JPH05196708A - 光学式磁界測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光電変換器の利得変動に影響されることな
く、精度の高い磁界測定が可能な光学式磁界測定装置を
提供する。 【構成】 スイッチ回路１９からの逆相の電気信号を、
光源１２，１３によって２相の光信号に変換し、２つの
偏光ビームスプリッタ１４，１５によって、２つの直線
偏光波（測定光及びモニタ光）に変換、分離する。測定
光をファラデー効果材１に入射させ、同部を透過した測
定光を、検光手段２によって検光して合成し、第１の受
光手段３によって電気信号に変換する。検波手段８によ
って交流振幅を抽出すると共に、フィルタ手段９によっ
て直流成分を抽出する。モニタ光を第２の受光手段１７
に入射し、光量調整回路１８によって光強度を調整す
る。タイミング回路２０によってスイッチ回路１９と検
波手段８を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果材の磁
界によるファラデー効果を観測して、磁界の強さを測定
する光学式磁界測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、ファラデー効果について説明す
る。ファラデー効果は、磁界中に置かれたファラデー効
果材に光を入射すると、そのファラデー効果材内で光の
偏波面が回転する現象であり、この効果による偏波面の
回転方向は磁界の方向だけで決まり、光の進行方向には
無関係である。今、磁界の強さをＨ、ファラデー効果材
の磁界方向の長さをＬとすると、光の偏波面の回転角θ
は、次に示す式（１）で表される。

【０００３】θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ … （１） ここで、Ｖは、ヴェルデ定数と呼ばれ、物質により異な
るファラデー効果の感度を表す定数、Ｌはファラデー素
子の磁界方向の長さである。前記の偏波面が回転した直
線偏光波を検光子に入射すると、回転角θに対応した光
強度の出力が得られる。回転角θを検出することによ
り、磁界の強さまたは磁界を発生させる電流の大きさを
求めることができる。

【０００４】以下には、従来のファラデー効果を用いた
光学式磁界測定装置の一例を図１０に示す。この図１０
において、７１は、ファラデー効果を有するファラデー
効果材（以下には、ファラデー素子と称する）、７２
は、入射光を偏波面が直交する２つの直線偏光波に分離
して出射する偏光ビームスプリッタ、ウォラストンプリ
ズムなどからなる検光子である。７３ａ，７３ｂは、光
信号を電気信号に変換する受光器、７４ａ，７４ｂは、
受光器７３ａ，７３ｂの出力信号を増幅する増幅器であ
り、受光器７３ａと増幅器７４ａとで第１の光電変換器
７５ａを、また、受光器７３ｂと増幅器７４ｂとで第２
の光電変換器７５ｂを、それぞれ構成している。７６
は、２つの光電変換器７５ａ，７５ｂの出力信号からフ
ァラデー効果による偏波面の回転角θを求める演算回路
である。７７は直線偏光波を出射する光源である。

【０００５】続いて、上記従来の光学式磁界測定装置の
動作原理について説明する。

【０００６】図１０の装置において、磁界の測定を行う
際には、まず、磁界中に設置されたファラデー素子７１
に光源７７から電界ベクトル成分Ｅ₀ の直線偏光波を入
射する。この場合、ファラデー素子７１を透過した直線
偏光波は、電界の強さＨの影響を受け、偏波面がθだけ
回転した直線偏光波Ｅ₁ となる。この回転角θは、前述
の式（１）で表される。

【０００７】次に、この直線偏光波Ｅ₁ を、検光子７２
により偏波面が互いに直交する２つの直線偏光波Ｅ_X ，
Ｅ_Y に分離する。第１、第２の光電変換器７５ａ，７５
ｂにおいては、受光器７３ａ，７３ｂによって、これら
の直線偏光波Ｅ_X ，Ｅ_Y をその光強度に各々対応する電
気信号に変換し、これらの電気信号をさらに、所望の利
得を有する増幅器７４ａ，７４ｂによって増幅し、出力
Ｉ_X ，Ｉ_Y を得る。これらの関係は、次に示す式（２）
及び（３）で表される。

【０００８】 Ｅ_X ＝Ｅ₁ ｓｉｎθ Ｅ_Y ＝Ｅ₁ ｃｏｓθ … （２） Ｉ_X ＝Ｋ_X ｜Ｅ_X ｜² ＝Ｋ_X ｜Ｅ₁ ｜² ｓｉｎ² θ Ｉ_Y ＝Ｋ_Y ｜Ｅ_Y ｜² ＝Ｋ_Y ｜Ｅ₁ ｜² ｃｏｓ² θ … （３） ここで、Ｋ_X ，Ｋ_Y は、第１の光電変換器７５ａ及び第
２の光電変換器７５ｂの各々の利得である。式（３）よ
り、次に示す式（４）が得られる。

【０００９】

【数１】 すなわち、第１の光電変換器７５ａの出力Ｉ_X と第２の
光電変換器７５ｂの出力Ｉ_Y を演算回路７６に入力し、
式（４）の演算を行うことによって偏波面の回転角θが
求まり、式（４）から明らかなように、直線偏光光源７
７の光強度Ｅ₀ が変動しても、偏波面の回転角θに対す
る光強度の比（Ｉ_X ／Ｉ_Y ）は一定であるために、直線
偏光光源７７の光強度Ｅ₀ に無関係に磁界を測定するこ
とができる。

【００１０】また、直線偏光光源７７の具体的な構成と
しては、一般的には、図１１に示すように、無偏光の光
を出射する光源７８、マルチモード光ファイバ７９、及
び偏光子８０が使用される。すなわち、図１１におい
て、無偏光光源７８からの出射光は、マルチモード光フ
ァイバ７９の一端に入射し、マルチモード光ファイバ７
９の他端から出射した後、偏光ビームスプリッタ、ウォ
ラストンプリズムなどからなる偏光子８０によって、直
線偏光波に偏光され、ファラデー素子７１に入射する。
また、図１１に示すように、検光子７２から出射した互
いに直交する直線偏光波は、一般的に、それぞれ、マル
チモード光ファイバ８１ａ，８１ｂの一端に入射し、マ
ルチモード光ファイバ８１ａ，８１ｂの他端から出射し
た後、受光器７３ａ，７３ｂに入射するようになってい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の光学式磁界測定装置において、正確な磁界測定
を行うためには、２つの光電変換器７５ａ，７５ｂの利
得の比（Ｋ_X ／Ｋ_Y ）が一定でなければならない。しか
しながら、光電変換器７５ａ，７５ｂの利得Ｋ_X ，Ｋ_Y
は、検光子７２から受光器７３ａ，７３ｂまでの光ファ
イバなどによる光損失、受光器７３ａ，７３ｂの経年変
化による感度のバラツキ、増幅器７４ａ，７４ｂの利得
変化、ドリフトなどの影響を受けて不規則に変化してし
まう。そのため、このような光電変換器の利得の変化に
よって、磁界測定に誤差を生じてしまい、測定精度が低
下する問題があった。

【００１２】また、ファラデー素子７１、偏光子８０、
及び検光子７２などの光学部品を電流磁界中に設置して
磁界測定を行う際には、電流に起因する温度変化によっ
て、これらの光学部品の特性が変化してしまい、この結
果、磁界測定に誤差を生じてしまう問題もあった。

【００１３】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、光
電変換器の利得変動に影響されることなく、精度の高い
磁界測定が可能な光学式磁界測定装置を提供することで
ある。

【００１４】また、磁界雰囲気中に設置する光学部品点
数を極力少なくして、温度変化による光学部品の温度特
性の変化に影響されることのない、より高精度の磁界測
定を可能にすることも、目的の一つである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光学式
磁界測定装置は、磁界中に設置したファラデー効果材
と、このファラデー効果材に所定の光を入射させる発光
手段と、ファラデー効果材を透過した光のファラデー効
果による偏波面の回転角を検出する測定手段とを基本的
に有する。そして、発光手段としては、逆相の２相の矩
形波電気信号を生成するスイッチ回路と、スイッチ回路
で作られた逆相の２相の矩形波電気信号を光信号に変換
する光源と、光源より出射した２相の光信号を、偏波面
が互いに直交する２つの直線偏光波に変換する２つの偏
光ビームスプリッタを有する偏光手段とを備える。ま
た、ファラデー効果材は、前記偏光手段で分離した一方
向の２相の直線偏光波を透過させるように磁界中に設置
される。一方、測定手段としては、ファラデー効果材を
透過した２相の直線偏光波を検光して合成する検光手段
と、検光手段を通過した直線偏光波を入射して電気信号
に変換する第１の受光手段と、第１の受光手段の出力信
号から交流振幅を抽出する検波手段と、第１の受光手段
の出力信号から直流成分を抽出するフィルタ手段とを備
える。加えて、モニタ手段として、偏光手段で分離した
残る一方向の２相の直線偏光波を入射し、電気信号に変
換する第２の受光手段と、第２の受光手段の出力を入力
して、２相の直線偏光波の光強度を等しくするように光
源に作用する光量調整回路とを備え、さらに、制御手段
として、スイッチ回路と検波手段に切り換え信号を供給
するタイミング回路を備えたことを特徴としている。

【００１６】すなわち、請求項１に記載の光学式磁界測
定装置は、スイッチ回路からの逆相の電気信号を、光源
によって２相の光信号に変換し、２つの偏光ビームスプ
リッタを有する偏光手段によって、２つの直線偏光波に
変換・分離し、その一方の２相の直線偏光波を、測定光
としてファラデー効果材に入射させる。そして、ファラ
デー効果材を透過した２相の直線偏光波を、検光手段に
よって検光して合成し、第１の受光手段によって電気信
号に変換し、第１の受光手段の出力信号から、検波手段
によって交流振幅を抽出すると共に、フィルタ手段によ
って直流成分を抽出する。加えて、偏光手段で分離した
残る一方の２相の直線偏光波を、モニタ光として第２の
受光手段に入射し、電気信号に変換する。第２の受光手
段の出力信号から、光量調整回路によって、光源から出
射させる２相の直線偏光波の光強度を調整し、さらに、
タイミング回路によってスイッチ回路と検波手段を制御
するように構成したものである。

【００１７】請求項２に記載の光学式磁界測定装置は、
磁界中に設置したファラデー効果材と、このファラデー
効果材に所定の光を入射させる発光手段と、ファラデー
効果材を透過した光のファラデー効果による偏波面の回
転角を検出する測定手段とを基本的に有する。そして、
発光手段としては、逆相の２相の矩形波電気信号を生成
するスイッチ回路と、スイッチ回路で作られた逆相の２
相の矩形波電気信号を光信号に変換する光源と、光源よ
り出射した２相の光信号を、偏波面が互いに直交する直
線偏光波に変換する偏光手段とを備える。また、ファラ
デー効果材は、少なくとも１以上の巻数で巻回されたコ
イル部を有するシングルモード光ファイバであり、この
シングルモード光ファイバが、そのコイル部が前記磁界
中に位置し、且つ、前記偏光手段より出射した２相の直
線偏光波を透過させるように設置される。一方、測定手
段としては、シングルモード光ファイバより出射した２
相の直線偏光波を、等しい割合で２つの光に分ける分波
手段と、分波手段で分けられた一方向の２相の直線偏光
波から特定の偏光方位角成分のみを抽出する検光手段
と、検光手段を通過した直線偏光波を入射して電気信号
に変換する第１の受光手段と、第１の受光手段の出力信
号から交流振幅を抽出する検波手段と、第１の受光手段
の出力信号から直流成分を抽出するフィルタ手段とを備
える。加えて、モニタ手段として、分波手段で分けられ
た残る一方向の２相の直線偏光波を入射し、電気信号に
変換する第２の受光手段と、第２の受光手段の出力を入
力して、前記シングルモード光ファイバより出射する２
相の直線偏光波の光強度を等しくするように前記光源に
作用する光量調整回路とを備え、さらに、制御手段とし
て、スイッチ回路と前記検波手段に切り換え信号を供給
するタイミング回路を備えたことを特徴としている。

【００１８】すなわち、請求項２に記載の光学式磁界測
定装置は、スイッチ回路からの逆相の電気信号を、光源
によって２相の光信号に変換し、偏光手段によって、偏
波面が互いに直交する直線偏光波に変換し、この２相の
直線偏光波を、測定光としてシングルモード光ファイバ
に入射する。そして、シングルモード光ファイバより出
射した２相の直線偏光波を、分波手段によって２つに分
け、その内の一方の２相の直線偏光波から特定の成分の
みを検光手段によって抽出し、第１の受光手段によって
電気信号に変換する。第１の受光手段の出力信号から、
検波手段によって交流振幅を抽出すると共に、フィルタ
手段によって直流成分を抽出する。加えて、分波手段で
分けられた残る一方の２相の直線偏光波を、モニタ光と
して第２の受光手段に入射し、電気信号に変換する。第
２の受光手段の出力信号から、光量調整回路によって、
光源から出射させる２相の直線偏光波の光強度を調整
し、さらに、タイミング回路によってスイッチ回路と検
波手段を制御するように構成したものである。

【００１９】

【作用】以上のような構成を有する本発明の光学式磁界
測定装置の作用は、次の通りである。すなわち、本発明
の光学式磁界測定装置においては、磁界中に設置された
ファラデー効果材に第１及び第２の直線偏光波を交互に
切り換えて入射し、磁界により偏波面が回転した２つの
直線偏光波から特定の方位角成分のみを検光手段で抽出
して、各々の光強度を、第１の受光手段を含む１つの光
電変換器で電気信号に変換することにより、第１の直線
偏光波を作動した時の光電変換器出力と、第２の直線偏
光波を作動した時の光電変換器出力とを得、これら２つ
の出力信号から偏波面の回転角θを求めることができ
る。

【００２０】本発明の光学式磁界測定装置は、このよう
に受光系が１つであるため、ファラデー回転角の測定光
用として２系統の受光系を使用した場合のように、２つ
の光電変換器の利得を一定にする必要はない。従って、
本発明の光学式磁界測定装置によれば、検光子（検光手
段）から光電変換器までの光損失、受光器（第１の受光
手段）の経年変化による感度のバラツキ、増幅器の利得
変化、ドリフトなどを原因とする光電変換器の利得変動
に影響されることなく、精度の高い磁界測定を行うこと
ができる。

【００２１】特に、請求項１に記載の光学式磁界測定装
置では、２つの偏光ビームスプリッタからなる偏光手段
を使用して、透過し、分離した一方の２相の直線偏光波
を、ファラデー効果材に入射し、検光子（検光手段）で
検光してファラデー回転角を検出するように構成してい
るため、１つの偏光ビームスプリッタを用いて互いに直
交した直線偏光波を、同一方向に出射してファラデー回
転角の測定光を生成するように構成した場合に比べて、
次の点で優れている。すなわち、２つの偏光ビームスプ
リッタを使用した請求項１の光学式磁界測定装置では、
１つの偏光ビームスプリッタのみを使用した場合に比べ
て、ファラデー効果材及び検光子を含む光伝送系におけ
る、外乱による偏光手段の移動、傾きなどの変位に対す
る光軸の変化による光損失の変化が少ないため、測定精
度を向上することができる。

【００２２】また、請求項２に記載の光学式磁界測定装
置では、ファラデー効果材として、シングルモード光フ
ァイバを使用していることから、磁界中に設置される光
学部品を、シングルモード光ファイバのコイル部のみに
できるため、温度変化による光学部品の温度特性の影響
を極力少なくすることができる。

【００２３】以下には、請求項１の発明による光学式磁
界測定装置の検出原理を、図７及び図８を参照して説明
する。ここで、図７は、請求項１の装置の測定手段側の
一般的な構成を示すブロック構成図、図８は、図７の装
置の作用を説明するためのタイミング図である。

【００２４】図７の基本構成図に示すように、図示して
いない光源から２つの直線偏光波Ｉ_XS ，Ｉ_YSが出射さ
れており、これらの電界ベクトル成分Ｅ_X ，Ｅ_Y の方位
角は互いに直交している。また、図７において、１は磁
界中に設置されたファラデー素子（ファラデー効果
材）、２はファラデー素子１の出射光を入力し、特定方
位角の電界ベクトル成分のみを抽出する検光子（検光手
段）である。３は検光子２の出射光の光強度に比例した
電気信号を得る第１の受光器（第１の受光手段）、４
は、所望の利得を有し、受光器３で得られた電気信号を
増幅する第１の増幅器であり、第１の受光器３と第１の
増幅器４とによって光電変換器５を構成している。６
は、第１の増幅器４の出力信号から交流成分を抽出する
ハイパスフィルタ、７は、所望の利得を有し、電気信号
を増幅する第２の増幅器、８は、第２の増幅器７の出力
信号から矩形波振幅を抽出する検波器（検波手段）であ
る。９は、第１の増幅器４の出力信号から直流成分を抽
出するローパスフィルタ（フィルタ手段）、１０は、検
波器８の出力とローパスフィルタ９の出力との比を求め
る割算器である。なお、検光子２の偏光方位角は、第１
の直線偏光波Ｉ_XSの電界ベクトル成分Ｅ_X の偏光方位角
及び第２の直線偏光波Ｉ_YSの電界ベクトル成分Ｅ_Y の偏
光方位角に対して、それぞれ４５°に設置されている。

【００２５】以上のような構成を有する図７の装置の作
用を、図８を参照して説明する。図８のタイミング図に
おいて、波形（ａ）は、第１の直線偏光波Ｉ_XSと第２の
直線偏光波Ｉ_YSを周波数ω₀ で逆相駆動するための切り
換え信号Ｃ（ｔ）を示しており、この切り換え信号Ｃ
（ｔ）は、図７では示されていないタイミング回路から
供給される。そして、切り換え信号Ｃ（ｔ）がハイレベ
ル“１”の場合には、第１の直線偏光波Ｉ_XS［波形
（ｂ）］だけが出射され、ローレベル“０”の場合に
は、第２の直線偏光波Ｉ_YS［波形（ｃ）］だけが出射さ
れる。また、切り換え信号Ｃ（ｔ）は、検波器８へのキ
ャリア入力信号としても用いられ、Ｃ（ｔ）がハイレベ
ル“１”の場合には、検波器８への入力信号をそのまま
出力し、ローレベル“０”の場合には、入力信号の極性
を反転して出力する。

【００２６】一方、２つの直線偏光波の光強度Ｉ_XS ，
Ｉ_YSは、光強度設定値Ｉ₀ と等しくなるように調整さ
れ、Ｃ（ｔ）＝“１”の場合には、Ｉ_XS＝Ｉ₀ ，Ｉ_YS
＝０となり、Ｃ（ｔ）＝“０”の場合には、Ｉ_XS＝０，
Ｉ_YS＝Ｉ₀ となっている。図８に示す波形（ｄ）及び
（ｅ）は、このような光強度関係を満足する場合のＩ_XS
とＩ_YSとの和及び差を表しており、波形（ｄ）は、（Ｉ
_XS＋Ｉ_YS）で一定値Ｉ₀ に、また、波形（ｅ）は、（Ｉ
_XS−Ｉ_YS）で＋Ｉ₀ −（−Ｉ₀ ）を振幅とする矩形波信
号になる。

【００２７】さらに、図８において、波形（ｆ）は、受
光器３における受光量Ｉ_R を示しており、ファラデー回
転角θが０の場合のＩ_R は、一定値（Ｉ₀ ／２）にな
り、ファラデー回転が生じると、検光子２を透過するＩ
_XS ，Ｉ_YSの光量が変化するために、Ｉ_R は振幅変調さ
れて、直流分に重畳する矩形波信号となる。波形（ｇ）
は、第１の増幅器４の出力信号Ｉ₁ ［波形（ｆ）相当］
からハイパスフィルタ６で交流成分を抽出し、さらに、
第２の増幅器７で増幅した信号Ｉ₂ の波形であり、ファ
ラデー回転が生じないときの出力は“０”である。波形
（ｈ）は検波器９の出力、また、波形（ｉ）は割算器１
０の出力波形を示す。

【００２８】２つの直線偏光波Ｉ_XS ，Ｉ_YSが、図８の
波形（ｂ）及び波形（ｃ）に示すように周波数ω₀ の矩
形波信号で逆相駆動され、磁界中に設置されたファラデ
ー素子１を透過した結果、磁界により各々の偏波面が角
度θだけ回転すると、ファラデー素子１の出射光の水平
偏光成分Ｅ_X ´及び垂直偏光成分Ｅ_Y ´は、次の式
（５）で表される。

【００２９】

【数２】 検光子２の検出方位角は、Ｅ_X ´，Ｅ_Y ´に対して４５
°であるから、検光子２からの出射光の電界ベクトル成
分Ｅ_R は、次の式（６）で表される。

【００３０】

【数３】 また、光強度は、電界の２乗であるから、受光器３にお
ける受光量Ｉ_R は、次の式（７）で表される。

【００３１】 Ｉ_R ＝｜Ｅ_R ｜² ＝｛ ｜Ｅ_X ｜² （ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ）² ＋｜Ｅ_Y ｜² （ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）² ＋２Ｅ_X Ｅ_Y （ｃｏｓ² θ−ｓｉｎ² θ）｝／２ …（７） ここで、｜Ｅ_X ｜² ＝Ｉ_XS、 ｜Ｅ_Y ｜² ＝Ｉ_YSであ
り、また、Ｅ_X Ｅ_Y は常に０であるから、受光器３にお
ける受光量Ｉ_R はさらに、次の式（８）で表される。

【００３２】 Ｉ_R ＝｛（Ｉ_XS＋Ｉ_YS）＋（Ｉ_XS−Ｉ_YS）ｓｉｎ２θ｝／２ …（８） また、受光器３の出力電流ｉ_P は、受光量Ｉ_R に比例す
るので、次の式（９）で表される。なお、式（９）のｋ
は、受光器３の利得である。

【００３３】 ｉ_P ＝ｋＩ_R ＝ｋ｛（Ｉ_XS＋Ｉ_YS）＋（Ｉ_XS−Ｉ_YS）ｓｉｎ２θ｝／２ …（９） 同様に、第１の増幅器４の利得をｋ₁ とした場合、第１
の増幅器４の出力Ｉ₁ は、次の式（１０）で表される。

【００３４】 Ｉ₁ ＝ｋ₁ ｉ_P ＝ｋｋ₁ ｛（Ｉ_XS＋Ｉ_YS）＋（Ｉ_XS−Ｉ_YS）ｓｉｎ２θ｝／２ …（１０） この場合、式（１０）の右辺第１項ｋｋ₁ （Ｉ_XS＋
Ｉ_YS）／２は、Ｉ_XSとＩ_YSとの平均値を表す直流成分で
あり、図８の波形（ｄ）に相当し、Ｉ_XSとＩ_YSが光強度
設定値Ｉ₀ に等しい場合のローパスフィルタ９の出力
（ｋｋ₁ Ｉ₀ ／２）に対応する。また、第２項ｋｋ
₁ （Ｉ_XS−Ｉ_YS）ｓｉｎ２θ／２は、図８の波形（ｅ）
の矩形波（Ｉ_XS−Ｉ_YS）をｓｉｎ２θで振幅変調した交
流成分であり、第２の増幅器７（利得：ｋ₂ ）の出力Ｉ
₂ ［図８の波形（ｇ）］に対応する。

【００３５】従って、出力信号Ｉ₂ を、検波器８に入力
し、切り換え信号Ｃ（ｔ）で同期整流することにより、
式（１０）の交流成分を直流レベル（ｋｋ₁ ｋ₂ Ｉ₀ ｓ
ｉｎ２θ／２）に変換し、その出力とローパスフィルタ
９の出力（ｋｋ₁ Ｉ₀ ／２）との比を割算器１０で求め
ることにより、ファラデー回転角θが、ｋ₂ ｓｉｎ２θ
として得られる。

【００３６】次に、請求項２の発明による光学式磁界測
定装置の検出原理を、図９を参照して説明する。ここ
で、図９は、請求項２の装置のうち、分波手段を除く測
定手段側の一般的な構成を示すブロック構成図である。

【００３７】図９の基本構成図に示すように、図示して
いない光源から２つの直線偏光波Ｉ_XS ，Ｉ_YSが出射さ
れており、これらの電界ベクトル成分Ｅ_X ，Ｅ_Y の方位
角は互いに直交している。また、図９において、１１
１，１１２は、直線偏光波Ｉ_XS，Ｉ_YSを入射し、伝播す
るシングルモード光ファイバ、１１３は、電流が流れる
ことによってその周囲に磁界を発生させる導体、１１４
は、導体１１３を囲むようにして巻き付けられたシング
ルモード光ファイバ１１１，１１２のコイル部である。
１１５は、シングルモード光ファイバ１１１，１１２か
らの出射光を入射し、特定の偏光方位角の電界ベクトル
成分のみを抽出する検光子（検光手段）、１１６は、検
光子１１５からの出射光の光強度に比例した電気信号を
得る第１の受光器（第１の受光手段）、１１７は、所望
の利得を有し、第１の受光器１１６で得られた電気信号
を増幅する第１の増幅器であり、第１の受光器１１６と
第１の増幅器１１７とによって光電変換器１１８を構成
している。１１９は、第１の増幅器１１７の出力信号か
ら交流成分を抽出するハイパスフィルタ、１２０は、所
望の利得を有し、電気信号を増幅する第２の増幅器、１
２１は、第２の増幅器１２０の出力信号から矩形波振幅
を抽出する検波器（検波手段）である。１２２は、第１
の増幅器１１７の出力信号から直流成分を抽出するロー
パスフィルタ（フィルタ手段）、１２３は、検波器１２
１の出力とローパスフィルタ１２２の出力との比を求め
る割算器である。なお、検光子１１５の偏光方位角は、
第１の直線偏光波Ｉ_XSの電界ベクトル成分Ｅ_X の偏光方
位角及び第２の直線偏光波Ｉ_YSの電界ベクトル成分Ｅ_Y
の偏光方位角に対して、それぞれ４５°に設置されてい
る。

【００３８】上記のような構成を有する図９の装置の作
用は、動作タイミング的には前記の図７の装置と同様で
ある。従って、以下には、図９の装置の作用について、
前述した図７の装置と同様に、図８を参照して説明す
る。図８のタイミング図において、波形（ａ）は、第１
の直線偏光波Ｉ_XSと第２の直線偏光波Ｉ_YSを周波数ω₀
で逆相駆動するための切り換え信号Ｃ（ｔ）を示してお
り、この切り換え信号Ｃ（ｔ）は、図９では示されてい
ないタイミング回路から供給される。そして、切り換え
信号Ｃ（ｔ）がハイレベル“１”の場合には、第１の直
線偏光波Ｉ_XS［波形（ｂ）］だけが出射され、ローレベ
ル“０”の場合には、第２の直線偏光波Ｉ_YS［波形
（ｃ）］だけが出射される。また、切り換え信号Ｃ
（ｔ）は、検波器１２１へのキャリア入力信号としても
用いられ、Ｃ（ｔ）がハイレベル“１”の場合には、検
波器１２１への入力信号をそのまま出力し、ローレベル
“０”の場合には、入力信号の極性を反転して出力す
る。

【００３９】一方、２つの直線偏光波の光強度Ｉ_XS ，
Ｉ_YSは、光強度設定値Ｉ₀ と等しくなるように調整さ
れ、Ｃ（ｔ）＝“１”の場合には、Ｉ_XS＝Ｉ₀ ，Ｉ_YS
＝０となり、Ｃ（ｔ）＝“０”の場合には、Ｉ_XS＝０，
Ｉ_YS＝Ｉ₀ となっている。図８に示す波形（ｄ）及び
（ｅ）は、このような光強度関係を満足する場合のＩ_XS
とＩ_YSとの和及び差を表しており、波形（ｄ）は、（Ｉ
_XS＋Ｉ_YS）で一定値Ｉ₀ に、また、波形（ｅ）は、（Ｉ
_XS−Ｉ_YS）で＋Ｉ₀ −（−Ｉ₀ ）を振幅とする矩形波信
号になる。

【００４０】さらに、図９の装置に対応させた場合、図
８において、波形（ｆ）は、受光器１６における受光量
Ｉ_R を示しており、ファラデー回転角θが０の場合のＩ
_R は、一定値（Ｉ₀ ／２）になり、ファラデー回転が生
じると、検光子１５を透過するＩ_XS ，Ｉ_YSの光量が変
化するために、Ｉ_R は振幅変調されて、直流分に重畳す
る矩形波信号となる。波形（ｇ）は、第１の増幅器１１
７の出力信号Ｉ₁ ［波形（ｆ）相当］からハイパスフィ
ルタ１１９で交流成分を抽出し、さらに、第２の増幅器
１２０で増幅した信号Ｉ₂ の波形であり、ファラデー回
転が生じないときの出力は“０”である。波形（ｈ）は
検波器１２１の出力、また、波形（ｉ）は割算器１２３
の出力波形を示す。

【００４１】２つの直線偏光波Ｉ_XS ，Ｉ_YSが、図８の
波形（ｂ）及び波形（ｃ）に示すように周波数ω₀ の矩
形波信号で逆相駆動され、磁界中に設置されたシングル
モード光ファイバ１１１，１１２のコイル部１１４を伝
播した結果、磁界により各々の偏波面が角度θだけ回転
すると、シングルモード光ファイバ１１１，１１２の出
射光の水平偏光成分Ｅ_X ´及び垂直偏光成分Ｅ_Y ´は、
前述した図７の装置と同様に、前記の式（５）で表され
る。そして、検光子１１５の検出方位角は、Ｅ_X ´，Ｅ
_Y ´に対して４５°であるから、検光子１１５からの出
射光の電界ベクトル成分Ｅ_R は、前述した図７の装置と
同様に、前記の式（６）で表される。

【００４２】また、光強度は、電界の２乗であるから、
受光器１１６における受光量Ｉ_R は、前述した図７の装
置と同様に、前記の式（７）で表され、さらに、前記の
式（８）で表される。そして、受光器１１６の出力電流
ｉ_P は、受光量Ｉ_R に比例するので、前記の式（９）で
表される。このように図９の装置に対応させた場合、前
記の式（９）のｋは、受光器１１６の利得に相当する。
同様に、第１の増幅器１１７の利得をｋ₁ とした場合、
第１の増幅器１１７の出力Ｉ₁ は、前述の図７の装置と
同様に、前記の式（１０）で表される。

【００４３】この場合、式（１０）の右辺第１項ｋｋ₁
（Ｉ_XS＋Ｉ_YS）／２は、Ｉ_XSとＩ_YSとの平均値を表す直
流成分であり、図８の波形（ｄ）に相当し、Ｉ_XSとＩ_YS
が光強度設定値Ｉ₀ に等しい場合のローパスフィルタ１
２２の出力（ｋｋ₁ Ｉ₀ ／２）に対応する。また、第２
項ｋｋ₁ （Ｉ_XS−Ｉ_YS）ｓｉｎ２θ／２は、図８の波形
（ｅ）の矩形波（Ｉ_XS−Ｉ_YS）をｓｉｎ２θで振幅変調
した交流成分であり、第２の増幅器１２０（利得：
ｋ₂ ）の出力Ｉ₂ ［図８の波形（ｇ）］に対応する。

【００４４】従って、前述した図７の装置と同様に、出
力信号Ｉ₂ を、検波器１２１に入力し、切り換え信号Ｃ
（ｔ）で同期整流することにより、式（１０）の交流成
分を直流レベル（ｋｋ₁ ｋ₂ Ｉ₀ ｓｉｎ２θ／２）に変
換し、その出力とローパスフィルタ１２２の出力（ｋｋ
₁ Ｉ₀ ／２）との比を割算器１２３で求めることによ
り、ファラデー回転角θが、ｋ₂ ｓｉｎ２θとして得ら
れる。

【００４５】

【実施例】

（１）第１実施例 以下に、請求項１の発明による光学式磁界測定装置の一
実施例（第１実施例）について、図１乃至図３を参照し
て具体的に説明する。ここで、図１は、光学式磁界測定
装置の第１実施例を示すブロック構成図、図２は、図１
の光学式磁界測定装置における光量調整回路とスイッチ
回路及び発光・モニタ側の光学系の回路構成を示すブロ
ック構成図、図３は、図１の光学式磁界測定装置の作用
を説明するためのタイミング図である。なお、図１にお
いて、測定手段側の構成は、図７に示した構成と全く同
様であるため、図７の構成要素と対応する同一の構成要
素には同一符号を付し、説明を省略する。

【００４６】図１において、まず、１２，１３は、無偏
光の光を出射する発光ダイオードを用いた第１の光源及
び第２の光源、１４，１５は、第１の光源１２と第２の
光源１３より出射される各々の光を、偏波面が互いに直
交する直線偏光波に変換する偏光ビームスプリッタであ
る。また、１６は、偏光ビームスプリッタ１４，１５の
間に設置され、偏光ビームスプリッタ１４，１５でそれ
ぞれ分離した反射光の光路を曲げる全反射プリズム、１
７は、全反射プリズム１６で曲げられた直線偏光波を入
射し、この直線偏光波をその光強度に比例した電気信号
に変換する第２の受光器（第２の受光手段）である。

【００４７】さらに、１８は、第２の受光器１７の出力
信号を入力し、２相の直線偏光波の光強度を設定値に等
しくするように、第１、第２の光源１２，１３に作用す
る光量調整回路である。１９は、周波数ω₀ で逆相の矩
形波電気信号Ｃ_X ，Ｃ_Y を生成し、これらの逆相信号Ｃ
_X ，Ｃ_Y によって、第１の光源１２と第２の光源１３
を、周波数ω₀ で互いに逆相駆動させるスイッチ回路、
２０は、スイッチ回路１９と検波器８に切り換え信号を
供給するタイミング回路である。なお、偏光ビームスプ
リッタ１４，１５は、出射光Ｉ_X0 ，Ｉ_Y0の各々の透過
光Ｉ_XS ，Ｉ_YSの偏波面が直交するように設置される。

【００４８】以下には、本実施例の装置による磁界測定
動作を、図１のブロック構成図及び図３のタイミング図
により説明する。

【００４９】まず、図１において、タイミング回路２０
から出力される周波数ω₀ の切り換え信号Ｃ（ｔ）［図
３の波形（ａ）］が、スイッチ回路１９に入力される
と、これによって、周波数ω₀ の逆相信号Ｃ_X ，Ｃ_Y が
形成され、これらの逆相信号Ｃ_X ，Ｃ_Y により、第１、
第２の光源１２，１３が周波数ω₀ で逆相駆動される。
第１の光源１２の出射光Ｉ_X0及び第２の光源１３の出射
光Ｉ_Y0は、各々、偏光ビームスプリッタ１４，１５に入
射され、互いに直交する偏波面を有する直線偏光波に変
換され、透過光Ｉ_XS ，Ｉ_YSとして出射されると共に、
その一部は分離され、反射光Ｉ_XM ，Ｉ_YMとして出射さ
れる。この場合、透過光Ｉ_XS ，Ｉ_YS及び反射光Ｉ
_XM ，Ｉ_YMは、それぞれ、測定光及びモニタ光として使
用されるため、以下には、測定光Ｉ_XS ，Ｉ_YS及びモニ
タ光Ｉ_XM ，Ｉ_YMと称する。

【００５０】次に、互いに直交する偏波面を有する測定
光Ｉ_XS（水平偏光成分）及び測定光Ｉ_YS（垂直偏光成
分）は、ファラデー素子１と検光子２を経て、第１の受
光器３で電気信号に変換され、この電気信号によって、
ファラデー回転角の測定が行われる。なお、直線偏光波
Ｉ_XS ，Ｉ_YSからファラデー回転角を測定する手段及び
方法については、すでに、課題を解決するための手段の
欄で詳細に説明しているため、ここでの説明は省略す
る。

【００５１】これに対して、互いに直交する偏波面を有
するモニタ光Ｉ_XM［垂直偏光成分：図３の波形（ｂ）］
及びモニタ光Ｉ_YM［水平偏光成分：図３の波形（ｃ）］
は、全反射プリズム１６を介して第２の受光器１７に入
射される。そして、第２の受光器１７は、入射したモニ
タ光Ｉ_XM ，Ｉ_YMを、その光強度に比例した電気信号Ｉ
_XM´，Ｉ_YM´に変換して光量調整回路１８にフィードバ
ックする。光量調整回路１８は、光強度設定値Ｉ₀ に対
する電気信号Ｉ_XM´，Ｉ_YM´の誤差量を検出し、この誤
差量に応じて、第１、第２の光源１２，１３の駆動電流
を調整する。その結果、偏光ビームスプリッタ１４，１
５から出射される２つのモニタ光Ｉ_XM，Ｉ_YMの光強度
は、常に、一定値Ｉ₀ に等しくなるように制御される。

【００５２】さらに、光量調整回路１８とスイッチ回路
１９及び発光・モニタ側の光学系の具体的な構成及び作
用について、図２のブロック構成図及び図３のタイミン
グ図を参照して説明する。

【００５３】図２に示すように、第１の光源１２と偏光
ビームスプリッタ１４との間には、レンズ２１、光ファ
イバ２２、及びレンズ２３が順次配置され、同様に、第
２の光源１３と偏光ビームスプリッタ１５との間には、
レンズ２４、光ファイバ２５、及びレンズ２６が順次配
置されている。そして、全反射プリズム１６と第２の受
光器１７との間にも、レンズ２７、光ファイバ２８、及
びレンズ２９が順次配置されている。

【００５４】また、スイッチ回路１９は、破線で囲まれ
た部分で構成されており、第１の光源１２の駆動電流を
ＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチング用トランジスタ３
２、第２の光源１３の駆動電流をＯＮ／ＯＦＦするため
のスイッチング用トランジスタ３４、及び第１、第２の
光源１２，１３を逆相駆動するインバータ回路３５から
構成されている。さらに、光量調整回路１８は、第３の
増幅器３６及び第４の増幅器３９、ローパスフィルタ３
７、ハイパスフィルタ３８、検波器４０、加算増幅器４
１〜４３、及び第１、第２の光源１２，１３の駆動電流
を制御するためのトランジスタ３１，３３で構成されて
いる。

【００５５】そして、以上のような構成を有する光量調
整回路１８とスイッチ回路１９及び発光・モニタ側の光
学系の動作は、次の通りである。すなわち、矩形波信号
Ｃ（ｔ）［図３の（ａ）］が、逆相駆動用切り換え信号
として、スイッチ回路１９におけるトランジスタ３２の
ベース端子とインバータ回路３５に入力され、このイン
バータ回路３５の出力は、トランジスタ３４のベース端
子に入力される。切り換え信号Ｃ（ｔ）がハイレベル
“１”の場合には、トランジスタ３２がＯＮ、トランジ
スタ３４がＯＦＦ状態となって、第１の光源１２から出
射光Ｉ_X0が出射される。逆に、切り換え信号Ｃ（ｔ）が
ローレベル“０”の場合には、トランジスタ３４がＯ
Ｎ、トランジスタ３２がＯＦＦ状態となって、第２の光
源１３から出射光Ｉ_Y0が出射される。

【００５６】出射光Ｉ_X0 ，Ｉ_Y0は、光ファイバ２２，
２５を介して、偏光ビームスプリッタ１４，１５に入射
され、測定光Ｉ_XS ，Ｉ_YSと、モニタ光Ｉ_XM ，Ｉ_YMと
に分離される。このうち、モニタ光Ｉ_XM ，Ｉ_YMは、そ
れぞれ、全反射プリズム１６、レンズ２７、光ファイバ
２８、及びレンズ２９を経て、第２の受光器１７に入射
され、モニタ光Ｉ_XM ，Ｉ_YMの各々の光強度に比例した
電気信号Ｉ_XM´，Ｉ_YM´に光電変換される。

【００５７】電気信号Ｉ_XM´，Ｉ_YM´は、光量調整回路
１８における第３の増幅器（利得：ｋ₃ ）３６に入力さ
れ、これらの信号Ｉ_XM´，Ｉ_YM´の和が、信号Ｉ₁₁［図
３の波形（ｄ）］として出力される。すなわち、モニタ
光Ｉ_XM＝Ｉ_YMの場合の出力信号Ｉ₁₁は、一定値ｋ₃ Ｉ_XM
´（＝ｋ₃ Ｉ_YM´）になり、また、Ｉ_XM≠Ｉ_YMの場合に
は、ｋ₃ Ｉ_XM´とｋ₃ Ｉ_YM´とを成分とする直流に重畳
した矩形波が現れる。図３の（ｄ）に示す矩形波は、モ
ニタ光Ｉ_XM＞Ｉ_YMの場合の矩形波の一例を示している。

【００５８】第３の増幅器３６からの出力信号Ｉ₁₁は、
ローパスフィルタ３７及びハイパスフィルタ３８に入力
される。ローパスフィルタ３７によって、信号Ｉ₁₁の直
流成分、すなわち、ｋ₃ Ｉ_XM´とｋ₃ Ｉ_YM´の平均値が
抽出され、この平均値（を示す信号）Ｉ_AVE が、加算増
幅器４１のマイナス入力端子に入力される。一方、ハイ
パスフィルタ３８によって、信号Ｉ₁₁の直流成分は除去
され、図３の波形（ｄ）に示す矩形波信号だけが抽出さ
れる。この矩形波信号は、第４の増幅器（利得：ｋ₄ ）
３９に入力され、第４の増幅器３９によって、ｋ₄ （Ｉ
₁₁−Ｉ_AVE ）を振幅とする矩形波信号Ｉ₁₂［図３の波形
（ｅ）］に増幅される。

【００５９】第４の増幅器３９からの出力信号Ｉ₁₂は、
検波器４０に入力され、この検波器４０において、切り
換え信号Ｃ（ｔ）により同期整流される。すなわち、切
り換え信号Ｃ（ｔ）がハイレベル“１”の場合には、信
号Ｉ₁₂はそのまま信号Ｉ₁₃として出力され、切り換え信
号Ｃ（ｔ）がローレベル“０”の場合には、信号Ｉ
₁₂は、その極性を反転され、信号Ｉ₁₃として出力され
る。従って、２つの直線偏光波（モニタ光）Ｉ_XM ，Ｉ
_YMの光強度がＩ_XM＞Ｉ_YMの場合には、検波器４０の出力
信号Ｉ₁₃の極性はプラスになり、逆にＩ_XM＜Ｉ_YMの場合
には、出力信号Ｉ₁₃の極性はマイナスになる。

【００６０】検波器４０の出力信号Ｉ₁₃は、加算増幅器
４２のマイナス入力端子と加算増幅器４３の第２のプラ
ス入力端子に入力される。また、加算増幅器４１のプラ
ス入力端子には、光強度の設定値Ｉ₀ が入力され、この
設定値Ｉ₀ とマイナス入力端子に入力された信号Ｉ_AVE
との差が、信号（Ｉ₀ −Ｉ_AVE ）として出力される。こ
の出力信号（Ｉ₀ −Ｉ_AVE ）は、加算増幅器４２のプラ
ス入力端子と加算増幅器４３の第１のプラス入力端子に
入力される。この構成により、加算増幅器４１は、設定
値Ｉ₀ に対するＩ_XM´とＩ_YM´の平均値Ｉ_AVE の変動分
を補正量として出力し、また、加算増幅器４２，４３
は、Ｉ_XM´とＩ_YM´の差に、加算増幅器４１の出力を加
えた量を補正量として出力する。トランジスタ３１，３
３は、加算増幅器４２，４３の出力信号を入力して、第
１、第２の光源１２，１３の駆動電流を調整する。

【００６１】Ｉ_XM´＝Ｉ_YM´＝Ｉ₀ を満足する定常状態
では、Ｉ_AVE ＝Ｉ₀ ，Ｉ₁₂＝Ｉ₁₃＝０、従って、加算
増幅器４１〜４３の出力はいずれも“０”である。この
状態でＩ_XM´＝Ｉ_YM´＝Ｉ₀ になるように、第１、第２
の光源１２，１３の駆動回路を調整している。

【００６２】次に、直線偏光波（モニタ光）Ｉ_XM ，Ｉ
_YMの光強度が変動した場合の光量調整回路１８の作用を
説明する。

【００６３】仮に、モニタ光Ｉ_XMの光強度だけが増加し
た場合、第３の増幅器３６の出力信号Ｉ₁₁の直流成分ｋ
₃ Ｉ_XM´が増加するために、ローパスフィルタ３７から
出力される平均値Ｉ_AVE も増加し、加算増幅器４１の出
力信号（Ｉ₀ −Ｉ_AVE ）はマイナス側に変化する。その
結果、加算増幅器４２，４３の出力も、マイナス側に変
化して、トランジスタ３１，３３が共にＯＦＦする方向
に作用し、第１、第２の光源駆動電流を低減させて、平
均値Ｉ_AVE と設定値Ｉ₀ が等しくなるように制御する。

【００６４】一方、ハイパスフィルタ３８及び第４の増
幅器３９を介して、Ｉ_XMの変動により生じた矩形波成分
［図３の波形（ｄ）］を増幅し、検波器４０で同期整流
した信号Ｉ₁₃は、プラスとなり、加算増幅器４２の出力
は、マイナス側に、また、加算増幅器４３の出力は、プ
ラス側に変化するために、トランジスタ３１は、ＯＦＦ
方向に作用して、第１の光源１２側のモニタ光の光強度
Ｉ_XMを低減させる。また、トランジスタ３３は、ＯＮ方
向に作用して、平均値の補正に伴う第２の光源１３側の
モニタ光の光強度Ｉ_YMの減少分を修正する。その結果、
Ｉ_XM´とＩ_YM´は、互いに等しく、且つ、その平均値Ｉ
_AVE が設定値Ｉ₀ に等しくなるように制御され、これに
よって、２つのモニタ光の光強度Ｉ_XMとＩ_YMは、互いに
等しく、且つ、一定値になる。

【００６５】また、上記例とは反対に、モニタ光Ｉ_XMの
光強度が減少した場合には、平均値Ｉ_AVE が低下するた
めに、加算増幅器４１の出力信号（Ｉ₀ −Ｉ_AVE ）は、
プラス側に変化して、Ｉ_XM´，Ｉ_YM´を増やすように作
用し、平均値Ｉ_AVE を増加させて、設定値Ｉ₀ に等しく
なるように制御する。さらに、Ｉ_XM＜Ｉ_YMより、検波器
４０の出力信号Ｉ₁₃の極性はマイナスとなるために、加
算増幅器４２の出力はプラス側に変化して、Ｉ_XMの減少
分を補うように作用し、加算増幅器４３の出力は、マイ
ナス側に変化して平均値の補正に伴うＩ_YMの増加分を修
正する。Ｉ_YMだけが変動した場合、または、Ｉ_XMとＩ_YM
が共に変動した場合にも、同様に、光量調整回路が作用
し、Ｉ_XMとＩ_YMは等しく且つ一定値になる。

【００６６】以上のように、本実施例においては、２つ
の直線偏光波の光強度Ｉ_XM ，Ｉ_YMが変動するか、また
はバランスが崩れると、光量調整回路１８が作動し、第
１、第２の光源１２，１３から出射する直線偏光波の光
強度Ｉ_XM ，Ｉ_YMを、常に等しく且つ一定に調整するこ
とができる。

【００６７】従って、本実施例によれば、偏波面が直交
する２つの直線偏光波の光強度を一定に調整し、互いに
逆相駆動することにより、従来の光学式磁界測定装置に
おいて、ファラデー回転角の測定光用として２系統必要
であったところの受光系を、１系統のみに簡略化でき
る。この結果、従来のように、２つの光電変換器の利得
を一定にする必要がなくなり、受光器の経年変化による
感度のバラツキ、光ファイバの損失、増幅器の利得変
化、ドリフトなどに影響されない光学式磁界測定装置を
実現できる。

【００６８】（２）第２実施例 図４は、請求項１の発明による光学式磁界測定装置にお
いて、第１の受光器出力からのファラデー回転角を検出
するための信号処理方法が、前記第１実施例とは異なる
他の実施例（第２実施例）を示すブロック構成図であ
る。なお、この図４においては、測定手段以外の部分、
及びファラデー素子、検光子については、前記実施例と
同様であるものとしてこれらを省略し、第１の受光器以
下の測定手段側の構成のみを示している。

【００６９】図４に示す実施例において、第１の増幅器
４、ハイパスフィルタ６、第２の増幅器７、検波器８、
及びローパスフィルタ９は、前記実施例で説明した構成
要素と全く同様の構成要素であり、同一機能を有するた
め、ここでは説明を省略し、以下には、本実施例の特徴
のみを説明する。すなわち、６１は、シリコンアバラン
シェホトダイオード（ＡＰＤ）を用いた第１の受光器、
６２は、第１の受光器６１の出力電流ｉ_P を電圧に変換
する抵抗器である。６３は、ローパスフィルタ９の出力
と電圧基準値Ｖ_BRとを比較し、その差を出力する比較
器、６４は、比較器６３の出力信号を入力し、第１の受
光器６１のカソード端子に印加する電圧を調整して、第
１の受光器６１の光電変換利得を変化させるためのトラ
ンジスタである。この場合、第１の受光器６１、抵抗器
６２、第１の増幅器４、ローパスフィルタ６、比較器６
３、及びトランジスタ６４で電圧調整回路を構成してい
る。

【００７０】本実施例における電圧調整回路は、周囲温
度の変化や光学系の光損失などの原因により、第１の受
光器６１の出力電流が変化しても、第１の増幅器４の出
力が常に一定になるように作用する。例えば、第１の受
光器６１における受光量が一定であっても、温度変化な
どの他の原因で、第１の受光器６１の出力電流ｉ_P が増
加した場合には、第１の増幅器４の出力電圧Ｉ₁ ［図８
の波形（ｆ）］の増加に伴い、その平均値も増加するた
め、ローパスフィルタ９の出力も増加する。比較器６３
は、第１の増幅器４の出力電圧Ｉ₁ の平均値と電圧基準
値Ｖ_BRとを比較し、その比較の結果に相当する電圧を出
力して、トランジスタ６４をＯＦＦさせる方向に作動さ
せる。その結果、第１の受光器６１のカソード端子への
印加電圧が低下することで、光電変換利得も低下して、
出力電流ｉ_P を減少させる。

【００７１】また、第１の受光器６１の出力電流が減少
した場合には、上記作用とは反対に、トランジスタ６４
をＯＮさせる方向に作動させ、第１の受光器６１のカソ
ード印加電圧を上昇させることにより、光電変換利得を
高めて出力電流ｉ_P を増加させる。このような作用を繰
り返すことにより、前記の式（１０）に含まれる直流成
分ｋｋ₁ （Ｉ_XS＋Ｉ_YS）／２を一定に制御できる。その
結果、検波器８の出力ｋｋ₁ ｋ₂ Ｉ₀ ｓｉｎ２θ／２
は、ｋｋ₁ ｋ₂ ｓｉｎ２θで表され、図１及び図７に示
した割算器１０を省略することが可能となる。

【００７２】（３）第３実施例 図５及び図６は、請求項２の発明による光学式磁界測定
装置の一実施例（第３実施例）を示す図である。ここ
で、図５は、光学式磁界測定装置の第３実施例を示すブ
ロック構成図、図６は、図５の光学式磁界測定装置にお
ける光量調整回路とスイッチ回路の回路構成を示すブロ
ック構成図である。なお、図５において、分波手段を除
く測定手段側の構成は、図９に示した構成と全く同様で
あるため、図９の構成要素と対応する同一の構成要素に
は同一符号を付し、説明を省略する。

【００７３】図５において、まず、１２９，１３０は、
無偏光の光を出射する第１の光源及び第２の光源、１３
１，１３２は、第１の光源１２９と第２の光源１３０よ
り出射される光を、偏波面が互いに直交する直線偏光波
に変換する第１及び第２の偏光子（偏光手段）である。
１３３，１３４は、偏光子１３１，１３２より出射され
た光を集光して、対応するシングルモード光ファイバ１
１１，１１２に入射させるための集光レンズである。

【００７４】また、図５において、１２４は、シングル
モード光ファイバ１１１，１１２からの各出射光を入射
して、２相の直線偏光波を、偏光成分に依存されずに等
しい割合で２つの光に分ける分波器（分波手段）であ
り、この分波器１２４で分けられた一方向の２相の直線
偏光波が、検光子１１５に入射するように設置されてい
る。検光子１１５の偏光方位角は、第１の偏光子１３１
の偏光方位角及び第２の偏光子１３２の偏光方位角に対
して、それぞれ４５°に設置されている。１２５は、分
波器１２４によって分けられた残る一方向の２相の直線
偏光波をその光強度に比例した電気信号に変換する第２
の受光器（第２の受光手段）である。

【００７５】さらに、１２６は、第２の受光器１２５の
出力信号を入力し、シングルモード光ファイバ１１１，
１１２から出射する２相の直線偏光波の光強度を設定値
に等しくするように、第１、第２の光源１２９，１３０
に作用する光量調整回路である。１２７は、周波数ω₀
で逆相の矩形波電気信号Ｃ_X ，Ｃ_Y を生成し、これらの
逆相信号Ｃ_X ，Ｃ_Y によって、第１の光源１２９と第２
の光源１３０を、周波数ω₀ で互いに逆相駆動させるス
イッチ回路、１２８は、スイッチ回路１２７と検波器１
２１に切り換え信号を供給するタイミング回路である。

【００７６】上記のような構成を有する本実施例の装置
の磁界測定動作は、動作タイミング的には、前述した第
１実施例と同様に行われる。従って、以下では、第１実
施例と同様に図３のタイミング図を参照して、本実施例
の装置による磁界測定動作を説明する。

【００７７】図５において、タイミング回路１２８から
出力される周波数ω₀ の切り換え信号Ｃ（ｔ）［図３の
波形（ａ）］が、スイッチ回路１２７に入力されると、
これによって、周波数ω₀ の逆相信号Ｃ_X ，Ｃ_Y が形成
され、これらの逆相信号Ｃ_X ，Ｃ_Y により、第１、第２
の光源１２９，１３０が周波数ω₀ で逆相駆動される。
第１の光源１２９の出射光Ｉ_X0及び第２の光源１３０の
出射光Ｉ_Y0は、各々、第１の偏光子１３１と第２の偏光
子１３２に入射される。この場合、第１の偏光子１３１
と第２の偏光子１３２は、その偏光方位角が直交するよ
うに設置されているため、出射光Ｉ_X0の透過光Ｉ_XS´
（垂直偏光成分）と出射光Ｉ_Y0の透過光Ｉ_YS´（水平偏
光成分）の電界ベクトル成分Ｅ_X ，Ｅ_Y は、互いに直交
している。

【００７８】次に、偏光子１３１，１３２からの透過光
Ｉ_XS´（垂直偏光成分）と透過光Ｉ_YS´（水平偏光成
分）は、集光レンズ１３３，１３４によってそれぞれ集
光された後、第１及び第２のシングルモード光ファイバ
１１１，１１２の一端に入射され、磁界を発生している
導体１１３を囲むようにして巻き付けられたコイル部１
１４を伝播した後、第１及び第２のシングルモード光フ
ァイバ１１１，１１２の他端から出射される。シングル
モード光ファイバ１１１，１１２からの出射光は、分波
器１２４に入射される。この分波器１２４によって、直
線偏光波Ｉ_XS´は、偏光成分に依存されずに、等しい割
合の光強度を有する直線偏光波Ｉ_XS ，Ｉ_XMに分けら
れ、直線偏光波Ｉ_YS´も、同様に、偏光成分に依存され
ずに、等しい割合の光強度を有する直線偏光波Ｉ_YS ，
Ｉ_YMに分けられる。

【００７９】この場合、分けられた一方向の直線偏光波
Ｉ_XS ，Ｉ_YSは、測定光として、第１の受光器１１６で
電気信号に変換され、この電気信号によって、ファラデ
ー回転角の測定が行われる。なお、直線偏光波Ｉ_XS ，
Ｉ_YSからファラデー回転角を測定する手段及び方法につ
いては、すでに、課題を解決するための手段の欄で詳細
に説明しているため、前記第１実施例と同様、その説明
は省略する。

【００８０】これに対して、分けられた残る一方向の直
線偏光波Ｉ_XM［垂直偏光成分：図３の波形（ｂ）］及び
直線偏光波Ｉ_YM［水平偏光成分：図３の波形（ｃ）］
は、モニタ光として、第２の受光器１２５に入射され
る。そして、第２の受光器１２５は、入射したモニタ光
Ｉ_XM ，Ｉ_YMを、その光強度に比例した電気信号Ｉ
_XM´，Ｉ_YM´に変換して光量調整回路１２６にフィード
バックする。光量調整回路１２６は、光強度設定値Ｉ₀
に対する電気信号Ｉ_XM´，Ｉ_YM´の誤差量を検出し、こ
の誤差量に応じて、第１、第２の光源１２９，１３０の
駆動電流を調整する。その結果、シングルモード光ファ
イバ１１１，１１２から出射される２つのモニタ光Ｉ_XM
，Ｉ_YMの光強度は、常に、一定値Ｉ₀ に等しくなるよ
うに制御される。

【００８１】さらに、光量調整回路１２６とスイッチ回
路１２７の具体的な構成及び作用について、図６のブロ
ック構成図及び図３のタイミング図を参照して説明す
る。

【００８２】図６に示すように、本実施例における光量
調整回路１２６とスイッチ回路１２７の具体的な構成
は、前述した第１実施例の同部の構成と全く同様であ
る。すなわち、スイッチ回路１２７は、破線で囲まれた
部分で構成されており、第１の光源１２９の駆動電流を
ＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチング用トランジスタ１
４２、第２の光源１３０の駆動電流をＯＮ／ＯＦＦする
ためのスイッチング用トランジスタ１４４、及び第１、
第２の光源１２９，１３０を逆相駆動するインバータ回
路１４５から構成されている。また、光量調整回路１２
６は、第３の増幅器１４６及び第４の増幅器１４９、ロ
ーパスフィルタ１４７、ハイパスフィルタ１４８、検波
器１５０、加算増幅器１５１〜１５３、及び第１、第２
の光源１２９，１３０の駆動電流を制御するためのトラ
ンジスタ１４１，１４３で構成されている。

【００８３】なお、以上のように、前記第１実施例と同
様の構成を有する光量調整回路１２６とスイッチ回路１
２７の動作については、前述した第１実施例の動作と同
様であるため、ここでは説明を省略する。そして、本実
施例においては、シングルモード光ファイバ１１１，１
１２からの２つの直線偏光波の光強度Ｉ_XM ，Ｉ_YMが変
動するか、またはバランスが崩れると、光量調整回路１
２６が作動し、第１、第２の光源１２９，１３０を制御
して、シングルモード光ファイバ１１１，１１２からの
２つの直線偏光波の光強度Ｉ_XM ，Ｉ_YMを、常に等しく
且つ一定に調整することができる。このことは、シング
ルモード光ファイバ１１１，１１２を透過する直線偏光
波の光強度を、常に等しく且つ一定に調整することがで
きることに相当する。

【００８４】（４）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、各部の具体的な構成は自由に選択可能であり、例え
ば、発光ダイオードの他にも各種の光源を使用可能であ
る。また、請求項２の発明は、ファラデー効果材をシン
グルモード光ファイバに限定しているが、請求項１の発
明においては、ファラデー効果材の材質は適宜選択可能
である。さらに、スイッチ回路や光量調整回路の具体的
な構成も適宜選択可能である。また、第１実施例におい
ては、偏光ビームスプリッタの透過光を測定光として使
用し、反射光をモニタ光として使用したが、逆に、偏光
ビームスプリッタの反射光を測定光として使用し、透過
光をモニタ光として使用する構成も可能であり、同様の
作用効果を得られる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、２つの偏光ビームスプリッタからなる偏光手段を使
用して、一方の２相の直線偏光波をファラデー効果材に
入射し、１つの受光系で電気信号に変換する構成とする
ことにより、２つの受光系を使用していた従来技術に比
べて、光電変換器の利得変動に影響されることなく、精
度の高い磁界測定が可能な光学式磁界測定装置を提供す
ることができる。

【００８６】その上、請求項２の発明においては、磁界
中にそのコイル部を設置したシングルモード光ファイバ
からの２相の直線偏光波の光強度のバランスをとる構成
とすることにより、偏光子、ファラデー素子、及び検光
子などの多数の部品を磁界中に設置していた従来技術に
比べて、磁界中に設置する光学部品を、シングルモード
光ファイバのコイル部のみにできるため、温度変化によ
る光学部品の温度特性の影響を極力低減することがで
き、磁界測定の精度をさらに向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明による光学式磁界測定装置の第
１実施例を示すブロック構成図。

【図２】図１の光学式磁界測定装置における光量調整回
路とスイッチ回路及び発光・モニタ側の光学系の回路構
成を示すブロック構成図。

【図３】図１の光学式磁界測定装置の作用を説明するた
めのタイミング図。

【図４】請求項１の発明による光学式磁界測定装置の第
２実施例を示すブロック構成図。

【図５】請求項２の発明による光学式磁界測定装置の第
３実施例を示すブロック構成図。

【図６】図５の光学式磁界測定装置における光量調整回
路とスイッチ回路の回路構成を示すブロック構成図。

【図７】請求項１の発明の測定手段側の一般的な構成を
示すブロック構成図。

【図８】図７の作用を説明するためのタイミング図。

【図９】請求項２の発明の分波手段を除く測定手段側の
一般的な構成を示すブロック構成図。

【図１０】従来のファラデー効果を用いた光学式磁界測
定装置の一例を示すブロック構成図。

【図１１】従来のファラデー効果を用いた光学式磁界測
定装置のうち、特に、ファラデー素子への光信号の授受
に光ファイバを使用してなる装置の一例を示すブロック
構成図。

【符号の説明】

１…ファラデー素子（ファラデー効果材） ２…検光子（検光手段） ３…受光器（第１の受光手段） ４…第１の増幅器 ５…光電変換器 ６…ハイパスフィルタ ７…第２の増幅器 ８…検波器（検波手段） ９…ローパスフィルタ（フィルタ手段） １０…割算器 １２…第１の光源 １３…第２の光源 １４，１５…偏光ビームスプリッタ １６…全反射プリズム １７…第２の受光器（第２の受光手段） １８…光量調整回路 １９…スイッチ回路 ２０…タイミング回路 １１１，１１２…シングルモード光ファイバ １１３…導体 １１４…コイル部 １１５…検光子（検光手段） １１６…第１の受光器（第１の受光手段） １１７…第１の増幅器 １１８…光電変換器 １１９…ハイパスフィルタ １２０…第２の増幅器 １２１…検波器（検波手段） １２２…ローパスフィルタ（フィルタ手段） １２３…割算器 １２４…分波器（分波手段） １２５…第２の受光器（第２の受光手段） １２６…光量調整回路 １２７…スイッチ回路 １２８…タイミング回路 １２９…第１の光源 １３０…第２の光源 １３１…第１の偏光子 １３２…第２の偏光子 １３３，１３４…集光レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界中に設置したファラデー効果材と、
   このファラデー効果材に所定の光を入射させる発光手段
   と、ファラデー効果材を透過した光のファラデー効果に
   よる偏波面の回転角を検出する測定手段とを有する光学
   式磁界測定装置において、 前記発光手段として、 逆相の２相の矩形波電気信号を生成するスイッチ回路
   と、 前記スイッチ回路で作られた逆相の２相の矩形波電気信
   号を光信号に変換する光源と、 前記光源より出射した２相の光信号を、偏波面が互いに
   直交する２つの直線偏光波に変換する２つの偏光ビーム
   スプリッタを有する偏光手段とを備え、 且つ、前記ファラデー効果材が、前記偏光手段で分離し
   た一方向の２相の直線偏光波を透過させるように磁界中
   に設置され、 且つ、前記測定手段として、 前記ファラデー効果材を透過した２相の直線偏光波を検
   光して合成する検光手段と、 前記検光手段を通過した直線偏光波を入射して電気信号
   に変換する第１の受光手段と、 前記第１の受光手段の出力信号から交流振幅を抽出する
   検波手段と、 前記第１の受光手段の出力信号から直流成分を抽出する
   フィルタ手段とを備え、 且つ、モニタ手段として、 前記偏光手段で分離した残る一方向の２相の直線偏光波
   を入射し、電気信号に変換する第２の受光手段と、 前記第２の受光手段の出力を入力して、前記２相の直線
   偏光波の光強度を等しくするように前記光源に作用する
   光量調整回路とを備え、 さらに、制御手段として、 前記スイッチ回路と前記検波手段に切り換え信号を供給
   するタイミング回路を備えたことを特徴とする光学式磁
   界測定装置。
2. 【請求項２】 磁界中に設置したファラデー効果材と、
   このファラデー効果材に所定の光を入射させる発光手段
   と、ファラデー効果材を透過した光のファラデー効果に
   よる偏波面の回転角を検出する測定手段とを有する光学
   式磁界測定装置において、 前記発光手段として、 逆相の２相の矩形波電気信号を生成するスイッチ回路
   と、 前記スイッチ回路で作られた逆相の２相の矩形波電気信
   号を光信号に変換する光源と、 前記光源より出射した２相の光信号を、偏波面が互いに
   直交する直線偏光波に変換する偏光手段とを備え、 且つ、前記ファラデー効果材が、少なくとも１以上の巻
   数で巻回されたコイル部を有するシングルモード光ファ
   イバであり、このシングルモード光ファイバが、そのコ
   イル部が前記磁界中に位置し、且つ、前記偏光手段より
   出射した２相の直線偏光波を透過させるように設置さ
   れ、 且つ、前記測定手段として、 前記シングルモード光ファイバより出射した２相の直線
   偏光波を、等しい割合で２つの光に分ける分波手段と、 前記分波手段で分けられた一方向の２相の直線偏光波か
   ら特定の偏光方位角成分のみを抽出する検光手段と、 前記検光手段を通過した直線偏光波を入射して電気信号
   に変換する第１の受光手段と、 前記第１の受光手段の出力信号から交流振幅を抽出する
   検波手段と、 前記第１の受光手段の出力信号から直流成分を抽出する
   フィルタ手段とを備え、 且つ、モニタ手段として、 前記分波手段で分けられた残る一方向の２相の直線偏光
   波を入射し、電気信号に変換する第２の受光手段と、 前記第２の受光手段の出力を入力して、前記シングルモ
   ード光ファイバより出射する２相の直線偏光波の光強度
   を等しくするように前記光源に作用する光量調整回路と
   を備え、 さらに、制御手段として、 前記スイッチ回路と前記検波手段に切り換え信号を供給
   するタイミング回路を備えたことを特徴とする光学式磁
   界測定装置。