(57)【要約】【課題】三角プリズムを用いずに受光面を照射する。【解決手段】アレイイルミネーター８は、第１板材１１と、第２板材１２とを有する。第１板材１１は、照射光Ｌ０の一部を平面である受光面２１に向けて反射し、この照射光Ｌ０の一部を透過する面１１ａを有する。第２板材１２は、第１板材１１を透過して面１１ａの反対側の面１１ｂから出射した光を受光面２１に向けて反射する面１２ａを有する。第１板材１１における反射光と第２板材１２における反射光とは平行である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光の一部を平面である受光面に向けて反射し、当該照射光の一部を透過する第１平面を有する第１板材と、
前記第１板材を透過して前記第１平面の反対側の面から出射した光を前記受光面に向けて反射する第２平面を有する第２板材と
を有し、
前記第１板材における反射光の進行方向と第２板材における反射光の進行方向とが平行である
ことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記第１板材における反射光が前記第１平面において反射する第１位置から前記受光面に到達するまでの光路長は、前記第２板材における反射光が前記第２平面において反射する第２位置から前記受光面に到達するまでの光路長と同じである
ことを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記第１平面と、当該第１平面の反対側の面とが平行であり、かつ、前記第２平面と、当該第２平面の反対側の面とが平行である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記第１平面と前記受光面とが成す角をα、前記照射光が前記第１平面に入射する入射角をβ、前記第２板材を透過する光が第１平面で屈折する屈折角をγ、としたときに、
α＋β＞（π／２）かつ、α＋γ＜（π／２）
が成り立つ
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照射装置。
【請求項５】
前記第１平面と前記受光面とが成す角をα、前記照射光が前記第１平面に入射する入射角をβ、前記第２板材を透過する光が第１平面で屈折する屈折角をγ、前記第１板材の板厚をＴ、前記第１平面の反対側の面から前記第２平面までの間隔をｄ、としたときに、
Ｔ・ｃｏｓβ・（ｃｏｓα・ｃｏｓγ−ｓｉｎα・ｓｉｎγ）
＋ｄ・ｃｏｓγ・（ｃｏｓα・ｃｏｓβ−ｓｉｎα・ｓｉｎβ）＝０
が成り立つ
ことを特徴とする請求項３に記載の照射装置。
【請求項６】
前記第１板材における反射光の強度は、前記第２板材における反射光の強度に等しい
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照射装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の照射装置と、
前記照射装置に光を照射する光源と、
前記受光面を有し、前記照射装置により照射され当該受光面に入射する光を透過させて、当該光の偏光面を磁場に応じて変化させる受光体と、
前記受光体を透過した光を受けて、当該光の偏光面の変化に基づいて前記磁場を計測するセンサーと
を有する計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場の計測装置およびその計測装置に用いる照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いた磁場の計測装置が開発されている。特に或る範囲内における磁場の分布を計測するためには、面状にセンサーを配列する必要があり、配列されたそれぞれのセンサーに対して光を照射する構成が検討されている。例えば特許文献１には、偏光ビームスプリッタを並べてレーザビームを多分岐する面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置が記載されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載した技術は、精密な形状の三角プリズムの斜面に誘電体多層膜を形成し、さらに他の三角プリズムを貼り合わせて偏光ビームスプリッタを構成するため非常に高価である。また、特許文献１に記載した技術において、複数の分岐ビームの光量を均一にするためには、誘電体多層膜の分岐比を精密に合わせなければならず、製造が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７７２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、三角プリズムを用いずに受光面を照射することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、照射光の一部を平面である受光面に向けて反射し、当該照射光の一部を透過する第１平面を有する第１板材と、前記第１板材を透過して前記第１平面の反対側の面から出射した光を前記受光面に向けて反射する第２平面を有する第２板材とを有し、前記第１板材における反射光の進行方向と第２板材における反射光の進行方向とが平行であることを特徴とする照射装置を提供する。この構成によれば、三角プリズムを用いずに受光面を照射することができる。
【０００７】
また、本発明は、上述した照射装置において、前記第１板材における反射光が前記第１平面において反射する第１位置から前記受光面に到達するまでの光路長は、前記第２板材における反射光が前記第２平面において反射する第２位置から前記受光面に到達するまでの光路長と同じであることを特徴とする。この構成によれば、受光面に垂直な方向の厚みを抑えることができる。
【０００８】
また、本発明は、上述した照射装置において、前記第１平面と、当該第１平面の反対側の面とが平行であり、かつ、前記第２平面と、当該第２平面の反対側の面とが平行であることを特徴とする。この構成によれば、材料費を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明は、上述した照射装置において、前記第１平面と前記受光面とが成す角をα、前記照射光が前記第１平面に入射する入射角をβ、前記第２板材を透過する光が第１平面で屈折する屈折角をγ、としたときに、α＋β＞（π／２）かつ、α＋γ＜（π／２）が成り立つことを特徴とする。この構成によれば、受光面に垂直な方向の厚みを抑えることができる。
【００１０】
また、本発明は、上述した照射装置において、前記第１平面と前記受光面とが成す角をα、前記照射光が前記第１平面に入射する入射角をβ、前記第２板材を透過する光が第１平面で屈折する屈折角をγ、前記第１板材の板厚をＴ、前記第１平面の反対側の面から前記第２平面までの間隔をｄ、としたときに、Ｔ・ｃｏｓβ・（ｃｏｓα・ｃｏｓγ−ｓｉｎα・ｓｉｎγ）＋ｄ・ｃｏｓγ・（ｃｏｓα・ｃｏｓβ−ｓｉｎα・ｓｉｎβ）＝０が成り立つことを特徴とする。この構成によれば、受光面に垂直な方向の厚みを抑えることができる。
【００１１】
また、本発明は、上述した照射装置において、前記第１板材における反射光の強度は、前記第２板材における反射光の強度に等しいことを特徴とする。この構成によれば、受光面を照射する強度が、その受光面の位置に応じて偏ることを抑えることができる。
【００１２】
また、本発明は、上述した照射装置と、前記照射装置に光を照射する光源と、前記受光面を有し、前記照射装置により照射され当該受光面に入射する光を透過させて、当該光の偏光面を磁場に応じて変化させる受光体と、前記受光体を透過した光を受けて、当該光の偏光面の変化に基づいて前記磁場を計測するセンサーとを有する計測装置を提供する。この構成によれば、三角プリズムを用いずに受光面を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る計測装置の概要を示す図である。
【図２】アレイイルミネーターの構成を示す図である。
【図３】板材を透過する光の光路を示す図である。
【図４】板厚および間隔と、入射角および屈折角との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．実施形態
１−１．計測装置の構成
図１は、本発明の実施形態に係る計測装置９の概要を示す図である。計測装置９の各構成の配置などを説明するため、計測装置９が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。ここで座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。空間においてｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。同様に、ｙ、ｚ成分についても、＋ｙ方向、−ｙ方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。
【００１５】
図１に示すように、計測装置９は、光源３と、アレイイルミネーター８と、受光体２と、受光センサー４とを有する。受光体２は、受光面２１から入射する光を透過させて、その光の偏光面を磁場に応じて変化させる構成である。受光体２は、複数のガラスセル２０を有しており、各ガラスセル２０にはガス状のアルカリ金属元素がそれぞれ封入されている。複数のガラスセル２０は格子状に配列され、平面である受光面２１はアレイイルミネーター８に対向している。受光面２１から入射した光の偏光面は、ガラスセル２０に封入されたガス状のアルカリ金属元素を透過して、磁場に応じて変化する。
【００１６】
光源３は、アレイイルミネーター８に向けて照射光を発生する。アレイイルミネーター８は、光源３によって発生した照射光を透過光と反射光とに分離して、複数の反射光を受光体２の複数のガラスセル２０に向けてそれぞれ照射する照射装置である。受光センサー４は、受光体２を透過した光を受けて、その偏光面の変化を検知し、検知した変化に基づいて磁場を計測する。
【００１７】
アレイイルミネーター８は、決められた方向に配列された複数の板材１を有する。図１に示す例においてアレイイルミネーター８は、第１板材１１、第２板材１２、および第３板材１３の３つの板材１をこの順に、＋ｙ方向に沿って配列した構成を有する。第１板材１１は、照射光Ｌ０を反射光である第１光Ｌ１と、透過光である第２光Ｌ２とに分離する。第２板材１２は、第２光Ｌ２を反射光である第３光Ｌ３と、透過光である第４光Ｌ４とに分離する。第３板材１３は、第４光Ｌ４を反射光である第５光Ｌ５と、透過光である第６光Ｌ６とに分離する。
【００１８】
１−２．アレイイルミネーターの構成
図２は、アレイイルミネーター８の構成を示す図である。図２においてアレイイルミネーター８のうち、図１に示した第１板材１１および第２板材１２のそれぞれの配置を示す。なお、図２に示したそれぞれの板材１の受光面２１に対する角度や間隔などは、説明をわかりやすくするために図１とは異なるものとなっている。また、図１に示した第３板材１３の第２板材１２に対する配置は、図２に示す第２板材１２の第１板材１１に対する配置と共通するものでもよい。
【００１９】
第１板材１１は、平面である面１１ａと、この面１１ａに平行で反対側に向いている平面である面１１ｂとを有する平板である。第１板材１１は、光源３から照射光Ｌ０を面１１ａが受けられるように配置されている。すなわち面１１ａは入射面である。ただし、面１１ａは、この光源３から照射される照射光Ｌ０に対して傾斜している。面１１ａが受けた照射光Ｌ０は、面１１ａにおいて反射する第１光Ｌ１と、第１板材１１を透過する第２光Ｌ２とに分離する。第１光Ｌ１は、点Ｐ２１において受光面２１に受光される。第１板材１１を透過した第２光Ｌ２は、面１１ｂから出射する。すなわち面１１ｂは出射面である。
【００２０】
第２板材１２は、平面である面１２ａと、この面１２ａに平行で反対側に向いている平面である面１２ｂとを有する平板である。第２板材１２は、第１板材１１の面１１ｂから出射した第２光Ｌ２を面１２ａが受けられるように配置されている。すなわち面１２ａは入射面である。ただし、面１２ａは面１１ｂから出射した第２光Ｌ２に対して傾斜している。面１２ａが受けた第２光Ｌ２は、面１２ａにおいて反射する第３光Ｌ３と、第２板材１２を透過する第４光Ｌ４とに分離する。第３光Ｌ３は、点Ｐ２２において受光面２１に受光される。第２板材１２を透過した第４光Ｌ４は、面１２ｂから出射する。すなわち面１２ｂは出射面である。
【００２１】
第１板材１１と第２板材１２とは、互いに平行に配置される。具体的には、図２に示すように、受光面２１に対する第１板材１１の面１１ａの傾斜角が、受光面２１に対する第２板材１２の面１２ａの傾斜角と等しいαであり、面１１ａと面１２ａとは平行になっている。
【００２２】
光路について図２を用いて説明する。光源３（図１参照）から照射光Ｌ０が照射されると、この照射光Ｌ０は、面１１ａの点Ｐ１１ａに到達する。そして、点Ｐ１１ａにおいて照射光Ｌ０の一部が反射し、照射光Ｌ０の一部が第１板材１１の内部を透過する。このとき、点Ｐ１１ａにおける面１１ａの法線を法線Ｎ１１ａとすると、法線Ｎ１１ａを基準とした照射光Ｌ０の入射角および反射角はβであり、屈折角はγである。
【００２３】
第１板材１１は、その材質が空気よりも絶対屈折率の高いガラスであり、周囲を空気に囲まれている。したがって、第１板材１１の空気に対する相対屈折率をｎとすると、ｎ＞１である。そして、スネルの法則により、入射角βと屈折角γとの間には、次式（１）が成り立つ。
［数１］
【００２４】
ｎ＝ｓｉｎβ／ｓｉｎγ    …（１）
したがって、入射角βと屈折角γの大小関係は、β＞γである。
【００２５】
第２光Ｌ２は、第１板材１１の内部を透過して面１１ｂの点Ｐ１１ｂから出射する。面１１ａと面１１ｂとは平行であるから、点Ｐ１１ｂにおける面１１ｂの法線を法線Ｎ１１ｂとすると、法線Ｎ１１ｂを基準とした第２光Ｌ２の出射角はβである。
【００２６】
法線Ｎ１１ａと法線Ｎ１１ｂとは平行であるから、点Ｐ１１ｂから出射した第２光Ｌ２は、照射光Ｌ０と平行な方向に進む。そして、面１１ａと面１２ａとは平行であるから、点Ｐ１２ａにおける面１２ａの法線を法線Ｎ１２ａとすると、法線Ｎ１２ａを基準とした第２光Ｌ２の入射角はβであり、第３光Ｌ３の反射角はβである。つまり、面１２ｂの点Ｐ１２ｂにおいて反射した第３光Ｌ３は、第１光Ｌ１の進む方向と平行な方向に進む。
【００２７】
なお、図２に示すように第１光Ｌ１と受光面２１とが成す角をθ１とし、第３光Ｌ３と受光面２１とが成す角をθ２とすると、θ１＝θ２＝α＋（π／２）−βが成り立つ。この点からも、第３光Ｌ３の進行方向は、第１光Ｌ１の進行方向と平行である。
【００２８】
さらに、α＝βとなるように、第１板材１１および第２板材１２の配置と、光源３からの照射光Ｌ０の入射角とを調整すると、θ１＝θ２＝π／２が成り立つ。このとき、第１光Ｌ１および第３光Ｌ３は、いずれも受光体２の受光面２１へ垂直に入射する。すなわち、第１光Ｌ１および第３光Ｌ３の受光面２１への入射角は、いずれも０となる。
【００２９】
以上、説明した通り、アレイイルミネーター８は、高価な三角プリズムなどを用いずに、板材１を組み合わせた構成によって、受光体２に向けて平行な反射光を照射する。なお、上述したアレイイルミネーター８は、複数の反射光が互いに平行になるように板材１の配置などが調整されているが、ここでいう「平行」は、数学的な意味における厳密な「平行」のみならず、使用するにあたって許容される程度に交差する場合も含む。例えば、第１光Ｌ１および第３光Ｌ３が５度未満、望ましくは３度未満の角度で交差する場合も、ここでいう平行に含まれるものとする。
【００３０】
２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
２−１．変形例１
上述した実施形態において、第１光Ｌ１が面１１ａにおいて反射する点Ｐ１１ａから受光面２１に到達するまでの光路の長さ（光路長）と、第３光Ｌ３が面１２ａにおいて反射する点Ｐ１２ａから受光面２１に到達するまでの光路長との関係について述べていない。しかし、これら２つの光路長が同じになるように、すなわち、図２における点Ｐ１１ａから点Ｐ２１までの距離と、点Ｐ１２ａから点Ｐ２２までの距離とが同じになるように、板材１の配置などを調整してもよい。
【００３１】
図３は、板材１を透過する光の光路を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）には、面１１ａにおいて照射光Ｌ０が入射する点Ｐ１１ａを通り、受光面２１に平行な面Ｆが示されている。上述したように、２つの光路長を同じにするためには、点Ｐ１１ａと点Ｐ１２ａとが同じ面Ｆ上に存在する必要がある。
【００３２】
図３（ａ）に示す照射光Ｌ０は、受光面２１から離れていく方向に進んでいる。したがって、点Ｐ１１ｂを出射した後の第２光Ｌ２は面Ｆと交差することがないから、点Ｐ１１ａと点Ｐ１２ａとが同じ面Ｆ上に存在することはない。つまり、２つの光路長を同じにするためには、照射光Ｌ０を受光面２１に近づく方向に照射しなければならない。そのため、照射光Ｌ０の入射角β、および、第１板材１１の受光面２１に対する傾斜角αは次の不等式（２）を満たす必要がある。
［数２］
【００３３】
α＋β＞（π／２）…（２）
また、図３（ｂ）に示す第２光Ｌ２は、第１板材１１の内部を透過するときに受光面２１に近づく方向に進んでいる。この場合、点Ｐ１１ｂから出射した後の第２光Ｌ２も受光面２１に近づく方向に進むので、第２光Ｌ２は面Ｆと交差することがなく、点Ｐ１１ａと点Ｐ１２ａとが同じ面Ｆ上に存在することはない。つまり、２つの光路長を同じにするためには、第１板材１１の内部を透過する第２光Ｌ２を受光面２１から離れる方向に進ませなければならない。そのため、第２光Ｌ２の屈折角γ、および、第１板材１１の受光面２１に対する傾斜角αは次の不等式（３）を満たす必要がある。
［数３］
【００３４】
α＋γ＜（π／２）  …（３）
γは上述した式（１）により、相対屈折率ｎと入射角βとによって決まるので、これらの不等式（２）（３）を両方とも満たすように、第１板材１１の傾斜角αと照射光Ｌ０の入射角βとを決めればよい。これにより、上述した２つの光路長を同じにすることができる。
【００３５】
なお、この変形例では上述した２つの光路長が同じになるように、板材１の配置などを調整したが、２つの光路長は厳密に同じにならなくてもよい。例えば、相対誤差が５％未満になる程度に近い長さになるように板材１の配置などを調整してもよい。
また、上述した通りα＝βであれば、第１光Ｌ１と受光面２１とが成す角θ１がπ／２になる。この場合、上述した不等式（２）（３）は、以下の不等式（４）となる。
［数４］
【００３６】
（π／２）−γ＞β＞（π／４）  …（４）
【００３７】
２−２．変形例２
上述した２つの光路長を同じにするために、第１板材１１の板厚Ｔと板材１同士の間隔ｄを調整してもよい。図４は、板厚Ｔおよび間隔ｄと、入射角βおよび屈折角γとの関係を示す図である。上述した２つの光路長を同じにするためには、点Ｐ１１ａと点Ｐ１２ａとが同じ面Ｆ上に存在していなければならない。
【００３８】
点Ｐ１１ａから点Ｐ１１ｂまでの距離を板厚Ｔと屈折角γとで表すと、Ｔ／ｃｏｓγである。点Ｐ１１ｂ−点Ｐ１１ａ−点Ｐ１２ａの角度は（π／２−α−γ）である。したがって、点Ｐ１１ｂから面Ｆまでの距離ｈは、次式（５）で表される。
［数５］
【００３９】
ｈ＝（Ｔ／ｃｏｓγ）・ｓｉｎ（π／２−α−γ）
＝（Ｔ／ｃｏｓγ）・ｃｏｓ（α＋γ）
＝（Ｔ／ｃｏｓγ）・（ｃｏｓα・ｃｏｓγ−ｓｉｎα・ｓｉｎγ）  …（５）
【００４０】
また、点Ｐ１１ｂから点Ｐ１２ａまでの距離を間隔ｄと入射角βとで表すと、ｄ／ｃｏｓβである。点Ｐ１１ｂ−点Ｐ１２ａ−点Ｐ１１ａの角度は（α＋β−π／２）である。したがって、点Ｐ１１ｂから面Ｆまでの距離ｈは、次式（６）で表される。
［数６］
【００４１】
ｈ＝（ｄ／ｃｏｓβ）・ｓｉｎ（α＋β−π／２）
＝−（ｄ／ｃｏｓβ）・ｃｏｓ（α＋β）
＝−（ｄ／ｃｏｓβ）・（ｃｏｓα・ｃｏｓβ−ｓｉｎα・ｓｉｎβ）  …（６）
【００４２】
式（５）（６）が共に成り立つため、これらの関係は次式（７）で表される。
［数７］
【００４３】
Ｔ・ｃｏｓβ・（ｃｏｓα・ｃｏｓγ−ｓｉｎα・ｓｉｎγ）
＋ｄ・ｃｏｓγ・（ｃｏｓα・ｃｏｓβ−ｓｉｎα・ｓｉｎβ）＝０  …（７）
ここでγは上述した式（１）により、相対屈折率ｎと入射角βとによって決まるので、式（７）を満たすように、第１板材１１の傾斜角α、照射光Ｌ０の入射角β、第１板材１１の板厚Ｔ、および、板材１同士の間隔ｄを決めればよい。これにより、上述した２つの光路長を同じにすることができる。
【００４４】
２−３．変形例３
上述した実施形態において、アレイイルミネーター８は３つの板材１を配列した構成であったが、板材１を２つ配列した構成であってもよい。またアレイイルミネーター８は、４つ以上の板材１を配列した構成であってもよい。
【００４５】
２−４．変形例４
上述した実施形態において、第１板材１１は、平面である面１１ａと、この面１１ａに平行で反対側に向いている平面である面１１ｂとを有する平板であり、第２板材１２は、平面である面１２ａと、この面１２ａに平行で反対側に向いている平面である面１２ｂとを有する平板であった。すなわち、面１１ａ（第１平面）と、この面１１ａの反対側の面（面１１ｂ）とが平行であり、かつ、面１２ａ（第２平面）と、この面１２ａの反対側の面（面１２ｂ）とが平行であった。しかし、これら各面はこのような関係に限られない。要するに、面１１ａで反射する第１光Ｌ１の進行方向と、面１２ａで反射する第３光Ｌ３の進行方向とが平行であればよい。すなわち、本発明におけるアレイイルミネータは、平面である受光面に向けて光を照射する照射装置であって、照射光の一部を受光面に向けて反射し、この照射光の一部を透過する第１平面を有する第１板材と、第１板材を透過して第１平面の反対側の面から出射した光を受光面に向けて反射する第２平面を有する第２板材とを有し、第１板材における反射光の進行方向と第２板材における反射光の進行方向とが平行であることを特徴とする照射装置であればよい。
【００４６】
２−５．変形例５
上述した実施形態において、第１光Ｌ１の強度と、第３光Ｌ３の強度について言及しなかったが、これらの強度が等しくなるように、第１板材１１と第２板材１２の材質を選定してもよい。具体的には、第１光Ｌ１の強度と第３光Ｌ３の強度とが等しくなるように、第１板材１１と第２板材１２の透過率および反射率を調整すればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…板材、１１…第１板材、１１ａ…面、１１ｂ…面、１２…第２板材、１２ａ…面、１２ｂ…面、１３…第３板材、２…受光体、２０…ガラスセル、２１…受光面、３…光源、４…受光センサー、８…アレイイルミネーター、９…計測装置
【図１】
2014119376.tif 000003
【図２】
2014119376.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014119376.tif 000006