JPH0431068B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0431068B2 JPH0431068B2 JP59273991A JP27399184A JPH0431068B2 JP H0431068 B2 JPH0431068 B2 JP H0431068B2 JP 59273991 A JP59273991 A JP 59273991A JP 27399184 A JP27399184 A JP 27399184A JP H0431068 B2 JPH0431068 B2 JP H0431068B2
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- JP
- Japan
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- phase
- linearly polarized
- polarized light
- signal
- magnetic field
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、フアラデー効果を利用した光による
磁界測定装置に関する。
磁界測定装置に関する。
フアラデー効果とは、磁界中に設置された磁気
光学物質の偏波面が磁界の強さに比例して回転す
る現象である。今、磁界の強さをＨ、磁気光学物
質の磁界方向の長さをＬとすると、偏波面の回転
角θは θ＝VHL ……(1) となる。こゝで、Ｖはベルデ定数と呼ばれ、磁気
光学物質の材料によつて決まる。
光学物質の偏波面が磁界の強さに比例して回転す
る現象である。今、磁界の強さをＨ、磁気光学物
質の磁界方向の長さをＬとすると、偏波面の回転
角θは θ＝VHL ……(1) となる。こゝで、Ｖはベルデ定数と呼ばれ、磁気
光学物質の材料によつて決まる。
このフアラデー効果を使つた従来の磁界測定装
置を示す第４図において、１は直線偏光を出射す
る光源、２はフアラデー効果を有する磁気光学物
質（以下フアラデーローテータ）、３は入射光を
偏波面が直交する２つの直線偏光に分離するウオ
ラストンプリズム、４ａ，４ｂは光信号を電気信
号に変換する光電変換器、５は２つの光電変換器
４ａ，４ｂの出力信号から偏光面の回転角θを求
めるための演算回路である。
置を示す第４図において、１は直線偏光を出射す
る光源、２はフアラデー効果を有する磁気光学物
質（以下フアラデーローテータ）、３は入射光を
偏波面が直交する２つの直線偏光に分離するウオ
ラストンプリズム、４ａ，４ｂは光信号を電気信
号に変換する光電変換器、５は２つの光電変換器
４ａ，４ｂの出力信号から偏光面の回転角θを求
めるための演算回路である。
そして今、第５図に示すように偏波面がｘ軸に
対して45゜の直線偏光Eiをフアラデーローテータ
２に入射し、磁界Ｈを加えると上記(1)式により回
転角θだけ回転した直線偏光E0が出射される。
この直線偏光Eiをウオラストンプリズム３によつ
て偏波面が直交する２つの直線偏光Ex，Eyに分
離すると、Ex，Eyは第５図から明らかなように
(2)式で表わされる。
対して45゜の直線偏光Eiをフアラデーローテータ
２に入射し、磁界Ｈを加えると上記(1)式により回
転角θだけ回転した直線偏光E0が出射される。
この直線偏光Eiをウオラストンプリズム３によつ
て偏波面が直交する２つの直線偏光Ex，Eyに分
離すると、Ex，Eyは第５図から明らかなように
(2)式で表わされる。
Ex＝E0cos（45゜＋θ）
Ey＝E0sin（45゜＋θ） ……(2)
光電変換装置４ａ，４ｂは、直線偏光Ex，Ey
を光強度｜Ex｜2，｜Ey｜2に比例した電気信号
ｘ，yに変換する。x，yは(3)式で示される。
を光強度｜Ex｜2，｜Ey｜2に比例した電気信号
ｘ，yに変換する。x，yは(3)式で示される。
演算回路５はx，yより偏波面の回転角を計
算する部分で y−x／y＋x＝sin2θ ……(4) となる。すなわち、第４図の構成では、検出量は
sin2θの形となり、回転角θを直接求めるには、
(4)式の割算機構を必要とする欠点があつた。さら
に光電変換器４ａ，４ｂの中にそれぞれ使われて
いる図示しないホトダイオードのドリフト、ゲイ
ンが同一でないと誤差の原因になる欠点があつ
た。
算する部分で y−x／y＋x＝sin2θ ……(4) となる。すなわち、第４図の構成では、検出量は
sin2θの形となり、回転角θを直接求めるには、
(4)式の割算機構を必要とする欠点があつた。さら
に光電変換器４ａ，４ｂの中にそれぞれ使われて
いる図示しないホトダイオードのドリフト、ゲイ
ンが同一でないと誤差の原因になる欠点があつ
た。
本発明の目的は、割算機構のような複雑な演算
回路を必要とせず、かつ光伝送損失および光電気
変換器のドリフトの影響を受けない高精度の磁界
測定装置を提供するにある。
回路を必要とせず、かつ光伝送損失および光電気
変換器のドリフトの影響を受けない高精度の磁界
測定装置を提供するにある。
本発明による磁界測定装置は、0゜、60゜、120゜の
各直線偏光波を発生する発光源と、この発光源を
電気角120゜の位相差をもつ３相信号でかつ各相の
信号は1/2周期ごとオン−オフを繰り返すように
励起する駆動回路と、各々の直線偏光波をフアラ
デーローテータおよび検光子を通過させて光電変
換器に入射させ、その光電変換器の出力信号より
得られる位相変調波の位相を検出する位相検出回
路とを具備することを特徴とするものである。
各直線偏光波を発生する発光源と、この発光源を
電気角120゜の位相差をもつ３相信号でかつ各相の
信号は1/2周期ごとオン−オフを繰り返すように
励起する駆動回路と、各々の直線偏光波をフアラ
デーローテータおよび検光子を通過させて光電変
換器に入射させ、その光電変換器の出力信号より
得られる位相変調波の位相を検出する位相検出回
路とを具備することを特徴とするものである。
以下本発明を第１図に示す実施例について説明
する。第１図において、第４図と同一部分に同一
符号を付している。第１図において、６ａ，６
ｂ，６ｃは単一モード直線偏光半導体レーザより
なる３相発光源で、第２図に示すように0゜の直線
偏光0、60゜の直線偏光60，120゜の直線偏光
120を発し、これらの直線偏光がフアラデーロー
テータ２および検光子７を通り、検光子７の主軸
方向成分（本例の場合はｘ軸を主軸とする）だけ
がフオトダイオード８に合成されて入射する。
する。第１図において、第４図と同一部分に同一
符号を付している。第１図において、６ａ，６
ｂ，６ｃは単一モード直線偏光半導体レーザより
なる３相発光源で、第２図に示すように0゜の直線
偏光0、60゜の直線偏光60，120゜の直線偏光
120を発し、これらの直線偏光がフアラデーロー
テータ２および検光子７を通り、検光子７の主軸
方向成分（本例の場合はｘ軸を主軸とする）だけ
がフオトダイオード８に合成されて入射する。
今フアラデーローテータ２に前記0，I160，
120を入射し、磁界Ｈを加えると出射側の直線偏
光は磁界の強さに比例し、第２図に示すようにθ
だけ回転した直線偏光0′，60′，120′となる。
さて検光子７に入射する直線偏光波の偏光角が検
光子主軸とθだけずれているとき、入射波の光強
度をとすると、出射波の光強度′は′＝
cos2θ＝／２（１＋cos2θ）で与えられることは知 られている。
120を入射し、磁界Ｈを加えると出射側の直線偏
光は磁界の強さに比例し、第２図に示すようにθ
だけ回転した直線偏光0′，60′，120′となる。
さて検光子７に入射する直線偏光波の偏光角が検
光子主軸とθだけずれているとき、入射波の光強
度をとすると、出射波の光強度′は′＝
cos2θ＝／２（１＋cos2θ）で与えられることは知 られている。
したがつて、発光源６ａ，６ｂ，６ｃの光強度
を各々0，60，120とし、検光子７の各出射
波の光強度を0′，60′，120′とすれば次の(5)
式が成立する。
を各々0，60，120とし、検光子７の各出射
波の光強度を0′，60′，120′とすれば次の(5)
式が成立する。
フオトダイオード８はこれら光0′，60′，
120′を合成し、その合成光に比例した電気信号に
変換する。したがつてフオトダイオード８の合成
入射光強度Isは(6)式となる。
120′を合成し、その合成光に比例した電気信号に
変換する。したがつてフオトダイオード８の合成
入射光強度Isは(6)式となる。
Is＝0′60′＋120′ ……(6)
一方、0，60，120は第３図に示すように
0はωt＝０〜πの範囲で光強度Ａの発光をし、
ωt＝π〜2πの範囲で光強度を０にするときを繰
り返えす。60，120については、各々0より、
120゜，240゜位相遅れでON−OFFする。このON−
OFFのタイミングは駆動回路１１で制御するこ
とになる。
0はωt＝０〜πの範囲で光強度Ａの発光をし、
ωt＝π〜2πの範囲で光強度を０にするときを繰
り返えす。60，120については、各々0より、
120゜，240゜位相遅れでON−OFFする。このON−
OFFのタイミングは駆動回路１１で制御するこ
とになる。
したがつて、第３図に示した矩形波は、(7)式の
如くフーリエ級数展開される。
如くフーリエ級数展開される。
(6)式に(5)式を代入する。
Is＝2A／π｛３／２sin（ωt−2θ）＋sin3ωt
＋３／10sin（5ωt＋2θ）＋…〕 ……(8)
となり、上記(8)式に比例した電気信号がフオトダ
イオード８の出力として得られる。
イオード８の出力として得られる。
この出力からローパスフイルタ９により周波数
ωの成分のみ抽出すると、そのローパスフイルタ
９の出力は3A／πsin（ωt−2θ）に比例した信号とな る。したがつて磁界Ｈが変化してθが変化する
と、2θで位相変調された波形となる。位相検出器
１０はその位相変調波形と駆動回路１１の基準位
相を比較してθに比例した出力信号を得る。
ωの成分のみ抽出すると、そのローパスフイルタ
９の出力は3A／πsin（ωt−2θ）に比例した信号とな る。したがつて磁界Ｈが変化してθが変化する
と、2θで位相変調された波形となる。位相検出器
１０はその位相変調波形と駆動回路１１の基準位
相を比較してθに比例した出力信号を得る。
しかして、0，60，120の各光の１周期当
りのON−OFFの割合が第３図に示した場合以
外、すなわち非等分の場合、フーリエ級数展開に
は、第２高調波成分が表われる。するとローパス
フイルタ９は基本波成分を透過、第２高調波成分
以上を遮断するものが必要となる。これに対し本
発明の構成では、(8)式からもわかるように基本波
成分透過、第３高調波成分遮断のものでよい。ロ
ーパスフイルタが高次の高調波成分ほど遮断され
ることは衆知のことである。したがつて第２高調
波を含まない方がフイルタの構成が簡単なことは
云うまでもない。
りのON−OFFの割合が第３図に示した場合以
外、すなわち非等分の場合、フーリエ級数展開に
は、第２高調波成分が表われる。するとローパス
フイルタ９は基本波成分を透過、第２高調波成分
以上を遮断するものが必要となる。これに対し本
発明の構成では、(8)式からもわかるように基本波
成分透過、第３高調波成分遮断のものでよい。ロ
ーパスフイルタが高次の高調波成分ほど遮断され
ることは衆知のことである。したがつて第２高調
波を含まない方がフイルタの構成が簡単なことは
云うまでもない。
以上のように本発明によれば、フオトダイオー
ドのドリフト、感度変化に対して誤差なく高精度
の角度θの検出が可能であり、また従来のような
割算機構のような複雑な演算回路も不要となる。
よつて信頼性の高い磁界測定装置を得ることがで
きる。
ドのドリフト、感度変化に対して誤差なく高精度
の角度θの検出が可能であり、また従来のような
割算機構のような複雑な演算回路も不要となる。
よつて信頼性の高い磁界測定装置を得ることがで
きる。
第１図は本発明による磁界測定装置の一実例を
示すブロツク構成図、第２図は本発明の磁界測定
装置のフアラデー効果により偏光角が回転するこ
とを説明とするベクトル図、第３図は本発明にお
ける発光源の光強度のタイミング図、第４図は従
来の磁界測定装置の一例を示すブロツク構成図、
第５図は従来の磁界測定装置のフアラデー効果に
より偏光角が回転することを説明するベクトル図
である。 １…光源、２…フアラデーローテータ、３…ウ
オラストンプリズム、４ａ，４ｂ…光電変換器、
５…演算回路、６ａ，６ｂ，６ｃ…発光源、７…
検光子、８…フオトダイオード、９…ローパスフ
イルタ、１０…位相検出器、１１…駆動回路。
示すブロツク構成図、第２図は本発明の磁界測定
装置のフアラデー効果により偏光角が回転するこ
とを説明とするベクトル図、第３図は本発明にお
ける発光源の光強度のタイミング図、第４図は従
来の磁界測定装置の一例を示すブロツク構成図、
第５図は従来の磁界測定装置のフアラデー効果に
より偏光角が回転することを説明するベクトル図
である。 １…光源、２…フアラデーローテータ、３…ウ
オラストンプリズム、４ａ，４ｂ…光電変換器、
５…演算回路、６ａ，６ｂ，６ｃ…発光源、７…
検光子、８…フオトダイオード、９…ローパスフ
イルタ、１０…位相検出器、１１…駆動回路。
Claims (1)
- １ 偏波面がなす角が0゜、60゜、120゜の各直線偏光
波を発生する発光源と、前記各直線偏光波はそれ
ぞれ電気角120゜の位相差をもつ３相信号でかつ各
相の信号は1/2周期ごとにオン・オフを繰り返す
ように励起する駆動回路と、各々の直線偏光波が
通るフアラデーローテータおよび検光子と、この
検光子を通過した直線偏光波の入射をうけて電気
出力信号を発する光電変換器と、この光電変換器
の出力信号より得られる位相変調波の位相を検出
する位相検出回路とを備えたことを特徴とする磁
界測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59273991A JPS61153576A (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 磁界測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59273991A JPS61153576A (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 磁界測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61153576A JPS61153576A (ja) | 1986-07-12 |
| JPH0431068B2 true JPH0431068B2 (ja) | 1992-05-25 |
Family
ID=17535418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59273991A Granted JPS61153576A (ja) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | 磁界測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61153576A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62153770A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-08 | Toshiba Corp | 光変流器 |
| US9927489B2 (en) | 2014-01-15 | 2018-03-27 | International Business Machines Corporation | Testing integrated circuit designs containing multiple phase rotators |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP59273991A patent/JPS61153576A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61153576A (ja) | 1986-07-12 |
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