JPH05264689A - 光学式磁界センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検光子からの反射光の影響による測定誤差を
極力少なくして、高精度に磁界の大きさを測定できるよ
うにしたものを提供する。 【構成】 光の伝播に光ファイバ４ａ，４ｂを使用する
とともに、ケース５の内部に偏光子７、ファラデー素子
８、検光子９及び反射プリズム１０を収納したセンサヘ
ッド２内に光源からの光を通過させて磁界を測定するよ
うにした光学式磁界センサにおいて、前記ファラデー素
子８と検光子９をそれらの両入射面８ａ，９ａが相対的
な傾斜角θを有するよう配置するとともに、この傾斜角
θを検光子９で反射し更にファラデー素子８で反射して
くる光が光ファイバ４ｂの端面に入射しない大きさに設
定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を有す
るファラデー素子を利用して光学的に磁界を測定する光
学式磁界センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電流を測定するようにした
上記光学式磁界センサは、一般に図５に示すように構成
されていた。

【０００３】即ち、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光を
発する光源１と、センサヘッド２と、受光素子３とから
主に構成され、前記光源１とセンサヘッド２、及びセン
サヘッド２と受光素子３との間は、光を伝播する光ファ
イバ４ａ，４ｂで夫々連結されている。前記各光ファイ
バ４ａ，４ｂの一端は、センサヘッド２のケース５の内
壁に固着されたマイクロレンズ６ａ，６ｂを介して該セ
ンサヘッド２に接続されているとともに、ケース５の内
部には、光の通過方向に沿って偏光子７、ファラデー素
子８、検光子９及び反射プリズム１０が同一光路上に配
置されている。

【０００４】これにより、光源１から出射された光は、
光ファイバ４ａによりセンサヘッド２内に導かれ、マイ
クロレンズ６ａによって平行光にされた後、偏光子７に
よって９０°曲げられるとともに直線偏光波となってフ
ァラデー素子８に導入される。このファラデー素子８内
では、外部磁界Ｈに応じて偏光面が回転し、回転した出
射光は、偏光子７に対して４５°となるように設定され
た検光子９で光強度に変化され、反射プリズム１０で反
射された後、マイクロレンズ６ｂ及び光ファイバ４ｂを
通してダイオード等の受光素子３に導かれ、ここで光強
度が測定されて出力される。これによって、外部磁界Ｈ
の大きさを測定することができる。

【０００５】そして、上記光学式磁界センサを用いて電
流を測定する場合には、図６に示すように、電線１１の
周囲に設置された鉄心１２のギャップ部１２ａに上記セ
ンサヘッド２を取り付け、この時に測定される外部磁界
Ｈの大きさから、電線１１に流れる電流を測定するよう
なされていた。

【０００６】ここに、前記ファラデー素子８と検光子９
とは、その入射面８ａ，９ａに対する光の入射角が正確
に０度となるよう互いに平行に配置され、また反射プリ
ズム１０で反射した光が受光側の光ファイバ４ｂの端面
に入射するよう調整されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】通常、磁界センサはか
なりの高精度を必要とすることが多いが、上記従来の一
般的な光学式磁界センサでは、反射光が原因となって誤
差が大きくなってしまっうことがあるといった問題点が
あるのが現状であった。

【０００８】即ち、前述のように、ファラデー素子８と
検光子９とは、互いにかなり正確な平行度を有するよう
配置されていたので、検光子９からの反射光のうち、再
びファラデー素子８に入射しこの入射面８ａの裏側で反
射する光が、本来の透過のみで検光子９に達した検出光
とほぼ同一経路を経て検光子９に達し、反射プリズム１
０から光ファイバ４ｂの端面に入射されてしまう。

【０００９】ここに、前記検光子９及びファラデー素子
８で反射して再び検光子９に入射する反射光は、ファラ
デー素子８の内部を３回通過することになるため、本来
の検出光に比べファラデー回転角が３倍となり、しかも
この反射光は、偏光子７と検光子９の偏波面角度以下の
場合には、本来の検出光に比べ検光子９を通過する光量
が大きくなる。

【００１０】このため、ある磁界に対してファラデー回
転角の異なる光がほぼ同一の経路を経て検光子９を通過
して光ファイバ４ｂの端面に入射されることになり、こ
れが測定誤差の一因となっていた。

【００１１】本発明は上記に鑑み、検光子からの反射光
の影響による測定誤差を極力少なくして、高精度に磁界
の大きさを測定できるようにしたものを提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る光学式磁界センサは、光の伝播に光フ
ァイバを使用するとともに、ケース内部に少なくとも、
ファラデー素子と検光子及とを収納したセンサヘッド内
に光源からの光を通過させて磁界を測定するようにした
光学式磁界センサにおいて、前記ファラデー素子と検光
子をそれらの両入射面が相対的な傾斜角を有するよう配
置するとともに、この傾斜角を検光子で反射し更にファ
ラデー素子で反射してくる光が光ファイバの端面に入射
しない大きさに設定したことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、検光子
からの反射光のうち、ファラデー素子で再び反射して３
倍のファラデー回転角を有するようになった反射光は、
ファラデー素子を１回透過した本来の検出光とは異なる
経路、即ち本来の検出光の経路に対してファラデー素子
と検光子の両入射面のなす傾斜角の２倍の角度をもって
検光子に入射するが、この反射光は光ファイバの端面に
入射しないため、この反射光を除外した本来の検出光の
みを用いて磁界の大きさを測定することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図４により
説明する。なお、上記図５に示す従来例と同一部分は、
同一符号を付して説明する。

【００１５】図１乃至図３は第１の実施例を示すもの
で、本実施例において、センサヘッド２のケース５の内
部には、偏光子７、ファラデー素子８、検光子９及び反
射プリズム１０の各光学部品が光軸の軸線に沿って配置
されているのであるが、このファラデー素子８は、入射
光ａに対する入射角θが０．１°（θ＝０．１°）に、
検光子９は、入射光ｂに対する入射角が０°にそれぞれ
設定され、これによってファラデー素子８の入射面８ａ
と検光子９の入射面９ａとが相対的に０．１°の傾斜角
θを有するようなされている。

【００１６】これにより、図２に示すように、偏光子７
を通過した入射光ａがファラデー素子８内を通過する間
に外部磁界Ｈに応じて偏光面が回転して、検光子９への
入射光ｂとなる。そして、この入射光ｂは、通過光ｃと
なって検光子９内を通過して光強度に変化され、検出光
ｄとなって反射プリズム１０で反射した後、光ファイバ
４ａの端面に入射して光電素子３によって光強度が測定
される。一方、前記検光子９への入射光ｂの一部は、こ
の入射面９ａで反射して反射光ｅとなってファラデー素
子８に入射し、更にこの反射光ｅの一部は、ファラデー
素子８の入射面８ａの裏側で反射して再び検光子９に入
る反射光ｆとなり、検光子９を通過した後に光強度に変
化された反射光ｇとなる。

【００１７】前記反射光ｆは、ファラデー素子８の内部
を３回通過するため、そのファラデー回転角が本来の検
出光である検光子９への入射光ｂのファラデー回転角の
３倍となるとともに、ファラデー素子８が所定の入射角
θ（＝０．１°）だけ傾いているため、前記入射光ｂに
対して２θ（＝０．２°）の角度をもった異なる経路を
経て検光子９に入ることになる。

【００１８】そして、この反射光ｇは反射プリズム１０
で反射した後、光ファイバ４ａの端面に向けて伝播され
るのであるが、図３に示すように、この反射光ｇが光フ
ァイバ４ａの端面に入射しないよう、前記入射角θが設
定されている。

【００１９】即ち、前記角度２θをなす２つの経路を通
った光ｄ，ｇの差は、マイクロレンズ６ｂを通った後の
焦点距離のずれとなって現れ、この位置ずれ量ｌは、フ
ァラデー素子８の入射面８ａから受光側の光ファイバ４
ｂまでの光軸に沿った距離をＲとすると、 ｌ＝Ｒ・tan2θ と近似的に現すことができる。

【００２０】そして、この焦点距離の位置ずれ量ｌが光
ファイバ４ｂの直径ｄより大きければ（ｌ＞ｄ）、本来
の検出光ｄが光ファイバ４ｂの端面に入射した時、反射
光ｇが光ファイバ４ｂの端面に入射しないことになる。

【００２１】そこで、Ｒ＝４ｃｍ、θ＝０．１°とする
と、ｌ＝１４０μｍとなり、直径ｄ＝１００μｍの光フ
ァイバ４ｂを使用すれば、上記条件（ｌ＞ｄ）を満たす
ことになる。

【００２２】これによって、反射光ｇが光ファイバ４ａ
の端面に入射せず、従って受光素子３でこの反射光ｇを
検出することなく、本来の検出光ｄのみから磁界の大き
さを測定することができる。

【００２３】この実施例を用いて、ある磁界下で受光素
子３に到達する光の量を測定したとろこ、理論値の９
９．９％と非常に高い精度を有していることが確かめら
れた。

【００２４】なお、前記入射角θ、ひいてはファラデー
素子８の入射面８ａと検光子９の入射面９ａとのなす傾
斜角θは、大きくても良いが、あまり大きすぎると検光
子９への入射光ｂの量が減少するので、１０°以下であ
ることが望ましい。

【００２５】図４は、第２の実施例を示すもので、この
実施例は、ファラデー素子８の入射光ａに対する入射角
を０°に、検光子９の入射光ｂに対する入射角θを０．
１°にそれぞれ設定することにより、ファラデー素子８
の入射面８ａと検光子９の入射面９ａとが相対的に０．
１°の傾斜角θを有するようにしたものである。

【００２６】この実施例の場合も、検光子９への入射光
ｂの一部は、この入射面９ａで反射して反射光ｅとなっ
てファラデー素子８に入射し、更にこの反射光ｅの一部
は、ファラデー素子８の入射面８ａの裏側で反射して再
び検光子９に入る反射光ｆとなるが、この反射光ｆは、
検光子９が所定の入射角θ（＝０．１°）だけ傾いてい
るため、前記入射光ｂに対して２θ（＝０．２°）の角
度をもった異なる経路を経て検光子９に入ることにな
る。

【００２７】従って、上記実施例と同様に、この反射光
ｆ、ひいては光強度に変化された反射光ｇが光ファイバ
４ｂの端面に入射せず、これによって、受光素子３でこ
の反射光ｇを検出することなく、本来の検出光ｄのみか
ら磁界の大きさを測定することができる。

【００２８】この実施例の場合も、上記実施例と同様
に、ある磁界下で受光素子３に到達する光の量を測定し
たとろこ、理論値の９９．９％と非常に高い精度を有し
ていることが確かめられている。

【００２９】なお、上記各実施例は、ファラデー素子８
または検光子９の一方の入射角をθに、他方の入射角を
０°にそれぞれ設定して、両入射面８ａ，９ｂが傾斜角
θを有するようにした例を示しているが、両者８，９の
入射角をθ1 ，θ2 （θ1 ≠θ2 ）に設定し、両入射面
８ａ，９ａが傾斜角θ3 （＝θ1 ±θ2 ≠０°）を有す
るようにすることもできる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
検光子からの反射光が受光側の光ファイバに導入される
のを防止して、この反射光を除外した本来の検出光のみ
を用いて磁界の大きさを測定することができ、これによ
って磁界測定の精度を向上させることができる。しか
も、ファラデー素子及び検光子をその入射角を正確に合
わせることなく設置することができるので、組み立てが
容易となるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す模式図。

【図２】同じく、光の伝播経路の説明に付する要部拡大
図。

【図３】同じく、焦点位置のずれの説明に付する要部拡
大図。

【図４】第２の実施例を示す図２相当図。

【図５】従来例を示す模式図。

【図６】電流の測定状態を示す概略図。

【符号の説明】

１ 光源（発光ダイオード） ２ センサヘッド ３ 受光素子 ４ａ，４ｂ 光ファイバ ６ａ，６ｂ マイクロレンズ ７ 偏光子 ８ ファラデー素子 ８ａ 入射面 ９ 検光子 ９ａ 入射面 １０ 反射プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光の伝播に光ファイバを使用するととも
   に、ケース内部に少なくとも、ファラデー素子と検光子
   とを収納したセンサヘッド内に光源からの光を通過させ
   て磁界を測定するようにした光学式磁界センサにおい
   て、前記ファラデー素子と検光子とをそれらの両入射面
   が相対的な傾斜角を有するよう配置するとともに、この
   傾斜角を検光子で反射し更にファラデー素子で反射して
   くる光が光ファイバの端面に入射しない大きさに設定し
   たことを特徴とする光学式磁界センサ。