(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該光ファイバから出射された光を直線偏光させる偏光子と、該直線偏光された光を外部磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子と、該偏光回転された光に基づいて光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記外部磁界の強さを出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型磁界センサであって、
前記偏光子の偏光軸に対する前記第１ファラデー回転子から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角を更に与える偏光回転手段と、
該一定の偏光回転角が与えられることで、前記受光器に導光される光の光量を減衰させる減衰手段と、
を備え、
前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、該光ファイバから出射された光を各波長に分光し、各波長毎に前記第１ファラデー回転子をそれぞれ用いることを特徴とする光ファイバ型磁界センサ。
【請求項２】
前記一定の偏光回転角は、４５度＋９０ｍ（ｍ；整数）度とされていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項３】
前記偏光回転手段は、前記第１ファラデー回転子にバイアス磁界を印加する永久磁石を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項４】
前記偏光回転手段は、前記第１ファラデー回転子とは別の第２ファラデー回転子と、該第２ファラデー回転子にバイアス磁界を印加する永久磁石と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項５】
前記永久磁石の外周に、該永久磁石による前記第１ファラデー回転子への影響を低減する磁気シールドが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項６】
前記減衰手段が前記第１ファラデー回転子若しくは第２ファラデー回転子により偏光回転された光を反射するミラーを備え、該ミラーで反射された光を前記偏光子に入射させる反射型とされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項７】
前記減衰手段が前記偏光子とは偏光軸の角度が異なるように配置される検光子を有する透過型とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項８】
前記光ファイバから出射された光は１個以上のダイクロイックミラーで前記各波長に分光されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光ファイバ型磁界センサ。
【請求項９】
前記処理部は、前記電気信号を自乗する自乗手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光ファイバ型磁界センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該光ファイバから出射された光を直線偏光させる偏光子と、該直線偏光された光を外部磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子と、該偏光回転された光に基づいて光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記外部磁界の強さを出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型磁界センサに係り、特に、磁界の方向を判別可能とする光ファイバ型磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶などのファラデー効果を有する結晶（ファラデー回転子と称する）に直線偏光された光を通し、その光の伝播方向に磁界を与えると、外部磁界の強さに比例してその光の偏光方向の回転（偏光回転と称する）が生じる。
【０００３】
ファラデー効果については、式（１）が成り立つ。
Φ  ∝ Ｖ×Ｈ×Ｌ                              （１）
【０００４】
符号Φはファラデー回転角（光の偏光回転角）である。符号Ｖはベルデ定数であり、ファラデー回転子の材質によって変化する。符号Ｈは光の伝播方向（磁界検出軸方向Ｏ）の外部磁界の強さを示す。符号Ｌはファラデー回転子の磁界検出軸方向Ｏの長さである。
【０００５】
ここで、（直線偏光された）光の偏光回転は、外部磁界の光の伝播方向（磁界検出軸方向Ｏ）における成分が存在するときに発生する。詳しく説明すると、ファラデー効果では、外部磁界の向きと光の進む向きが同じときは、光の進む向きに対して右ねじが回転する方向に光が偏光回転する。磁界の向きと光の進む向きが逆のときは、光の進む向きに対して左ねじが回転する方向に光が偏光回転する。
【０００６】
特許文献１には、前記ファラデー回転子を用いた光ファイバ型磁界センサが提案されている。図８（Ａ）を用いて、この光ファイバ型磁界センサ１の磁界プローブ３０を説明する。
【０００７】
磁界プローブ３０において、図示せぬ光源からの光は入射側光ファイバ１４で導光される。導光された光は、レンズ３２でコリメートされ、偏光子３４と（第１）ファラデー回転子３６とを通過して、ミラー４２で垂直反射される。（第１）ファラデー回転子３６では外部磁界の強さに応じて（直線偏光された）光の偏光方向の回転角（偏光回転角と称する）が大きくなる。このことから、偏光子３４の透過軸（偏光軸と称する）に対するミラー４２で反射して入射側光ファイバ１４内へ戻る光の偏光回転角（方位角と称する）が大きくなる。このため、当該入射側光ファイバ１４内へ戻る光量（光ファイバ帰還光量若しくは受光量と称する）は、前記方位角の大きさに従って変化する。即ち、その光ファイバ帰還光量を光電変換することで、外部磁界の強さを判別することができる。
【０００８】
光ファイバ型磁界センサ１の磁界プローブ３０は反射型であるが、特許文献１では、図９（Ａ）に示す透過型の磁界プローブ８０についても提案している。磁界プローブ８０では、ミラー４２の代わりに、（第１）ファラデー回転子８６を通過した光を通過させる検光子９４と、検光子９４を通過した光を集光するレンズ９６と、を備える。そして、レンズ９６で集光された光は図示せぬ受光器まで出射側光ファイバ６８で導光される。検光子９４は、その偏光軸と偏光子８４の偏光軸とが平行若しくは直交とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の光ファイバ帰還光量は、反射型の磁界プローブ３０で図８（Ｂ）、透過型の磁界プローブ８０で図９（Ｂ）のそれぞれに示される。反射型の磁界プローブ３０についてまず説明する。
【００１１】
光ファイバ帰還光量（受光量）は、方位角が０度（状態Ｃ２）において得られる値を最大値（１で規格化）として求めることができる。しかし、外部磁界の強さが同じで方向が異なるとき、即ち、状態Ｃ１と状態Ｃ３では受光量が同一となり、受光量からは方位角の判別ができない。
【００１２】
同様に、透過型の磁界プローブ８０では、偏光子８４の偏光軸と検光子９４の偏光軸とが平行の場合には、黒丸印で示すように、受光量は、方位角が０度（状態Ｄ２）において得られる値を最大値（１で規格化）として求めることができる。このため、外部磁界の強さが同じで方向が異なるとき、即ち、状態Ｄ１と状態Ｄ３では受光量が同一となり、受光量からは方位角の判別ができない。偏光子８４の偏光軸と検光子９４の偏光軸とが直交する場合にも、黒三角印で示すように、受光量は、方位角が９０度（状態Ｄ５）において得られる値を最小値０として求めることができる。このため、外部磁界の強さが同じで方向が異なるとき、即ち、状態Ｄ４と状態Ｄ６では受光量が同一となり、受光量からは方位角の判別ができない。
【００１３】
即ち、特許文献１で示される磁界プローブ３０、８０では、磁界の強さの判別を可能としても、磁界の向きを判別することができなかった。このため、磁界の向きが必要とされる磁界分布測定などに使用することが不可能であった。
【００１４】
本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、複雑な構成をとることなく磁界の向きが判別可能な光ファイバ型磁界センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の請求項１に係る発明は、光源と、該光源の光を導光する光ファイバと、該光ファイバから出射された光を直線偏光させる偏光子と、該直線偏光された光を外部磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子と、該偏光回転された光に基づいて光電変換して電気信号として出力する受光器と、該電気信号を処理して前記外部磁界の強さを出力電圧値として出力する処理部と、を有する光ファイバ型磁界センサであって、前記偏光子の偏光軸に対する前記第１ファラデー回転子から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角を更に与える偏光回転手段と、該一定の偏光回転角が与えられることで、前記受光器に導光される光の光量を減衰させる減衰手段と、を備え、前記光源が複数の波長の光を前記光ファイバに導光させ、該光ファイバから出射された光を各波長に分光し、各波長毎に前記第１ファラデー回転子をそれぞれ用いたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１６】
本願の請求項２に係る発明は、前記一定の偏光回転角を、４５度＋９０ｍ（ｍ；整数）度としたものである。
【００１７】
本願の請求項３に係る発明は、前記偏光回転手段が、前記第１ファラデー回転子にバイアス磁界を印加する永久磁石を備えるようにしたものである。
【００１８】
本願の請求項４に係る発明は、前記偏光回転手段が、前記第１ファラデー回転子とは別の第２ファラデー回転子と、該第２ファラデー回転子にバイアス磁界を印加する永久磁石と、を備えるようにしたものである。
【００１９】
本願の請求項５に係る発明は、前記永久磁石の外周に、該永久磁石による前記第１ファラデー回転子への影響を低減する磁気シールドが設けられるようにしたものである。
【００２０】
本願の請求項６に係る発明は、前記減衰手段が前記第１ファラデー回転子若しくは第２ファラデー回転子により偏光回転された光を反射するミラーを備え、該ミラーで反射された光が前記偏光子に入射する反射型としたものである。
【００２１】
本願の請求項７に係る発明は、前記減衰手段が前記偏光子とは偏光軸の角度が異なるように配置される検光子を有する透過型としたものである。
【００２３】
本願の請求項８に係る発明は、前記光ファイバから出射された光を１個以上のダイクロイックミラーで前記各波長に分光するようにしたものである。
【００２４】
本願の請求項９に係る発明は、前記処理部が、前記電気信号を自乗する自乗手段を有するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複雑な構成をとることなく、光ファイバ型磁界センサでありながら磁界の向きが判別可能となる。なお、光ファイバを用いることで、伝送路が長い際の信号品質劣化を防止し、高い耐環境性を実現することができる。このため、本発明により、厳しい環境で、より正確で詳細な磁界測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１比較例に係る光ファイバ型磁界センサの全体模式図
【図２】同じく磁界プローブ（Ａ）とそのバリエーション（Ｂ）の拡大模式図
【図３】偏光子の偏光軸と透過光量との関係を説明する模式図
【図４】本発明の第１比較例に係る受光器以降の信号の様子を表す模式図
【図５】本発明の実施形態に係る光ファイバ型磁界センサの光学部を示す模式図
【図６】同じく磁界プローブの拡大模式図
【図７】本発明の第２比較例に係る光ファイバ型磁界センサの磁界プローブの拡大模式図
【図８】従来の光ファイバ型磁界センサの反射型の磁界プローブを説明するための模式図
【図９】従来の光ファイバ型磁界センサの透過型の磁界プローブを説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
【００２８】
最初に、第１比較例に係る光ファイバ型磁界センサの概略について、図１、図２（Ａ）を用いて説明する。
【００２９】
光ファイバ型磁界センサ１００は、図１、図２（Ａ）に示す如く、光源１０４と、光源１０４の光を導光する入射側光ファイバ（光ファイバ）１１４と、入射側光ファイバ１１４から出射された光を直線偏光させる偏光子１３４と、直線偏光された光を外部磁界の強さにより偏光回転させる第１ファラデー回転子１３６と、偏光回転された光に基づいて光電変換して電気信号として出力する受光器１２０と、電気信号を処理して外部磁界の強さを出力電圧値として出力する処理部１５０と、を有する。
【００３０】
そして、光ファイバ型磁界センサ１００は、図１、図２（Ａ）に示す如く、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角（例えば４５度）を更に与える第２ファラデー回転子１３８及びリング状の永久磁石１４０（偏光回転手段）と、ミラー１４２と、を備えている。なお、ミラー１４２は、第２ファラデー回転子１３８により偏光回転された光を反射し、偏光子１３４に入射させる。そのため、ミラー１４２および偏光子１３４は、第２ファラデー回転子１３８により一定の偏光回転角（例えば４５度）が与えられることで、受光器１２０に導光される光の光量を減衰させる減衰手段として機能する。
【００３１】
以下、光ファイバ型磁界センサ１００の構成を図１、図２（Ａ）に基づいてより詳細に説明していく。
【００３２】
光ファイバ型磁界センサ１００は、図１に示す如く、光学部１０２と処理部１５０とを有する。光学部１０２は、図１に示す如く、光源１０４と、入射側光ファイバ１１４と、光ファイバカプラ１１６と、出射側光ファイバ１１８と、受光器１２０と、反射型の磁界プローブ１３０と、を備えている。
【００３３】
図１に示す如く、光源１０４は、レーザダイオードやＬＥＤなどを有している。入射側光ファイバ１１４は、光源１０４に接続され、光源１０４の光を磁界プローブ１３０まで導光する。なお、磁界プローブ１３０に導かれる光の一部は、図示しない別の検出器により光電変換されて、その出力がモニターされる形態も実施例の１つとする。そのモニターされる出力によって、受光回路１５４で受光器１２０から出力される電気信号が規格化された電圧値とされる。光ファイバカプラ１１６は、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とを溶融接合させたもので、磁界プローブ１３０から入射側光ファイバ１１４に戻ってきた光を出射側光ファイバ１１８へ分岐する。出射側光ファイバ１１８は、受光器１２０に接続されている。受光器１２０では、出射側光ファイバ１１８を通過してきた光を光電変換して電気信号として処理部１５０に出力する。なお、入射側光ファイバ１１４と出射側光ファイバ１１８とは、シングルモードファイバやマルチモードファイバや偏波面保存型光ファイバなどを用いることができる。
【００３４】
磁界プローブ１３０は、図２（Ａ）に示す如く、レンズ１３２と偏光子１３４と第１ファラデー回転子１３６と第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２とを備える。
【００３５】
図２（Ａ）に示す如く、レンズ１３２は、入射側光ファイバ１１４で導いた光をコリメートして偏光子１３４に入射させる。偏光子１３４は、入射側光ファイバ１１４から出射されてコリメートされた光を直線偏光させる。第１ファラデー回転子１３６は、磁界測定軸方向Ｏにおける外部磁界の強さにより直線偏光された光(単に直線偏光とも称する)を偏光回転させる。第２ファラデー回転子１３８は、第１ファラデー回転子１３６とは別に第１ファラデー回転子１３６の後段に配置されている。第２ファラデー回転子１３８の外周には、リング状の永久磁石１４０が配置されている。この永久磁石１４０は第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加することで、第２ファラデー回転子１３８は第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に２２．５度の偏光回転角を更に与える。
【００３６】
図２（Ａ）に示す如く、磁界プローブ１３０の終端に、ミラー１４２が配置されている。ミラー１４２により、第２ファラデー回転子１３８で偏光回転された光は垂直反射される。ミラー１４２で反射された光には再び第２ファラデー回転子１３８で２２．５度の偏光回転角が与えられる。即ち、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、第２ファラデー回転子１３８により４５度の一定の偏光回転角が更に与えられる。そして、ミラー１４２で反射された光は偏光子１３４に入射する。なお、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８とも、ファラデー効果を有する材質（主にＹＩＧ結晶など）を用いることができる。その際にベルデ定数の大きいＹＩＧ結晶が、より好ましい。
【００３７】
ここで、第２ファラデー回転子１３８が、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、４５度の一定の偏光回転角を更に与えることについて、図３を用いて説明する。ただし、ここでは説明のため、偏光子１３４での偏光軸方向成分の光は１００％透過するものとする（偏光方向によるロス以外は無視する）。
【００３８】
図３において、偏光子１３４の偏光軸Ｙと直線偏光Ａ１とが平行（偏光軸Ｙに対する直線偏光の偏光回転角（方位角と称する）が０度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ１は１００％透過していく。しかし、偏光軸Ｙと直線偏光Ａ３とが直交する（方位角９０度）ときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ３は全く透過しない（０％透過）。この中間である、偏光軸Ｙと直線偏光Ａ２とが４５度（方位角４５度）のときには、偏光子１３４に対して直線偏光Ａ２は７０．７％（ＣＯＳ４５度＝０．７０７より）透過していくことなる。即ち、本比較例では、外部磁界が存在しなくても、偏光子１３４による直線偏光に第２ファラデー回転子１３８で偏光回転角４５度を付与することとなる。このため、外部磁界が存在しなくても、偏光子１３４を介して入射側光ファイバ１１４に戻る光量は、偏光子１３４から出射した直線偏光の光量の７０．７％だけとなる。
【００３９】
なお、図２（Ｂ）に示す如く、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を低減するために、永久磁石１４０の外周に磁気シールド１４４を設けてもよい。磁気シールド１４４は、図２（Ｂ）に示す如く、例えば第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２の外周を覆い、光の通過する部分のみに開口を有するように構成することができる。磁気シールド１４４としては、例えばパーマロイなどを使用できる。なお、磁気シールドを設けずに、永久磁石１４０が第１ファラデー回転子１３６に磁気的な影響を与えないように、永久磁石１４０と第１ファラデー回転子１３６との距離を十分離すように配置してもよい。
【００４０】
処理部１５０は、図１に示す如く、発光回路１５２と受光回路１５４と自乗手段である自乗回路１５６とオフセット手段であるオフセット回路１５８とを備える。
【００４１】
図１に示す如く、発光回路１５２は、光源１０４に安定した発光をさせる。受光回路１５４は、受光器１２０から出力された電気信号を規格化された電圧値として自乗回路１５６に出力する。自乗回路１５６は、受光回路１５４から出力された電圧値を自乗して出力する。このとき、自乗回路１５６で出力される自乗電圧値は、規格化された電圧値が規格値に対して７０．７％の値のときに、０．５（＝０．７０７２；規格化された自乗電圧値に対して５０％の値）となる。オフセット回路１５８は、自乗電圧値の０．５をオフセットして、ゲイン調整を行い、必要に応じてプラスマイナスの符号を反転させて、出力電圧値Ｖｏｕｔを出力する。
【００４２】
次に、本比較例における光ファイバ型磁界センサ１００の動作について、主に図１を用いて説明する。
【００４３】
発光回路１５２により光源１０４から光が出射される。光源１０４から出射された光は入射側光ファイバ１１４で導光される。
【００４４】
導光された光は、入射側光ファイバ１１４から出射され、レンズ１３２でコリメートされる。コリメートされた光は、偏光子１３４に入射し、直線偏光とされる。直線偏光された光は、第１ファラデー回転子１３６で外部磁界の強さにより偏光回転される。偏光回転された光は、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。そして、光は、ミラー１４２で垂直反射され、再び、第２ファラデー回転子１３８で更に２２．５度で偏光回転される。即ち、第２ファラデー回転子１３８で合計４５度の一定の偏光回転角が与えられる。また、第１ファラデー回転子１３６でも外部磁界の強さで、第２ファラデー回転子１３８を通過した光を更に偏光回転させる。その光は、偏光子１３４に入射して、偏光子１３４の偏光軸に対する方位角に従い、減衰して透過する。
【００４５】
減衰した光はレンズ１３２で再び入射側光ファイバ１１４に戻る。そして、その戻り光は、光ファイバカプラ１１６を介して、出射側光ファイバ１１８で受光器１２０に導かれる。
【００４６】
受光器１２０では、戻り光の光量（光ファイバ帰還光量）に比例して光電変換して電気信号を出力する。この電気信号は受光回路１５４で規格化された電圧値として出力される。この電圧値の一例を図４（Ａ）に示す。この電圧値は、偏光子１３４による減衰特性から、正弦波特性で示される曲線（ＳＩＮ波）上の値として示される。そして、外部磁界がない場合Ａ３にも、第２ファラデー回転子１３８（及び永久磁石１４０）で光に一定の偏光回転角として４５度が与えられている。このため、外部磁界がない状態Ａ３の方位角４５度では電圧値は極大値や極小値とはならず、電圧値は０．７０７となる。外部磁界がマイナスである場合Ａ２には、方位角は４５度より小さくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも大きな値となる。逆に、外部磁界がプラスである場合Ａ４には、方位角は４５度より大きくなる。このため、電圧値が０．７０７よりも小さな値となる。
【００４７】
即ち、偏光子１３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子１３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角が与えられていることで、外部磁界のプラスマイナス、即ち外部磁界の向きを受光量に比例する電圧値から容易に判別することができる。
【００４８】
受光回路１５４から出力される電圧値は、自乗回路１５６で自乗される。即ち、自乗回路１５６から出力される自乗電圧値は、一例として図４（Ｂ）のように示すことができる。即ち、外部磁界がない状態Ａ３の電圧値０．７０７は、自乗電圧値０．５となる。同時に、正弦波特性で示された曲線は、自乗電圧値０．５を中心とする範囲Ｂにおいては、極めて直線に近づけることができる。即ち、方位角４５度を中心として範囲Ｂの間では、自乗電圧値に比例して方位角を求めることができる。つまり、外部磁界の向きを含めて、外部磁界の強さを複雑な構成をとることなく正確に求めることができる。
【００４９】
自乗回路１５６の出力はオフセット回路１５８で、符号合わせ、オフセット調整、及びゲイン調整される。即ち、オフセット回路１５８から出力される出力電圧値Ｖｏｕｔは、一例として図４（Ｃ）のように示すことができる。このため、外部磁界の向きを含めて、外部磁界の強さを簡単な構成で、容易にかつ正確に求めることができる。
【００５０】
本比較例では、処理部１５０の簡素化による、低価格化および高速応答化が可能である。具体的には、出力電圧値Ｖｏｕｔをアナログ出力とする本比較例の場合には、処理部１５０を全てアナログ回路で構成できるので、デジタル回路が不要となる。このため、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８が用いられても低コスト化を実現することが可能である。同時に、アナログ回路だけであれば、デジタル回路で用いられるサンプリングレートに制約されないので、アナログ演算により高速応答化が図れる。即ち、本比較例は、高速に変動する磁界の測定や、磁界プローブ１３０を高速移動させての磁界分布の動的測定（ダイナミックな測定）に対応することができる。
【００５１】
また、本比較例では、永久磁石１４０を用いて第２ファラデー回転子１３８にバイアス磁界を印加しているので、磁界プローブ１３０に入射側光ファイバ１１４以外に外部から配線する必要がない。そのため、磁界プローブ１３０の配置の自由度が大きく、且つ第２ファラデー回転子１３８を外部から制御することなく安定して行うことができる。
【００５２】
また、本比較例では、ミラー１４２を用いて光を反射させることで、それぞれ第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸方向Ｏに光を往復させている。このため、第１、第２ファラデー回転子１３６、１３８の磁界測定軸方向Ｏの長さを短くすることができるので、磁界プローブ１３０を小型とすることができる。また、ミラー１４２が機能的には磁界プローブ１３０の終端部材なので、ミラー１４２の外側に光ファイバなどの部材が配置されずに、磁界プローブ１３０の設置が容易である。
【００５３】
即ち、本比較例では、複雑な構成をとることなく、光ファイバ型磁界センサでありながら磁界の向きが判別可能となる。なお、光ファイバを用いることで、電気信号を用いる場合に比べて特に電気ノイズの影響を受けずに伝送ロスを低減できるので、伝送路が長い際の信号品質劣化を防止し、高い耐環境性を実現することができる。このため、本比較例により、厳しい環境で、より正確で詳細な磁界測定が可能となる。
【００５４】
本比較例においては、第２ファラデー回転子１３８を用いて、永久磁石１４０による第１ファラデー回転子１３６への影響を与えないようにすることが望ましいとしていたが、第２ファラデー回転子を用いずに、第１ファラデー回転子に永久磁石でバイアス磁界を印加して、第１ファラデー回転子で一定の偏光回転角を与えるようにし、外部磁界がこれに重畳されるようにしてもよい。
【００５５】
また、本比較例においては、光ファイバカプラ１１６を用いたが、例えば光ファイバ型ではないビームスプリッタを用いてもよい。
【００５６】
また、本比較例においては、処理部１５０に、自乗手段として自乗回路１５６、オフセット手段としてオフセット回路１５８を備えていたが、回路という形ではなく、受光回路の出力をＡ／Ｄ変換してソフトウェア的に演算処理することで自乗手段やオフセット手段を実現しても良い。
【００５７】
また、本比較例においては、第１ファラデー回転子１３６の後段に第２ファラデー回転子１３８が配置され、第２ファラデー回転子１３８の外周に永久磁石１４０が配置されていたが、第２ファラデー回転子が第１ファラデー回転子の前段に配置されていてもよい。また、永久磁石は磁界検出軸方向Ｏで第２ファラデー回転子から離れて配置されていてもよいし、永久磁石の形状がリング状でなくてもよい。
【００５８】
次に、本発明の実施形態について、図５、図６を用いて説明する。
【００５９】
本実施形態は、第１比較例の反射型の磁界プローブ１３０を多軸化したものである。その概略構成は、図５、図６に示す如く、光源２０４が複数の波長λ１〜λ３の光を入射側光ファイバ（光ファイバ）２１４に導光させ、入射側光ファイバ２１４から出射された光を各波長λ１〜λ３に分光し、各波長λ１〜λ３毎に第１ファラデー回転子２３６Ｘ〜２３６Ｚをそれぞれ用いている。その際に入射側光ファイバ２１４から出射された光は２個のダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚで各波長に分光されている。具体的な構成を以下に説明する。なお、多軸化に係る部分以外については、適宜説明を省略する。
【００６０】
光源２０４は、図５に示す如く、例えば３個のＬＥＤ２０６Ｘ〜２０６Ｚと、４個のレンズ２０８Ｘ〜２０８Ｚ、２１２と、１個のミラー２１０Ｘと２個のダイクロイックミラー２１０Ｙ、２１０Ｚと、を備えている。３個のＬＥＤ２０６Ｘ〜２０６Ｚは、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光を発光する。ＬＥＤ２０６Ｘ〜２０６Ｚから出射された光は、それぞれレンズ２０８Ｘ〜２０８Ｚでコリメートされる。コリメートされた光は、ミラー２１０Ｘ及びダイクロイックミラー２１０Ｙ、２１０Ｚで反射され、レンズ２１２に入射する。レンズ２１２によって、それぞれ波長λ１〜λ３が異なる光は、１本の入射側光ファイバ２１４により磁界プローブ２３０に導光される。
【００６１】
磁界プローブ２３０は、図６に示す如く、レンズ２３２のみを共通にして、３個のプローブ先端部２３５Ｘ〜２３５Ｚを備えている。プローブ先端部２３５Ｘ〜２３５Ｚは、それぞれ、ミラー２３３Ｘ若しくはダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚと偏光子２３４Ｘ〜２３４Ｚと、第１ファラデー回転子２３６Ｘ〜２３６Ｚと、第２ファラデー回転子２３８Ｘ〜２３８Ｚと、永久磁石２４０Ｘ〜２４０Ｚと、ミラー２４２Ｘ〜２４２Ｚと、を備える。
【００６２】
入射側光ファイバ２１４から出射された光は、図６に示す如く、レンズ２３２でコリメートされる。コリメートされた光はダイクロイックミラー２３３Ｚに入射する。ここで、ダイクロイックミラー２３３Ｚは、波長λ１、λ２の光を反射させ、波長λ３の光を透過させる。ダイクロイックミラー２３３Ｚで反射された光は、ダイクロイックミラー２３３Ｙに入射する。ダイクロイックミラー２３３Ｙは、波長λ１の光を透過させ、波長λ２の光を反射させる。ダイクロイックミラー２３３Ｙを透過した光は、ミラー２３３Ｘで反射される。ミラー２３３Ｘ及びダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚで分光された光はそれぞれ、偏光子２３４Ｘ〜２３４Ｚ、第１ファラデー回転子２３６Ｘ〜２３６Ｚ、及び第２ファラデー回転子２３８Ｘ〜２３８Ｚを介して、ミラー２４２Ｘ〜２４２Ｚに入射する。ミラー２４２Ｘ〜２４２Ｚで反射された光はそれぞれ、ミラー２３３Ｘ及びダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚを介して、入射側光ファイバ２１４に導光される。磁界プローブ２３０のこれ以外の構成と動作は第１比較例と同様なので、説明を省略する。
【００６３】
受光器２２０は、図５に示す如く、レンズ２２２と、ミラー２２４Ｘ及びダイクロイックミラー２２４Ｙ、２２４Ｚと、光電式センサ２２６Ｘ〜２２６Ｚと、を備える。出射側光ファイバ２１８から出射された光はレンズ２２２でコリメートされ、ダイクロイックミラー２２４Ｙ、２２４Ｚで、波長λ１〜λ３毎に分光されて、各光電式センサ２２６Ｘ〜２２６Ｚで受光される。光電式センサ２２６Ｘ〜２２６Ｚで受光された光は光電変換され、電気信号として処理部に出力される。処理部は、第１比較例と同様の構成であり、同様の動作を行うので、その説明は省略する。処理部は、波長の数だけ並列に備えてもよいし、異なる波長毎に適宜兼用化してもよい。
【００６４】
このように、各波長λ１〜λ３毎にプローブ先端部２３５Ｘ〜２３５Ｚを備えて、各プローブ先端部２３５Ｘ〜２３５Ｚの磁界測定軸方向Ｏｘ〜Ｏｚを例えば互いに直交させるように配置することで、３次元の磁界の強さを測定することが可能になる。即ち、各軸で得られた出力電圧値Ｖｏｕｔをベクトル合成することで磁界の向きと大きさを求めることができる。
【００６５】
なお、多軸化に際しては、反射型の磁界プローブ２３０を用いているので、プローブ先端部２３５Ｘ〜２３５Ｚの配置が容易である。同時に、２個のダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚを用いていることで、磁界プローブ２３０を相乗的にコンパクトにまとめることができる。なお、受光器２２０においても２個のダイクロイックミラー２２４Ｙ、２２４Ｚが用いられているので、受光器２２０もコンパクトにまとめることができる。
【００６６】
本実施形態においては、３つの波長λ１〜λ３で３軸方向の磁界の強さを求めたが、本発明はこれに限定されず、更に多くの数の軸に対しても適用可能である。光ファイバを用いる限りにおいて、波長の多重化は容易で、かつ光ファイバ自体は１本で済み、更に磁界プローブになんら電気信号を這わす必要がない。このため、数の多い多軸化であっても容易に磁界プローブの構成が可能で、たとえ磁界プローブ２３０が光源２０４と受光器２２０とから遠く離れて配置されても、各軸で磁界の強さを安定して求めることができる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、入射側光ファイバ２１４から出射された光が、２個のダイクロイックミラー２３３Ｙ、２３３Ｚで各波長λ１〜λ３に分光されていたが、本発明はこれに限定されない。別の波長選択性のある光学素子をダイクロイックミラーの代わりに用いてもよい。
【００６８】
次に、第２比較例について、図７を用いて説明する。
【００６９】
本比較例は、第１比較例とは異なり、透過型の磁界プローブ３３０を用いている。即ち、第２ファラデー回転子１３８と永久磁石１４０とミラー１４２および偏光子１３４（反射光が戻るとき）の代わりに、検光子３４４を用いている。検光子３４４は、偏光子３３４とは偏光軸の角度が異なるように配置されている（例えば４５度）。そして、検光子３４４を通過した光は、レンズ３４６により集光され、直接に出射側光ファイバ３１８に入射されている。即ち、検光子３４４は、偏光子３３４の偏光軸から４５度異なる偏光軸（４５度の偏光回転角の付与）で、偏光子３３４の代わりに第１ファラデー回転子３３６から出射される光を通過させる。このため、第１実施例と比べると、検光子３４４が、偏光子３３４の偏光軸に対する第１ファラデー回転子３３６から出射される光の偏光回転角に、９０ｎ（ｎ；整数）度ではない一定の偏光回転角（例えば４５度）を更に与えたような格好になっている。同時に、検光子３４４は、一定の偏光回転角（例えば４５度）を与えることで、受光器に導光される光の光量を減衰させている。つまり、本比較例では、検光子３４４が、偏光子３３４とは偏光軸の角度が４５度異なるように配置されることで、第１比較例における偏光回転手段と同様に機能している。同時に、偏光回転手段としての検光子３４４が減衰手段としても機能している（偏光回転手段と減衰手段との兼用化）。
【００７０】
このため、第１比較例で説明した光ファイバ型磁界センサ１００と同様の動作か可能である。更に、本比較例では、ファラデー回転子３３６を１個だけしか使用しないので、第１比較例に比べてコストダウンが可能である。更に、永久磁石も使用しないので、永久磁石による第１ファラデー回転子３３６への影響を考慮せずに、磁界プローブ３３０を構成・配置することができる。
【００７１】
また、本比較例の透過型の磁界プローブ３３０を用いて、実施形態で示した多軸化を行ってもよい。
【００７２】
本発明について上記実施形態等を上げて説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００７３】
上記実施形態においては、一定の偏光回転角が４５度であったが、本発明はこれに限定されない。一定の偏光回転角が４５度のときは、磁界の向きがいずれであっても、直線近似すると磁界の強さを同等の広い範囲で正確に求めることができる（例えば図４（Ｂ）では、方位角でそれぞれＢ／２の範囲）。このため、一定の偏光回転角が４５度＋９０ｍ（ｍ；整数）度であることが望ましいが、９０ｎ（ｎ；整数）度でない角度であればよい。その場合には、受光量において外部磁界のない状態は正弦波特性で示される曲線上の極大値や極小値とならない。このため、外部磁界の向きが変わることで受光量（電圧値、自乗電圧値、若しくは出力電圧値）が変化するため、磁界の向きを判別することができる。
【００７４】
また、上記実施形態においては、偏光子や検光子としては偏光板を想定していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタや、複屈折性結晶（方解石など）でも良い。
【００７５】
また、上記実施形態においては、光源としてレーザダイオード、ＬＥＤを用いていたが、それ以外のものでもよい。ただし、ファラデー回転子の材質に対して透明な光波長を発するものが好ましい。例えば、ＹＩＧ結晶に対しては、波長約１μｍの光源であることが好ましい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、処理部が電気信号を自乗する自乗手段を有していたが、本発明はこれに限定されず、自乗手段を有さなくてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１、１００、２００…光ファイバ型磁界センサ
１４、６４、１１４、２１４、３１４…入射側光ファイバ
３０、８０、１３０、２３０、３３０…磁界プローブ
３２、８２、９６、１３２、２０８Ｘ、２０８Ｙ、２０８Ｚ、２１２、２２２、２３２、３３２、３４６…レンズ
３４、８４、１３４、２３４Ｘ、２３４Ｙ、２３４Ｚ、３３４…偏光子
３６、８６、１３６、２３６Ｘ、２３６Ｙ、２３６Ｚ、３３６…第１ファラデー回転子
４２、１４２、２１０Ｘ、２２４Ｘ、２３３Ｘ、２４２Ｘ、２４２Ｙ、２４２Ｚ…ミラー
６８、１１８、２１８、３１８…出射側光ファイバ
９４、３４４…検光子
１０２、２０２…光学部
１０４、２０４…光源
１１６、２１６…光ファイバカプラ
１２０、２２０、２２６Ｘ、２２６Ｙ、２２６Ｚ…受光器（光電式センサ）
１３８、２３８Ｘ、２３８Ｙ、２３８Ｚ…第２ファラデー回転子
１４０、２４０Ｘ、２４０Ｙ、２４０Ｚ…永久磁石
１４４…磁気シールド
１５０…処理部
１５２…発光回路
１５４…受光回路
１５６…自乗回路
１５８…オフセット回路
２０６Ｘ、２０６Ｙ、２０６Ｚ…ＬＥＤ
２１０Ｙ、２１０Ｚ、２２４Ｙ、２２４Ｚ、２３３Ｙ、２３３Ｚ…ダイクロイックミラー
２３５Ｘ、２３５Ｙ、２３５Ｚ…プローブ先端部
【図１】
0005437085.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005437085.tif 000007
【図７】
0005437085.tif 000008
【図８】
0005437085.tif 000009
【図９】
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