JP4434767B2

JP4434767B2 - 光変位センサ

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Publication number: JP4434767B2
Application number: JP2004028974A
Authority: JP
Inventors: 一孝齋藤; 彩子清水
Original assignee: Shinkosha KK
Current assignee: Shinkosha KK
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005221713A

Description

本発明は、ドア開閉検知センサ、距離センサなどに利用することができる光変位センサに関するものである。

特開２００１−３４３６２０号公報に記載のドア開閉検知センサ（以下「従来例」という。）は、監視対象ドアに接触するロッドと、このロッドの先端部に取り付けられている磁石部と、この磁石部により作動するファラデー素子型光スイッチとからなるものである。上記磁石部はバネにより上記ファラデー素子型光スイッチに接近可能とし、上記ファラデー素子型光スイッチはレンズ、複屈折板、ファラデー素子、全反射板からなるものである。
上記ドアが閉状態（通常の状態）の時にロッドがドアによって押し込まれ、上記磁石部が上記ファラデー素子型光スイッチから離れるために、上記ファラデー素子での光パルスの偏波面の回転は起きず、光パルスは信号検出器に戻ってくる。また上記ドアが開状態の時にロッドがバネによって伸び出し、磁石部がファラデー素子型光スイッチに接近するため、上記ファラデー素子での光パルスの偏波面の回転が起き、光パルスは信号検出器に戻らない。
上記のドア開閉検知センサは、ドアの他に、マンホールの蓋などの開閉監視に適用可能なものである。
特開２００１−３４３６２０号公報

フェイル・セーフの観点からドア開閉検知センサなどの監視センサは本来監視したい状態（ドアや蓋などの開放）に加え、監視センサ自体の故障（ファイバーの断線など）を検知できる必要がある。このため監視センサは、例えばドアや蓋が閉じている場合には光がファイバーに戻る状態を通常とするのが望ましいものである。従来例についても上記観点から創作されたものである。
従来例の課題は、構成部品としてロッドやバネを用いる機械式であるから、繰り返し使用に伴う耐久性の低下や故障の発生は避けられず、そして検知のための機械式装置を必要とするために、構成が複雑となり、小型化を図るにはさらなる改善が必要であった。
本発明の目的は、構成が簡単であって、小型化に寄与できかつ耐久性を高めることにある。

本発明に係る光変位センサの第１の特徴は、光変位センサ本体と磁場発生源である作動用磁石部とを具備し、上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部及び第２のファラデー素子部に対応して第１の磁気部及び第２の磁気部をそれぞれ設けているところにある。上記第１のファラデー素子部は、上記第１の磁気部によって第１のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させるための磁場が印加されており、上記第２のファラデー素子部は、上記第２の磁気部によって第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分がファラデー回転されることなく、上記第２のファラデー素子部のドメイン方向を揃えるための磁場が印加されており、上記ミラーは上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものである。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能である。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、また上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものである。
本発明に係る光変位センサの第２の特徴は光変位センサ本体と磁場発生源である作動用磁石部とを具備し、上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部及び第２のファラデー素子部に対応して第１の磁気部及び第２の磁気部をそれぞれ設けているところにある。上記第１の磁気部は、上記第１のファラデー素子部を囲むように配置されているリング状のマグネットからなるものであって、上記第１のファラデー素子部に与える磁場方向を第１のファラデー素子部を通過する光の光路と平行に設定し、かつ常に通過する光の偏光成分を４５°ファラデー回転させるものであり、上記第２の磁気部は、上記第２のファラデー素子部を挟んでかつ光路と交差する方向に配置されている平板状のマグネットからなるものであって、上記第２のファラデー素子部に与える磁場方向を第２のファラデー素子部を通過する光の光路と垂直に設定している。上記ミラーは上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものである。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を４５°ファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能である。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、また上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分が４５°ファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によって４５°ファラデー回転するものである。
本発明に係る光変位センサの第３の特徴は光変位センサ本体と磁場発生源である作動用磁石部とを具備し、上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部に対応して磁気部を設けているところにある。上記第１のファラデー素子部は、上記磁気部によって第１のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させるための磁場が印加され、上記ミラーは上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものである。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能である。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、また上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転する。
本発明に係る光変位センサの第４の特徴は光変位センサ本体と磁場発生源である作動用磁石部とを具備し、上記光変位センサ本体には入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第２のファラデー素子部に対応して磁気部を設けているところにある。上記第１のファラデー素子部は、それ自体に着磁されている磁気力によってそれを通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させることが可能なものであり、上記第２のファラデー素子部は、上記磁気部によって第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分がファラデー回転されることなく、上記第２のファラデー素子部のドメイン方向を揃えるための磁場が印加されており、上記ミラーは上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものである。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能である。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、また上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものである。
本発明に係る光変位センサの第５の特徴は光変位センサ本体と磁場発生源である作動用磁石部とを具備し、上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えているところにある。上記第１のファラデー素子部は、それ自体に着磁されている磁気力によってそれを通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させることが可能なものであり、上記ミラーは上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものである。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能である。上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、また上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものである。
本発明の第１乃至第５の特徴において、上述したように上記作動用磁石部が上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、換言すれば上記作動用磁石部及び上記光変位センサ本体の一方又は双方が互いに接近（接触を含む。）したり離れたりすることができる。そして本発明の第１及び第３の特徴において、上記第１の磁気部としては、第１のファラデー素子部を囲むリング状のマグネットなどが用いられる。本発明の第１及び第４の特徴において、第２の磁気部としては、平板状のマグネットが用いられた場合には、第２のファラデー素子部を挟んで対向しかつ光路と交差する方向に配置される。本発明の第１、第３、第４及び第５の特徴において、上記第１及び第２のファラデー素子部のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、いずれも４５°とする。

本発明によれば、光変位センサ本体と作動用磁石部との距離を光学的変化によって検知することができるので、従来の機械式による検知手段と比較して構成が簡単であって、かつ耐久性を高めることができる。本発明によれば、第２の磁気部を備えていることにより、確実に戻り光を散乱させることなく特定の方向に進行させることができ、作動用磁石部が相対的に光変位センサ本体から遠ざかった状態での性能の安定化に寄与する。本発明によれば、第１のファラデー素子部としてそれ自体予め着磁されたファラデー素子部材を用いれば光変位センサ本体全体の構成が単純化される。

図１〜図６を参照して第１の実施の形態に係る光変位センサＣ１について説明する。
図１に示す光変位センサＣ１は、光変位センサ本体１と、この光変位センサ本体に対して相対的な移動関係にある磁場発生源（作動用磁石部２）とを具備しているものである。
相対的な移動関係とは、光変位センサ本体１と作動用磁石部２の一方が他方に向けて又は双方が互いに接近（接触を含む。）又は離反することである。すなわち、光変位センサ本体１と作動用磁石部２とは、いずれか一方が固定で他方が可動でも、また双方が互いに移動可能なものでも良く、相互の移動関係は相対的なものである。
図１では、作動用磁石部２は光変位センサ本体１に向けて水平方向に移動することができる設計としてある。

光変位センサ本体１は、レンズ３、偏光子である複屈折素子４、第１のファラデー素子部５、第１の磁気部６、第２のファラデー素子部７、第２の磁気部８及びミラー９を備えており、そしてこれらの構成素子のうち、レンズ３、複屈折素子４、第１のファラデー素子部５、第２のファラデー素子部７及びミラー９はいずれも入力光の光路上に配置されている。
レンズ３は光ファイバー１０のポート１０ａから出射される入力光を複屈折素子４へ向けて透過し、また複屈折素子を通過される戻り光をポート１０ａへ集光する。光ファイバー１０は入出力ファイバーである。
複屈折素子４は、例えばルチルのような複屈折結晶などの光透過型光学部材からなり、レンズ３を透過して入力される入射光を互いに直交する二つの偏光成分すなわち垂直偏光成分（常光）と水平偏光成分（異常光）に分離可能である。
第１のファラデー素子部５は、これを囲むように配置されているリング状のマグネットからなる第１の磁気部６と組み合わされて、常時ファラデー回転子として機能している。第１のファラデー素子部５は図１では４５°ファラデー回転子である。第１の磁気部６は、第１のファラデー素子部５に対して、この第１のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させるための磁場（磁界）を印加している。第１の磁気部６による磁場方向は、第１のファラデー素子部内を通過する光路に平行に設定されている。第１のファラデー素子部５は、第１の磁気部６による磁場の印加によって複屈折素子４を通過して入射される入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を所定のファラデー回転角、図示の例では４５°回転させるものである。
第２のファラデー素子部７は第２の磁気部８と組み合わされて、特定の場合にのみ、ファラデー回転子として機能する。第２のファラデー素子部７は図１では４５°ファラデー回転子である。第２の磁気部８は、第２のファラデー素子部７を挟んで対向すると共に、光路と交差する方向である図上下に配置されている平板状のマグネットからなる。第２の磁気部８は、第２のファラデー素子部７に対してこの第２のファラデー素子部のドメイン方向を揃える（単一にする）ための磁場（磁界）を印加しているが、第２のファラデー素子部内を通過する光の各偏光成分（各偏波）をファラデー回転させるものではない。第２の磁気部８による磁場方向は、第２のファラデー素子部７内を通過する光路に垂直に設定されている。このため、第２のファラデー素子部７は、後述する作動用磁石部２の磁気力の影響を受けない通常の場合には、第１のファラデー素子部５を通過して入射される入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向は回転されない。しかしながら、第２のファラデー素子部７は、作動用磁石部２が接近して、磁場が印加される位置に至った場合には、磁場方向が光路に平行に飽和するために、入射光の各偏光成分（各偏波）の各偏光方向を所定の角度、図示の例では４５°回転させる。
ミラー９は第２のファラデー素子部７の片面（図１右側面）に設けられている。ミラー９は、上記片面に金、アルミニュウムなどを蒸着した金属薄膜でも、また酸化物の多層膜からなる誘電体多層膜でも良く、さらにガラス板などの板材に金属を蒸着した金属薄膜を上記片面に貼り付けたものなど適宜である。ミラー９は第２のファラデー素子部７を通過した光の各偏光成分（各偏波）をその入射方向と反対側へ反射する。

作動用磁石部２はドア、開閉蓋、水位測定板などの可動体に取り付けられている。作動用磁石部２は図１及び図４に示すように、光変位センサ本体１の第２のファラデー素子部７に対して接近（接触を含む。）したり、この第２のファラデー素子部から所定距離だけ離れた位置まで移動可能である。通常、作動用磁石部２は、その磁気力が第２のファラデー素子部７に対して、第２のファラデー素子部７を通過する光が所定の角度でファラデー回転するだけの影響を与える距離で、光変位センサ本体１に近付いて位置している。また特定の場合に、作動用磁石部２はその磁気力が第２のファラデー素子部７に対して影響を及ぼす位置まで光変位センサ本体１に接近する。この接近に伴って、作動用磁石部２は、その磁場方向が第２のファラデー素子部７内を通過する光路と平行になって、第２のファラデー素子部７がファラデー回転子として機能するから、この第２のファラデー素子部を通過する光の各偏光成分（各偏波）をそれぞれ４５°回転させる。

光変位センサＣ１の作用について説明する。
図１〜図３を参照して、作動用磁石部２が光変位センサ本体１から離れている場合（例えばドアが開放状態にあるなどの場合）における作用について説明する。
光ファイバー１０から光がレンズ３を透過して複屈折素子４に入射されると、図２に示すように、入射光は垂直偏光成分（常光）と水平偏光成分（異常光）に分離され、分離された各偏光成分は第１のファラデー素子部５を入射しこれを通過した時点では、ファラデー効果によって偏光方向が４５°回転される。そして第１のファラデー素子部５を通過した各偏光成分は、第２のファラデー素子部７に入射されて回転することなく通過してミラー９に到達する。各偏光成分は第２のファラデー素子部７を通過しても回転されないのは、第２のファラデー素子部が作動用磁石部２の磁気力によって影響されないからである。
なお、第２のファラデー素子部７に対する第２の磁気部８による磁場方向は光路に垂直な方向であるから、第２のファラデー素子部を通過する光の各偏光成分は回転することはない。
図１及び図３に示すように、ミラー９に到達した入射光の各偏光成分は反射されて、戻り光となって再び第２のファラデー素子部７に入射され、回転されることなくこれを通過して、第１のファラデー素子部５に入射され、第１のファラデー素子部を通過する際、それぞれ４５°回転される。この結果、戻り光の各偏光成分の偏光方向はレンズ３を透過した時点を基準として、それぞれ９０°回転された状態で複屈折素子４に入射され互いに再結合されることなくこれを通過する。
このように両偏光成分が結合されない戻り光として複屈折素子４から出射されるが、光ファイバー１０には入射しない。
なお、図２及び図３では４５°の文字上に×印を付して、順方向の光（入力光）も戻り光のいずれもが、その偏光成分が第２のファラデー素子部７を通過する時点で回転しないことを示している。
したがって、光変位センサＣ１は異常状態、例えばドアが開放状態にあることを検知するから、監視センサとしての機能が発揮される。

図４〜図６を参照して、作動用磁石部２が光変位センサ本体１に接している場合（例えばドアが閉鎖状態にあるなどの場合）における作用について説明する。
作動用磁石部２が図１の実線の位置から移動して図４に示す位置に達した状態では、図５に示すように、光ファイバー１０からの光がレンズ３を透過して第２のファラデー素子部７へ入射する過程は前記段落０００９で述べた場合と同様であるので、その説明を省略する。
第１のファラデー素子部５を通過した各偏光成分は第２のファラデー素子部７に入射され４５°回転してこれを通過しミラー９に到達する。各偏光成分は第２のファラデー素子部７によって回転される理由は、第２のファラデー素子部７が、光路と平行である作動用磁石部２の磁場に印加されて、光路に平行な方向に飽和されていることに基づく。
図４及び図６に示すように、ミラー９に到達した入射光の各偏光成分は反射されて、戻り光となって再び第２のファラデー素子部７に入射され、４５°回転されてこれを通過して、第１のファラデー素子部５に入射され、第１のファラデー素子部を通過する際、それぞれ４５°回転される。この結果、図６に示すように、戻り光の各偏光成分の偏光方向はレンズ３を透過した時点を基準として、順方向と戻り方向の光それぞれの偏光成分が第１のファラデー素子部５と第２のファラデー素子部７の２地点で４５°ずつ回転されることになることから、結局合計１８０°回転された状態で複屈折素子４に入射され互いに再結合されて光ファイバー１０に入射する。
この結果、光ファイバー１０の端部側に接続されている検知器（図示せず。）で検知されて、例えばドアや開閉蓋などの閉鎖状態や、危険水位に達していないこと、すなわち通常の状態を確認でき、監視用センサとしての役目を果たすことができる。

図示する光変位センサＣ１によれば、光変位センサ本体１と作動用磁石部２との相対的距離関係を光学的変化のみの検知で可能となり、機械的な要素が不要になるから、長期的な繰り返し使用が可能になる。また上記検知は磁場を利用し、電気的な要素を用いることがないので、電気ノイズ対策が不要となり、防爆領域にも使用可能となる。
光変位センサＣ１は、光変位センサ本体１や作動用磁石部２に何らかの故障が生じた場合、戻り光の偏光成分は結合されず、光ファイバー１０に入射しないことになるから、その異常状態を検知することができる。
このように、光変位センサＣ１は、ドアなどの開放、危険水位、光変位センサ本体１などの故障など、多様な異常状態を監視することができる。このことは、後述する光変位センサＣ２，Ｃ３，Ｃ４についても同様である。

図７及び図８を参照して第２の実施の形態に係る光変位センサＣ２について説明する。
光変位センサＣ２は、光変位センサ本体２１と作動用磁石部２２とからなる。
光変位センサＣ２は、光変位センサ本体２１が光変位センサ本体１の第２の磁気部８に相当する磁気部を備えていない点を除いて、図１に示す光変位センサＣ１とその構成及び作用が同一である。このため、光変位センサＣ２に係る光変位センサ本体２１及び作動用磁石部２２の構成及び作用の相違点のみについて説明する。
なお、光変位センサ本体２１及び作動用磁石部２２の各構成部分は、光変位センサ本体１及び作動用磁石部２の各構成部分と共通するので、光変位センサ本体２１及び作動用磁石部２２を除いて対応するものについては符号を一致させている。
光変位センサ本体２１において、ファラデー素子部に常に磁場を印加している磁気部は第１のファラデー素子部５に対するもののみであるので、「磁気部６」と表現し、これは前記第１の磁気部６に相当するものである。第２のファラデー素子部７には、図１に示す第２のファラデー素子部７に対応する第２の磁気部８を設けていない。
光変位センサＣ１と光変位センサＣ２の間には機能上の差異はないが、次のような性能上の差異がある。すなわち、
光変位センサＣ１において、第２の磁気部８が常に第２のファラデー素子部７に対してドメイン方向が単一となるように磁場を印加しているので、第２のファラデー素子部を通過する戻る光の方向性が特定され、複屈折素子４への戻り光の入射効率が高められる。光変位センサ本体１は、第２の磁気部８に相当する磁気部を備えていない光変位センサ本体２１と比較して、戻りの入射効率が向上するので、図３の状態での性能の安定化の点では、光変位センサＣ１は光変位センサＣ２より優れている。
光変位センサＣ１は、光変位センサ本体１と作動用磁石部２との距離精度として高い数値が要求される場合、例えば水位検知センサのように危険水位を正確かつ緊急に検知する必要があるような場合に有効である。また上記距離の精密な精度が要求されない場合などには、光変位センサＣ１より部品点数の少ない光変位センサＣ２の方が低コストである分だけ広く利用される可能性がある。

図９及び図１０を参照して第３の実施の形態に係る光変位センサＣ３について説明する。
光変位センサＣ３は、光変位センサ本体３１と作動用磁石部３２とからなる。
光変位センサＣ３は、光変位センサ本体３１が、図１に示す光変位センサＣ１における光変位センサ本体１の第１の磁気部６に相当する磁気部を備えていない点を除いて、光変位センサＣ１とその構成及び作用が同一である。このため、光変位センサＣ３に係る光変位センサ本体３１及び作動用磁石部３２の構成及び作用の相違点のみ説明する。
なお、光変位センサ本体３１及び作動用磁石部３２の各構成部分は、光変位センサ本体１及び作動用磁石部２の各構成部分と共通するので、光変位センサ本体３１及び作動用磁石部３２を除いて対応するものについては符号を一致させている。
光変位センサ本体３１において、第１のファラデー素子部３５はその外部から磁場が印加されるものではなく、それ自体に着磁されており、この第１のファラデー素子部を通過した各偏光成分は４５°回転して第２のファラデー素子部７に入射される。第１のファラデー素子部３５として、例えば三菱ガス化学株式会社製の磁性ガーネット単結晶（Ｋタイプ）などが使用される。
光変位センサＣ３は光変位センサＣ１と比較して機能上の差異はないが、第１のファラデー素子部３５の外側に磁気手段を設けない分だけ構造が単純化される利点がある。

図１１及び図１２を参照して第４の実施の形態に係る光変位センサＣ４について説明する。
光変位センサＣ４は、光変位センサ本体４１と作動用磁石部４２とからなる。
光変位センサＣ４は、光変位センサ本体４１が、図９に示す光変位センサＣ３における光変位センサ本体３１の第２の磁気部８に相当する磁気部を備えていない点を除いて、光変位センサＣ３とその構成及び作用が同一である。このため、光変位センサＣ４に係る光変位センサ本体４１及び作動用磁石部４２の構成及び作用の相違点のみ説明する。
光変位センサ本体４１において、第２のファラデー素子部７には、図９に示す第２のファラデー素子部７に対応する第２の磁気部８を設けていない。第１のファラデー素子部４５は前記第１のファラデー素子部３５に相当する。
光変位センサＣ４と光変位センサＣ３の間には機能上の差異はないが、次のような性能上の差異がある。すなわち、
光変位センサＣ３において、第２の磁気部８が常に第２のファラデー素子部７に対してドメイン方向が単一となるように磁場を印加しているので、第２のファラデー素子部を通過する戻る光の方向性が特定されるので、複屈折素子４への戻り光の入射効率が高められる。光変位センサ本体３１は、第２の磁気部８に相当する磁気部を備えていない光変位センサ本体４１に比較して、戻りの入射効率が向上するので、性能の安定化の点では、光変位センサＣ３は光変位センサＣ４より優れている。
光変位センサＣ３は、光変位センサ本体３１と作動用磁石部３２との距離精度として高い数値が要求される場合、例えば水位検知センサのように危険水位を正確かつ緊急に検知する必要があるような場合に有効である。また上記距離の精密な精度が要求されない場合などには、光変位センサＣ３より部品点数の少ない光変位センサＣ４の方が低コストである分だけ広く利用される可能性がある。

光変位センサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はドア開閉検知センサ、蓋の開閉検知センサ、距離センサなどに利用することができる。光変位センサは例えば、磁界感知センサとしても利用できる。すなわち、図４〜図６、図８、図１０、図１２に示す作動用磁石部２，２２，３２，４２が光変位センサ本体１，２１，３１，４１に接近する場合、接近する距離に応じてミラー９によって反射され戻る光の量を光ファイバー１０に接続されているＯＴＤＲ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）で計測して、計測値から上記光変位センサ本体に加えられた磁界の大きさを検出するものである。

本発明に係る光変位センサＣ１において、光変位センサ本体１と作動用磁石部２との相対的な移動方向は、図１では水平方向（左右方向）であったが、垂直方向（左右方向）であっても良く、このことは他の光変位センサＣ２，Ｃ３，Ｃ４についても同様である。
第１のファラデー素子部５，３５，４５及び第２のファラデー素子部７のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、図示の例では４５°に設定されているが、必ずしもこの回転角に限られない。ファラデー回転角は、３０°、６０°など第１の磁気部（図７では磁気部）６及び第２の磁気部８によって印加される磁場の強さ（図９及び図１１ではそれ自体磁化されている第１のファラデー素子部３５，４５の磁気力）や第１のファラデー素子部及び第２のファラデー素子部の長さを調整して適宜に設定される。第１のファラデー素子部５，３５，４５及び第２のファラデー素子部７は単一部材で構成しても複数の部材を組み合わせたものであっても良い。第１のファラデー素子部５，３５，４５及び第２のファラデー素子部７が、図示するように４５°ファラデー回転子であれば、１枚の４５°ファラデー回転子を用いても、また２枚の２２．５°ファラデー回転子を組み合わせたものを用いても良い。
第１の磁気部（図７では磁気部）６及び第２の磁気部８（図９では磁気部）にマグネットを用いている場合には、その構成は図示のものに限られず、各形状についても適宜である。

本発明に係る光変位センサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４によれば、第２のファラデー素子部７を有する光変位センサ本体１，２１，３１，４１と、これに相対的に近づいたり遠ざかったりして磁気的影響を与える作動用磁石部２，２２，３２，４２とを利用しているために、機械式の装置なしで上記通常の状態を作り出すことが可能となり、この結果ドアや蓋などの開放状態や光変位センサ本体又は作動用磁石部に生じた故障などの異常状態を確実に検知することができ、上述したフェイル・セーフを実現することができるものである。
光変位センサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、磁場発生源からの磁場を第２のファラデー素子部７を通じて感知するものであるから、磁場発生源は磁石に限定されない。例えば高圧電線の配電作業において、電線から生じる磁場によって光変位センサ本体１，２１，３１，４１が影響を受けることにより、作業者の作業危険位置を感知することができる。
この場合には上記電線が磁場発生源となる。

本発明の第１の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体から離れている状態を示している図である。図１に示す光変位センサにおける入力光の偏光成分の状態の変化を示す図である。図１に示す光変位センサにおける戻り光の偏光成分の状態の変化を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体に接している状態を示している図である。図４に示す光変位センサにおける入力光の偏光成分の状態の変化を示す図である。図４に示す光変位センサにおける戻り光の偏光成分の状態の変化を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体から離れている状態を示している図である。本発明の第２の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体に接している状態を示している図である。本発明の第３の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体から離れている状態を示している図である。本発明の第３の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体に接している状態を示している図である。本発明の第４の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体から離れている状態を示している図である。本発明の第４の実施の形態に係る光変位センサを示す構成図であって、作動用磁石部が光変位センサ本体に接している状態を示している図である。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４光変位センサ
１，２１，３１，４１光変位センサ本体
２，２２，３２，４２作動用磁石部
３レンズ
４複屈折素子
５，３５，４５第１のファラデー素子部
６第１の磁気部、磁気部
７第２のファラデー素子部
８第２の磁気部、磁気部
９ミラー

Claims

光変位センサ本体と作動用磁石部とを具備しており、
上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部及び第２のファラデー素子部に対応して第１の磁気部及び第２の磁気部をそれぞれ設けてあり、
上記第１のファラデー素子部は、上記第１の磁気部によって第１のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させるための磁場が印加されており、
上記第２のファラデー素子部は、上記第２の磁気部によって第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分がファラデー回転されることなく、上記第２のファラデー素子部のドメイン方向を揃えるための磁場が印加されており、
上記ミラーは、上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものであり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、
上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものであり、
上記第１及び第２のファラデー素子部のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、いずれも４５°である
ことを特徴とする光変位センサ。
作動用磁石部と光変位センサ本体とは、いずれか一方が他方に向けて移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光変位センサ。
第１の磁気部は、第１のファラデー素子部を囲むリング状のマグネットであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光変位センサ。
第２の磁気部は、第２のファラデー素子部を挟んで対向しかつ光路と交差する方向に配置されている平板状のマグネットからなることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の光変位センサ。
光変位センサ本体と作動用磁石部とを具備しており、
上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部及び第２のファラデー素子部に対応して第１の磁気部及び第２の磁気部をそれぞれ設けてあり、
上記第１の磁気部は、上記第１のファラデー素子部を囲むように配置されているリング状のマグネットからなるものであって、上記第１のファラデー素子部に与える磁場方向を第１のファラデー素子部を通過する光の光路と平行に設定し、かつ常に通過する光の偏光成分を４５°ファラデー回転させるものであり、
上記第２の磁気部は、上記第２のファラデー素子部を挟んでかつ光路と交差する方向に配置されている平板状のマグネットからなるものであって、上記第２のファラデー素子部に与える磁場方向を第２のファラデー素子部を通過する光の光路と垂直に設定しており、
上記ミラーは、上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものであり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を４５°ファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、
上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分が４５°ファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によって４５°ファラデー回転するものである
ことを特徴とする光変位センサ。
光変位センサ本体と作動用磁石部とを具備しており、
上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第１のファラデー素子部に対応して磁気部を設けてあり、
上記第１のファラデー素子部は、上記磁気部によって第１のファラデー素子部を通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させるための磁場が印加されており、
上記ミラーは、上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものであり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、
上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものであり、
上記第１及び第２のファラデー素子部のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、いずれも４５°である
ことを特徴とする光変位センサ。
作動用磁石部と光変位センサ本体とは、いずれか一方が他方に向けて移動可能に配置されていることを特徴とする請求項６記載の光変位センサ。
磁気部は、第１のファラデー素子部を囲むリング状のマグネットからなることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光変位センサ。
光変位センサ本体と作動用磁石部とを具備しており、
上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えていると共に、上記第２のファラデー素子部に対応して磁気部を設けてあり、
上記第１のファラデー素子部は、それ自体に着磁されている磁気力によってそれを通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させることが可能なものであり、
上記第２のファラデー素子部は、上記磁気部によって第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分がファラデー回転されることなく、上記第２のファラデー素子部のドメイン方向を揃えるための磁場が印加されており、
上記ミラーは、上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものであり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、
上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものであり、
上記第１及び第２のファラデー素子部のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、いずれも４５°である
ことを特徴とする光変位センサ。
作動用磁石部と光変位センサ本体とは、いずれか一方が他方に向けて移動可能に配置されていることを特徴とする請求項９記載の光変位センサ。
磁気部は、第２のファラデー素子部を挟んで対向しかつ光路と交差する方向に配置されている平板状のマグネットからなることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の光変位センサ。
光変位センサ本体と作動用磁石部とを具備しており、
上記光変位センサ本体には、入力光の光路上に配列されている複屈折素子、第１のファラデー素子部、第２のファラデー素子部及びミラーを備えており、
上記第１のファラデー素子部は、それ自体に着磁されている磁気力によってそれを通過する光の偏光成分を常にファラデー回転させることが可能なものであり、
上記ミラーは、上記第２のファラデー素子部を通過して到達する上記入力光を上記第２のファラデー素子部側へ反射するものであり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置まで、上記光変位センサ本体に対して相対的に移動可能であり、
上記作動用磁石部は、上記第２のファラデー素子部に対して第２のファラデー素子部を通過する光の偏光成分をファラデー回転させるための磁場を印加することができる位置に至らない状態にあるときは、第２のファラデー素子部を通過する上記入力光はその偏光成分がファラデー回転することなく上記ミラーへ到達し、
上記作動用磁石部が上記位置に至った状態にあるときは、上記第２のファラデー素子部を通過する光は作動用磁石部の磁場によってその偏光成分がファラデー回転して上記ミラーへ到達し、反射した戻り光の偏光成分は再び上記第２のファラデー素子部によってファラデー回転するものであり、
第１及び第２のファラデー素子部のそれぞれを通過する光の偏光成分のファラデー回転角は、いずれも４５°である
ことを特徴とする光変位センサ。
作動用磁石部と光変位センサ本体とは、いずれか一方が他方に向けて移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１２記載の光変位センサ。