JPH09145809A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
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- JPH09145809A JPH09145809A JP7299379A JP29937995A JPH09145809A JP H09145809 A JPH09145809 A JP H09145809A JP 7299379 A JP7299379 A JP 7299379A JP 29937995 A JP29937995 A JP 29937995A JP H09145809 A JPH09145809 A JP H09145809A
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- total reflection
- light
- optical
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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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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ギャップを有するコアのギャップ部に光磁界セ
ンサを設置し、電流を測定する際、コアのギャップ間距
離を極力狭くでき、より高感度で、より高精度な光磁界
センサを実現すること。 【解決手段】集束形ロッドレンズ２の一方の端面に配置
された入射用光ファイバ１及び出射用光ファイバ８と、
その集束形ロッドレンズ２の他方の側に配置された第一
の全反射ミラー３及び第二の全反射ミラー７と、その第
一、第二の全反射ミラー７、８との間に配置された磁気
光学結晶５とを備えた光磁界センサである。
ンサを設置し、電流を測定する際、コアのギャップ間距
離を極力狭くでき、より高感度で、より高精度な光磁界
センサを実現すること。 【解決手段】集束形ロッドレンズ２の一方の端面に配置
された入射用光ファイバ１及び出射用光ファイバ８と、
その集束形ロッドレンズ２の他方の側に配置された第一
の全反射ミラー３及び第二の全反射ミラー７と、その第
一、第二の全反射ミラー７、８との間に配置された磁気
光学結晶５とを備えた光磁界センサである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファラデー効果を
有する磁気光学結晶を用いて磁界を検出し、その磁界強
度を測定する光磁界センサに関するものである。
有する磁気光学結晶を用いて磁界を検出し、その磁界強
度を測定する光磁界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、特に電力分野において、電線に流
れる電流を測定するために、電線の周りに発生する磁界
強度を光を用いて測定する方法として、ファラデー効果
を有する磁気光学結晶と光ファイバを用いた電流測定装
置が提案され、実用化されつつある。電流が流れている
導体の周りの磁界強度を測定して電流を検知する方法
は、光を媒体とするために絶縁性が良好であり、電磁誘
導ノイズを受けないなどの特徴を持ち、送電・配電設備
への適用等が考えられている。
れる電流を測定するために、電線の周りに発生する磁界
強度を光を用いて測定する方法として、ファラデー効果
を有する磁気光学結晶と光ファイバを用いた電流測定装
置が提案され、実用化されつつある。電流が流れている
導体の周りの磁界強度を測定して電流を検知する方法
は、光を媒体とするために絶縁性が良好であり、電磁誘
導ノイズを受けないなどの特徴を持ち、送電・配電設備
への適用等が考えられている。
【０００３】図６にファラデー効果を用いた磁界測定方
法の原理図を示す。図６において、発生磁界Ｈ中に磁気
光学結晶４を配置し、偏光子３で直線偏光とした光線を
この磁気光学結晶４に入射する。磁気光学結晶４に入射
した光線はファラデー効果により、その偏光方向は磁界
の強度Ｈに比例した回転θを受ける。回転を受けた直線
偏光光は、偏光子３に対して透過偏光方向を４５度異な
るように配置した検光子５を通過する。この時、検光子
５を透過する光量は回転角θに比例する。すなわち、電
流の変化を光量の変化として検知することができるもの
である。
法の原理図を示す。図６において、発生磁界Ｈ中に磁気
光学結晶４を配置し、偏光子３で直線偏光とした光線を
この磁気光学結晶４に入射する。磁気光学結晶４に入射
した光線はファラデー効果により、その偏光方向は磁界
の強度Ｈに比例した回転θを受ける。回転を受けた直線
偏光光は、偏光子３に対して透過偏光方向を４５度異な
るように配置した検光子５を通過する。この時、検光子
５を透過する光量は回転角θに比例する。すなわち、電
流の変化を光量の変化として検知することができるもの
である。
【０００４】以下に従来の光磁界センサについて説明す
る。図７は従来の光磁界センサの構成を示すものであ
る。（National Technical Report Vol.38 No.2 P.127
(1992)）図７において、２、７はレンズ、３は偏光子、
４は磁気光学結晶、５は検光子、６は全反射ミラー、９
は光ファイバである。偏光子３ および 検光子５は一辺
が５ｍｍの立方体の偏光ビームスプリッタを使用し、全
反射ミラー６も一辺が５ｍｍの立方体である。
る。図７は従来の光磁界センサの構成を示すものであ
る。（National Technical Report Vol.38 No.2 P.127
(1992)）図７において、２、７はレンズ、３は偏光子、
４は磁気光学結晶、５は検光子、６は全反射ミラー、９
は光ファイバである。偏光子３ および 検光子５は一辺
が５ｍｍの立方体の偏光ビームスプリッタを使用し、全
反射ミラー６も一辺が５ｍｍの立方体である。
【０００５】以上のように構成された光磁界センサにつ
いて、以下その動作について説明する。光ファイバ９に
入射した入射光ａはレンズ２で平行光となり、偏光子３
で直線偏光となった光線が磁気光学結晶４、偏光子３に
対して透過偏光方向を４５度異なるように配置した検光
子５を通過し、全反射ミラー６で反射し、レンズ７で光
ファイバ９に集光し、出射光ｂとして伝送される。磁気
光学結晶４に入射した光線はファラデー効果により、そ
の偏光方向は印加された磁界（すなわち磁気光学結晶４
を透過する磁界）の強度Ｈに比例した回転を受け、検光
子５を通過する。このとき検光子５を透過する光量は回
転角θに比例し、電流の変化を光量の変化として検知す
ることができるものである。
いて、以下その動作について説明する。光ファイバ９に
入射した入射光ａはレンズ２で平行光となり、偏光子３
で直線偏光となった光線が磁気光学結晶４、偏光子３に
対して透過偏光方向を４５度異なるように配置した検光
子５を通過し、全反射ミラー６で反射し、レンズ７で光
ファイバ９に集光し、出射光ｂとして伝送される。磁気
光学結晶４に入射した光線はファラデー効果により、そ
の偏光方向は印加された磁界（すなわち磁気光学結晶４
を透過する磁界）の強度Ｈに比例した回転を受け、検光
子５を通過する。このとき検光子５を透過する光量は回
転角θに比例し、電流の変化を光量の変化として検知す
ることができるものである。
【０００６】また、このような光磁界センサを用いて、
電線に流れる電流を測定する場合の構成を図８に示す。
電線３０を貫通させた、ギャップを有するコア２９のギ
ャップ部に光磁界センサ２４を設置し、光源２５からの
光を光ファイバ２６により光磁界センサ２４に入射し、
前記原理に基づき、ギャップ部に発生する磁界の変化に
比例して変化した光量を光ファイバ２６で光検出部２７
で受光し、信号処理用電気回路２８で電流計測処理を行
うものである。
電線に流れる電流を測定する場合の構成を図８に示す。
電線３０を貫通させた、ギャップを有するコア２９のギ
ャップ部に光磁界センサ２４を設置し、光源２５からの
光を光ファイバ２６により光磁界センサ２４に入射し、
前記原理に基づき、ギャップ部に発生する磁界の変化に
比例して変化した光量を光ファイバ２６で光検出部２７
で受光し、信号処理用電気回路２８で電流計測処理を行
うものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ギャップを有するコア
のギャップ部に光磁界センサを設置し、ギャップ部に発
生する磁界を検知し電流計測を行う場合、ギャップ間距
離が狭いほどギャップ部に発生する磁界が大きくなり、
光磁界センサ全体としての感度が向上すること、またこ
のギャップ間距離が広い場合、周囲の不要な磁界の影響
を受けやすく、電線に流れる電流により発生した磁界の
みを精度良く測定できないということが一般的に知られ
ている。
のギャップ部に光磁界センサを設置し、ギャップ部に発
生する磁界を検知し電流計測を行う場合、ギャップ間距
離が狭いほどギャップ部に発生する磁界が大きくなり、
光磁界センサ全体としての感度が向上すること、またこ
のギャップ間距離が広い場合、周囲の不要な磁界の影響
を受けやすく、電線に流れる電流により発生した磁界の
みを精度良く測定できないということが一般的に知られ
ている。
【０００８】図９に、コアのギャップ間距離とギャップ
部に発生する磁界強度との関係について示す。図９
（ａ）において、電線３０に流れる電流をＩ、コア２９
のギャップ間距離をＬｇ、ギャップ部に発生する磁界強
度をＨｇとした場合、一般的に式１のように表すことが
できる。
部に発生する磁界強度との関係について示す。図９
（ａ）において、電線３０に流れる電流をＩ、コア２９
のギャップ間距離をＬｇ、ギャップ部に発生する磁界強
度をＨｇとした場合、一般的に式１のように表すことが
できる。
【０００９】
【数１】Ｈｇ＝（Ｉ／Ｌｇ）×４π×１０-3 例えば、Ｉ＝２００Ａ、Ｌｇ＝２０ｍｍ（０.０２ｍ）
の場合、発生磁界Ｈｇは１２５.７ Ｏｅ となる。図９
（ｂ）に、印加電流２００Ａの時の式１の計算結果を示
す。
の場合、発生磁界Ｈｇは１２５.７ Ｏｅ となる。図９
（ｂ）に、印加電流２００Ａの時の式１の計算結果を示
す。
【００１０】図７の従来の構成では、コアのギャップ内
の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向
に配置するためには、少なくとも１５ｍｍ以上のギャッ
プ間距離が必要となり、より高感度化、高精度化を行う
場合の妨げとなっている。
の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向
に配置するためには、少なくとも１５ｍｍ以上のギャッ
プ間距離が必要となり、より高感度化、高精度化を行う
場合の妨げとなっている。
【００１１】すなわち、より高感度で、より高精度な光
磁界センサを実現するためには、コアのギャップ間距離
を極力狭くすることが必要となる。
磁界センサを実現するためには、コアのギャップ間距離
を極力狭くすることが必要となる。
【００１２】本発明は、このような従来のセンサの課題
を考慮し、コアのギャップ間距離を極力狭くし、より高
感度で、より高精度な光磁界センサを実現することを目
的とする。
を考慮し、コアのギャップ間距離を極力狭くし、より高
感度で、より高精度な光磁界センサを実現することを目
的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光磁界センサは、本発明は、集束形ロッドレ
ンズの一方の端面に配置された入射用光ファイバ及び出
射用光ファイバと、その集束形ロッドレンズの他方の側
に配置された第一の全反射ミラー及び第二の全反射ミラ
ーと、その第一、第二の全反射ミラーとの間に配置され
た磁気光学結晶とを備えた光磁界センサである。
に本発明の光磁界センサは、本発明は、集束形ロッドレ
ンズの一方の端面に配置された入射用光ファイバ及び出
射用光ファイバと、その集束形ロッドレンズの他方の側
に配置された第一の全反射ミラー及び第二の全反射ミラ
ーと、その第一、第二の全反射ミラーとの間に配置され
た磁気光学結晶とを備えた光磁界センサである。
【００１４】この構成によって、光磁界センサを構成す
る各々の光学部品を、集束形ロッドレンズの直径以内に
配置することが可能となり、コアのギャップ内の磁界が
光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向に光磁界
センサ配置する場合のコアのギャップ間距離は、基本的
にほぼ集束形ロッドレンズの直径程度とすることがで
き、コアのギャップ間距離を極力狭くすることが可能と
なり、より高感度で、より高精度な光磁界センサを実現
することができる。
る各々の光学部品を、集束形ロッドレンズの直径以内に
配置することが可能となり、コアのギャップ内の磁界が
光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向に光磁界
センサ配置する場合のコアのギャップ間距離は、基本的
にほぼ集束形ロッドレンズの直径程度とすることがで
き、コアのギャップ間距離を極力狭くすることが可能と
なり、より高感度で、より高精度な光磁界センサを実現
することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】請求項１の本発明は、集束形ロッ
ドレンズの一方の端面に配置された入射用光ファイバ及
び出射用光ファイバと、その集束形ロッドレンズの他方
の側に配置された第一の全反射ミラー及び第二の全反射
ミラーと、その第一、第二の全反射ミラーとの間に配置
された磁気光学結晶とを備え、前記入射用光ファイバか
ら出射した光線を前記集束形ロッドレンズで集束光と
し、前記集束光の光軸が前記集束形ロッドレンズの中心
軸に対してほぼ垂直となり、さらに前記集束光が前記集
束形ロッドレンズの中心軸上に集光するように、前記第
一の全反射ミラーで前記集束光を反射させ、この前記集
束光が前記集束形ロッドレンズの中心軸を通過し発散光
となった光線を、前記集束形ロッドレンズの中心軸を基
準にして実質上対称状態となる位置に配置された前記第
二の全反射ミラーで反射させ、この前記発散光を前記集
束形ロッドレンズで再度集光光とし、前記出射用光ファ
イバに集光させることを特徴とする光磁界センサであ
る。
ドレンズの一方の端面に配置された入射用光ファイバ及
び出射用光ファイバと、その集束形ロッドレンズの他方
の側に配置された第一の全反射ミラー及び第二の全反射
ミラーと、その第一、第二の全反射ミラーとの間に配置
された磁気光学結晶とを備え、前記入射用光ファイバか
ら出射した光線を前記集束形ロッドレンズで集束光と
し、前記集束光の光軸が前記集束形ロッドレンズの中心
軸に対してほぼ垂直となり、さらに前記集束光が前記集
束形ロッドレンズの中心軸上に集光するように、前記第
一の全反射ミラーで前記集束光を反射させ、この前記集
束光が前記集束形ロッドレンズの中心軸を通過し発散光
となった光線を、前記集束形ロッドレンズの中心軸を基
準にして実質上対称状態となる位置に配置された前記第
二の全反射ミラーで反射させ、この前記発散光を前記集
束形ロッドレンズで再度集光光とし、前記出射用光ファ
イバに集光させることを特徴とする光磁界センサであ
る。
【００１６】ここに、集束形ロッドレンズの一方の端面
に入射用光ファイバと出射用光ファイバとを各々配置
し、前記入射用光ファイバから出射した光線を前記集束
形ロッドレンズで集束光とし、前記集束光の光軸が前記
集束形ロッドレンズの中心軸に対してほぼ垂直となり、
さらに前記集束光が前記集束形ロッドレンズの中心軸上
に集光するように、第一の全反射ミラーで前記集束光を
反射させ、この前記集束光が前記集束形ロッドレンズの
中心軸を通過し発散光となった光線を、前記集束形ロッ
ドレンズの中心軸を基準にして線対称となる位置に配置
した第二の全反射ミラーで反射させ、この前記発散光を
前記集束形ロッドレンズで再度集光光とし、前記出射用
光ファイバに集光させる光学系を構成し、前記第一の全
反射ミラーで反射した光線が前記集束形ロッドレンズの
中心軸上に集光する位置に磁気光学結晶を、前記集光位
置が前記磁気光学結晶のほぼ中心に位置するように配置
し、さらに第一の全反射ミラーと前記磁気光学結晶との
間に偏光子を配置し、また前記磁気光学結晶と前記第二
の全反射ミラーとの間に、前記偏光子の透過偏光方向に
対して４５度異なる透過偏光方向を有する検光子を配置
する。
に入射用光ファイバと出射用光ファイバとを各々配置
し、前記入射用光ファイバから出射した光線を前記集束
形ロッドレンズで集束光とし、前記集束光の光軸が前記
集束形ロッドレンズの中心軸に対してほぼ垂直となり、
さらに前記集束光が前記集束形ロッドレンズの中心軸上
に集光するように、第一の全反射ミラーで前記集束光を
反射させ、この前記集束光が前記集束形ロッドレンズの
中心軸を通過し発散光となった光線を、前記集束形ロッ
ドレンズの中心軸を基準にして線対称となる位置に配置
した第二の全反射ミラーで反射させ、この前記発散光を
前記集束形ロッドレンズで再度集光光とし、前記出射用
光ファイバに集光させる光学系を構成し、前記第一の全
反射ミラーで反射した光線が前記集束形ロッドレンズの
中心軸上に集光する位置に磁気光学結晶を、前記集光位
置が前記磁気光学結晶のほぼ中心に位置するように配置
し、さらに第一の全反射ミラーと前記磁気光学結晶との
間に偏光子を配置し、また前記磁気光学結晶と前記第二
の全反射ミラーとの間に、前記偏光子の透過偏光方向に
対して４５度異なる透過偏光方向を有する検光子を配置
する。
【００１７】以下本発明の一実施の形態例について、図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
【００１８】図１は、本発明の一実施の形態例を示す構
成図である。また図２は、図１の要部（図１中Ａ部）の
拡大図である。図において１は入射用光ファイバ、２は
集束形ロッドレンズ、３は第一の全反射ミラー、４は偏
光子、５は磁気光学結晶、６は検光子、７は第二の全反
射ミラー、８は出射用光ファイバである。
成図である。また図２は、図１の要部（図１中Ａ部）の
拡大図である。図において１は入射用光ファイバ、２は
集束形ロッドレンズ、３は第一の全反射ミラー、４は偏
光子、５は磁気光学結晶、６は検光子、７は第二の全反
射ミラー、８は出射用光ファイバである。
【００１９】集束形ロッドレンズ２の一方の端面に入射
用光ファイバ１と出射用光ファイバ８とを各々配置し、
入射用光ファイバ１から出射した光線を集束形ロッドレ
ンズ２で図中の光線軌跡のような集束光とし、この集束
光を、その光軸が集束形ロッドレンズ２の中心軸に対し
てほぼ垂直となり、さらに集束光が集束形ロッドレンズ
２の中心軸上に集光するように、第一の全反射ミラー３
で集束光を反射させる。次に、この集束光が集束形ロッ
ドレンズ２の中心軸を通過し発散光となった光線を、集
束形ロッドレンズ２の中心軸を基準にして線対称となる
位置に配置した第二の全反射ミラー７で反射させ、この
発散光を集束形ロッドレンズ２で再度図中の光線軌跡の
ような集束光とし、出射用光ファイバ８に集光させる光
学系を構成する。さらに、第一の全反射ミラー３で反射
した光線が集束形ロッドレンズ２の中心軸上に集光する
位置に、磁気光学結晶５を、集光位置が磁気光学結晶５
のほぼ中心に位置するように配置し、さらに第一の全反
射ミラー３と磁気光学結晶５との間に偏光子４を配置
し、また磁気光学結晶５と第二の全反射ミラー７との間
に、偏光子４の透過偏光方向に対して４５度異なる透過
偏光方向を有する検光子６を配置し、被測定磁界が磁気
光学結晶５を透過する方向に光磁界センサを配置するこ
とにより、磁界を測定するものである。
用光ファイバ１と出射用光ファイバ８とを各々配置し、
入射用光ファイバ１から出射した光線を集束形ロッドレ
ンズ２で図中の光線軌跡のような集束光とし、この集束
光を、その光軸が集束形ロッドレンズ２の中心軸に対し
てほぼ垂直となり、さらに集束光が集束形ロッドレンズ
２の中心軸上に集光するように、第一の全反射ミラー３
で集束光を反射させる。次に、この集束光が集束形ロッ
ドレンズ２の中心軸を通過し発散光となった光線を、集
束形ロッドレンズ２の中心軸を基準にして線対称となる
位置に配置した第二の全反射ミラー７で反射させ、この
発散光を集束形ロッドレンズ２で再度図中の光線軌跡の
ような集束光とし、出射用光ファイバ８に集光させる光
学系を構成する。さらに、第一の全反射ミラー３で反射
した光線が集束形ロッドレンズ２の中心軸上に集光する
位置に、磁気光学結晶５を、集光位置が磁気光学結晶５
のほぼ中心に位置するように配置し、さらに第一の全反
射ミラー３と磁気光学結晶５との間に偏光子４を配置
し、また磁気光学結晶５と第二の全反射ミラー７との間
に、偏光子４の透過偏光方向に対して４５度異なる透過
偏光方向を有する検光子６を配置し、被測定磁界が磁気
光学結晶５を透過する方向に光磁界センサを配置するこ
とにより、磁界を測定するものである。
【００２０】ここで、偏光子４、磁気光学結晶５および
検光子６は、第一の全反射ミラー３と第二の全反射ミラ
ー７との間に上記の順番で配置されていれば良く、製造
時の作業性等を考慮し、偏光子４、磁気光学結晶５およ
び検光子６をあらかじめ一体化加工を施して配置しても
良い。
検光子６は、第一の全反射ミラー３と第二の全反射ミラ
ー７との間に上記の順番で配置されていれば良く、製造
時の作業性等を考慮し、偏光子４、磁気光学結晶５およ
び検光子６をあらかじめ一体化加工を施して配置しても
良い。
【００２１】また、集束形ロッドレンズ２からの出射光
を集束光とするためには、集束形ロッドレンズ２のレン
ズ内の光線の蛇行周期（ピッチ）を選定する必要があ
る。
を集束光とするためには、集束形ロッドレンズ２のレン
ズ内の光線の蛇行周期（ピッチ）を選定する必要があ
る。
【００２２】一般的に、集束形ロッドレンズの長さを
Ｚ、中心軸上の屈折率をＮ0、屈折率分布定数をＡと
し、集束形ロッドレンズへの入射光線の入射位置の中心
軸上からの距離をＲ1、入射光線の入射角度をθ1とする
と、集束形ロッドレンズからの出射光線の出射位置の中
心軸上からの距離Ｒ2 および 出射光線の出射角度θ2は
式２のように表される。
Ｚ、中心軸上の屈折率をＮ0、屈折率分布定数をＡと
し、集束形ロッドレンズへの入射光線の入射位置の中心
軸上からの距離をＲ1、入射光線の入射角度をθ1とする
と、集束形ロッドレンズからの出射光線の出射位置の中
心軸上からの距離Ｒ2 および 出射光線の出射角度θ2は
式２のように表される。
【００２３】
【数２】Ｒ2＝Ｒ1・cos（Ａ・Ｚ）＋θ1・（１／Ｎ0・
Ａ）・sin（Ａ・Ｚ） θ2＝−Ｒ1・Ｎ0・Ａ・sin（Ａ・Ｚ）＋θ1・cos（Ａ・
Ｚ） ここで一実施の形態例として、直径２ｍｍφ、レンズ内
の光線の蛇行周期０.３５Ｐ,屈折率分布定数０.２４
３、中心軸上の屈折率１.５５７ の使用波長８３０ｎｍ
用集束形ロッドレンズを使用した場合について述べる。
この集束形ロッドレンズの長さＺは、レンズ内の光線の
蛇行周期をＰとすると式３で求められ、約９ｍｍであ
る。
Ａ）・sin（Ａ・Ｚ） θ2＝−Ｒ1・Ｎ0・Ａ・sin（Ａ・Ｚ）＋θ1・cos（Ａ・
Ｚ） ここで一実施の形態例として、直径２ｍｍφ、レンズ内
の光線の蛇行周期０.３５Ｐ,屈折率分布定数０.２４
３、中心軸上の屈折率１.５５７ の使用波長８３０ｎｍ
用集束形ロッドレンズを使用した場合について述べる。
この集束形ロッドレンズの長さＺは、レンズ内の光線の
蛇行周期をＰとすると式３で求められ、約９ｍｍであ
る。
【００２４】
【数３】Ｚ＝（Ｐ×２π）／Ａ 集束形ロッドレンズ２の入射端面の中心軸から０.５ｍ
ｍの位置に入射用光ファイバ１の中心軸が位置するよう
に配置する。集束形ロッドレンズ２への入射光の広がり
半角は０.２１rad.程度であり、式２より計算すると、
光軸のレンズ出射角は約−８.８４度、図１中上方広が
り光線の出射角が約−１５.８度、図１中下方広がり光
線の出射角が約−１.９度となり、集束光となっている
ことがわかる。ここで、図１中下方広がり光線の出射角
に注目し、この出射角をほぼ０度に近い角度に設定する
ことにより、第一の全反射ミラー３、第二の全反射ミラ
ー７を集束形ロッドレンズ２の中心軸からの半径方向へ
の距離が集束形ロッドレンズ２の半径以内に位置するよ
うに配置することができる。これにより、磁気光学結晶
５、偏光子４、検光子６も集束形ロッドレンズ２の半径
以内に位置するように配置することができ、コア２９の
ギャップへ設置する光磁界センサ部の幅を、ほぼ集束形
ロッドレンズ２の直径以内とすることができる。
ｍの位置に入射用光ファイバ１の中心軸が位置するよう
に配置する。集束形ロッドレンズ２への入射光の広がり
半角は０.２１rad.程度であり、式２より計算すると、
光軸のレンズ出射角は約−８.８４度、図１中上方広が
り光線の出射角が約−１５.８度、図１中下方広がり光
線の出射角が約−１.９度となり、集束光となっている
ことがわかる。ここで、図１中下方広がり光線の出射角
に注目し、この出射角をほぼ０度に近い角度に設定する
ことにより、第一の全反射ミラー３、第二の全反射ミラ
ー７を集束形ロッドレンズ２の中心軸からの半径方向へ
の距離が集束形ロッドレンズ２の半径以内に位置するよ
うに配置することができる。これにより、磁気光学結晶
５、偏光子４、検光子６も集束形ロッドレンズ２の半径
以内に位置するように配置することができ、コア２９の
ギャップへ設置する光磁界センサ部の幅を、ほぼ集束形
ロッドレンズ２の直径以内とすることができる。
【００２５】尚、本実施の形態例では、０.３５Ｐの集
束形ロッドレンズについて述べたが、集束形ロッドレン
ズ２からの出射光を集束光とするには、集束形ロッドレ
ンズのレンズ内の光線の蛇行周期（ピッチ）をＰと表し
たとき、０.２５ ＜ Ｐ ＜ ０.５の範囲のピッチを有す
る集束形ロッドレンズを使用することで可能となる。
束形ロッドレンズについて述べたが、集束形ロッドレン
ズ２からの出射光を集束光とするには、集束形ロッドレ
ンズのレンズ内の光線の蛇行周期（ピッチ）をＰと表し
たとき、０.２５ ＜ Ｐ ＜ ０.５の範囲のピッチを有す
る集束形ロッドレンズを使用することで可能となる。
【００２６】さらに、図３に示す透明ブロック体９を準
備し、図４に示すように、第一の全反射ミラー３、偏光
子４、磁気光学結晶５、検光子６、第二の全反射ミラー
７を各々所定の角度で、所定の位置に配置し、集束形ロ
ッドレンズと接続することにより、比較的簡便に製作が
可能となるものである。図５に、この透明ブロック体９
を使用した光磁界センサの要部拡大図を示す。上述した
場合と同様に所望の効果が得られることは言うまでもな
い。
備し、図４に示すように、第一の全反射ミラー３、偏光
子４、磁気光学結晶５、検光子６、第二の全反射ミラー
７を各々所定の角度で、所定の位置に配置し、集束形ロ
ッドレンズと接続することにより、比較的簡便に製作が
可能となるものである。図５に、この透明ブロック体９
を使用した光磁界センサの要部拡大図を示す。上述した
場合と同様に所望の効果が得られることは言うまでもな
い。
【００２７】以上のように本実施の形態例によれば、集
束形ロッドレンズの一方の端面に入射用光ファイバと出
射用光ファイバとを各々配置し、前記入射用光ファイバ
から出射した光線を前記集束形ロッドレンズで集束光と
し、前記集束光の光軸が前記集束形ロッドレンズの中心
軸に対してほぼ垂直となり、さらに前記集束光が前記集
束形ロッドレンズの中心軸上に集光するように、第一の
全反射ミラーで前記集束光を反射させ、この前記集束光
が前記集束形ロッドレンズの中心軸を通過し発散光とな
った光線を、前記集束形ロッドレンズの中心軸を基準に
して線対称となる位置に配置した第二の全反射ミラーで
反射させ、この前記発散光を前記集束形ロッドレンズで
再度集光光とし、前記出射用光ファイバに集光させる光
学系を構成し、前記第一の全反射ミラーで反射した光線
が前記集束形ロッドレンズの中心軸上に集光する位置に
磁気光学結晶を、前記集光位置が前記磁気光学結晶のほ
ぼ中心に位置するように配置し、さらに第一の全反射ミ
ラーと前記磁気光学結晶との間に偏光子を配置し、また
前記磁気光学結晶と前記第二の全反射ミラーとの間に、
前記偏光子の透過偏光方向に対して４５度異なる透過偏
光方向を有する検光子を配置し、前記偏光子と前記磁気
光学結晶 および 前記検光子とを一体化して配置し、集
束形ロッドレンズのレンズ内の光線の蛇行周期（ピッ
チ）をＰと表したとき、 ０.２５ ＜ Ｐ ＜ ０.５ の範囲のピッチを有する集束形ロッドレンズを使用し、
前記磁気光学結晶、前記偏光子、前記検光子、前記第一
の全反射ミラー および 前記第二の全反射ミラーを、前
記集束形ロッドレンズの中心軸からの半径方向への距離
が前記集束形ロッドレンズの半径以内に位置するように
配置し、さらに、前記集束形ロッドレンズからの出射光
が、前記第一の全反射ミラーで反射し、前記偏光子、前
記磁気光学結晶 および 前記検光子を透過し、前記第二
の全反射ミラーで反射し、前記集束形ロッドレンズで前
記出射用光ファイバに集光するように、透明ブロック体
の所定の位置に、前記第一の全反射ミラー、前記偏光
子、前記磁気光学結晶、前記検光子 および 前記第二の
全反射ミラーを配置固定することにより、光磁界センサ
を構成する各々の光学部品を、集束形ロッドレンズの直
径以内に配置することが可能となり、コアのギャップ内
の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向
に光磁界センサ配置する場合のコアのギャップ間距離
は、基本的にほぼ集束形ロッドレンズの直径程度とする
ことができ、コアのギャップ間距離を極力狭くすること
が可能となり、より高感度で、より高精度な光磁界セン
サを実現することができる。
束形ロッドレンズの一方の端面に入射用光ファイバと出
射用光ファイバとを各々配置し、前記入射用光ファイバ
から出射した光線を前記集束形ロッドレンズで集束光と
し、前記集束光の光軸が前記集束形ロッドレンズの中心
軸に対してほぼ垂直となり、さらに前記集束光が前記集
束形ロッドレンズの中心軸上に集光するように、第一の
全反射ミラーで前記集束光を反射させ、この前記集束光
が前記集束形ロッドレンズの中心軸を通過し発散光とな
った光線を、前記集束形ロッドレンズの中心軸を基準に
して線対称となる位置に配置した第二の全反射ミラーで
反射させ、この前記発散光を前記集束形ロッドレンズで
再度集光光とし、前記出射用光ファイバに集光させる光
学系を構成し、前記第一の全反射ミラーで反射した光線
が前記集束形ロッドレンズの中心軸上に集光する位置に
磁気光学結晶を、前記集光位置が前記磁気光学結晶のほ
ぼ中心に位置するように配置し、さらに第一の全反射ミ
ラーと前記磁気光学結晶との間に偏光子を配置し、また
前記磁気光学結晶と前記第二の全反射ミラーとの間に、
前記偏光子の透過偏光方向に対して４５度異なる透過偏
光方向を有する検光子を配置し、前記偏光子と前記磁気
光学結晶 および 前記検光子とを一体化して配置し、集
束形ロッドレンズのレンズ内の光線の蛇行周期（ピッ
チ）をＰと表したとき、 ０.２５ ＜ Ｐ ＜ ０.５ の範囲のピッチを有する集束形ロッドレンズを使用し、
前記磁気光学結晶、前記偏光子、前記検光子、前記第一
の全反射ミラー および 前記第二の全反射ミラーを、前
記集束形ロッドレンズの中心軸からの半径方向への距離
が前記集束形ロッドレンズの半径以内に位置するように
配置し、さらに、前記集束形ロッドレンズからの出射光
が、前記第一の全反射ミラーで反射し、前記偏光子、前
記磁気光学結晶 および 前記検光子を透過し、前記第二
の全反射ミラーで反射し、前記集束形ロッドレンズで前
記出射用光ファイバに集光するように、透明ブロック体
の所定の位置に、前記第一の全反射ミラー、前記偏光
子、前記磁気光学結晶、前記検光子 および 前記第二の
全反射ミラーを配置固定することにより、光磁界センサ
を構成する各々の光学部品を、集束形ロッドレンズの直
径以内に配置することが可能となり、コアのギャップ内
の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結晶を透過する方向
に光磁界センサ配置する場合のコアのギャップ間距離
は、基本的にほぼ集束形ロッドレンズの直径程度とする
ことができ、コアのギャップ間距離を極力狭くすること
が可能となり、より高感度で、より高精度な光磁界セン
サを実現することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、光磁界センサを構成する各々の光学部品を、
集束形ロッドレンズの直径以内に配置することができ、
コアのギャップ内の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結
晶を透過する方向に光磁界センサ配置する場合のコアの
ギャップ間距離は、基本的にほぼ集束形ロッドレンズの
直径程度とすることができ、コアのギャップ間距離を極
力狭くすることが可能となった。その結果、より高感度
で、より高精度な光磁界センサを実現することができる
ものである。
本発明は、光磁界センサを構成する各々の光学部品を、
集束形ロッドレンズの直径以内に配置することができ、
コアのギャップ内の磁界が光磁界センサ内の磁気光学結
晶を透過する方向に光磁界センサ配置する場合のコアの
ギャップ間距離は、基本的にほぼ集束形ロッドレンズの
直径程度とすることができ、コアのギャップ間距離を極
力狭くすることが可能となった。その結果、より高感度
で、より高精度な光磁界センサを実現することができる
ものである。
【図１】本発明の一実施の形態例における光磁界センサ
の構成図
の構成図
【図２】本発明の一実施の形態例における光磁界センサ
の構成の要部拡大図
の構成の要部拡大図
【図３】本発明の一実施の形態例に使用する透明ブロッ
ク体の概略図
ク体の概略図
【図４】透明ブロック体への主要部品配置図
【図５】透明ブロック体を使用した光磁界センサの要部
拡大図
拡大図
【図６】光磁界センサ原理図
【図７】従来の光磁界センサの構成図
【図８】光磁界センサによる電流測定構成図
【図９】コアのギャップ間距離と発生磁界の関係をしめ
す図
す図
１ ・・・・・・ 入射用光ファイバ ２ ・・・・・・ 集束形ロッドレンズ ３ ・・・・・・ 第一の全反射ミラー ４ ・・・・・・ 偏光子 ５ ・・・・・・ 磁気光学結晶 ６ ・・・・・・ 検光子 ７ ・・・・・・ 第二の全反射ミラー ８ ・・・・・・ 出射用光ファイバ ９ ・・・・・・ 透明ブロック体
Claims (5)
- 【請求項１】集束形ロッドレンズの一方の端面に配置さ
れた入射用光ファイバ及び出射用光ファイバと、その集
束形ロッドレンズの他方の側に配置された第一の全反射
ミラー及び第二の全反射ミラーと、その第一、第二の全
反射ミラーとの間に配置された磁気光学結晶とを備え、
前記入射用光ファイバから出射した光線を前記集束形ロ
ッドレンズで集束光とし、前記集束光の光軸が前記集束
形ロッドレンズの中心軸に対してほぼ垂直となり、さら
に前記集束光が前記集束形ロッドレンズの中心軸上に集
光するように、前記第一の全反射ミラーで前記集束光を
反射させ、この前記集束光が前記集束形ロッドレンズの
中心軸を通過し発散光となった光線を、前記集束形ロッ
ドレンズの中心軸を基準にして実質上対称状態となる位
置に配置された前記第二の全反射ミラーで反射させ、こ
の前記発散光を前記集束形ロッドレンズで再度集光光と
し、前記出射用光ファイバに集光させることを特徴とす
る光磁界センサ。 - 【請求項２】前記第一の全反射ミラーで反射した光線が
前記集束形ロッドレンズの中心軸上に集光する位置が前
記磁気光学結晶のほぼ中心に位置し、さらに第一の全反
射ミラーと前記磁気光学結晶との間に偏光子を配置し、
また前記磁気光学結晶と前記第二の全反射ミラーとの間
に、前記偏光子の透過偏光方向に対して実質上４５度異
なる透過偏光方向を有する検光子を配置したことを特徴
とする請求項１に記載の光磁界センサ。 - 【請求項３】集束形ロッドレンズのレンズ内の光線の蛇
行周期（ピッチ）をＰと表したとき、０.２５ ＜ Ｐ ＜
０.５の範囲のピッチを有する集束形ロッドレンズを使
用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
光磁界センサ。 - 【請求項４】前記磁気光学結晶、前記偏光子、前記検光
子、前記第一の全反射ミラーおよび前記第二の全反射ミ
ラーを、前記集束形ロッドレンズの中心軸からの半径方
向への距離が前記集束形ロッドレンズの半径以内に位置
するように配置させたことを特徴とする請求項２に記載
の光磁界センサ。 - 【請求項５】前記集束形ロッドレンズからの出射光が、
前記第一の全反射ミラーで反射し、前記偏光子、前記磁
気光学結晶および前記検光子を透過し、前記第二の全反
射ミラーで反射し、前記集束形ロッドレンズで前記出射
用光ファイバに集光するように、透明ブロック体の所定
の位置に、前記第一の全反射ミラー、前記偏光子、前記
磁気光学結晶、前記検光子および前記第二の全反射ミラ
ーを配置固定することを特徴とする請求項２に記載の光
磁界センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29937995A JP3153452B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 光磁界センサ |
| DE69630186T DE69630186T2 (de) | 1995-11-17 | 1996-11-14 | Faseroptischer Magnetfeldsensor |
| EP96118279A EP0774669B1 (en) | 1995-11-17 | 1996-11-14 | Optical fiber magnetic-field sensor |
| US08/751,683 US5742157A (en) | 1995-11-17 | 1996-11-18 | Optical fiber magnetic-field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29937995A JP3153452B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 光磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145809A true JPH09145809A (ja) | 1997-06-06 |
| JP3153452B2 JP3153452B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=17871806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29937995A Expired - Lifetime JP3153452B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 光磁界センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5742157A (ja) |
| EP (1) | EP0774669B1 (ja) |
| JP (1) | JP3153452B2 (ja) |
| DE (1) | DE69630186T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011161969A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | アダマンド工業株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
| CN103038647A (zh) * | 2011-08-09 | 2013-04-10 | 丰田自动车株式会社 | 固定有电流检测头的导体以及该导体的制造中所使用的电流检测头 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6333809B1 (en) | 1996-02-21 | 2001-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magneto-optical element |
| JPH09230013A (ja) * | 1996-02-21 | 1997-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光磁界センサプローブ及び磁気光学素子 |
| US6534977B1 (en) * | 1998-10-21 | 2003-03-18 | Paul Duncan | Methods and apparatus for optically measuring polarization rotation of optical wavefronts using rare earth iron garnets |
| US6498654B1 (en) | 1999-06-11 | 2002-12-24 | Harco Laboratories, Inc. | Optical proximity detector |
| JP4656282B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2011-03-23 | 日本電気株式会社 | 磁界測定装置 |
| US7643764B2 (en) | 2007-01-22 | 2010-01-05 | Xerox Corporation | Reflective sensor sampling for tone reproduction control regulation |
| US8085472B2 (en) * | 2009-10-28 | 2011-12-27 | Tyco Electronics Corporation | Expanded beam interface device and method for fabricating same |
| JP6217674B2 (ja) * | 2015-03-13 | 2017-10-25 | 横河電機株式会社 | 透過プローブ、光学装置および液浸透過測定方法 |
| US20180177404A1 (en) * | 2015-06-26 | 2018-06-28 | Lightlab Imaging, Inc. | Gradient Index Lens Assembly-Based Imaging Apparatus, Systems and Methods |
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| US4947035A (en) * | 1988-08-08 | 1990-08-07 | Cornell Research Foundation, Inc. | Fiber optic transducer using faraday effect |
| 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 |
| US5192862A (en) * | 1991-12-19 | 1993-03-09 | Simmonds Precision Products, Inc. | Polarizerless magneto-optic speed and torque sensor |
| US5280173A (en) * | 1992-01-31 | 1994-01-18 | Brown University Research Foundation | Electric and electromagnetic field sensing system including an optical transducer |
| US5485079A (en) * | 1993-03-29 | 1996-01-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magneto-optical element and optical magnetic field sensor |
-
1995
- 1995-11-17 JP JP29937995A patent/JP3153452B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-11-14 DE DE69630186T patent/DE69630186T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-11-14 EP EP96118279A patent/EP0774669B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-11-18 US US08/751,683 patent/US5742157A/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2011161969A1 (ja) * | 2010-06-24 | 2011-12-29 | アダマンド工業株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
| CN102959422A (zh) * | 2010-06-24 | 2013-03-06 | Adamant工业株式会社 | 双芯光纤磁场传感器 |
| JP5853288B2 (ja) * | 2010-06-24 | 2016-02-09 | アダマンド株式会社 | ２芯光ファイバ磁界センサ |
| US9285435B2 (en) | 2010-06-24 | 2016-03-15 | Adamant Kogyo, Ltd. | Two-core optical fiber magnetic field sensor |
| CN103038647A (zh) * | 2011-08-09 | 2013-04-10 | 丰田自动车株式会社 | 固定有电流检测头的导体以及该导体的制造中所使用的电流检测头 |
| DE112011100109T5 (de) | 2011-08-09 | 2013-04-11 | Toyota Jidosha K.K. | Leiter, an dem ein Stromermittlungskopf befestigt ist, und bei dessen Herstellung benutzer Stromermittlungskopf |
| US8947072B2 (en) | 2011-08-09 | 2015-02-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Conductor to which current detection head is fixed, and current detection head used in manufacture of same |
| DE112011100109B4 (de) | 2011-08-09 | 2017-11-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Leiter, an dem ein Stromermittlungskopf befestigt ist, und bei dessen Herstellung benutzer Stromermittlungskopf |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69630186D1 (de) | 2003-11-06 |
| JP3153452B2 (ja) | 2001-04-09 |
| EP0774669A1 (en) | 1997-05-21 |
| EP0774669B1 (en) | 2003-10-01 |
| US5742157A (en) | 1998-04-21 |
| DE69630186T2 (de) | 2004-04-29 |
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