JP3231213B2 - 光センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光を測定手段に用いた
磁界（電流）を測定するための光センサ装置およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光学素子技術、光応用計測技術、
光通信技術の進歩に伴い、光センサ装置や小型化された
光通信用光部品が実用化、あるいは実用化をめざして研
究開発されつつある。たとえば光センサ装置の電力分野
への応用は、高い絶縁性や雷等の電磁誘導ノイズに強い
等の特性を生かして着実に実用化されつつある（たとえ
ばＮａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒ
ｔ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ２ ｐ１２７（１９９２））。

【０００３】図８は、前記した内容の一例である電線に
流れる電流を光センサ装置で測定する状態を示したもの
である。図８では、その光センサ装置が従来の光学部品
を使用した光電流センサ装置の構成であり、馬蹄形鉄心
１の鉄心空隙部２に感磁センサとして光センサ装置３が
設置されてる。

【０００４】光センサ装置３の構成は、光入射ファイバ
４、偏光子、磁気光学結晶、検光子と反射体（いずれも
図示せず）、光出射ファイバ５の順に組み立てられ、光
はその順序で通過していく。馬蹄形鉄心１の中央には貫
通電線６があり、電流が流れることにより鉄心空隙部２
に被測定電流に比例した磁界が発生し、鉄心空隙部２に
挿入した光センサ装置における磁気光学結晶が電流の大
きさに比例した光の変調をおこなうものである。

【０００５】図９に前記馬蹄形鉄心の空隙部間隔を種々
変化させて空隙部中に発生する磁界を測定した結果を示
す。馬蹄形鉄心材料としては方向性珪素鋼を使用してお
り、この馬蹄形鉄心の中央に貫通電線を設置し、２００
Ａの電流を流し、馬蹄形鉄心の空隙距離を変化させたと
きの空隙中に発生する磁界強度を測定したものである。
この図９より、空隙中の磁界発生は距離が大きくなるに
つれ弱まってくることがわかる。従来の光センサ装置を
セットするためには馬蹄形鉄心の空隙部距離が２０ｍｍ
前後必要であり、この空隙距離をたとえば１０ｍｍまで
小さくできれば電流検出感度は約２倍、５ｍｍまで小さ
くできれば約４倍の感度に向上させることが可能とな
る。

【０００６】図１０は、図８で示した馬蹄形鉄心の空隙
部に設置した従来の光学部品を使用した光センサ装置の
内部構成を示す。この構成において、光入射ファイバ１
６３から入射した光は、フェルール１６２、レンズ１５
２、偏光子１５３、ガーネット結晶１５４、検光子１５
５、全反射ミラー１５６、レンズ１５７、フェルール１
６２、光出射ファイバ１６４と通過する。この系で、ガ
ーネット結晶１５４通過時に磁界が加わることにより、
光が変調される構成である。そのため光入射ファイバ１
６３、レンズ１５２、偏光子１５３、磁気光学材料であ
るガーネット結晶１５４、検光子１５５、全反射ミラー
１５６、レンズ１５７等の光部品を光軸調整しながら、
接着剤等を用いて固定・組立を行っていた。

【０００７】なお、図中の１６０，１６１はホルダーで
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の光センサ装置に
は以下のような課題がある。１台の光センサ装置を組立
るのに高額な光学部品と多くの時間を要し、コストアッ
プとなる課題があった。さらに偏光子１５３、検光子１
５５、全反射ミラー１５６等はそれぞれ５ｍｍ角程度の
大きさあり、小型，薄型には障害となっていた。光学部
品として５ｍｍ角以下のものも市販されているが価格が
極めて高くなり、実用的でない。

【０００９】またこの構成で高感度化するには、飽和磁
束密度の高い鉄心材料を使用するか、磁気光学結晶の材
料感度を向上させるか、または馬蹄形鉄心の空隙部分の
距離を狭くして空隙部分における漏れ磁束を防止し、磁
界強度を向上させる方法が考えられる。鉄心材料，磁気
光学結晶材料は、材料の物理定数で決定するため、高感
度を図るには新しい材料を開発することが考えられる
が、大きな費用と時間を要する。馬蹄形鉄心の空隙部分
の距離を縮めたり空隙部分の構造形状をかえて感度の向
上を図ることは、比較的容易な方法と考えられる。しか
し、光を利用し測定するには、図８で示すように磁気光
学結晶と光学部品の構成による光センサ装置が挿入され
るため、空隙部分を縮めるには限界がある。特に光セン
サ装置は光の通過路になっており、光学部品がガラス材
料で壊れやすいため余裕を持って挿入する必要がある。
そのため光学部品の大きさを決めると馬蹄形鉄心の空隙
部距離は決定されることになる。

【００１０】したがって、高感度化を図るためには光セ
ンサ装置部を小型にし、馬蹄形鉄心の空隙部を狭くする
ことが考えられるが、図８でも示したが馬蹄形鉄心に貫
通電線を設置するには馬蹄形鉄心の空隙部距離が電線径
より大きいことが都合がよい。したがって馬蹄形鉄心の
空隙部は大きいが実質的には距離を狭くできる構成がで
きれば都合がよい。この構成の実現を図り感度向上をす
るには空隙部分において実質的な磁束の通過路を形成
し、空隙部で漏れ出ている磁束をいかに防止して感磁セ
ンサ部分の磁界強度を高めるかが課題となることが、特
開平１ー３０８９７０号公報などに記載されている。

【００１１】また馬蹄形鉄心の空隙部の距離が変化しな
いようにするためと、感度向上の発明が特開平５ー２９
７０２７号公報に記載されている。特開平５ー２９７０
２７号公報では磁性体片と磁気検出素子は絶縁体により
一体化され、馬蹄形鉄心の空隙部に空隙距離変化防止の
ためのスペーサとして挿入される。その挿入構成におい
て磁性体片が馬蹄形鉄心の端部と接する構成が示されて
いる。

【００１２】また馬蹄形鉄心の空隙部に感磁素子を挿入
し、馬蹄形鉄心とは別な材料による鉄心片を空隙部に挿
入し、二種類の鉄心材料を直列に接続する構成で電流の
検出特性を向上させる方法が特開平３ー１７００７１号
公報に記載されている。前記特開平３ー１７００７１号
公報の目的は鉄心材料のヒステリシス特性の改善であ
り、馬蹄形鉄心の空隙部の積極的狭小化ではない。測定
電流の大きさにより馬蹄形鉄心と空隙部に挿入する鉄心
片を選択し構成することにより対応している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には馬蹄形鉄心の空隙部に設置する光センサ装置に実質
的に空隙部を縮めることができる効果をもたせることが
考えられる。

【００１４】本発明はそのため光センサ装置を薄い基板
上に構成し、薄板ガラス偏光子・検光子，磁気光学結晶
と光ファイバのみで構成され、従来使用のレンズあるい
はフェルールなどの光学部品を使用せずに小型にし、空
隙部に磁性材料を効果的に設置して実質的な狭小化を図
ろうとするものである。

【００１５】具体的には、ガラス板の両側に軟磁性体板
を接合して構成された基板上に、前記ガラス板と前記軟
磁性体板に光ファイバ固定用の溝を形成し、前記溝にコ
の字状に屈曲した光ファイバを挿入して固定し、前記光
ファイバからなる光路の途中で前記ガラス板の部分に光
変調部を構成し、前記光ファイバの光入出力の部分を前
記光変調部の入射面と平行に前記基板から引き出したこ
とを特徴とする。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】前記のように基板上で縦横に直交する溝を形成
することにより、屈曲した光ファイバを固定する溝を構
成できる。その溝に屈曲光ファイバを固定し、そして偏
光子・検光子や光変調用材料等の光学素子を光ファイバ
の光路の間に設置するため、光学素子挿入用の溝を基板
上に形成する。このとき、基板に埋め込んだ光ファイバ
も同時に光学素子の厚みよりごくわずかに大きな幅で切
断する。この溝に光学素子を挿入することにより、光学
素子の傾きによるビームずれのほとんどない構成にする
ことができ、その結果、従来非常に時間がかかっていた
光軸調整はまったく不要となる。さらに用いる光学素子
の有効ビーム径も光ファイバよりわずかに大きい、たと
えば２ｍｍ角以下程度でもよく、光学素子の小型化にも
有効である。

【００２３】次に、光ファイバに曲げ構造を導入するこ
とにより、従来の光学部品を使用して光路を曲げていた
構成より光軸方向への長さを小さくすることが可能とな
り、馬蹄形鉄心の空隙間隔を小さくでき高感度化に非常
に有効となるが、光ファイバの曲げ半径は、光ロスの許
容範囲で決まってくるため、ガラスの単一基板を使用す
る場合、ある範囲に限定される。

【００２４】そのためさらに高感度化を図るには、光セ
ンサ装置を構成する基板の一部を軟磁性体で構成し、実
質的な馬蹄形鉄心の空隙距離を縮めることができる。光
変調部は、偏光子，磁気光学結晶，検光子により構成さ
れるため、これらをガラス板上に設置し、光ファイバの
両側部は基板両側部をなす軟磁性体部分に設置すると、
光学素子の設置された距離まで実質的に縮めることがで
きる。また外部磁界の影響を受けるのは、磁気光学結晶
のみであり、結晶のみ基板のガラス板に設置し、他の偏
光子，検光子は基板の軟磁性体上の溝に設置させてる
と、さらに実質距離を縮めることができる。

【００２５】当然ながら偏光子，磁気光学結晶，検光子
を一体化し、軟磁性体でガラス板をサンドイッチした構
成の基板をガラス板上に設置しても良い。また軟磁性体
とガラス板をサンドイッチ状とした基板の厚みが薄い場
合、磁界捕捉が小さく漏れてしまう。したがって磁界強
度をより高めるには軟磁性体部分の基板厚みを厚くして
漏れ磁界を防止する。その際、軟磁性体とガラス板の厚
みは異なっても良く、軟磁性体が厚い方がよい。また空
隙部での厚みを効果的に得る方法として、軟磁性体片を
基板の軟磁性体部分に重ねて厚みを厚くし、馬蹄形鉄心
の空隙部の切断面積と同等として磁界強度を高める。軟
磁性体の材料はガラス板との密着のよいフェライト材が
最適であり、成形焼成して製作できる。ガラス板との接
着は接着剤または燒結などの方法により行う。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の基本になる光センサ装置の
構成である。図示のように基板１１に光学素子挿入用の
縦溝１２，１３，１４と、光ファイバ挿入用の縦溝１
５，１６を形成するとともに、その各縦溝１２，１３，
１４，１５，１６に対し直角に交差した横溝１７が形成
され、縦溝１５，１６と横溝１７にコ字状に屈曲した光
ファイバが挿入されている。前記光学素子挿入用の縦溝
１２，１３，１４の溝幅は、この縦溝１２，１３，１４
に挿入する偏光子１８，磁気光学結晶であるガーネット
結晶１９（以下ガーネット結晶と記す），検光子２０の
各厚みよりわずかに大きな寸法となっている。

【００２７】前記偏光子１８は、薄板ガラス偏光板（市
販名；ポーラコア：米国コーニング社製）を使用してお
り、０．２ｍｍが現在最も薄い板厚となっている。光フ
ァイバ用の縦溝１５，１６は、他の縦溝１２，１３，１
４の溝幅より広く形成し、コ字状の光ファイバの両端、
すなわち入射および出射用の光ファイバ２２，２３が設
置しやすくなっている。

【００２８】基板１１はガラス板で構成され、厚みが１
ｍｍ〜３ｍｍ程度としている。前記各溝１２，１３，１
４，１５，１６，１７の形成は、回転式ブレードソーに
より形成するのが簡単で、所望の幅のブレードを使用し
て基板１１に溝を形成する方法が量産性に適している。

【００２９】光変調部分２１は入射および出射用の光フ
ァイバ２２，２３による光路途中に形成されており、詳
しくは縦溝１２，１３，１４の横溝１７との交叉する部
分に偏光子１８、ガーネット結晶１９、検光子２０が挿
入されて光変調部分２１が形成される。なお、すでに挿
入されたコ字状の光ファイバにおける縦溝１２，１３，
１４と交叉する部分は、縦溝１２，１３，１４の形成時
に削り取られる。ここで光は光ファイバ（入射用）２２
より入射し、光ファイバ（出射用）２３より出射する。

【００３０】図１では記していないが、基板１１の両サ
イド側に磁界印加用の馬蹄形鉄心が近接し、磁界が図示
１００に示す方向であり、光変調部２１を動作させる。
光ファイバ２２，２３の太さより溝１５，１６，１７が
小さい寸法であれば当然光ファイバ２２，２３は溝１
５，１６，１７の中に入らない。また光ファイバ２２，
２３の太さより大きく溝１５，１６，１７が形成されれ
ば、接着剤の量が多く成りすぎ、溝形成後、光学素子を
挿入固定した後、温度変化などにより光軸がずれること
が考えられる。たとえば光ファイバ２２，２３が２３０
ミクロン径であれば、２５０ミクロン幅程度のブレード
で溝１５，１６，１７を形成する。なお回転式ブレード
ソーでは高速回転でブレードが回転しているため、刃の
厚みよりやや幅広く切断される。

【００３１】図１では、基板１１の外側に馬蹄形鉄心の
極が配設置されることになるため、馬蹄形鉄心の極間、
すなわち空隙部を縮めるには、基板１１を小型化する方
法が必要となる。図１の構成の具体的な製造方法は、基
板１１に光ファイバ用の幅広の縦溝１５，１６と、これ
と交差する横溝１７を形成する。次に所定の光ファイバ
をコ字状に屈曲した後、縦溝１５，１６と横溝１７に添
わして挿入し、接着剤で固定する。続いて光変調部２１
を構成する光学素子挿入用の縦溝１２，１３，１４を形
成する。このとき横溝１７に埋め込まれた光ファイバも
切断する。次に光ファイバを切断した縦溝１２，１３，
１４中に光学素子を置き、接着固定して光変調部２１は
でき上がる。光学素子挿入用の縦溝１２，１３，１４の
切削幅は、薄板ガラス偏光子１８・検光子２０の厚み
０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとなっている。またガーネット
結晶１９は液相エピタキシャル成長のガーネット結晶を
使用しており、約０．５ｍｍの厚みとなっている。

【００３２】（実施例１）図２は本発明の実施例１によ
る光センサ装置を示す。図２では基板１１０を２種類の
材料で形成する。中央部分はガラス板１１１、両サイド
を軟磁性体板であるフェライト板１１２とし一体化させ
た基板１１０を使用する。前記ガラス板１１１部分に３
本の縦溝１２，１３，１４を形成し、フェライト板１１
２部分にガラス板１１１部分の縦溝１２，１３，１４よ
り幅の広い縦溝１５，１６が形成される。横方向には前
記各縦溝１２，１３，１４，１５，１６と直角に交差す
る横溝１７が形成される。ガラス板１１１に光変調部２
１が設置される。具体的には、縦溝１２，１３，１４と
横溝１７の交差点の縦部分で、縦溝１２には偏光子１
８，縦溝１３にはガーネット結晶１９，縦溝１４には検
光子２０が挿入され、かつ、接着固定されている。

【００３３】基板１１０部分の製造方法は異なるが、他
は図１と同じである。基板１１０はガラス板１１１部分
と、その両サイドに設置するフェライト板１１２をエポ
キシ樹脂などの有機接着剤もしくはセラミック，低融点
ガラスなどの無機接着剤または燒結などによりサンドイ
ッチ状に接着する。

【００３４】このときの基板１１０の厚みは、光ファイ
バを溝１５，１６，１７中で固定保持できる厚さでよい
が、取り扱いやすい寸法あるいは割れなどの歩留まりを
考慮して１ｍｍ以上が適当である。図２の各部分につい
て図１と同じ構成部には同じ符号を付けている。

【００３５】基板１１０の製造方法は、あらかじめ長サ
イズのガラス板１１１とフェライト板１１２を接着し、
その基板１１０を所望の長さに切断して使用しても良
い。その場合、溝形成としては縦溝１５，１６と横溝１
７は長尺の基板時に加工しておくと量産性がよい。また
この接着時、ガラス板１１１とフェライト板１１２は多
少の段差が生じて接着されても良い。

【００３６】（実施例２）図３は本発明の実施例２の光
センサ装置を示す。図３の説明符号は図２と同じで、構
成の変わる部分のみ限定して示す。この実施例では基板
２１０の中央部分のガラス板１１１の横幅を狭くし、ガ
ラス板１１１の縦溝１３にガーネット結晶１９のみを挿
入固定する。したがってガラス板１１１には縦溝１３が
１本だけであり、偏光子１８，検光子２０の挿入溝１
２，１４は幅の広くなった両サイドのフェライト板１１
２に各々設けられる。ガラス板１１１の横幅は、ガーネ
ット結晶１９の厚みよりわずかに厚く構成できる。

【００３７】磁気光学結晶は多くの種類があるが、最も
薄く高感度であるのは液相エピタキシャル成長によって
形成されたガーネット結晶であり、エピタキシャルのた
めの基板を含め厚さは約０．５ｍｍ程度である。したが
って、この厚さとガーネット結晶１９を挿入固定するた
めの縦溝１３の加工マージンを含めても、中央に挟み込
まれるガラス板１１１は２ｍｍ前後とすることが可能で
ある。そのようにすることにより両サイドのフェライト
板１１２間を２ｍｍ近くまで近接できる。このようにす
ることにより空隙部に発生する磁界強度を従来に比較し
著しく向上させ、漏れ磁束の防止が可能となり、空隙部
での漏れを小さくでき馬蹄形鉄心の中心部に設置された
貫通電線に流れる微弱な電流による発生磁界を高感度に
検出することができる。

【００３８】（実施例３）図４，図５，図６は本発明の
実施例３の光センサ装置を示す。図４は基板３１０の構
成と縦溝１２，１３，１４，１５，１６横溝１７の加工
を施した様子を示したものである。基板３１０は中央部
分のガラス板１１１部分と両サイドのフェライト板１１
２部分より構成され、フェライト板１１２はガラス板１
１１を挟み、かつ接着されている。この実施例では両側
のフェライト板１１２が中央のガラス板１１１より厚く
なっている。縦溝１２，１３，１４，１５，１６および
横溝１７の加工は図２，図３で示した実施例と同一であ
る。図４では製造工程を無視して基板３１０に形成され
る縦溝１２，１３，１４，１５，１６と横溝１７を示し
ているが、製造方法は、まずガラス板１１１とフェライ
ト板１１２を接着し、フェライト板１１２に縦溝１５，
１６を形成し、次に横方向に横溝１７を形成しコ字状に
屈曲した光ファイバ（図示していない）を縦溝１５，１
６と横溝１７に挿入して接着したのち、ガラス板１１１
と光ファイバを光学素子挿入の深さまで切削し縦溝１
２，１３，１４を形成する。深さは光学素子のサイズに
よるが光ファイバの直径より深く、したがって溝１７に
埋込まれた光ファイバを完全に切断する。

【００３９】図５は、図４で示した基板３１０に、光フ
ァイバおよび光学素子を挿入して固定したもを光入出射
ファイバ側から見た図である。中央のガラス板１１１の
両側にガラス板１１１より厚いフェライト板１１２が接
着されて一体化されている。ガラス板１１１の縦溝１
２，１３，１４には光学素子である偏光子１８、ガーネ
ット結晶１９、検光子２０であるが挿入され、その各素
子間は固定切断された光ファイバ２４が光路を形成して
いる。フェライト板１１２の縦溝１５，１６には挿入し
て固定された光入射ファイバ２２、光出射ファイバ２３
が見られる。

【００４０】図５は、この光センサ装置の製作上、好都
合の光学素子である偏光子１８、ガーネット結晶１９、
検光子２０が溝１２，１３，１４の深さより背を高くし
た場合の図である。溝１２，１３，１４への光学素子挿
入時は、これらの光学素子の方向を間違えないように注
意して実施するが、光学素子が微小片であるため誤挿入
した場合に取り出しやすいためである。当然基板３１０
の表面より出ない深さに前記各溝を形成しても良い。

【００４１】図６は、図４，図５で示した段差がある基
板３１０を馬蹄形鉄心２５の空隙部で上下重ね合わせた
構成を示す。重ね合わせた基板３１０の一方は光変調部
２１を有し、光ファイバも備わったものであるが、他方
は図５に示した構成の製造途中の状態で接着し一体化し
たもので、両者のフェライト板１１２部分の合わせた厚
さは馬蹄形鉄心２５の空隙部分と同じ高さなっている。
また図示していないが奥行きも馬蹄形鉄心２５の厚さと
同じサイズとする。このようにすることにより馬蹄形鉄
心２５の空隙を実質的にフェライト板１１２により埋め
ることができる。図６ではフェライト板１１２部分より
ガラス板１１１部分が薄い構成とし、これを上下重ねる
ものを示した。当然同じ基板３１０を重ねずにフェライ
ト板１１２部分のみにフェライト片など軟磁性体を重ね
る構成もよい。

【００４２】またこの基板３１０を薄くし基板３１０の
サイドよりコの字状に成形されたフェライト片を挿入し
て固定する構成もできる。またコの字状としたフェライ
ト片の対向側部分を細くし磁界が集中するような形状も
可能で、成形手段によるフェライト片の製造であれば楽
にできる。さらにこの実施例ではコの字状鉄心としてフ
ェライト片について説明したが、フェライトに限らずそ
の他の軟磁性体である珪素鋼板を用いることもできる。
このようにすることにより馬蹄形鉄心の空隙部に発生す
る磁界の漏洩を防止でき、光変調部分２１に磁界を集中
させることができる。また図６で示しているが光学素子
を接着するとき、接着剤２６が盛り上がった場合でも、
もう一方の基板３１０を精度良く重ねることができる。

【００４３】（実施例４）図７は、本発明の実施例４の
光センサ装置を示す。基板４１０は、中央のガラス板１
１１と両サイドのフェライト板１１２の接着一体化より
構成されている。中央のガラス板１１１の一つの縦溝２
８には光学素子である偏光子１８，ガーネット結晶１
９，検光子２０が接着されて一体化変調部２７が挿入し
て固定されている。一体化変調部２７の厚さは、薄板ガ
ラス偏光子・検光子が市販されているもので最も薄いも
ので０．２ｍｍであり、これを使用し偏光子１８，検光
子２０の２枚を張り合わせても０．４ｍｍと、それにガ
ーネット結晶１９を張り合わせても約１ｍｍ前後の厚み
とすることができる。

【００４４】ガーネット結晶１９を成長させるときの基
板４１０を研磨すれば、さらに厚みを減らすことができ
る。中央ガラス板１１１には前記した一体化変調部２８
の厚みよりやや幅の広い縦溝１２８を形成するだけでよ
く、ガラス板１１１の横方向の寸法を２ｍｍ前後とする
ことができ、フェライト板１１２を近接させ空隙部を実
質的に縮めることができる。またガラス板１１１への溝
２８の形成も１本の方が効率よく簡単であり、光変調部
分の製作も広い面積の光学素子を接着し切断することに
より簡単に製作できる。

【００４５】（実施例５）本発明の光センサ装置の構成
は、馬蹄形鉄心の空隙部にガラス板と軟磁性体板を一体
化した基板を設置し、その基板上に光変調部を形成する
が、光を導く光ファイバを屈曲させるため透過ロスが大
きいことが心配される。このロスを低減するためにはフ
ァイバの屈曲部曲率を大きくすることが効果的である
が、馬蹄形鉄心の空隙部との関係で制限される。

【００４６】この実施例では屈曲光ファイバの透過ロス
が許容される範囲まで曲率を大きくし、その結果馬蹄形
鉄心の空隙部を大きくする構成となっても、基板のフェ
ライト板部分を大きくし、このフェライト板上にファイ
バの曲げ部分を載置させるので、実質感度を低下させる
ことは防止できる。このことは貫通電線が太く電流量が
小さい場合での簡単に使用することができるものであ
る。

【００４７】（実施例６）本発明の光センサ装置の構成
は、基板をガラス板と軟磁性体板を接着して一体化形成
し、その基板に光変調部，光ファイバを設置している。
この実施例は基板製作において、ガラス板および軟磁性
体板の長尺の寸法のものを用意して接着し、光ファイバ
固定用の縦溝，直交する横溝は切削したあと所望の長さ
に切断する。この方法により効率よく基板を製作でき
る。また２個分の長さを一体とし、屈曲した光ファイバ
を向かい合わせに設置し、その後、光変調部用の縦溝を
２個一度に形成する。

【００４８】（実施例７）本発明の光センサ装置では、
基板における軟磁性体としてフェライト材料を示した。
しかしフェライト材料は透磁率が温度により特性が変化
することが知られている。これはフェライトの材質，形
状，寸法などによっても変化する。本実施例はこのよう
な特性に対し、変調部に用いるガーネット結晶の温度特
性をフェライト材料とは逆特性を有する材料成分とす
る。このことにより周囲温度の変化にも安定な光センサ
装置を構成することができる。

【００４９】なお本発明の光センサ装置では、馬蹄形鉄
心の材質と基板に接着する軟磁性体材質は同一とするこ
とが望ましいが、別材質となっても感度を低下させるも
のではない。また光センサ装置のコストあるいは性能か
ら、特に馬蹄形鉄心の材質が変更されても良い。しかし
実施例７で記したが、馬蹄形鉄心部分の温度特性によっ
て磁気光学結晶の温度特性を選択する場合、馬蹄形鉄心
か変調部近傍に設置した軟磁性体のどちらが大きい影響
を与えているか判断することが必要となる。

【００５０】また、本発明の光センサ装置では、ガラス
板とフェライト板を接着して基板としているが、強度的
に不安がある場合は、前記基板の補強のため光変調部を
形成する面とは反対の裏側に樹脂などによる板を取付け
る。また中央部分を凸状とした成形基板の凸部分に光変
調部を設け両側の低い部分にフェライトを設置する構成
もできる。

【００５１】

【発明の効果】前記実施例の説明より明らかなように、
本発明により以下に示すような効果を得ることができ
る。 （ａ）屈曲部を有する光ファイバを用いることにより、
また光ファイバからの光を直接光学素子に導くことによ
り、従来、光センサ装置に必要であったレンズ、レンズ
ホルダー、全反射ミラー等の光学素子を省略できる。 （ｂ）光センサ装置の基板上に作成された溝にすべての
光学素子を配置するため、光軸調整が不要となる。また
基板上の溝は、回転式ブレードソー、サンドブラスト、
または金型成形を用いて比較的容易に作成可能である。
さらに光学素子固定用の溝には従来より小さな光学素子
を用いることが可能で、使用する光学素子を安価なもの
にできる。 （ｃ）光変調部となる部分をガラス板としその両サイド
にフェライト板を接着して一体化するので、外部に設置
される馬蹄形鉄心の空隙部を実質的に縮めることがで
き、高感度でかつ外部磁界の影響の少ない光センサ装置
を実現できる。 （ｄ）光変調部のガーネット結晶のみをガラス板に設置
することにより、基板両サイドのフェライト板を結晶間
近まで近接させることができ、外部に設置される馬蹄形
鉄心の空隙部を実質的に縮めて高感度で、かつ、外部磁
界の影響の少ない光センサ装置を実現できる。 （ｅ）屈曲光ファイバの透過ロス低減のため曲げ曲率を
大きくしても、基板におけるフェライト板上に前記光フ
ァイバを設置することができるので、馬蹄形鉄心の空隙
距離は大きくなっても実質距離は縮めることができる。
したがって、高感度で光ロスが少なく、太い電線径にも
対応した光センサ装置を実現できる。 （ｆ）光センサ装置における変調部分近傍に軟磁性体で
あるフェライト板を設置しているが、その温度特性を変
調部のガーネット結晶の温度特性により補正することが
できる。 （ｇ）長尺の基板上に複数の光センサ装置用パターンを
作成した後、基板を切り離すことにより、光センサ装置
の生産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本となる光センサ装置の平面図

【図２】本発明の実施例１の光センサ装置の斜視図

【図３】本発明の実施例２の光センサ装置の斜視図

【図４】本発明の実施例３の光センサ装置を構成する基
板の斜視図

【図５】本発明の実施例３の光センサ装置を光ファイバ
側から見た側面図

【図６】本発明の実施例４の光センサ装置の構成図

【図７】本発明の実施例５の光センサ装置の斜視図

【図８】光センサ装置を電力用に応用した場合の構成例
を示す斜視図

【図９】光センサ装置用で方向性珪素鋼板使用の馬蹄形
鉄心の空隙部距離と空隙部に発生する磁界強度の関係を
示す図

【図１０】従来の光学部品を使用した光センサ装置の構
成を示す平面図

【符号の説明】

１１ 基板 １２、１３、１４、１５、１６ 縦溝 １７ 横溝 １８ 偏光子 １９ ガーネット結晶 ２０ 検光子 ２１ 変調部 ２２ 光ファイバ（入射用） ２３ 光ファイバ（出射用） １００ 磁界方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−72252（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 15/00 - 19/32 G01R 33/032

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス板の両側に軟磁性体板を接合して構
   成された基板上に、前記ガラス板と前記軟磁性体板に光
   ファイバ固定用の溝を形成し、 前記溝にコの字状に屈曲した光ファイバを挿入して固定
   し、 前記光ファイバからなる光路の途中で前記ガラス板の部
   分に光変調部を構成し、 前記光ファイバの光入出力の部分を前記光変調部の入射
   面と平行に前記基板から引き出した光センサ装置。
2. 【請求項２】光ファイバからなる光路はガラス板および
   軟磁性体板を横切るように形成した請求項１記載の光セ
   ンサ装置。
3. 【請求項３】前記光ファイバの光入出力の部分を前記軟
   磁性体板の上で前記基板から引き出し、前記光ファイバ
   固定用の溝が形成されている前記軟磁性体板の面上に別
   な軟磁性体を重ねて光変調部が形成されている前記ガラ
   ス基板を通過する測定磁束の通過方向と交差する軟磁性
   体の面の面積を大きくした請求項２記載の光センサ装
   置。
4. 【請求項４】前記光変調部の材料として軟磁性体板の温
   度特性と逆の温度特性を有する磁気光学結晶を使用した
   請求項１記載の光センサ装置。
5. 【請求項５】光路をなす光ファイバおよび光変調部を配
   する基板を、ガラス板の両側に軟磁性体板を有機接着剤
   または無機接着剤で接着または燒結して一体化形成する
   際には、 光変調部が形成された前記ガラス板の前記光変調部に作
   用する測定磁束の通過方向と交差する方向の板厚を、前
   記軟磁性体の板厚と同一もしくはそれよりも薄くする光
   センサ装置の製造方法。
6. 【請求項６】光の通過と並行で前記基板が嵌め込まれる
   凹部形状した強磁性体に前記基板を嵌め込んだ請求項２
   に記載の光センサ装置。