JPH07191061A - 光応用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度で広いダイナミックレンジを有する光
応用センサを提供する。 【構成】 ＳＬＤ１ａからの光は、偏光子３ａで直線偏
光にされた後、ファイバカプラ４ａで２分割される。一
方の分割光は、位相変調子６ａによって鋸波形の変調を
受け、λ／４板８ａによって円偏光にされた後、導体１
２に巻き付けられたファイバ１１を通ってファラデー回
転する。この光はさらに、λ／４板７ａによって直線偏
光にされ、位相変調子５ａによって波形の変調を受けた
後、ファイバカプラ４ａに再び入射する。他方の分割光
は、逆回りでファイバカプラ４ａに再び入射する。ファ
イバカプラ４ａで再結合した光は検出器１３に入射す
る。信号処理装置１４により、位相変調子６ａを駆動制
御して鋸波形の周波数を変化させ、この周波数に基づい
て被測定電流値を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁界中のファラデー素
子内を伝播する２つの円偏光の位相のずれを利用して、
磁界強度または電流強度を検出する、光応用センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光応用センサは、被測定磁界または被測
定電流が誘起する磁界において生じるファラデー効果を
利用して、ファラデー素子内を伝播する２つの光波間の
位相差から磁界強度または電流強度を測定するものであ
る。

【０００３】図６に、従来の干渉型の光応用センサの一
例を示す。この光応用センサは、ファラデー素子として
ファイバを用いて、導体に流れる電流を測定するセンサ
であり、次のように構成されている。すなわち、この光
応用センサは、まず、順に配置された光源１、ビームス
プリッタ２、偏光子３、およびビームスプリッタ４を有
する。そして、ビームスプリッタ４の光源１と反対側に
は、位相変調子５，６、λ／４板７，８、レンズ９，１
０、およびファイバ１１からなるループ状の光路が形成
されており、ファイバ１１は、被測定電流が流れる導体
１２に巻き付けられている。

【０００４】より詳細には、ビームスプリッタ４からの
反射側の光路上には、位相変調子５、λ／４板７、およ
びレンズ９が順次配置されており、ファイバ１１の一端
に光を入射するとともに、ファイバ１１からの光を逆方
向に伝播するように構成されている。また、ビームスプ
リッタ４からの透過側の光路上には、位相変調子６、λ
／４板８、およびレンズ１０が順次配置されており、フ
ァイバ１１の他端に光を入射するとともに、ファイバ１
１からの光を逆方向に伝播するように構成されている。
さらに、光源１側のビームスプリッタ２の反射側の光路
上には、検出器１３が配置されている。

【０００５】このように構成された図６の光応用センサ
において、導体１２に流れる被測定電流を検出する際に
は、次のような動作が行われる。まず、光源１から光が
発せられると、この光は、ビームスプリッタ２を透過
し、偏光子３で直線偏光に変換された後、ビームスプリ
ッタ４で２分割される。

【０００６】ビームスプリッタ４からの２つの分割光の
うち、反射光は、位相変調子５によって波形の変調を受
け、λ／４板７によって円偏光に変換された後、レンズ
９で集光され、被測定電流の流れる導体１２に巻き付け
られたファイバ１１の一端に入射する。この光は、ファ
イバ１１を通って被測定電流が誘起する磁界強度に応じ
てファラデー回転した後、ファイバ１１の他端から出射
する。ファイバ１１から出射した光は、レンズ１０を通
り、λ／４板８によって再び直線偏光に変換された後、
位相変調子６によって波形の変調を受け、ビームスプリ
ッタ４に再び入射する。

【０００７】一方、ビームスプリッタ４からの２つの分
割光のうち、透過光は、ループ状の光路を前述した反射
光と逆回りで通過する。すなわち、位相変調子６、λ／
４板８、レンズ１０、ファイバ１１、レンズ９、λ／４
板７、位相変調子５、という順序で通過し、ビームスプ
リッタ４に再び入射する。

【０００８】そして、以上のように、同一のループ状の
光路を互いに逆方向に通過した２つの光は、ビームスプ
リッタ４において、再結合する。そして、このように結
合した光は、偏光子３を通り、ビームスプリッタ２で反
射した後、検出器１３で検出され、光電変換される。検
出器１３からの電気信号に基づき、図示していない信号
処理装置により、２つの光波間の位相差が検出され、こ
の位相差から電流強度が測定される。

【０００９】この光応用センサでは、特に、位相変調子
５，６で波形を変調することにより、余弦曲線を示す干
渉光出力を正弦曲線に変換している。これにより、特に
高い感度が必要な、電流の小さい部分における感度が向
上されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の干渉型の光応用センサにおいては、次のよ
うな問題点がある。すなわち、以上のように、位相変調
子によって余弦曲線を示す干渉光出力を正弦曲線に変換
して出力信号を得るように構成した場合には、出力信号
の正弦曲線のうちの９０度を越えない領域しか利用でき
ない。このため、フルスケールが限定され、高精度を保
つためにはダイナミックレンジを広くとれないという問
題点がある。

【００１１】また、以上のような従来の干渉型の光応用
センサにおいては、光学素子間において光が空間伝送さ
れることになるため、空間中の塵埃などの異物がこの空
間中の光路を横切ったり光学素子に付着することによ
り、短期的あるいは長期的な出力変動が生じる可能性が
ある。また、温度変化や振動により光学素子間での相対
的位置ずれが生じ、その結果光路がずれることによって
出力変動が生じる可能性もある。そして、このような出
力変動によって測定誤差が大きくなり、センサの測定精
度が低下してしまう。

【００１２】一方、以上のような従来の干渉型の光応用
センサにおいては、検出する２光波の光路差を大きくす
る必要があるため、光源の高干渉性や単色性が必要とさ
れる。しかしながら、このような高干渉性や単色性の光
源を使用した場合には、光強度によるファラデー素子内
のカー効果と、後方レイリー散乱、光学系からの戻り光
の影響などによりノイズを生じ、それによってセンサの
測定精度が低下するという問題点が生じる。すなわち、
カー効果の影響は、逆回転光の伝播強度のアンバランス
によって生じ、出力の変動をもたらす。また、後方レイ
リー散乱光は信号光と干渉して出力変動をもたらし、光
学系からの戻り光はさらに光源の出力および周波数の不
安定化をもたらす。そして、これらの出力変動や不安定
化によって測定誤差が大きくなり、センサの測定精度が
低下してしまうのである。

【００１３】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その第１の目
的は、高精度で広いダイナミックレンジを有する光応用
センサを提供することである。また、第２の目的は、空
間中の異物の影響や、温度変化、振動による光学素子間
の光路ずれなどの影響を低減可能な、高精度の光応用セ
ンサを提供することである。さらに、第３の目的は、カ
ー効果や後方レイリー散乱、および光学系からの戻り光
の影響を低減可能な、高精度の光応用センサを提供する
ことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光応用センサ
は、基本的に、次のような光学装置と信号処理装置とを
有する干渉型の光応用センサである。すなわち、まず、
光学装置は、被測定磁界または被測定電流によって誘起
される磁界の影響を受ける位置に配置されたファラデー
素子と、光源と、光源から発せられた光を２つに分離
し、分離した光をファラデー素子にそれぞれ結合する分
離手段と、ファラデー素子から出射した２つの光を再結
合する結合手段と、結合した光を検出して光電変換する
検出手段とを備える。また、信号処理装置は、前記検出
手段によって得られた電気信号を処理して２つの光の位
相差を検出し、この位相差から磁界または電流を測定す
るように構成される。そして、本発明の光応用センサ
は、このような基本的な構成に加えて、さらに次のよう
な特徴を有するものである。

【００１５】請求項１に記載の光応用センサは、光学装
置が、通過する光に鋸波形の変調をかける位相変調手段
をさらに備え、この位相変調手段が分離手段によって分
岐形成された２つの光路の少なくとも一方に挿入される
とともに、信号処理装置として、位相変調手段を駆動制
御する駆動制御装置を兼ねたセロダイン方式による信号
処理装置を使用することを特徴としている。

【００１６】請求項２に記載の光応用センサは、請求項
１の構成に加え、光学装置がファイバ素子とマイクロオ
プティクスで構成されることを特徴としている。

【００１７】請求項３に記載の光応用センサは、請求項
１の構成に加え、光学装置のうちの少なくとも分離手段
と結合手段を含む光学的制御部分が光集積回路上に形成
されていることを特徴としている。

【００１８】請求項４に記載の光応用センサは、請求項
１の構成に加え、光源として、スペクトル幅（半値全
幅）が０．５ｎｍ〜１００ｎｍの低干渉光源を使用する
ことを特徴としている。

【００１９】なお、本発明の光応用センサにおいて、フ
ァラデー素子としては、例えば、被測定電流の流れる導
体に少なくとも１回以上巻き付けられたファイバを使用
することが可能である。また、一般的に、光源とファラ
デー素子との間には、光源から発せられた光を円偏光ま
たは楕円偏光に変換する偏光手段が挿入される。

【００２０】

【作用】以上のような構成を有する本発明の光応用セン
サにおいては、次のような作用が得られる。

【００２１】請求項１の光応用センサにおいては、信号
処理装置によって位相変調手段を駆動制御し、鋸波形の
変調をかけ、セロダイン方式の信号処理を行うことによ
って出力信号を得ることができるため、余弦曲線を示す
干渉光出力を正弦曲線に変換して出力信号を得る場合の
ように、出力信号のうちの利用可能な信号範囲が限定さ
れることはなく、広い範囲にわたって利用可能な出力信
号を得ることができる。加えて、この光応用センサの干
渉系においては、検出する２光波の光路差を非常に小さ
くできるため、光源の高干渉性や単色性が必要とされな
くなるという作用も得られる。

【００２２】請求項２の光応用センサにおいては、請求
項１の光応用センサの作用に加え、光学装置を一体化
し、光の空間伝送部分を低減することができるため、塵
埃などの異物が光路を横切ったり光学素子に付着するこ
とによる短期的あるいは長期的な出力変動が起こり難く
なる。また、このような光学装置の一体化により、光学
素子間での相対的位置ずれが起こり難くなるため、温度
変化や振動に起因する光路のずれによる出力変動が起こ
り難くなる。

【００２３】請求項３の光応用センサにおいては、請求
項１の光応用センサの作用に加え、光学装置のうちの少
なくとも分離手段と結合手段を含む光学的制御部分を光
集積回路上で一体化し、光の空間伝送部分を低減するこ
とができるため、塵埃などの異物が光路を横切ったり光
学素子に付着することによる短期的あるいは長期的な出
力変動が起こり難くなる。また、このような光学装置の
一体化により、光学素子間での相対的位置ずれが起こり
難くなるため、温度変化や振動に起因する光路のずれに
よる出力変動が起こり難くなる。加えて、光学素子がフ
ァイバ型に限定されることがないため、高精度の光学素
子を自由に使用可能であるという作用も得られる。

【００２４】請求項４の光応用センサは、請求項１の光
応用センサによって得られるところの、光源の高干渉性
や単色性が必要とされなくなるという前述の作用を前提
として提案されたものである。すなわち、この請求項４
の光応用センサにおいては、低干渉光源としてスペクト
ル幅が０．５ｎｍ〜１００ｎｍの低干渉光源を使用する
ことにより、カー効果や後方レイリー散乱、および光学
系からの戻り光の影響を除去することができる。

【００２５】なお、ファラデー素子としてファイバを使
用した場合には、ファイバの巻き数に応じて、感度およ
びダイナミックレンジを自由に設定できる。また、光源
とファラデー素子との間に、光を円偏光または楕円偏光
に変換する偏光手段を挿入して、ファラデー素子に円偏
光または楕円偏光を入射させるように構成した場合に
は、ファラデー素子の直線複屈折の影響を受け難くな
る。

【００２６】

【実施例】以下には、本発明による光応用センサの複数
の実施例を、図１〜図５を参照して具体的に説明する。

【００２７】［１］第１実施例 ［１−１］第１実施例の構成 図１は、本発明による請求項１、２、４の特徴を有する
光応用センサの一実施例を示す構成図である。この光応
用センサは、まず、低干渉光源として、スペクトル幅
（半値全幅）が１０ｎｍのスーパールミネッセントダイ
オード（ＳＬＤ）１ａを有しており、このＳＬＤ１ａか
ら検出器１３に至る光学装置は、ファイバ２０と各種の
マイクロオプティクスにより、一体的に接続されてい
る。すなわち、ＳＬＤ１ａに接続されたファイバ２０と
検出器１３にそれぞれ接続された個別のファイバ２０の
他端は、ファイバカプラ２ａによって一体的に結合さ
れ、このファイバカプラ２ａの反対側には、高複屈折フ
ァイバを巻くことによって偏光機能を持たせた偏光子３
ａ、および別のファイバカプラ４ａが順次配置され、フ
ァイバ２０を介して一体的に接続されている。ファイバ
カプラ４ａの偏光子３ａと反対側は２方向に分岐してお
り、ファイバカプラ４ａは、偏光子３ａからの直線偏光
を２方向に分離するとともに、２方向の分岐から戻され
る２つの直線偏光を再結合する機能を有しており、本発
明の分離手段と結合手段を兼ねた手段に相当する。

【００２８】ファイバカプラ４ａの２方向の分岐の間に
は、位相変調子５ａ，６ａ、λ／４板７ａ，８ａ、およ
びファラデー素子としてのファイバ１１からなるループ
状の光路が形成されている。より詳細には、ファイバカ
プラ４ａの一方の分岐には、磁歪素子にファイバを巻く
ことによって位相変調機能を持たせた位相変調子５ａ
と、ファイバを巻くことによって一方向の光を他方に対
してλ／４だけ位相をずらす機能を持たせたファイバ型
λ／４板７ａが順次配置され、ファイバ２０を介して一
体的に接続されている。また、ファイバカプラ４ａの他
方の分岐には、ＬｉＮｂＯ₃ 上の導波路においてポッケ
ルス効果を利用して導波路の屈折率を変えることにより
鋸波形の変調をかける位相変調機能を持たせた位相変調
子６ａと、ファイバを巻くことによって一方向の光を他
方に対してλ／４だけ位相をずらす機能を持たせたファ
イバ型λ／４板８ａが順次配置され、ファイバ２０を介
して一体的に接続されている。そして、２つのファイバ
型λ／４板７ａ，８ａの間のファイバ２０が、被測定電
流が流れる導体１２の周囲に巻き付けられて、ファラデ
ー素子としてのファイバ１１を構成している。

【００２９】さらに、検出器１３は、ファイバカプラ４
ａによって再結合された光を検出して、光電変換する機
能を有しており、その出力側には信号処理装置１４が接
続されている。信号処理装置１４は、検出器１３からの
検出出力を受信するとともに、位相変調子５ａ，６ａを
駆動制御する機能を有しており、セロダイン方式の信号
処理を行うように構成されている。

【００３０】［１−２］第１実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の光応用センサにお
いて、導体１２に流れる被測定電流を検出する際には、
次のような動作が行われる。まず、ＳＬＤ１ａから光が
発せられると、この光は、ＳＬＤ１ａに接続されたファ
イバ２０に導かれてファイバ２０内を伝播し、ファイバ
カプラ２ａを透過後、偏光子３ａを透過して直線偏光と
なる。

【００３１】偏光子３ａからの直線偏光はファイバカプ
ラ４ａで２分割され、一方の分割光は、位相変調子６ａ
によって鋸波形の変調を受け、ファイバ型λ／４板８ａ
によって円偏光に変換された後、被測定電流の流れる導
体１２に巻き付けられたファラデー素子としてのファイ
バ１１を通り、被測定電流が誘起する磁界強度に応じて
ファラデー回転する。このようにファラデー回転した円
偏光は、ファイバ型λ／４板７ａによって再び直線偏光
に変換され、位相変調子５ａによって波形の変調を受け
た後、ファイバカプラ４ａに再び入射する。

【００３２】一方、ファイバカプラ４ａからの２つの分
割光のうちの残る一方の分割光は、ループ状の光路を前
述した分割光と逆回りで通過する。すなわち、残る一方
の分割光は、位相変調子５ａによって波形の変調を受
け、ファイバ型λ／４板７ａによって円偏光となり、導
体１２に巻き付けられたファイバ１１を通り、被測定電
流が誘起する磁界強度に応じてファラデー回転する。こ
のようにファラデー回転した円偏光は、ファイバ型λ／
４板８ａによって再び直線偏光に変換され、位相変調子
６ａによって鋸波形の変調を受けた後、ファイバカプラ
４ａに再び入射して、逆回りの分割光と再結合する。

【００３３】そして、このようにファイバカプラ４ａに
おいて再結合した光は、偏光子３ａを通り、ファイバカ
プラ２ａで分岐して、検出器１３に入射する。この場
合、信号処理装置１４によって位相変調子６ａを駆動制
御し、検出器１３の検出出力が０となるように鋸波形の
周波数を変化させることにより、この鋸波形の周波数に
基づいて被測定電流値を計測することができる。具体的
には、信号処理装置１４において、次のような位相変調
子６ａの駆動制御および信号処理が行われる。

【００３４】すなわち、検出出力（干渉光信号）をｉと
し、Ｋを比例定数とすると、干渉光信号ｉは、次の式
（１）で表される。

【数１】ｉ＝Ｋ・ｓｉｎ（ΔΦ＋Φ_s ）… 式（１） ただし、この式（１）において、ΔΦはサニャック干渉
計上のファラデー効果による位相差であり、Φ_s は、鋸
波形の変調により生じた位相差である。

【００３５】この場合、ファラデー効果による位相差Δ
Φは、ファラデー素子のヴェルデ定数をＶ、被測定電流
のつくる磁界強度をＨ、ファラデー素子の長さをＬとす
ると、次の式（２）で表される。

【数２】ΔΦ＝２ＶＨＬ… 式（２） ここで、ファラデー素子として、被測定電流Ｉが流れる
導体にｎ回（ｎ≠０）巻き付けたファイバを用いた場合
には、ファラデー効果による位相差ΔΦは、次の式
（３）で表される。

【数３】ΔΦ＝２ｎＶＩ… 式（３）

【００３６】一方、時間ｔにおける鋸波形の位相をΦ
（ｔ）とし、ファイバコイルによる伝播遅延時間をτと
すると、鋸波形の変調により生じる位相差Φ_s は、次の
式（４）で表される。

【数４】Φ_s ＝Φ（ｔ−τ）−（ｔ）… 式（４） ここで、位相変調子６ａにかける鋸波形の変調がちょう
ど位相２πでリターンするように調整されている場合に
は、鋸波形の変調により生じる位相差Φ_s は、次の式
（５）で表される。

【数５】Φ_s ＝−２πτｆ_s… 式（５） この式（５）において、ｆ_s は、鋸波形の周波数であ
る。

【００３７】さらに、検出出力が０となるように、周波
数ｆ_s を変化させるために、前記の式（１）が０となる
条件を求めると、次の式（６）が得られる。

【数６】ΔΦ＋Φ_s ＝０… 式（６） したがって、この式（６）と、前記の式（３）および式
（５）より、次の式（７）が得られる。

【００３８】

【数７】Ｉ＝（πτ）／（ｎＶ）・ｆ_s… 式（７） この場合、ファイバの巻き数ｎ、ファイバコイルによる
伝播遅延時間τ、およびファイバのヴェルデ定数Ｖは、
ファラデー素子として使用するファイバの素材およびフ
ァイバ長で決まる定数であるため、鋸波形の周波数ｆ_s
によって被測定電流値Ｉを容易に求めることができる。

【００３９】以上のように、本実施例においては、セロ
ダイン方式の信号処理を行うことによって出力信号を得
ることができるため、余弦曲線を示す干渉光出力を正弦
曲線に変換して出力信号を得ていた従来センサのように
出力信号のうちの利用可能な信号範囲が限定されること
はなく、出力信号の広い範囲を利用できる。

【００４０】また、本実施例においては、ファイバ２０
とマイクロオプティクスを使用して、光学装置を一体化
しており、従来センサで問題となっていた光の空間伝送
部分がなくなっているため、塵埃などの異物が光路を横
切ったり光学素子に付着することによる短期的あるいは
長期的な出力変動が起こり難くなっている。また、この
ような光学装置の一体化により、光学素子間での相対的
位置ずれが起こり難くなっているため、温度変化や振動
に起因する光路のずれによる出力変動が起こり難くなっ
ている。

【００４１】さらに、本実施例の干渉系においては、検
出する２光波の光路差を従来の干渉系に比べて非常に小
さくできるため、光源の高干渉性や単色性が不要となっ
ている。そして、本実施例では、この作用を前提とし
て、スペクトル幅（半値全幅）が１０ｎｍという低干渉
のＳＬＤ１ａを使用しているため、カー効果や後方レイ
リー散乱、および光学系からの戻り光の影響を除去する
ことができる。

【００４２】すなわち、本実施例のようなサニャック干
渉系による光路差は非常に小さいため、可干渉距離は波
長の数倍程度で確保することができ、具体的に、この可
干渉距離を保持する光源のスペクトル幅（半値全幅）は
１００ｎｍのオーダーとなる。ただし、光源のスペクト
ル幅を余りに大きくすると、ヴェルデ定数を大きく変化
させるため、不都合である。また、レーザ光源に最も近
い光学素子からの散乱光を考慮して、ミリオーダーの可
干渉距離を考えた場合、例えば、中心波長８００ｎｍの
光においては、スペクトル幅（半値全幅）が１ｎｍ以上
の光源が必要となる。これに対して、本実施例で使用し
ているＳＬＤは、１０ｎｍオーダーのスペクトル幅（半
値全幅）を持つため、条件を満たしている。

【００４３】一方、図２は、光学系の戻り光の有無に対
する各レーザ出力電圧波形を示す波形図であり、戻り光
の存在によって、レーザ出力および周波数の不安定化が
生じることがわかる。この出力変動が鋸波形の周波数に
対して速い時間で起こった場合には、制御に支障をきた
すことになる。しかしながら、本実施例で使用している
１０ｎｍのスペクトル幅に対応する可干渉距離は、光応
用センサにおける標準の光路長である数１０ｍに対して
極めて小さいため、戻り光の影響を受けることはほとん
どない。

【００４４】加えて、本実施例においては、ファラデー
素子としてファイバ１１を使用しているため、ファイバ
１１の巻き数に応じて、感度およびダイナミックレンジ
を自由に設定できるという作用も得られる。また、ファ
ラデー素子であるファイバ１１に対して円偏光を入射さ
せているため、ファイバ１１の直線複屈折の影響を受け
難くなるという作用も得られる。

【００４５】［１−３］第１実施例の効果 以上のように、本実施例の光応用センサにおいては、位
相変調子６ａによって鋸波形の変調をかけて出力信号を
得ることができ、出力信号の広い範囲を利用できるた
め、出力信号の利用範囲が限定されていた従来センサに
比べて、高精度を保ちながら、しかもダイナミックレン
ジを広くとることができるという効果が得られる。

【００４６】また、光学装置の一体化により、空間中の
異物の影響や、温度変化、振動による光学素子間の光路
ずれなどの影響を格段に低減可能であるため、これらの
影響を受けていた従来センサに比べて、測定誤差が小さ
くなり、測定精度を向上できるという効果が得られる。

【００４７】さらに、光源として、スペクトル幅が１０
ｎｍという低干渉のＳＬＤ１ａを使用することにより、
カー効果や後方レイリー散乱、および光学系からの戻り
光の影響を除去することができるため、高干渉の光源を
使用していた従来センサに比べて、測定誤差がさらに小
さくなり、測定精度をさらに向上できるという効果が得
られる。

【００４８】加えて、本実施例においては、ファラデー
素子としてファイバ１１を使用し、このファイバ１１に
円偏光を入射させることにより、感度およびダイナミッ
クレンジを自由に設定でき、ファイバ１１の直線複屈折
の影響を受け難くなるため、設計の自由度を向上できる
上、測定精度をさらに向上できるという効果が得られ
る。

【００４９】［２］第２実施例 図３は、前記第１実施例の変形例を示す構成図であり、
位相変調子として、磁歪素子にファイバを巻いた位相変
調子５ａを省略し、鋸波形の変調をかける位相変調子６
ａのみを使用した実施例であり、これ以外の部分につい
ては、前記第１実施例と全く同様に構成されている。こ
のように構成した場合には、前記第１実施例と同様の作
用および効果が得られる上、さらに、位相変調子５ａを
省略した分だけ部品点数を削減でき、構成を簡略化でき
るという利点がある。

【００５０】［３］第３実施例 図４は、本発明による請求項１〜４の全ての特徴を有す
る光応用センサの一実施例を示す構成図である。この光
応用センサは、まず、低干渉光源として、中心波長が通
信用の汎用周波数である１３００ｎｍで、スペクトル幅
（半値全幅）０．５ｎｍの高帯域レーザダイオード１ｂ
を有しており、この高帯域レーザダイオード１ｂから検
出器１３に至る光路は、ファイバ２０と、ＬｉＮｂＯ₃
板１５上に形成された光集積回路とにより、一体的に接
続された光学装置として構成されている。

【００５１】すなわち、高帯域レーザダイオード１ｂと
検出器１３にそれぞれ接続された個別のファイバ２０の
他端は、ＬｉＮｂＯ₃ 板１５上に配置された個別の導波
路２１の一端にそれぞれ接続され、これらの導波路２１
の他端は導波路結合部２ｂによって結合されている。そ
して、ＬｉＮｂＯ₃ 板１５上には、この導波路結合部２
ｂと、偏光子３ｂ、および導波路分岐部４ｂが順次配置
され、さらに、この導波路分岐部４ｂによって形成され
る２方向の分岐には、位相変調子５ｂとλ／４板７ｂ、
および位相変調子６ｂとλ／４板８ｂがそれぞれこの順
で配置され、光学的制御部分が構成されている。また、
２つのλ／４板７ｂ，８ｂの他端には、被測定電流が流
れる導体１２の周囲に巻き付けられたファラデー素子と
してのファイバ１１の両端が、個別の導波路２１を介し
てそれぞれ接続されている。なお、検出器１３や信号処
理装置１４については、前記第１実施例と同様に構成さ
れている。

【００５２】以上のような構成を有する本実施例の光応
用センサにおいては、特に、１３００ｎｍと中心波長の
長い光源を使用しているため、０．５ｎｍのスペクトル
幅によってミリオーダー以下の可干渉距離を確保するこ
とができる。その結果、カー効果、後方レーリー散乱、
光学系からの戻り光の影響を受けない干渉系を構成する
ことができる。

【００５３】一方、光学装置が、ファイバ２０と光集積
回路とによって一体化されており、光の空間伝送部分が
なくなっているため、塵埃などの異物が光路を横切った
り光学素子に付着することによる短期的あるいは長期的
な出力変動が起こり難くなっている。また、このような
光学装置の一体化により、光学素子間での相対的位置ず
れが起こり難くなっているため、温度変化や振動に起因
する光路のずれによる出力変動が起こり難くなってい
る。加えて、光学素子がファイバ型に限定されることが
ないため、高精度の光学素子を自由に使用することがで
きる。

【００５４】したがって、本実施例の光応用センサにお
いては、前記第１実施例の効果に加えて、さらに、使用
する光学素子の選択の幅が広がるため、設計の自由度を
向上できるという効果が得られる。

【００５５】［４］第４実施例 図５は、本発明による請求項１の特徴のみを有する光応
用センサの一実施例を示す構成図である。この光応用セ
ンサは、光源としてレーザダイオード１ｃを使用してお
り、２つの位相変調子５，６ｃのうちの一方の位相変調
子６ｃは、鋸波形の変調をかけるように構成されてい
る。また、信号処理装置１４は、前記第１実施例と同様
に、検出器１３からの検出出力を受信するとともに、２
つの位相変調子５，６ｃを駆動制御する機能を有してお
り、セロダイン方式の信号処理を行うように構成されて
いる。なお、これ以外の部分については、図６に示した
従来センサと全く同様に構成されている。

【００５６】以上のような構成を有する本実施例の光応
用センサにおいては、前記各実施例のように、光学装置
を一体化していないため、光学素子間での異物や光路の
ずれによる出力変動を低減する作用は得られない。しか
しながら、前記各実施例と同様に、セロダイン方式の信
号処理を行うことによって出力信号を得ることができる
ため、出力信号の利用範囲が限定されることはなく、出
力信号を広い範囲にわたって利用できる。したがって、
従来センサに比べて、高精度を保ちながら、しかもダイ
ナミックレンジを広くとることができるという効果が得
られる。

【００５７】［５］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、さらに多種多様な変形例を実施可能である。まず、
ファイバカプラ、偏光子、位相変調子、λ／４板などの
光学素子の具体的な構成は適宜変更可能であり、例え
ば、偏光子としてフィルム型偏光子を使用することも可
能である。また、ファラデー素子もファイバに限定され
るものではなく、例えば、バルク型素子を使用して、フ
ァイバ端部や導波路端部にバルク型素子を結合する構成
などが可能である。

【００５８】一方、低干渉光源のスペクトル幅は、０．
５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で適宜選択可能であり、この
範囲で選択される限り、カー効果や後方レイリー散乱、
および光学系からの戻り光の影響を除去することがで
き、それによって測定精度を向上できる。また、前記各
実施例においては、ファラデー素子であるファイバ１１
に円偏光を入射させたが、楕円偏光を入射させた場合に
も、直線複屈折の影響を受け難くなるという作用が得ら
れる。さらに、ファラデー素子に直線偏光を入射させる
構成も可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、光学装置の構成を改良することにより、従来よりも
格段に高精度で広いダイナミックレンジを有する光応用
センサを提供することができる。

【００６０】すなわち、請求項１に記載の発明において
は、位相変調手段によって鋸波形の変調をかけ、セロダ
イン方式の信号処理を行うことにより、広い範囲にわた
って利用可能な出力信号を得ることができる。したがっ
て、高精度で広いダイナミックレンジを有する光応用セ
ンサを提供することができる。

【００６１】また、請求項２に記載の発明においては、
光学装置を一体化することにより、光の空間伝送部分を
低減することができる。したがって、空間中の異物の影
響や、温度変化、振動による光学素子間の光路ずれなど
の影響を格段に低減可能な、高精度の光応用センサを提
供することができる。

【００６２】さらに、請求項３に記載の発明において
は、光学装置のうちの光学的制御部分を光集積回路上で
一体化することにより、光の空間伝送部分を低減するこ
とができる上、光学素子がファイバ型に限定されること
がない。したがって、空間中の異物の影響や、温度変
化、振動による光学素子間の光路ずれなどの影響を格段
に低減可能であり、しかも設計の自由度の高い、高精度
の光応用センサを提供することができる。

【００６３】一方、請求項４に記載の発明においては、
低干渉光源を使用することにより、カー効果や後方レイ
リー散乱、及び光学系からの戻り光の影響を除去可能
な、高精度の光応用センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光応用センサの第１実施例を示す
構成図。

【図２】光学系の戻り光の有無に対する各レーザ出力電
圧波形を示す波形図。

【図３】本発明による光応用センサの第２実施例を示す
構成図。

【図４】本発明による光応用センサの第３実施例を示す
構成図。

【図５】本発明による光応用センサの第４実施例を示す
構成図。

【図６】従来の光応用センサの一例を示す構成図。

【符号の説明】

１…光源 １ａ…スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ） １ｂ…高帯域レーザダイオード １ｃ…レーザダイオード ２…ビームスプリッタ ２ａ…ファイバカプラ ２ｂ…導波路結合部 ３，３ａ，３ｂ…偏光子 ４…ビームスプリッタ ４ａ…ファイバカプラ ４ｂ…導波路分岐部 ５，５ａ，５ｂ，６，６ａ，６ｂ，６ｃ…位相変調子 ７，７ａ，７ｂ，８，８ａ，８ｂ…λ／４板 ９，１０…レンズ １１…（ファラデー素子としての）ファイバ １２…導体 １３…検出器 １４…信号処理装置 １５…ＬｉＮｂＯ₃ 板 ２０…ファイバ ２１…導波路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定磁界または被測定電流によって誘
   起される磁界の影響を受ける位置に配置されたファラデ
   ー素子と、光源と、光源から発せられた光を２つに分離
   し、分離した光を前記ファラデー素子にそれぞれ結合す
   る分離手段と、ファラデー素子から出射した２つの光を
   再結合する結合手段と、結合した光を検出して光電変換
   する検出手段とを備えた光学装置と、前記検出手段によ
   って得られた電気信号を処理して前記２つの光の位相差
   を検出し、この位相差から磁界または電流を測定する信
   号処理装置とを有する、干渉型の光応用センサにおい
   て、 前記光学装置が、通過する光に鋸波形の変調をかける位
   相変調手段をさらに備え、この位相変調手段が前記分離
   手段によって分岐形成された２つの光路の少なくとも一
   方に挿入され、 前記信号処理装置として、前記位相変調手段を駆動制御
   する駆動制御装置を兼ねたセロダイン方式による信号処
   理装置を使用することを特徴とする光応用センサ。
2. 【請求項２】 前記光学装置が、ファイバ素子とマイク
   ロオプティクスで構成されることを特徴とする請求項１
   記載の光応用センサ。
3. 【請求項３】 前記光学装置のうちの少なくとも前記分
   離手段と前記結合手段を含む光学的制御部分が、光集積
   回路上に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の光応用センサ。
4. 【請求項４】 前記光源として、スペクトル幅（半値全
   幅）が０．５ｎｍ〜１００ｎｍの低干渉光源を使用する
   ことを特徴とする請求項１記載の光応用センサ。