(57)【要約】【目的】正確に回転速度を計測する簡便で軽量な測定装置を、より安価に、しかも、大量に提供する。【構成】２本の光ファイバーを固着した２芯のフェルールまたはガラスキャピラリー、複屈折板、レンズ、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子、ミラーの順に配置し、光路がファラデー回転子の主面に対する法線の方向と、５度以上、２０度以下の角度を成すように構成するを特徴とする。【効果】小型化が可能であり、ＰＤＬが生じ難い。ＳＮ比が大きい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の光ファイバーを固着した２芯のフェルールまたはガラスキャピラリー、レンズ、偏光素子、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子、ミラーの順に配置してなる反射型光磁界センサヘッドにおいて、前記偏光素子に代えて複屈折板を用い、かつ前記複屈折板の配置を前記フェルールまたはガラスキャピラリーとレンズとの間とすることを特徴とする反射型光磁界センサヘッド。
【請求項２】
前記ファラデー回転子の主面に対する法線の方向が、光路に対して５度以上、２０度以下の角度を成すことを特徴とする請求項１に記載の反射型光磁界センサヘッド。
【請求項３】
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子を２個以上直列に配置したことを特徴とする請求項３に記載の反射型光磁界センサヘッド。
【請求項４】
前記ファラデー回転子が、熱処理によって成長誘導磁気異方性を実質的に無くしたものであって、前記ファラデー回転子の主面の法線方向と光路の方向とが実質的に同一となるように配置し、かつ、前記ファラデー回転子の主面と平行な方向に外部磁界が加わるように永久磁石を配置してなることを特徴とする請求項１記載の反射型光磁界センサヘッド。
【請求項５】
前記ファラデー回転子と永久磁石の組みが２組以上直列に配置されてなるものである請求項４記載の反射型光磁界センサヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット膜のファラデー効果を利用した光磁界センサヘッドに関する。更に詳しくいえば、本発明は、部品点数が少なく、小型軽量で、信頼性が高く、しかも量産が容易な反射型光磁界センサヘッドの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、汎用されている工業用装置や民生機器などには、モーター等の回転装置或いは歯車などの回転部分を有しているものが多い。これらの装置や機器では、科学技術の進歩と、地球環境保護・省エネルギーに対する社会的要請が高まっている。これらの要請に対応するために、航空機や船舶などの産業用装置や、乗用車などの民生機器の制御が、より高度にかつ高精度に行われるようになってきた。回転機器や回転装置を、より高度にかつ高精度に制御するためには、その回転速度（数）を連続的に、しかも正確に測定しなければならない。そのためには、先ず、より正確に回転速度を計測することのできる、簡便で軽量な測定装置を開発して、より安価に、しかも、大量に提供する必要がある。
【０００３】
回転速度（数）を測定する方法として、既に、電磁誘導を利用する方法（センサ技術、１９８６年、１２月号、６８頁）（非特許文献１）や磁気光学材料のファラデー効果を利用した光磁界センサを用いる方法（アプライド・オプテイックス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ）第２８巻、第１１号、１９９２頁（１９８９年））が提案されている（非特許文献２）。
【０００４】
電磁誘導を利用する方法は、既に、航空機用エンジンや自動車用エンジンなどの回転速度（数）の計測に用いられている。しかし、電磁誘導を利用した回転速度計には、計測端子と機器本体との間を結ぶ伝送線路（ケーブル）が電磁気的雑音を受け易いと言った重大な欠点がある。また、磁界の計測部が電気回路で構成されるので、有機溶剤などの可燃性物質を取り扱う危険物製造所や危険物取扱所では、計測装置の防爆対策を実施しなければならないと言う重大な問題点がある。
【０００５】
これに対して、例えば、磁気光学材料が示すファラデー効果を利用した光磁界方式による回転速度の計測では、電磁的な雑音の影響がほとんど無いとか、有機溶剤などの可燃性物質を扱う場所でも防爆対策が不要であるなどの特長を有する。
【０００６】
ビスマス置換希土類鉄ガーネット膜等の磁気光学特性を利用した光磁界センサの基本原理は、外部磁界の影響によって磁気光学材料の磁区構造が変化するという現象を利用するものである。即ち、磁区構造を有する磁気光学材料を透過した光は、その磁区構造によって回折現象を起すが、透過光の一部である０次回折光は外部磁界によって変化した磁区構造の違いの影響を受け、その量に応じて偏光面が回転するとともに、光強度そのものも変化する。そこで、偏光面の変化を光強度の変化に変換、または光強度そのものの変化を検知及び計数をして回転速度（数）を測定するものである。
【０００７】
光磁界センサには、透過型と反射型とがある。透過型は、その構成部品の性質から、信号光の入射および透過の方向が一直線上となるように配置しなければならないので、その設置場所に制約がある。したがって、その使用目的と設置場所によっては、採用できない。
【０００８】
透過型光磁界センサの欠点を改善する構成として、本発明者等は、ファラデー効果が非常に大きいビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜をファラデー回転子として用いた、小型で高性能の反射型光磁界センサを提案した（特許文献１）。
【０００９】
図７は、特開平１１−４４７４４号公報に記載された反射型光磁界センサヘッドの構成を示す。この反射型光磁界センサヘッドでは、光源として半導体レーザや発光ダイオードが適している。しかし、同公報に開示された反射型光回転センサヘッドでは、特定の偏光方向の光のみを通過させる偏光素子２６を用いている。このため、入射光が完全なランダム偏光、または円偏光に近い必要があるといった制約から、半導体レーザではなく発光ダイオードを採用した。また安価に入手できることから、短波長帯域の発光ダイオードが好ましい。
【００１０】
【非特許文献１】
センサ技術、１９８６年、１２月号、６８頁
【非特許文献２】
アプライド・オプテイックス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ）第２８巻、第１１号、１９９２頁（１９８９年））
【特許文献１】
特開平１１−４４７４４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光ダイオードは、発振波長の波長分布が広いことに加えて、またファラデー回転子にはファラデー回転角の波長依存性があるので、特開平１１−４４７４４号公報に開示された反射型光磁界センサヘッドのＳＮ比は、１３〜１５ｄＢ程度が限界であった。近年、光通信システムが普及して、安価に半導体レーザが入手できるようになった。発振波長の波長分布がほとんど無い半導体レーザを用いることで、ＳＮ比は３０ｄＢ以上にも向上する。しかし、半導体レーザは一定の偏光方向を持つ光であることから、特開平１１−４４７４４号公報の反射型光磁界センサヘッドでは、入射光の偏光方向によって損失に差が生じる。すなわち、大きな偏光依存損失（ＰＬＤ）を有するので、光磁界センサシステムを構成する上で問題であった。
【００１２】
また、光磁界センサヘッド内部において、レンズから出射する光のビーム径は、同一レンズを使った場合、使用した光ファイバーの開口数に依存する。小型化を図るためには、光磁界センサヘッドには開口数の小さな、例えば、シングルモード光ファイバーを使用することが有効であるが、開口数の小さなシングルモード光ファイバーに、発光ダイオードの光を効率良く結合することは技術的に困難である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド（本明細書ではＯＭＳ−Ｉと呼ぶ）の全体構成の一例を示す。また、上述したように、本願の発明者等は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用いた反射型光磁界センサの問題点を解決するため鋭意検討した結果、２本の光ファイバーを固着した２芯のフェルールまたはガラスキャピラリー１１、偏光素子２１、レンズ３１、ビスマス置換稀土類鉄ガーネット単結晶からなるファラデー回転子４１、ミラー５１の順に配置し、前記ファラデー回転子に入射する光の光路とファラデー回転子の主面に対する法線とがなす角度が、５度以上、２０度以下の範囲であることを特徴とする反射型光磁界センサを考案した。
【００１４】
本発明の反射型光磁界センサ（ＯＭＳ−Ｉ）の原理を以下に説明する。図２（ａ）から図２（ｄ）は、ＯＭＳ−Ｉの動作原理を示した図である。ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜は外部磁界の有無によって、磁気的に飽和状態又は未飽和状態になり、飽和状態と未飽和状態の違いは、磁区構造の変化となって現れる。すなわち、飽和状態は、図２（ａ）や図２（ｂ）に示す単一磁区構造（シングルドメインともいう）であり、未飽和状態は、図２（ｃ）や図２（ｄ）に示す多磁区構造（マルチドメインともいう）である。光がビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を透過し、さらにミラー等で反射されて戻ってくる際、ガーネット単結晶膜がシングルドメインであるかマルチドメインであるかによって、光の偏波面が変化する。その結果、戻ってきた光が偏光子を透過すると、光の強度が変化する。ＯＭＳ−Ｉでは、磁区構造の状態の変化を、光の強度の変化に置き換えて検出する。
【００１５】
マルチドメインを有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の各磁区は、膜面に垂直な磁気異方性を有し、膜面内にて二次元に広がり、入射光に対して十分に細かな磁区幅を有する。この多磁区構造を有する膜面に対して、光が垂直に入射した場合、前記多磁区構造によって回折現象が生じ、透過光の一部が回折することになるが、その挙動は極めて複雑である。前記マルチドメインを有するファラデー回転子を垂直に通過する、いわゆる０次光（回折しない光成分）は、外部磁界の大きさに比例した磁区構造の変化を反映し、外部磁界の大きさにほぼ比例したファラデー回転を受けることになる。また、回折光は、入射光の偏光面に対して９０度の偏光面を有することになる。例えば、ファラデー回転子が９０度のファラデー回転角を有する場合、理論的には、膜を通過する光全体が、入射光の偏光面に対して９０度の偏光面を有する光となり、回折光と０次光との区別が付かなくなる。ＳＮ比をできるだけ大きくしようとする場合、光がファラデー回転子を片道だけ透過すると４５度、往復で９０度のファラデー回転角が得られる回転子が好適となり、本発明においてもこの条件を満足することが好ましい。
特開平１１−４４７４４号公報及び本発明では、光路が、ファラデー回転子の主面に対する法線と一定の角度を有することに特徴がある。
【００１６】
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の法線に対して、光が斜めに入射し、膜を透過後にミラーにより反射して、膜を逆方向に透過するとき、シングルドメイン状態（図２（ｂ））にある場合と、マルチドメイン状態（図２（ｄ））にある場合とで、戻ってきた光の偏波面に変化が見られる。シングルドメインの場合は、ファラデー回転を受ける。マルチドメインの場合は、実質的にはファラデー回転を受けない。マルチドメインの場合は、光線が個々の磁区を通過する際、隣り合う磁区は互いに逆向きのファラデー回転を与えるので、全体としては干渉しあって打ち消し合うからである。
【００１７】
図３（ａ）から図３（ｄ）は、ファラデー回転子に垂直に光が入射した場合のファラデー回転を表す。ファラデー回転子がシングルドメインである場合、膜の主面に垂直な方向に光線が入射すると、膜を通過した後、光線がミラー５１で反射されて、図３（ｂ）のように、逆方向に膜を通過する。例えばファラデー回転角度が４５度回転する素子であれば、往復９０度となる。マルチドメインである場合、図３（ｄ）のように、膜の主面に垂直な方向に光線が入射すると、個々の磁区を通過した後、光線がミラー５１で反射されて、同じ磁区を逆方向に通過する。したがって、例えばファラデー回転角度が４５度回転する素子であれば、往復９０度となる。すなわち、どの磁区を通過する場合でも、反射光の偏光面は入射光の偏光面に対して垂直（９０度）となり、シングルドメインの場合と変わらなくなるのである。また、前述したように、マルチドメインによる回折光の偏光面は、入射光の偏光面と９０度になる。上述のとおり、膜の主面に垂直な方向に光線が入射する場合、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜が磁気的に飽和された状態と未飽和状態とでは、戻ってきた光の偏光面の回転角度に区別が無くなる。
【００１８】
図４は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子を、一定の間隔に直列に並べた反射型光磁界センサヘッドを表す。例えば、磁石が、この反射型光磁界センサに近づく場合には、個々のファラデー回転子が順番に磁化され、個々のファラデー回転子が磁化される度に、反射光の光強度が変化するので、磁石の特定位置が検知できるようになる。この原理を利用すると、例えば、シリンダ内部における磁石の位置の検知が可能になるのである。
【００１９】
図５は、本発明に係わるもう一つの反射型光磁界センサヘッド（本明細書ではＯＭＳ−ＩＩと呼ぶ）の全体構成を示す。この反射型光磁界センサヘッドは、ファラデー回転子以外はＯＭＳ−Ｉと同一構造である。すなわち２本の光ファイバーを固着した２芯のフェルールまたはガラスキャピラリー１１、複屈折板２１、レンズ３１、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子４１、ミラー５１の順に配置したことを特徴とする。この反射型光磁界センサヘッドは、ファラデー回転子に入射する光の光路がファラデー回転子の主面に対して、垂直であり、ファラデー回転子は熱処理によって磁気異方性を減じたファラデー回転子であり、かつファラデー回転子の面に平行な方向には一定の外部磁界が加わるように永久磁石４５、４６を配置したことを特徴とする。
【００２０】
一般に液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によって結晶育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、強い成長誘導磁気異方性を有している。この成長誘導磁気異方性によって、膜面に垂直な方向に磁化した磁区が生じ、膜面内で二次元に広がる磁区構造を有している。この磁区構造は、膜面に垂直に加わった外部磁界の影響を受け、その外部磁界の大きさに応じて変化する。しかし、膜面に平行な方向の外部磁界の影響はほとんど受けない。しかしながら、成長誘導磁気異方性は、熱処理によって消失することが知られている。前記ＯＭＳ−ＩＩは、熱処理によって成長誘導磁気異方性を除去したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いる。
【００２１】
本発明の反射型光磁界センサ（ＯＭＳ−ＩＩ）の原理を以下に説明する。図６（ａ）と図６（ｂ）は、ＯＭＳ−ＩＩの動作原理の説明図であり、図５のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の膜面に垂直な成分を有する磁界が加わる場合（図６（ａ））と、膜面に対して垂直以外の角度をなす磁界が加わる場合（図６（ｂ））とを、それぞれ、示す。
【００２２】
熱処理によって成長誘導磁気異方性を除去したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜では、本来の磁気異方性のみを有することになり、膜面に垂直に磁化するのに必要な磁界、すなわち飽和磁界程度の磁界で、膜面に平行な方向にも磁化するようになる。すなわち、飽和磁界以上の外部磁界を加えると、シングルドメインを有し、外部磁界の方向にシングルドメインの磁化が容易に傾くようになる。
【００２３】
ＯＭＳ−ＩＩは、熱処理によって磁気異方性を除去したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用いる。磁気異方性を除去したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜では、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁化の方向が、外部磁界の方向と同じになる。永久磁石などによって、膜面に平行な方向に外部磁界を加えることで、磁化の方向は膜面に平行となる。したがって、膜面に垂直に光が透過しても、透過した光は、ファラデー効果を受けないが（図６（ａ））、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜に膜面に垂直な成分を有する磁界が加わると、その外部磁界と、予め加えた膜面に対して平行な磁界との合成磁界の方向に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁化が向くため、膜面に垂直に透過した光にファラデー効果が生じ、透過光の偏波面に変化が生じるようになる（図６（ｂ））。
【００２４】
膜面に平行な方向に磁化するためには、上述したように、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽和磁界以上の外部磁界が必要になる。この膜面に平行な磁界と、膜面に対して垂直な磁界（磁界センサが感知しようとする磁界）の合成磁界の方向に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁化が向くことが、本発明の光磁界センサヘッドの動作原理である。したがって、本発明に用いるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の飽和磁界は小さいほど、光磁界センサヘッドとしての感度は上がるので好ましい。また、膜面に対して平行な方向の磁界を加えるための永久磁石は、検知しようとする磁界の影響を受けない材質でつくる必要があり、加えて前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を磁気的に飽和するのに最小の磁界を与えるように、サイズや配置を定める必要がある。ＯＭＳ−ＩＩにおいても、ＯＭＳ−Ｉと同様に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子を、一定の間隔で直列に並べることで、個々のファラデー回転子が磁化される度に、反射光の光強度が変化するので、例えばシリンダ内部における磁石の位置が検知できるようになる。
【００２５】
上記のように、反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」と、「ＯＭＳ−ＩＩ」は共に、外部磁界の無い状態では、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を透過した光の偏光面には変化が無いが、外部磁界が加わると、透過光の偏光面が変化するようになる。反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」と、「ＯＭＳ−ＩＩ」は共に、入光側の光ファイバーから出射した光が、複屈折板により、偏光方向が互いに直交した光線に分離される。各光線は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子を透過し、ミラーにより反射して、再びファラデー回転子を透過して、レンズにより集光して、複屈折板により合流して、出光側の光ファイバーへ入る。このとき、ファラデー回転子を透過した光の偏向面が変化しなければ、すなわち、外部磁界が加わっていない場合は、ミラーが若干傾いていれば、ほぼ同じ光路を辿り出光側の光ファイバーへ結合する。
しかし、ファラデー回転子を透過した光の偏光面が変化する、すなわちファラデー回転子に外部磁界が加わると、ファラデー回転角に応じた量だけ、複屈折板によって光路の分離が更に起こるので、出光側の光ファイバーに入る光が減少する。この光量変化を検知することで、光磁界センサとして動作するのである。
【００２６】
上記原理から、複屈折板の分離距離は、最大でも光ファイバーのクラッド径以上であれば十分である。原理的には、コア径以上でも良いが、クラッドに入った光も、短い距離であればクラッドモードとして伝搬する。このクラッドモードはノイズとなることから、クラッドモードでの伝搬を除去する必要が生じるので、複屈折板の分離距離はクラッド径以上が好ましい。
【００２７】
本発明は、光ファイバーとレンズ間に複屈折板を配置していることに特徴がある。本発明では、分布屈折率レンズや球レンズ、非球面レンズなどが使用できる。例えば、特願平１０−３１０５７号公報の反射型光磁界センサヘッドと同じく、０．２５ピッチの分布屈折板レンズを用いて、レンズの後に屈折板を用いた場合、レンズから出射された光は、レンズや光ファイバーの種類でも異なるが、０．４ｍｍ〜２ｍｍ以上の平行光となり、この平行光が、複屈折板によって、偏光方向が互いに直交した光線に分離する。この分離が不十分だと、ミラーで反射されて戻ってくる光が複屈折板にて合流するとき、分離すべき光が、合流すべき光の光路に重なり、出光側の光ファイバーに入ることになり、ＳＮ比が低下する。
しかし、光ファイバーとレンズの間に複屈折板を用いた場合は、レンズから出射した光は重なるが、反射した後、集光する際に分離されるため、ＳＮ比は低下しない。
【００２８】
光入出力路は、一般に市販されている光ファイバや、或いは、ガラスや高分子フィルム母材内にパターニングされている光導波路を選ぶことができる。一般には、その量産性や小型化の観点から、特に、光ファイバを選ぶのが好ましい。さらに、光結合効率を上げるために、光入力路としての光ファイバの開口数は小さいことが好ましく、１０〜５０μｍのコア径を有する小さなシングルモードファイバーやグレーテッドインデックスファイバを用いるのが良い。また、光出力路としては、組立が容易なことから、出光側の光ファイバのコア径は入光側と同じ、もしくは、それより大きいことが好ましい。また光入出力路間の距離は短いほうが良いことから、光ファイバ径の大きさが制限され、コア径１０〜１００μｍの光ファイバーが好ましい。
【００２９】
ファラデー回転子に用いる（１１１）ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜としては、下記の一般式で示される組成を有する希土類鉄ガーネット単結晶の中から適宜に選ぶのが好ましい。
Ｒ３−Ｘ  ＢｉＸ  Ｆｅ５−Ｚ  ＡＺ  Ｏ１２
ここで、Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれる少なくとも一種であり、Ａは、Ｇａ、Ｓｃ、Ａｌ、Ｉｎの群から選ばれる少なくとも一種であり、Ｘの範囲は０．３≦Ｘ＜２．０、Ｚの範囲は０≦Ｚ≦１．０である。本発明のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、公知の方法によって製造することができる。とりわけ、製造装置の操作が容易で、しかも量産性に優れた液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法が好ましい。また、液相エピタキシャル法を実施するとき、その基板としては、公知の何れの基板も使用し得るが、一般には、ＳＧＧＧ基板と称して市販されている格子定数が１２．４９０Åから１２．５１５Åの非磁性ガーネット［（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２］の中から適宜に選べば良い。本発明の反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」を実施するとき、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜と光路とは５度以上の傾き角を持たせる必要がある。この傾き角は、原理的に９０度未満であれば可能ではある。しかし、角度が大きくなるにつれて、センサとしてのＳＮ比が大きくなるとともに、光入出力端からミラーまでの距離が長くなる。換言すれば、センサヘッドの長さが増すので好ましくない。したがって、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の法線に対する光線の角度は２０度以下が好ましい。さらに好ましくは１５度以下である。図４は、「ＯＭＳ−Ｉ」に複数のファラデー回転子を挿入した例を示す模式図である。
【００３０】
また、本発明の反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−ＩＩ」を実施するときは、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を熱処理して磁気異方性を減らす必要がある。磁気異方性を減らす手段としては、９００〜１３００℃での焼きなましが有効であるが（「磁気バブル」、桜井等、オーム社、１９８２年）、本発明を実施する場合、１１００℃程度の温度にて十数時間焼なますことで、磁気異方性が十分減少させることができることを確認した。
【００３１】
ミラーには、一般に市販されているガラス等に金属を蒸着した金属薄膜ミラー、若しくは、ＳｉＯ２やＴｉＯ２等の金属酸化物の多層膜からなる誘電体多層膜ミラーなどの中から所望によって適宜に選べば良い。
【００３２】
以下、本発明を実施例によって、その実施態様と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例は、具体的に説明するためのものであって、本発明の実施態様や発明の範囲を限定するものとしては意図されていない。
【００３３】
【実施例】
実施例１
図１に示す構造の反射型光磁界センサヘッドを、以下のような部品を使用して作製した。入光側の光ファイバ１２は、光ファイバ外径が１２５μｍのシングルモード光ファイバである。出光側の光ファイバー１３は、コア径が５０μｍ、光ファイバ外径が１２５μｍのマルチモード光ファイバーである。複屈折板２１は１．２６５ｍｍのルチル単結晶である。ファラデー回転子４１は三菱ガス化学社製０．８２μｍ用ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜である。ミラー５１はガラスの基板側に蒸着したアルミニウム金属薄膜である。レンズ３１は分布屈折率型レンズである。ファラデー回転子４１は、光路に対して１８度傾けて配置した。
【００３４】
この光磁界センサヘッドに、８２０ｎｍの波長を有する半導体レーザ光源の光を入光側のシングルモード光ファイバー１２に入射させ、出光側の光ファイバー１３から出射した光の光強度を光検出器にて測定しながら、磁界を徐々に印加した。その結果、ファラデー回転子４１に磁界強度２６０（Ｏｅ）の磁界を印加したときに、ファラデー回転子が磁気的に飽和して、光出力は一定値となった。ファラデー回転子４１に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子４１に磁界強度２６０（Ｏｅ）の磁界を印加した状態との光強度差（すなわち、ＳＮ比）は２８ｄＢであった。
【００３５】
実施例２
実施例１において、光をファラデー回転子の主面に対して６度の角度をなすように光を入射させた以外は、すべて実施例１と同様にして光磁界センサヘッドを作製し、実施例１と同様にして光強度差（ＳＮ比）を測定したところ２４ｄＢであった。
【００３６】
実施例３
図５に示す構造の反射型光磁界センサヘッドを、以下のような部品を使用して作製した。入光側の光ファイバ１２は光ファイバ外径が１２５μｍのシングルモード光ファイバである。出光側の光ファイバー１３は、コア径５０μｍ外径１２５μｍのマルチモード光ファイバーである。複屈折板２１は１．２６５ｍｍのルチル単結晶である。ファラデー回転子４１は、焼きなましを行った三菱ガス化学社製１．３１μｍ用ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜である。ミラー５１はガラスの基板側に蒸着したアルミニウム金属薄膜である。レンズ３１は半球レンズである。
【００３７】
この光磁界センサヘッドに、１３１０ｎｍの波長を有する半導体レーザ光源の光を入光側のシングルモード光ファイバー１２に入射させ、出光側の光ファイバー１３からの光の強度を光検出器により測定しながら、磁界を徐々に印加した。
その結果、ファラデー回転子４１に磁界強度２３０（Ｏｅ）の磁界を印加したときに、ファラデー回転子４１が磁気的に飽和して光出力が一定値となった。ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子４１に磁界強度２３０（Ｏｅ）の磁界を印加した状態との光強度差は３２ｄＢであった。
【００３８】
比較例１
実施例１において、光をファラデー回転子の主面に対して垂直に入射させる以外は、すべて実施例１と同様にして、光磁界センサヘッドを作製し、実施例１と同様にして光強度差を測定したところ４．２ｄＢであった。
【００３９】
【発明の効果】
正確に回転速度を計測する簡便で軽量な測定装置を、より安価に、しかも、大量に提供できる。検出信号のＳＮ比が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」の全体構成の一例を示す模式図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」の動作原理を示した図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、マルチドメインのファラデー回転子に垂直に光が入射した場合のファアデー回転を表す図である。
【図４】本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−Ｉ」に複数のファラデー回転子を挿入した例を示す模式図である。
【図５】本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−ＩＩ」の全体構成の一例を示す模式図である。
【図６】本発明に係わる反射型光磁界センサヘッド「ＯＭＳ−ＩＩ」の動作原理を示した図であり、（ａ）は、膜面に垂直な成分を有する磁界が加わる場合を示し、（ｂ）は、膜面に対して垂直以外の角度をなす磁界が加わる場合を示す。
【図７】特開平１１−４４７４４号公報に開示された反射型光磁界センサヘッドの全体構成の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１１  フェルールやガラスキャピラリなどの光ファイバー保持具、  １２，１３  光ファイバ、  ２１  複屈折板、  ２６  ガラス偏光素子、  ３１  レンズ、  ４１，４２  ファラデー回転子、  ４５，４６  永久磁石  ５１  ミラー。
【図１】
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【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】
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【図７】
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