JP2007106653A - 磁気光学素子用結晶及びそれを用いた磁気光学素子並びに磁界検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の磁気光学素子用結晶と比較して高い磁界感度を有する磁気光学素子用結晶を提供すると共に、その磁気光学素子用結晶を用いた磁気光学素子並びに磁界検出装置を提供する。
【解決手段】化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２（式中、０＜ｘ＜３である。）又は化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２（式中、Ａは３族元素を示し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）で表される磁気光学素子用結晶を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明はファラデー効果を有する磁気光学素子用結晶及びそれを用いた磁気光学素子、並びにその磁気光学素子を用いて磁界を検出し、その磁界強度を測定する磁界検出装置に関するものである。

携帯電話に使用されている集積回路等の故障箇所を検出する方法やそのような集積回路等が通常の仕様通りに作成されているかを確認する方法として、光を用いて集積回路内を流れる電流の周りに発生する磁界強度を測定する方法が提案されている。すなわち、磁束密度の変化を、磁気光学素子のファラデー効果（磁化した結晶中を直線偏光が透過したときに、偏光面が回転する現象）を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、集積回路等の故障箇所などを検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、以下に示すようにして集積回路等の故障箇所などを検出することができる。図１３に示すように、矢印５１０で示すレーザー光線が磁気光学素子用結晶５４０に入射すると、そのレーザー光線は磁気光学素子用結晶５４０内に侵入する。すると、そのレーザー光線は、磁気光学素子用結晶５４０の下面で反射されると共に、ファラデー効果により、磁気光学素子用結晶５４０の下方に位置する集積回路等５２０の磁界の強さに応じて偏光面が回転し、矢印５３０で示すように出てくる。そして、入射したレーザー光線の偏光面と出てきたレーザー光線の偏光面との間の回転角を測定することによって、集積回路等の配線５５０の配置や集積回路等の故障箇所などを検出することができる。

しかしながら、従来のこのような方法に用いられる磁気光学素子用結晶５４０は、硫化ユウロピウム（ＥｕＳ）、イットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）、カルシウムを添加したイットリウム・鉄・ガーネット（Ｙ_３−ｘＣａ_ｘＦｅ_２（Ｆｅ_３−ｘＳｉ_ｘ）Ｏ）、Ｂｉ_１．３Ｇｄ_０．１Ｌａ_０．１Ｙ_１．５Ｆｅ_４．４Ｇａ_０．６Ｏ_１２などであり、その磁界感度が充分ではないという問題があった。特に、携帯電話等で使用されている集積回路の故障箇所を検出するには１４０ｄＢｍ程度の感度が必要となるが、上述した磁気光学素子用結晶は１１０ｄＢｍ以下の感度しかなく、磁界感度が不十分であるという問題があった。

一方、集積回路等の故障箇所や集積回路等が通常の仕様通りに作成されているかを確認する方法として、渦電流探傷法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、コイルが発生する交番磁界により集積回路などの被探傷部材に渦電流を発生させ、その傷の存在により乱れる前記渦電流に起因する磁束密度の変化を検知することで集積回路等の故障箇所など検出するものである。この方法では、携帯電話等で使用されている集積回路の故障箇所などを検出するのに充分な感度を得ることができるが、交番磁界を発生させるコイルの幅よりも狭い配線からなる回路に用いると、そのような集積回路等の故障箇所を特定することができないという問題があった。

特開平６−２１３９７６号公報 特開平２ー１８９４５７号公報

本発明は、上述した事情に鑑み、従来の磁気光学素子用結晶と比較して高い磁界感度を有する磁気光学素子用結晶を提供すると共に、その磁気光学素子用結晶を用いた磁気光学素子並びに磁界検出装置を提供することを目的とする。

本発明者は、化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２（式中、０＜ｘ＜３である。）又は化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２（式中、Ａは３族元素を示し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）で表される物質に関する研究を通じて、これらの物質が高い磁界感度を有することを見出し、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２（式中、０＜ｘ＜３である。）又は化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２（式中、Ａは３族元素を示し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）で表されることを特徴とする磁気光学素子用結晶にある。

かかる第１の態様では、高い磁界感度を有する磁気光学素子用結晶を提供することができる。

本発明の第２の態様は、請求項１に記載の磁気光学素子用結晶からなることを特徴とする磁気光学素子にある。

かかる第２の態様では、高い磁界感度を有する磁気光学素子を提供することができる。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の磁気光学素子からなる薄膜の縁部に前記磁気光学素子用結晶より高い透磁率を有する物質を設けたことを特徴とする磁気光学素子にある。

かかる第３の態様では、より高い磁界感度を有する磁気光学素子を提供することができる。

本発明の第４の態様は、検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、反射膜で反射した反射光を検光子に入射させる出射用光ファイバと、前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第４の態様では、検査部材の磁界に関する高精度の情報を得ることができる。

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の磁界検出装置において、フェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記入射用光ファイバ及び前記出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続することを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第５の態様では、光ファイバから入射される入射光及び磁気光学素子から出射される出射光の減衰を防止することができると共に、より強固に光ファイバに磁気光学素子用結晶を固定することができる。

本発明の第６の態様は、第４又は５の態様に記載の磁界検出装置において、入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、サーキュレータを介してこの磁気光学素子からの反射光を検光子に入射させるようにしたことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第６の態様では、安価に且つ容易に磁界検出装置を製造することができる。

本発明の第７の態様は、第４〜６の態様に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第７の態様では、容易に偏光面の回転角を計測することができる。

本発明の第８の態様は、第４〜６の態様に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第８の態様では、容易に変更目の回転角を計測することができる。

本発明の第９の態様は、第４〜８に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第９の態様では、磁界感度を向上させることができる。

本発明の第１０の態様は、検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、第１の光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる第１の入射用光ファイバと、反射膜で反射した反射光を第１の検光子に入射させる第１の出射用光ファイバと、前記第１の検光子の出力光を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、第２の光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる第２の入射用光ファイバと、反射膜で反射した反射光を第２の検光子に入射させる第２の出射用光ファイバと、前記第２の検光子の出力光を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、第１及び第２の光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１０の態様では、検査部材の磁界に関するより高精度の情報を得ることができる。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載の磁界検出装置において、第１のフェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記第１の入射用光ファイバ及び前記第２の出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続すると共に、第２のフェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記第２の入射用光ファイバ及び前記第２の出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続することを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１１の態様では、光ファイバから入射される入射光及び磁気光学素子から出射される出射光の減衰を防止することができると共に、より強固に光ファイバに磁気光学素子用結晶を固定することができる。

本発明の第１２の態様は、第１０又は１１の態様に記載の磁界検出装置において、第１の入射用光ファイバと第１の出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中に第１のサーキュレータを介在させ、光源から第１のサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して第１の検光子に入射させるようにし、且つ第２の入射用光ファイバと第２の出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中に第２のサーキュレータを介在させ、光源から第２のサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して第２の検光子に入射させるようにしたことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１２の態様では、安価に且つ容易に磁界検出装置を製造することができる。

本発明の第１３の態様は、第１０〜１２の態様に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記第１の光ファイバの出力光が前記第１の検光子の位置で直線偏光となるように調整した第１の偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設すると共に前記第２の光ファイバの出力光が前記第２の検光子の位置で直線偏光となるように調整した第２の偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１３の態様では、容易に偏光面の回転角を計測することができる。

本発明の第１４の態様は、第１０〜１３の態様に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記第１の光ファイバを偏波保持ファイバで形成すると共に、前記第２の光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１４の態様では、容易に偏光面の回転角を計測することができる。

本発明の第１５の態様は、第１０〜１４の態様に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記第１の反射光を前記第１の出射用光ファイバの入射端面に集光させると共に前記第２の反射光を前記第２の出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１５の態様では、磁界感度を向上させることができる。

本発明の第１６の態様は、被検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、光源からの光を前記磁気光学素子の表面を走査するように前記反射膜向けて前記磁気光学素子に入射させる走査手段と、反射膜で反射した反射光を検出する検光子と、前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置にある。

かかる第１６の態様では、検査部材に対する磁気光学素子１０の位置を相対的にそれ程移動させることなく、検査部材の広範囲の磁界に関する高精度の情報を効率的に得ることができる。

本発明の磁気光学素子用結晶は、化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２（式中、０＜ｘ＜３である。）で表されるものであるが、ｘの値がより大きなものが好ましい。ｘの値が大きいもの方が、より感度よく磁界の変化を検出することができる。

同様に、本発明の磁気光学素子用結晶は、化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２（式中、Ａは３族元素を示し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）で表されるものであるが、ｘの値がより大きなものが好ましく、特にＡがガリウム（Ｇa）であるものが好ましい。ｘの値が大きい方がより感度よく磁界の変化を検出することができ、Ａがガリウムであるものが、さらにより感度よく磁界の変化を検出することができる。

なお、本発明の磁気光学素子用結晶の製造方法は特に限定されないが、フローティングゾーン法（ＦＺ法）又は液相エピタキシー法が好ましい。

本発明に係る磁気光学素子用結晶及びそれを用いた磁界検出装置及び磁界検出方法によると、従来の磁気光学素子用結晶と比較して高い磁界感度を有する磁気光学素子用結晶を提供すると共に、その磁気光学素子用結晶を用いた磁気光学素子並びに磁界検出装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

（実施形態１）
＜磁気光学素子用結晶＞
本発明の磁気光学素子用結晶である化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２（式中、０＜ｘ＜３である。）及び化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２（式中、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）を製造するには、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３などの酸化物粉末を所定の比率で混合後、棒状にプレスして棒状体とする。得られた棒状体を酸素気流中１４００〜１５００℃で１〜１０時間燒結して、理論密度に対して８５〜９５％の密度を有する焼結棒を作製する。そして得られた焼結棒から磁気光学素子用結晶を作製する。

このように作製された焼結棒から磁気光学素子用結晶を製造する方法は特に限定されないが、フローティングゾーン法（ＦＺ法）又は液相エピタキシー法が好ましい。

例えば、フローティングゾーン法によると、種結晶として[１１１]方向に伸びたイットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）単結晶を用い、種結晶の先端に焼結棒と同様にして作製した溶剤を取り付け、純酸素を導入しながら昇温して溶剤を溶解させると共に焼結棒の先端部を昇温して融解させる。そして、焼結棒の先端部に種結晶を接合させた後、焼結棒と種結晶とを速度０．５〜５ｍｍ／ｈの速度で下方に移動させることにより、磁気光学素子用結晶が得られる。

このように製造された磁気光学素子用結晶は、高い磁界感度を有するので、この磁気光学素子用結晶を用いることにより、高い磁界感度を有する磁気光学素子を提供することができる。

＜磁気光学素子＞
図１は、本実施形態に係る磁気光学素子用結晶を用いた磁気光学素子の一例を示す。図１に示すように、本実施形態の磁気光学素子１０は上述した磁気光学素子用結晶５を具備し、磁界を検出する検査部材の表面と相対向する磁気光学素子用結晶５の一方の端面５ａに反射膜１１が設けられている。反射膜１１は、磁気光学素子用結晶５の他端面５ｂから入射する入射光の偏光面を回転させると共に、その反射光を他端面５ｂから出射することができるようになっている。すなわち、かかる入射光は磁気光学素子用結晶５のファラデー効果により検査部材の磁界の強さに応じて偏光面が回転して反射されるようになっている。

ここで、この磁気光学素子用結晶５の端面５ａは、反射光を集光させることができるように反射膜１１の反射面を曲面として形成してある。この反射膜１１は入射光を効率よく反射することができるものであれば特に限定されないが、金属膜（例えば金など）又は誘電体多層膜（ＳｉＯ_２／Ｔａ_２Ｏ_５）で形成するのが好ましい。

また、この磁気光学素子用結晶５の端面５ａに設けられた反射膜１１を覆うように保護膜を設けてもよい。かかる保護膜を設けることにより、磁気光学素子用結晶５の耐久性を高めることができる。保護膜としては、例えばテフロン、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、紫外線硬化樹脂からなるものが挙げられる。なお、保護膜の厚さは特に限定されないが、１０〜２０μｍの範囲のものが好ましい。

さらに、磁気光学素子用結晶５を磁界検出装置等に取り付ける場合において、入射光に対する磁気光学素子用結晶５の結晶軸の方向は特に限定されないが、入射光に対して結晶軸<１１１>が垂直方向になるように磁界検出装置等に取り付けるのが好ましい。この磁気光学素子結晶５の磁化容易軸は結晶軸<１１１>であるので、結晶軸<１１１>が入射光に対して垂直方向になるように取り付けることにより、磁壁抗磁力による感度の低下を防止することができる。

このように製造された磁気光学素子１０は高い磁界感度を有するので、この磁気光学素子１０を用いることにより、高精度の磁界検出装置を提供することができる。

なお、磁気光学素子用結晶の磁界感度は、結晶の形状を変化させることにより、より高感度にすることができる。具体的には、（光透過・被測定磁界方向）/（結晶の面積）の値が大きくなるように本発明の磁気光学素子用結晶の形状を変化させることにより、反磁界係数を小さくさせることができるので、磁界感度をより高感度にすることができる。

＜磁界検出装置＞
次に、上述した磁気光学素子１０を用いた磁界検出装置について説明する。図２は、本実施形態に係る磁気光学素子１０を用いた磁界検出装置を示す概略図であり、図３は図２に示すＡの部分の拡大概略図である。図２及び図３に示すように、磁界検出装置１を構成する磁気光学素子１０は、フェルール２０を介して光ファイバ３０の一端と接続されており、光ファイバ３０及びフェルール２０を介して入射する入射光の反射光を、光ファイバ３０及びフェルール２０を介して出射するようになっている。このように、フェルール２０を介して光ファイバ３０と磁気光学素子１０とを接続することにより、光ファイバ３０から入射される入射光及び磁気光学素子１０から出射される出射光の減衰を防止することができる。さらに、図３に示すように、フェルール２０は光ファイバ３０と比べて端面の面積が大きく、磁気光学素子１０の端面の全体を用いて磁気光学素子１０とフェルール２０とを接続させることができるので、光ファイバ３０と磁気光学素子１０を直接接続するよりも強固に光ファイバ３０に磁気光学素子１０を固定することができる。

ここで、フェルール２０は光ファイバ３０と磁気光学素子１０とを接続することができ、上述したように入射光と出射光とを減衰させることなく光ファイバ３０又は磁気光学素子１０に導くことができるものであれば特に限定されない。

光ファイバ３０は入射光及び反射光を導くことができるものであれば特に限定されないが、シングルモード光ファイバが好ましく、シングルモード光ファイバの端部のコア径を拡大したＴＥＣ光ファイバ（商品名）が特に好ましい。ＴＥＣ光ファイバは開口（ＮＡ）が小さく、その分反射光を効率よく入射させることができる。

光源５０は出射用の光を発生することができるものであれば特に限定されないが、例えば波長が１．５５、１．３、０．８μｍ、出力が１〜４ｍＷのレーザダイオードで構成したものが好ましい。

光アンプ５１は、光源５０が出射した光を増幅するものであれば特に限定されず、必要に応じて設ければよい。λ／２板５２、λ／４板５３は光ファイバ３０に伝送される光の偏光状態を調節するものであれば特に限定されず、光ファイバ３０内を伝送中に種々の原因、例えば光ファイバ３０の振動等で乱れる偏光状態を調整し、検光子６０に入射する光が直線偏光になるようにするためのものである。

サーキュレータ４０は光源５０の光を磁気光学素子１０に向けて案内するとともに、磁気光学素子１０で反射した反射光を検光子６０に向けて案内するものであれば特に限定されない。したがって、本実施形態のように、サーキュレータ４０を光路の途中に介在させることにより、磁気光学素子１０に光を入射させる光路と磁気光学素子１０で反射した光を導出する光路とを兼用することができる。すなわち、光ファイバ３０が１本で済むことになる。

検光子６０は上述した反射光及びその偏光面の向きを検出することができるものであれば特に限定されない。なお、本実施形態では、検光子６０は検査部材１００の磁束密度の変化が最大になる角度（透過光に対して４５度）に設定してある。すなわち、図４に示すように、検査部材１００に磁界が発生していないときに４５度とし、この４５度を中心とする直線部分を利用するように調整してある。

光電変換素子６１は、検光子６０を透過した光をその強度を表す電気信号に変換するものであれば特に限定されないが、フォトダイオードで構成したものが好ましい。

演算処理装置６２は光電変換素子６１の出力信号を処理して出射光の偏光面と反射光の偏向面との間の回転角に基づいて検査部材１００の磁界を検出することができるものであれば特に限定されない。具体的な構成は種々のものが考えられるが、特定の周波数の信号のレベルを検出するスペクトラムアナライザ又はロックインアンプの機能を最低限度有するものであればよい。ここで、例えば集積回路の各種の傷に対してその性状（貫通傷、表面からの亀裂、裏面からの亀裂等）に関するデータベース、傷の深さと信号レベルとの相関関係を表すデータベースを構築しておき、これらのデータベースを前記信号の処理の際に参照することにより傷の性状及び傷の深さ等のデータも得ることができる。

表示装置６３は演算処理装置６２が処理したデータを可視化して表示することができるものであれば特に限定されない。表示されるデータとしては、例えば、集積回路の配線図、集積回路の傷の位置及び形状等が挙げられる。

かかる磁界検出装置１において、光源５０から出射する光は、光アンプ５１、λ／２板５２、λ／４板５３、サーキュレータ４０を介して磁気光学素子１０に入射するとともに、磁気光学素子１０の反射膜１１（図１参照）で反射されて検光子６０に至る。このとき、検光子６０を透過する偏光は、磁気光学素子１０が置かれた磁界の影響を受け、その磁束密度に応じて偏光面が回転する。したがって、検査部材１００により磁界が乱された場合、それは偏光面の回転角の変化として反映される。この結果、検光子６０の出力光を光電変換素子６１で変換して得る電気信号は検査部材１００の磁界の情報を含む信号となる。この電気信号を適正に処理することで検査部材１００の磁界の情報を得ることができる。

このときの検査部材１００の磁界に関する分解能は、磁気光学素子１０に依存するので、高い磁界感度を有する本発明の磁気光学素子用結晶５を用いた本実施形態の磁界検出装置１によれば、検査部材１００の磁界に関する高精度の情報を得ることができる。

（実施形態２）
実施形態１では、上述したようにして磁界検出装置１を構成したが、図５及び図６に示すように実施形態１の磁界検出装置１にさらに光源５０Ａ、光アンプ５１Ａ、λ／２板５２Ａ、λ／４板５３Ａ、サーキュレータ４０Ａ、光ファイバ３０Ａ、検光子６０Ａ及び光電変換素子６１Ａを設けて磁界検出装置１Ａを構成してもよい。図５は本実施形態に係る磁界検出装置の概略図であり、図６は図５に示すＢの拡大概略図である。

この磁界検出装置１Ａでは、図６に示すように、光ファイバ３０の近傍に別の光ファイバ３０Ａが設けられており、フェルール２０、２０Ａを介して磁気光学素子１０と光ファイバ３０、３０Ａとがそれぞれ接続されるようになっている。したがって、本実施形態の磁界検出装置１Ａを実施形態１の磁界検出装置１と同様に動作させることにより、同一磁気光学素子１０の異なる２つ部分を用いて、例えば図７に示すように、検査部材１００の磁界の変化を検出することができる。すなわち、検査部材１００に対して同一磁気光学素子１０の位置を相対的に移動させることにより、同一磁気光学素子１０の異なる２つの部分を用いて検査部材１００の同一箇所の磁界を測定することができる。そして、得られた検出結果の差分を取ることにより、検出結果のノイズを低減することができる。すなわち、一方の検出結果からは磁界の変化が検出され、他方の検出結果からは磁界の変化が検出されていない場合には、一方の検出結果から他方の検出結果を引くことにより、検出結果のノイズを低減することができる。また、図７に示される２つのピーク間の距離を計測することにより、集積回路の故障箇所の幅や集積回路の配線の幅等をより正確に検出することができる。さらに、図７に示される２つの信号の山の面積の差分を取ることにより、集積回路の故障箇所の深さや集積回路の配線の厚さ等をより正確に検出することができる。

ここで、フェルール２０Ａは、上述したフェルール２０と同様に、磁気光学素子１０と光ファイバ３０Ａとを接続することができ、入射光と出射光とを減衰させることなく光ファイバ３０Ａ又は磁気光学素子１０に導くことができるものであれば特に限定されない。なお、光源５０Ａ、光アンプ５１Ａ、λ／２板５２Ａ、λ／４板５３Ａ、サーキュレータ４０Ａ、光ファイバ３０Ａ、検光子６０Ａ及び光電変換素子６１Ａは、実施形態１の光源５０、光アンプ５１、λ／２板５２、λ／４板５３、サーキュレータ４０、光ファイバ３０、検光子６０及び光電変換素子６１とそれぞれ同様のものであるので、それぞれの説明を省略する。

（実施形態３）
実施形態１及び２の磁界検出装置１、１Ａは、検査部材１００に対する磁気光学素子１０の位置を相対的に移動させることにより、検査部材１００の磁界の変化を検出していたが、図８に示すように、大きな表面積を有する磁気光学素子１０を設け、その表面を走査するように光を出射し、磁気光学結晶から反射された反射光を検出することにより、検査部材１００の磁界の変化を検出するようにしてもよい。図８は、本実施形態に係る磁界検出装置の概略図である。

図８に示すように、本実施形態の磁界検出装置１Ｂは、実施形態１及び２と比較して大きな表面積を有する磁気光学素子１０と、磁気光学素子１０の表面を走査するように光を出射できる走査手段８０を有している。走査手段８０は、磁気光学素子１０と、磁気光学素子１０に光を出射するλ／４板５３との間に設置され、磁気光学素子１０の表面を走査するように光の向きを変えることができるようになっている。

また、本実施形態の磁界検出装置１Ｂは、大きな表面積を有する磁気光学素子１０によって反射された光を検出することができる検光子６０を有しており、走査手段８０により磁気光学素子１０の表面を走査するように出射された光の反射光を検出できるようになっている。

このような構成とすることにより、本実施形態の磁界検出装置１Ｂにおいては、検査部材１００に対する磁気光学素子１０の位置を相対的にそれ程移動させることなく、検査部材１００の広範囲の磁界に関する高精度の情報を効率的に得ることができる。

ここで、走査手段８０は、磁気光学素子１０の表面を走査するように光の向きを変えることができるものであれば特に限定されない。走査手段８０としては、例えば磁気光学素子１０の表面に対する姿勢を変更することができるプリズムやレンズ、又は磁気光学素子１０の表面に対する角度を変更することができるミラーなどが挙げられる。なお、光源５０、光アンプ５１、λ／２板５２、λ／４板５３、サーキュレータ４０、光ファイバ３０、検光子６０及び光電変換素子６１は実施形態１及び２と同様であるので、それぞれの説明を省略する。

（他の実施形態）
実施形態１又は２では、磁気光学素子１０として、図１に示す磁気光学素子１０を用いているが、図９に示すように、磁気光学素子用結晶５からなる薄膜の縁部に、磁気光学素子用結晶５の透磁率よりも高い透磁率を有する物質からなる層１２をさらに設けたものを磁気光学素子として用いてもよい。図９は、本実施形態に係る磁気光学素子の概略図である。かかる磁気光学素子１０Ａには、薄膜の縁部に磁気光学素子用結晶５より透磁率が高い物質からなる層１２が設けられているので、磁気光学素子１０Ａに対応する検査部材１００の領域外から放出される磁束は磁気光学素子用結晶５ではなく層１２を通過することになる。したがって、磁気光学素子１０Ａは対応する検査部材１００の領域外からの磁界の影響を低減させることができるので、磁気光学素子１０Ａに対応する検査部材１００の領域の磁界の変化をより正確に検出することができる。

ここで、層１２を構成する物質は、磁気光学素子用結晶５より透磁率が高いものであれば特に限定されないが、例えば強磁性（ニッケル系、コバルト系）粉末分散エポキシ樹脂などが挙げられる。

（実施例１）
＜磁気光学素子用結晶＞
ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末をＣｅ：Ｙ：Ｆｅのモル数が０．２４：２．７６：５の割合になるように混合して棒状体を作製し、その棒状体を酸素気流中１４００℃で１０時間燒結して、理論密度に対して９０％の密度を有する直径８ｍｍ、長さ６０ｍｍの焼結棒を作製した。そして、種結晶として[１１１]方向に伸びたイットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）単結晶を用い、焼結棒の先端部に種結晶を接合させた後、焼結棒と種結晶とを速度1ｍｍ／ｈの速度で下方に移動させて、直径８ｍｍ、長さ５ｃｍの磁気光学素子用結晶（Ｃｅ_０．２４Ｙ_２．７６Ｆｅ_５Ｏ_１２）を作製した。なお、加熱装置としては赤外線集光加熱装置を用いた。

＜磁気光学素子＞
次に、この磁気光学素子用結晶から、２００μｍ角で厚さが１００μｍの磁気光学素子用結晶を作製すると共に、その磁気光学素子用結晶の検査部材に対向する端面に、厚さ５μｍの誘電体多層膜（ＳｉＯ_２／Ｔａ_２Ｏ_５）を設けて、磁気光学素子を作成した。

＜磁界測定装置＞
磁気光学素子として、上述した磁気光学素子を用いて図２に示す磁界検出装置を製作した。この磁界検出装置では、光源として波長１．５５μｍ、出力１．４ｍＷのレーザー（ソーテック社製ＴＳＬ−６００−Ｓ）を用い、アンプとしてＥＧ＆Ｇ Ｐｒｉｎｓｔｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｓｉｃｓ社製５２０２、光アンプとして古河電工社製ＥｒＦＡ１０３０、λ／２板、λ／４、検光子板として応用光電社製ＯＹＫ−９５６５、サーキュレータとして応用光電社製ＰＩＣＴ−１５５０−Ｓ−ＦＣ、光ファイバとして三菱電線社製１．５５μmシングルモードファイバ、光電変換素子として応用光電社製ＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオード、演算処理装置として上記ロックインアンプ、表示装置としてアドバンテスト社製データロガーＲ７３２６Ｂを用いた。

（試験例１）
ネオアーク(株)製ＢＨ−Ｍ６００Ｆ−Ｄを用いて、クロス−ニコル法により波長１１００ｎｍ〜１６００ｎｍの領域で５０ｎｍごとに、実施例１で得られた磁気光学素子用結晶（Ｃｅ_０．２４Ｙ_２．７６Ｆｅ_５Ｏ_１２）の磁界感度を測定した。図１０に、この測定に用いた測定装置の概略図を示す。なお、本試験例では、磁界発生にはヘルムホルツ型配置コイルを有する電磁石を用い、分光器には半値幅０．８ｎｍの分解能（５００ｎｍで０．０１ｍｍのスリット幅のとき）を有するツエルニターナー型モノクロメーターを用い、偏光子及び検光子は消光比が５×１０^−５のグラントムソンプリズムを用い、磁界の測定にはガウスメータ（Ｆ．Ｗ．ＢＥＬＬ製、４０４８）を用いた。

この測定装置を用いて、波長１．３μｍの光における実施例１で得られた磁気光学素子用結晶のファラデー回転角を測定したところ、７２°であった。なお、この実験で用いた磁気光学素子用結晶の光吸収係数が５．５ｍｍ^−１であることから、この磁気光学素子用結晶の厚さは３６０μｍであることが分かった。

ここで、ファラデー回転角が４５度で変調が１００％になることから（検光子を４５度に設定しているため）、次式を用いて実施例１で得られた磁気光学素子用結晶の磁界感度Ｓを算出した。

Ｓ＝［（ファラデー回転角／４５）／４００００］×１００

この式より、実施例１で得られた磁気光学素子用結晶の磁界感度は０．００４％ｍ／Ａであることが分かった。同様にして(ＢｉＧａＬａＹ)_３(ＦｅＧａ)_５Ｏ_１２結晶の磁気感度を算出したところ、(ＢｉＧａＬａＹ)_３(ＦｅＧａ)_５Ｏ_１２結晶の磁気感度は０．００２３％ｍ／Ａであることが分かった。すなわち、実施例１で得られた磁気光学素子用結晶は(ＢｉＧｄＬａＹ)_３(ＦｅＧａ)_５Ｏ_１２結晶の約２倍の磁気感度を有することが分かった。

（試験例２）
図１１に示すように、直径０．３ｍｍの銅線を１ｍｍ間隔で設置して、周波数１ＭＨｚ、印加電圧１０Ｖで交流電流を印加し、図中のＣ−Ｃ’線に沿って実施例１で作成した磁界検出装置を用いて磁界を検出した。その実験結果の磁界信号を図１２に示す。図１２に示すように、この磁界検出装置を用いると、銅線の周囲には電流の向きに対応して反対方向の磁界が発生していることが分かると共に、銅線の間隔と等しい磁界分布を精度よく測定できたことが分かった。

実施形態１に係る磁気光学素子用結晶を用いた磁気光学素子の一例を示す概略図である。 実施形態１に係る磁気光学素子を用いた磁界検出装置を示す概略図である。 図１に示すＡの部分の拡大概略図である。 図２の検光子の特性を示す特性図である。 実施形態２に係る磁界検出装置を示す概略図である。 図５に示すＢの部分の拡大概略図である。 実施形態２に係る磁界検出装置により検出された信号の特性を示す特性図である。 実施形態３に係る磁界検出装置の概略図である。 他の実施形態に係る磁気光学素子の概略図である。 試験例１で用いた磁界感度測定装置の概略図である。 試験例２で用いた配線を示す概略図である。 試験例２の実験結果を示す図である。 磁気光学素子を用いた磁界検出方法を示す概略図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 磁界検出装置
５ 磁気光学素子用結晶
５ａ、５ｂ 磁気光学素子結晶の端面
１０、１０Ａ 磁気光学素子
１１ 反射膜
１２ 層
２０、２０Ａ フェルール
３０、３０Ａ 光ファイバ
４０、４０Ａ サーキュレータ
５０、５０Ａ 光源
５１、５１Ａ 光アンプ
５２、５２Ａ λ／２板
５３、５３Ａ λ／４板
６０、６０Ａ 検光子
６１、６１Ａ 光電変換素子
６２ 演算処理装置
６３ 表示装置
８０ 走査手段
１００ 検査部材

Claims (16)

1. 化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２
   （式中、０＜ｘ＜３である。）
   又は
   化学式Ｙ_３−ｘＣｅ_ｘＦｅ_５ーｙＡ_ｙＯ_１２
   （式中、Ａは３族元素を示し、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３である。）
   で表されることを特徴とする磁気光学素子用結晶。
2. 請求項１に記載の磁気光学素子用結晶からなることを特徴とする磁気光学素子。
3. 請求項２に記載の磁気光学素子からなる薄膜の縁部に前記磁気光学素子用結晶より高い透磁率を有する物質を設けたことを特徴とする磁気光学素子。
4. 被検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、
   光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、
   反射膜で反射した反射光を検光子に
   入射させる出射用光ファイバと、
   前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
   この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置。
5. 請求項４に記載の磁界検出装置において、フェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記入射用光ファイバ及び前記出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続することを特徴とする磁界検出装置。
6. 請求項４又は５に記載の磁界検出装置において、入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、サーキュレータを介してこの磁気光学素子からの反射光を検光子に入射させるようにしたことを特徴とする磁界検出装置。
7. 請求項４〜６に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする磁界検出装置。
8. 請求項４〜６に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする磁界検出装置。
9. 請求項４〜８に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする磁界検出装置。
10. 被検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、
    第１の光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる第１の入射用光ファイバと、
    反射膜で反射した反射光を第１の検光子に入射させる第１の出射用光ファイバと、
    前記第１の検光子の出力光を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、
    第２の光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる第２の入射用光ファイバと、
    反射膜で反射した反射光を第２の検光子に入射させる第２の出射用光ファイバと、
    前記第２の検光子の出力光を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、
    第１及び第２の光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置。
11. 請求項１０に記載の磁界検出装置において、第１のフェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記第１の入射用光ファイバ及び前記第２の出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続すると共に、第２のフェルールを介して、前記磁気光学素子と、前記第２の入射用光ファイバ及び前記第２の出射用光ファイバの少なくとも一方とを接続することを特徴とする磁界検出装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の磁界検出装置において、
    第１の入射用光ファイバと第１の出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中に第１のサーキュレータを介在させ、光源から第１のサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して第１の検光子に入射させるようにし、且つ
    第２の入射用光ファイバと第２の出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成すると共にその光路の途中に第２のサーキュレータを介在させ、光源から第２のサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させると共に、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して第２の検光子に入射させるようにしたことを特徴とする磁界検出装置。
13. 請求項１０〜１２に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、
    前記第１の光ファイバの出力光が前記第１の検光子の位置で直線偏光となるように調整した第１の偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設すると共に
    前記第２の光ファイバの出力光が前記第２の検光子の位置で直線偏光となるように調整した第２の偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする磁界検出装置。
14. 請求項１０〜１２に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記第１の光ファイバを偏波保持ファイバで形成すると共に、前記第２の光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする磁界検出装置。
15. 請求項１０〜１４に記載の磁界検出装置の何れかにおいて、前記第１の反射光を前記第１の出射用光ファイバの入射端面に集光させると共に前記第２の反射光を前記第２の出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする磁界検出装置。
16. 被検査部材の表面と相対向する端面に反射膜を設けた請求項２又は３に記載の磁気光学素子と、
    光源からの光を前記磁気光学素子の表面を走査するように前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる走査手段と、
    反射膜で反射した反射光を検出する検光子と、
    前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
    この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被検査部材の磁界を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする磁界検出装置。
    
    

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