JPH07209393A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
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- JPH07209393A JPH07209393A JP101094A JP101094A JPH07209393A JP H07209393 A JPH07209393 A JP H07209393A JP 101094 A JP101094 A JP 101094A JP 101094 A JP101094 A JP 101094A JP H07209393 A JPH07209393 A JP H07209393A
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- Japan
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- magnetic field
- light
- optical
- field sensor
- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電磁ノイズの影響を受けずに回転体の回転数
等を簡便に検出できる光磁界センサを提供すること。 【構成】 この光磁界センサは一端側に光源１が設けら
れた出射側光ファイバ２と、出射された光を集光するレ
ンズ３と、この光が入射されかつ（ＹｂＴｂ）5Ｆｅ3Ｏ
12から成るＲＩＧ膜４と、ＲＩＧ膜を通過しかつ回折さ
れた光の光路を変更する全反射プリズム５と、この回折
光を集光するレンズ６と、上記回折光が導かれかつ末端
側に光検出器８が設けられた受光側光ファイバ７とでそ
の主要部が構成されている。この光磁界センサによれば
光源と光検出器を除き全て絶縁材料で構成されるため電
磁ノイズの影響を受けることがなく、かつＲＩＧ膜の回
折作用を利用して磁界強度変化を検出する構成のため従
来の光磁界センサにおいて必須の偏光子が不要となりそ
の分構造の簡略化を図ることが可能となる。
等を簡便に検出できる光磁界センサを提供すること。 【構成】 この光磁界センサは一端側に光源１が設けら
れた出射側光ファイバ２と、出射された光を集光するレ
ンズ３と、この光が入射されかつ（ＹｂＴｂ）5Ｆｅ3Ｏ
12から成るＲＩＧ膜４と、ＲＩＧ膜を通過しかつ回折さ
れた光の光路を変更する全反射プリズム５と、この回折
光を集光するレンズ６と、上記回折光が導かれかつ末端
側に光検出器８が設けられた受光側光ファイバ７とでそ
の主要部が構成されている。この光磁界センサによれば
光源と光検出器を除き全て絶縁材料で構成されるため電
磁ノイズの影響を受けることがなく、かつＲＩＧ膜の回
折作用を利用して磁界強度変化を検出する構成のため従
来の光磁界センサにおいて必須の偏光子が不要となりそ
の分構造の簡略化を図ることが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気光学材料である希
土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用して磁界強度の
変化を検出する光磁界センサに係り、特に、電磁ノイズ
の影響を受けずに回転体の回転数等を簡便に検出できる
光磁界センサに関するものである。
土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用して磁界強度の
変化を検出する光磁界センサに係り、特に、電磁ノイズ
の影響を受けずに回転体の回転数等を簡便に検出できる
光磁界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転体の回転数を計測するには、
通常、回転体に小さい磁石を取付け、回転体が回転する
ことに伴う磁束密度の変化や磁界の大きさの変化を検出
して行われている。そして、磁束密度の変化を検出する
方式には高透磁率材料とコイルを用いた磁界ヘッドが用
いられ、また、直接磁界の大きさの変化を検出する方式
にはホール素子や磁気抵抗素子が用いられている。これ
等の方式は回転体の回転数を直接電気信号として取出せ
るメリットがあり広い分野で用いられている。
通常、回転体に小さい磁石を取付け、回転体が回転する
ことに伴う磁束密度の変化や磁界の大きさの変化を検出
して行われている。そして、磁束密度の変化を検出する
方式には高透磁率材料とコイルを用いた磁界ヘッドが用
いられ、また、直接磁界の大きさの変化を検出する方式
にはホール素子や磁気抵抗素子が用いられている。これ
等の方式は回転体の回転数を直接電気信号として取出せ
るメリットがあり広い分野で用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方式
は当然のことながら回転検出部に電気回路が必要となる
ため、例えば、高周波溶解炉等のある電磁ノイズの多い
現場で使用するとＳ／Ｎが低下するという問題点があっ
た。
は当然のことながら回転検出部に電気回路が必要となる
ため、例えば、高周波溶解炉等のある電磁ノイズの多い
現場で使用するとＳ／Ｎが低下するという問題点があっ
た。
【０００４】尚、電磁ノイズの影響を受け難いセンサと
しては、磁気光学素子のファラデー効果を利用して磁界
強度を測定する光磁界センサが既に開発されている。
しては、磁気光学素子のファラデー効果を利用して磁界
強度を測定する光磁界センサが既に開発されている。
【０００５】すなわち、図３はこの種の光磁界センサの
基本構成例を示しており、レーザダイオード等光源（図
示せず）からの光源光は光ファイバａ内を伝播してその
出射端ａ1 から出射された後、レンズｂ及び偏光子ｃを
通過して直線偏光になり次の磁気光学素子ｄへ入射す
る。この磁気光学素子ｄを通過するときに被測定磁界の
強さに応じて旋光作用を受け、偏光子ｅを通過して上記
磁界の強さに対応する強度になり、更にレンズｆによっ
て光ファイバｇの入射端ｇ1 に集光され、かつ、光ファ
イバｇに入射された光はこの光ファイバｇの末端に設け
られた図示外の光検出器まで導かれ光電変換されて磁界
強度が測定される。
基本構成例を示しており、レーザダイオード等光源（図
示せず）からの光源光は光ファイバａ内を伝播してその
出射端ａ1 から出射された後、レンズｂ及び偏光子ｃを
通過して直線偏光になり次の磁気光学素子ｄへ入射す
る。この磁気光学素子ｄを通過するときに被測定磁界の
強さに応じて旋光作用を受け、偏光子ｅを通過して上記
磁界の強さに対応する強度になり、更にレンズｆによっ
て光ファイバｇの入射端ｇ1 に集光され、かつ、光ファ
イバｇに入射された光はこの光ファイバｇの末端に設け
られた図示外の光検出器まで導かれ光電変換されて磁界
強度が測定される。
【０００６】そして、この光磁界センサにおいては光源
と光検出器を除き絶縁物により構成されているため、電
磁ノイズの多い現場で使用されてもＳ／Ｎが低下しない
利点を有している。但し、この光磁界センサにおいては
２つの偏光子が必要になる等その構造が複雑になるため
その分コストが割高となる問題があった。
と光検出器を除き絶縁物により構成されているため、電
磁ノイズの多い現場で使用されてもＳ／Ｎが低下しない
利点を有している。但し、この光磁界センサにおいては
２つの偏光子が必要になる等その構造が複雑になるため
その分コストが割高となる問題があった。
【０００７】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、電磁ノイズの影
響を受け難くかつ構造が簡略な光磁界センサを提供する
ことにある。
れたもので、その課題とするところは、電磁ノイズの影
響を受け難くかつ構造が簡略な光磁界センサを提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者はこの
ような目的を達成するため磁気光学材料である希土類−
鉄ガーネット膜に着目して鋭意研究を重ねた結果、この
希土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用することによ
り上記目的が達成できることを見出し本発明を完成する
に至ったものである。
ような目的を達成するため磁気光学材料である希土類−
鉄ガーネット膜に着目して鋭意研究を重ねた結果、この
希土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用することによ
り上記目的が達成できることを見出し本発明を完成する
に至ったものである。
【０００９】すなわち、請求項１に係る発明は、磁界強
度の変化を検出する光磁界センサを前提とし、一端側に
光源が設けられた出射側光ファイバと、この出射側光フ
ァイバから出射された光を集光する出射側レンズと、集
光された光が入射されると共に希土類−鉄ガーネット膜
から成る磁気光学素子と、この磁気光学素子を通過し回
折された光を集光する受光側レンズと、集光された上記
回折光が導かれると共に末端側に光検出器が設けられた
受光側光ファイバとを具備することを特徴とし、また、
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明に係る光磁
界センサを前提とし、上記磁気光学素子と受光側レンズ
との間に全反射プリズムが配設されていることを特徴と
するものである。
度の変化を検出する光磁界センサを前提とし、一端側に
光源が設けられた出射側光ファイバと、この出射側光フ
ァイバから出射された光を集光する出射側レンズと、集
光された光が入射されると共に希土類−鉄ガーネット膜
から成る磁気光学素子と、この磁気光学素子を通過し回
折された光を集光する受光側レンズと、集光された上記
回折光が導かれると共に末端側に光検出器が設けられた
受光側光ファイバとを具備することを特徴とし、また、
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明に係る光磁
界センサを前提とし、上記磁気光学素子と受光側レンズ
との間に全反射プリズムが配設されていることを特徴と
するものである。
【００１０】以下、本発明に係る光磁界センサの構成例
について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、こ
の光磁界センサは、図１に示すように一端側に光源１が
設けられた出射側光ファイバ２と、レンズ３と、希土類
−鉄ガーネット膜（磁性ガーネット膜：以下ＲＩＧ膜と
いう）４と、全反射プリズム５と、レンズ６と、末端側
に光検出器８が設けられた受光側光ファイバ７とでその
主要部が構成されている。そして、上記光源１から出射
した光は出射側光ファイバ２を通り出射されかつレンズ
３を通過した後にＲＩＧ膜４へ入射される。ここで光は
ＲＩＧ膜４を通過する際に磁界に応じた強度変調を受
け、かつ、強度変調された光が全反射プリズム５を通過
しレンズ６で受光側光ファイバ７に集光される。その
後、光は受光側光ファイバ７により光検出器８に導かれ
光電変換される。尚、検出する磁界の向きはＲＩＧ膜４
を通過する光線と平行である。また、この光磁界センサ
においては光源１と光検出器８を除きすべて絶縁物で構
成されている。従って、磁界ノイズが多い場所でも何の
影響を受けずに磁界検出が可能となる。
について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、こ
の光磁界センサは、図１に示すように一端側に光源１が
設けられた出射側光ファイバ２と、レンズ３と、希土類
−鉄ガーネット膜（磁性ガーネット膜：以下ＲＩＧ膜と
いう）４と、全反射プリズム５と、レンズ６と、末端側
に光検出器８が設けられた受光側光ファイバ７とでその
主要部が構成されている。そして、上記光源１から出射
した光は出射側光ファイバ２を通り出射されかつレンズ
３を通過した後にＲＩＧ膜４へ入射される。ここで光は
ＲＩＧ膜４を通過する際に磁界に応じた強度変調を受
け、かつ、強度変調された光が全反射プリズム５を通過
しレンズ６で受光側光ファイバ７に集光される。その
後、光は受光側光ファイバ７により光検出器８に導かれ
光電変換される。尚、検出する磁界の向きはＲＩＧ膜４
を通過する光線と平行である。また、この光磁界センサ
においては光源１と光検出器８を除きすべて絶縁物で構
成されている。従って、磁界ノイズが多い場所でも何の
影響を受けずに磁界検出が可能となる。
【００１１】次に、光がＲＩＧ膜４を通過する際、磁界
によりどの様な強度変調を受けるかを説明する。まず、
上記ＲＩＧ膜は迷路状の磁区を持つ垂直磁化膜であるた
め、光がＲＩＧ膜を通過するとその直後に回折現象を起
こし、０次光、１次光、２次光、…、ｎ次光と次数に応
じて広がっていく（但し、磁界が０のときは奇数次光の
みである）。これは磁区が位相格子となるためである。
このときｎ次光の回折角度φは、磁化方向の異なる一対
の磁区の幅をｄとすると、 ２・ｄ・ｓｉｎ（φ）＝ｎ・λ （１） となる。また、（１）式より０次光の回折角度は０であ
ることから光はＲＩＧ膜を通過した後も直進することが
判る。この０次光の強度Ｉと磁界Ｈの関係は、ＲＩＧ膜
の飽和磁界をＨｓ、ファラデー回転角をθとすると、 Ｉ＝ｃｏｓ2（θ）＋（Ｈ2／Ｈｓ2）・ｓｉｎ2（θ） （２） となる。（２）式より光がＲＩＧ膜を通過しただけで磁
界による強度変調を受けることが判る。但し、この現象
は磁界の二乗に比例した光量となるため磁界の大きさを
測定する用途には不向きであるが、磁界のｏｎ−ｏｆｆ
を検出するような回転体の回転数を計測するセンサには
十分使用可能である。尚、この構成例においては０次光
を用いて強度磁界の変化を検出する構成になっている
が、１次光、２次光等０次光以外の回折光を用いる構造
にしてもよい。
によりどの様な強度変調を受けるかを説明する。まず、
上記ＲＩＧ膜は迷路状の磁区を持つ垂直磁化膜であるた
め、光がＲＩＧ膜を通過するとその直後に回折現象を起
こし、０次光、１次光、２次光、…、ｎ次光と次数に応
じて広がっていく（但し、磁界が０のときは奇数次光の
みである）。これは磁区が位相格子となるためである。
このときｎ次光の回折角度φは、磁化方向の異なる一対
の磁区の幅をｄとすると、 ２・ｄ・ｓｉｎ（φ）＝ｎ・λ （１） となる。また、（１）式より０次光の回折角度は０であ
ることから光はＲＩＧ膜を通過した後も直進することが
判る。この０次光の強度Ｉと磁界Ｈの関係は、ＲＩＧ膜
の飽和磁界をＨｓ、ファラデー回転角をθとすると、 Ｉ＝ｃｏｓ2（θ）＋（Ｈ2／Ｈｓ2）・ｓｉｎ2（θ） （２） となる。（２）式より光がＲＩＧ膜を通過しただけで磁
界による強度変調を受けることが判る。但し、この現象
は磁界の二乗に比例した光量となるため磁界の大きさを
測定する用途には不向きであるが、磁界のｏｎ−ｏｆｆ
を検出するような回転体の回転数を計測するセンサには
十分使用可能である。尚、この構成例においては０次光
を用いて強度磁界の変化を検出する構成になっている
が、１次光、２次光等０次光以外の回折光を用いる構造
にしてもよい。
【００１２】
【作用】請求項１記載の発明に係る光磁界センサによれ
ば、一端側に光源が設けられた出射側光ファイバと、こ
の出射側光ファイバから出射された光を集光する出射側
レンズと、集光された光が入射されると共に希土類−鉄
ガーネット膜から成る磁気光学素子と、この磁気光学素
子を通過し回折された光を集光する受光側レンズと、集
光された上記回折光が導かれると共に末端側に光検出器
が設けられた受光側光ファイバとを具備し、上記光源と
光検出器を除きすべて絶縁物で構成されているため、磁
界ノイズが多い場所で使用された場合においてもＳ／Ｎ
が低下することなく磁界強度変化の検出が可能となる。
ば、一端側に光源が設けられた出射側光ファイバと、こ
の出射側光ファイバから出射された光を集光する出射側
レンズと、集光された光が入射されると共に希土類−鉄
ガーネット膜から成る磁気光学素子と、この磁気光学素
子を通過し回折された光を集光する受光側レンズと、集
光された上記回折光が導かれると共に末端側に光検出器
が設けられた受光側光ファイバとを具備し、上記光源と
光検出器を除きすべて絶縁物で構成されているため、磁
界ノイズが多い場所で使用された場合においてもＳ／Ｎ
が低下することなく磁界強度変化の検出が可能となる。
【００１３】また、この発明に係る光磁界センサにおい
ては希土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用して磁界
強度変化を検出する構成のため、従来の光磁界センサに
おいて必須の偏光子が不要となりその分構造の簡略化を
図ることが可能となる。
ては希土類−鉄ガーネット膜の回折作用を利用して磁界
強度変化を検出する構成のため、従来の光磁界センサに
おいて必須の偏光子が不要となりその分構造の簡略化を
図ることが可能となる。
【００１４】次に、請求項２記載の発明に係る光磁界セ
ンサによれば、磁気光学素子と受光側レンズとの間に全
反射プリズムが配設されているため、被測定磁界に対し
て同一側に光源と光検出器を配置することが可能とな
る。
ンサによれば、磁気光学素子と受光側レンズとの間に全
反射プリズムが配設されているため、被測定磁界に対し
て同一側に光源と光検出器を配置することが可能とな
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１６】図１に示した実施例に係る光磁界センサを
作製した。尚、光源１には波長０．８５μｍの発光ダイ
オードを、出射側光ファイバ２及び受光側光ファイバ７
にはマルチモードファイバを、レンズ３及びレンズ６に
はセルフォックレンズを、ＲＩＧ膜４には（ＹｂＴｂ）
5Ｆｅ3Ｏ12を、光検出器８にはＳｉフォトディテクタを
適用した。
作製した。尚、光源１には波長０．８５μｍの発光ダイ
オードを、出射側光ファイバ２及び受光側光ファイバ７
にはマルチモードファイバを、レンズ３及びレンズ６に
はセルフォックレンズを、ＲＩＧ膜４には（ＹｂＴｂ）
5Ｆｅ3Ｏ12を、光検出器８にはＳｉフォトディテクタを
適用した。
【００１７】そして、この実施例に係る光磁界センサの
応答速度を調べるため、電磁石により約２０μｓｅｃの
パルス磁界を加えたときの光検出器８の出力を測定し
た。また、比較のために同時にホール素子を用いた測定
も行った。両者の出力をオシロスコープに取込み波形の
比較を行った。その結果を図２に示す。なお、図２の上
の波形（Ａ）と下の波形（Ｂ）はホール素子と光検出器
の出力をそれぞれ示している。
応答速度を調べるため、電磁石により約２０μｓｅｃの
パルス磁界を加えたときの光検出器８の出力を測定し
た。また、比較のために同時にホール素子を用いた測定
も行った。両者の出力をオシロスコープに取込み波形の
比較を行った。その結果を図２に示す。なお、図２の上
の波形（Ａ）と下の波形（Ｂ）はホール素子と光検出器
の出力をそれぞれ示している。
【００１８】図２から明らかなように光検出器の出力は
ホール素子の出力とほとんど同じ波形であり、また、時
間の遅れも認められなかった。従って、この実施例に係
る光磁界センサの応答性は良好であることが確認でき
る。また、ＲＩＧ膜は磁気バブルメモリにも用いられる
ことと、光検出器は１００ＭＨｚまで対応できること等
を考慮すると、この実施例に係る光磁界センサは数ＭＨ
ｚの磁界変化にも十分対応できることが理解される。
ホール素子の出力とほとんど同じ波形であり、また、時
間の遅れも認められなかった。従って、この実施例に係
る光磁界センサの応答性は良好であることが確認でき
る。また、ＲＩＧ膜は磁気バブルメモリにも用いられる
ことと、光検出器は１００ＭＨｚまで対応できること等
を考慮すると、この実施例に係る光磁界センサは数ＭＨ
ｚの磁界変化にも十分対応できることが理解される。
【００１９】
【発明の効果】請求項１記載の発明に係る光磁界センサ
によれば、光源と光検出器を除きすべて絶縁物で構成さ
れているため磁界ノイズが多い場所で使用された場合に
おいてもＳ／Ｎが低下することなく磁界強度変化の検出
が可能となり、かつ、希土類−鉄ガーネット膜の回折作
用を利用して磁界強度変化を検出する構成のため従来に
おける光磁界センサにおいて必須の偏光子が不要とな
り、その分、構造の簡略化が図れる効果を有している。
によれば、光源と光検出器を除きすべて絶縁物で構成さ
れているため磁界ノイズが多い場所で使用された場合に
おいてもＳ／Ｎが低下することなく磁界強度変化の検出
が可能となり、かつ、希土類−鉄ガーネット膜の回折作
用を利用して磁界強度変化を検出する構成のため従来に
おける光磁界センサにおいて必須の偏光子が不要とな
り、その分、構造の簡略化が図れる効果を有している。
【００２０】また、請求項２記載の発明に係る光磁界セ
ンサによれば、磁気光学素子と受光側レンズとの間に全
反射プリズムが配設されているため被測定磁界に対して
同一側に光源と光検出器を配置することが可能となる。
ンサによれば、磁気光学素子と受光側レンズとの間に全
反射プリズムが配設されているため被測定磁界に対して
同一側に光源と光検出器を配置することが可能となる。
【００２１】従って、光磁界センサのコンパクト化が図
れる効果を有している。
れる効果を有している。
【図１】本発明に係る光磁界センサの構成例を示す説明
図。
図。
【図２】（Ａ）はホール素子を用いた従来例に係る磁界
センサの出力とパルス磁界との関係を示したグラフ図、
（Ｂ）は実施例に係る光磁界センサの出力とパルス磁界
との関係を示したグラフ図。
センサの出力とパルス磁界との関係を示したグラフ図、
（Ｂ）は実施例に係る光磁界センサの出力とパルス磁界
との関係を示したグラフ図。
【図３】従来例に係る光磁界センサの構成例を示す説明
図。
図。
１ 光源 ２ 出射側光ファイバ ３ レンズ ４ ＲＩＧ膜 ５ 全反射プリズム ６ レンズ ７ 受光側光ファイバ ８ 光検出器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】センサの出力とパルス磁界との関係を示したグ
ラフ図であり、図中（Ａ）はホール素子を用いた従来例
に係る磁界センサの出力とパルス磁界との関係を示し、
（Ｂ）は実施例に係る光磁界センサの出力とパルス磁界
との関係を示す。
ラフ図であり、図中（Ａ）はホール素子を用いた従来例
に係る磁界センサの出力とパルス磁界との関係を示し、
（Ｂ）は実施例に係る光磁界センサの出力とパルス磁界
との関係を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】磁界強度の変化を検出する光磁界センサに
おいて、 一端側に光源が設けられた出射側光ファイバと、この出
射側光ファイバから出射された光を集光する出射側レン
ズと、集光された光が入射されると共に希土類−鉄ガー
ネット膜から成る磁気光学素子と、この磁気光学素子を
通過し回折された光を集光する受光側レンズと、集光さ
れた上記回折光が導かれると共に末端側に光検出器が設
けられた受光側光ファイバとを具備することを特徴とす
る光磁界センサ。 - 【請求項２】上記磁気光学素子と受光側レンズとの間に
全反射プリズムが配設されていることを特徴とする請求
項１記載の光磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP101094A JPH07209393A (ja) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | 光磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP101094A JPH07209393A (ja) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | 光磁界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209393A true JPH07209393A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11489616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP101094A Pending JPH07209393A (ja) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07209393A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019066050A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2020-09-17 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁気センサ素子及び磁気センサ装置 |
-
1994
- 1994-01-10 JP JP101094A patent/JPH07209393A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2019066050A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2020-09-17 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁気センサ素子及び磁気センサ装置 |
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