JPS6080778A - 磁界測定装置 - Google Patents
磁界測定装置Info
- Publication number
- JPS6080778A JPS6080778A JP18910383A JP18910383A JPS6080778A JP S6080778 A JPS6080778 A JP S6080778A JP 18910383 A JP18910383 A JP 18910383A JP 18910383 A JP18910383 A JP 18910383A JP S6080778 A JPS6080778 A JP S6080778A
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- light
- plastic
- magnetic field
- light emitting
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- Pending
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Classifications
-
- 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
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、磁界に感応して光の偏波面が回転するファラ
デー効果を応用した磁界測定装置に関し、高いコストハ
フォーマンスと量産性を備えた実用的な磁界測定装置を
提供せんとするものである。
デー効果を応用した磁界測定装置に関し、高いコストハ
フォーマンスと量産性を備えた実用的な磁界測定装置を
提供せんとするものである。
従来例の構成とその問題点
発光ダイオード、第１の光ファイノ（、第１のレンズ、
第１の偏光素子、ファラデー効果を有する磁気光学物質
、第２の偏光素子、第２のレンズ。
第１の偏光素子、ファラデー効果を有する磁気光学物質
、第２の偏光素子、第２のレンズ。
第２の光ファイバ、および受光素子（以下それぞれＬＥ
Ｄ、入射ファイノ＜、入射レンズ、偏光子。
Ｄ、入射ファイノ＜、入射レンズ、偏光子。
ファラデー素子、検光子、出射レンズ、出射ファイバ、
ＰＤと略称する）をこの順に光学的に結合してなるセン
サ部と、前記ＬＥＤを発光させる電気回路および前記Ｐ
Ｄの出力をｈ１側する電気回路（以下それぞれ発光回路
、受光回路と略称する）とを含む電気回路部とで構成し
／こ磁界測定装置においては、ファラデー素子のベルデ
定数が大きくてかつ温度依存性が小さいこと、最終ＰＤ
に受光される光パワーが大きいこと、さらにＰＤの内部
雑音が小さいことの３点が装置の性能を高める上で重要
な要件である。一方、実用性の観点からは、上記性能対
コストいわゆるコストパフォーマンスと量産性の点が重
視されなければならない。
ＰＤと略称する）をこの順に光学的に結合してなるセン
サ部と、前記ＬＥＤを発光させる電気回路および前記Ｐ
Ｄの出力をｈ１側する電気回路（以下それぞれ発光回路
、受光回路と略称する）とを含む電気回路部とで構成し
／こ磁界測定装置においては、ファラデー素子のベルデ
定数が大きくてかつ温度依存性が小さいこと、最終ＰＤ
に受光される光パワーが大きいこと、さらにＰＤの内部
雑音が小さいことの３点が装置の性能を高める上で重要
な要件である。一方、実用性の観点からは、上記性能対
コストいわゆるコストパフォーマンスと量産性の点が重
視されなければならない。
従来、このような方式の磁界測定装置においては、ＬＥ
Ｄについては０．８．ｕｍ〜１．３μｍに発光ピーク波
長を持つ光通信用赤外発光ダイオードが主として用いら
れてきた。その理由は、発光パワーが大きいこと、ファ
ラデー素子の透過率が高いこと、光通信用石英光ファイ
バへの結合効率が高いこと等があげられる。！、だ光フ
ァイバについてはコア径５０μｍ〜１００１１ｍの石英
系光ファイバが主に検討されている。これは比較的長距
離の伝送に対し光損失が少ないこと等による。特に前記
赤外光領域ではプラスチックファイバは損失がきわめて
大きく実質的に用いることが出来ない。
Ｄについては０．８．ｕｍ〜１．３μｍに発光ピーク波
長を持つ光通信用赤外発光ダイオードが主として用いら
れてきた。その理由は、発光パワーが大きいこと、ファ
ラデー素子の透過率が高いこと、光通信用石英光ファイ
バへの結合効率が高いこと等があげられる。！、だ光フ
ァイバについてはコア径５０μｍ〜１００１１ｍの石英
系光ファイバが主に検討されている。これは比較的長距
離の伝送に対し光損失が少ないこと等による。特に前記
赤外光領域ではプラスチックファイバは損失がきわめて
大きく実質的に用いることが出来ない。
また偏光素子については方解石や二酸化チタン等を素材
とした複屈折利用形ものが多用されている。
とした複屈折利用形ものが多用されている。
この理由に棟々あげることが出来るが、とりわけ前記の
ようなコア径の小さい光通信用ファイバを用いることに
より、熱膨張係数の小さい偏光、素子を用いて、温度変
化による光軸のずれからくる光伝送ロスを低減する必要
性も、これらの偏光素子が多用される大きな理由である
。まだファラデー素子については、これまで磁性ガーネ
７ ト（ＲＩＧ）単結晶、ビスマスシリコンオキサイド
（ＢＳＯ）単結晶、ビスマスゲルマニウムオキサイド（
ＢＧＯ）単結晶、鉛ガラス（ＳＦ−６）、ファラデー回
転ガラス（ｊＲ−５）などが用いられてきたが、これら
は後述のとおり固有の問題点を有する。ＰＤについては
、１．３μｍの波長帯ではＧｅ ホトダイオードが、０
．８μｍ−１ｐｍ帯ではＳｔ Ｐ Ｉ Ｎホトダイオー
ドが主に用いられる。Ｇｅ ホトダイオードは熱雑音が
５ｉＰＩＮホトダイオードよりおよそ２桁程度太きいが
、約１μｍを超えると５ｔＰＩＮホトダイオードが用い
られなくなることによる。
ようなコア径の小さい光通信用ファイバを用いることに
より、熱膨張係数の小さい偏光、素子を用いて、温度変
化による光軸のずれからくる光伝送ロスを低減する必要
性も、これらの偏光素子が多用される大きな理由である
。まだファラデー素子については、これまで磁性ガーネ
７ ト（ＲＩＧ）単結晶、ビスマスシリコンオキサイド
（ＢＳＯ）単結晶、ビスマスゲルマニウムオキサイド（
ＢＧＯ）単結晶、鉛ガラス（ＳＦ−６）、ファラデー回
転ガラス（ｊＲ−５）などが用いられてきたが、これら
は後述のとおり固有の問題点を有する。ＰＤについては
、１．３μｍの波長帯ではＧｅ ホトダイオードが、０
．８μｍ−１ｐｍ帯ではＳｔ Ｐ Ｉ Ｎホトダイオー
ドが主に用いられる。Ｇｅ ホトダイオードは熱雑音が
５ｉＰＩＮホトダイオードよりおよそ２桁程度太きいが
、約１μｍを超えると５ｔＰＩＮホトダイオードが用い
られなくなることによる。
以上のとおり従来のものを概観すると、大別して２つの
問題点が指摘できる。そのひとつはファラデー素子に関
する。前述のものについて述べると、ＲＩＧはベルデ定
数が特別大きい反面、通常その温度変化が大きいこと、
短波長の光吸収が大きいこと、従って通常１．３μｍの
波長領域で用いられ、内部雑音の大きいＧｅＰＤを用い
なければならないこと、強磁性体特有の磁気飽和やヒス
テリシス現象を有することなどがある。ＢＳＯやＢＣｉ
Ｏは単結晶で用いられるだめ量産性に欠け、ＢＳＯにつ
いては旋光性を有することが難点である。鉛ガラスはベ
ルデ定数が低く、一方フアラデーガラスはベルデ定数が
温度により大きく変動する。第２の問題点は、先に述べ
たように光通信用部品を流用した比較的微小光学的構成
にある。そのため受発光素子、光ファイバ、偏光素子等
は高価であり、組立や加工も高い精密度を要する。従っ
て、磁界測定装置としては一般に量産性に欠け、高１曲
なものにな一〕でいる。
問題点が指摘できる。そのひとつはファラデー素子に関
する。前述のものについて述べると、ＲＩＧはベルデ定
数が特別大きい反面、通常その温度変化が大きいこと、
短波長の光吸収が大きいこと、従って通常１．３μｍの
波長領域で用いられ、内部雑音の大きいＧｅＰＤを用い
なければならないこと、強磁性体特有の磁気飽和やヒス
テリシス現象を有することなどがある。ＢＳＯやＢＣｉ
Ｏは単結晶で用いられるだめ量産性に欠け、ＢＳＯにつ
いては旋光性を有することが難点である。鉛ガラスはベ
ルデ定数が低く、一方フアラデーガラスはベルデ定数が
温度により大きく変動する。第２の問題点は、先に述べ
たように光通信用部品を流用した比較的微小光学的構成
にある。そのため受発光素子、光ファイバ、偏光素子等
は高価であり、組立や加工も高い精密度を要する。従っ
て、磁界測定装置としては一般に量産性に欠け、高１曲
なものにな一〕でいる。
発明の目的
本発明の目的は、磁界に対する感度が高く、かつ温度の
影響を受けにくい磁界測定装置を安価にド、第１のプラ
スチック光ファイバ、第１のレンズ、第１の二色性プラ
スチック偏光素子、ｎ−Ｖｌ族化合物の多結晶体、第２
の二色性フリスチック偏光素子、第２のレンズ、第２の
プラスチック光ファイバ、５ｉＰＩＮホトダイオードを
順次光学的に結合したセンサ部と、前記発光ダイオード
を発光させる電気回路および前記５ｉＰＩＮボトダイオ
ードの出力を計測する電気回路とを含む電気回路部とで
構成したものである。
影響を受けにくい磁界測定装置を安価にド、第１のプラ
スチック光ファイバ、第１のレンズ、第１の二色性プラ
スチック偏光素子、ｎ−Ｖｌ族化合物の多結晶体、第２
の二色性フリスチック偏光素子、第２のレンズ、第２の
プラスチック光ファイバ、５ｉＰＩＮホトダイオードを
順次光学的に結合したセンサ部と、前記発光ダイオード
を発光させる電気回路および前記５ｉＰＩＮボトダイオ
ードの出力を計測する電気回路とを含む電気回路部とで
構成したものである。
実施例の説明
１ｌ−Ｖｌ族化合物と総称されるＺｎ５ｅ 、 ＺｎＴ
ｅ 、ＣｄＳｅ 。
ｅ 、ＣｄＳｅ 。
ＺｎＯ，ＺｎＳ等の単結晶は大きなファラデー回転能を
有することが知られている。しかし、これらの単結晶を
大量に得る結晶技術は今日なお確立されたとはいい難く
、−産業的利用には未だ入手困難な現状であり、従って
価格も高い。本発明は、ｎ−Ｖｌ族化合物結晶を大量に
製造できる成長方法を検削する過程で、気相成長法によ
る多結晶体が、単結晶に劣らない特性が得られることを
見い出した。
有することが知られている。しかし、これらの単結晶を
大量に得る結晶技術は今日なお確立されたとはいい難く
、−産業的利用には未だ入手困難な現状であり、従って
価格も高い。本発明は、ｎ−Ｖｌ族化合物結晶を大量に
製造できる成長方法を検削する過程で、気相成長法によ
る多結晶体が、単結晶に劣らない特性が得られることを
見い出した。
例えばＺｎＳ ｅ多結晶体のベルデ定数は、第１図に示
すように増結晶のそれに近く、鉛ガラスやンァラデーガ
ラスよシも大きい。しかも、Ｚｎ５ｅ単結晶の温度特性
が２ｏ〜１２Ｑ℃で±１％であるのに対し、多結晶の方
は±０．３％とすぐれた値が得られた。しかもＺｎ５ｅ
の多結晶体は赤外線用窓材としてすでに大量に供給され
ており、入手が容易でコストも鉛ガラス等より格段に安
価である。
すように増結晶のそれに近く、鉛ガラスやンァラデーガ
ラスよシも大きい。しかも、Ｚｎ５ｅ単結晶の温度特性
が２ｏ〜１２Ｑ℃で±１％であるのに対し、多結晶の方
は±０．３％とすぐれた値が得られた。しかもＺｎ５ｅ
の多結晶体は赤外線用窓材としてすでに大量に供給され
ており、入手が容易でコストも鉛ガラス等より格段に安
価である。
本発明は、このように多くの特長を有するｎ −■族化
合物の多結晶体の利点をさらに活用したものであり、そ
の構成を第２図に示す。図において、１はファラデー素
子としてのＨ−Ｖｌ族化合物の多結晶体であり、相対す
る両面を光学研磨したものである。この両面に、偏光通
過方向が互に４５゜の勾きを有する二色性プラスチック
偏光素子２゜２．３およびファラデー素子１を透過した
のち出射プラスチックファイバ６に効率よく集光するよ
うに入射レンズ６と出射レンズ７を設ける。入射レンズ
は入射ファイバからの出射光を平行性ビームに変換し、
出射レンズはこの逆の作用を有する。
合物の多結晶体の利点をさらに活用したものであり、そ
の構成を第２図に示す。図において、１はファラデー素
子としてのＨ−Ｖｌ族化合物の多結晶体であり、相対す
る両面を光学研磨したものである。この両面に、偏光通
過方向が互に４５゜の勾きを有する二色性プラスチック
偏光素子２゜２．３およびファラデー素子１を透過した
のち出射プラスチックファイバ６に効率よく集光するよ
うに入射レンズ６と出射レンズ７を設ける。入射レンズ
は入射ファイバからの出射光を平行性ビームに変換し、
出射レンズはこの逆の作用を有する。
８はＬＥＤであり、入射ファイバに光を入力する。
９は入射ファイバとＬＥＤを効率よく結合し、かつ電気
回路部１０との接続を行うコネクタ手段である。１１は
ＰＤであり、出射ファイバからの光を受光する。１２は
出射ファイバとＰＤを効率よく結合し、かつ電気回路部
との接続を行うコネクタ手段である。電気回路部は、発
光回路と計測回路を含む。
回路部１０との接続を行うコネクタ手段である。１１は
ＰＤであり、出射ファイバからの光を受光する。１２は
出射ファイバとＰＤを効率よく結合し、かつ電気回路部
との接続を行うコネクタ手段である。電気回路部は、発
光回路と計測回路を含む。
ＬＥＤの発光波長はピーク強度が可視光領域にあるもの
で、例えば６６０ｎｍに選ぶことができる。この値に設
定することにより、第１図からもわかるようにベルデ定
数の大きい所を使えること、現在のプラスチックファイ
バの伝送損失が少ない所を使えること、表示用等に大量
に市販されているＬＥＤが用いられること、センサ部の
光軸合わせが目視でも可能なことなど多くの利点を有す
る。
で、例えば６６０ｎｍに選ぶことができる。この値に設
定することにより、第１図からもわかるようにベルデ定
数の大きい所を使えること、現在のプラスチックファイ
バの伝送損失が少ない所を使えること、表示用等に大量
に市販されているＬＥＤが用いられること、センサ部の
光軸合わせが目視でも可能なことなど多くの利点を有す
る。
人、出射光ファイバをプラスチックファイバにすること
により、光ファイバのコア径を大きくするこができるた
め強い光を送受することができ、しかも柔軟であるため
扱いやすい。偏光素子として二色性プラスチック偏光板
を用いるのは、第１にＩＩ−Ｖｌ族化合物の多結晶は、
単結晶に比べると機態膨張係数の差による応力によって
クラックを生じることがあること、第２に二色性プラス
チック偏光板は先に述べたＬＥＤ、プラスチック光ファ
イバ、ＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶などと同様に汎用市販
品であり、入手し易く、安価であるだめである。
により、光ファイバのコア径を大きくするこができるた
め強い光を送受することができ、しかも柔軟であるため
扱いやすい。偏光素子として二色性プラスチック偏光板
を用いるのは、第１にＩＩ−Ｖｌ族化合物の多結晶は、
単結晶に比べると機態膨張係数の差による応力によって
クラックを生じることがあること、第２に二色性プラス
チック偏光板は先に述べたＬＥＤ、プラスチック光ファ
イバ、ＩＩ−Ｖｌ族化合物多結晶などと同様に汎用市販
品であり、入手し易く、安価であるだめである。
これらの各個別部品は接着材等で組み立てるが、光ファ
イバのコア径を２５０μｍ〜１０００７１ｍにすると光
軸合わせは著しく容易になる。コア径が２５０μｍ未満
になると光損失が増大するとともに、ＬＥＤからの入射
パワが小さくなシ実用的でない。まだ１００ｏ／ｉｍを
超える値にしても最終受光パワーは余り増加せず、光フ
ァイバの重みが増すために組立部分に大きな力が加わり
信頼性が低下する。
イバのコア径を２５０μｍ〜１０００７１ｍにすると光
軸合わせは著しく容易になる。コア径が２５０μｍ未満
になると光損失が増大するとともに、ＬＥＤからの入射
パワが小さくなシ実用的でない。まだ１００ｏ／ｉｍを
超える値にしても最終受光パワーは余り増加せず、光フ
ァイバの重みが増すために組立部分に大きな力が加わり
信頼性が低下する。
上記構成において、ｎ−Ｖｌ族化合物としてＺｎ５ｅ多
結晶体を５閣に切断したもの、偏光素子としてポラロイ
ド社のＨＮ３８（厚み０．８ｍｍ）、レンズは自己集束
性ロッド状レンズのへピッチのもの、光ファイバはコア
径５００μｍのアクリル系ステップインデクスプラスチ
ックファイバ（長さ４ ｍ ）、ＬＥＤは波長６６０ｎ
ｍの赤色ＬＥＤ１受光素子は５ｉＰＩＮホトダイオード
を用いた実施例について述べる。挿入損失は−ｅｄＥの
偏光ロスを除くと一６ｄＢであり、受光パワーは１μＷ
以上が得られ、入射光量対雑音比は帯域１０ＫＨｚで７
２ｄＢと十分実用的な結果を（Ｊ ／（ｏ最小検出感度
は１エルステツドであり、割算による試算結果とよい一
致をみた。まだ温度特性もＺｎ５ｅ多結晶単体のデータ
と測定誤差内で一致した。
結晶体を５閣に切断したもの、偏光素子としてポラロイ
ド社のＨＮ３８（厚み０．８ｍｍ）、レンズは自己集束
性ロッド状レンズのへピッチのもの、光ファイバはコア
径５００μｍのアクリル系ステップインデクスプラスチ
ックファイバ（長さ４ ｍ ）、ＬＥＤは波長６６０ｎ
ｍの赤色ＬＥＤ１受光素子は５ｉＰＩＮホトダイオード
を用いた実施例について述べる。挿入損失は−ｅｄＥの
偏光ロスを除くと一６ｄＢであり、受光パワーは１μＷ
以上が得られ、入射光量対雑音比は帯域１０ＫＨｚで７
２ｄＢと十分実用的な結果を（Ｊ ／（ｏ最小検出感度
は１エルステツドであり、割算による試算結果とよい一
致をみた。まだ温度特性もＺｎ５ｅ多結晶単体のデータ
と測定誤差内で一致した。
発明の効果
以上のような本発明の磁界測定装置には、次の性プラス
チック偏光板、大ロ径プラスチック光ファイバ、可視Ｌ
ＥＤ、５ｉＰＩＮホトダイオードの組み合せにより、ベ
ルデ定数が大きく、温度特性が安定で、かつまた受光パ
ワーが大きいため、高感度で精度が高い。
チック偏光板、大ロ径プラスチック光ファイバ、可視Ｌ
ＥＤ、５ｉＰＩＮホトダイオードの組み合せにより、ベ
ルデ定数が大きく、温度特性が安定で、かつまた受光パ
ワーが大きいため、高感度で精度が高い。
（２）使用部品のいずれも入手し易く、かつ安価な汎用
製品であるだめ、量産性にすぐれ、安価に供給できる。
製品であるだめ、量産性にすぐれ、安価に供給できる。
（３）光軸合せが目視で容易に行える。
（４）熱的５機械的応力に強く、信頼性が高い。
第１図は本発明の実施例に用いた多結晶Ｚｎ５ｅのファ
ラデー回転能の波長特性図、第２図は本発明の磁界測定
装置の正面図である。 １ ・・ｎ−ｖｔ族化合物の多結晶体、２，３・・・二
色性プラスチック偏光素子、４，６・・・・・・プラス
チック光ファイバ、６，７・・・・レンズ、８・・・・
・・発光ダイオード、９，１２・・・・・・コネクタ手
段、１゜・・・・・電気回路部、１１・・・・・５ｉＰ
ＩＮホトダイオード。
ラデー回転能の波長特性図、第２図は本発明の磁界測定
装置の正面図である。 １ ・・ｎ−ｖｔ族化合物の多結晶体、２，３・・・二
色性プラスチック偏光素子、４，６・・・・・・プラス
チック光ファイバ、６，７・・・・レンズ、８・・・・
・・発光ダイオード、９，１２・・・・・・コネクタ手
段、１゜・・・・・電気回路部、１１・・・・・５ｉＰ
ＩＮホトダイオード。
Claims (3)
- （１）発光ダイオード、第１のプラスチック光ファイバ
、第１のレンズ、第１の二色性プラスチック偏光素子、
ｎ−ｗ族化合物の多結晶体、第２の二色性プラスチック
偏光素子、第２のレンズ、第２のプラスチック光ファイ
バ、５ｉＰＩＮホトダイオードを順次光学的に結合した
センサ部と、前記発光ダイオードを発光させる電気回路
および前記５ＩＰＩＮホトダイオードの出力を開側する
電気回路とを含む電気回路部とで構成した磁界測定装置
。 - （２）発光ダイオードの発光強度が最大となる波長が可
視領域にある特許請求の範囲第（１）項記載の磁界測定
装置。 - （３）第１および第２のプラスチック光ファイバの測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18910383A JPS6080778A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 磁界測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18910383A JPS6080778A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 磁界測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080778A true JPS6080778A (ja) | 1985-05-08 |
Family
ID=16235404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18910383A Pending JPS6080778A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | 磁界測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6080778A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04127076A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-28 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光磁界センサ |
| EP0791837A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-08-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical magnetic field sensor probe and magneto-optical element |
-
1983
- 1983-10-07 JP JP18910383A patent/JPS6080778A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04127076A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-04-28 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 光磁界センサ |
| EP0791837A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-08-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical magnetic field sensor probe and magneto-optical element |
| EP0791837A3 (en) * | 1996-02-21 | 1997-12-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical magnetic field sensor probe and magneto-optical element |
| US6037770A (en) * | 1996-02-21 | 2000-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical magnetic field sensor probe having drum lenses |
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