JPH06235734A - 光学式物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光磁界センサ等を構成するコレメータのフェル
ールとロッドレンズとの接合部の強度を向上させるとと
もに、各光学部品における接着剤層の熱膨張、収縮時の
光軸のズレに起因する透過光量の低下を防止してセンサ
の測定感度および精度を向上させる。 【構成】基板１１に平坦面１１ｂと、平坦面１１ｂに平
行な面上にて所定の距離を隔てて位置する一対の溝部１
１ｃ，１１ｄを設け、平坦面１１ｂに偏光子１４、光学
素子１５および検光子１６を配置して平坦面１１ｂの面
上にのみ接着し、かつ各溝部１１ｃ，１１ｄに各コリメ
ータ１２，１３のフェルール１２ａ，１３ａおよびロッ
ドレンズ１２ｂ，１３ｂを嵌合して接着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果、ポッ
ケルス効果を利用して磁界、電界、電圧等の物理量を測
定するための光学式物理量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種形式の光学式物理量測定装置とし
ては特開平１−２４４３７６号公報に示されているよう
に、光ファイバーを把持したフェルールの端面に接合さ
れたロッドレンズを有し基板上に配設されて光路を形成
する一対のコリメータと、同光路上に配設された少なく
とも偏光子、ファラデー効果またはポッケルス効果を有
する光学素子、および検光子とを備えた光学式物理量測
定装置がある。図３には従来のこの種形式の光学式物理
量測定装置の一例である光磁界センサが示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、当該光磁界
センサにおいては図３に示すように、コリメータ１はそ
のロッドレンズ１ａのみが基板２の平坦面の凹所２ａに
配置した状態で接着されているにすぎないため、ロッド
レンズ１ａとフェルール１ｂとの接合部に外力が付与さ
れ易い構造であり、外力が付与された場合にはロツドレ
ンズ１ａと光ファイバー１ｃ間に光軸のズレが発生する
おそれがあるとともに、外力が大きい場合には上記接合
部が破損するおそれがある。

【０００４】また、図３に示す光磁界センサのごとく、
ロッドレンズ１ａから出射される光の進行方向を直角に
屈折させて変更する手段を採用している光学式物理量測
定装置においては、偏光ビームスプリツタ３、ファラデ
ー素子４、検光子５および全反射ミラー６が基板２の上
端面２ｂ上に接着剤を介して接着されている。このた
め、温度変化により接着剤層が熱膨張または収縮した場
合には偏光ビームスプリッタ３、ファラデー素子４、検
光子５および反射ミラー６の各位置が上端面２ｂに対し
て上下方向（図示矢印方向）に変位し、入射光とこれら
各光学部品の光軸にズレが発生して各部品を透過する光
量が低下し、測定装置としての測定感度および測定精度
が低下するおそれがある。従って、本発明の目的は、こ
れらの問題に対処することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した形式
の光学式物理量測定装置において、前記基板に平坦面
と、同平坦面に平行な面上にて所定の距離を隔てて位置
する一対の溝部を設け、前記平坦面に前記偏光子、光学
素子および検光子を配置して同平坦面の面上にのみ接着
し、かつ前記各溝部に前記各コリメータのフェルールお
よびロッドレンズを嵌合して接着したことを特徴とする
ものである。

【０００６】本発明において、基板に設けた平坦面に平
行な面とは、同平坦面に対して所定の間隔をもった平行
な面と、同平坦面とは間隔をもたない同一の面の両者を
意味する。また、本発明においては、各溝部は偏光子、
光学素子、検光子が形成する光路に対して直交する場
合、種々の角度に位置している場合を含む。

【０００７】

【発明の作用・効果】このように構成した光学式物理量
測定装置においては、一方のコリメータのロッドレンズ
から出射して他方のコリメータのロツドレンズに入射す
る光が形成する光路に偏光子、光学素子および検光子が
配置されている。この場合、各コリメータにおいては、
フェルールとロッドレンズが共に基板の各溝部に嵌合し
た状態で接着されているため、フェルールとロッドレン
ズ間の接合部が溝部内に位置して基板上に固定され、上
記接合部には外力が付与され難い構造を呈している。従
って、当該光学式物理量測定装置においては、上記接合
部に外力が付与されてロツドレンズと光ファイバー間に
光軸のズレが発生するおそれがないとともに上記接合部
が破損するおそれがない。

【０００８】また、当該光学式物理量測定装置において
は、偏光子、光学素子および検光子が基板の第２の平坦
面の面上にのみ接着剤を介して接着されていて、温度変
化による接着剤の熱膨張または熱収縮時におけるこれら
３者の位置的な変位は各平坦面の面に対して上下方向と
なり、入射光とこれら各光学部品の光軸にズレを発生す
る方向とはならない。従って、当該光学式物理両測定装
置においてたとえ温度変化により接着剤層が熱膨張また
は収縮しても、入射光と偏光子、光学素子および検光子
間に光軸のズレが発生して各光学部品を透過する光量が
低下するようなことがなく、測定装置としての測定感度
および測定精度が低下するおそれは殆どない。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
するに、図１には本発明に係る光学式物理量測定装置の
一例である光磁界センサが示されており、また図２には
当該光磁界センサを構成する基板が示されている。当該
光磁界センサ１０は基板１１、一対のコリメータ１２，
１３、偏光ビームスプリッタ１４、ファラデー素子１
５、検光子１６および全反射ミラー１７にて構成されて
いる。

【００１０】基板１１は図２に示すように段付きの平板
状でセラミック質からなるもので、第１平坦面１１ａ
と、これより所定高さ低い第２平坦面１１ｂと、一対の
溝部１１ｃ，１１ｄを備えている。第２平坦面１１ｂは
第１平坦面１１ａの上部に位置しており、また各溝部１
１ｃ，１１ｄは第１平坦面１１ａにおける左右各側部に
て互いに平行に、かつ第２平坦面１１ｂに対して直交し
て形成されており、その断面形状は有底の略Ｖ字状で所
定の深さに形成されている。本実施例においては、第２
平坦面１１ｂが本発明の平坦面に該当するもので、両溝
部１１ｃ，１１ｄの底面を含む平面が第２平坦面１１ｂ
と平行な面に該当する。

【００１１】当該光磁界センサ１０において、各コリメ
ータ１２，１３は円筒状のフェルール１２ａ，１３ａと
円柱状のロッドレンズ１２ｂ，１３ｂとからなるもの
で、各フェルール１２ａ，１３ａは同軸的に挿入された
光ファイバー１２ｃ，１３ｃを把持している。光ファイ
バー１２ｃ，１３ｃのファイバー心線はフェルール１２
ａ，１３ａの端面に達しており、同端面にロッドレンズ
１２ｂ，１３ｂがその端面にて接着剤を介して接合され
ている。各コリメータ１２，１３においては、その略全
体が基板１１における各溝部１１ｃ，１１ｄに嵌合され
て接着剤を介して接着されている。

【００１２】当該光磁界センサ１０において、偏光ビー
ムスプリッタ１４、ファラデー素子１５、検光子１６お
よびミラー１７は基板１１の第２平坦面１１ｂ上に配置
されて、同平坦面１１ｂの面上にのみ接着剤を介して接
着されている。偏光ビームスプリッタ１４は反射ミラー
の機能を備えた偏光子であり、第１コリメータ１２のロ
ッドレンズ１２ｂに直交状に対向して配置されており、
また全反射ミラー１７は第２コリメータ１３のロツドレ
ンズ１３ｂに直交状に対向して配置されている。ファラ
デー素子１５と検光子１６は偏光ビームスプリッタ１４
と全反射ミラー１７間にて所定の間隔を保持して配置さ
れている。なお、これら各光学部品１４〜１７は入射光
に対して最大の光量が透過するように配置されている。

【００１３】このように構成した当該光磁界センサ１０
においては、光源から出射した光が第１コリメータ１２
の光ファイバー１２ｃを経てロッドレンズ１２ｂに入射
され、ロッドレンズ１２ｂにて平行光とされて偏光ビー
ムスプリッタ１４に入射されるる。入射光は直線偏光と
されるとともに光路を直角方向に変更されてファラデー
素子１５に入射され、同素子１５において印加された磁
界に応じて偏光面が回転され、検光子１６に入射され
る。入射光は検光子１６にて印加磁界に応じた変調光と
されて全反射ミラー１７に入射され、光路を直角方向に
変更されて第２コリメータ１３のロッドレンズ１３ｂに
入射され、集光されて光ファイバー１３ｃに入射され
る。なお、第２コリメータ１３の光ファイバー１３ｃに
入射された変調光は電気信号（Ｉ1）に変換され、その
後規格処理が施されて磁界強度に比例した電気信号（Ｉ
2）に変換される。

【００１４】ところで、当該光磁界センサ１０において
は、各コリメータ１２，１３におけるフェルール１２
ａ，１３ａとロッドレンズ１２ｂ，１３ｂが共に基板１
１の第１平坦面１１ａに設けた各溝部１１ｃ，１１ｄに
嵌合した状態で接着されている。このため、フェルール
１２ａ，１３ａとロッドレンズ１２ｂ，１３ｂ間の接合
部が各溝部１１ｃ，１１ｄ内に位置して基板１１上に固
定されており、上記接合部には外力が付与され難い構造
を呈している。従って、当該光磁界センサ１０において
は、上記接合部に外力が付与されてロツドレンズ１２
ｂ，１３ｂと光ファイバー１２ｃ，１３ｃ間に光軸のズ
レが発生するおそれがないとともに上記接合部が破損す
るおそれがない。

【００１５】また、当該光磁界センサ１０においては、
偏光ビームスプリッタ１４、ファラデー素子１５、検光
子１６および全反射ミラー１７が基板１１の第２平坦面
１１ｂの面上にのみ接着剤を介して接着されている。こ
のため、温度変化による接着剤の熱膨張または熱収縮時
におけるこれらの光学部品１４〜１７の位置の変位向は
第２平坦面１１ｂの面に対してその上下方向となる。か
かる変位方向は従来のセンサのごとき基板１１の上端面
１１ｅを基準とした上下方向とは相違するもので、入射
光とこれら各光学部品１４〜１７の光軸にズレを発生す
る方向ではなく、たとえ温度変化により接着剤層が熱膨
張または熱収縮しても入射光と各光学部品１４〜１７間
に光軸のズレが発生することがなくて、各光学部品１５
〜１７を透過する光量が低下するようなことがなく、セ
ンサとしての測定感度および測定精度が低下するおそれ
はない。

【００１６】表１には、図１に示す本実施例に係る光磁
界センサ１０と図３に示す従来の光磁界センサにおける
各コリメータのフェルールとロッドレンズとの接合部の
破壊強度、および温度変化による各電気信号（Ｉ1），
（Ｉ2）の変化率について測定した実験結果を示してい
る。当該実験においては、光源として波長λ＝850nm、
ファラデー素子としてBiO₁₂SiO₂₀の結晶、印加磁界100
Ｏeを採用するとともに、周囲温度として25℃→80℃→
−20℃→25℃を１サイクルとして変化させ、各温度での
各強度Ｉ1，Ｉ2の25℃における値に対する変化率を算出
する。なお、温度の保持時間は1時間とし、かつ温度の
昇降速度を10℃／minとした。また、破壊強度の測定に
は各コリメータにおけるフェルールの端部に荷重をかけ
て、フェルールとロッドレンズとの接合部の破壊強度を
求めた。

【００１７】

【表１】

【００１８】なお、本実施例においては、本発明を光磁
界センサに適用した例について示したが、本発明はファ
ラデー素子に換えてポッケルス素子を採用して同素子に
電界または電圧を印加するように構成してなる光電界セ
ンサ、光電圧センサ等にも適用でき、これにより同等の
作用効果を奏するものである。

【００１９】また、本実施例においては、偏光子として
反射ミラーの機能を有する偏光ビームスプリッタ１４を
採用するとともに、検光子１６の後流側に反射機能のみ
を有する全反射ミラー１７を配設した光磁界センサ１０
の例について示したが、本実施例においては偏光ビーム
スプリッタ１４に換えて反射ミラーおよび偏光子の両者
を採用することができ、またこれとは逆に検光子１６お
よび全反射ミラー１７に換えて反射ミラーの機能と検光
子の両機能を有するビームスプリッタを採用することも
できる。また、本実施例においては、各コリメータ１
２，１３を偏光ビームスプリツタ１４、反射ミラー１７
に直交状に配設した例について示したが、第２平坦面１
１ｂに平行な面上にて交差角度が適宜の角度となるよう
に各溝部１１ｃ，１１ｄの方向を適宜に設定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式物理量測定装置の一例であ
る光磁界センサの平面図（ａ）、および同光磁界センサ
の側面図（ｂ）である。

【図２】同光磁界センサを構成する基板の平面図
（ａ）、同後側面図（ｂ）および同図（ａ）の矢印２−
２線方向の縦断側面図である。

【図３】従来の光磁界センサの図１に対応する平面図で
ある。

【符号の説明】

１０…光磁界センサ、１１，２…基板、１１ａ…第１平
坦面、１１ｂ…第２平坦面、１１ｃ，１１ｄ…溝部、１
１ｅ，２ｂ…上端面、１２，１３，１…コリメータ、１
２ａ，１３ａ，１ｂ…フェルール、１２ｂ，１３ｂ，１
ａ…ロッドレンズ、１２ｃ，１３ｃ，１ｃ…光ファイバ
ー、１４，３…偏光ビームスプリッタ、１５，４…ファ
ラデー素子、１６，５…検光子、１７，６…全反射ミラ
ー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバーを把持したフェルールの端面
   に接合されたロッドレンズを有し基板上に配設されて光
   路を形成する一対のコリメータと、同光路上に配設され
   た少なくとも偏光子、ファラデー効果またはポッケルス
   効果を有する光学素子、および検光子とを備えた光学式
   物理量測定装置において、前記基板に平坦面と、同平坦
   面に平行な面上にて所定の距離を隔てて位置する一対の
   溝部を設け、前記平坦面に前記偏光子、光学素子および
   検光子を配置して同平坦面の面上にのみ接着し、かつ前
   記各溝部に前記各コリメータのフェルールおよびロッド
   レンズを嵌合して接着したことを特徴とする光学式物理
   量測定装置。