JP3054208B2 - 磁界測定装置 - Google Patents
磁界測定装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界測定装置に関し、
特に、光学的に磁界強度を測定する磁界測定装置に関す
る。
特に、光学的に磁界強度を測定する磁界測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学式の磁界測定装置としては、
例えば、図４に示すようなものが知られている。図４に
おいて、半導体レーザ１から出射された光束は光ファイ
バ２に閉じ込められ、導波伝搬される。光ファイバ２の
出力端から出た光はレンズ３により平行光束にされ、偏
光子４、ファラデ効果素子５、偏光子６の順に透過す
る。偏光子４および偏光子６の透過方向は互いに４５度
傾けられており、偏光子６を透過した光はレンズ７によ
り集光され、光ファイバ８中を受光器９まで伝搬され
る。受光器９に受光された光は光−電流変換により電気
信号に変換され、図示しない電気回路により処理され、
磁界強度が測定されるようになっている。
例えば、図４に示すようなものが知られている。図４に
おいて、半導体レーザ１から出射された光束は光ファイ
バ２に閉じ込められ、導波伝搬される。光ファイバ２の
出力端から出た光はレンズ３により平行光束にされ、偏
光子４、ファラデ効果素子５、偏光子６の順に透過す
る。偏光子４および偏光子６の透過方向は互いに４５度
傾けられており、偏光子６を透過した光はレンズ７によ
り集光され、光ファイバ８中を受光器９まで伝搬され
る。受光器９に受光された光は光−電流変換により電気
信号に変換され、図示しない電気回路により処理され、
磁界強度が測定されるようになっている。
【０００３】ここで、上述の構成による磁界強度の検出
原理を簡単に説明する。一般的に、ファラデ効果素子５
は、光の偏光面を回転させる素子であり、その回転角θ
Fと光束に平行な方向の磁界強度Ｈとの関係は以下の式
により表現されることが知られている。 θF＝Ｖ・Ｌ・Ｈ ・・・・・・(1) (1)式中のＶはベルデ定数と呼ばれるファラデ効果素子
を形成する物質の固有の値であり、Ｌは光が伝搬する方
向のファラデ効果素子の伝搬長さである。このベルデ定
数Ｖおよび長さＬを適当に選択すると、図４の矢印方向
に示される順方向の磁界が印加されている場合の磁界強
度Ｈが予想最大値になるときのファラデ回転角θFを、
θF＝＋π／４ラジアンになるようにすることができ
る。またこのようにＶおよびＬを選択した場合、逆方向
の磁界が印加されると、Ｈの絶対値が上述の予想最大値
と同一になるときのファラデ回転角θFは、θF＝−π／
４ラジアンとなる。上述のようにＶおよびＬを選択する
と、図５に示すように、磁界強度Ｈが磁気的飽和点±Ｈ
S間を変化するとき、ファラデ回転角θFを−π／４とπ
／４との間でほぼ直線的に変化させることができる。
原理を簡単に説明する。一般的に、ファラデ効果素子５
は、光の偏光面を回転させる素子であり、その回転角θ
Fと光束に平行な方向の磁界強度Ｈとの関係は以下の式
により表現されることが知られている。 θF＝Ｖ・Ｌ・Ｈ ・・・・・・(1) (1)式中のＶはベルデ定数と呼ばれるファラデ効果素子
を形成する物質の固有の値であり、Ｌは光が伝搬する方
向のファラデ効果素子の伝搬長さである。このベルデ定
数Ｖおよび長さＬを適当に選択すると、図４の矢印方向
に示される順方向の磁界が印加されている場合の磁界強
度Ｈが予想最大値になるときのファラデ回転角θFを、
θF＝＋π／４ラジアンになるようにすることができ
る。またこのようにＶおよびＬを選択した場合、逆方向
の磁界が印加されると、Ｈの絶対値が上述の予想最大値
と同一になるときのファラデ回転角θFは、θF＝−π／
４ラジアンとなる。上述のようにＶおよびＬを選択する
と、図５に示すように、磁界強度Ｈが磁気的飽和点±Ｈ
S間を変化するとき、ファラデ回転角θFを−π／４とπ
／４との間でほぼ直線的に変化させることができる。
【０００４】また、偏光子６の偏光方向は偏光子４の偏
光方向に対して、順方向の磁界が印加された場合のファ
ラデ効果素子５による偏光面の回転方向と同じ方向に４
５゜傾けられている。このように偏光子６の偏光方向を
設定することにより、ファラデ回転角θFの−π／４お
よびπ／４間の変化に対して、偏光子６を通過後の光の
光量Ｐ0をゼロおよび最大光量の間で変化させることが
でき、−π／４＜θF＜π／４とすると、光量Ｐ0は図６
で示すカ−ブをとる。
光方向に対して、順方向の磁界が印加された場合のファ
ラデ効果素子５による偏光面の回転方向と同じ方向に４
５゜傾けられている。このように偏光子６の偏光方向を
設定することにより、ファラデ回転角θFの−π／４お
よびπ／４間の変化に対して、偏光子６を通過後の光の
光量Ｐ0をゼロおよび最大光量の間で変化させることが
でき、−π／４＜θF＜π／４とすると、光量Ｐ0は図６
で示すカ−ブをとる。
【０００５】測定対象磁界の磁界強度Ｈと偏光子６を通
過後の光量Ｐ0との関係は図６のように示され、この関
係から上述の図示しない電気回路は受光器９からの信号
に基づいて磁界強度を測定することができる。なお、図
６に示されるグラフは曲線となるため、受光器９の出力
信号は電気回路により補正する必要が生じるが、この電
気的な補正を避けるため、一般にはＨ＝０近傍の変曲点
付近の直線近似可能な領域、すなわち図６における太線
部分のみを使って磁界を測定するといった方法がとられ
ている。
過後の光量Ｐ0との関係は図６のように示され、この関
係から上述の図示しない電気回路は受光器９からの信号
に基づいて磁界強度を測定することができる。なお、図
６に示されるグラフは曲線となるため、受光器９の出力
信号は電気回路により補正する必要が生じるが、この電
気的な補正を避けるため、一般にはＨ＝０近傍の変曲点
付近の直線近似可能な領域、すなわち図６における太線
部分のみを使って磁界を測定するといった方法がとられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁界測定装置にあっては、下記のような理由のため、測
定感度を向上しようとするとコストが増大し、また測定
精度の向上が困難であるといった問題点があった。すな
わち、上述のようにサインカーブの直線近似部のみを利
用すると、ファラデ効果素子５の測定磁界はＨ1からＨ2
までの狭い範囲になる。このため、測定における感度を
向上するには、(1)式によりベルデ定数Ｖまたはファラ
デ効果素子の伝搬長さＬを大きくすればよいことが分
る。ベルデ定数Ｖは物質固有の値であって装置の構成や
方式で感度を向上することはできない。そこで、伝搬長
さＬを大きくすることが考えられるが、伝搬長さＬを大
きくすると、ファラデ効果素子５を通過する光量が小さ
くなり、電気回路中の光量検出回路の増幅率を増大させ
る必要がある。このように光量検出回路の増幅率を増大
させると、受光器９と光量検出回路の種々の雑音を増幅
させることになり、信号成分の検出が非常に困難にな
る。したがって、測定感度を向上するのは困難であり、
また少しの測定感度を向上するためであっても電子部品
を雑音発生の少ないものに変更することが必要になり、
このような特殊な電子部品を用いると、コストが増大す
る。
磁界測定装置にあっては、下記のような理由のため、測
定感度を向上しようとするとコストが増大し、また測定
精度の向上が困難であるといった問題点があった。すな
わち、上述のようにサインカーブの直線近似部のみを利
用すると、ファラデ効果素子５の測定磁界はＨ1からＨ2
までの狭い範囲になる。このため、測定における感度を
向上するには、(1)式によりベルデ定数Ｖまたはファラ
デ効果素子の伝搬長さＬを大きくすればよいことが分
る。ベルデ定数Ｖは物質固有の値であって装置の構成や
方式で感度を向上することはできない。そこで、伝搬長
さＬを大きくすることが考えられるが、伝搬長さＬを大
きくすると、ファラデ効果素子５を通過する光量が小さ
くなり、電気回路中の光量検出回路の増幅率を増大させ
る必要がある。このように光量検出回路の増幅率を増大
させると、受光器９と光量検出回路の種々の雑音を増幅
させることになり、信号成分の検出が非常に困難にな
る。したがって、測定感度を向上するのは困難であり、
また少しの測定感度を向上するためであっても電子部品
を雑音発生の少ないものに変更することが必要になり、
このような特殊な電子部品を用いると、コストが増大す
る。
【０００７】また、偏光子４、ファラデ効果素子５およ
び偏光子６を順に通過した光の光量に基づいて、磁界強
度を測定していたため、例えば、光路上にゴミ等の光を
遮断する物質が存在する場合、あるいは、光源の光量変
化や波長変化が生じる場合、検出される光量が変化し
て、見かけ上誤った磁界強度を測定することになり、測
定精度の向上が困難になる。
び偏光子６を順に通過した光の光量に基づいて、磁界強
度を測定していたため、例えば、光路上にゴミ等の光を
遮断する物質が存在する場合、あるいは、光源の光量変
化や波長変化が生じる場合、検出される光量が変化し
て、見かけ上誤った磁界強度を測定することになり、測
定精度の向上が困難になる。
【０００８】このように磁界強度の変化を受光光量の変
化で検出する方法とは別に磁界強度の変化を回折パター
ンの変化で検出するものも知られている(特開昭54-3307
6号公報)。このものは、ファラデ効果素子内の縞状磁区
の、外部磁界による変化に基づく回折パターンの変化を
検出するものである。しかし、この方法においては同心
円状の回折パターンを利用しており、回折パターンの検
出方法が複雑になり且つ受光光量が小さいため検出が困
難という問題があり、磁界測定に応用するのは難しいも
のであった。そこで、本発明は、付与磁界が与えられた
ファラデ効果素子により線状に回折された０次以外の回
折光を受光し該回折光の受光位置に基づいて、測定対象
磁界の磁界強度を検知することにより、コストを増大さ
せないで測定感度を向上するとともに、測定精度を向上
することを課題としている。
化で検出する方法とは別に磁界強度の変化を回折パター
ンの変化で検出するものも知られている(特開昭54-3307
6号公報)。このものは、ファラデ効果素子内の縞状磁区
の、外部磁界による変化に基づく回折パターンの変化を
検出するものである。しかし、この方法においては同心
円状の回折パターンを利用しており、回折パターンの検
出方法が複雑になり且つ受光光量が小さいため検出が困
難という問題があり、磁界測定に応用するのは難しいも
のであった。そこで、本発明は、付与磁界が与えられた
ファラデ効果素子により線状に回折された０次以外の回
折光を受光し該回折光の受光位置に基づいて、測定対象
磁界の磁界強度を検知することにより、コストを増大さ
せないで測定感度を向上するとともに、測定精度を向上
することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、測定対象磁界の磁力線に平行に進行する直
線偏光を発生する偏光発生手段と、偏光発生手段により
発せられる直線偏光の進行方向にほぼ平行な縞状磁区を
発生し、偏光発生手段により発せられる直線偏光を入射
して縞状磁区により回折させるファラデ効果素子と、偏
光発生手段により発せられる直線偏光の進行方向に直交
する磁力線を有する付与磁界を発生し、ファラデ効果素
子の縞状磁区を、付与磁界の磁力線に平行に整列させる
付与磁界発生手段と、ファラデ効果素子により線状に回
折された０次以外の回折光を受光し、該回折光の受光位
置を検出する受光位置検出手段と、受光位置検出手段の
検出結果に基づき測定対象磁界の磁界強度を検知する磁
界強度検知手段と、を備えており、また、前記ファラデ
効果素子と受光位置検出手段との間の光路中に、受光位
置検出手段により検出される偏光方向の光のみを受光位
置検出手段に導く偏光手段を設けるようにしてもよい。
さらに、前記偏光手段および受光位置検出手段を２組設
け、それぞれ異なる偏光方向の光を同時に受光し、各受
光位置検出手段の出力信号の差をとり、ノイズを相殺す
るようになすことも出来る。
決するため、測定対象磁界の磁力線に平行に進行する直
線偏光を発生する偏光発生手段と、偏光発生手段により
発せられる直線偏光の進行方向にほぼ平行な縞状磁区を
発生し、偏光発生手段により発せられる直線偏光を入射
して縞状磁区により回折させるファラデ効果素子と、偏
光発生手段により発せられる直線偏光の進行方向に直交
する磁力線を有する付与磁界を発生し、ファラデ効果素
子の縞状磁区を、付与磁界の磁力線に平行に整列させる
付与磁界発生手段と、ファラデ効果素子により線状に回
折された０次以外の回折光を受光し、該回折光の受光位
置を検出する受光位置検出手段と、受光位置検出手段の
検出結果に基づき測定対象磁界の磁界強度を検知する磁
界強度検知手段と、を備えており、また、前記ファラデ
効果素子と受光位置検出手段との間の光路中に、受光位
置検出手段により検出される偏光方向の光のみを受光位
置検出手段に導く偏光手段を設けるようにしてもよい。
さらに、前記偏光手段および受光位置検出手段を２組設
け、それぞれ異なる偏光方向の光を同時に受光し、各受
光位置検出手段の出力信号の差をとり、ノイズを相殺す
るようになすことも出来る。
【００１０】なお、本発明における直線偏光とは、本発
明の作用効果をもたらすことの可能な範囲の楕円偏光を
含むものであって、厳密な意味の直線偏光に限るもので
はない。
明の作用効果をもたらすことの可能な範囲の楕円偏光を
含むものであって、厳密な意味の直線偏光に限るもので
はない。
【００１１】
【作用】本発明では、直線偏光の進行方向にほぼ平行な
ファラデ効果素子の縞状磁区が付与磁界により付与磁界
の磁力線に平行に整列され、ファラデ効果素子を直線偏
光が通過すると縞状磁区により回折され、同じ磁化の磁
区を通過した直線偏光同士が干渉する。一方、縞状磁区
を透過した０次以外の回折光の出射角は透過した磁区の
幅に対応して変化し、線状の回折パターンを発生する。
なお、磁区の幅は測定対象磁界の磁界強度に対応して変
化する。したがって、受光位置検出手段により検出され
る０次以外の回折光の受光位置に基づいて、磁界強度検
知手段により磁界強度が検知される。
ファラデ効果素子の縞状磁区が付与磁界により付与磁界
の磁力線に平行に整列され、ファラデ効果素子を直線偏
光が通過すると縞状磁区により回折され、同じ磁化の磁
区を通過した直線偏光同士が干渉する。一方、縞状磁区
を透過した０次以外の回折光の出射角は透過した磁区の
幅に対応して変化し、線状の回折パターンを発生する。
なお、磁区の幅は測定対象磁界の磁界強度に対応して変
化する。したがって、受光位置検出手段により検出され
る０次以外の回折光の受光位置に基づいて、磁界強度検
知手段により磁界強度が検知される。
【００１２】また、受光位置検出手段により検出される
偏光方向の光のみを受光位置検出手段に導く偏光手段を
設けるようにした場合、受光手段による受光が容易にな
る。
偏光方向の光のみを受光位置検出手段に導く偏光手段を
設けるようにした場合、受光手段による受光が容易にな
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図３は本発明に係る磁界測定装置の一実施例を示す
図である。まず、構成を説明する。図１、図２におい
て、11は半導体レーザであり、半導体レーザ11から出射
された光束は光ファイバ12に閉じ込められ導波伝搬され
る。光ファイバ12の出力端から出た光はレンズ13により
平行光束にされ、偏光子14に入射される。偏光子14から
出射された光は所定方向の偏光面を有する直線偏光とな
り、この直線偏光の進行方向は測定対象磁界の磁力線に
平行である。したがって、半導体レーザ11、光ファイバ
12、レンズ13および偏光子14は、測定対象磁界の磁力線
に平行に進行する直線偏光を発生する偏光発生手段を構
成する。測定対象磁界中の直線偏光光路上にはファラデ
効果素子15が配設されており、ファラデ効果素子15は、
直線偏光の進行方向にほぼ平行な縞状磁区を発生し、偏
光子14を透過した光を入射して縞状磁区により回折させ
る。16、17は、偏光子14を通過後の光の進行方向に直交
する磁力線を有する弱い付与磁界を発生する磁石であ
り、磁石16、17は、付与磁界をファラデ効果素子15に印
加することにより、縞状磁区を付与磁界の磁力線に平行
にし、各縞状磁区を該磁力線に直交する方向に整列させ
る(図３)ものであり、線状の回折パターンを発生させる
付与磁界発生手段を構成する。
１〜図３は本発明に係る磁界測定装置の一実施例を示す
図である。まず、構成を説明する。図１、図２におい
て、11は半導体レーザであり、半導体レーザ11から出射
された光束は光ファイバ12に閉じ込められ導波伝搬され
る。光ファイバ12の出力端から出た光はレンズ13により
平行光束にされ、偏光子14に入射される。偏光子14から
出射された光は所定方向の偏光面を有する直線偏光とな
り、この直線偏光の進行方向は測定対象磁界の磁力線に
平行である。したがって、半導体レーザ11、光ファイバ
12、レンズ13および偏光子14は、測定対象磁界の磁力線
に平行に進行する直線偏光を発生する偏光発生手段を構
成する。測定対象磁界中の直線偏光光路上にはファラデ
効果素子15が配設されており、ファラデ効果素子15は、
直線偏光の進行方向にほぼ平行な縞状磁区を発生し、偏
光子14を透過した光を入射して縞状磁区により回折させ
る。16、17は、偏光子14を通過後の光の進行方向に直交
する磁力線を有する弱い付与磁界を発生する磁石であ
り、磁石16、17は、付与磁界をファラデ効果素子15に印
加することにより、縞状磁区を付与磁界の磁力線に平行
にし、各縞状磁区を該磁力線に直交する方向に整列させ
る(図３)ものであり、線状の回折パターンを発生させる
付与磁界発生手段を構成する。
【００１４】ファラデ効果素子15により線状に回折され
た０次以外の回折光は偏光子18を通して受光器19により
受光されるようになっており、受光器19は例えばフォト
ダイオードアレイからなり、回折光の受光位置に対応し
た信号を出力するものである。したがって、受光器19
は、受光位置検出手段を構成する。受光器19の出力信号
は検知回路20に入力されるようになっており、検知回路
20は受光器19の検出結果に基づき測定対象磁界の磁界強
度を検知する磁界強度検知手段を構成する。詳しくは、
縞状磁区により回折されて偏光子18を透過後の光が図１
の紙面垂直方向、図２の上下方向に線状に広がるよう
に、偏光子18の偏光方向は設定されており、受光器19は
少なくとも上述の方向に広がる光を受光可能に設けられ
ていればよい。したがって、偏光子18は、ファラデ効果
素子15と受光器19との間の光路中に、受光器19により検
出される偏光方向の光のみを受光器19に導く偏光手段を
構成する。
た０次以外の回折光は偏光子18を通して受光器19により
受光されるようになっており、受光器19は例えばフォト
ダイオードアレイからなり、回折光の受光位置に対応し
た信号を出力するものである。したがって、受光器19
は、受光位置検出手段を構成する。受光器19の出力信号
は検知回路20に入力されるようになっており、検知回路
20は受光器19の検出結果に基づき測定対象磁界の磁界強
度を検知する磁界強度検知手段を構成する。詳しくは、
縞状磁区により回折されて偏光子18を透過後の光が図１
の紙面垂直方向、図２の上下方向に線状に広がるよう
に、偏光子18の偏光方向は設定されており、受光器19は
少なくとも上述の方向に広がる光を受光可能に設けられ
ていればよい。したがって、偏光子18は、ファラデ効果
素子15と受光器19との間の光路中に、受光器19により検
出される偏光方向の光のみを受光器19に導く偏光手段を
構成する。
【００１５】次に、上述のような構成により磁界強度が
検出される原理を説明する。ファラデ効果素子15の異方
性は一軸に限らず二、三軸等であってもよいが、本実施
例においては図１における紙面に垂直な一軸異方性を有
するものとして説明する。このような一軸異方性を有す
るものとしては、例えばファラデ効果素子の一つの典型
的材料であるイットリュウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）が
知られている。
検出される原理を説明する。ファラデ効果素子15の異方
性は一軸に限らず二、三軸等であってもよいが、本実施
例においては図１における紙面に垂直な一軸異方性を有
するものとして説明する。このような一軸異方性を有す
るものとしては、例えばファラデ効果素子の一つの典型
的材料であるイットリュウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）が
知られている。
【００１６】ここに、一軸異方性定数をＫu、自発磁化
をＩs、透磁率をμ0とすると、異方性磁界２Ｋu／Ｉsと
透磁率Ｉs／μ0との間で以下の関係が成立つ。 ２Ｋu／Ｉs≧Ｉs／μ0 ・・・・・・(3) さらに(3)式から、 Ｋu≧Ｉs 2／２μ0 ・・・・・・(4) 一般的に、ファラデ効果素子中の縞状磁区は例えば図３
のように示される。縞状磁区は複数の磁区から構成さ
れ、隣り合う磁区同士の磁化の方向は正反対の方向であ
る。磁化の方向は各磁区内の矢印で示され、図３中の右
向きの磁化を有する磁区を第１の磁区、左向きの磁化を
有する磁区を第２の磁区とする。光が図３中の左から右
にファラデ効果素子に入射して透過するとき、光の偏光
方向は透過する磁区の磁化の方向によって以下のように
回転する。すなわち、光の進行方向と同じ向きの磁化を
有する第１の磁区を透過した場合、光の進行方向に向っ
て例えば右回りに４５゜回転し、光の進行方向と反対向
きの磁化を有する第２の磁区を透過した場合、上述とは
逆の方向に４５゜回転する。したがって、ファラデ効果
素子の縞状磁区を透過した光は互いに９０゜異なる偏光
方向を有する光束となり、また縞状磁区を透過した光は
回折し同じ偏光方向成分を有する光同士が干渉を起こ
す。図３に示すように、光の入射角をθ0、Ｎ次回折光
の出射角をθN（ただしＮ＝０、１、２、・・・）とする
と、下記の(5)式が成立することが知られている。
をＩs、透磁率をμ0とすると、異方性磁界２Ｋu／Ｉsと
透磁率Ｉs／μ0との間で以下の関係が成立つ。 ２Ｋu／Ｉs≧Ｉs／μ0 ・・・・・・(3) さらに(3)式から、 Ｋu≧Ｉs 2／２μ0 ・・・・・・(4) 一般的に、ファラデ効果素子中の縞状磁区は例えば図３
のように示される。縞状磁区は複数の磁区から構成さ
れ、隣り合う磁区同士の磁化の方向は正反対の方向であ
る。磁化の方向は各磁区内の矢印で示され、図３中の右
向きの磁化を有する磁区を第１の磁区、左向きの磁化を
有する磁区を第２の磁区とする。光が図３中の左から右
にファラデ効果素子に入射して透過するとき、光の偏光
方向は透過する磁区の磁化の方向によって以下のように
回転する。すなわち、光の進行方向と同じ向きの磁化を
有する第１の磁区を透過した場合、光の進行方向に向っ
て例えば右回りに４５゜回転し、光の進行方向と反対向
きの磁化を有する第２の磁区を透過した場合、上述とは
逆の方向に４５゜回転する。したがって、ファラデ効果
素子の縞状磁区を透過した光は互いに９０゜異なる偏光
方向を有する光束となり、また縞状磁区を透過した光は
回折し同じ偏光方向成分を有する光同士が干渉を起こ
す。図３に示すように、光の入射角をθ0、Ｎ次回折光
の出射角をθN（ただしＮ＝０、１、２、・・・）とする
と、下記の(5)式が成立することが知られている。
【００１７】
【数１】 ただし、 Ｐ：Ｐ＝ｓｉｎθN−ｓｉｎθ0 ２ξ0：透過干渉させる偏光方向が出射される磁区の幅 ｄ：磁区のピッチ Ｍ：光束が透過する磁区の数の１／２ λ：光の波長 Ｉ(p)：ｐでの光強度、すなわちＮ次回折光の光強度 である。
【００１８】ここで、図３に示す縞状磁区に、光の進行
方向に平行な磁力線を有する磁界が外部から印加される
と、外部の磁界の磁界強度に比例して磁区の幅は変化
し、ＨSを磁気的飽和点とすると、磁区の幅は２ξ0＝
（ｄ／２ＨS）Ｈで表される。したがって、外部から印
加された磁界の磁界強度が変化すると、２ξ0が変化
し、さらに(5)式のＩ(p)を一定とするとＮ次回折光の出
射角θNが変化する。
方向に平行な磁力線を有する磁界が外部から印加される
と、外部の磁界の磁界強度に比例して磁区の幅は変化
し、ＨSを磁気的飽和点とすると、磁区の幅は２ξ0＝
（ｄ／２ＨS）Ｈで表される。したがって、外部から印
加された磁界の磁界強度が変化すると、２ξ0が変化
し、さらに(5)式のＩ(p)を一定とするとＮ次回折光の出
射角θNが変化する。
【００１９】以上の原理によれば、受光器19により検出
される受光位置は、測定対象磁界の磁界強度に対応して
変化する。したがって、受光器19の検出結果に基づいて
検知回路20は測定対象磁界の磁界強度を検知することが
できる。具体的には、ファラデ効果素子15により線状に
回折された回折光のうち１次回折光のピーク光量位置の
変化を受光器19によって検出することにより、磁界強度
を検知する。また、上述したようにファラデ効果素子15
を透過した光は互いに９０゜異なる偏光方向を有する光
束(例えば、S偏光およびP偏光)となっているが、偏光子
18により何れかの偏光方向を有する光のみを透過させ、
透過光を一方向にのみに広げているので、受光器19はこ
の方向の受光位置の変位を検出するだけでよい。なお、
受光器19の具体例としては、上述のフォトダイオードア
レイの他に例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）
や位置検出子等の光量分布を測定する素子から構成され
るものであってもよい。また、本実施例では受光器19が
偏光子18から離隔しているが、これに限定されるもので
はなく、両者が密着されていてもよいのは言うまでもな
い。さらに、磁界強度検知手段は検知回路20に限定され
るものではなく、マイクロコンピュータ等であってもよ
いのは言うまでもない。
される受光位置は、測定対象磁界の磁界強度に対応して
変化する。したがって、受光器19の検出結果に基づいて
検知回路20は測定対象磁界の磁界強度を検知することが
できる。具体的には、ファラデ効果素子15により線状に
回折された回折光のうち１次回折光のピーク光量位置の
変化を受光器19によって検出することにより、磁界強度
を検知する。また、上述したようにファラデ効果素子15
を透過した光は互いに９０゜異なる偏光方向を有する光
束(例えば、S偏光およびP偏光)となっているが、偏光子
18により何れかの偏光方向を有する光のみを透過させ、
透過光を一方向にのみに広げているので、受光器19はこ
の方向の受光位置の変位を検出するだけでよい。なお、
受光器19の具体例としては、上述のフォトダイオードア
レイの他に例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）
や位置検出子等の光量分布を測定する素子から構成され
るものであってもよい。また、本実施例では受光器19が
偏光子18から離隔しているが、これに限定されるもので
はなく、両者が密着されていてもよいのは言うまでもな
い。さらに、磁界強度検知手段は検知回路20に限定され
るものではなく、マイクロコンピュータ等であってもよ
いのは言うまでもない。
【００２０】上述のように本実施例では、ファラデ効果
素子を飽和したときに、ファラデ回転角が４５度（π／
４ラジアン）になるように（１）式に従ってファラデ効
果素子を設定する。ファラデ効果素子は常に自発磁化で
飽和しており、磁区は縞状になっている。測定可能な磁
界強度はファラデ効果素子の磁区が１つになる飽和磁界
強度である。また、磁界の検出には回折角を検出してい
るためファラデ効果素子と受光器との距離を大きくする
ことで感度は容易に飛躍的に向上する。
素子を飽和したときに、ファラデ回転角が４５度（π／
４ラジアン）になるように（１）式に従ってファラデ効
果素子を設定する。ファラデ効果素子は常に自発磁化で
飽和しており、磁区は縞状になっている。測定可能な磁
界強度はファラデ効果素子の磁区が１つになる飽和磁界
強度である。また、磁界の検出には回折角を検出してい
るためファラデ効果素子と受光器との距離を大きくする
ことで感度は容易に飛躍的に向上する。
【００２１】また、サインカーブの直線近似部のみを利
用した従来のものにおいて本発明の装置と同じ測定感度
を得ようとすると、前述したように種々の雑音の増大や
コストの増大といった不具合が発生することになり、本
発明では、これらの問題点を解消することができる。
用した従来のものにおいて本発明の装置と同じ測定感度
を得ようとすると、前述したように種々の雑音の増大や
コストの増大といった不具合が発生することになり、本
発明では、これらの問題点を解消することができる。
【００２２】さらに、受光器19に到達する光は、受光位
置が正確に検出されるだけの光量を有していればよいの
で、光路上にゴミ等の光を減じる物質が存在することに
よる光量変化、あるいは、光源の出射光量変化が生じる
ことによって、受光器19に到達する光の光量が多少変化
しても測定可能である。また、測定精度への影響は比較
的小さく抑えられる。これらに加えて、本発明において
は、線状の回折パターンを発生し、これを測定するよう
になしているので、回折する光束が限られた範囲に分散
するのみであるから十分な検出光量を確保できる。
置が正確に検出されるだけの光量を有していればよいの
で、光路上にゴミ等の光を減じる物質が存在することに
よる光量変化、あるいは、光源の出射光量変化が生じる
ことによって、受光器19に到達する光の光量が多少変化
しても測定可能である。また、測定精度への影響は比較
的小さく抑えられる。これらに加えて、本発明において
は、線状の回折パターンを発生し、これを測定するよう
になしているので、回折する光束が限られた範囲に分散
するのみであるから十分な検出光量を確保できる。
【００２３】したがって、本実施例によれば、コストを
増大させないで、測定感度を向上することができ、また
測定精度を向上することができる。一方、上述の実施例
の偏光子18の代りに偏光ビームスプリッタ（プリズム状
のものでもフィルム状のものでもよい）を用い、また受
光器19を２つ設けることにより、測定精度をより一層向
上することができる。
増大させないで、測定感度を向上することができ、また
測定精度を向上することができる。一方、上述の実施例
の偏光子18の代りに偏光ビームスプリッタ（プリズム状
のものでもフィルム状のものでもよい）を用い、また受
光器19を２つ設けることにより、測定精度をより一層向
上することができる。
【００２４】すなわち、前述したように、ファラデ効果
素子15を透過後の光は互いに９０゜異なる偏光方向を有
する光束となっているが、偏光子18の代りに設けられた
偏光ビームスプリッタによって、一方の偏光方向を有す
る光のみを２つの受光器のうちの一つに導き、他方の偏
光方向を有する光のみを受光器の残りの一つに導くこと
ができる。この場合の検知回路は差動検出をしながら測
定対象磁界の磁化強度を検知することができる。詳しく
は、図３において、例えば光の進む向きの磁界が増大す
ると、第１の磁区の幅２ξ0が大きくなり、１次回折光
は０次光側にシフトする。一方、第１の磁区の幅２ξ0
の幅の増大により第２の磁区の幅ｄ−２ξ0は小さくな
り、前記(5)式の２ξ0をｄ−２ξ0に置き換えて計算す
ると、０次光とは反対側にシフトすることが分る。な
お、正確には隣り合う磁区の間には磁壁が存在し、磁壁
の幅を除く必要があるが簡単にするためこの磁壁の幅は
無視するものとし、勿論無視しても原理的には変らな
い。したがって、第１、第２の磁区をそれぞれ透過回折
した光の例えば１次回折光を２つの受光器により別々に
受光し、検知回路が、各受光器の出力信号の差をとるこ
とにより、受光器のランダムな雑音をキャンセルするこ
とができる。このような構成にした場合、互いに異なる
偏光方向を有する２つの回折光を分離することができる
ので、検出精度を大幅に向上することができる。
素子15を透過後の光は互いに９０゜異なる偏光方向を有
する光束となっているが、偏光子18の代りに設けられた
偏光ビームスプリッタによって、一方の偏光方向を有す
る光のみを２つの受光器のうちの一つに導き、他方の偏
光方向を有する光のみを受光器の残りの一つに導くこと
ができる。この場合の検知回路は差動検出をしながら測
定対象磁界の磁化強度を検知することができる。詳しく
は、図３において、例えば光の進む向きの磁界が増大す
ると、第１の磁区の幅２ξ0が大きくなり、１次回折光
は０次光側にシフトする。一方、第１の磁区の幅２ξ0
の幅の増大により第２の磁区の幅ｄ−２ξ0は小さくな
り、前記(5)式の２ξ0をｄ−２ξ0に置き換えて計算す
ると、０次光とは反対側にシフトすることが分る。な
お、正確には隣り合う磁区の間には磁壁が存在し、磁壁
の幅を除く必要があるが簡単にするためこの磁壁の幅は
無視するものとし、勿論無視しても原理的には変らな
い。したがって、第１、第２の磁区をそれぞれ透過回折
した光の例えば１次回折光を２つの受光器により別々に
受光し、検知回路が、各受光器の出力信号の差をとるこ
とにより、受光器のランダムな雑音をキャンセルするこ
とができる。このような構成にした場合、互いに異なる
偏光方向を有する２つの回折光を分離することができる
ので、検出精度を大幅に向上することができる。
【００２５】また、以上直線偏光で説明したが、直線と
見なせる楕円偏光でも同様にして磁界を測定することが
できる。ただし、楕円偏光の楕円の長軸と短軸の長さの
比（短軸の長さ／長軸の長さ）はそのまま測定時の光源
に依存するＳ／Ｎ比となる。
見なせる楕円偏光でも同様にして磁界を測定することが
できる。ただし、楕円偏光の楕円の長軸と短軸の長さの
比（短軸の長さ／長軸の長さ）はそのまま測定時の光源
に依存するＳ／Ｎ比となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、ファラデ効果素子によ
り線状に回折された０次以外の回折光を受光し該回折光
の受光位置に基づいて測定対象磁界の磁界強度を検知し
ているので、光量変化に基づいて磁界強度を検知するよ
うにしていた従来のもの、あるいは同心状の回折パター
ンを利用するものに比較すると、コストを増大させない
で、測定感度を向上するとともに、測定精度を向上する
ことができる。また、偏光手段を設けた場合、測定精度
を一層向上することができる。
り線状に回折された０次以外の回折光を受光し該回折光
の受光位置に基づいて測定対象磁界の磁界強度を検知し
ているので、光量変化に基づいて磁界強度を検知するよ
うにしていた従来のもの、あるいは同心状の回折パター
ンを利用するものに比較すると、コストを増大させない
で、測定感度を向上するとともに、測定精度を向上する
ことができる。また、偏光手段を設けた場合、測定精度
を一層向上することができる。
【図１】本発明に係る磁界測定装置の一実施例を示すそ
の概略正面図。
の概略正面図。
【図２】図１に示される装置の概略上面図。
【図３】図１におけるファラデ効果素子の縞状磁区の作
用を説明するための図。
用を説明するための図。
【図４】従来の磁界測定装置の概略正面図。
【図５】従来の磁界測定装置の測定原理を説明するため
の第１のグラフ。
の第１のグラフ。
【図６】従来の磁界測定装置の測定原理を説明するため
の第２のグラフ。
の第２のグラフ。
11 半導体レーザ、12 光ファイバ、13 レンズ、14偏
光子（偏光発生手段） 15 ファラデ効果素子 16、17 磁石（付与磁界発生手段） 18 偏光子（偏光手段） 19 受光器（受光位置検出手段） 20 検知回路（磁界強度検知手段）
光子（偏光発生手段） 15 ファラデ効果素子 16、17 磁石（付与磁界発生手段） 18 偏光子（偏光手段） 19 受光器（受光位置検出手段） 20 検知回路（磁界強度検知手段）
Claims (3)
- 【請求項１】測定対象磁界の磁力線に平行に進行する直
線偏光を発生する偏光発生手段と、該 偏光発生手段により発せられる直線偏光の進行方向に
ほぼ平行な縞状磁区を発生し、偏光発生手段により発せ
られる直線偏光を入射して縞状磁区により回折させるフ
ァラデ効果素子と、 偏光発生手段により発せられる直線偏光の進行方向に直
交する磁力線を有する付与磁界を発生し、ファラデ効果
素子の縞状磁区を、付与磁界の磁力線に平行に整列させ
る付与磁界発生手段と、該 ファラデ効果素子により線状に回折された０次以外の
回折光を受光し、該回折光の受光位置を検出する受光位
置検出手段と、 受光位置検出手段の検出結果に基づき測定対象磁界の磁
界強度を検知する磁界強度検知手段と、を備えたことを
特徴とする磁界測定装置。 - 【請求項２】前記ファラデ効果素子と受光位置検出手段
との間の光路中に、受光位置検出手段により検出される
偏光方向の光のみを受光位置検出手段に導く偏光手段を
設けた請求項１記載の磁界測定装置。 - 【請求項３】前記偏光手段および受光位置検出手段を２
組設け、それぞれ異なる偏光方向の光を同時に受光し、
各受光位置検出手段の出力信号の差をとり、ノイズを相
殺するようにした請求項２記載の磁界測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034932A JP3054208B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 磁界測定装置 |
| US07/836,834 US5281912A (en) | 1991-03-01 | 1992-02-19 | Magneto-optic magnetic-field measuring apparatus for measuring a magnetic field intensity by measuring an angle of diffraction |
| EP92301533A EP0501726B1 (en) | 1991-03-01 | 1992-02-24 | Magnetic-field measuring apparatus |
| DE69204705T DE69204705T2 (de) | 1991-03-01 | 1992-02-24 | Magnetfeldmesseinrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034932A JP3054208B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 磁界測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274779A JPH04274779A (ja) | 1992-09-30 |
| JP3054208B2 true JP3054208B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=12427971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3034932A Expired - Fee Related JP3054208B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 磁界測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5281912A (ja) |
| EP (1) | EP0501726B1 (ja) |
| JP (1) | JP3054208B2 (ja) |
| DE (1) | DE69204705T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5412469A (en) * | 1992-11-16 | 1995-05-02 | Simmonds Precision Products, Inc. | Optical spectrum analyzer and encoder using a modulated phase grating wherein said grating diffracts the wavelength as a function of the magnetic field |
| JP2648437B2 (ja) * | 1993-06-03 | 1997-08-27 | 帝人製機株式会社 | 光磁気変調方式並びにその方式を用いた変位検出装置および光スイッチ |
| JPH07104225A (ja) * | 1993-10-05 | 1995-04-21 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ファラデー回転子 |
| US5952818A (en) * | 1996-05-31 | 1999-09-14 | Rensselaer Polytechnic Institute | Electro-optical sensing apparatus and method for characterizing free-space electromagnetic radiation |
| WO1997045747A1 (en) * | 1996-05-31 | 1997-12-04 | Rensselaer Polytechnic Institute | Electro-optical and magneto-optical sensing apparatus and method for characterizing free-space electromagnetic radiation |
| US6745942B1 (en) * | 2002-08-05 | 2004-06-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Magnetic symbology reader |
| US7448734B2 (en) * | 2004-01-21 | 2008-11-11 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet printer cartridge with pagewidth printhead |
| WO2010021032A1 (ja) * | 2008-08-20 | 2010-02-25 | 株式会社フォスメガ | 磁界センサ |
| CN110383086B (zh) * | 2017-03-06 | 2021-08-24 | 国立大学法人大阪大学 | 电磁波测量装置以及电磁波测量方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4195261A (en) * | 1977-08-18 | 1980-03-25 | Burroughs Corporation | Method and apparatus for measuring the stripe width and collapse field of magnetic materials |
| SU711508A1 (ru) * | 1977-11-09 | 1980-01-25 | Предприятие П/Я А-1631 | Устройство дл регистрации магнитного пол |
| DE3341265A1 (de) * | 1983-11-15 | 1985-05-23 | Phönix Armaturen-Werke Bregel GmbH, 6000 Frankfurt | Messgeraet |
| SU1348760A1 (ru) * | 1984-09-04 | 1987-10-30 | Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе | Устройство дл измерени напр женности магнитного пол |
| JPH0766044B2 (ja) * | 1985-06-29 | 1995-07-19 | 株式会社東芝 | 磁界センサ |
| US4952014A (en) * | 1987-10-19 | 1990-08-28 | At&T Bell Laboratories | Optical systems with thin film polarization rotators and method for fabricating such rotators |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3034932A patent/JP3054208B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-02-19 US US07/836,834 patent/US5281912A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-24 DE DE69204705T patent/DE69204705T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-02-24 EP EP92301533A patent/EP0501726B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0501726A3 (en) | 1992-09-16 |
| DE69204705T2 (de) | 1996-05-09 |
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| EP0501726A2 (en) | 1992-09-02 |
| US5281912A (en) | 1994-01-25 |
| DE69204705D1 (de) | 1995-10-19 |
| JPH04274779A (ja) | 1992-09-30 |
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|---|---|---|---|
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