JPH05249207A - 光センサ - Google Patents
光センサInfo
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- JPH05249207A JPH05249207A JP4326873A JP32687392A JPH05249207A JP H05249207 A JPH05249207 A JP H05249207A JP 4326873 A JP4326873 A JP 4326873A JP 32687392 A JP32687392 A JP 32687392A JP H05249207 A JPH05249207 A JP H05249207A
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- magnetic field
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- G—PHYSICS
- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】低磁界における高い感度と良好な温度特性を有
する光センサを提供する。 【構成】本発明の光センサ１０は、波長７４０〜８９０
nmの直線偏光を放出する手段１１ａと、前記直線偏光を
ファラデー回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ
12（０．３≦ｘ≦０．８）である磁気光学素子１５と、
この磁気光学素子１５でファラデー回転した光出力を検
知する手段１８とを備える。また上記光センサ１０に、
ポッケルス効果を有する電気光学素子を並列に配置する
ことにより、電流のみならず、電圧も同時に測定するこ
とができる。
する光センサを提供する。 【構成】本発明の光センサ１０は、波長７４０〜８９０
nmの直線偏光を放出する手段１１ａと、前記直線偏光を
ファラデー回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ
12（０．３≦ｘ≦０．８）である磁気光学素子１５と、
この磁気光学素子１５でファラデー回転した光出力を検
知する手段１８とを備える。また上記光センサ１０に、
ポッケルス効果を有する電気光学素子を並列に配置する
ことにより、電流のみならず、電圧も同時に測定するこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気光学効果（ファラ
デー効果）や電気光学効果（ポッケルス効果）を利用し
て磁界強度、電流または電圧を測定する光センサに係
り、特に低磁界における高い感度と良好な温度特性を有
する光センサに関する。
デー効果）や電気光学効果（ポッケルス効果）を利用し
て磁界強度、電流または電圧を測定する光センサに係
り、特に低磁界における高い感度と良好な温度特性を有
する光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ディジタル技術やコンピュータ技
術の発達とともに、これに光技術を組み合わせたＬＡＮ
（ローカル・エリア・ネットワーク）等の情報処理技術
の発展が著しい。これらの情報処理技術の進展ととも
に、電力分野においても電力系統の保護（ケーブルの地
落、短絡、断線等故障の発見）や制御のために、光を利
用して電圧・電流を計る各種光学センサの開発、中でも
ファラデー効果（磁気光学効果）を利用して電流測定を
行う磁気光学センサやポッケルス効果（電気光学効果）
を利用して電圧測定を行なう電気光学センサの開発が盛
んに行われている。磁気光学センサは、直接には磁界強
度を測定するものであるが、その磁界が電流により形成
されるときは、間接的に電流強度も測定することができ
る（ビオ−サバールの法則）。
術の発達とともに、これに光技術を組み合わせたＬＡＮ
（ローカル・エリア・ネットワーク）等の情報処理技術
の発展が著しい。これらの情報処理技術の進展ととも
に、電力分野においても電力系統の保護（ケーブルの地
落、短絡、断線等故障の発見）や制御のために、光を利
用して電圧・電流を計る各種光学センサの開発、中でも
ファラデー効果（磁気光学効果）を利用して電流測定を
行う磁気光学センサやポッケルス効果（電気光学効果）
を利用して電圧測定を行なう電気光学センサの開発が盛
んに行われている。磁気光学センサは、直接には磁界強
度を測定するものであるが、その磁界が電流により形成
されるときは、間接的に電流強度も測定することができ
る（ビオ−サバールの法則）。
【０００３】一方、被測定電界中に設置された電気光学
素子（ポッケルス効果素子）に直線偏光を入射させる
と、直交する光の成分に対する屈折率が変化し各光の成
分間に位相差が与えられる。電気光学センサは、この位
相差を光強度の変化として測定し、印加電圧（Ｖ）を求
めるものである。
素子（ポッケルス効果素子）に直線偏光を入射させる
と、直交する光の成分に対する屈折率が変化し各光の成
分間に位相差が与えられる。電気光学センサは、この位
相差を光強度の変化として測定し、印加電圧（Ｖ）を求
めるものである。
【０００４】図６は、一般的な磁気光学センサの構成を
示すブロック図である。この磁気光学センサは直線状に
配置されたコリメータ３ａ，３ｂ、偏光子４、ファラデ
ー素子（磁気光学素子）５および検光子６、ならびにコ
リメータ３ａ，３ｂとそれぞれ光ファイバ２ａ，２ｂを
介して接続する光源１および受光信号部７とからなる。
示すブロック図である。この磁気光学センサは直線状に
配置されたコリメータ３ａ，３ｂ、偏光子４、ファラデ
ー素子（磁気光学素子）５および検光子６、ならびにコ
リメータ３ａ，３ｂとそれぞれ光ファイバ２ａ，２ｂを
介して接続する光源１および受光信号部７とからなる。
【０００５】光源１から射出された所定波長の光は、光
ファイバ２ａからなる伝送路を通ってコリメータ３ａに
至り、ここで平行光線束に進路を調整された後、偏光子
(Po-larizer ）４によって直線偏光になる。
ファイバ２ａからなる伝送路を通ってコリメータ３ａに
至り、ここで平行光線束に進路を調整された後、偏光子
(Po-larizer ）４によって直線偏光になる。
【０００６】この直線偏光は、磁界を測定すべき位置に
設置されたファラデー(Faraday) 素子５を透過するが、
その際その偏光面が磁界の強度に比例したファラデー回
転を受ける。そしてファラデー素子５の透過光は検光子
６を通って強度変調される。検光子６を通過した光は、
コリメータ３ｂで平行光線束にまとめられた後、光ファ
イバ２ｂを伝わって受光信号部７に入り、強度に対応し
た電気信号に変換される。そこで、この電気信号から磁
界強度を測定することができる。
設置されたファラデー(Faraday) 素子５を透過するが、
その際その偏光面が磁界の強度に比例したファラデー回
転を受ける。そしてファラデー素子５の透過光は検光子
６を通って強度変調される。検光子６を通過した光は、
コリメータ３ｂで平行光線束にまとめられた後、光ファ
イバ２ｂを伝わって受光信号部７に入り、強度に対応し
た電気信号に変換される。そこで、この電気信号から磁
界強度を測定することができる。
【０００７】ここで、ファラデー素子５の長さをＬ、磁
界の強度をＨとすると、直線偏光のファラデー回転角
（ファラデー回転により回転する角度）θは、次式
（１）で表される。
界の強度をＨとすると、直線偏光のファラデー回転角
（ファラデー回転により回転する角度）θは、次式
（１）で表される。
【０００８】
【数１】θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ ……（１） ここにＶはベルデ(Verdet)定数である。
【０００９】また、このようにファラデー回転を受けた
後検光子６で強度変調された光の出力Ｐout は、下記の
式（２）で表される。
後検光子６で強度変調された光の出力Ｐout は、下記の
式（２）で表される。
【００１０】
【数２】Ｐout ＝Ｋ（１＋ sin２θ） ……（２） よって、受光信号部７で変換された電気信号を測定すれ
ば、ファラデー素子５周囲の磁界、そしてそれが導体に
流れる電流によって発生している場合には、その電流の
強度を求めることができる（このときθが小さい範囲な
らば、θとＰout には線形の関係が成立する）。
ば、ファラデー素子５周囲の磁界、そしてそれが導体に
流れる電流によって発生している場合には、その電流の
強度を求めることができる（このときθが小さい範囲な
らば、θとＰout には線形の関係が成立する）。
【００１１】ところで、現在のところファラデー素子と
しては、反磁性体のＺｎＳｅ（波長８２０nmの光に対し
てＶ＝０．３４×１０-2deg/Oe・cm）、Ｂｉ12ＳｉＯ20
（波長８７０nmの光に対してＶ＝０．１６×１０-2deg/
Oe・cm）、Ｂｉ12ＧｅＯ20（波長８５０nmの光に対して
Ｖ＝０．３１×１０-2deg/Oe・cm）等が知られている。
しては、反磁性体のＺｎＳｅ（波長８２０nmの光に対し
てＶ＝０．３４×１０-2deg/Oe・cm）、Ｂｉ12ＳｉＯ20
（波長８７０nmの光に対してＶ＝０．１６×１０-2deg/
Oe・cm）、Ｂｉ12ＧｅＯ20（波長８５０nmの光に対して
Ｖ＝０．３１×１０-2deg/Oe・cm）等が知られている。
【００１２】そして、上述の式（１），（２）から、下
記（３）式が与えられる。
記（３）式が与えられる。
【００１３】
【数３】 ［Ｐout ＝Ｋ（１＋ sin２ＶＨＬ）］……（３） （３）式の関係より磁気光学センサの精度（光の出力Ｐ
out ）は、ファラデー素子のベルデ定数の大きさに依存
していることが分かる。しかし、先に挙げたファラデー
素子はベルデ定数が小さいため、特に電力の分野におい
て上記の目的のために使用する場合は、高電流・高磁界
ならば適度な感度（光出力）が得られるものの、低電流
・低磁界の下では感度が不足し、高精度の測定は困難で
あった。
out ）は、ファラデー素子のベルデ定数の大きさに依存
していることが分かる。しかし、先に挙げたファラデー
素子はベルデ定数が小さいため、特に電力の分野におい
て上記の目的のために使用する場合は、高電流・高磁界
ならば適度な感度（光出力）が得られるものの、低電流
・低磁界の下では感度が不足し、高精度の測定は困難で
あった。
【００１４】もし、どうしても、低電流・低磁界を測定
しようとすれば（すなわち光出力Ｐout を大きくしよう
とすれば）、上記式（３）によりファラデー素子の長さ
Ｌを大きくしなければならないが、素子長Ｌが大きくな
ると、今度は高磁界・高電流になったときに、逆にθが
大きくなりすぎ、光強度の変調度Ｍ［式（２）における
Ｋ sin２θに等しい］のθに対する直線性が悪くなり、
測定誤差が大きくなる。そして、素子長が大きくなるこ
とは、小型という磁気光学センサの一つの特徴を損なう
ことにもなる。
しようとすれば（すなわち光出力Ｐout を大きくしよう
とすれば）、上記式（３）によりファラデー素子の長さ
Ｌを大きくしなければならないが、素子長Ｌが大きくな
ると、今度は高磁界・高電流になったときに、逆にθが
大きくなりすぎ、光強度の変調度Ｍ［式（２）における
Ｋ sin２θに等しい］のθに対する直線性が悪くなり、
測定誤差が大きくなる。そして、素子長が大きくなるこ
とは、小型という磁気光学センサの一つの特徴を損なう
ことにもなる。
【００１５】他方、強磁性体のＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12（いわゆ
るＹＩＧ結晶。波長１３００nmの光に対してＶ＝０．１
１deg/Oe・cm）に代表される希土類鉄ガーネットはベル
デ定数が大きく、低電流・低磁界の下でも高精度の測定
ができる。しかし、これら希土類鉄ガーネットのベルデ
定数は、温度による変化が大きく、例えば−２０〜＋８
０℃で−８〜＋１２％も変化する（つまり温度特性が悪
い）。したがって、電力分野での使用は野外で行われる
ため、ファラデー素子は天候や日射の影響によって大き
な温度変化に晒され、高精度の磁界測定ができず、実際
の使用は困難である。
るＹＩＧ結晶。波長１３００nmの光に対してＶ＝０．１
１deg/Oe・cm）に代表される希土類鉄ガーネットはベル
デ定数が大きく、低電流・低磁界の下でも高精度の測定
ができる。しかし、これら希土類鉄ガーネットのベルデ
定数は、温度による変化が大きく、例えば−２０〜＋８
０℃で−８〜＋１２％も変化する（つまり温度特性が悪
い）。したがって、電力分野での使用は野外で行われる
ため、ファラデー素子は天候や日射の影響によって大き
な温度変化に晒され、高精度の磁界測定ができず、実際
の使用は困難である。
【００１６】一方、これら希土類鉄ガーネット結晶にお
けるベルデ定数の温度変化を改良したものとして、Ｔｂ
を加えたＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）のファラデー素子があり、この素子にとって光透過
特性のよい波長は１．１〜２．０μｍの領域であること
が分かっている。そして、この波長領域内で−２０〜＋
８０℃における温度特性として、１．１５μｍの波長
で、ベルデ定数の変化が±１〜±６％以下という結果が
得られている。
けるベルデ定数の温度変化を改良したものとして、Ｔｂ
を加えたＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）のファラデー素子があり、この素子にとって光透過
特性のよい波長は１．１〜２．０μｍの領域であること
が分かっている。そして、この波長領域内で−２０〜＋
８０℃における温度特性として、１．１５μｍの波長
で、ベルデ定数の変化が±１〜±６％以下という結果が
得られている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際に磁気光
学センサに用いる場合には、この波長１．１５μｍにお
けるベルデ定数の絶対的な値は０．１２〜０．２０deg/
Oe・cm程度にとどまるため、低電流・低磁界下でファラ
デー回転角を大きくして十分な光出力を得るには、式
（１）によって、ファラデー素子の長さ（厚さ）Ｌを大
きくするしかない。
学センサに用いる場合には、この波長１．１５μｍにお
けるベルデ定数の絶対的な値は０．１２〜０．２０deg/
Oe・cm程度にとどまるため、低電流・低磁界下でファラ
デー回転角を大きくして十分な光出力を得るには、式
（１）によって、ファラデー素子の長さ（厚さ）Ｌを大
きくするしかない。
【００１８】その結果、この材料によって実用のファラ
デー素子をつくるとなると、膜厚（ファラデー素子の厚
さ、長さに相当する。）が２８０μｍから１mmを越える
ものとなるが、現在生産性がよいことで知られているＬ
ＰＥ（Liquid Phase Epita-xial；液相エピタキシャ
ル）法では、膜厚が２５０μｍを越えると、高温下での
結晶のエピタキシャル成長時に膜の反り、割れ等が生ず
る。これは、成長基板として用いられるＧＧＧ（ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット）の格子定数１２．３８
３Ａと、Ｙ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12の格子定数（例えばｘ
＝０．６であるＹ2.4 Ｔｂ0.6 Ｆｅ5 Ｏ12の格子定数は
１２．３８８Ａ）の差が大きく、さらにＧＧＧ基板より
もＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12の方が熱膨脹係数が大きいた
めである。
デー素子をつくるとなると、膜厚（ファラデー素子の厚
さ、長さに相当する。）が２８０μｍから１mmを越える
ものとなるが、現在生産性がよいことで知られているＬ
ＰＥ（Liquid Phase Epita-xial；液相エピタキシャ
ル）法では、膜厚が２５０μｍを越えると、高温下での
結晶のエピタキシャル成長時に膜の反り、割れ等が生ず
る。これは、成長基板として用いられるＧＧＧ（ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット）の格子定数１２．３８
３Ａと、Ｙ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12の格子定数（例えばｘ
＝０．６であるＹ2.4 Ｔｂ0.6 Ｆｅ5 Ｏ12の格子定数は
１２．３８８Ａ）の差が大きく、さらにＧＧＧ基板より
もＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12の方が熱膨脹係数が大きいた
めである。
【００１９】一方、フラックス法により製造する場合
は、バルク状になるため上述のＬＰＥ法における問題は
生じないが、結晶性が悪く、また膜状に成形する手間が
掛かって、量産性に劣ることになる。そして、このよう
な２８０μｍから１mmを越える膜厚は、先に反磁性体フ
ァラデー素子について述べたように、磁気光学センサの
小型化への支障になり、磁界・電流が大きくなったとき
に、光強度の変調度Ｍのθに対する直線性の低下につな
がる。
は、バルク状になるため上述のＬＰＥ法における問題は
生じないが、結晶性が悪く、また膜状に成形する手間が
掛かって、量産性に劣ることになる。そして、このよう
な２８０μｍから１mmを越える膜厚は、先に反磁性体フ
ァラデー素子について述べたように、磁気光学センサの
小型化への支障になり、磁界・電流が大きくなったとき
に、光強度の変調度Ｍのθに対する直線性の低下につな
がる。
【００２０】また他の問題として、このＹ3-x Ｔｂx Ｆ
ｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）を用いたファラデー素
子は、低磁界・低電流の測定はできても、飽和磁界が１
４００〜１８００エルステッド程度であるため、１００
００エルステッドを越える高磁界・高電流ではファラデ
ー回転角が飽和して測定ができない。したがって、この
点では上述の高磁界・高電流の測定しかできない反磁性
体製のファラデー素子と同様、広範囲の磁界・電流が発
生する可能性のある電力分野での使用には難点を伴う。
ｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）を用いたファラデー素
子は、低磁界・低電流の測定はできても、飽和磁界が１
４００〜１８００エルステッド程度であるため、１００
００エルステッドを越える高磁界・高電流ではファラデ
ー回転角が飽和して測定ができない。したがって、この
点では上述の高磁界・高電流の測定しかできない反磁性
体製のファラデー素子と同様、広範囲の磁界・電流が発
生する可能性のある電力分野での使用には難点を伴う。
【００２１】また上記のような電流を測定する磁気光学
センサと、電圧を測定する電気光学センサとは、使用す
る直線偏光の波長帯が異なり、各信号処理系を共用する
ことが不可能であるため、小型化ができず、上記２種類
のセンサは従来個別に独立して製造されていた。したが
って、１台の小型のセンサによって電流と電圧とを同時
に測定することは不可能であった。
センサと、電圧を測定する電気光学センサとは、使用す
る直線偏光の波長帯が異なり、各信号処理系を共用する
ことが不可能であるため、小型化ができず、上記２種類
のセンサは従来個別に独立して製造されていた。したが
って、１台の小型のセンサによって電流と電圧とを同時
に測定することは不可能であった。
【００２２】
【課題を解決するための手段と作用】本発明は、上記事
情に鑑みてなされたもので、低磁界における高い感度と
良好な温度特性を有し、かつ小型で量産性に優れた磁気
光学センサと、低磁界から高磁界にかけての広い磁界範
囲で測定を行うことができる磁気光学センサを提供する
ことを目的とする。また電気光学素子を上記磁気光学素
子と並列に配置することにより、電流と電圧とを同時に
測定することが可能な光センサを提供することを他の目
的とする。
情に鑑みてなされたもので、低磁界における高い感度と
良好な温度特性を有し、かつ小型で量産性に優れた磁気
光学センサと、低磁界から高磁界にかけての広い磁界範
囲で測定を行うことができる磁気光学センサを提供する
ことを目的とする。また電気光学素子を上記磁気光学素
子と並列に配置することにより、電流と電圧とを同時に
測定することが可能な光センサを提供することを他の目
的とする。
【００２３】本発明は上記目的を達成するために、波長
７４０〜８９０nmの直線偏光を放出する手段と、前記直
線偏光をファラデー回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ
5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）である磁気光学素子と、
この磁気光学素子でファラデー回転した光出力を検知す
る手段とを備える磁気光学センサを提供する。
７４０〜８９０nmの直線偏光を放出する手段と、前記直
線偏光をファラデー回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ
5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）である磁気光学素子と、
この磁気光学素子でファラデー回転した光出力を検知す
る手段とを備える磁気光学センサを提供する。
【００２４】本発明はまた、波長７４０〜８９０nmの直
線偏光を放出する手段と、前記直線偏光をファラデー回
転させ、高磁界用磁気光学素子（低磁界用より飽和磁界
が高い）および、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．
３≦ｘ≦０．８）である低磁界用磁気光学素子と、これ
ら両磁気光学素子でファラデー回転した直線偏光を強度
変調しながらその光出力を検知する手段とを備える磁気
光学センサを提供する。
線偏光を放出する手段と、前記直線偏光をファラデー回
転させ、高磁界用磁気光学素子（低磁界用より飽和磁界
が高い）および、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．
３≦ｘ≦０．８）である低磁界用磁気光学素子と、これ
ら両磁気光学素子でファラデー回転した直線偏光を強度
変調しながらその光出力を検知する手段とを備える磁気
光学センサを提供する。
【００２５】本発明はさらに、波長７４０〜８９０nmの
直線偏光を放出する手段と、この直線偏光をファラデー
回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ
≦０．８）である磁気光学素子と、この磁気光学素子と
並列に設置され、上記直線偏光に電界強度に応じた位相
差を与える電気光学素子（ポッケルス効果素子）と、上
記磁気光学素子でファラデー回転した直線偏光および上
記電気光学素子によって位相差を付与された直線偏光の
光出力を検知する手段とを備える光センサを提供する。
直線偏光を放出する手段と、この直線偏光をファラデー
回転させ、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ
≦０．８）である磁気光学素子と、この磁気光学素子と
並列に設置され、上記直線偏光に電界強度に応じた位相
差を与える電気光学素子（ポッケルス効果素子）と、上
記磁気光学素子でファラデー回転した直線偏光および上
記電気光学素子によって位相差を付与された直線偏光の
光出力を検知する手段とを備える光センサを提供する。
【００２６】請求項１に係る光センサにおいては、磁気
光学素子として低磁界においても良好なファラデー効果
が得られている強磁性体のＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ
12（０．３≦ｘ≦０．８）結晶を用いるが、本発明者
は、このＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）結晶が、従来透過特性が劣るとして顧みられなかっ
た波長７４０〜８９０nmに対してベルデ定数が高くな
り、かつ膜厚が２０〜２５０μｍのときは、このベルデ
定数増大に伴うファラデー回転角増大の効果が光の吸収
による効果を上回って、光出力を検知する手段において
光出力の増大、つまり低磁界における高感度が達成され
ることを発見した。なお化学量論比からの多少のずれは
本発明の効果を得る範囲で許容するものである。
光学素子として低磁界においても良好なファラデー効果
が得られている強磁性体のＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ
12（０．３≦ｘ≦０．８）結晶を用いるが、本発明者
は、このＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）結晶が、従来透過特性が劣るとして顧みられなかっ
た波長７４０〜８９０nmに対してベルデ定数が高くな
り、かつ膜厚が２０〜２５０μｍのときは、このベルデ
定数増大に伴うファラデー回転角増大の効果が光の吸収
による効果を上回って、光出力を検知する手段において
光出力の増大、つまり低磁界における高感度が達成され
ることを発見した。なお化学量論比からの多少のずれは
本発明の効果を得る範囲で許容するものである。
【００２７】そして、この膜厚は２５０μｍ以下である
からＬＰＥ法による量産化が可能で、磁気光学センサ全
体の小型化も実現できる。なお、量産化の観点からは膜
厚は２０〜２５０μｍが好ましく、さらに好ましくは３
０〜１８０μｍ、最も好ましくは８０〜１５０μｍであ
る。
からＬＰＥ法による量産化が可能で、磁気光学センサ全
体の小型化も実現できる。なお、量産化の観点からは膜
厚は２０〜２５０μｍが好ましく、さらに好ましくは３
０〜１８０μｍ、最も好ましくは８０〜１５０μｍであ
る。
【００２８】つぎに請求項５に係る光センサは、上記請
求項１の磁気光学素子を低磁界用磁気光学素子として用
い、さらにこの低磁界用磁気光学素子では磁気飽和によ
ってファラデー回転角が飽和してしまうか、またはファ
ラデー回転角の増大によって光出力との直線性がくずれ
るかして測定ができなくなってしまう高磁界・高電流に
備えて高磁界用磁気光学素子も併設する。
求項１の磁気光学素子を低磁界用磁気光学素子として用
い、さらにこの低磁界用磁気光学素子では磁気飽和によ
ってファラデー回転角が飽和してしまうか、またはファ
ラデー回転角の増大によって光出力との直線性がくずれ
るかして測定ができなくなってしまう高磁界・高電流に
備えて高磁界用磁気光学素子も併設する。
【００２９】この高磁界用磁気光学素子は、高磁界の下
でも磁化の程度が弱くて先の低磁界用磁気光学素子ほど
ファラデー回転角が大きくなく、また磁気飽和を起こす
こともない、反磁性体（ＺｎＳｅ，Ｂｉ12ＳｉＯ20，Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20等）あるいは常磁性体（鉛ガラス等）が適
している。
でも磁化の程度が弱くて先の低磁界用磁気光学素子ほど
ファラデー回転角が大きくなく、また磁気飽和を起こす
こともない、反磁性体（ＺｎＳｅ，Ｂｉ12ＳｉＯ20，Ｂ
ｉ12ＧｅＯ20等）あるいは常磁性体（鉛ガラス等）が適
している。
【００３０】この場合、また光出力を検知する手段は、
低磁界用磁気光学素子と高磁界用磁気光学素子のファラ
デー効果特性に基づいて、低磁界から高磁界までの磁界
範囲において所定の光出力を境界出力として定める。そ
の結果、境界出力以下においては低磁界用磁気光学素子
を通過した光の出力に基づいて、また境界出力以上にお
いては高磁界用磁気光学素子を通過した光の出力に基づ
いて、適度な感度、また良好な直線性の下に磁界強度を
測定できる。
低磁界用磁気光学素子と高磁界用磁気光学素子のファラ
デー効果特性に基づいて、低磁界から高磁界までの磁界
範囲において所定の光出力を境界出力として定める。そ
の結果、境界出力以下においては低磁界用磁気光学素子
を通過した光の出力に基づいて、また境界出力以上にお
いては高磁界用磁気光学素子を通過した光の出力に基づ
いて、適度な感度、また良好な直線性の下に磁界強度を
測定できる。
【００３１】また請求項８に係る光センサは、上記請求
項１に示す光センサの構成に加えて、波長７４０〜８９
０nmの直線偏光に対してポッケルス効果を有する電気光
学素子を磁気光学素子と並列に配置し、直線偏光を放出
する手段および上記各素子からの光出力を検出する手段
を共用して構成される。
項１に示す光センサの構成に加えて、波長７４０〜８９
０nmの直線偏光に対してポッケルス効果を有する電気光
学素子を磁気光学素子と並列に配置し、直線偏光を放出
する手段および上記各素子からの光出力を検出する手段
を共用して構成される。
【００３２】上記電気光学素子を構成する材料は、電気
光学係数（ポッケルス係数）が大きいほど光出力の検出
感度が高くなる。その代表的な例としてはＬｉＮｂＯ3
（ニオブ酸リチウム、ポッケルス係数γ22＝５．２cm／
Ｖ、測定波長８５０nm）、Ｂｉ12ＧｅＯ20（ＢＧＯ、ポ
ッケルス係数γ41＝３．１×１０-10 cm／Ｖ、測定波長
８５０nm）、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ、ポッケルス係数
γ41＝4.4 ×10-10cm／Ｖ、測定波長８７０nm）などが
ある。
光学係数（ポッケルス係数）が大きいほど光出力の検出
感度が高くなる。その代表的な例としてはＬｉＮｂＯ3
（ニオブ酸リチウム、ポッケルス係数γ22＝５．２cm／
Ｖ、測定波長８５０nm）、Ｂｉ12ＧｅＯ20（ＢＧＯ、ポ
ッケルス係数γ41＝３．１×１０-10 cm／Ｖ、測定波長
８５０nm）、Ｂｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ、ポッケルス係数
γ41＝4.4 ×10-10cm／Ｖ、測定波長８７０nm）などが
ある。
【００３３】上記電気光学素子に入射した直線偏光は、
外部電界の強さに応じて直交する光の成分に対する屈折
率が変化し、位相差Γが生じる。位相差Γを生じた光
は、光検出手段によって強度変調され、最終的に電気信
号に変換される。この電気信号の大小により電界強度お
よび印加電圧が測定される。
外部電界の強さに応じて直交する光の成分に対する屈折
率が変化し、位相差Γが生じる。位相差Γを生じた光
は、光検出手段によって強度変調され、最終的に電気信
号に変換される。この電気信号の大小により電界強度お
よび印加電圧が測定される。
【００３４】
【実施例】以下図１ないし図５を参照して本発明の実施
例を説明する。
例を説明する。
【００３５】＜実施例１〜６および比較例１〜２＞図１
は、本発明の実施例１−６に係る磁気光学センサ１０の
構成図である。すなわち、光送信器１１は光源１１ａ
（レーザダイオード、ＬＥＤ等）を備える。そして、光
源１１ａから放射された光は、光ファイバ１２ａを通っ
て伝送され、コリメータ１３ａに至る。そして、このコ
リメータ１３ａで平行光線束に変えられた後、偏光子
（この場合は偏光プリズム）１４に入射して直線偏光に
なり、かつ進行方向を９０°変えられる。
は、本発明の実施例１−６に係る磁気光学センサ１０の
構成図である。すなわち、光送信器１１は光源１１ａ
（レーザダイオード、ＬＥＤ等）を備える。そして、光
源１１ａから放射された光は、光ファイバ１２ａを通っ
て伝送され、コリメータ１３ａに至る。そして、このコ
リメータ１３ａで平行光線束に変えられた後、偏光子
（この場合は偏光プリズム）１４に入射して直線偏光に
なり、かつ進行方向を９０°変えられる。
【００３６】直線偏光となった光は、ついで外部磁界の
影響下に置かれる組成Ｙ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12の磁性
ガーネットからなるファラデー素子１５に入射し、ファ
ラデー回転θを受ける。ファラデー回転した光は、つぎ
に偏光子１４に対して４５°傾けた検光子１６を通過す
るが、この際強度変調され、さらに反射プリズム１７で
９０°進行方向を変えられてコリメータ１３ｂに入射す
る。そして平行光線束にされた後、光ファイバ１２ｂを
伝わって受光信号部１８に至る。受光信号部１８は、受
光器１８ａ（フォトダイオードなど）と信号処理器１８
ｂを備え、受光器１８ａでは入射してきた光を出力に応
じた電気信号に変換し、信号処理器１８ｂでは増幅や式
（２）にならって直線性の補正を行う。
影響下に置かれる組成Ｙ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12の磁性
ガーネットからなるファラデー素子１５に入射し、ファ
ラデー回転θを受ける。ファラデー回転した光は、つぎ
に偏光子１４に対して４５°傾けた検光子１６を通過す
るが、この際強度変調され、さらに反射プリズム１７で
９０°進行方向を変えられてコリメータ１３ｂに入射す
る。そして平行光線束にされた後、光ファイバ１２ｂを
伝わって受光信号部１８に至る。受光信号部１８は、受
光器１８ａ（フォトダイオードなど）と信号処理器１８
ｂを備え、受光器１８ａでは入射してきた光を出力に応
じた電気信号に変換し、信号処理器１８ｂでは増幅や式
（２）にならって直線性の補正を行う。
【００３７】この磁気光学センサ１０により、ファラデ
ー素子１５の磁性ガーネットＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12
の膜厚（素子長）について１０〜２５３μｍの範囲で種
々のものを用い、さらに光源１１ａは、波長７４０，７
５０，７７０，８５０，８８０および８９０nmの光を放
射できるものをそれぞれ用いて（それぞれ実施例１，
２，３，４，５および６とする）光出力を測定した。ま
た比較例１，２としてそれぞれ波長７２０および９００
nmの光を放射する光源を用いた磁気光学センサによって
も光出力を測定した（ファラデー素子は各実施例と同じ
ものを用いた）。
ー素子１５の磁性ガーネットＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12
の膜厚（素子長）について１０〜２５３μｍの範囲で種
々のものを用い、さらに光源１１ａは、波長７４０，７
５０，７７０，８５０，８８０および８９０nmの光を放
射できるものをそれぞれ用いて（それぞれ実施例１，
２，３，４，５および６とする）光出力を測定した。ま
た比較例１，２としてそれぞれ波長７２０および９００
nmの光を放射する光源を用いた磁気光学センサによって
も光出力を測定した（ファラデー素子は各実施例と同じ
ものを用いた）。
【００３８】なお本実施例で用いられるファラデー素子
１５は、材質としては、先に述べた低磁界・低電流で高
感度を示す希土類鉄ガーネットＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12
（０．３≦ｘ≦０．８）において、ｘ＝０．５としたも
のに相当する。そこで、別の磁気光学センサとして材質
が同じＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12で、膜厚が２２０μｍ
のファラデー素子を備え、さらに波長を前述した１．１
〜２．０μｍの範囲内の１．３μｍ（１３００nm）に定
めた従来通りの磁気光学センサを用意する（他の構成部
材は同一とする）。そして、この磁気光学センサ（以下
「基準磁気光学センサ」という）における光出力を基準
として、本実施例で得られた光出力を規格化した。結果
を図２に示す。
１５は、材質としては、先に述べた低磁界・低電流で高
感度を示す希土類鉄ガーネットＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12
（０．３≦ｘ≦０．８）において、ｘ＝０．５としたも
のに相当する。そこで、別の磁気光学センサとして材質
が同じＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12で、膜厚が２２０μｍ
のファラデー素子を備え、さらに波長を前述した１．１
〜２．０μｍの範囲内の１．３μｍ（１３００nm）に定
めた従来通りの磁気光学センサを用意する（他の構成部
材は同一とする）。そして、この磁気光学センサ（以下
「基準磁気光学センサ」という）における光出力を基準
として、本実施例で得られた光出力を規格化した。結果
を図２に示す。
【００３９】図２から分かるように、実施例１，２，
３，４，５および６は、膜厚が１０〜２５３μｍの範囲
においていずれも、物性的な光透過特性としては実施例
の各波長を上回る１３００μｍの波長の光を用いた基準
磁気光学センサと同等以上の高い光出力を示した。つま
り、このＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）ＹＩＧ結晶は、実施例の波長のときは波長１３００
μｍのときよりベルデ定数が大きくなり、かつ実施例の
膜厚下ではベルデ定数増大に伴うファラデー回転角増大
の効果が、光透過量減少の効果を上回って光出力の増大
に貢献する。
３，４，５および６は、膜厚が１０〜２５３μｍの範囲
においていずれも、物性的な光透過特性としては実施例
の各波長を上回る１３００μｍの波長の光を用いた基準
磁気光学センサと同等以上の高い光出力を示した。つま
り、このＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．
８）ＹＩＧ結晶は、実施例の波長のときは波長１３００
μｍのときよりベルデ定数が大きくなり、かつ実施例の
膜厚下ではベルデ定数増大に伴うファラデー回転角増大
の効果が、光透過量減少の効果を上回って光出力の増大
に貢献する。
【００４０】そしてこの中では、実施例３に係る光セン
サがすべての膜厚において最も大きな光出力を示し、膜
厚９７μｍのときに最大３３０％の相対出力が得られ
た。また、他の実施例１，２，４，５および６について
も、それぞれ最大で１４２％（膜厚６３nmのとき）２２
７〜２２８％（膜厚６２〜８５μｍのとき）、２０８％
（膜厚８５μｍのとき）、１６５％（膜厚６３μｍのと
き）および１２６％（膜厚６３nmのとき）の相対出力が
得られた。
サがすべての膜厚において最も大きな光出力を示し、膜
厚９７μｍのときに最大３３０％の相対出力が得られ
た。また、他の実施例１，２，４，５および６について
も、それぞれ最大で１４２％（膜厚６３nmのとき）２２
７〜２２８％（膜厚６２〜８５μｍのとき）、２０８％
（膜厚８５μｍのとき）、１６５％（膜厚６３μｍのと
き）および１２６％（膜厚６３nmのとき）の相対出力が
得られた。
【００４１】しかし、比較例１および比較例２における
光出力は、すべての膜厚において相対出力が１００％を
下回った。
光出力は、すべての膜厚において相対出力が１００％を
下回った。
【００４２】そして、驚くことに各磁気光学素子のベル
デ定数の変化率に相当する光出力の温度特性も、すべて
の実施例において−２０〜＋８０℃の範囲で±１％と良
好であった。
デ定数の変化率に相当する光出力の温度特性も、すべて
の実施例において−２０〜＋８０℃の範囲で±１％と良
好であった。
【００４３】したがって、本実施例によれば、良好な温
度特性を保持しながら、素子長が短くて、小型化および
ＬＰＥ法による量産化の可能なファラデー素子を備え、
かつ低磁界において高い感度を示す磁気光学センサが得
られる。
度特性を保持しながら、素子長が短くて、小型化および
ＬＰＥ法による量産化の可能なファラデー素子を備え、
かつ低磁界において高い感度を示す磁気光学センサが得
られる。
【００４４】＜実施例７＞図３は本発明の実施例７に係
る磁気光学センサの構成図である。
る磁気光学センサの構成図である。
【００４５】すなわち、本実施例の光センサ２０は、低
磁界用と高磁界用の２つのファラデー素子を備え、低磁
界用のファラデー素子としては、前実施例１〜６の光セ
ンサ１０におけるファラデー素子１５（ここでは膜厚８
０μｍ、組成がＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12の磁性ガーネ
ット）を用い、さらに高磁界用のファラデー素子２１
（先に述べた反磁性体ＺｎＳｅで、膜厚は５mmとした）
をこれと並列に設ける。そして、偏光子２２ａ，低磁界
用ファラデー素子１５および検光子２３ａを直線状に、
また偏光子２２ｂ，高磁界用ファラデー素子２１および
検光子２３ｂも直線状にして互いに隣合わせに設置す
る。検光子２３ａ，２３ｂは偏光子２２ａ，２２ｂとは
４５°傾けて配置される。
磁界用と高磁界用の２つのファラデー素子を備え、低磁
界用のファラデー素子としては、前実施例１〜６の光セ
ンサ１０におけるファラデー素子１５（ここでは膜厚８
０μｍ、組成がＹ2.5 Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12の磁性ガーネ
ット）を用い、さらに高磁界用のファラデー素子２１
（先に述べた反磁性体ＺｎＳｅで、膜厚は５mmとした）
をこれと並列に設ける。そして、偏光子２２ａ，低磁界
用ファラデー素子１５および検光子２３ａを直線状に、
また偏光子２２ｂ，高磁界用ファラデー素子２１および
検光子２３ｂも直線状にして互いに隣合わせに設置す
る。検光子２３ａ，２３ｂは偏光子２２ａ，２２ｂとは
４５°傾けて配置される。
【００４６】偏光子２２ａ，２２ｂはそれぞれ、順にコ
リメータ２４ａ，２４ｂと光ファイバ２５ａ，２５ｂを
介して光送信器２６に接続する。また検光子２３ａ，２
３ｂはそれぞれ順にコリメータ２４ｃ，２４ｄと光ファ
イバ２５ｃ，２５ｄを介して受光信号部２７に接続す
る。光送信器２６は、波長８５０nmの光を放射する光源
３０（レーザダイオード、ＬＥＤ等）と、光源３０から
出た光を２方向に分岐するビームスプリッタ３１、およ
びビームスプリッタ３１から分岐した１方向の光の進路
を変える反射プリズム３２を備える。また、受光信号部
２７は光を電気信号に変換する受光器３３ａ，３３ｂ
（フォトダイオードなど）とこれに接続して電気信号の
増幅等を行う信号処理部３４を備える。
リメータ２４ａ，２４ｂと光ファイバ２５ａ，２５ｂを
介して光送信器２６に接続する。また検光子２３ａ，２
３ｂはそれぞれ順にコリメータ２４ｃ，２４ｄと光ファ
イバ２５ｃ，２５ｄを介して受光信号部２７に接続す
る。光送信器２６は、波長８５０nmの光を放射する光源
３０（レーザダイオード、ＬＥＤ等）と、光源３０から
出た光を２方向に分岐するビームスプリッタ３１、およ
びビームスプリッタ３１から分岐した１方向の光の進路
を変える反射プリズム３２を備える。また、受光信号部
２７は光を電気信号に変換する受光器３３ａ，３３ｂ
（フォトダイオードなど）とこれに接続して電気信号の
増幅等を行う信号処理部３４を備える。
【００４７】さて、光源３０から放射された光は、まず
光送信器２６内でビームスプリッタ３１に入射し、光フ
ァイバ２５ａに向かうものと反射プリズム３２に向かう
ものに分けられる。反射プリズム３２に入射した光は、
光ファイバ２５ｂに向かうように進路を変えられる。し
たがって、光源３０から放射した光は、２つに別れて同
時に光ファイバ２５ａ，２５ｂに入射し、光ファイバ２
５ａ，２５ｂ内を進行する。そして、それぞれコリメー
タ２４ａ，２４ｂで平行光線束にされた後、偏光子２２
ａ，２２ｂに入射して直線偏光にされる。
光送信器２６内でビームスプリッタ３１に入射し、光フ
ァイバ２５ａに向かうものと反射プリズム３２に向かう
ものに分けられる。反射プリズム３２に入射した光は、
光ファイバ２５ｂに向かうように進路を変えられる。し
たがって、光源３０から放射した光は、２つに別れて同
時に光ファイバ２５ａ，２５ｂに入射し、光ファイバ２
５ａ，２５ｂ内を進行する。そして、それぞれコリメー
タ２４ａ，２４ｂで平行光線束にされた後、偏光子２２
ａ，２２ｂに入射して直線偏光にされる。
【００４８】直線偏光となった２つの光は、ついで外部
磁界の影響下に置かれるファラデー素子１５と２１に入
射して、それぞれ異なるファラデー回転θ1 ，θ2 を受
ける。ファラデー回転した光は、つぎに検光子２３ａ，
２３ｂを通過し、この際強度変調されてコリメータ２４
ｃ、２４ｄに入射する。そして平行光線束にされた後、
それぞれ光ファイバ２５ｃ、２５ｄを伝わって受光信号
部２７の受光器３３ａ，３３ｂに入射する。受光器３３
ａ，３３ｂではそれぞれ入射してきた光を電気信号に変
換し、信号処理部３４に送るが、信号処理部３４では一
定の増幅の後、式（２）に準じた光出力の直線性の補正
を行う。
磁界の影響下に置かれるファラデー素子１５と２１に入
射して、それぞれ異なるファラデー回転θ1 ，θ2 を受
ける。ファラデー回転した光は、つぎに検光子２３ａ，
２３ｂを通過し、この際強度変調されてコリメータ２４
ｃ、２４ｄに入射する。そして平行光線束にされた後、
それぞれ光ファイバ２５ｃ、２５ｄを伝わって受光信号
部２７の受光器３３ａ，３３ｂに入射する。受光器３３
ａ，３３ｂではそれぞれ入射してきた光を電気信号に変
換し、信号処理部３４に送るが、信号処理部３４では一
定の増幅の後、式（２）に準じた光出力の直線性の補正
を行う。
【００４９】本実施例７の磁気光学センサ２０により得
られた、種々の磁界強度下での光出力の測定結果を図４
に示す。すなわち、本実施例によれば、ほとんど０に近
い低磁界から約１００００エルステッドの高磁界まで広
い磁界範囲において磁界強度と光出力のよい直線性が保
たれることが分かった。
られた、種々の磁界強度下での光出力の測定結果を図４
に示す。すなわち、本実施例によれば、ほとんど０に近
い低磁界から約１００００エルステッドの高磁界まで広
い磁界範囲において磁界強度と光出力のよい直線性が保
たれることが分かった。
【００５０】これは、一方では磁界強度が５０〜１００
エルステッドの低磁界でも、低磁界用ファラデー素子１
５の方で０．２７〜０．５３°の十分なファラデー回転
角が得られることから、受光器３３ｂではこの回転角に
基づいて必要な光出力を得ることができ、他方磁界強度
が１５００〜１００００エルステッドの高磁界でも、高
磁界用ファラデー素子２１の方で２．５５〜１７°の大
きすぎない適度なファラデー回転角が得られることか
ら、受光器３３ａでこの回転角に基づいて直線性のよい
光出力を得ることができるためである。
エルステッドの低磁界でも、低磁界用ファラデー素子１
５の方で０．２７〜０．５３°の十分なファラデー回転
角が得られることから、受光器３３ｂではこの回転角に
基づいて必要な光出力を得ることができ、他方磁界強度
が１５００〜１００００エルステッドの高磁界でも、高
磁界用ファラデー素子２１の方で２．５５〜１７°の大
きすぎない適度なファラデー回転角が得られることか
ら、受光器３３ａでこの回転角に基づいて直線性のよい
光出力を得ることができるためである。
【００５１】信号処理部３４は、受光器３３ａと３３ｂ
からそれぞれ異なる出力の電気信号を受けるが、本実施
例７の磁気光学センサ２０においては、低磁界用ファラ
デー素子１５と高磁界用ファラデー素子２１のファラデ
ー効果特性に基づいて、低磁界から高磁界までの磁界範
囲において所定出力の電気信号を境界とし、境界出力以
下においては受光器３３ａ（低磁界用ファラデー素子１
５に対応する）からの電気信号により、また境界出力以
上においては受光器３３ｂ（高磁界用ファラデー素子２
１に対応する）からの電気信号により光出力、そして磁
界強度を定めることとする。
からそれぞれ異なる出力の電気信号を受けるが、本実施
例７の磁気光学センサ２０においては、低磁界用ファラ
デー素子１５と高磁界用ファラデー素子２１のファラデ
ー効果特性に基づいて、低磁界から高磁界までの磁界範
囲において所定出力の電気信号を境界とし、境界出力以
下においては受光器３３ａ（低磁界用ファラデー素子１
５に対応する）からの電気信号により、また境界出力以
上においては受光器３３ｂ（高磁界用ファラデー素子２
１に対応する）からの電気信号により光出力、そして磁
界強度を定めることとする。
【００５２】なお、高磁界用ファラデー素子２１として
は、他に同じ反磁性体のＢｉ12ＳｉＯ20，Ｂｉ12ＧｅＯ
20や常磁性体の鉛ガラスなどを用いることができる。
は、他に同じ反磁性体のＢｉ12ＳｉＯ20，Ｂｉ12ＧｅＯ
20や常磁性体の鉛ガラスなどを用いることができる。
【００５３】〈実施例８〉図５は本発明に係る光センサ
の他の実施例を示す構成図である。本実施例に係る光セ
ンサ６０は、実施例７（図３）に示す電流測定用の磁気
光学センサ２０に、電気光学素子６１を含む電圧測定用
電気光学センサ６２を並列に付加して構成される。
の他の実施例を示す構成図である。本実施例に係る光セ
ンサ６０は、実施例７（図３）に示す電流測定用の磁気
光学センサ２０に、電気光学素子６１を含む電圧測定用
電気光学センサ６２を並列に付加して構成される。
【００５４】上記電圧測定用電気光学センサ６２は、波
長８５０nmの光を放出し、光送信器６４内に配置された
光源６３と、光源６３から光ファイバ６５を経て伝送さ
れた光線束を平行光線に変換するコリメータ６６と、コ
リメータ６６からの平行光線を直線偏光に変換する偏光
子６７と、偏光子６７からの直線偏光成分に対し位相差
を付与する電気光学素子６１と、位相差を有する偏光に
光学バイアスを付与する１／４波長板６８と、光学バイ
アスを付与された偏光を強度変調する検光子６９と、検
光子６９からコリメータ７０および光ファイバ７１を経
て伝送された偏光を受光し、電気信号に変換する受光器
７２と、上記電気信号を処理して電圧値または電界強度
を出力する信号処理器７３とから構成される。
長８５０nmの光を放出し、光送信器６４内に配置された
光源６３と、光源６３から光ファイバ６５を経て伝送さ
れた光線束を平行光線に変換するコリメータ６６と、コ
リメータ６６からの平行光線を直線偏光に変換する偏光
子６７と、偏光子６７からの直線偏光成分に対し位相差
を付与する電気光学素子６１と、位相差を有する偏光に
光学バイアスを付与する１／４波長板６８と、光学バイ
アスを付与された偏光を強度変調する検光子６９と、検
光子６９からコリメータ７０および光ファイバ７１を経
て伝送された偏光を受光し、電気信号に変換する受光器
７２と、上記電気信号を処理して電圧値または電界強度
を出力する信号処理器７３とから構成される。
【００５５】電流測定用センサ２０には、組成がＹ2.5
Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12で膜厚が８０μｍの磁性ガーネット
で形成した低磁界用磁気光学素子１５と、組成がＺｎＳ
ｅで膜厚が５mmの反磁性体で形成した高磁界用磁気光学
素子２１を配置した。
Ｔｂ0.5 Ｆｅ5 Ｏ12で膜厚が８０μｍの磁性ガーネット
で形成した低磁界用磁気光学素子１５と、組成がＺｎＳ
ｅで膜厚が５mmの反磁性体で形成した高磁界用磁気光学
素子２１を配置した。
【００５６】一方、電圧測定用電気光学センサ６２に
は、組成がＢｉ12ＧｅＯ20で膜厚が８mm、ポッケルス係
数γ41＝３．１×１０-10 cm／Ｖ、屈折率ｎ0 ＝２．４
１の電気光学素子（ポッケルス効果素子）６１を配置し
た。
は、組成がＢｉ12ＧｅＯ20で膜厚が８mm、ポッケルス係
数γ41＝３．１×１０-10 cm／Ｖ、屈折率ｎ0 ＝２．４
１の電気光学素子（ポッケルス効果素子）６１を配置し
た。
【００５７】上記構成の光センサ６０において、光送信
器６４内に設置された光源６３から放出された波長８５
０nmの光は、光ファイバ６５を通りコリメータ６６に送
られ、コリメータ６６によって平行光線束に変換され
る。しかる後に平行光線束は偏光子６７に入射して直線
偏光となる。電場を印加した電気光学素子６１に直線偏
光が入射すると、直線偏光の直交する光の成分に対する
屈折率が変化しているため、両成分間に位相差Γが生じ
る。位相差Γを生じた光は１／４波長板６８を通過する
ことにより光学バイアスを与えられ、しかる後に検光子
６９に伝送される。光学バイアスを付与された光は、偏
光子６７に対して９０°傾けた検光子６９を通過する際
に強度変調される。強度変調された光は、コリメータ７
０で平行光線束にまとめられた後、光ファイバ７１を伝
わって受光信号部７４の受光器７２に受光され、受光器
７２は入射してきた光を出力に応じた電気信号に変換
し、信号処理器７３は電気信号の補正を行なって、電界
値または電圧値を算出する。
器６４内に設置された光源６３から放出された波長８５
０nmの光は、光ファイバ６５を通りコリメータ６６に送
られ、コリメータ６６によって平行光線束に変換され
る。しかる後に平行光線束は偏光子６７に入射して直線
偏光となる。電場を印加した電気光学素子６１に直線偏
光が入射すると、直線偏光の直交する光の成分に対する
屈折率が変化しているため、両成分間に位相差Γが生じ
る。位相差Γを生じた光は１／４波長板６８を通過する
ことにより光学バイアスを与えられ、しかる後に検光子
６９に伝送される。光学バイアスを付与された光は、偏
光子６７に対して９０°傾けた検光子６９を通過する際
に強度変調される。強度変調された光は、コリメータ７
０で平行光線束にまとめられた後、光ファイバ７１を伝
わって受光信号部７４の受光器７２に受光され、受光器
７２は入射してきた光を出力に応じた電気信号に変換
し、信号処理器７３は電気信号の補正を行なって、電界
値または電圧値を算出する。
【００５８】一方、光伝送器６４内に配設された光源３
０から放出された波長８５０nmの光は、光ファイバ２５
ａを通りコリメータ２４ａに伝送され、ここで平行光線
束に変換された後に、偏光子２２ａに入射し直線偏光と
なる。この直線偏光は、低磁界用磁気光学素子１５に印
加された外部磁界の強度に応じたファラデー回転角θ2
だけ回転する。回転した光は、偏光子２２ａに対して４
５°傾けた検光子２３ａを通過する際に強度変調され、
さらにコリメータ２４ｃおよび光ファイバ２５ｃを経て
受光信号部７４の受光器３３ａに入射する。受光器３３
ａは入射した光出力に応じた電気信号に変換し、信号処
理器７３は電気信号から外部磁界の強度または電流を算
出する。ここで電流測定用光源３０から放出する光の波
長と、電圧測定用光源６３から放出する光の波長とを同
一に設定しているため、電流測定用センサ２０および電
圧測定用センサ６２でそれぞれ検出した光出力は共用す
る１台の信号処理器７３によって処理される。
０から放出された波長８５０nmの光は、光ファイバ２５
ａを通りコリメータ２４ａに伝送され、ここで平行光線
束に変換された後に、偏光子２２ａに入射し直線偏光と
なる。この直線偏光は、低磁界用磁気光学素子１５に印
加された外部磁界の強度に応じたファラデー回転角θ2
だけ回転する。回転した光は、偏光子２２ａに対して４
５°傾けた検光子２３ａを通過する際に強度変調され、
さらにコリメータ２４ｃおよび光ファイバ２５ｃを経て
受光信号部７４の受光器３３ａに入射する。受光器３３
ａは入射した光出力に応じた電気信号に変換し、信号処
理器７３は電気信号から外部磁界の強度または電流を算
出する。ここで電流測定用光源３０から放出する光の波
長と、電圧測定用光源６３から放出する光の波長とを同
一に設定しているため、電流測定用センサ２０および電
圧測定用センサ６２でそれぞれ検出した光出力は共用す
る１台の信号処理器７３によって処理される。
【００５９】また、光送信機６４内の光源３０から放出
された波長８５０nmの光は、その一部がビームスプリッ
タ３１により分岐され、分岐された光は反射プリズム３
２によって反射され、光ファイバ２５ｂを通りコリメー
タ２４ｂに伝送され、ここで平行光線束に変換された後
に、偏光子２２ｂに入射し直線偏光となる。この直線偏
光は、高磁界用磁気光学素子２１に印加された外部磁界
の強度に応じたファラデー回転角θ3 だけ回転する。回
転した光は、偏光子２２ｂに対して４５°傾けた検光子
２３ｂを通過する際に強度変調され、さらにコリメータ
２４ｄおよび光ファイバ２５ｄを経て受光信号部７４の
受光器３３ｂに入射する。受光器３３ｂは入射した光出
力に応じた電気信号に変換し、信号処理器７３は電気信
号から外部磁界の強度または電流を算出する。
された波長８５０nmの光は、その一部がビームスプリッ
タ３１により分岐され、分岐された光は反射プリズム３
２によって反射され、光ファイバ２５ｂを通りコリメー
タ２４ｂに伝送され、ここで平行光線束に変換された後
に、偏光子２２ｂに入射し直線偏光となる。この直線偏
光は、高磁界用磁気光学素子２１に印加された外部磁界
の強度に応じたファラデー回転角θ3 だけ回転する。回
転した光は、偏光子２２ｂに対して４５°傾けた検光子
２３ｂを通過する際に強度変調され、さらにコリメータ
２４ｄおよび光ファイバ２５ｄを経て受光信号部７４の
受光器３３ｂに入射する。受光器３３ｂは入射した光出
力に応じた電気信号に変換し、信号処理器７３は電気信
号から外部磁界の強度または電流を算出する。
【００６０】実施例８に係る光センサ６０によれば、磁
気光学素子１５，２１の光源波長と電気光学素子６１の
光源波長とを８５０nmに一致させているため、１台の受
光信号系を共用することが可能となる。したがって、従
来個別に受光信号系を設置した光センサと比較して、小
型で信頼性が高く、電流値および電圧値を共に計測でき
る光センサを低コストで提供することが可能となる。
気光学素子１５，２１の光源波長と電気光学素子６１の
光源波長とを８５０nmに一致させているため、１台の受
光信号系を共用することが可能となる。したがって、従
来個別に受光信号系を設置した光センサと比較して、小
型で信頼性が高く、電流値および電圧値を共に計測でき
る光センサを低コストで提供することが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る光
センサによれば、低磁界用磁気光学素子の働きにより低
磁界においても高感度が達成され、かつこの低磁界用磁
気光学素子は膜厚が薄くて、温度特性も良好である。よ
って、この磁気光学センサは、野外でも電力分野に係る
電流測定ができ、また量産化、小型化という長所も発揮
できる。そして請求項５に係る光センサによれば、低磁
界から高磁界までの広い磁界範囲で正確な磁界強度測定
を行うことができる。さらに請求項８に係る光センサに
よれば、磁気光学素子と並列に電気光学素子を配設して
いるため、電流のみならず電圧も同時に測定することが
できる。
センサによれば、低磁界用磁気光学素子の働きにより低
磁界においても高感度が達成され、かつこの低磁界用磁
気光学素子は膜厚が薄くて、温度特性も良好である。よ
って、この磁気光学センサは、野外でも電力分野に係る
電流測定ができ、また量産化、小型化という長所も発揮
できる。そして請求項５に係る光センサによれば、低磁
界から高磁界までの広い磁界範囲で正確な磁界強度測定
を行うことができる。さらに請求項８に係る光センサに
よれば、磁気光学素子と並列に電気光学素子を配設して
いるため、電流のみならず電圧も同時に測定することが
できる。
【図１】本発明の一実施例に係る磁気光学センサの構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図２】図１に示す磁気光学センサにおけるファラデー
素子の膜厚と光出力の関係を示すグラフ。
素子の膜厚と光出力の関係を示すグラフ。
【図３】本発明の他の実施例に係る磁気光学センサの構
成図。
成図。
【図４】図３に示す磁気光学センサにおける磁界強度と
光出力の関係を示すグラフ。
光出力の関係を示すグラフ。
【図５】本発明のその他の実施例に係る光センサの構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図６】従来の磁気光学センサの構成図。
１ 光源 ２ａ，２ｂ 光ファイバ ３ａ，３ｂ コリメータ ４ 偏光子 ５ ファラデー素子（磁気光学素子） ６ 検光子 ７ 受光信号部 １０ 磁気光学センサ（光センサ） １１ 光送信器 １１ａ 光源 １２ａ，１２ｂ 光ファイバ １３ａ，１３ｂ コリメータ １４ 偏光子 １５ ファラデー素子（低磁界用） １６ 検光子 １７ 反射プリズム １８ 受光信号部 １８ａ 受光器 １８ｂ 信号処理器 ２０ 光センサ ２１ ファラデー素子（高磁界用） ２２ａ，２２ｂ 偏光子 ２３ａ，２３ｂ 検光子 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ コリメータ ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 光ファイバ ２６ 光送信器 ２７ 受光信号部 ３０ 光源（電流測定用） ３１ ビームスプリッタ ３２ 反射プリズム ３３ａ，３３ｂ 受光器 ３４ 信号処理部 ６０ 光センサ ６１ 電気光学素子 ６２ 電気光学センサ ６３ 光源（電圧測定用） ６４ 光送信器 ６５ 光ファイバ ６６ コリメータ ６７ 偏光子 ６８ １／４波長板 ６９ 検光子 ７０ コリメータ ７１ 光ファイバ ７２ 受光器 ７３ 信号処理器 ７４ 受光信号部
Claims (8)
- 【請求項１】 波長７４０〜８９０nmの直線偏光を放出
する手段と、前記直線偏光をファラデー回転させ、組成
がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）であ
る磁気光学素子と、この磁気光学素子でファラデー回転
した直線偏光を強度変調してその光出力を検知する手段
とを備える光センサ。 - 【請求項２】 磁気光学素子の膜厚が２０〜２５０μｍ
であることを特徴とする請求項１記載の光センサ。 - 【請求項３】 直線偏光の波長が７５０〜８８０nmであ
ることを特徴とする請求項１記載の光センサ。 - 【請求項４】 磁気光学素子のベルデ定数の変化率が−
２０℃から＋８０℃の温度範囲において±２％以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の光センサ。 - 【請求項５】 低磁界から高磁界までの広い磁界範囲に
おいて、その磁界強度または電流値を測定する光センサ
において、波長７４０〜８９０nmの直線偏光を放出する
手段と、組成がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦
０．８）である低磁界用磁気光学素子および前記直線偏
光をファラデー回転させ、飽和磁界が低磁界用磁気光学
系より大きい高磁界用磁気光学素子とを並列に設置し、
これら両磁気光学素子でファラデー回転した各々の光出
力を検知する手段とを備える光センサ。 - 【請求項６】 低磁界用磁気光学素子の膜厚が２０〜２
５０μｍであることを特徴とする請求項５記載の光セン
サ。 - 【請求項７】 磁気光学素子のベルデ定数の変化率が−
２０℃から＋８０℃の温度範囲において±２％以下であ
ることを特徴とする請求項５記載の光センサ。 - 【請求項８】 波長７４０〜８９０nmの直線偏光を放出
する手段と、この直線偏光をファラデー回転させ、組成
がＹ3-x Ｔｂx Ｆｅ5 Ｏ12（０．３≦ｘ≦０．８）であ
る磁気光学素子と、この磁気光学素子と並列に設置さ
れ、上記直線偏光に電界強度に応じた位相差を与える電
気光学素子（ポッケルス効果素子）と、上記磁気光学素
子でファラデー回転した直線偏光および上記電気光学素
子によって位相差を付与された直線偏光の光出力を検知
する手段とを備えることを特徴とする光センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-337109 | 1991-12-19 | ||
| JP33710991 | 1991-12-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249207A true JPH05249207A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3144928B2 JP3144928B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=18305520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32687392A Expired - Fee Related JP3144928B2 (ja) | 1991-12-19 | 1992-12-07 | 光センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5451864A (ja) |
| JP (1) | JP3144928B2 (ja) |
| CA (1) | CA2085770C (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003014800A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-15 | Nec Tokin Corp | 電界センシング装置 |
| JP2008216036A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Nec Corp | 電磁界測定装置 |
| WO2024090561A1 (ja) * | 2022-10-28 | 2024-05-02 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁性膜及び磁界センサヘッド |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5736737A (en) * | 1995-11-22 | 1998-04-07 | Dawson; Jay W. | Concatenated magneto-optic field sensors |
| DE19920429C2 (de) * | 1999-05-04 | 2003-07-17 | Siemens Ag | Kernspinresonanzgerät mit einer Vorrichtung zum Messen von magnetischen Feldstärken |
| DE10039455A1 (de) * | 2000-08-12 | 2002-02-21 | Abb Patent Gmbh | Spannungswandler |
| EP1191316A1 (en) * | 2001-06-07 | 2002-03-27 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Determination of at least one optical parameter of an optical signal |
| JP4585740B2 (ja) * | 2002-09-13 | 2010-11-24 | 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ | 磁気記録再生装置 |
| JP4199706B2 (ja) * | 2004-07-13 | 2008-12-17 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 降圧回路 |
| JP5447002B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-03-19 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場測定装置 |
| WO2011022690A2 (en) * | 2009-08-21 | 2011-02-24 | California Institute Of Technology | Systems and methods for optically powering transducers and related transducers |
| WO2013130257A1 (en) | 2012-03-01 | 2013-09-06 | California Institute Of Technology | Methods of modulating microlasers at ultralow power levels, and systems thereof |
| US9535097B2 (en) * | 2012-07-19 | 2017-01-03 | Gridview Optical Solutions, Llc. | Electro-optic current sensor with high dynamic range and accuracy |
| US9070733B2 (en) | 2012-07-25 | 2015-06-30 | California Institute Of Technology | Nanopillar field-effect and junction transistors with functionalized gate and base electrodes |
| WO2014074180A1 (en) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | California Institute Of Technology | Nanopillar field-effect and junction transistors |
| DE112014003851B4 (de) * | 2013-08-22 | 2020-12-24 | Leoni Kabel Gmbh | Sensorbaueinheit |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4002975A (en) * | 1976-02-26 | 1977-01-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Electro-optic measurement of voltage on high-voltage power lines |
| JPS57196165A (en) * | 1981-05-28 | 1982-12-02 | Iwatsu Electric Co Ltd | Light intensity modulation measuring device |
| JPS60205379A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光応用磁界センサ |
| US4899042A (en) * | 1987-11-17 | 1990-02-06 | The Boeing Company | Integrated optic field sensor consisting of an interferometer formed in substrate |
| JPH01191078A (ja) * | 1988-01-27 | 1989-08-01 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 磁界センサ装置 |
| JPH0782164B2 (ja) * | 1991-04-25 | 1995-09-06 | 松下電器産業株式会社 | 磁気光学素子及び磁界測定装置 |
-
1992
- 1992-12-07 JP JP32687392A patent/JP3144928B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-18 US US07/993,064 patent/US5451864A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-18 CA CA002085770A patent/CA2085770C/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-06 US US08/473,778 patent/US5510703A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-24 US US08/547,337 patent/US5545980A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008216036A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Nec Corp | 電磁界測定装置 |
| WO2024090561A1 (ja) * | 2022-10-28 | 2024-05-02 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁性膜及び磁界センサヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JP3144928B2 (ja) | 2001-03-12 |
| US5545980A (en) | 1996-08-13 |
| US5451864A (en) | 1995-09-19 |
| CA2085770A1 (en) | 1993-06-20 |
| CA2085770C (en) | 1997-10-14 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |