JPH07248367A - 光学式センサ - Google Patents
光学式センサInfo
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- JPH07248367A JPH07248367A JP3833694A JP3833694A JPH07248367A JP H07248367 A JPH07248367 A JP H07248367A JP 3833694 A JP3833694 A JP 3833694A JP 3833694 A JP3833694 A JP 3833694A JP H07248367 A JPH07248367 A JP H07248367A
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
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- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ファラデー効果を利用した光磁界センサにおい
て、センサの測定精度の温度依存性を解消する。 【構成】光磁界センサを構成する偏光子または検光子と
して、偏光方向が互いに直交する関係に積層された一対
の偏光素子からなる偏光素子体を採用して、同偏光素子
体を構成する各偏光素子の透過光量をセンサの測定精度
の温度特性が最小となるように調整し、センサの測定精
度の温度依存性を無くした。
て、センサの測定精度の温度依存性を解消する。 【構成】光磁界センサを構成する偏光子または検光子と
して、偏光方向が互いに直交する関係に積層された一対
の偏光素子からなる偏光素子体を採用して、同偏光素子
体を構成する各偏光素子の透過光量をセンサの測定精度
の温度特性が最小となるように調整し、センサの測定精
度の温度依存性を無くした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を利用
した磁界センサ等の光学式センサに関する。
した磁界センサ等の光学式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式センサの一形式として、特開昭６
１−２５０５７２号公報および特開平２−３８８８０号
公報に示されているように、光源から受光部間に形成さ
れる光路に偏光子、旋光光学素子および検光子を配置し
て、前記旋光光学素子のファラデー効果を利用した磁界
センサ等の光学式センサがある。当該光学式センサにお
いては一般に、旋光光学素子として自然旋光性と磁気旋
光性を有する旋光光学素子が採用されている。
１−２５０５７２号公報および特開平２−３８８８０号
公報に示されているように、光源から受光部間に形成さ
れる光路に偏光子、旋光光学素子および検光子を配置し
て、前記旋光光学素子のファラデー効果を利用した磁界
センサ等の光学式センサがある。当該光学式センサにお
いては一般に、旋光光学素子として自然旋光性と磁気旋
光性を有する旋光光学素子が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、当該光学式
センサにおいては、その測定精度の温度特性は旋光光学
素子のヴェルデ定数の温度変化と自然旋光能の温度変化
に依存し、同一値の磁界を測定する場合にも周囲温度に
より測定値が異なるという問題がある。これに対処して
センサの測定精度の温度依存性を低減する手段として、
上記各公報の光学式センサにおいては、自然旋光方向が
左右互いに異なる２個の旋光光学素子を使用して、これ
ら両旋光光学素子が有する温度依存性を互いに相殺する
ことによりセンサの測定精度の温度依存性を低減する手
段が採られている。しかしながら、かかる低減手段にお
いては、自然旋光方向が互いに異なる複数の旋光光学素
子を使用することになるが、旋光光学素子は大きな単結
晶であることからその結晶の育成に長時間と多大の手数
がかかって高価なものであり、その上自然旋光方向が左
右互いに異なる２種類の旋光光学素子を準備する必要か
ら、かかる手段を採用することは光学式センサを製造す
る上では極めて不利である。
センサにおいては、その測定精度の温度特性は旋光光学
素子のヴェルデ定数の温度変化と自然旋光能の温度変化
に依存し、同一値の磁界を測定する場合にも周囲温度に
より測定値が異なるという問題がある。これに対処して
センサの測定精度の温度依存性を低減する手段として、
上記各公報の光学式センサにおいては、自然旋光方向が
左右互いに異なる２個の旋光光学素子を使用して、これ
ら両旋光光学素子が有する温度依存性を互いに相殺する
ことによりセンサの測定精度の温度依存性を低減する手
段が採られている。しかしながら、かかる低減手段にお
いては、自然旋光方向が互いに異なる複数の旋光光学素
子を使用することになるが、旋光光学素子は大きな単結
晶であることからその結晶の育成に長時間と多大の手数
がかかって高価なものであり、その上自然旋光方向が左
右互いに異なる２種類の旋光光学素子を準備する必要か
ら、かかる手段を採用することは光学式センサを製造す
る上では極めて不利である。
【０００４】従って、本発明の目的は、高価な旋光光学
素子を複数使用することを廃止して１個とし、旋光光学
素子に比較して安価な偏光素子を使用してセンサの測定
精度の温度依存性を解消または低減させることにある。
素子を複数使用することを廃止して１個とし、旋光光学
素子に比較して安価な偏光素子を使用してセンサの測定
精度の温度依存性を解消または低減させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源から受光
部間に形成される光路に偏光子、自然旋光性と磁気旋光
性を有する旋光光学素子および検光子を配置して、前記
旋光光学素子のファラデー効果を利用した光学式センサ
において、前記偏光子または検光子として、偏光方向が
互いに直交する関係に接合された一対の偏光素子からな
る偏光素子体を採用して、同偏光素子体を構成する各偏
光素子の透過光量を所定の値に調整したことにその構成
上の特徴がある。
部間に形成される光路に偏光子、自然旋光性と磁気旋光
性を有する旋光光学素子および検光子を配置して、前記
旋光光学素子のファラデー効果を利用した光学式センサ
において、前記偏光子または検光子として、偏光方向が
互いに直交する関係に接合された一対の偏光素子からな
る偏光素子体を採用して、同偏光素子体を構成する各偏
光素子の透過光量を所定の値に調整したことにその構成
上の特徴がある。
【０００６】当該光学式センサにおいては、各偏光素子
を透過する光量の調整は、センサの測定精度の温度特性
が最小になるように調整するものであり、かかる手段と
しては各偏光素子の光透過面積、光透過長等を変化させ
ることによりなされる。最適な調整手段の一例は、偏光
素子体における両偏光素子の接合界面を光路の中心から
所定量ずらすことである。
を透過する光量の調整は、センサの測定精度の温度特性
が最小になるように調整するものであり、かかる手段と
しては各偏光素子の光透過面積、光透過長等を変化させ
ることによりなされる。最適な調整手段の一例は、偏光
素子体における両偏光素子の接合界面を光路の中心から
所定量ずらすことである。
【０００７】
【発明の作用・効果】このように構成された光学式セン
サにおいて、△φ0を旋光光学素子の自然旋光能の温度
変化率、Ｌを同素子の素子長、Ｖeを同素子のヴェルデ
定数、△Ｖeをヴェルデ定数の温度変化率、Ｈを印加交
流磁界、△Ｔを定温２５℃からの温度変動とした場合、
光源からの出射光の全てが偏光素子体を構成する一方の
偏光素子（Ａ）を透過したとすると受光部での変調光量
ＩAは下記数１式で表され、また光源からの出射光の全
てが他方の偏光素子（Ｂ）を透過したとすると受光部で
の変調光量ＩBは下記数２式で表される。
サにおいて、△φ0を旋光光学素子の自然旋光能の温度
変化率、Ｌを同素子の素子長、Ｖeを同素子のヴェルデ
定数、△Ｖeをヴェルデ定数の温度変化率、Ｈを印加交
流磁界、△Ｔを定温２５℃からの温度変動とした場合、
光源からの出射光の全てが偏光素子体を構成する一方の
偏光素子（Ａ）を透過したとすると受光部での変調光量
ＩAは下記数１式で表され、また光源からの出射光の全
てが他方の偏光素子（Ｂ）を透過したとすると受光部で
の変調光量ＩBは下記数２式で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】当該光学式センサにおいて、偏光素子体を
構成する各偏光素子（Ａ），（Ｂ）を透過する透過光量
の比をα：β（但しα＋β＝１）とすると、受光部での
変調光量ＩはαＩA＋βＩBとなり、数３式で表される。
構成する各偏光素子（Ａ），（Ｂ）を透過する透過光量
の比をα：β（但しα＋β＝１）とすると、受光部での
変調光量ＩはαＩA＋βＩBとなり、数３式で表される。
【００１１】
【数３】
【００１２】受光部は、この変調光量Ｉをこれに比例し
た電気信号に変換するとともに、直流成分で規格化され
た出力Ｉoutを得る。出力Ｉoutは数４式で表されるが、
この出力Ｉoutの温度依存性を無くすには（△Ｔ＝
０）、数５式および数６式が成立すればよく、これによ
り偏光素子ＡとＢの透過光量の比α，βが得られる。
た電気信号に変換するとともに、直流成分で規格化され
た出力Ｉoutを得る。出力Ｉoutは数４式で表されるが、
この出力Ｉoutの温度依存性を無くすには（△Ｔ＝
０）、数５式および数６式が成立すればよく、これによ
り偏光素子ＡとＢの透過光量の比α，βが得られる。
【００１３】
【数４】
【００１４】
【数５】
【００１５】
【数６】
【００１６】従って、本発明の光学式センサにおいては
偏光素子体を構成する各偏光素子の透過光量の比を予め
求めて、かかる透過光量の比になるように偏光素子体を
光路上に配置すれば、センサの測定精度の温度依存性が
皆無または極めて小さくすることができる。しかして、
当該光学式センサにおいては、安価な偏光素子を複数使
用してセンサの測定精度の温度依存性を無くするもので
あるから、従来の旋光光学素子を複数個使用して温度依
存性を低減させる手段に比較して製造上極めて有利であ
る。
偏光素子体を構成する各偏光素子の透過光量の比を予め
求めて、かかる透過光量の比になるように偏光素子体を
光路上に配置すれば、センサの測定精度の温度依存性が
皆無または極めて小さくすることができる。しかして、
当該光学式センサにおいては、安価な偏光素子を複数使
用してセンサの測定精度の温度依存性を無くするもので
あるから、従来の旋光光学素子を複数個使用して温度依
存性を低減させる手段に比較して製造上極めて有利であ
る。
【００１７】
【実施例】図１には本発明の第１実施例に係る光学式セ
ンサが示されている。当該光学式センサは光磁界センサ
であり、光磁界センサ１０は光源１１から受光部１２間
に形成される光路に偏光子１３、ファラデー素子１４、
検光子１５を配置してなるもので、光源１１から出射さ
れた光が図示しないロツドレンズにて平行光とされて偏
光子１３に入射され、直線偏光とされてファラデー素子
１４に入射される。入射光はファラデー素子１４におい
て、印加された磁界に応じて偏光面が回転され、検光子
１４に入射されて印加磁界に応じた強度の変調光として
出射され、図示しないロッドレンズにて集光されて受光
部１２にて受光される。
ンサが示されている。当該光学式センサは光磁界センサ
であり、光磁界センサ１０は光源１１から受光部１２間
に形成される光路に偏光子１３、ファラデー素子１４、
検光子１５を配置してなるもので、光源１１から出射さ
れた光が図示しないロツドレンズにて平行光とされて偏
光子１３に入射され、直線偏光とされてファラデー素子
１４に入射される。入射光はファラデー素子１４におい
て、印加された磁界に応じて偏光面が回転され、検光子
１４に入射されて印加磁界に応じた強度の変調光として
出射され、図示しないロッドレンズにて集光されて受光
部１２にて受光される。
【００１８】しかして、当該光磁界センサ１０において
は、検光子１５として２個の偏光素子１５ａ，１５ｂを
積層して接合してなる偏光素子体を採用している。各偏
光素子１５ａ，１５ｂは偏光方向を互いに直交する関係
に積層して接合されている。また、当該光磁界センサ１
０においては、光の進行方向に対して偏光子１３の偏光
方向は水平方向になるように、また検光子１５を構成す
る偏光素子１５ａの偏光方向が水平方向になるように、
かつ偏光素子１５ｂの偏光方向が垂直方向になるように
配置されている。ファラデー素子１４においては、自然
旋光角が４５度になるように素子長Ｌが設定されてい
る。また、検光子１５においては、両偏光素子１５ａ，
１５ｂの透過光量の比がα：βとなるように、その接合
界面を光路の中心からずらして配置されている。
は、検光子１５として２個の偏光素子１５ａ，１５ｂを
積層して接合してなる偏光素子体を採用している。各偏
光素子１５ａ，１５ｂは偏光方向を互いに直交する関係
に積層して接合されている。また、当該光磁界センサ１
０においては、光の進行方向に対して偏光子１３の偏光
方向は水平方向になるように、また検光子１５を構成す
る偏光素子１５ａの偏光方向が水平方向になるように、
かつ偏光素子１５ｂの偏光方向が垂直方向になるように
配置されている。ファラデー素子１４においては、自然
旋光角が４５度になるように素子長Ｌが設定されてい
る。また、検光子１５においては、両偏光素子１５ａ，
１５ｂの透過光量の比がα：βとなるように、その接合
界面を光路の中心からずらして配置されている。
【００１９】本実施例においては、光源１１として波長
８５０ｎｍの発光ダイオード、偏光子１３および検光子
１５を構成する両偏光素子１５ａ，１５ｂとして偏光ビ
ームスプリッタを、ファラデー素子１４としてＢｉ12Ｓ
ｉＯ20（ＢＳＯという）、受光部としてＯ／Ｅ変換可能
なホトダイオードと規格化処理の可能な電気回路で構成
したものが採用されている。ファラデー素子１４として
ＢＳＯを採用した場合には、△φ0＝−５．２３６×１
０-5ｒａｄ／℃・ｍｍ（同素子の自然旋光能の温度変化
率）、Ｖe＝０．１×１０-1ｍｉｎ／Ｏe・ｍｍ（同素子
のヴェルデ定数）、△Ｖe＝１．５２×１０-6ｍｉｎ／
Ｏe・℃・ｍｍ（同素子のヴェルデ定数の温度変化
率）、Ｌ＝４．０２ｍｍ（同素子の素子長）であること
から、α＝０．６８０５、β＝０．３１９５の値が得ら
れる。
８５０ｎｍの発光ダイオード、偏光子１３および検光子
１５を構成する両偏光素子１５ａ，１５ｂとして偏光ビ
ームスプリッタを、ファラデー素子１４としてＢｉ12Ｓ
ｉＯ20（ＢＳＯという）、受光部としてＯ／Ｅ変換可能
なホトダイオードと規格化処理の可能な電気回路で構成
したものが採用されている。ファラデー素子１４として
ＢＳＯを採用した場合には、△φ0＝−５．２３６×１
０-5ｒａｄ／℃・ｍｍ（同素子の自然旋光能の温度変化
率）、Ｖe＝０．１×１０-1ｍｉｎ／Ｏe・ｍｍ（同素子
のヴェルデ定数）、△Ｖe＝１．５２×１０-6ｍｉｎ／
Ｏe・℃・ｍｍ（同素子のヴェルデ定数の温度変化
率）、Ｌ＝４．０２ｍｍ（同素子の素子長）であること
から、α＝０．６８０５、β＝０．３１９５の値が得ら
れる。
【００２０】当該光磁界センサ１０において、ファラデ
ー素子１４にＨ＝１００Ｏe（印加交流磁界）を印加し
た状態で温度を−２０℃〜８０℃まで変化した場合の出
力の、定温である２５℃における出力に対する変化率を
測定して図２のグラフに示す。このグラフは当該光磁界
センサ１０のセンサの測定精度がほとんど温度に依存し
ないことを示している。
ー素子１４にＨ＝１００Ｏe（印加交流磁界）を印加し
た状態で温度を−２０℃〜８０℃まで変化した場合の出
力の、定温である２５℃における出力に対する変化率を
測定して図２のグラフに示す。このグラフは当該光磁界
センサ１０のセンサの測定精度がほとんど温度に依存し
ないことを示している。
【００２１】図３には本発明の第２実施例に係る光磁界
センサ２０が示されている。当該光磁界センサ２０にお
いては、第１実施例の光磁界センサ１０とはファラデー
素子２４が相違する点を除き同一の構成部品を採用して
おり、同一の構成部品については２０番台の類似の符号
を付してその詳細な説明を省略する。しかして、当該光
磁界センサ２０においては、ファラデー素子２４の素子
長が第１実施例の光磁界センサ１０のファラデー素子１
４の２倍の２Ｌに構成されている。従って、ファラデー
素子２４の自然旋光角が９０度であり、検光子２５を構
成する両偏光素子２５ａ，２５ｂの偏光方向が偏光子２
３の偏光方向に対して４５度になるように配置されてい
る。従って、当該光磁界センサ２０においても第１実施
例の光磁界センサ１０と同様に機能し、その精度は温度
には依存しない。
センサ２０が示されている。当該光磁界センサ２０にお
いては、第１実施例の光磁界センサ１０とはファラデー
素子２４が相違する点を除き同一の構成部品を採用して
おり、同一の構成部品については２０番台の類似の符号
を付してその詳細な説明を省略する。しかして、当該光
磁界センサ２０においては、ファラデー素子２４の素子
長が第１実施例の光磁界センサ１０のファラデー素子１
４の２倍の２Ｌに構成されている。従って、ファラデー
素子２４の自然旋光角が９０度であり、検光子２５を構
成する両偏光素子２５ａ，２５ｂの偏光方向が偏光子２
３の偏光方向に対して４５度になるように配置されてい
る。従って、当該光磁界センサ２０においても第１実施
例の光磁界センサ１０と同様に機能し、その精度は温度
には依存しない。
【００２２】図４には本発明の第３実施例に係る光磁界
センサ３０が示されている。当該光磁界センサ３０は検
光子３５の構成の点を除き第１実施例の光磁界センサ１
０と同一構成であり、同一の構成部品については３０番
台の類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。し
かして、当該光磁界センサ３０における検光子３５は２
個の偏光素子３５ａ，３５ｂからなる偏光素子体を複数
層に積層して接合したもので、かかる検光子３５におい
ては全ての偏光素子３５ａの透過光量の合計と全ての偏
光素子３５ｂの透過光量の合計の比がα：βとなるよう
に設定されている。従って、当該光磁界センサ３０にお
いても第１実施例の光磁界センサ１０と同様に機能し、
その感度は温度には依存しない。
センサ３０が示されている。当該光磁界センサ３０は検
光子３５の構成の点を除き第１実施例の光磁界センサ１
０と同一構成であり、同一の構成部品については３０番
台の類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。し
かして、当該光磁界センサ３０における検光子３５は２
個の偏光素子３５ａ，３５ｂからなる偏光素子体を複数
層に積層して接合したもので、かかる検光子３５におい
ては全ての偏光素子３５ａの透過光量の合計と全ての偏
光素子３５ｂの透過光量の合計の比がα：βとなるよう
に設定されている。従って、当該光磁界センサ３０にお
いても第１実施例の光磁界センサ１０と同様に機能し、
その感度は温度には依存しない。
【００２３】なお、上記した各実施例においては、検光
子１５，２５，３５を複数の偏光素子で構成した例につ
いて示しているが、これらに換えて偏光子１３，２３，
３３を複数の偏光素子で構成してもよい。また、これら
に使用する各偏光素子としては偏光ビームスプリッタに
換えて、ガラス偏光板を採用することもできる。
子１５，２５，３５を複数の偏光素子で構成した例につ
いて示しているが、これらに換えて偏光子１３，２３，
３３を複数の偏光素子で構成してもよい。また、これら
に使用する各偏光素子としては偏光ビームスプリッタに
換えて、ガラス偏光板を採用することもできる。
【図１】本発明の第１実施例に係る光磁界センサの概略
構成図である。
構成図である。
【図２】同光磁界センサのセンサ感度の温度依存性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】本発明の第２実施例に係る光磁界センサの概略
構成図である。
構成図である。
【図４】本発明の第３実施例に係る光磁界センサの概略
構成図である。
構成図である。
１０，２０，３０…光磁界センサ、１１，２１，３１…
光源、１２，２２，３２…受光部、１３，２３，３３…
偏光子、１４，２４，３４…ファラデー素子、１５，２
５，３５…検光子、１５ａ，２５ａ，３５ａ，１５ｂ，
２５ｂ，３５ｂ…偏光素子。
光源、１２，２２，３２…受光部、１３，２３，３３…
偏光子、１４，２４，３４…ファラデー素子、１５，２
５，３５…検光子、１５ａ，２５ａ，３５ａ，１５ｂ，
２５ｂ，３５ｂ…偏光素子。
Claims (3)
- 【請求項１】光源から受光部間に形成される光路に偏光
子、自然旋光性と磁気旋光性を有する旋光光学素子およ
び検光子を配置して、前記旋光光学素子のファラデー効
果を利用した光学式センサにおいて、前記偏光子または
検光子として、偏光方向が互いに直交する関係に接合さ
れた一対の偏光素子からなる偏光素子体を採用して、同
偏光素子体を構成する各偏光素子の透過光量を所定の値
に調整したことを特徴とする光学式センサ。 - 【請求項２】請求項１に記載の光学式センサにおいて、
前記偏光子または検光子として前記偏光素子体を１個採
用したことを特徴とする光学式センサ。 - 【請求項３】請求項１に記載の光学式センサにおいて、
前記偏光子または検光子として前記偏光素子体を複数個
積層してなる複層体を採用したことを特徴とする光学式
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3833694A JPH07248367A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光学式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3833694A JPH07248367A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光学式センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248367A true JPH07248367A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12522447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3833694A Pending JPH07248367A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光学式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07248367A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6166807A (en) * | 1995-11-16 | 2000-12-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of urinalysis, urinalysis apparatus, method of measuring angle of rotation and polarimeter |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP3833694A patent/JPH07248367A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6166807A (en) * | 1995-11-16 | 2000-12-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of urinalysis, urinalysis apparatus, method of measuring angle of rotation and polarimeter |
| US6466320B1 (en) | 1995-11-16 | 2002-10-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of urinalysis, urinalysis apparatus, method of measuring angle of rotation and polarimeter |
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