(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ導電性材料により環状に形成され且つ、一部分が共有接続される形で隣り合って配置されると共にこの接続部分にギャップが形成された一対の導体パターンと、
これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに挿入される電気光学結晶と、
を有したことを特徴とする光磁界センサー。
【請求項２】
電気光学結晶が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムにより形成されたことを特徴とする請求項１記載の光磁界センサー。
【請求項３】
一対の導体パターンが、平面内において相互に同一形状の環状にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１或いは請求項２記載の光磁界センサー。
【請求項４】
光を発生する光源と、
それぞれ導電性材料により環状に形成され且つ、一部分が共有接続される形で隣り合って配置されると共にこの接続部分にギャップが形成された一対の導体パターンと、
これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに挿入され且つ、光源からの光が通過され得る電気光学結晶と、
電気光学結晶を通過した光の状態を検出する光検出部材と、
を有したことを特徴とする光磁界検出装置。
【請求項５】
電気光学結晶が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムにより形成されたことを特徴とする請求項４記載の光磁界検出装置。
【請求項６】
一対の導体パターンが、平面内において相互に同一形状の環状にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項４或いは請求項５記載の光磁界検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度に磁界情報を取得する光磁界センサー及び光磁界検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達に伴って、集積回路基板等から周囲に漏れる磁界を高精度に測定する必要が生じるようになった。そして、磁界情報を取得する為の従来の磁界センサーとして、例えば導電性材料による二つのループが隣り合った形に形成されたいわゆる二重ループ型磁界センサー１１０を図５に示すようにセンサー部分に用いた磁界検出装置が、知られている。（例えば非特許文献１参照）
【０００３】
この二重ループ型磁界センサー１１０では、二つのループである二重ループ１１２が磁界を受けて検出した磁界信号を金属伝送線路を介して測定機へ伝送していた。つまり、二重ループ１１２から図５に示すコプラナーライン１１４でこの磁界信号を一旦伝送し、平衡／不平衡変換を行う図示しないバランを介した後に、同軸ケーブルによってさらに磁界信号を測定機側に伝送していた。そして、金属伝送線路であるこれらコプラナーライン１１４及び同軸ケーブルにより伝送された磁界信号をこの測定機で計測し、検出結果を得るようになっていた。
【０００４】
【非特許文献１】
１９８９年  米国電気電子学会  マイクロウェーブセオリィアンドテクニックス−インターナショナル  マイクロウェーブシンポジウムダイジェスト  ボリューム２、８２３〜８２５頁(S.S.Osofsky and S.E.Schwartz,1989 IEEE MTT-Int.Microwave Symp.Digest,vol.2,pp823-825)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の二重ループ型磁界センサー１１０では、測定される被測定対象個所自体の電磁界を金属製の金属伝送線路が擾乱するだけでなく、特に高周波数帯域であるＧＨｚ帯においては、金属伝送線路が周囲の電界に起因する雑音の影響を受けて、検出精度が低下してしまう結果として、高精度な磁界の測定が困難であった。
【０００６】
さらに、このようなＧＨｚ帯においては、コプラナーライン１１４と同軸ケーブルとの間の接続部分となるバランにおいての平衡／不平衡変換が困難になって、高精度な測定データを伝送できず測定精度が一層低下する欠点等をも有していた。つまり、ＧＨｚ帯のような高周波数帯域における磁界の高精度な測定が、従来の磁界検出装置によっては出来なかった。
本発明は上記事実を考慮し、低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度に磁界情報を取得し得る光磁界センサー及び光磁界検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１による光磁界センサーは、それぞれ導電性材料により環状に形成され且つ、一部分が共有接続される形で隣り合って配置されると共にこの接続部分にギャップが形成された一対の導体パターンと、
これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに挿入される電気光学結晶と、
を有したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る光磁界センサーによれば、一部分が共有接続される形でそれぞれ導電性材料により環状に形成された一対の導体パターンが、相互に隣り合って配置され、これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに、電気光学結晶が挿入される構成を有している。従って、この光磁界センサーをセンサ本体として被測定対象個所に配置し、電気光学結晶に例えばレーザー光等の光を通過させた場合、二重ループとなる一対の導体パターンが検出して取得した磁界情報を電気光学結晶の電気光学効果を利用して光信号に変換することができる。
【０００９】
これに伴って本請求項に係る光磁界センサーは、同軸ケーブル等の金属伝送線路を使用せずに例えばレーザー光等の光を用いた光信号によって磁界情報を伝送でき、金属部分が導体パターンだけとなるので、測定される被測定対象個所の周囲の電磁界に乱れが生じ難くなる。
【００１０】
特に、高周波数帯域においては、光を用いていることから、電気信号が伝送路を伝わる途中で周囲の電界に起因する雑音の影響を受けるような虞がなくなって、検出精度が低下しなくなる。また、同じく光を用いていることから、平衡／不平衡変換の必要がなくなり、平衡／不平衡変換の不完全さに起因する検出精度の低下も無くなる。
【００１１】
以上の結果として、本請求項に係る光磁界センサーによれば、低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度な磁界の測定が可能となると共に高精度なままでの磁界情報の伝送が可能となるのに伴って、高精度に磁界情報を取得できるようになる。
【００１２】
請求項２に係る光磁界センサーによれば、請求項１の光磁界センサーと同様の構成の他に、電気光学結晶が、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムにより形成されるという構成を有している。つまり、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムを電気光学結晶として採用することで、請求項１の作用効果をより確実に達成可能となる。
【００１３】
請求項３に係る光磁界センサーによれば、請求項１及び請求項２の光磁界センサーと同様の構成の他に、一対の導体パターンが、平面内において相互に同一形状の環状にそれぞれ形成されるという構成を有している。つまり、これら相互に同一形状の環状とされる一対の導体パターンが、一平面内で二次元的に形成されていることから、磁束の向きに対してこの平面を垂直に配置するだけで、磁界情報を容易且つ一層正確に取得できることになる。
【００１４】
請求項４による光磁界検出装置は、光を発生する光源と、
それぞれ導電性材料により環状に形成され且つ、一部分が共有接続される形で隣り合って配置されると共にこの接続部分にギャップが形成された一対の導体パターンと、
これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに挿入され且つ、光源からの光が通過され得る電気光学結晶と、
電気光学結晶を通過した光の状態を検出する光検出部材と、
を有したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る光磁界検出装置よれば、一部分が共有接続される形でそれぞれ導電性材料により環状に形成される一対の導体パターンが、相互に隣り合って配置されており、これら一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに、電気光学結晶が挿入されている。そして、光を発生する光源からの光がこの電気光学結晶を通過し、この通過した光の状態を光検出部材が検出するようになる。
【００１６】
つまり、本請求項に係る光磁界検出装置は請求項１と同様に、一対の導体パターンの接続部分に形成されたギャップに電気光学結晶が挿入され、この電気光学結晶に光源からの例えばレーザー光等の光を通過させることで、二重ループとなる一対の導体パターンが検出して取得した磁界情報を電気光学結晶の電気光学効果を利用して光信号に変換することができる。
【００１７】
これに伴い本請求項に係る光磁界検出装置は、この電気光学結晶を通過した光源からの光の状態を光検出部材が検出するようになるので、同軸ケーブルの必要がなく、また金属部分が導体パターンだけとなるので、測定される被測定対象個所の周囲の電磁界に乱れが生じ難くなる等の理由から、請求項１と同様に高精度な測定が可能となる。
【００１８】
以上より、本請求項に係る光磁界検出装置によれば、請求項１と同様に低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度な磁界の測定が可能となると共に高精度なままでの磁界情報の伝送が可能となるのに伴って、高精度に磁界情報を取得できるようになる。
【００１９】
請求項５及び請求項６に係る光磁界検出装置によれば、請求項４の光磁界検出装置と同様の構成の他に、請求項２及び請求項３とそれぞれ同一の構成を有している。この為、これら請求項も、請求項２及び請求項３と同様の作用効果を奏することになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光磁界センサー及び光磁界検出装置の一実施の形態を図面に基づき説明する。
本実施の形態に係る光磁界検出装置１０は、図１及び図２に示すように、被測定対象とする電磁界中に配置される光磁界センサーであるセンサ本体１２及び、レーザー光Ｌを送受光し得る光学系等により、構成されている。
【００２１】
図１に示すこのセンサ本体１２の支持部分となるガラスエポキシ製のプリント基板１４上には、環状の内の例えば長方形であって相互に同一形状となるようにそれぞれ形成された一対の導体パターン１６、１８が、金属等の導電性材料で平面的にそれぞれ設けられている。そして、これら一対の導体パターン１６、１８の一端同士が相互に接続されて共有される形で、これら一対の導体パターン１６、１８は隣り合ってプリント基板１４上に配置されており、この接続部分には、隙間であるギャップ２２が設けられている。
【００２２】
図１に示すように、このギャップ２２を形成するこれら一対の導体パターン１６、１８の端部には、一対の平行平板電極２０Ａ、２０Ｂが相互に平行になるようにそれぞれ配置されており、直方体状に形成された電気光学素子２４が、これら一対の平行平板電極２０Ａ、２０Ｂの相互に対向する側にそれぞれ当接される形で、このギャップ２２内の個所に挿入されて配置されている。
【００２３】
以上より、この電気光学素子２４を挟んで一対の導体パターン１６、１８がそれぞれ配置されることになる。さらに、ギャップ２２内に配置されたこの電気光学素子２４は、電気光学結晶により形成されているが、この電気光学結晶としては、加わる電圧の変化により屈折率が変化する例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）の結晶が、用いられている。
【００２４】
従って、本実施の形態に係るセンサ本体１２は、プリント基板１４、一対の導体パターン１６、１８及び電気光学素子２４等により、製作できることになり、また、本実施の形態では、磁界情報を確実に抽出できるように光学軸方向が所定の方向に向く形で、この電気光学素子２４は配置されている。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る光磁界検出装置１０の光学系全体について、図２に基づき説明する。
図２に示すように本実施の形態では、レーザー光Ｌを発生するレーザー光源３０を有しており、このレーザー光源３０に光ファイバ３２の一端側が接続されていて、この光ファイバ３２の他端側に設けられて発光部となるレンズ３２Ａが、レーザー光源３０から送られたレーザー光Ｌを射出するようになっている。そして、この光ファイバ３２の途中の部分には、レーザー光Ｌを偏光する為の偏光子３４が配置されている。
【００２６】
一方、光の強度の変化を電流量の変化に変換する光検出部材であるフォト・ディテクタ４２に光ファイバ４０が繋がれており、この光ファイバ４０の端部に設けられて受光部となるレンズ４０Ａが、レーザー光Ｌを受光するようになっている。この為、レンズ４０Ａが受光したレーザー光Ｌが光ファイバ４０内を通過し、フォト・ディテクタ４２がこのレーザー光Ｌの状態を検出し得るようになっている。そして、このフォト・ディテクタ４２には、フォト・ディテクタ４２で変換された電流量の変化を可視的に表示し得るスペクトラムアナライザ４４が接続されている。
【００２７】
また、前述のレンズ３２Ａから射出されたレーザー光Ｌを受光し得る位置にこのレンズ４０Ａは配置されており、これらのレンズ３２Ａとレンズ４０Ａとの間には、レンズ３２Ａ側から順に、センサ本体１２を構成する電気光学素子２４、波長板３６及び、偏光状態の変化を光の強度変化に変換する検光子３８が、直線上に並んで配置されている。つまり、本実施の形態はレーザー光Ｌが直進する直進系となっている。
【００２８】
以上より、レーザー光源３０がレーザー光Ｌを発生すると、この光ファイバ３２内を通過すると共にレンズ３２Ａから射出されて、上記の順でレーザー光Ｌが通過し、光ファイバ４０のレンズ４０Ａで受光するようになる。そして、レンズ４０Ａから光ファイバ４０内に入ったこのレーザー光Ｌの状態をフォト・ディテクタ４２が検出することになる。
【００２９】
他方、それぞれ導電性のループである図１に示す一対の導体パターン１６、１８内を例えばそれぞれ磁束が貫通した場合には、これら一対の導体パターン１６、１８にそれぞれ電流が流れる。これに伴って、これら一対の導体パターン１６、１８の接続部分に設けられた一対の平行平板電極２０Ａ、２０Ｂに電圧が生じると共に、これら一対の平行平板電極２０Ａ、２０Ｂ間のギャップ２２内に配置された電気光学素子２４にこの電圧が加わって電界が生じる。
【００３０】
そして、この電圧の変化によりこの電気光学素子２４の屈折率が変化する。つまり、一対の導体パターン１６、１８内をそれぞれ貫通した磁束は、センサ本体１２により検出された磁界情報となり、この磁界情報が、電気光学素子２４の屈折率の変化に変換される。
【００３１】
さらに、本実施の形態に係る光磁界検出装置１０は、図２に示す構造より電気光学素子２４の屈折率の変化をこの電気光学素子２４に打ち込まれたレーザー光Ｌの偏光状態の変化として一旦捉えることができる。そして、検光子３８を通過させることによって、偏光状態の変化をレーザー光Ｌの強度変化に変換し、最後にフォト・ディテクタ４２によって電流量の変化に変換されることになる。この結果として、このフォト・ディテクタ４２に接続されるスペクトラムアナライザ４４がこの電流量の変化を検出結果として表示することにより、センサ本体１２周辺の磁界情報を目視可能になる。
【００３２】
以上のことから、本実施の形態に係る光磁界検出装置１０の光学系は、レーザー光源３０及びフォト・ディテクタ４２、さらにはこれらレーザー光源３０とフォト・ディテクタ４２との間に配置された光ファイバ３２、偏光子３４、波長板３６、検光子３８及び光ファイバ４０等で、構成されていることになる。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る光磁界検出装置１０の作用を説明する。
本実施の形態に係る光磁界検出装置１０によれば、図１及び図２に示すように、プリント基板１４上の平面内において、一部分が共有接続される形、つまり一端同士が相互に接続される形でそれぞれ導電性材料によりそれぞれ相互に同一形状の環状に形成される一対の導体パターン１６、１８が、相互に隣り合って配置されている。また、これら一対の導体パターン１６、１８の接続部分に形成されたギャップ２２には、光学軸方向が調整された状態で電気光学素子２４が挿入されている。
【００３４】
さらに、レーザー光源３０からのレーザー光Ｌが、レーザー光源３０とフォト・ディテクタ４２との間に配置されている光ファイバ３２、偏光子３４、電気光学素子２４、波長板３６、検光子３８及び光ファイバ４０を通過し、これらを通過したレーザー光Ｌの状態をフォト・ディテクタ４２が最終的に検出するようになる。
【００３５】
つまり、本実施の形態に係る光磁界検出装置１０は、一対の導体パターン１６、１８の接続部分に形成されたギャップ２２内に電気光学素子２４が挿入された形の光磁界センサーをセンサ本体１２としている。そして、このセンサ本体１２を被測定対象個所に配置し、この電気光学素子２４にレーザー光Ｌを通過させることにより、二重ループとなる一対の導体パターン１６、１８が検出して取得した磁界情報を電気光学素子２４の電気光学効果を利用して前述のように光信号に変換し、最終的にスペクトラムアナライザ４４によってこの磁界情報を目視可能にすることができる。
【００３６】
尚この際、一対の導体パターン１６、１８が、平面内においてそれぞれ環状に形成されて、これら一対の導体パターン１６、１８が一平面内で二次元的に形成されていることから、磁束の向きに対してこの平面を垂直に配置するだけで、磁界情報を容易且つ一層正確に取得できることになる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、レーザー光源３０とフォト・ディテクタ４２との間に配置された偏光子３４、波長板３６及び検光子３８がレーザー光Ｌの状態を調整し、この最適に調整されたレーザー光Ｌの状態をフォト・ディテクタ４２が検出し得ることになる。これに伴って本実施の形態に係るセンサ本体１２は、同軸ケーブル等の金属伝送線路を使用せずに、レーザー光Ｌを用いた光信号によって磁界情報を測定機であるフォト・ディテクタ４２に伝送でき、金属部分が一対の導体パターン１６、１８だけとなるので、測定される被測定対象個所の周囲の電磁界に乱れが生じ難くなる。
【００３８】
特に、ＧＨｚ帯等の高周波数帯域においては、レーザー光Ｌを用いていることから、電気信号が伝送路を伝わる途中で周囲の電界に起因する雑音の影響を受けるような虞がなくなって、検出精度が低下しなくなる。また、同じくレーザー光Ｌを用いていることから、平衡／不平衡変換の必要がなくなり、平衡／不平衡変換の不完全さに起因する検出精度の低下も無くなる。
【００３９】
以上の結果として、本実施の形態に係るセンサ本体１２を用いた光磁界検出装置１０によれば、低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度な磁界の測定が可能となると共に高精度なままでの磁界情報の伝送が可能となるのに伴って、高周波数帯域であっても高精度に磁界情報を取得できるようになる。
【００４０】
次に、本実施の形態に係るセンサ本体１２を用いた光磁界検出装置１０により磁界情報を取得できる理由を、以下に説明する。
例えば図示しない配線パターンを設けた基板が有り、図３及び図４に示す向きにこの配線パターンに電流Ｉが流れた場合には、ファラデーの電磁誘導の法則により磁束Ｍが生じる。
【００４１】
図３に示すように、この配線パターンに近接して本実施の形態に係るセンサ本体１２を配置すれば、一対の導体パターン１６、１８の内の奥側の導体パターン１６内を磁束Ｍが上から下に貫通し、また、手前側の導体パターン１８内を磁束Ｍが下から上に貫通する。つまり、一対の導体パターン１６、１８内を相互に逆方向それぞれ磁束Ｍが貫通することになる。
【００４２】
この結果として、一対の導体パターン１６、１８内をそれぞれ図３に示す方向に磁束Ｍが貫通すれば、一対の導体パターン１６、１８にそれぞれ電流が生じ、これに伴ってギャップ２２内に配置された電気光学素子２４に電圧が加わるので、この電圧の変化が電気光学素子２４の屈折率の変化に、変換される。
【００４３】
この一方、基板上には配線パターンが一般に多数形成されているが、このセンサ本体１２から遠い配線パターンに図４に示すように電流Ｉが流れた場合には、一対の導体パターン１６、１８内を相互に同一方向である上から下にそれぞれ磁束Ｍが貫通するようになる。従って、一対の導体パターン１６、１８にそれぞれ生じる電流が相殺されて、ギャップ２２内に配置された電気光学素子２４には電圧が加わらず、この結果として電気光学素子２４の屈折率は変化しない。
【００４４】
以上より、本実施の形態に係るセンサ本体１２によれば、遠い配線パターンからの磁束Ｍに邪魔されずに、局部的な磁束Ｍの強さを電気光学素子２４の屈折率の変化に変換する形で、高精度に測定可能となる。そして、この磁束Ｍの強さがセンサ本体１２によって検出された磁界情報となり、レーザー光Ｌの光信号によって測定機であるフォト・ディテクタ４２にこの磁界情報を伝送できるので、本実施の形態は高精度に磁界情報を取得できるようになる。
【００４５】
さらに、上記実施の形態では、一対の導体パターン１６、１８をそれぞれ長方形としたが、正方形や円形等の他の形状に一対の導体パターン１６、１８をそれぞれ形成しても良く、また、一対の導体パターン１６、１８は本実施の形態のような薄い金属性の導電性材料に限らず、ワイヤー等の部材であっても良い。
一方、上記実施の形態では、電気光学結晶として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）を採用したが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）等の他の電気光学結晶を採用しても良い。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、低周波数帯域から高周波数帯域まで高精度に磁界情報を取得し得る光磁界センサー及び光磁界検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るセンサ本体の図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光磁界検出装置を示す全体図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るセンサ本体の一対の導体パターン内に磁束が貫通した状態を説明する説明図であって、電流がセンサ本体に近接して流れた場合の図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るセンサ本体の一対の導体パターン内に磁束が貫通した状態を説明する説明図であって、電流がセンサ本体から離れて流れた場合の図である。
【図５】従来例の要部斜視図である。
【符号の説明】
１０          光磁界検出装置
１２          センサ本体（光磁界センサー）
１６          導体パターン
１８          導体パターン
２２          ギャップ
２４          電気光学素子（電気光学結晶）
３０          レーザー光源（光源）
４２          フォト・ディテクタ（光検出部材）
【図１】
0003718690.tif 000002
【図２】
0003718690.tif 000003
【図３】
0003718690.tif 000004
【図４】
0003718690.tif 000005
【図５】
0003718690.tif 000006