(57)【要約】【課題】  測定面からの高さを高精度に制御することのできる電磁界検出素子を提供する。【解決手段】  測定対象物から放射される磁界を検出するための磁界測定用光ファイバ２１と、先端部から上記測定対象物までの距離の変位を測定するための複数の高さ測定用光ファイバ２２とを有する。磁界測定用光ファイバ２１の先端部には、一方の端面にミラー薄膜２５が成膜されたＭＯ結晶２４が設けられている。磁界測定用光ファイバ２１を中心とし、その周りを囲むように複数の高さ測定用光ファイバ２２が配置されている。磁界測定用光ファイバ２１および高さ測定用光ファイバ２２は、それぞれの先端部の端面が同一の面となるように揃えられた状態で一体的に固定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物から発生する電磁界を検出するための光学結晶が先端部に設けられた第１の光ファイバと、
先端部から前記測定対象物までの距離の変位を測定するための第２の光ファイバとを有し、
前記第１および第２の光ファイバは、それぞれの先端部の端面が同一の面となるように揃えられた状態で一体的に固定されていることを特徴とする電磁界検出素子。
【請求項２】
前記第１の光ファイバが、前記光学結晶が磁気光学結晶よりなる磁界測定用光ファイバである、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項３】
前記第１の光ファイバが、前記光学結晶が電気光学結晶よりなる電界測定用光ファイバである、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項４】
前記第１の光ファイバが、前記光学結晶が磁気光学結晶よりなる磁界測定用光ファイバと前記光学結晶が電気光学結晶よりなる電界測定用光ファイバとからなる、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項５】
前記第２の光ファイバは複数有り、
前記第１の光ファイバが中心に配置され、前記複数の第２の光ファイバが、前記第１の光ファイバの周囲を囲むように束ねられて固定されている、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項６】
前記第１の光ファイバがシングルモード光ファイバである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電磁界検出素子。
【請求項７】
前記第１の光ファイバがシングルモード光ファイバの先端部のコアを拡大したコア拡大光ファイバである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電磁界検出素子。
【請求項８】
前記光学結晶の厚さが１００μｍ以下である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電磁界検出素子。
【請求項９】
前記第１および第２の光ファイバの固定が接着固定である、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項１０】
前記第１および第２の光ファイバを挿入可能な内径を持つガラスキャピラリをさらに有し、前記第１および第２の光ファイバが前記ガラスキャピラリ内に挿入された状態で接着固定されている、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項１１】
前記第２の光ファイバは、先端部の端面から出射したレーザー光が前記測定対象物に対して照射される照射用光ファイバと、前記測定対象物からの反射光が先端部の端面から入射する受光用光ファイバとからなる、請求項１に記載の電磁界検出素子。
【請求項１２】
前記照射用光ファイバと前記受光用光ファイバが隣接して配置されている、請求項１１に記載の電磁界検出素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の電磁界検出素子を支持する支持部と、
測定対象物が固定されるステージと、
前記電磁界検出素子を構成する第１の光ファイバが接続され、該第１の光ファイバを介して前記測定対象物から放射された電磁界を測定する第１の測定部と、
前記電磁界検出素子を構成する第２の光ファイバが接続され、該第２の光ファイバを介して前記電磁界検出素子の先端から前記測定対象物までの距離の変位を測定する第２の測定部と、
前記測定対象物上を前記電磁界検出素子で走査するとともに、該走査中は、前記第２の測定部にて検出される変位の量に基づいて、前記電磁界検出素子の先端から前記測定対象物までの距離が一定となるように前記ステージの移動制御を行う制御部とを有する電磁界測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装されたプリント基板やＭＣＭ（マルチチップモジュール）などから発生する磁界や電界を検出するための素子およびそれを備える測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器から放射された電磁波が他の電子機器に危害を与える、いわゆるＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）問題が知られており、電子機器の設計においては、ＥＭＩ対策が一般に行われている。このＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策では、電磁界の発生源を特定することが重要となる。プリント基板やＭＣＭにおける電磁界の発生源を特定する場合は、電界や磁界を検出可能なセンサを用いる。例えば、磁界を検出可能なセンサを用いて実装部品から放射される近傍磁界を測定することで、磁界の発生源を特定している。
【０００３】
磁界測定では、ループ検出面積が１０ｃｍ〜１ｍｍ程度のループコイルセンサが一般に用いられている（非特許文献１、２）。ループコイルセンサとしては、プリント基板の材料で構成されたものやセラミックスで製作されたものがあり、これらはすでに市販されている。最近では、ある方向に限定はされるものの、１００μｍ以下の分解能を持つ薄膜型ループセンサが報告されている。
【０００４】
また、磁気光学効果を有する結晶（ＭＯ結晶）と光ファイバを利用した磁界検出素子も提案されている（非特許文献３〜５）。図７に、磁気光学結晶を光ファイバの先端に接着した磁界検出素子の構成を模式的に示す。この磁界検出素子は、コア領域１２とクラッド領域を有する光ファイバ１１の先端部に、一端面にミラー薄膜１５が形成された磁気光学（ＭＯ）結晶１４を設けたものである。磁気光学（ＭＯ）結晶１４の、ミラー薄膜１５が設けられた面とは反対の面が、光ファイバ１１の端面に固定されている。
【０００５】
この磁界検出素子では、コア領域１２内を先端部方向に伝搬する光は、ＭＯ結晶１４を通ってミラー薄膜１５に到達し、そこで反射される。ミラー薄膜１５からの反射光は、再びＭＯ結晶１４を通ってコア領域１２に入射し、コア領域１２内を先端部とは反対の方向に伝搬する。このとき、ＭＯ結晶１４では、通過する光の偏光角が外部からの磁界の大きさに応じて変化する（磁気光学効果）。よって、ミラー薄膜１５からの反射光の偏光角の変化を検光子により検出することで、外部磁界強度を測定することができる。
【非特許文献１】玉置尚哉、増田則夫、栗山敏秀、田子雅英、ト金清、山口正洋、荒井賢一：信学技報、EMCJ2002-6,pp.31-34(Apr.2002)
【非特許文献２】玉置尚哉、増田則夫、石坂和吉：電気学会マグネティクス研究会資料、MAG-00-137,pp.25-30(2000-06)
【非特許文献３】土屋昌弘、山崎悦史、若菜伸一、岸眞人：日本応用磁気学会誌、Vol.26, No.3, pp.128-134(2002)
【非特許文献４】S.Wakana, E.Yamazaki, M.Iwanami, S.Hoshino, M.Kishi, and M.Tsuchiya: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.42(2003) pp.6637-6640.
【非特許文献５】M.Iwanami, S.Hoshino, M.Kishi, and M.Tsuchiya: Proc. 2003. IEEE Symp. On Electromagnetic Compatibility, pp.347-352(Aug.2003).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現状のループコイルセンサは、分解能が低いため、プリント基板やＭＣＭにおける電磁界の発生源を正確に特定することは困難である。最近では、プリント基板やＭＣＭはより微細化される傾向にあり、このため、センサの分解能もより高いものが要求されている。
【０００７】
光ファイバの先端部に磁気光学結晶を備える磁界検出素子においては、分解能は基本的に光ファイバのコア径で決まることから、ループコイルセンサよりも分解能を高くできる。しかしながら、この磁界検出素子には以下のような問題がある。
【０００８】
磁界分布測定では、磁界検出素子で測定面上を走査するが、そのとき、磁界検出素子と測定面の間隔（磁界検出素子の測定面からの高さ）は一定に保つ必要がある。より高空間分解能な磁界分布測定を行うためには、測定面と検出素子の間隔を高精度に制御して、走査時における磁界検出素子の高さをできるだけ一定に保つ必要がある。特に、プリント基板やＭＣＭ等に形成されている配線は、複雑な形状をしているため、このような配線の磁界分布を測定する場合には、より高精度な高さ制御が必要とされる。しかしながら、従来の磁界検出素子を用いた磁界測定では、磁界検出素子と測定対象物を固定しているステージとの相対的な移動により磁界検出素子の走査を行っているだけで、そのような高精度な高さ制御を行うことはできない。また、磁界検出素子自体も、高さを検出できるようには構成されていない。このため、磁界分布を高分解能で測定することは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、測定面からの高さを高精度に制御することのできる電磁界検出素子およびそれを用いた電磁界測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の電磁界検出素子は、測定対象物から放射される電磁界を検出するための光学結晶が先端部に設けられた第１の光ファイバと、先端部から前記測定対象物までの距離の変動を測定するための第２の光ファイバとを有し、前記第１および第２の光ファイバは、それぞれの先端部の端面が同一の面となるように揃えられた状態で一体的に固定されていることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成において、第１の光ファイバの先端部の端面から測定対象物までの距離が、電磁界検出素子の測定面からの高さに対応する。第２の光ファイバの先端部の端面は、第１の光ファイバの先端部の端面と同一の面となるように構成されているので、第２の光ファイバの先端部の端面から測定対象物までの距離を測定することで、電磁界検出素子の測定面からの高さを知ることができる。このように本発明では、第２の光ファイバを用いて、電磁界検出素子から測定対象物までの距離の変位を測定することができる。よって、この変位測定の結果を基に、電磁界検出素子から測定対象物までの距離が一定となるように制御することが可能である。
【００１２】
また、本発明の電磁界検出素子の分解能も、従来の磁界検出素子と同様、基本的には第１の光ファイバのコア径で決まることから、ループコイルセンサよりも高い空間分解能で電磁界を測定することが可能である。
【００１３】
さらに、第２の光ファイバを用いた距離の変位測定の分解能（変位分解能）は、使用する光源にものよるが、例えば波長が８４０ｎｍの半導体レーザーを使用した場合、０．１μｍ以下とすることが可能である。よって、プリント基板やＭＣＭ等に形成されている配線のように複雑な形状（微小な段差）を有するようなものが測定対象物であっても、その形状（段差）に応じた高さ制御を高精度に行うことが可能である。
【００１４】
本発明の電磁界測定装置は、上記の電磁界検出素子を支持する支持部と、測定対象物が固定されるステージと、前記電磁界検出素子を構成する第１の光ファイバが接続され、該第１の光ファイバを介して前記測定対象物から放射された電磁界を測定する第１の測定部と、前記電磁界検出素子を構成する第２の光ファイバが接続され、該第２の光ファイバを介して前記電磁界検出素子の先端から前記測定対象物までの距離の変位を測定する第２の測定部と、前記測定対象物上を前記電磁界検出素子で走査するとともに、該走査中は、前記第２の測定部にて検出される変位の量に基づいて、前記電磁界検出素子の先端から前記測定対象物までの距離が一定となるように前記ステージの移動制御を行う制御部とを有することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、電磁界検出素子の先端から測定対象物までの距離を常に一定とした状態で、磁界検出素子で測定面上を走査することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、ファイバの先端に設けられた磁気光学結晶または電気光学結晶の底面（測定対象物側の面）を測定対象物の表面に極めて接近させ、かつ、その間隔を一定に保った状態で電磁界を検出することができるので、従来のものより高空間分解能な測定が可能である。よって、プリント基板やＭＣＭに搭載されているＬＳＩパッケージの外部ピンやＬＳＩチップ上の配線から放射される近傍磁界を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に、本発明の一実施形態である磁界検出素子の構成を模式的に示す。この磁界検出素子は、電子機器に実装されるプリント基板やＭＣＭなどから放射される近傍磁界を検出するためのものであって、その構成は、一本の磁界測定用光ファイバ２１と複数の高さ測定用光ファイバ２２とからなる。磁界測定用光ファイバ２１が中心に位置し、高さ測定用光ファイバ２２がその周りを囲むような状態で束ねられている。磁界測定用光ファイバ２１として、例えばファイバ径が１２５μ、コア径が約１０μｍ（波長１．５５μｍ）の既存のシングルモード光ファイバやコア拡大ファイバを用いることができる。高さ測定用光ファイバ２２には、例えばファイバ径が１２５μ、コア径が約５０μｍの既存のマルチモード光ファイバを用いることができる。
【００１９】
磁界測定用光ファイバ２１および高さ測定用光ファイバ２２は、それぞれの先端部が揃うような状態で、固定部２３にて接着固定されている。この固定部２３には、ガラスキャピラリを使用してもよい。磁界測定用光ファイバ２１および高さ測定用光ファイバ２２のそれぞれの先端部の端面は、固定された状態で、光学研磨加工による面出しが行われている。この面の中央の、磁界測定用光ファイバ２１の先端部を含む領域には、磁気光学効果を有する結晶（ＭＯ結晶）２４が設けられ、さらにそのＭＯ結晶２４の、ファイバ先端部と接する面側とは反対の側の面に誘電体多層膜ミラー２５が設けられている。これらＭＯ結晶２４および誘電体多層膜ミラー２５の固定も接着による。
【００２０】
上記のように構成された磁界検出素子では、磁界測定用光ファイバ２１が磁界測定系２６に接続される。複数の高さ測定用光ファイバ２２は、照射用光ファイバと受光用光ファイバからなり、ともに微小変位計２７に接続される。この構成によれば、磁界測定用光ファイバ２１を用いて、測定面における磁界分布が測定されると同時に、高さ測定用光ファイバ２２を用いて、磁界検出素子の先端部から測定面までの距離の変位（高さの変位）が測定される。
【００２１】
なお、照射用光ファイバの端面（光が射出する面）と受光用光ファイバの端面（光が入射する面）は隣接するように配置することが望ましい。このように配置することで、照射用光ファイバからの光で測定面を照射した際の、その測定面からの反射光を受光用光ファイバで効率良く受光することができる。
【００２２】
次に、上述した磁界検出素子を備える磁界測定装置の構成について説明する。図２に、その磁界測定装置の概略構成を示す。この磁界測定装置は、図１に示した構造の磁界検出素子よりなる磁界検出素子部５０を有する磁界測定系２６と、微小変位計２７とを有する。
【００２３】
磁界測定系２６は、レーザー光源５１、ファイバアンプ（ＦＡ）５２ａ、５２ｂ、偏波コントローラ５３、光ファイバ５４、光サーキュレータ５５、検光子５６、光検出器５７、スペクトルアナライザ５８、データ収集／制御装置５９およびＸＹＺステージ６０からなる。
【００２４】
レーザー光源５１からのレーザー光は、ＦＡ５２ａを介して偏波コントローラ５３に供給される。ＦＡ５２ａは周知のＦＡであって、レーザー光源５１からのレーザー光を光増幅する。偏波コントローラ５３は、入射したレーザー光の偏光の状態を制御する。この偏波コントローラ５３から出力された一定の偏光状態を持つレーザー光は、光ファイバ５４を介して光サーキュレータ５５に供給される。
【００２５】
光サーキュレータ５５は、磁界検出素子部５０の磁界測定用光ファイバ２１と接続されており、光ファイバ５４を介して入力されるレーザー光を磁界測定用光ファイバ２１に供給する。また、光サーキュレータ５５は、磁界測定用光ファイバ２１から入力されるレーザー光をレーザー光源５１からの経路とは異なる経路上に設けられた検光子５６に供給する。このように、光サーキュレータ５５は、レーザー光源５１からのレーザー光が入力される入力ポートと、磁界検出素子部５０に対する入出力ポートおよび検光子５６への出力ポートを有する。
【００２６】
磁界検出素子部５０は、ＸＹＺステージ６０上に配置される測定対象物６１の上方で図１に示した磁界検出素子を支持するように構成されている。磁界検出素子では、磁界測定用光ファイバ２１に入射したレーザー光は、磁界測定用光ファイバ２１内を先端部方向に伝搬し、ＭＯ結晶２４を通過した後に、ミラー薄膜２５に到達し、そこで反射される。ミラー薄膜２５からの反射光は、再びＭＯ結晶２４を通過した後、磁界測定用光ファイバ２１内を光サーキュレータ５５方向に伝搬する。このとき、磁界測定用光ファイバ２１の先端部と対向する測定対象物６１の部位で磁界が発生していると、ＭＯ結晶２４を通過するレーザー光の偏光角がその磁界の大きさに応じて変化する。
【００２７】
検光子５６は、光サーキュレータ５５から供給されたレーザー光（ミラー薄膜２５からの反射光）の偏光角の変化を光強度変化にするためのものである。検光子５６を通過したレーザー光は、ＦＡ５２ｂを介して光検出器５７に供給される。ＦＡ５２ｂは周知のＦＡであって、検光子５６からのレーザー光を光増幅する。光検出器５７は、ＦＡ５２ｂで光増幅されたレーザー光の光強度を検出するものである。光サーキュレータ５５から供給されたレーザー光を検光子５６に通し、その透過光の光強度を光検出器５７で検出することで、ＭＯ結晶２４にて生じた外部磁界強度の変化に対応する偏光角の変化を検出する。この光検出器５７の出力（電気信号）は、スペクトルアナライザ５８に供給される。スペクトルアナライザ５８は、光検出器５７から供給される信号の周波数成分を検出するものである。
【００２８】
微小変位計２７は、光ファイバ変位計であって、磁界検出素子部５０の磁界検出素子の高さ測定用光ファイバ２２と接続される。微小変位計２７は、高さ測定用光ファイバ２２のうちの照射用光ファイバを介して照射用レーザー光を測定対象物６１に照射し、受光用光ファイバを介して測定対象物６１からの反射光を受光する。この場合、測定対象物６１からの反射光の量は、磁界検出素子の先端から測定面までの距離によって変化する。よって、この反射光量の変化を検出することで、磁界検出素子の先端から測定対象物６１までの距離（高さ）の変位を測定することができる。
【００２９】
データ収集／制御装置５９は、本磁界測定装置全体の動作を制御するものであって、スペクトルアナライザ５８および微小変位計２７からの各データ（磁界測定結果および高さ測定結果）の収集およびＸＹＺステージ６０の移動制御を行う。
【００３０】
次に、上述した磁界測定装置の動作について具体的に説明する。
【００３１】
測定対象物６１の磁界分布を測定する場合は、データ収集／制御装置５９が、ＸＹＺステージ６０をＸＹ方向に移動制御しながらスペクトルアナライザ５８からのデータを収集するとともに、微小変位計２７から供給される高さの測定結果に基づいて、磁界検出素子から測定対象物６１までの距離が一定に保持されるようにＸＹＺステージ６０のＺ方向の移動制御を行う。
【００３２】
磁界測定用光ファイバ２１の先端部に対向する測定対象物６１の部位に磁界が生じている場合は、ＭＯ結晶２４を通過するレーザー光の偏光角がその磁界の大きさに応じて変化する。よって、測定対象物６１に磁界分布が生じていれば、磁界検出素子を測定対象物６１上で走査することで、光検出器５７において、その磁界分布に応じた変化が検出される。
【００３３】
また、測定対象物６１の表面の凹凸により、測定面からの磁界検出素子の高さ（磁界検出素子の先端から測定対象物６１の測定部位までの距離）が変化した場合は、微小変位計２７にてその変化量（変位）が検出される。微小変位計２７にて変位が検出されると、データ収集／制御装置５９が、その変位に応じてＸＹＺステージ６０をＺ方向に移動制御を行う。これにより、磁界検出素子の先端から測定面までの距離（測定面からの高さ）が一定に保たれる。
【００３４】
以上の動作によれば、磁界検出素子の測定面からの高さを一定に保った状態で、磁界検出素子を測定対象物６１上で走査することができる。また、磁界測定用光ファイバ２１の先端の磁気光学結晶２４の底面（ミラー薄膜２５）を測定対象物に極めて接近させることができるとともに、磁界測定用光ファイバ２１のコア径できまる分解能で磁界成分を検出することができる。この結果、磁界分布を高分解能かつ高精度に測定することができる。
【００３５】
なお、上述した本実施形態の磁界検出素子において、分解能は、より詳細にはＭＯ結晶２４に入射する光のビーム径とＭＯ結晶２４の厚さで決まる。磁界測定用光ファイバ２１にシングルモードファイバを使用した場合、ビーム径はファイバのコア径（約１０μｍ）となり、一定であることから、高分解能な検出素子を得るには、ＭＯ結晶２４の厚さをできるだけ薄くする必要がある。これまでの実験によれば、配線幅と配線間隔が数１０μｍの配線を有する測定対象物の場合、ＭＯ結晶２４の厚さを１００μｍ以下にすれば、それぞれの配線からの磁界を判別することが可能である。現在、プリント配線やＭＣＭといった実装部品においては、配線幅と配線間隔が数１０μｍのものがあり、このような実装部品における磁界を検出する場合は、ＭＯ結晶２４の厚さは１００μｍ以下にすることが望ましい。
【００３６】
また、ミラー薄膜２５の反射率が高いほど、磁界測定系の光検出器において検出される光の量が多くなり、その結果、検出感度が向上することになる。よって、ミラー薄膜２５として、反射率の高いものを使用することが望ましい。
【００３７】
次に、上述した本実施形態の磁界検出素子の具体的な作製例および測定結果について説明する。
【００３８】
（実施例１）
図３は、本発明の第１の実施例である磁界検出素子の構成を説明するための図であって、（ａ）は磁界検出素子の先端部近傍を側面の方向から見た模式図、（ｂ）は、先端部の端面の模式図である。
【００３９】
まず、シングルモードファイバよりなる磁界測定用光ファイバ３１を中心に、マルチモードファイバよりなる複数の高さ測定用光ファイバ３２をその周囲に配置して仮固定する。その後、接着剤３３で光ファイバの束が崩れないように固める。そして、固定した光ファイバの束の先端を光学研磨加工した後、その加工面の中央部の、磁界測定用光ファイバ３１の端面を含む領域に、一方の面にミラー薄膜３５が成膜された厚さ５０μｍのＭＯ結晶３４を接着固定する。こうして図３に示した構造の磁界検出素子を得る。本実施例では、ＭＯ結晶３４として、Ｂｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して垂直方向になるようにしたものを使用した。また、ミラー薄膜３５として、磁界検出に使用する光の波長に対する反射率が９０％以上の性能を持つ誘電体ミラーを使用した。
【００４０】
以上のようにして作製した磁界検出素子を図２に示した磁界測定装置に取付けて磁界測定を行った。磁界測定用光ファイバ３１は、光サーキュレータ５５にコネクタで接続した。複数の高さ測定用光ファイバ３２については、照射用と受光用のファイバが交互に配置できるように調べ（一方のファイバ端面から光を入射することでファイバの位置を簡単に知ることができる）、照射用と受光用を別々に束ねて微小変位計２７にコネクタで接続した。レーザー光源５１として、発振波長が１．５５μｍ、出力が１ｍＷの半導体レーザー光源を使用し、ＦＡ５２ａ、５２ｂとしてＥＤＦＡを使用した。
【００４１】
レーザー光源５１からのレーザー光は、ＦＡ５２ａで１０ｍＷに増幅された後、偏波コントローラ５３で一定の偏光状態に調節される。こうして偏光状態が調節されたレーザー光を磁界測定用光ファイバ３１に入力し、ミラー薄膜３５からの反射光を、検光子５６およびＦＡ５２ｂを介して光検出器５７で検出する。光検出器５７では、外部磁界強度に対応した偏光角の変化が光強度の変化として検出される。この光検出器５７の出力信号の周波数成分がスペクトルアナライザ５８で検出される。
【００４２】
一方、微小変位計２７においては、測定用光源（不図示）として発振波長が８４０ｎｍの半導体レーザーが用いられ、この半導体レーザーからのレーザー光が各照射用光ファイバを介して測定対象物６１上に照射される。この測定対象物６１の測定部位からの反射光は、各受光用光ファイバを介して光検出器（不図示）にて受光される。微小変位計２７では、反射光の光量に応じた変位測定結果が出力される。この変位測定結果は、インターフェイスを通してデータ収集／制御装置５９に供給される。この場合の変位測定における分解能は、０．１μｍ以下とすることが可能である。
【００４３】
データ収集／制御装置５９は、微小変位計２７からの変位測定結果に基づいて高さ方向の制御を行って、磁界検出素子の先端部から測定面までの距離を一定に保つとともに、磁界検出素子を測定対象物６１上で走査する。こうして、測定対象物６１上の磁界分布を検出する。
【００４４】
磁界測定データの例として、図４に、高さ方向の制御を行わなかった場合の例、図５に、高さ方向の制御を行った場合の例をそれぞれ示す。これらの例では、測定対象物６１として、配線幅８０μｍの４回屈曲したマイクロストリップ構造の配線を有するプリント基板を使用し、信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０ＭＨｚの信号を配線に供給した状態でその配線から生じる磁界を測定した。縦軸は光検出器５７の出力信号を正規化したものであって、単位は「ｄＢ」である。横軸には、走査方向における位置（μｍ）がプロットされている。中央の４つの山が、４回屈曲した配線のそれぞれで生じた磁界の強さに対応する。図４および図５の磁界測定データを比較すると、図５の例（高さ方向の制御あり）では、均等な磁界分布が得られているのに対して、図４の例（高さ方向の制御なし）では、磁界分布が大きく崩れたものとなっている。これは、高さ方向の制御を行うことで、磁界分布をより正確に測定することが可能となることを意味している。
【００４５】
（実施例２）
図６は、本発明の第２の実施例である磁界検出素子の構成を説明するための図であって、（ａ）は磁界検出素子の先端部近傍を側面の方向から見た模式図、（ｂ）は、先端部の端面の模式図である。
【００４６】
まず、先端コア径が２０μｍのコア拡大ファイバよりなる磁界測定用光ファイバ４１を、内径が０．９ｍｍのガラスキャピラリ４６の中心を通るような状態で支持する。次いで、マルチモードファイバよりなる複数の高さ測定用光ファイバ４２を磁界測定用光ファイバ４１の周囲を囲むように、ガラスキャピラリ４６内に挿入して仮固定する。その後、ガラスキャピラリ４６の光ファイバの間隙部に接着剤４３を流し込んで光ファイバ束が崩れないように固める。このとき、磁界測定用光ファイバ４１および高さ測定用光ファイバ４２の各先端部分が、ガラスキャピラリ４６の端部から５０μｍ程度出るようにする。
【００４７】
続いて、固定した光ファイバの束の先端を光学研磨加工した後、その加工面の中央部の、磁界測定用光ファイバ４１の端面を含む領域に、一方の面にミラー薄膜４５が成膜された厚さ５０μｍのＭＯ結晶４４を接着固定する。こうして図６に示した構造の磁界検出素子を得る。本実施例においては、ＭＯ結晶４４として、Ｂｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。また、ミラー薄膜４５として、磁界検出に利用する波長の光に対する反射率が９０％以上の性能を持つ誘電体ミラーを使用した。
【００４８】
以上のようにして作製した磁界検出素子を図２に示した磁界測定装置に取付けて磁界測定を行った。磁界測定用光ファイバ４１は、光サーキュレータ５５にコネクタで接続した。複数の高さ測定用光ファイバ４２については、照射用と受光用のファイバが交互に配置できるように調べた後に、照射用と受光用を別々に束ねて微小変位計２７にコネクタで接続した。レーザー光源５１として、発振波長が１．５５μｍ、出力が１ｍＷの半導体レーザー光源を使用し、ＦＡ５２ａ、５２ｂとしてＥＤＦＡを使用した。
【００４９】
レーザー光源５１からのレーザー光は、ＦＡ５２ａで１０ｍＷに増幅された後、偏波コントローラ５３で一定の偏光状態に調節される。こうして偏光状態が調節されたレーザー光を磁界測定用光ファイバ４１に入力し、ミラー薄膜４５からの反射光を、検光子５６およびＦＡ５２ｂを介して光検出器５７で検出する。光検出器５７では、外部磁界強度に対応した偏光角の変化が光強度の変化として検出される。この光検出器５７の出力信号の周波数成分がスペクトルアナライザ５８で検出される。
【００５０】
一方、微小変位計２７においては、測定用光源（不図示）として発振波長が８４０ｎｍの半導体レーザーが用いられ、この半導体レーザーからのレーザー光が各照射用光ファイバを介して測定対象物６１上に照射される。この測定対象物６１の測定部位からの反射光は、各受光用光ファイバを介して光検出器（不図示）にて受光される。こうして微小変位計２７にて変位測定が行われ、その結果がインターフェイスを通してデータ収集／制御装置５９に供給される。この場合の、変位測定における分解能も０．１μｍ以下とすることが可能である。
【００５１】
データ収集／制御装置５９は、微小変位計２７からの変位測定結果に基づいて高さ方向の制御を行って、磁界検出素子の先端部から測定面までの距離を一定に保つとともに、磁界検出素子を測定対象物６１上で走査する。こうして、測定対象物６１上の磁界分布を検出する。
【００５２】
本実施例においても、高さ方向の制御を行わなかった場合は、図４に示したような磁界測定データを得、高さ方向の制御を行った場合は、図５に示したような磁界測定データを得られた。この結果から、高さ方向の制御を行うことで、磁界分布をより正確に測定することが可能となることが分かる。
【００５３】
以上説明した実施形態の構成および動作は一例であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、磁界測定用光ファイバは１本としているが、複数本であってもよい。この場合は、それぞれの磁界測定用光ファイバで磁界検出を行うための設定が必要となる。なお、低コストでより高分解能を得るという観点からすれば、磁界測定用光ファイバを１本とする構成が最も望ましい。
【００５４】
また、磁界測定用光ファイバの位置は中心でなくてもよい。ただし、磁界測定用光ファイバの位置が中心から大きくずれると、プローブとして測定動作を行う際に、測定対象物のどの部分を測定しているのかを判別することが難しくなる。通常は、磁界検出素子の中心部で磁界が検出されるように構成することから、磁界測定用光ファイバは中心に配置することが望ましい。
【００５５】
さらに、高さ測定用光ファイバを構成する照射用光ファイバおよび受光用光ファイバの数は、原理的には、１本ずつでも良いが、高い検出精度を得るには、それぞれ複数のファイバで構成することが望ましい。この場合、照射用光ファイバおよび受光用光ファイバは「１対１」で対応するようにしても、「１対多」で対応するようにしてもよい。なお、反射光を効率良く受光するという観点からすれば、照射用光ファイバおよび受光用光ファイバは「１対１」で対応するようにし、かつ、互いが隣接するように配置することが望ましい。
【００５６】
また、照射用光ファイバからの照射光で測定面を照射し、その反射光を、受光用光ファイバを用いて受光することで、高さの測定を行うようになっているが、照射用と受光用を共通の１本のファイバで構成し、ファイバ先端部の端面からの反射光と測定物表面からの反射光の位相差から高さを計測するようにしてもよい。この場合は、高さ測定用光ファイバを１本で構成することができる。
【００５７】
上述した実施形態は磁界を検出するものであったが、磁界測定用光ファイバの先端に設けられるＭＯ結晶を電気光学結晶に置き換えることで電界検出素子を構成することができる。先端に電気光学結晶を備える電界測定用光ファイバでは、入射したレーザー光はファイバ内を先端部方向に伝搬し、電気光学結晶を通過した後に、ミラー薄膜に到達し、そこで反射される。ミラー薄膜からの反射光は、再び電気光学結晶を通過した後、ファイバ内を先端部とは反対の方向に伝搬する。このとき、電界測定用光ファイバの先端部と対向する測定対象物の部位で電界が発生していると、電気光学結晶を通過するレーザー光の偏光度がその電界の大きさに応じて変化する。具体的には、レーザー光の偏光成分の位相差が外部電界により変化し、直線偏光の一部が円偏光になる。外部印加電界に応じた偏光度の変化を検光子を用いて検出することで、電界測定を行うことができる。この電界測定には、図２に示した構成と同じ測定装置（この場合は、電界測定装置）を用いる。
【００５８】
また、検出素子が、磁界測定用光ファイバ、電界測定用光ファイバおよび高さ測定用光ファイバを備えてもよい。この場合は、１つのプローブで磁界および電界の測定を行うことが可能となる。
【００５９】
さらに、磁界測定用光ファイバに代えて、先端部にＭＯ結晶と電気光学結晶との２層構造の結晶部を備える電磁界測定用光ファイバを用いてもよい。この場合も、１つのプローブで磁界および電界の測定を行うことが可能となる。ただし、結晶部は１層構造のものに比べて厚くなるので、その分だけ分解能が低下することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態である磁界検出素子の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す磁界検出素子を備えた磁界測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例である磁界検出素子の構成を説明するための図であって、（ａ）は磁界検出素子の先端部近傍を側面の方向から見た模式図、（ｂ）は、先端部の端面の模式図である。
【図４】高さ方向の制御を行わなかった場合の磁界測定データの一例を示す図である。
【図５】高さ方向の制御を行った場合の磁界測定データの一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例である磁界検出素子の構成を説明するための図であって、（ａ）は磁界検出素子の先端部近傍を側面の方向から見た模式図、（ｂ）は、先端部の端面の模式図である。
【図７】従来の磁界検出素子の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１、５４  光ファイバ
１２  コア領域
１３  クラッド領域
１４、２４、３４、４４  ＭＯ結晶
１５、２５、３５、４５  ミラー薄膜
２１、３１、４１  磁界測定用光ファイバ
２２、３２、４２  高さ測定用光ファイバ
２３  固定部
２６  磁界測定系
２７  微小干渉変位計
３３、４３  接着剤
４６  ガラスキャピラリ
５０  磁界検出素子部
５１  レーザー光源
５２ａ、５２ｂ  ファイバアンプ
５３  偏波コントローラ
５５  光サーキュレータ
５６  検光子
５７  光検出器
５８  スペクトルアナライザ
５９  データ収集／制御装置
６０  ＸＹＺステージ
６１  測定対象物
【図１】
2005308455.tif 000003
【図２】
2005308455.tif 000004
【図３】
2005308455.tif 000005
【図４】
2005308455.tif 000006
【図５】
2005308455.tif 000007
【図６】
2005308455.tif 000008
【図７】
2005308455.tif 000009