JPH0674979A - 光式電流センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化を達成することができるとともに、取
り扱い，持ち運びを容易とすることができる光式電流セ
ンサを提供する。 【構成】 シングルモード光ファイバからなる光源側光
ファイバ１の一端面に偏光子２の一面を貼り合わせ、こ
の偏光子２の他面にＲＩＧ結晶等からなる磁気光学結晶
３の一面を貼り合わせ、この磁気光学結晶３の他面に検
光子４の一面を貼り合わせ、この検光子４の他面にシン
グルモード光ファイバからなる受光部側光ファイバ５の
一端面を貼り合わせている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、送電線等の電路に流
れる電流を磁気光学効果（ファラディ効果）を利用して
検出する光式電流センサに関するものである。この光式
電流センサは、無誘導性，絶縁性，広帯域性に優れてお
り、送電線の電流検出用に好ましいものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６（ａ）に光式電流センサの従来例
の平面図を示し、同図（ｂ）に光式電流センサの従来例
の側面図を示す。図１６（ａ），（ｂ）において、５１
は空洞部５１ａを有するハウジング、５２は光源側光フ
ァイバ、５３はコリメータ、５４は偏光子、５５は全反
射プリズム、５６はファラディ素子、５７は偏光子５４
に対して偏波面が４５度回転した状態に配設された検光
子、５８は全反射プリズム、５９はコリメータ、６０は
受光部側光ファイバ、６１はハウジング５１の開口を塞
ぐ蓋体、６２は蓋体６１をハウジング５１に固定するね
じである。

【０００３】この光式電流センサは、光源側光ファイバ
５２を通して送られたレーザー光源（図示せず）等から
の光は、コリメータ５３を通った後、偏光子５４で直線
偏光され、全反射プリズム５５で反射されてファラディ
素子５６に入射する。ファラディ素子５６に入射した光
は、ファラディ素子５６を通過中にファラディ素子５６
に加わる外部磁界強度に比例した角度だけ偏波面が回転
した状態で出射して検光子５７を通り、全反射プリズム
５８で反射された後、コリメータ５３を通って受光部側
光ファイバ６０に入射し、受光部側光ファイバ６０を通
って受光素子（図示せず）へ達する。この際、ファラデ
ィ素子５６を通過中の偏波面の回転角度の変化が検光子
５７を出射して受光部側光ファイバ６０の一端面に入射
する光の光量変化に変換されることになる。

【０００４】したがって、光式電流センサを送電線等の
電路に近接した状態に配設するとともに、受光部側光フ
ァイバ６０の他端面から出射した光を受光素子で受けて
電気信号に変換することにより、電路の電流の変化を電
気信号の変化として検出することができる。光式電流セ
ンサは、具体的には図１７に示すような状態で使用され
る。図１７において、７１は送電線等の電路、７２は送
電線等の電路を包囲するように装着されたギャップ付鉄
心、７３はギャップ付鉄心７２のギャップの部分に嵌め
込まれた光式電流センサである。光式電流センサ７３
は、幅が略３０mm程度あり、ギャップ付鉄心のギャップ
長も３０mm程度となる。

【０００５】ここで、光式電流センサが電流検出を行う
ことができる原理について、図１８を参照しながら詳し
く説明する。図１８において、入射光８２は、最初はラ
ンダムな状態にあり、これが偏光子８３を通過すること
によって、直線偏光８４となる。この直線偏光８４は、
外部磁界Ｈに置かれた厚さＬの磁気光学結晶８５を通過
するとき、磁界Ｈと厚さＬに比例した角度θ₁ だけ偏波
面が回転した直線偏光８６となる。

【０００６】上記の角度θ₁ （°）は、ヴェルデ定数を
Ｖ（°／cm・Oe）、外部磁界強度をＨ（Oe）、磁気光学
結晶の厚さをＬ（cm）としたときに、 θ₁ ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ で表される。この磁気光学結晶８５を通過した直線偏光
８６は、偏光子８３に対して偏波面の角度が４５度傾い
た検光子８７を通過して出射光８８となる。この出射光
８８の強度は、回転角θ₁ に比例する。

【０００７】上記の磁気光学結晶８５としては、例えば
小型で高感度で、数十〜数百ＭHzまで応答可能なＲＩＧ
（希土類鉄ガーネット結晶）またはＹＩＧ（イットリウ
ム鉄ガーネット結晶）等が選定される。なお、矢符８１
は光の入射を示し、矢符８９は光の出射を示す。光式電
流センサの他の例として、ファイバセンサがある。この
ファイバセンサは、シングルモード型の光ファイバ中を
通る光の偏波面が磁界によって回転し、その回転角が磁
界強度に比例する現象を利用して、シングルモード型の
光ファイバ自体を光式電流センサとして使用するもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような図１６の
光式電流センサは、ハウジング５１の空洞５１ａ内にコ
リメータ５３，偏光子５４，全反射プリズム５５，ファ
ラディ素子５６，検光子５７，全反射プリズム５８およ
びコリメータ５９等を収容した構成であり、コリメータ
５３，偏光子５４，全反射プリズム５５，ファラディ素
子５６，検光子５７，全反射プリズム５８およびコリメ
ータ５９等の外形寸法が大きく、光源側光ファイバ５２
の出射面から受光部側光ファイバ６０の入射面までの距
離が長いので、光源側光ファイバ５２から出射して受光
部側光ファイバ６０に入射するまでの光の拡がりを抑え
るためにコリメータ５３，５９が必要であり、また光源
側光ファイバ５２から出射して受光部側光ファイバ６０
に入射するまでの光路を折り返すために全反射プリズム
５５，５８が必要であり、全体として大型化し、取り扱
い，持ち運びが容易でないという問題があった。

【０００９】また、ファイバセンサは、大型化，取り扱
い，持ち運びが困難等という問題はないが、磁界強度変
化に対する偏波面の回転角度変化が少なく、感度が低い
という問題があった。したがって、この発明の目的は、
高感度でかつ、小型化を達成することができるととも
に、取り扱い，持ち運びを容易とすることができる光式
電流センサを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光式電流
センサは、光源側光ファイバの一端面に偏光子の一面を
貼り合わせ、この偏光子の他面に磁気光学結晶の一面を
貼り合わせ、この磁気光学結晶の他面に検光子の一面を
貼り合わせ、この検光子の他面に受光部側光ファイバの
一端面を貼り合わせている。

【００１１】請求項２記載の光式電流センサは、一面を
光源側とする偏光子の他面にシングルモード型または偏
波面保存型の中間光ファイバの一端面を貼り合わせ、こ
の中間光ファイバの他端面に磁気光学結晶の一面を貼り
合わせ、この磁気光学結晶の他面に検光子の一面を貼り
合わせ、この検光子の他面に受光部側光ファイバの一端
面を貼り合わせている。

【００１２】請求項３記載の光式電流センサは、光源側
光ファイバの一端面に偏光子の一面を貼り合わせ、この
偏光子の他面に磁気光学結晶の一面を貼り合わせ、この
磁気光学結晶の他面にシングルモード型または偏波面保
存型の中間光ファイバの一端面を貼り合わせ、この中間
光ファイバの他端面に検光子の一面を貼り合わせ、この
検光子の他面を受光部側としている。

【００１３】請求項４記載の光式電流センサは、一面を
光源側とする偏光子の他面にシングルモード型または偏
波面保存型の第１の中間光ファイバの一端面を貼り合わ
せ、この第１の中間光ファイバの他端面に磁気光学結晶
の一面を貼り合わせ、この磁気光学結晶の他面にシング
ルモード型または偏波面保存型の第２の中間光ファイバ
の一端面を貼り合わせ、この第２の中間光ファイバの他
端面に検光子の一面を貼り合わせ、この検光子の他面を
受光部側としている。

【００１４】

【作用】請求項１記載の構成によれば、光源側光ファイ
バの他端面から入射した光は、光源側光ファイバの一端
面から出射して偏光子を通過することによって直線偏光
される。偏光子を出た直線偏光は磁気光学結晶に入射
し、磁気光学結晶を通過中に偏波面が磁気光学結晶に加
わる磁界強度に比例した角度だけ回転した後磁気光学結
晶から出射して検光子を通過する。検光子を出た光は受
光部側光ファイバの一端面から入射し、受光部側光ファ
イバの他端面から出射する。この際、磁気光学結晶を通
過中の偏波面の回転角度の変化が検光子を出射して受光
部側光ファイバの一端面に入射する光の光量変化に変換
されることになる。したがって、磁気光学結晶を送電線
等の電路に近接した状態に配設するとともに、受光部側
光ファイバの他端面から出射した光を受光素子で受けて
電気信号に変換することにより、電路の電流の変化を電
気信号の変化として検出することができる。

【００１５】請求項２記載の構成によれば、光は偏光子
を通過することによって直線偏光される。偏光子を出た
直線偏光は、シングルモード型または偏波面保存型の中
間光ファイバを位相または偏波面が保存された状態で通
過した後、磁気光学結晶に入射し、磁気光学結晶を通過
中に偏波面が磁気光学結晶に加わる磁界強度に比例した
角度だけ回転した後磁気光学結晶から出射して検光子を
通過する。検光子を出た光は受光部側光ファイバの一端
面から入射し、受光部側光ファイバの他端面から出射す
る。この際、磁気光学結晶を通過中の偏波面の回転角度
の変化が検光子を出射して受光部側光ファイバの一端面
に入射する光の光量変化に変換されることになる。した
がって、磁気光学結晶を送電線等の電路に近接した状態
に配設するとともに、受光部側光ファイバの他端面から
出射した光を受光素子で受けて電気信号に変換すること
により、電路の電流の変化を電気信号の変化として検出
することができる。

【００１６】請求項３記載の構成によれば、光源側光フ
ァイバの他端面から入射した光は、光源側光ファイバの
一端面から出射して偏光子を通過することによって直線
偏光される。偏光子を出た直線偏光は磁気光学結晶に入
射し、磁気光学結晶を通過中に偏波面が磁気光学結晶に
加わる磁界強度に比例した角度だけ回転した後磁気光学
結晶から出射してシングルモード型または偏波面保存型
の中間光ファイバを位相または偏波面が保存された状態
で通過した後、検光子を通過する。この際、磁気光学結
晶を通過中の偏波面の回転角度の変化が検光子を出射す
る光の光量変化に変換されることになる。したがって、
磁気光学結晶を送電線等の電路に近接した状態に配設す
るとともに、検光子から出射した光を受光素子で受けて
電気信号に変換することにより、電路の電流の変化を電
気信号の変化として検出することができる。

【００１７】請求項４記載の構成によれば、光は偏光子
を通過することによって直線偏光される。偏光子を出た
直線偏光は、シングルモード型または偏波面保存型の第
１の中間光ファイバを位相または偏波面が保存された状
態で通過した後、磁気光学結晶に入射し、磁気光学結晶
を通過中に偏波面が磁気光学結晶に加わる磁界強度に比
例した角度だけ回転した後磁気光学結晶から出射してシ
ングルモード型または偏波面保存型の第２の中間光ファ
イバを位相または偏波面が保存された状態で通過した
後、検光子を通過する。この際、磁気光学結晶を通過中
の偏波面の回転角度の変化が検光子を出射する光の光量
変化に変換されることになる。したがって、磁気光学結
晶を送電線等の電路に近接した状態に配設するととも
に、検光子から出射した光を受光素子で受けて電気信号
に変換することにより、電路の電流の変化を電気信号の
変化として検出することができる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。 〔第１の実施例〕図１にこの発明の第１の実施例の光式
電流センサの平面図を示す。この光式電流センサは、マ
ルチモード光ファイバからなる光源側光ファイバ１の一
端面に偏光子２の一面を貼り合わせ、この偏光子２の他
面にＲＩＧ結晶等からなる磁気光学結晶３の一面を貼り
合わせ、この磁気光学結晶３の他面に検光子４の一面を
貼り合わせ、この検光子４の他面にマルチモード光ファ
イバからなる受光部側光ファイバ５の一端面を貼り合わ
せている。上記のマルチモード光ファイバは、コアの直
径が５０〜１００μｍ程度である。

【００１９】以上の構成によれば、光源側光ファイバ１
の他端面から入射した光は、光源側光ファイバ１の一端
面から出射して偏光子２を通過することによって直線偏
光される。偏光子２を出た直線偏光は磁気光学結晶３に
入射し、磁気光学結晶３を通過中に偏波面が磁気光学結
晶３に加わる磁界強度に比例した角度だけ回転した後磁
気光学結晶３から出射して検光子４を通過する。

【００２０】検光子４を出た光は受光部側光ファイバ５
の一端面から入射し、受光部側光ファイバ５の他端面か
ら出射する。この際、磁気光学結晶３を通過中の偏波面
の回転角度の変化が検光子４を出射して受光部側光ファ
イバ４の一端面に入射する光の光量変化に変換されるこ
とになる。したがって、磁気光学結晶３を送電線等の電
路に近接した状態に配設するとともに、受光部側光ファ
イバ５の他端面から出射した光を受光素子で受けて電気
信号に変換することにより、電路の電流の変化を電気信
号の変化として検出することができる。

【００２１】この実施例の光式電流センサは、具体的に
は例えば図２に示すような状態で使用される。図２にお
いて、１１は送電線等の電路である。１２は送電線等の
電路を包囲するように装着されるリング状鉄心で、中心
軸と直交する直線状の貫通孔１２ａを有している。１３
は鉄心１２の貫通孔１２ａに挿通された光式電流センサ
における偏光子，磁気光学結晶および検光子の一体化部
分を示し、１４および１５は光式電流センサにおいて偏
光子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３から
その両側に延びた光源側光ファイバおよび受光部側光フ
ァイバである。

【００２２】この光式電流センサは、鉄心１２の貫通孔
１２ａの入口付近に偏光子，磁気光学結晶および検光子
の一体化部分１３を配置してあり、貫通孔１２ａ中の磁
界強度に応じて偏波面を回転させる。図３は図２の要部
の拡大図であり、偏光子，磁気光学結晶および検光子の
一体化部分１３を通る磁束φを示している。

【００２３】また、この実施例の光式電流センサは、図
４に示すような状態で使用されることもある。つまり、
この光式電流センサは、鉄心１２の貫通孔１２ａの真ん
中付近に偏光子，磁気光学結晶および検光子の一体化部
分１３を配置してあり、貫通孔１２ａ中の磁界強度に応
じて偏波面を回転させる。その他は図２と同様である。

【００２４】図５は図４の要部の拡大図であり、偏光
子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３を通る
磁束φを示している。さらに、この実施例の光式電流セ
ンサは、図６に示すような状態で使用されることもあ
る。つまり、この光式電流センサは、ギャップ長が数百
μｍ程度のギャップ１２ｂを設けるとともに、このギャ
ップ１２ｂと交差するように貫通孔１２ａを設けた鉄心
１２を用い、鉄心１２の貫通孔１２ａの真ん中付近、す
なわち、ギャップ１２ｂの部分に偏光子，磁気光学結晶
および検光子の一体化部分１３を配置してあり、貫通孔
１２ａ中の磁界強度に応じて偏波面を回転させる。その
他は図２と同様である。

【００２５】図７は図６の要部の拡大図であり、偏光
子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３を通る
磁束φを示している。上記のように、鉄心１２にキャッ
プ１２ｂを設け、このギャップ１２ｂの位置に偏光子，
磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３を配置する
と、この一体化部分１３を通る磁束が多くなり、同じ電
流が電路１１に流れた場合において、図４の場合に比べ
て磁束密度が高くなって、偏波面の回転角度が大きくな
る。言い換えれば、電流の検出感度が高くなり、コア１
２を小さくすることが可能となり、小型化を図ることが
できる。

【００２６】また、この実施例の光式電流センサは、図
８に示すような状態で使用されることもある。つまり、
この光式電流センサは、鉄心を使用せず、送電線等の電
路１１に１回直接巻き付けたものである。この場合、偏
光子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３を電
路１１の中心軸に対して角度θ₂ をなすように巻き付け
ると、電路１１に電流Ｉが流れることによって磁束Φが
生じたときに、偏光子，磁気光学結晶および検光子の一
体化部分１３と平行な磁束成分φは、 φ＝Φsin θ₂ で表され、例えばθ₂ が４５°の場合、 φ＝Φsin ４５° となる。なお、巻き付けの際、角度θ₂ は９０°に近い
方がよい。

【００２７】この光式電流センサによれば、偏光子２，
磁気光学結晶３および検光子４を積層した状態に貼り合
わせ、偏光子２，磁気光学結晶３および検光子４を光源
側光ファイバ１および受光部側光ファイバ５で挟んだ状
態に貼り合わせて全体を一体化した構造であるので、光
源側光ファイバ１の出射面から受光部側光ファイバ５の
入射面までの間隔を短くすることができる。

【００２８】したがって、光源側光ファイバ１の出射面
から受光部側光ファイバ５の入射面までにおける光の拡
がりはほとんど問題とならない程度に抑えることができ
るとともに、光源側光ファイバ１の出射面から受光部側
光ファイバ５の入射面までの光路を折り曲げて小型化す
ることも不要となる。この結果、光源側光ファイバ１を
出射した光の拡がりや受光部側光ファイバ５へ入射させ
る光の絞り込みや光路の変更のための構成であるコリメ
ータや全反射プリズムを不要にできるともに、偏光子
２，磁気光学結晶３および検光子４自体も光源側光ファ
イバ１および受光部側光ファイバ５の外形寸法と同程度
の大きさにすることができ、さらに偏光子２，磁気光学
結晶３および検光子４等を固定するハウジングも不要と
なり、小型化を達成することができるとともに、取り扱
い，持ち運びが容易でなる。

【００２９】また、光ファイバ自体の偏波面の回転を利
用して磁界を検出するのではなく、磁気光学結晶３を別
に設け、この磁気光学結晶によって磁界を検出するの
で、検出感度を高くすることができる。なお、上記実施
例では、光源側光ファイバ１および受光部側光ファイバ
５として、マルチモード型光ファイバを使用したが、こ
れに代えて、シングルモード型光ファイバを用いてもよ
く、また偏波面保存型光ファイバを用いてもよい。シン
グルモード型光ファイバは、コアの直径が４〜５μｍ程
度であり、偏波面保存型光ファイバも、コアの直径が４
〜５μｍである。

【００３０】〔第２の実施例〕図９にこの発明の第２の
実施例の光式電流センサの平面図を示す。この光式電流
センサは、マルチモード光ファイバからなる光源側光フ
ァイバ１の一端面に偏光子２の一面を貼り合わせ、この
偏光子２の他面にシングルモード型光ファイバからなる
中間光ファイバ６の一端面を貼り合わせ、この中間光フ
ァイバ６の他端面にＲＩＧ結晶等の磁気光学結晶３の一
面を貼り合わせ、この磁気光学結晶３の他面に検光子４
の一面を貼り合わせ、この検光子４の他面にマルチモー
ド光ファイバからなる受光部側光ファイバ５の一端面を
貼り合わせている。

【００３１】以上の構成によれば、光源側光ファイバ１
の他端面から入射した光は、光源側光ファイバ１の一端
面から出射して偏光子２を通過することによって直線偏
光される。偏光子２を出た直線偏光は、シングルモード
型光ファイバからなる中間光ファイバ６を位相が保存さ
れた状態で通過した後、磁気光学結晶３に入射し、磁気
光学結晶３を通過中に偏波面が磁気光学結晶３に加わる
磁界強度に比例した角度だけ回転した後磁気光学結晶３
から出射して検光子４を通過する。検光子４を出た光は
受光部側光ファイバ５の一端面から入射し、受光部側光
ファイバ５の他端面から出射する。

【００３２】この際、磁気光学結晶３を通過中の偏波面
の回転角度の変化が検光子４を出射して受光部側光ファ
イバ５の一端面に入射する光の光量変化に変換されるこ
とになる。したがって、磁気光学結晶３を送電線等の電
路に近接した状態に配設するとともに、受光部側光ファ
イバ５の他端面から出射した光を受光素子で受けて電気
信号に変換することにより、電路の電流の変化を電気信
号の変化として検出することができる。

【００３３】この光式電流センサは、磁気光学結晶３お
よび検光子４の一体化部分を前記実施例における偏光
子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３と同じ
ように配置して使用する。この実施例の光式電流センサ
によれば、偏光子２を光源側光ファイバ１および中間光
ファイバ６で挟んだ状態に貼り合わせ、磁気光学結晶３
および検光子４を積層した状態に貼り合わせ、磁気光学
結晶３および検光子４を中間光ファイバ６および受光部
側光ファイバ５で挟んだ状態に貼り合わせて全体を一体
化した構造であるので、第１の実施例の光式電流センサ
と同様の効果がある。

【００３４】なお、上記実施例では、光源側に光源側光
ファイバ１を使用したが、これに代えて、直接発光素子
（ＬＥＤ等）に接続してもよい。また、中間光ファイバ
６として、シングルモード型光ファイバを使用したが、
これに代えて、偏波面保存型光ファイバを用いてもよ
い。 〔第３の実施例〕図１０にこの発明の第３の実施例の光
式電流センサの平面図を示す。この光式電流センサは、
マルチモード光ファイバからなる光源側光ファイバ１の
一端面に偏光子２の一面を貼り合わせ、この偏光子２の
他面にＲＩＧ結晶等の磁気光学結晶３の一面を貼り合わ
せ、この磁気光学結晶３の他面にシングルモード型光フ
ァイバからなる中間光ファイバ７の一端面を貼り合わ
せ、この中間光ファイバ７の他端面に検光子４の一面を
貼り合わせ、この検光子４の他面にマルチモード光ファ
イバからなる受光部側光ファイバ５の一端面を貼り合わ
せている。

【００３５】以上の構成によれば、光源側光ファイバ１
の他端面から入射した光は、光源側光ファイバ１の一端
面から出射して偏光子２を通過することによって直線偏
光される。偏光子２を出た直線偏光は、磁気光学結晶３
に入射し、磁気光学結晶３を通過中に偏波面が磁気光学
結晶３に加わる磁界強度に比例した角度だけ回転した後
磁気光学結晶３から出射して中間光ファイバ７を位相が
保存された状態で通過した後、検光子４を通過する。検
光子４を出た光は受光部側光ファイバ５の一端面から入
射し、受光部側光ファイバ５の他端面から出射する。

【００３６】この際、磁気光学結晶３を通過中の偏波面
の回転角度の変化が検光子４を出射して受光部側光ファ
イバ５の一端面に入射する光の光量変化に変換されるこ
とになる。したがって、磁気光学結晶３を送電線等の電
路に近接した状態に配設するとともに、受光部側光ファ
イバ５の他端面から出射した光を受光素子で受けて電気
信号に変換することにより、電路の電流の変化を電気信
号の変化として検出することができる。

【００３７】この光式電流センサは、偏光子２および磁
気光学結晶３の一体化部分を前記第１の実施例における
偏光子，磁気光学結晶および検光子の一体化部分１３と
同じように配置して使用する。この実施例の光式電流セ
ンサによれば、偏光子２および磁気光学結晶３を積層し
た状態に貼り合わせ、偏光子２および磁気光学結晶３を
光源側光ファイバ１およびシングルモード型の中間光フ
ァイバ７で挟んだ状態に貼り合わせ、検光子４を中間光
ファイバ７および受光部側光ファイバ５で挟んだ状態に
貼り合わせて全体を一体化した構造であるので、第１の
実施例の光式電流センサと同様の効果がある。

【００３８】なお、上記実施例では、受光部側に受光部
側光ファイバ５を使用したが、これに代えて、直接受光
素子（ホトダイオード等）に接続してもよい。また、中
間光ファイバ７として、シングルモード型光ファイバを
使用したが、これに代えて、偏波面保存型光ファイバを
用いてもよい。 〔第４の実施例〕図１１にこの発明の第４の実施例の光
式電流センサの平面図を示す。この光式電流センサは、
マルチモード型光ファイバからなる光源側光ファイバ８
の一端面に偏光子２の一面を貼り合わせ、この偏光子２
の他面にシングルモード型光ファイバからなる第１の中
間光ファイバ６の一端面を貼り合わせ、この第１の中間
光ファイバ６の他端面にＲＩＧ結晶等からなる磁気光学
結晶３の一面を貼り合わせ、この磁気光学結晶３の他面
にシングルモード型光ファイバからなる第２の中間光フ
ァイバ７の一端面を貼り合わせ、この第２の中間光ファ
イバ７の他端面に検光子４の一面を貼り合わせ、この検
光子４の他面にマルチモード型光ファイバからなる受光
部側光ファイバ９の一端面を貼り合わせている。

【００３９】以上の構成によれば、光源側光ファイバ８
の他端面から入射した光は、光源側光ファイバ８の一端
面から出射して偏光子２を通過することによって直線偏
光される。偏光子２を出た直線偏光は、シングルモード
型光ファイバからなる第１の中間光ファイバ６を位相が
保存された状態で通過した後、磁気光学結晶３に入射
し、磁気光学結晶３を通過中に偏波面が磁気光学結晶３
に加わる磁界強度に比例した角度だけ回転した後磁気光
学結晶３から出射してシングルモード型光ファイバから
なる第２の中間光ファイバ７を位相が保存された状態で
通過した後、検光子４を通過する。検光子４を出た光
は、受光部側光ファイバ９の一端面から入射し、受光部
側光ファイバ９の他端面から出射する。

【００４０】この際、磁気光学結晶３を通過中の偏波面
の回転角度の変化が第２の中間光ファイバ７を通して検
光子４を出射し受光部側光ファイバ９の一端面に入射す
る光の光量変化に変換されることになる。したがって、
磁気光学結晶３を送電線等の電路に近接した状態に配設
するとともに、受光部側光ファイバ９の他端面から出射
した光を受光素子で受けて電気信号に変換することによ
り、電路の電流の変化を電気信号の変化として検出する
ことができる。

【００４１】この光式電流センサは、磁気光学結晶３を
第１の実施例における偏光子，磁気光学結晶および検光
子の一体化部分１３と同じように配置して使用する。こ
の実施例の光式電流センサによれば、偏光子２を光源側
光ファイバ８およびシングルモード型光ファイバからな
る第１の中間光ファイバ６で挟んだ状態に貼り合わせ、
磁気光学結晶３をシングルモード型光ファイバからなる
第１および第２の中間光ファイバ６，７で挟んだ状態に
貼り合わせ、検光子４を第２の中間光ファイバ７および
受光部側光ファイバ９で挟んだ状態に貼り合わせて全体
を一体化した構造であるので、第１の実施例の光式電流
センサと同様の効果がある。

【００４２】なお、上記実施例では、光源側および受光
部側とも、光ファイバ８，９を使用したが、これに代え
て、光源側は発光素子（発光ダイオード等）に、受光部
側は受光素子（ホトダイオード等）に、それぞれ直接接
続してもよい。また、中間光ファイバ６，７として、シ
ングルモード型光ファイバを使用したが、これに代え
て、偏波面保存型光ファイバを用いてもよい。

【００４３】なお、以上の各実施例においては、光源側
光ファイバと受光部側光ファイバとは同一のコア径のも
のを使用している。 〔第５の実施例〕図１２にこの発明の第５の実施例の光
式電流センサの平面図を示す。この光式電流センサは、
マルチモード光ファイバからなる光源側光ファイバ２１
の一端面に偏光子２２の一面を貼り合わせ、この偏光子
２２の他面にＲＩＧ結晶等からなる磁気光学結晶２３の
一面を貼り合わせ、この磁気光学結晶２３の他面に検光
子２４の一面を貼り合わせ、この検光子２４の他面にマ
ルチモード光ファイバからなる受光部側光ファイバ２５
の一端面を貼り合わせている。

【００４４】この実施例では、光源側光ファイバ２１と
してコア径が例えば５０μｍのものを使用し、受光部側
光ファイバ２５としてコア径が例えば１００μｍのもの
を使用している。このように、受光部側光ファイバ２５
のコア径を光源側光ファイバ２１のコア径より大きく設
定すると、光源側光ファイバ２１から出た光が偏光子２
２，磁気光学結晶２３および検光子２４を通るときに、
多少の拡がりがあっても、その光をほとんど洩らさずに
受光部側光ファイバ２５へ導くことができ、光の拡がり
によるロスを少なくすることができ、感度を良くするこ
とができる。

【００４５】その他の構成、作用効果は図１の実施例と
同様である。 〔第６の実施例〕図１３にこの発明の第６の実施例の光
式電流センサの平面図を示す。この光式電流センサは、
マルチモード光ファイバからなる光源側光ファイバ３１
の一端面に偏光子３２の一面を貼り合わせ、この偏光子
３２の他面にシングルモード型光ファイバからなる中間
光ファイバ３６の一端面を貼り合わせ、この中間光ファ
イバ３６の他端面にＲＩＧ結晶等の磁気光学結晶３３の
一面を貼り合わせ、この磁気光学結晶３３の他面に検光
子３４の一面を貼り合わせ、この検光子３４の他面にマ
ルチモード光ファイバからなる受光部側光ファイバ３５
の一端面を貼り合わせている。

【００４６】この実施例では、光源側光ファイバ３１と
してコア径が例えば５０μｍのものを使用し、受光部側
光ファイバ３５としてコア径が例えば１００μｍのもの
を使用している。このように、受光部側光ファイバ３５
のコア径を光源側光ファイバ３１のコア径より大きく設
定すると、光源側光ファイバ３１から出た光が偏光子３
２，磁気光学結晶３３および検光子３４を通るときに、
多少の拡がりがあっても、その光をほとんど洩らさずに
受光部側光ファイバ３５へ導くことができ、光の拡がり
によるロスを少なくすることができ、感度を良くするこ
とができる。

【００４７】その他の構成、作用効果は図９の実施例と
同様である。ここで、光源側光ファイバおよび受光部側
光ファイバにマルチモード型光ファイバを使用した場合
において、光源側光ファイバから出射して受光部側光フ
ァイバに入射するまでの光の拡散の程度について図１４
および図１５を参照しながら説明する。

【００４８】図１４は光ファイバの断面を示し、４１は
コアで、４２はクラッドである。このような光ファイバ
から出射する光の拡がり角度２δ_max は、光ファイバの
開口数ＮＡで表される。つまり、光の拡がり角度２δ
_max は、 δ_max ＝ sin^-1（ＮＡ） で表される。今、開口数ＮＡを０．２８とすると、 δ_max ＝ sin^-1（０．２８）≒０．２８ｒａｄ となる。光ファイバの端面から１０mm離れた位置での光
の拡がりｙは、 ｙ＝１０×tan １６．２６＝２．９２mm となり、受光部側光ファイバのコア径１００μｍを大き
く超えてしまう。

【００４９】今、図１５に示すように、光源側光ファイ
バ４３および受光部側光ファイバ４４のコア径を１００
μｍとし、光源側光ファイバ４３の出射面から受光部側
光ファイバ４４の入射面までの距離ＬＬを１００μｍに
設定すると、受光部側光ファイバ４４の入射面での光の
拡がりｙは、 ｙ＝１００μｍ×tan １６．２６＝２９．１６μｍ となって、十分に小さいものとすることができる。

【００５０】上記した実施例（光源側光ファイバおよび
受光部側光ファイバとしてマルチモード型光ファイバを
使用した実施例）において、偏光子２，磁気光学結晶３
および検光子４を貼り合わせたものを光源側光ファイバ
および受光部側光ファイバ間に挿入する場合において、
偏光子２の厚さを３０μｍ、磁気光学結晶３の厚さを２
５μｍ、検光子４の厚さを３０μｍとした場合、これら
の合計の厚さは８５μｍとなり、１００μｍより小さく
できるため、光源側光ファイバから出て受光部側光ファ
イバに入るまでに、光がほとんど拡がらないとみなして
よく、コリメータを要することなく、効率良く検出動作
を行うことが可能となる。

【００５１】また、偏光子２，磁気光学結晶３および検
光子４を貼り合わせたものを光源側光ファイバおよび受
光部側光ファイバ間に挿入する構成の場合、光源側光フ
ァイバの出射面と受光部側光ファイバの入射面の間隔を
１００μｍ以内に抑えることができると、光の拡がりが
少ないので、偏光子２，磁気光学結晶３および検光子４
の直径を光源側光ファイバおよび受光部側光ファイバの
直径と同程度に抑えることができる。このように構成し
た場合、光源側光ファイバおよび受光部側光ファイバ
と、これらの間の偏光子２，磁気光学結晶３および検光
子４とは、外見上ほとんど１本の連続したファイバと同
様に見えることになり、非常な小型化が図れ、取り扱
い，持ち運びがきわめて容易となり、コアを使用せずに
直接電路に巻き付けてファイバセンサとするということ
も可能となるのである。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の光式電流センサによれ
ば、偏光子，磁気光学結晶および検光子を積層した状態
に貼り合わせ、偏光子，磁気光学結晶および検光子を光
源側光ファイバおよび受光部側光ファイバで挟んだ状態
に貼り合わせて全体を一体化した構造であるので、光源
側光ファイバの出射面から受光部側光ファイバの入射面
までにおける光の拡がりはほとんど問題とならない程度
に抑えることができるとともに、光源側光ファイバの出
射面から受光部側光ファイバの入射面までの光路を折り
曲げて小型化することも不要となり、光源側光ファイバ
を出射した光の拡がりや受光部側光ファイバへ入射させ
る光の絞り込みや光路の変更のための構成であるコリメ
ータや全反射プリズムを不要にできるともに、偏光子，
磁気光学結晶および検光子自体も光源側光ファイバおよ
び受光部側光ファイバの外形寸法と同程度の大きさにす
ることができ、さらに偏光子，磁気光学結晶および検光
子等を固定するハウジングも不要となり、小型化を達成
することができるとともに、取り扱い，持ち運びが容易
となるという効果がある。また、磁気光学結晶を用いて
いるので、検出感度を高くすることができる。

【００５３】請求項２記載の光式電流センサによれば、
偏光子の一面を光源側とし他面をシングルモード型また
は偏波面保存型の中間光ファイバに貼り合わせ、磁気光
学結晶および検光子を積層した状態に貼り合わせ、磁気
光学結晶および検光子を中間光ファイバおよび受光部側
光ファイバで挟んだ状態に貼り合わせて全体を一体化し
た構造であるので、請求項１記載の光式電流センサと同
様の効果があるほか、偏光子の分だけ厚さが薄くなるの
で、その分だけ光の拡がりを抑えることができる。

【００５４】請求項３記載の光式電流センサによれば、
偏光子および磁気光学結晶を積層した状態に貼り合わ
せ、偏光子および磁気光学結晶を光源側光ファイバおよ
びシングルモード型または偏波面保存型の中間光ファイ
バで挟んだ状態に貼り合わせ、検光子の一面を中間光フ
ァイバに貼り合わせ、検光子の他面を受光部側として全
体を一体化した構造であるので、請求項２記載の光式電
流センサと同様の効果がある。

【００５５】請求項４記載の光式電流センサによれば、
偏光子の一面を光源側とし、他面をシングルモード型ま
たは偏波面保存型の第１の中間光ファイバに貼り合わ
せ、磁気光学結晶をシングルモード型または偏波面保存
型の第１および第２の中間光ファイバで挟んだ状態に貼
り合わせ、検光子の一面を第２の中間光ファイバに貼り
合わせ、検光子の他面を受光部側として全体を一体化し
た構造であるので、請求項１記載の光式電流センサと同
様の効果があるほか、偏光子および検光子の厚さ分が薄
くなるので、請求項２および請求項３記載の光式電流セ
ンサよりさらに光の拡がりを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の光式電流センサの構
成を示す概略図である。

【図２】図１の光式電流センサの第１の使用状態を示す
平面図である。

【図３】図２の要部の拡大図である。

【図４】図１の光式電流センサの第２の使用状態を示す
平面図である。

【図５】図４の要部の拡大図である。

【図６】図１の光式電流センサの第３の使用状態を示す
平面図である。

【図７】図６の要部の拡大図である。

【図８】図１の光式電流センサの第４の使用状態を示す
平面図である。

【図９】この発明の第２の実施例の光式電流センサの構
成を示す概略図である。

【図１０】この発明の第３の実施例の光式電流センサの
構成を示す概略図である。

【図１１】この発明の第４の実施例の光式電流センサの
構成を示す概略図である。

【図１２】この発明の第５の実施例の光式電流センサの
構成を示す概略図である。

【図１３】この発明の第６の実施例の光式電流センサの
構成を示す概略図である。

【図１４】光ファイバから出る光の拡がりを説明する概
略図である。

【図１５】同じく光ファイバから出る光の拡がりを説明
する概略図である。

【図１６】光式電流センサの従来例の構成を示す概略図
である。

【図１７】図１６の光式電流センサの使用状態を示す概
略図である。

【図１８】光による電流検出の原理を説明するための説
明図である。

【符号の説明】

１ 光源側光ファイバ ２ 偏光子 ３ 磁気光学結晶 ４ 検光子 ５ 受光部側光ファイバ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源側光ファイバと、この光源側光ファ
   イバの一端面に一面を貼り合わせた偏光子と、この偏光
   子の他面に一面を貼り合わせた磁気光学結晶と、この磁
   気光学結晶の他面に一面を貼り合わせた検光子と、この
   検光子の他面に一端面を貼り合わせた受光部側光ファイ
   バとを備えた光式電流センサ。
2. 【請求項２】 一面を光源側とする偏光子と、この偏光
   子の他面に一端面を貼り合わせたシングルモード型また
   は偏波面保存型の中間光ファイバと、この中間光ファイ
   バの他端面に一面を貼り合わせた磁気光学結晶と、この
   磁気光学結晶の他面に一面を貼り合わせた検光子と、こ
   の検光子の他面に一端面を貼り合わせた受光部側光ファ
   イバとを備えた光式電流センサ。
3. 【請求項３】 光源側光ファイバと、この光源側光ファ
   イバの一端面に一面を貼り合わせた偏光子と、この偏光
   子の他面に一面を貼り合わせた磁気光学結晶と、この磁
   気光学結晶の他面に一端面を貼り合わせたシングルモー
   ド型または偏波面保存型の中間光ファイバと、この中間
   光ファイバの他端面に一面を貼り合わせた検光子とを備
   え、この検光子の他面を受光部側とする光式電流セン
   サ。
4. 【請求項４】 一面を光源側とする偏光子と、この偏光
   子の他面に一端面を貼り合わせたシングルモード型また
   は偏波面保存型の第１の中間光ファイバと、この第１の
   中間光ファイバの他端面に一面を貼り合わせた磁気光学
   結晶と、この磁気光学結晶の他面に一端面を貼り合わせ
   たシングルモード型または偏波面保存型の第２の中間光
   ファイバと、この第２の中間光ファイバの他端面に一面
   を貼り合わせた検光子とを備え、この検光子の他面を受
   光部側とする光式電流センサ。