて、入力光の方向
に、順に偏光子とファラデー素子とミラーとを配列して
設け、１本の光ファイバ中を伝搬して来た光が偏光子で
直線偏光され、直線偏光された光がファラデー素子内で
外部からの磁界によって偏光回転され、ミラーにて反射
されて再びファラデー素子内で前記外部からの磁界によ
って偏光回転され、前記偏光子で直線偏光された後、前
記の１本の光ファイバへ出射させることを要旨とする。
磁界の大きさを検出する場合、センサの入力と出力にそ
れぞれ１本光ファイバを必要とするため、コストデメリ
ットが大きい。 【解決手段】 光学磁界センサにおいて、入力光の方向
に、順に偏光子とファラデー素子とミラーとを配列して
設け、１本の光ファイバ中を伝搬して来た光が偏光子で
直線偏光され、直線偏光された光がファラデー素子内で
外部からの磁界によって偏光回転され、ミラーにて反射
されて再びファラデー素子内で前記外部からの磁界によ
って偏光回転され、前記偏光子で直線偏光された後、前
記の１本の光ファイバへ出射させることを要旨とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバとファ
ラデー素子を用いた磁界センサ並びに磁界検出方法に関
するものである。
ラデー素子を用いた磁界センサ並びに磁界検出方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ファイバを用いたセンサで磁気
検出を行う方法として、様々な方法が提案されている。
例えば、図４の構成で行う方法が知られている。
検出を行う方法として、様々な方法が提案されている。
例えば、図４の構成で行う方法が知られている。
【０００３】入力光ファイバ４１から出射された光は光
学磁界センサ４０の偏光子を経て直線偏光になり、外部
からの磁界の影響によってファイデー素子で偏光回転を
受ける。その結果、検光子を透過する光量は、磁界の強
さによって変動し、出力光ファイバ４３に伝搬される。
学磁界センサ４０の偏光子を経て直線偏光になり、外部
からの磁界の影響によってファイデー素子で偏光回転を
受ける。その結果、検光子を透過する光量は、磁界の強
さによって変動し、出力光ファイバ４３に伝搬される。
【０００４】偏光子と検光子の透過軸が一致する場合、
光の進行方法の磁界Ｈが０の時の検出光レベルをＰＯと
すると、磁界の大きさＨと検出光レベルＰＰＤとの関係
は、 ＰＰＤ＝ＰＯｃｏｓＶｒＨＬ で表される。ただし、Ｖｒはファラデー素子のヴェルデ
定数、Ｌはファラデー素子を通過する光路の長さであ
る。
光の進行方法の磁界Ｈが０の時の検出光レベルをＰＯと
すると、磁界の大きさＨと検出光レベルＰＰＤとの関係
は、 ＰＰＤ＝ＰＯｃｏｓＶｒＨＬ で表される。ただし、Ｖｒはファラデー素子のヴェルデ
定数、Ｌはファラデー素子を通過する光路の長さであ
る。
【０００５】したがって、磁界の大きさ｜Ｈ｜は、 ｜Ｈ｜＝（ＶｒＬ）−１ ｃｏｓ−１（ＰＰＤ／ＰＯ） で算出される。
【０００６】図５は、上記センサ４０を利用した磁界の
強さの信号を検出する実施例を示すものである。
強さの信号を検出する実施例を示すものである。
【０００７】光源２１からの出射光は接続用光ファイバ
４１を伝搬して光学磁界センサ４０に入射され、この光
学磁界センサ４０の出力光は出力光側からもう１本の接
続用光ファイバ４３を伝搬して受光素子２５に入射され
て、磁界の強さの信号を受光素子２５から出力されるも
のである。
４１を伝搬して光学磁界センサ４０に入射され、この光
学磁界センサ４０の出力光は出力光側からもう１本の接
続用光ファイバ４３を伝搬して受光素子２５に入射され
て、磁界の強さの信号を受光素子２５から出力されるも
のである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の図４，５の構成
例の場合、光学磁界センサの入力と出力にそれぞれ１本
光ファイバを必要とするため、接続光ファイバが長くな
った場合のコストデメリットが大きいという問題点があ
る。
例の場合、光学磁界センサの入力と出力にそれぞれ１本
光ファイバを必要とするため、接続光ファイバが長くな
った場合のコストデメリットが大きいという問題点があ
る。
【０００９】本発明は、上記の問題点を解決するための
新規な光学磁界センサ及び磁界検出方法を提供するもの
である。
新規な光学磁界センサ及び磁界検出方法を提供するもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明の光学磁界センサは、入力光の方向に順
に偏光子とファラデー素子とミラーとを配列されて構成
され、入力光の前記偏光子で直線偏光された光が、前記
ファラデー素子内で外部からの磁界によって偏光回転さ
れ、前記ミラーにて反射されて再び前記ファラデー素子
内で前記外部からの磁界によって偏光回転され、前記偏
光子で直線偏光されて前記入力光と逆方向に出力される
ものである。
ために、本発明の光学磁界センサは、入力光の方向に順
に偏光子とファラデー素子とミラーとを配列されて構成
され、入力光の前記偏光子で直線偏光された光が、前記
ファラデー素子内で外部からの磁界によって偏光回転さ
れ、前記ミラーにて反射されて再び前記ファラデー素子
内で前記外部からの磁界によって偏光回転され、前記偏
光子で直線偏光されて前記入力光と逆方向に出力される
ものである。
【００１１】また、本発明の磁界検出方法は、光源と受
光素子と１本の接続用光ファイバとを光分岐結合素子に
接続され、前記接続用光ファイバの他端に請求項１記載
の光学磁界センサを接続されて構成され、光源から出射
された光が前記光分岐結合素子で分岐され前記接続用光
ファイバを伝搬し前記光学磁界センサに入射され、この
入射光に対する光学磁界センサからの出力光が再び前記
接続用光ファイバを伝搬し前記光分岐結合素子で分岐さ
れて前記受光素子に入射され、前記受光素子から出力さ
れる電気信号に基づいて前記光学磁界センサに加えられ
た磁界の大きさを検出するものである。
光素子と１本の接続用光ファイバとを光分岐結合素子に
接続され、前記接続用光ファイバの他端に請求項１記載
の光学磁界センサを接続されて構成され、光源から出射
された光が前記光分岐結合素子で分岐され前記接続用光
ファイバを伝搬し前記光学磁界センサに入射され、この
入射光に対する光学磁界センサからの出力光が再び前記
接続用光ファイバを伝搬し前記光分岐結合素子で分岐さ
れて前記受光素子に入射され、前記受光素子から出力さ
れる電気信号に基づいて前記光学磁界センサに加えられ
た磁界の大きさを検出するものである。
【００１２】また、本発明の他の磁界検出方法は、上記
の光学磁界センサの複数個を１本の接続用光ファイバに
よって直列にそれぞれ光分岐結合素子を介して接続さ
れ、前記接続用光ファイバの始端をＯＴＤＲ（ｏｐｔｉ
ｃａｌ ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅ
ｔｅｒ）に接続されて構成され、前記ＯＴＤＲから出射
された光が前記各光分岐結合素子で分岐されて前記各光
学磁界センサに入射され、この各光学磁界センサからの
反射戻り光が前記光分岐結合素子を介して前記ＯＴＤＲ
に入射され、各光学磁界センサからの反射戻り光量を前
記ＯＴＤＲによって測定し、この測定値から各光学磁界
センサに加えられた磁界の大きさを検出するものであ
る。
の光学磁界センサの複数個を１本の接続用光ファイバに
よって直列にそれぞれ光分岐結合素子を介して接続さ
れ、前記接続用光ファイバの始端をＯＴＤＲ（ｏｐｔｉ
ｃａｌ ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅ
ｔｅｒ）に接続されて構成され、前記ＯＴＤＲから出射
された光が前記各光分岐結合素子で分岐されて前記各光
学磁界センサに入射され、この各光学磁界センサからの
反射戻り光が前記光分岐結合素子を介して前記ＯＴＤＲ
に入射され、各光学磁界センサからの反射戻り光量を前
記ＯＴＤＲによって測定し、この測定値から各光学磁界
センサに加えられた磁界の大きさを検出するものであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。図１は本発明の光学磁界センサの構成例を
示す。
て説明する。図１は本発明の光学磁界センサの構成例を
示す。
【００１４】図１において、光ファイバ１１を伝搬して
きた入力光はレンズ１３を透過して偏光子１５に入射さ
れ直線偏光される。直線偏光された光はファラデー素子
１７内で外部からの磁界１２によって偏光回転され、偏
光面は符号１４のように回転する。偏光回転した光はミ
ラー１９にて反射されて再びファラデー素子１７内で外
部の磁界１２によって偏光回転され、偏光面は符号１６
のように回転する。この偏光回転した光は偏光子１５に
よって符号１８のように直線偏光されて光ファイバ１１
に入射する。
きた入力光はレンズ１３を透過して偏光子１５に入射さ
れ直線偏光される。直線偏光された光はファラデー素子
１７内で外部からの磁界１２によって偏光回転され、偏
光面は符号１４のように回転する。偏光回転した光はミ
ラー１９にて反射されて再びファラデー素子１７内で外
部の磁界１２によって偏光回転され、偏光面は符号１６
のように回転する。この偏光回転した光は偏光子１５に
よって符号１８のように直線偏光されて光ファイバ１１
に入射する。
【００１５】上述のように、ファラデー素子の後方にミ
ラーを設置して入射光を反射させ、出射した光ファイバ
にこの反射光を入射するため、光学磁界センサに接続さ
れる光ファイバは１本で済む。
ラーを設置して入射光を反射させ、出射した光ファイバ
にこの反射光を入射するため、光学磁界センサに接続さ
れる光ファイバは１本で済む。
【００１６】本発明の光学磁界センサは、上記の構成に
すると、ファラデー効果による偏光回転が非相反なた
め、往復で同方向に回転するので偏光面の回転角は２倍
になる。
すると、ファラデー効果による偏光回転が非相反なた
め、往復で同方向に回転するので偏光面の回転角は２倍
になる。
【００１７】検出される磁界の大きさ｜Ｈ｜は、｜Ｈ｜
＝０のとき受光素子で検出される光強度をＰＯとし、磁
界の大きさＨの時の受光素子で検出される光強度をＰ
ＰＤとすると、 ｜Ｈ｜＝（２ＶｒＬ）−１ ｃｏｓ−１（ＰＰＤ／
ＰＯ） となる。ただし、Ｖｒはファラデー素子のヴェルデ定
数、Ｌはファラデー素子を通過する光路の長さである。
＝０のとき受光素子で検出される光強度をＰＯとし、磁
界の大きさＨの時の受光素子で検出される光強度をＰ
ＰＤとすると、 ｜Ｈ｜＝（２ＶｒＬ）−１ ｃｏｓ−１（ＰＰＤ／
ＰＯ） となる。ただし、Ｖｒはファラデー素子のヴェルデ定
数、Ｌはファラデー素子を通過する光路の長さである。
【００１８】次に、この光学磁界センサによる光信号の
検出方法の実施例を図２と図３に示す。
検出方法の実施例を図２と図３に示す。
【００１９】図２は一つの光学磁界センサからの信号を
検出する実施例である。光源２１からの出射光は光分岐
結合素子２３と接続用の光ファイバ１１を伝搬して光学
磁界センサ１０に入射される。光学磁界センサ１０で反
射された光は再び光ファイバ１１と光分岐結合素子２３
を伝搬して、受光素子２５で検出される。
検出する実施例である。光源２１からの出射光は光分岐
結合素子２３と接続用の光ファイバ１１を伝搬して光学
磁界センサ１０に入射される。光学磁界センサ１０で反
射された光は再び光ファイバ１１と光分岐結合素子２３
を伝搬して、受光素子２５で検出される。
【００２０】その結果、光学磁界センサ１０で検出され
た磁界の大きさ｜Ｈ｜は、上述した如く、 ｜Ｈ｜＝（２ＶｒＬ）−１ ｃｏｓ−１（ＰＰＤ／
ＰＯ） であらわすことが出来る。
た磁界の大きさ｜Ｈ｜は、上述した如く、 ｜Ｈ｜＝（２ＶｒＬ）−１ ｃｏｓ−１（ＰＰＤ／
ＰＯ） であらわすことが出来る。
【００２１】図３は、図１の光学磁界センサを複数個用
いて、ＯＴＤＲによって、センサ個々の反射光量から複
数地点の磁界の大きさを検出する方法の実施例を示す。
ＯＴＤＲ３０の光源から出射された光が始めの光分岐結
合素子２３−１で分岐されて始めの光学磁界センサ１０
−１と光ファイバ１１−１とに入射される。光ファイバ
１１−１を伝搬した光は次の光分岐結合素子２３−２で
分岐されて次の光学磁界センサ１０−２と次の光ファイ
バ１１−２とに入射され、この光ファイバ１１−２を伝
搬した光が最遠端の光学磁界センサ１０−３に入射され
る。この各光学磁界センサ１０−１，１０−２，１０−
３からの反射戻り光が光分岐結合素子２３−１，２３−
２を介してＯＴＤＲ３０に入射され、この反射戻り光量
をＯＴＤＲ３０によって測定する。この測定値から各光
学磁界センサが設置された地点の磁界の大きさを検出す
るものである。
いて、ＯＴＤＲによって、センサ個々の反射光量から複
数地点の磁界の大きさを検出する方法の実施例を示す。
ＯＴＤＲ３０の光源から出射された光が始めの光分岐結
合素子２３−１で分岐されて始めの光学磁界センサ１０
−１と光ファイバ１１−１とに入射される。光ファイバ
１１−１を伝搬した光は次の光分岐結合素子２３−２で
分岐されて次の光学磁界センサ１０−２と次の光ファイ
バ１１−２とに入射され、この光ファイバ１１−２を伝
搬した光が最遠端の光学磁界センサ１０−３に入射され
る。この各光学磁界センサ１０−１，１０−２，１０−
３からの反射戻り光が光分岐結合素子２３−１，２３−
２を介してＯＴＤＲ３０に入射され、この反射戻り光量
をＯＴＤＲ３０によって測定する。この測定値から各光
学磁界センサが設置された地点の磁界の大きさを検出す
るものである。
【００２２】なお、図３において、光分岐結合素子で分
岐した後にセンサが繋がるため、遠端側のセンサからの
戻り光は近端側のセンサの変動の影響を受けない様にな
っている。
岐した後にセンサが繋がるため、遠端側のセンサからの
戻り光は近端側のセンサの変動の影響を受けない様にな
っている。
【００２３】センサのミラーの反射面は、金のような全
反射型を利用すると信号−雑音比が大きく改善する。ま
た、フレネル反射のような低反射面を利用した場合でも
後方散乱光に比べて十分大きな信号成分であるため、容
易に信号成分を検出することが出来る。
反射型を利用すると信号−雑音比が大きく改善する。ま
た、フレネル反射のような低反射面を利用した場合でも
後方散乱光に比べて十分大きな信号成分であるため、容
易に信号成分を検出することが出来る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来、光ファイバを用いた磁界センサで磁界検出を行う
場合、接続光ファイバを２本必要としていたものが、１
本の接続光ファイバで同等の機能を得ることが出来る。
また、ＯＴＤＲ法と組み合わせることで、複数箇所の磁
界検出信号を１本の接続光ファイバで実現できる。
従来、光ファイバを用いた磁界センサで磁界検出を行う
場合、接続光ファイバを２本必要としていたものが、１
本の接続光ファイバで同等の機能を得ることが出来る。
また、ＯＴＤＲ法と組み合わせることで、複数箇所の磁
界検出信号を１本の接続光ファイバで実現できる。
【００２５】本発明が及ぼす経済的効果は大きい。
【図１】本発明の光学磁界センサの構成例を示す。
【図２】本発明の磁界検出方法を説明するブロック図で
ある。
ある。
【図３】本発明の他の磁界検出方法を説明するブロック
図である。
図である。
【図４】従来の光学磁界センサの構成例を示す説明図で
ある。
ある。
【図５】従来の磁界検出方法を説明するブロック図であ
る。
る。
１０，４０ 光学磁界センサ １１，４１，４３ 光ファイバ １５ 偏光子 １７ ファラデー素子 １９ ミラー ２１ 光源 ２３ 光分岐結合素子 ２５ 受光素子 ３０ ＯＴＤＲ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸倉 武 千葉県佐倉市六崎1440 株式会社フジクラ 佐倉事業所内 (72)発明者 新見 慎一 千葉県佐倉市六崎1440 株式会社フジクラ 佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2G017 AA02 AD12 2H079 AA03 BA02 CA12 DA12 KA05
Claims (3)
- 【請求項１】 入力光の方向に順に偏光子とファラデー
素子とミラーとを配列されて構成され、 入力光の前記偏光子で直線偏光された光が、前記ファラ
デー素子内で外部からの磁界によって偏光回転され、前
記ミラーにて反射されて再び前記ファラデー素子内で前
記外部からの磁界によって偏光回転され、前記偏光子で
直線偏光されて前記入力光と逆方向に出力されることを
特徴とする光学磁界センサ。 - 【請求項２】 光源と受光素子と１本の接続用光ファイ
バとを光分岐結合素子に接続され、前記接続用光ファイ
バの他端に請求項１記載の光学磁界センサを接続されて
構成され、 光源から出射された光が前記光分岐結合素子で分岐され
前記接続用光ファイバを伝搬し前記光学磁界センサに入
射され、この入射光に対する光学磁界センサからの出力
光が再び前記接続用光ファイバを伝搬し前記光分岐結合
素子で分岐されて前記受光素子に入射され、前記受光素
子から出力される電気信号に基づいて前記光学磁界セン
サに加えられた磁界の大きさを検出することを特徴とす
る磁界検出方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の光学磁界センサの複数個
を１本の接続用光ファイバによって直列にそれぞれ光分
岐結合素子を介して接続され、前記接続用光ファイバの
始端をＯＴＤＲに接続されて構成され、 前記ＯＴＤＲから出射された光が前記各光分岐結合素子
で分岐されて前記各光学磁界センサに入射され、この各
光学磁界センサからの反射戻り光が前記光分岐結合素子
を介して前記ＯＴＤＲに入射され、 各光学磁界センサからの反射戻り光量を前記ＯＴＤＲに
よって測定し、この測定値から各光学磁界センサに加え
られた磁界の大きさを検出することを特徴とする磁界検
出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001172747A JP2002365351A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 光学磁界センサ及び磁界検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001172747A JP2002365351A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 光学磁界センサ及び磁界検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002365351A true JP2002365351A (ja) | 2002-12-18 |
Family
ID=19014315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001172747A Pending JP2002365351A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | 光学磁界センサ及び磁界検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002365351A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010107490A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Adamant Kogyo Co Ltd | 反射型光磁界センサ |
-
2001
- 2001-06-07 JP JP2001172747A patent/JP2002365351A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010107490A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Adamant Kogyo Co Ltd | 反射型光磁界センサ |
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