JPH07191112A

JPH07191112A - 光応用測定装置

Info

Publication number: JPH07191112A
Application number: JP5333215A
Authority: JP
Inventors: Masao Takahashi; 正雄高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】偏光度低下の影響による誤差を低減可能な、
高精度の光応用測定装置を提供する。【構成】電流測定部２１において、ＬＤ１からの光
を、偏光子２で直線偏光にした後、ファラデー旋光の方
向が同方向である２つのファラデー素子３１，３２を順
次透過させ、被測定電流Ｉに比例して角度θだけ回転し
た直線偏光として出力する。この出力光を、検光子５に
よって、ｘ成分とｙ成分の直線偏光に分け、フォトダイ
オード６ｘ，６ｙで光電変換した後、除算器８で処理し
て、電流測定値を求める。偏光度測定部２２において、
ファラデー旋光の方向が互いに逆方向である２つのファ
ラデー素子３３，３４からの出力光の偏光度を、回転グ
ラントムソンプリズム９の検出出力の変化を利用し、偏
光度演算部１０によって求める。補正演算部１２は、偏
光度によって電流測定値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果により
磁界または電流に比例した角度の旋光が起こることを利
用して、被測定物理量（磁界または電流）を測定する光
応用測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁界によって偏光の旋光角度が変
わるファラデー効果を利用し、偏光を測定することによ
って磁界または電流を測定する試みが広く行われてお
り、各種の光応用測定装置が提案されている。

【０００３】図４は、このような従来の光応用測定装置
の一例であり、特に光応用電流測定装置を示している。
この光応用電流測定装置は、レーザダイオード（ＬＤ）
１、偏光子２、ファラデー素子３、検光子５、フォトダ
イオード６ｘ，６ｙ、ＡＧＣ増幅器７ｘ，７ｙ、除算器
８、およびＲＯＭテーブル１８から構成されており、こ
れらの構成要素が出力側に向かってこの順序で配置され
ている。

【０００４】このうち、ＬＤ１は光源であり、偏光子２
は、ＬＤ１からの光を直線偏光に変換する機能を有す
る。また、ファラデー素子３は、電流Ｉが流れる導体４
の近傍に配置されている。さらに、検光子５は、偏光子
２に対して４５°回転させて配置されたウォラストンプ
リズムによって構成されており、入射した光を直交する
２成分（ｘ成分とｙ成分）に分ける機能を有する。一
方、フォトダイオード６ｘ，６ｙは、入射した直線偏光
を光電変換する機能を有し、ＡＧＣ増幅器７ｘ，７ｙ
は、入力した電気信号を規格化する機能を有する。ま
た、除算器８は、入力した電気信号の和と差の割り算を
行う機能を有し、ＲＯＭテーブル１８は、入力した電気
信号のアークサイン演算を行う機能を有する。

【０００５】そして、このような構成を有する光応用電
流測定装置において、導体４に流れる電流Ｉを測定する
場合には、次のような動作が行われる。まず、ＬＤ１か
ら光が発せられると、この光は、偏光子２で直線偏光に
された後、ファラデー素子３に入射する。ファラデー素
子３に入射した直線偏光は、導体４に流れる電流Ｉに比
例して旋光し、角度θだけ回転した直線偏光となってフ
ァラデー素子３から出力される。したがって、この回転
角度θを測定することによって電流値を測定することが
できる。

【０００６】この場合、図４の装置における、このよう
な回転角度θの測定は、ファラデー素子３の出力側に配
置された検光子５により、ファラデー回転した光を直交
する２つの偏光成分の光に分けることによって行われ
る。すなわち、検光子５によって得られた２つの偏光成
分の光は、フォトダイオード６によって光電変換され、
次の式（１）と式（２）によって表されるような２つの
電気信号Ｖｘ，Ｖｙが出力される。

【数１】Ｖｘ＝ｂ・ｓｉｎ²（４５°＋θ）＝ｂ／２（１＋ｓｉｎ２θ）… 式（１）

【数２】Ｖｙ＝ｂ・ｃｏｓ²（４５°＋θ）＝ｂ／２（１−ｓｉｎ２θ）… 式（２）なお、これらの式（１）と式（２）において、ｂは比例
係数である。

【０００７】次に、これらの電気信号Ｖｘ，Ｖｙは、個
別のＡＧＣ増幅器７ｘ，７ｙにそれぞれ入力され、各Ａ
ＧＣ増幅器７ｘ，７ｙによって直流分成分で規格化さ
れ、次の式（３）と式（４）によって表されるような２
つの電気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’が出力される。

【数３】

【数４】

【０００８】続いて、これらの電気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’
はともに除算器８に入力され、この除算器８によって電
気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’の和と差の割り算が行われる。さ
らに、ＲＯＭテーブル１８によって、次の式（５）に示
すようなアークサイン演算が行われ、回転角度θが求め
られる。したがって、この回転角度θと次の式（６）に
よって示されるような磁界との関係、および周知の磁界
と電流との関係に基づいて、導体４を流れる電流値Ｉを
容易に求めることができる。

【数５】

【数６】θ ＝ＶＨＬ… 式（６）Ｖ：ベルデ定数Ｈ：磁界強度Ｌ：ファラデー素子の磁界方向長さ

【０００９】以上のような方法によって電流値を測定し
た場合には、電流信号出力は光信号強度に無関係である
ため、光路のアライメントずれやＬＤの劣化などによる
光量の変化による誤差を生じることはなく、高精度の電
流測定を行うことができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような、従来の光応用測定装置には、以下に述べるよう
な問題点がある。すなわち、以上のような測定方法にお
いて、高精度の電流測定を行うためには、理想的な直線
偏光が保たれている必要があるが、実際には、光学部品
の光弾性効果や散乱などによって、ウォラストンプリズ
ムなどからなる検光子５への入射光は、楕円偏光やラン
ダム偏光成分の混じったものとなり、偏光度の低下によ
る誤差を生じ易い。

【００１１】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解消するために提案されたものであり、その目的は、
偏光度低下の影響による誤差を低減可能な、高精度の光
応用測定装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による光応用測定
装置は、ファラデー効果により磁界または電流に比例し
た角度の旋光が起こることを利用して被測定物理量を測
定する光応用測定装置において、ファラデー素子からの
出力光を、直交する２方向の偏光成分に分け、その光強
度に基づいて被測定物理量（磁界または電流）を測定す
るとともに、ファラデー素子からの出力光の偏光度を測
定し、この偏光度に基づいて測定値（磁界測定値または
電流測定値）を補正するように構成したことを特徴とし
ている。

【００１３】まず、請求項１に記載の光応用測定装置
は、基本的に、光源、ファラデー素子、および第１の測
定手段を備えている。このうち、ファラデー素子は、被
測定物理量（磁界または電流）に対応する磁界中に配置
され、光源からの光を入射し、被測定物理量（磁界また
は電流）に比例した角度だけ回転させて出力する手段で
ある。また、第１の測定手段は、ファラデー素子からの
出力光を直交する２方向の偏光成分に分け、これらの偏
光成分から被測定物理量（磁界または電流）を測定して
測定値（磁界測定値または電流測定値）を出力する手段
である。

【００１４】そして、この請求項１の光応用測定装置
は、以上のような構成に加えて、さらに、第２の測定手
段と補正手段を備えた点に大きな特徴を有するものであ
る。このうち、第２の測定手段は、ファラデー素子から
の出力光の偏光度を測定して出力する手段である。そし
てまた、補正手段は、第２の測定手段から出力された偏
光度に基づいて、前記第１の測定手段から出力された測
定値を補正する手段である。

【００１５】次に、請求項２に記載の光応用測定装置
は、請求項１に記載の構成に加えて、さらに、次の構成
を有することを特徴としている。すなわち、請求項２の
光応用測定装置において、光源は、互いに同一の構成を
有する第１と第２の光源である。そして、ファラデー素
子は、２個のファラデー素子を直列に配置してなる第１
のファラデー素子列と、２個のファラデー素子を直列に
配置してなる第２のファラデー素子列であり、かつ、こ
れらの第１と第２のファラデー素子列の全てのファラデ
ー素子は、互いに同一の構成を有する。この場合、第１
のファラデー素子列は、第１の光源からの光を入射する
ように構成され、この第１のファラデー素子列の２個の
ファラデー素子は、そのファラデー旋光の方向が２つと
も同方向になるように配置される。また、第２のファラ
デー素子列は、第２の光源からの光を入射するように構
成され、この第２のファラデー素子列の２個のファラデ
ー素子は、そのファラデー旋光の方向が互いに逆方向に
なるように配置される。さらに、第１の測定手段は、第
１のファラデー素子列からの出力光を入射するように構
成され、第２の測定手段は、第２のファラデー素子列か
らの出力光を入射するように構成される。

【００１６】続いて、請求項３に記載の光応用測定装置
は、請求項１に記載の構成に加えて、さらに、次の構成
を有することを特徴としている。すなわち、請求項３の
光応用装置において、光源とファラデー素子はともに単
体であり、この装置はまた、ファラデー素子からの出力
光を入射して２方向に分割する分割手段をさらに備え
る。そして、第１の測定手段は、分割手段からの第１の
分割光を入射するように構成され、第２の測定手段は、
分割手段からの第２の分割光を入射するように構成され
る。

【００１７】

【作用】以上のような構成を有する本発明の光応用測定
装置によれば、次のような作用が得られる。まず、ファ
ラデー素子からの出力光を直交する２方向の偏光成分に
分け、その光強度に基づいて磁界または電流を測定する
場合において、ファラデー素子からの出力光の偏光度
と、測定値の誤差との関係は既知の関係である。したが
って、ファラデー素子からの出力光の偏光度を測定し、
この偏光度に基づいて測定値を補正することによって、
光学部品の光弾性効果や散乱などによる偏光度低下の影
響を除去できる。

【００１８】まず、請求項１の光応用測定装置において
は、ファラデー素子からの出力光に基づいて、第１の測
定手段により磁界または電流を測定して偏光度低下の影
響による誤差を含む測定値を出力するとともに、第２の
測定手段により偏光度を測定することができる。そのた
め、補正手段によって、第２の測定手段で得られた偏光
度に基づいて第１の測定手段で得られた測定値を補正す
ることにより、光学部品の光弾性効果や散乱などによる
偏光度低下の影響を除去できる。

【００１９】次に、請求項２の光応用測定装置において
は、次のような作用が得られる。すなわち、第２のファ
ラデー素子列においては、全く同一の構成を有する２個
のファラデー素子をファラデー旋光の方向が互いに逆に
なるように配置しているため、それぞれのファラデー素
子におけるファラデー旋光を相殺することができる。そ
して、この第２のファラデー素子列は、そのファラデー
旋光の方向を除けば、第１のファラデー素子列と全く同
一の構成を有するため、この第２のファラデー素子列か
らの出力光の偏光度は、第１のファラデー素子列からの
出力光の偏光度と全く同一になる。この出力光は、ファ
ラデー旋光が除去されているため、この出力光から、第
２の測定手段によって偏光度を容易かつ正確に測定する
ことができる。また、第１の測定手段は、第１のファラ
デー素子列からの出力光から、磁界または電流を測定し
て偏光度低下の影響による誤差を含む測定値を出力す
る。したがって、補正手段によって、第２のファラデー
素子列の出力光から得られた正確な偏光度に基づき、第
１のファラデー素子列の出力光から得られた偏光度低下
の影響による誤差を含む磁界測定値または電流測定値を
補正することにより、光学部品の光弾性効果や散乱など
による偏光度低下の影響を除去できる。

【００２０】続いて、請求項３の光応用測定装置におい
ては、次のような作用が得られる。すなわち、光源から
ファラデー素子に至る光学系を単一構成とすることによ
り、この単一の光学系からの出力光に基づき、第１の測
定手段によって、偏光度低下の影響による誤差を含む磁
界または電流を測定すると同時に、第２の測定手段によ
って偏光度を測定することができる。そのため、補正手
段によって、第２の測定手段で得られた偏光度に基づい
て第１の測定手段で得られた測定値を補正することによ
り、光学部品の光弾性効果や散乱などによる偏光度低下
の影響を除去できる。また、このように光源からファラ
デー素子まで、単一の光学系を使用した場合には、光学
部品の数を少なくできるという利点もある。

【００２１】

【実施例】

［１］第１実施例［１−１］第１実施例の構成図１は、本発明による光応用測定装置を、特に、光応用
電流測定装置に適用した一実施例を示している。この光
応用電流測定装置は、大別して、電流測定部２１、偏光
度測定部２２、および補正演算部１２という３つの部分
から構成されており、補正演算部１２は、本発明の補正
手段に相当する。

【００２２】まず、電流測定部２１は、レーザダイオー
ド（ＬＤ）１、偏光子２、ファラデー素子３１，３２、
検光子５、フォトダイオード６ｘ，６ｙ、ＡＧＣ増幅器
７ｘ，７ｙ、および除算器８から構成されており、これ
らの構成要素が出力側に向かってこの順序で配置されて
いる。このうち、ＬＤ１は光源であり、偏光子２は、Ｌ
Ｄ１からの光を直線偏光に変換する機能を有する。

【００２３】また、２個のファラデー素子３１，３２
は、電流Ｉが流れ、磁界が形成される導体４の近傍に配
置されている。この場合、２個のファラデー素子３１，
３２は、同一材質からなる同一形状のファラデー素子で
ある。そして、これらのファラデー素子３１，３２は、
そのファラデー旋光の方向が２つとも同方向になるよう
に配置され、直列に接続されており、本発明の第１のフ
ァラデー素子列を構成している。さらに、これらのファ
ラデー素子３１，３２は、導体４に流れる電流Ｉとの関
係が全く同一になるように、すなわち、被測定電流Ｉに
対して全く同一の条件で配置されている。

【００２４】一方、検光子５は、偏光子２に対して４５
°回転させて配置されたウォラストンプリズムによって
構成され、入射した光を直交する２成分（ｘ成分とｙ成
分）に分ける機能を有する。また、フォトダイオード６
ｘ，６ｙは、入射した直線偏光を光電変換する機能を有
する。さらに、ＡＧＣ増幅器７ｘ，７ｙは、入力した電
気信号を規格化する機能を有し、除算器８は、入力した
電気信号の和と差の割り算を行う機能を有する。これら
の検光子５、フォワード６ｘ，６ｙ、ＡＧＣ増幅器７
ｘ，７ｙ、および除算器８に至る構成は、本発明の第１
の測定手段に相当する。

【００２５】次に、偏光度測定部２２は、レーザダイオ
ード（ＬＤ）１、偏光子２、ファラデー素子３３，３
４、回転グラントムソンプリズム９とドライバ１１、フ
ォトダイオード６、および偏光度演算部１０から構成さ
れており、これらの構成要素が出力側に向かってこの順
序で配置されている。このうち、ＬＤ１、偏光子２、お
よびファラデー素子３３，３４の構成は、前述した電流
測定部２１のＬＤ１、偏光子２、およびファラデー素子
３１，３２の構成とほとんど同様であるが、この偏光度
測定部２２のファラデー素子３３，３４は、そのファラ
デー旋光の方向が互いに逆方向になるように配置され、
直列に接続されており、本発明の第２のファラデー素子
列を構成している。そして、これ以外の部分について
は、ＬＤ１からファラデー素子列に至るまで、全く同様
に構成され、２個のファラデー素子３３，３４は、被測
定電流Ｉに対して全く同一の条件で配置されている。

【００２６】また、回転グラントムソンプリズム９とド
ライバ１１、フォトダイオード６、および偏光度演算部
１０は、２個のファラデー素子３３，３４からの出力光
の偏光度を測定するために設けられており、これらの構
成は、本発明の第２の測定手段に相当する。すなわち、
回転グラントムソンプリズム９は、回転によって入射光
の偏光度に応じた最小値と最大値を出力する機能を有す
る。ドライバ１１は、回転グラントムソンプリズム９を
駆動する機能を有し、フォトダイオード６は、入射した
直線偏光を光電変換する機能を有する。偏光度演算部１
０は、入力した電気信号から偏光度を算出するととも
に、ドライバ１１を制御する機能を有する。

【００２７】続いて、補正演算部１２は、前述した電流
測定部２１からの電流測定値と偏光度測定部２２からの
偏光度とを入力し、この偏光度に基づいて電流測定値を
補正する機能を有する。すなわち、この補正演算部１２
は、偏光度測定部２２の偏光度演算部１０で得られた偏
光度を使用して、電流測定部２１の除算器８で得られた
電流測定値に補正演算を行った後、アークサイン演算を
行い、求めた演算値を最終的な電流測定値として出力す
るように構成されている。

【００２８】［１−２］第１実施例の作用以上のような構成を有する本実施例の作用は、次の通り
である。ここではまず、本実施例の光応用電流測定装置
によって得られる作用の前提として、偏光度の低下が光
応用測定装置に与える影響について説明する。

【００２９】最初に、図２に示すように、長軸ｃ、短軸
ｄの楕円が、直交座標ＸＹに対して任意の角度φで与え
られた場合を考える。この場合の楕円偏光は、その振幅
によって、次の式（７）に示すように定義することがで
きる。

【数７】ここで、Δは楕円偏光のｘ成分とｙ成分の位相差であ
る。ここで、ｘ成分とｙ成分の光の強度をＩｘ，Ｉｙと
すると、ｘ成分とｙ成分の差（Ｉｘ−Ｉｙ）と和（Ｉｘ
＋Ｉｙ）は、それぞれ、次の式（８）と式（９）によっ
て表される。

【数８】Ｉｘ−Ｉｙ＝Ａ²−Ｂ² ＝（ｃ²−ｄ²）・ｃｏｓ２φ… 式（８）

【数９】Ｉｘ−Ｉｙ＝Ａ²＋Ｂ² ＝ｃ²＋ｄ²… 式（９）

【００３０】また、この楕円偏光の偏光度αは、次の式
（１０）に示すように定義することができる。

【数１０】α² ＝ｄ²／ｃ²… 式（１０）これらの式（８）〜式（１０）から、楕円偏光のｘ成分
とｙ成分の差（Ｉｘ−Ｉｙ）と和（Ｉｘ＋Ｉｙ）の割り
算は、さらに次の式（１１）によって表される。

【数１１】

【００３１】ここで、ｘｙの各チャンネルのフォトダイ
オードの出力電圧Ｖｘ，Ｖｙは、光強度に比例するた
め、楕円の角度φが、φ＝θ＋４５°であれば、これら
の出力電圧Ｖｘ，Ｖｙの差（Ｖｘ−Ｖｙ）と和（Ｖｘ＋
Ｖｙ）の割り算は、次の式（１２）によって表され、さ
らに、そのアークサイン演算は、次の式（１３）によっ
て表される。

【００３２】

【数１２】（Ｖｘ−Ｖｙ）／（Ｖｘ＋Ｖｙ）＝（１−α²）／（１＋α²）・ｓｉｎ２θ … 式（１２）

【数１３】したがって、この式（１３）と前記の式（５）とを比較
した場合、次のようなことがわかる。すなわち、式
（５）に基づいて電流を求めた場合には、このような偏
光度αが考慮されていないため、偏光度αが大きくなる
に従って測定精度が低下する。そして、この偏光度αに
よる誤差は、式（１３）から明らかなように、楕円偏光
のｘ，ｙ成分に対応する出力電圧Ｖｘ，Ｖｙ（Ｖｘ−Ｖ
ｙ）／（Ｖｘ＋Ｖｙ）の割り算を行った後に、（１−α
²）／（１＋α²）の補正演算を行うことにより、適切
に補正される。

【００３３】以上のような出力光の偏光度と、誤差との
関係を前提として、本実施例の光応用電流測定装置にお
いては、次のようにして、導体４に流れる電流Ｉを高精
度で測定することができる。

【００３４】最初に、電流測定部２１の動作を説明す
る。まず、ＬＤ１から光が発せられると、この光は、偏
光子２で直線偏光にされた後、ファラデー素子３１に入
射する。この直線偏光は、ファラデー素子３１，３２を
順次透過して、導体４に流れる被測定電流Ｉに比例した
ファラデー旋光を受け、角度θだけ回転した直線偏光と
なってファラデー素子３２から出射する。この場合、２
個のファラデー素子３１，３２は同一の材質、形状を有
し、そのファラデー旋光の方向が２つとも同方向になる
ように配置されているため、直線偏光は、１個のファラ
デー素子の２倍のファラデー旋光を受けることになる。

【００３５】そして、このようにファラデー旋光を受け
た直線偏光は、偏光子に対して４５度回転して配置され
た検光子５によって、直交する２つの偏光成分の光、す
なわち、ｘ成分とｙ成分の直線偏光に分けられる。この
場合の、ｘ成分とｙ成分の直線偏光の電界強度Ｅｘ，Ｅ
ｙは、次の式（１４）と式（１５）によって表される。

【数１４】Ｅｘ＝ａ・ｓｉｎ（４５°＋θ）… 式（１４）

【数１５】Ｅｙ＝ａ・ｃｏｓ（４５°＋θ）… 式（１５）なお、これらの式（１４）と式（１５）において、ａは
比例係数である。

【００３６】このように検光子５によって得られたｘ成
分とｙ成分の直線偏光は、フォトダイオード６ｘ，６ｙ
によって電気信号に変換される。この場合、パワーは電
界の２乗に比例することから、次の式（１６）と式（１
７）によって表されるような２つの電気信号Ｖｘ，Ｖｙ
が出力される。なお、これらの式（１６）、式（１７）
は、それぞれ、前記の式（１）、式（２）と同じ式であ
り、ｂは比例係数である。

【数１６】Ｖｘ＝ｂ・ｓｉｎ²（４５°＋θ）＝ｂ／２（１＋ｓｉｎ２θ）… 式（１６）

【数１７】Ｖｙ＝ｂ・ｃｏｓ²（４５°＋θ）＝ｂ／２（１−ｓｉｎ２θ）… 式（１７）次に、これらの電気信号Ｖｘ，Ｖｙは、個別のＡＧＣ増
幅器７ｘ，７ｙにそれぞれ入力され、各ＡＧＣ増幅器７
ｘ，７ｙによって直流分成分で規格化され、次の式（１
８）と式（１９）によって表されるような２つの電気信
号Ｖｘ’，Ｖｙ’が出力される。なお、これらの式（１
８）、式（１９）は、それぞれ、前記の式（３）、式
（４）と同じ式である。

【数１８】

【数１９】

【００３７】続いて、これらの電気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’
はともに除算器８に入力され、この除算器８によって電
気信号Ｖｘ’，Ｖｙ’の和と差の割り算が行われ、次の
式（２０）に示すような電流測定値信号（Ｖｘ’−Ｖ
ｙ）／（Ｖｘ’＋Ｖｙ）が出力される。

【数２０】（Ｖｘ’−Ｖｙ）／（Ｖｘ’＋Ｖｙ）＝ｓｉｎ２θ… 式（２０）

【００３８】次に、偏光度測定部２２の動作を説明す
る。偏光度測定部２２においては、電流測定部２１と全
く同一の構成を有するＬＤ１、偏光子２、ファラデー素
子３３，３４を用いており、被測定電流Ｉに対して全く
同一の条件で配置されているが、２個のファラデー素子
３３，３４は、そのファラデー旋光の方向が互いに逆方
向になるように配置されているため、各ファラデー素子
３３，３４におけるファラデー旋光が相殺される。した
がって、ファラデー素子３４からの出力光は、ファラデ
ー旋光を受けていない反面、その偏光度は、電流測定部
２１のファラデー素子３２からの出力光の偏光度と全く
同一になる。

【００３９】そして、このファラデー素子３２からの出
力光の偏光度の測定は、ドライバ１１により、回転グラ
ントムソンプリズム９を回転させてその出力をフォトダ
イオード６によって光電変換し、得られた電気信号か
ら、偏光度演算部１０によって偏光度を算出することに
よって行われる。具体的には、回転グラントムソンプリ
ズム９を半回転させ、その際の出力の最小値と最大値を
求めることにより、これらの値から、偏光度を算出する
ことができる。なお、このような偏光度の測定方法は、
周知の技術である。

【００４０】次に、補正演算部１２の動作を説明する。
まず、補正演算部１２は、電流測定部２１の除算器８で
得られた出力電圧（電流測定値）と、偏光度測定部２２
の偏光度演算部１０で得られた偏光度αとを入力する。
そして、偏光度αに基づいて、電流測定値に、（１−α
²）／（１＋α²）をかける補正演算を行った後、アー
クサイン演算を行い電流値を出力する。このようにし
て、偏光度の低下による誤差を除去することができる。

【００４１】［１−３］第１実施例の効果以上説明したように、本実施例においては、偏光度測定
部２２に使用する２個のファラデー素子を、ファラデー
旋光の方向が互いに逆方向になるように配置する以外の
点については、電流測定部２１と偏光度測定部２２の光
源からファラデー素子に至る光学系を同一に構成するこ
とにより、偏光度測定部２２のファラデー素子３４から
の出力光の偏光度を、電流測定部２１のファラデー素子
３２からの出力光の偏光度と同一にできる。そして、こ
のファラデー素子３２からの出力光から、回転グラント
ムソンプリズム９を利用して偏光度を正確に測定するこ
とができる。そして、このように偏光度測定部２２で得
られた正確な偏光度を使用して、電流測定部で得られた
電流測定値を補正することにより、光学部品の光弾性効
果や散乱などによる偏光度低下の影響を除去できる。ま
た、偏光度の測定のために、光源からファラデー素子に
至るまでの専用の光学系を使用しているため、特に、偏
光度測定部２２の信号処理が容易になるという利点もあ
る。したがって、本実施例によれば、偏光低下の影響に
よる誤差を除去可能であるため、より高精度な測定が可
能であり、しかも、偏光度測定部の信号処理系の構成を
簡略化できるという優れた効果が得られる。

【００４２】［２］第２実施例［２−１］第２実施例の構成図３は、本発明による光応用測定装置を、光応用電流測
定装置に適用した別の実施例を示している。この光応用
電流測定装置は、電流測定部２１のファラデー素子３か
らの出力光をビームスプリッタ１３によって偏光度測定
部２２に分割するように構成したものであり、偏光度の
測定を行うために、λ／４板１４とウォラストンプリズ
ム１５を組み合わせている。

【００４３】すなわち、本実施例において、電流測定部
２１には、１個のファラデー素子３のみが使用され、こ
のファラデー素子３と検光子５の間にビームスプリッタ
１３が挿入されている。このビームスプリッタ１３は、
２つの分割光のうちの透過光を検光子５に送るととも
に、分割光のうちの反射光を、偏光度測定部２２側に入
射するように構成されている。

【００４４】また、偏光度測定部２２は、λ／４板１
４、ウォラストンプリズム１５、フォトダイオード１６
ｘ，１６ｙ、増幅器１７ｘ，１７ｙ、および偏光度演算
部１０から構成されており、これらの構成要素が出力側
に向かってこの順序で配置されている。このうち、λ／
４板１４は、電流測定部２１のビームスプリッタ１３か
らの反射光を入射して、直線偏光から円偏光に変換する
機能を有する。そして、ウォラストンプリズム１５は、
電流測定部２１の偏光子２に対して、４５°回転させて
配置されており、入射した直線偏光を直交する２方向の
成分（ｘ成分とｙ成分）に分ける機能を有する。また、
フォトダイオード１６ｘ，１６ｙは、入射した直線偏光
を光電変換する機能を有する。さらに、増幅器１７ｘ，
１７ｙは、入力した電気信号を規格化する機能を有す
る。なお、これら以外の部分については、前記第１実施
例と全く同様に構成されている。

【００４５】［２−２］第２実施例の作用以上のような構成を有する本実施例の作用は、次の通り
である。まず、本実施例の電流測定部２１において、偏
光子２からの直線偏光は、１個のファラデー素子３のみ
によってファラデー旋光を受ける。また、ファラデー素
子３からの出力光は、ビームスプリッタ１３によって分
割され、そのうちの透過光が検光子５に入射して電流の
測定が行われる。これらの点は、前記第１実施例とは異
なるが、これ以外の動作については、基本的に前記第１
実施例の電流測定部２１と同様であり、最終的に、除算
器８によって電流測定値信号が出力される。

【００４６】一方、電流測定部２１のビームスプリッタ
１３からの反射光は、偏光度測定部２２のλ／４板１４
に入射して、直線偏光から円偏光に変換される。この場
合、λ／４板１４の出力光は、理想的な直線偏光が入射
した場合には完全な円偏光となるが、光学部品の複屈折
などがあった場合には楕円偏光となる。したがって、光
学部品の複屈折の軸に対し、４５°傾けてウォラストン
プリズム１５をセットすることにより、ウォラストンプ
リズム１５で分けられたｘ成分とｙ成分の光の強度Ｉｂ
ｘ，Ｉｂｙの差は、複屈折の大きさに応じて変化する。
すなわち、ｘ成分とｙ成分の光の強度Ｉｂｘ，Ｉｂｙ
は、入射光が円偏光の場合には等しくなるが、複屈折が
大きくなるにつれて偏光が楕円化するために、強度の差
が大きくなる。このことから、この各成分の光の強度Ｉ
ｂｘ，Ｉｂｙを測定することにより、複屈折による偏光
度の低下を正確に測定することができる。

【００４７】この場合、本実施例において、ｘ成分とｙ
成分の光の強度Ｉｂｗ，Ｉｂｙは、フォトダイオード６
によって電気信号に変換され、偏光度演算部１０で偏光
度の演算が行われ、補正信号が出力される。補正演算部
１２では、この補正信号によって、電流測定部２１の除
算器８の出力信号の補正演算を行い、最終的な電流測定
値信号を出力する。

【００４８】［２−３］第２実施例の効果以上説明したように、本実施例においては、単一のファ
ラデー素子３からの出力光をビームスプリッタ１３によ
って分割し、その一方の分割光に基づいて偏光度低下の
影響による誤差を含む電流測定を行うと同時に、他方の
分割光に基づき、λ／４板１４とウォラストンプリズム
１５を使用して偏光度を正確に測定することができる。
そして、このように偏光度測定部２２で得られた正確な
偏光度を使用して、電流測定部２１で得られた電流測定
値を補正することにより、光学部品の光弾性効果や散乱
などによる偏光度低下の影響を除去できる。また、複屈
折の発生する軸方向が予測できる場合にはリアルタイム
の補正が可能である。さらに、ＬＤ１、偏光子２、ファ
ラデー素子３からなる単一の光学系のみを使用して、そ
の出力光から電流と偏光度の両方を検出する構成である
ため、光学部品の数を少なくできるという利点もある。
したがって、本実施例によれば、偏光度低下の影響によ
る誤差を除去可能であるため、従来より高精度な測定が
可能で、かつ、リアルタイムの補正が可能であり、しか
も、光源からファラデー素子に至る光学系の構成を簡略
化できるという優れた効果が得られる。

【００４９】［３］その他の実施例なお、本発明は、前記各実施例に限定されるものではな
く、例えば、光源、ファラデー素子、第１の測定手段、
第２の測定手段、および補正手段などの具体的な構成は
適宜選択可能である。なお、前記各実施例においては、
電流を測定する場合について説明したが、本発明の光応
用測定装置は、磁界を測定する場合にも全く同様に適用
可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学部品の光弾性効果や散乱などによる偏光度低下の影
響による誤差を除去可能な、高精度の光応用測定装置を
提供することができる。

【００５１】すなわち、請求項１の発明においては、フ
ァラデー素子からの出力光に基づき、第２の測定手段に
よって偏光度を測定することができるため、この偏光度
によって磁界または電流の測定値を適切に補正すること
ができる。したがって、光学部品の光弾性効果や散乱な
どによる偏光度低下の影響による誤差を除去可能な、高
精度の光応用測定装置を提供することができる。

【００５２】次に、請求項２の発明においては、ファラ
デー旋光の方向を互いに逆方向として配置した第２のフ
ァラデー素子列からの、ファラデー旋光が除去された出
力光に基づき、第２の測定手段によって偏光度を容易か
つ正確に測定することができるため、この偏光度によっ
て磁界または電流の測定値を適切に補正することができ
る。したがって、光学部品の光弾性効果や散乱などによ
る偏光度低下の影響による誤差を除去可能であり、しか
も、偏光度の検出系の構成を簡略化可能な、高精度の光
応用測定装置を提供することができる。

【００５３】続いて、請求項３の発明においては、光源
からファラデー素子に至る単一の光学系からの出力光に
基づき、第１の測定手段によって偏光度低下の影響によ
る誤差を含む磁界または電流を測定するとともに、第２
の測定手段によって偏光度を測定することができるた
め、この偏光度によって磁界または電流の測定値を適切
に補正することができる。したがって、光学部品の光弾
性効果や散乱などによる偏光度低下の影響による誤差を
除去可能で、かつ、リアルタイムの補正が可能であり、
しかも、光源からファラデー素子に至る光学系の構成を
簡略化可能な、高精度の光応用測定装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光応用測定装置の第１実施例を示
す構成図。

【図２】楕円偏光の偏光度を説明するための原理図。

【図３】本発明による光応用測定装置の第２実施例を示
す構成図。

【図４】従来の光応用測定装置の一例を示す構成図。

【符号の説明】

１…レーザダイオード（ＬＤ）２…偏光子３，３１〜３４…ファラデー素子４…導体５…検光子６，６ｘ，６ｙ，１６ｘ，１６ｙ…フォトダイオード７ｘ，７ｙ…ＡＧＣ増幅器８…除算器９…回転グラントムソンプリズム１０…偏光度演算部１１…ドライバ１２…補正演算部１３…ビームスプリッタ１４…λ／４板１５…ウォラストンプリズム１７ｘ，１７ｙ…増幅器１８…ＲＯＭテーブル２１…電流測定部２２…偏光度測定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ファラデー効果により磁界または電流に
比例した角度の旋光が起こることを利用して被測定物理
量を測定する光応用測定装置において、光源と、被測定物理量に対応する磁界中に配置され、前記光源か
らの光を入射し、被測定物理量に比例した角度だけ回転
させて出力するファラデー素子と、前記ファラデー素子からの出力光を直交する２方向の偏
光成分に分け、これらの偏光成分から被測定物理量を測
定して測定値を出力する第１の測定手段と、前記ファラデー素子からの出力光の偏光度を測定して出
力する第２の測定手段と、前記第２の測定手段から出力された偏光度に基づいて、
前記第１の測定手段から出力された測定値を補正する補
正手段と、を備えたことを特徴とする光応用測定装置。
【請求項２】前記光源は、互いに同一の構成を有する
第１と第２の光源であり、前記ファラデー素子は、２個のファラデー素子を直列に
配置してなる第１のファラデー素子列と、２個のファラ
デー素子を直列に配置してなる第２のファラデー素子列
であり、かつ、これらの第１と第２のファラデー素子列
の全てのファラデー素子は、互いに同一の構成を有し、前記第１のファラデー素子列は、前記第１の光源からの
光を入射するように構成され、この第１のファラデー素
子列の２個のファラデー素子は、そのファラデー旋光の
方向が２つとも同方向になるように配置され、前記第２のファラデー素子列は、前記第２の光源からの
光を入射するように構成され、この第２のファラデー素
子列の２個のファラデー素子は、そのファラデー旋光の
方向が互いに逆方向になるように配置され、前記第１の測定手段は、前記第１のファラデー素子列か
らの出力光を入射するように構成され、前記第２の測定手段は、前記第２のファラデー素子列か
らの出力光を入射するように構成される、ことを特徴とする請求項１記載の光応用測定装置。
【請求項３】前記光源と前記ファラデー素子はともに
単体であり、前記ファラデー素子からの出力光を入射して２方向に分
割する分割手段をさらに備え、前記第１の測定手段は、前記分割手段からの第１の分割
光を入射するように構成され、前記第２の測定手段は、前記分割手段からの第２の分割
光を入射するように構成される、ことを特徴とする請求項１記載の光応用測定装置。