JPH0694956A

JPH0694956A - 光学式センサ

Info

Publication number: JPH0694956A
Application number: JP4247771A
Authority: JP
Inventors: Osamu Takigawa; 滝川　　修; Masao Tanaka; 雅男田中; Takeo Sakakubo; 武男坂久保; Masahiro Tada; 正浩多田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】センサヘッド内に配置する光学部品の固着時
に、光学部品の傾きを防止して、光伝搬面にずれが生じ
ないようにすることができる光学式センサを提供するこ
とを目的としている。【構成】ケース７内に偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１及び反射ミラー１２等の光学部品を接着
収納したセンサヘッド２内に光源１からの光を通過させ
て磁界を測定するようにした光学式磁界センサにおい
て、前記光学部品を、所定の径から成る複数の球状スペ
ーサ２０を混合した接着剤２１でケース７内に固着す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばファラデー素子
を用いた光学式磁界センサ等の光学式センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式センサの一例として、例えばファ
ラデー効果を有するファラデー素子を用いて光学的に磁
界（電流）を測定する光学式磁界センサがある。

【０００３】光学式磁界センサは、磁気光学素子内で磁
界の方向と平行に進む直線偏光の偏波面が回転する磁気
光学効果（ファラデー効果）を利用し、偏光子を通過す
る光量の変化を磁界の変化として測定している。

【０００４】従来、例えば電流を測定するようにした上
記光学式磁界センサは、一般に図８乃至図１０に示すよ
うに構成されていた。

【０００５】この光学式磁界センサは、発光ダイオード
（ＬＥＤ）等の光を発する光源１と、センサヘッド２
と、光受信機３とを有しており、光源１とセンサヘッド
２、及びセンサヘッド２と光受信機３間は、光ファイバ
４ａ，４ｂを介してそれぞれ連結されている。各光ファ
イバ４ａ，４ｂの一端側（センサヘッド２側）は、接着
剤５によって固着されたコリメータレンズ６ａ，６ｂを
介してセンサヘッド２のケース７内に配置されたホルダ
８に接続されている。

【０００６】ケース７の内部には、光の通過方向に沿っ
て偏光子９、ファラデー素子１０、検光子１１及び反射
ミラー１２が同一光路上に配置されて前記ホルダ８上に
接着剤５によって固着されている。また、ケース７のホ
ルダ８を挿入するための開口部は、硬質樹脂１３によっ
て閉塞されている。

【０００７】従来の光学式磁界センサは上記のように構
成されており、光源１から出射された光は、光ファイバ
４ａによりセンサヘッド２内に導かれ、コリメータレン
ズ６ａによって平行光にされた後、偏光子９によって９
０度曲げられ、直線偏光波となってファラデー素子１０
に導入される。ファラデー素子１０内では、外部磁界Ｈ
に応じて偏光面が回転し、回転した出射光は、偏光子９
に対して４５度となるように設定された検光子１１で光
強度に変化され、反射ミラー１２で反射された後、コリ
メータレンズ６ｂ及び光ファイバ４ｂを通して光受信機
３に導かれ、ここで光強度が測定されて出力される。こ
れによって、外部磁界Ｈの大きさを測定することができ
る。

【０００８】そして、上記光学式磁界センサを用いて電
流を測定する場合には、図１１に示すように、電線１４
の周囲に配置された鉄心１５のギャップ部１５ａに上記
センサヘッド２を取付け、この時に測定される外部磁界
Ｈの大きさから、電線１４に流れる電流を測定するよう
なされていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した光
学式磁界センサは、センサヘッド２内に収納された偏光
子９、ファラデー素子１０、検光子１１、反射ミラー１
２等の光学部品は、通常接着剤により固着されており、
その厚みの制御については、一般に何等施されていなか
った。

【００１０】また、前記各光学部品はあまり強い圧力で
固着すると歪が残留することがあった。そして、弱い力
で固着すると接着時の厚みが制御できず、光学部品に傾
きが生じるという不具合があった。

【００１１】このため、固着時にセンサヘッド２内の各
光学部品（偏光子９、ファラデー素子１０、検光子１
１、反射ミラー１２等）の光伝搬路面に傾きが生じ易く
なり、所定の測定精度を確保することができなくなる問
題点があった。

【００１２】また、上記した光学式磁界センサは、反射
ミラー１２を用いて光路を９０度曲げる必要があるので
構造が複雑になるという欠点があった。

【００１３】本発明は、上記した課題を解決する目的で
なされ、光学部品の光伝搬面に傾きが発生することを防
止し、且つ構造を複雑にすることなく高精度の測定を行
うことができる光学式センサを提供しようとするもので
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために請求項１記載の発明は、光入射部と光出射部とが
一体的に形成されたセンサヘッド内に、光学素子を含む
複数の光学部品を同一光軸上に接着剤で固着した光学式
センサにおいて、前記接着剤に所定の径から成る複数の
スペーサを混合したことを特徴としている。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、光入射部と
光出射部とが一体的に形成されたセンサヘッド内に、光
学素子を含む複数の光学部品を同一光軸上に固着した光
学式センサにおいて、前記複数の光学部品を、その光軸
が計測物理量の方向に対して所定の角度で交差するよう
に配置したことを特徴としている。

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明によれば、光学素子を含む
複数の光学部品を、接着剤中に混合したスペーサによっ
て傾き等を生じることなくセンサヘッド内に固着するこ
とができる。

【００１７】また、請求項２記載の発明によれば、計測
物理量（例えば磁界）の方向に対し、光学素子を含む複
数の光学部品の光軸方向が所定の角度で交差するように
したことによって、光学部品の配置方向の自由度が大き
くなり、光学部品の数を減らして高精度で信頼性の高い
測定を行うことが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を光学式磁界センサに適用した
実施例に基づいて詳細に説明する。尚、従来例と同一部
分には同一符号を付して説明する。

【００１９】＜第１実施例＞図１は、本発明の第１実施
例に係る光学式磁界センサの要部を示す断面図、図２
は、図１のＡ−Ａ線断面図である。この光学式磁界セン
サは、図８乃至図１０で示した従来の光学式磁界センサ
と同様に光源（例えばＬＥＤ）１、センサヘッド２、光
受信機（例えばフォトダイオード）３とを有しており、
光源１とセンサヘッド２、及びセンサヘッド２と光受信
機３間は、光ファイバ４ａ，４ｂを介してそれぞれ連結
されている。

【００２０】センサヘッド２のケース７内に設けたホル
ダ８上には、コリメータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、
ファラデー素子１０、検光子１１及び反射ミラー１２の
各光学部品が配置されている。偏光子９、ファラデー素
子１０、検光子１１及び反射ミラー１２の各光学部品
は、これらの光学部品と同程度の熱膨張係数をもつ直径
が５０〜１５０μｍ程度のガラス材から成る球状スペー
サ２０を混合した例えばシリコン系の接着剤２１によっ
て、ホルダ８上に光軸調整されながら接着されている。

【００２１】また、コリメータレンズ６ａ，６ｂと偏光
子９、反射ミラー１２間も光軸調整されて配置されてお
り、ホルダ８上に固着されたコリメータレンズ６ａ，６
ｂは硬質樹脂１３によってケース７内に閉塞されてい
る。

【００２２】本実施例に係る光学式磁界センサは上記の
ように構成されており、電流の測定は従来例と同様にし
て行われる。そして、本実施例では偏光子９、ファラデ
ー素子１０、検光子１１、反射ミラー１２の各光学部品
は、接着剤２１内の球状スペーサ２０によってホルダ８
上に均一状態で固着されるので、これらの光学部品の固
着時、及び接着剤２１の硬化時に、これらの光学部品間
の光伝搬面に傾き等が生じることを防止することができ
る。

【００２３】本実施例の球状スペーサ２０を混合した接
着剤２１と、従来例のように接着剤５だけで偏光子９、
ファラデー素子１０、検光子１１、反射ミラー１２の各
光学部品をホルダ８上に固着した場合のこれらの光学部
品の傾きを調べた結果、従来では数十μｍ程度の傾きが
生じていたのが、本実施例では数μｍ程度に抑えること
ができた。

【００２４】また、上記実施例では、接着剤２１に混合
する球状スペーサ２０は、直径が５０〜１５０μｍ程度
のものを使用したが、直径が５〜４００μｍ程度のもの
でもよい。

【００２５】＜第２実施例＞図３は、本発明の第２実施
例に係る光学式磁界センサの要部を示す断面図である。

【００２６】本実施例では、上記実施例で使用した球状
スペーサ２０の代わりに、偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１、反射ミラー１２の各光学部品と同程度
の熱膨張係数をもつ直径が５０〜１５０μｍ程度のガラ
ス材から成る棒状スペーサ２２を混合した接着剤２１
で、前記同様偏光子９、ファラデー素子１０、検光子１
１、反射ミラー１２をホルダ８上に光軸調整して接着し
た構成であり、他の構成は図１、図２に示した第１実施
例と同様である。

【００２７】このように、本実施例では棒状スペーサ２
２を混合した接着剤２１で、偏光子９、ファラデー素子
１０、検光子１１、反射ミラー１２の各光学部品をホル
ダ８上に固着することにより、前記実施例同様前記光学
部品間の光伝搬面の傾きを防止することができる。

【００２８】また、本実施例において、棒状スペーサ２
２の材質を強固な金属等にすることによって、金属等か
ら成る棒状スペーサ２２を接着剤２１の硬化途中で取り
除くことで、接着剤２１のみで厚みを保つことも可能で
ある。

【００２９】また、上記した各実施例では、球状及び棒
状スペーサ２０，２２を接着剤２１に混合した構成であ
ったが、網状に構成したガラス繊維等に接着剤を含浸さ
せた構造でも同様の効果を得ることができる。

【００３０】尚、上記した各実施例は、ファラデー素子
を用いた光学式磁界センサの例であったが、これ以外に
も例えばポッケル素子を用いた電圧センサ等にも適用可
能である。

【００３１】＜第３実施例＞図４は、本発明の第３実施
例に係る光学式磁界センサの要部を示す断面図である。
この光学式磁界センサは、光源（例えばＬＥＤ）１、セ
ンサヘッド２、光受信機（例えばフォトダイオード）３
とを有しており、光源１とセンサヘッド２、及びセンサ
ヘッド２と光受信機３間は、光ファイバ４ａ，４ｂを介
してそれぞれ連結されている。

【００３２】センサヘッド２のケース７は、被測定電線
（図示省略）の周囲に設けた鉄心１５のギャップ部１５
ａ内に配置されており、ギャップ部１５ａに形成した凹
部１５ｂにケース７の表面に形成した突起片２ａが係止
されている。

【００３３】センサヘッド２のケース７内には、コリメ
ータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１の各光学部品が同一光軸線上に直線状に
接着剤によって固着されている。上記各光学部品（コリ
メータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１）の光軸Ａは、ギャップ部１５ａの磁界
方向（矢印方向）に対して所定の角度θで交差するよう
に配置して、コリメータレンズ６ａ，６ｂが鉄心１５と
干渉しないようにしている。

【００３４】本実施例に係る光学式磁界センサは上記の
ように構成されており、光源１から光ファイバ４ａに導
入された光は、コリメータレンズ６ａで平行光となり、
偏光子９で直線偏光となってファラデー素子１０に入射
する。ファラデー素子１０では磁界に応じて偏波面が回
転し、検光子１１では偏波面の回転角に応じて光量が変
化する。検光子１１から出射した光はコリメータレンズ
６ｂ、光ファイバ４ｂを通して光受信機３に入力されて
電気変換され、電流値が測定される。

【００３５】この際、本実施例では、各光学部品（コリ
メータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１）の光軸Ａが磁界Ｈと所定の角度θをな
しているので、光軸方向の磁界Ｈ成分はＨcos θとなる
ことによりファラデー素子１０の偏波角もその分だけ小
さくなるが、反射型の磁界センサのように、反射プリズ
ムを不要にすることができるので、測定精度と信頼性を
高めることができる。

【００３６】＜第４実施例＞図５は、本発明の第４実施
例に係る光学式磁界センサの要部を示す断面図である。

【００３７】本実施例では、鉄心１５のギャップ部１５
ａに配置したセンサヘッド２のスペーサ３０に、ギャッ
プ部１５ａの磁界方向（矢印方向）に対して所定の角度
θで溝３１を形成し、この溝３１内に各光学部品（コリ
メータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、ファラデー素子１
０、検光子１１）を接着剤で固着した筒状のケース３２
を配設した構成であり、本実施例においても前記第３実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００３８】また、第３，第４実施例において、図６に
示すように光学部品のうちファラデー素子１０だけを入
射面が磁界方向（矢印方向）に対して垂直に配置するこ
とにより、磁界成分Ｈcos θに対して光の通過する距離
が逆に１／cos θとなって相殺されることにより、ファ
ラデー素子１０の偏波角が小さくなることはなく、しか
も、検光子１１で反射し、さらにファラデー素子１０の
偏光子９側の面で反射する回転角の異なる光が光ファイ
バ４ｂに到達せず、より高精度の測定を行うことができ
る。

【００３９】＜第５実施例＞図７は、本発明の第５実施
例に係る光学式磁界センサの要部を示す斜視図である。

【００４０】本実施例は、鉄心１５のギャップ部１５ａ
の両側に貫通孔１５ｃ，１５ｄを形成して、ギャップ部
１５ａに前記貫通孔１５ｃ，１５ｄと連通する貫通孔３
３ａを形成したスペーサ３３を配置し、貫通孔１５ｃ，
１５ｄを通して図５に示した第４実施例で用いた各光学
部品（コリメータレンズ６ａ，６ｂ、偏光子９、ファラ
デー素子１０、検光子１１）を固着した筒状のケース３
２を、スペーサ３３の貫通孔３３ａに固定する構造であ
る。

【００４１】このように、本実施例では、鉄心１５とス
ペーサ３３の各貫通孔１５ｃ，１５ｄ，３３ａの周囲は
均一な磁界で囲まれることにより、高精度な測定を行う
ことができる。

【００４２】また、スペーサ３３の貫通孔３３ａにケー
ス３２を配置した後に、鉄心１５の貫通孔１５ｃ，１５
ｄを密封することにより、磁束密度をより均一にするこ
とができる。

【００４３】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように請求項１記載の発明によれば、複数の光学部品
を、所定の径から成る複数のスペーサを混合した接着剤
によってセンサヘッド内に固着することにより、複数の
光学部品がスペーサ上に均一状態に固着されるので、固
着時に光学部品間の光伝搬面に傾きが生じることを防止
することができる。

【００４４】また、請求項２記載の発明によれば、計測
物理量（例えば磁界）の方向に対し、光学素子を含む複
数の光学部品の光軸方向が所定の角度で交差するように
したことによって、光学部品の配置方向の自由度が大き
くなり、光学部品間の光軸を直線的にすることが可能と
なるので、光学部品の数を減して高精度で信頼性の高い
測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る光学式磁界センサの
要部を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る光学式磁界センサの
要部を示す断面図である。

【図４】本発明の第３実施例に係る光学式磁界センサの
要部を示す断面図である。

【図５】本発明の第４実施例に係る光学式磁界センサの
要部を示す断面図である。

【図６】ファラデー素子を光軸に対して所定の角度で設
置した状態を示す説明図である。

【図７】本発明の第５実施例に係る光学式磁界センサの
要部を示す断面図である。

【図８】従来の光学式磁気センサを示す概略構成図であ
る。

【図９】従来の光学式磁気センサの要部を示す断面図で
ある。

【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１１】光学式磁気センサによる電流測定状態を示す
説明図である。

【符号の説明】

１光源２センサヘッド３光受信機４ａ，４ｂ光ファイバ６ａ，６ｂコリメータレンズ７ケース８ホルダ９偏光子１０ファラデー素子１１検光子１２反射ミラー１５鉄心１５ａギャップ部２０球状スペーサ２１接着剤２２棒状スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者多田正浩神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光入射部と光出射部とが一体的に形成さ
れたセンサヘッド内に、光学素子を含む複数の光学部品
を同一光軸上に接着剤で固着した光学式センサにおい
て、前記接着剤に所定の径から成る複数のスペーサを混
合したことを特徴とする光学式センサ。
【請求項２】光入射部と光出射部とが一体的に形成さ
れたセンサヘッド内に、光学素子を含む複数の光学部品
を同一光軸上に固着した光学式センサにおいて、前記複
数の光学部品を、その光軸が計測物理量の方向に対して
所定の角度で交差するように配置したことを特徴とする
光学式センサ。