(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準平面に対して所定の主軸方位を有する偏波面保持ファイバを介して伝送された、前記主軸と略平行な方向に振動する第１の直線偏波と、前記主軸と略垂直な方向に振動する第２の直線偏波とを第１のλ／４板によって回転方向の異なる第１の円偏波及び第２の円偏波に変換し、前記第１の円偏波及び第２の円偏波を被計測電流が流れる導体の外周に周回配置された光ファイバセンサに入射し、前記光ファイバセンサ内を往復伝送されて出射された前記第１の円偏波及び第２の円偏波を前記第１のλ／４板に入射して得られた第３の直線偏波及び第４の直線偏波を第２のλ／４板を介して検光子に入射し、前記検光子から出射された透過光に基づいて前記被計測電流を計測する電流計測装置であって、
前記第２のλ／４板は、自身の主軸が前記基準平面に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位に略４５°を加算した傾きを有するように配置され、
前記検光子は、自身の主軸が前記基準平面に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位と同一の傾きを有するように配置されている、
ことを特徴とする電流計測装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源の出射光軸上に設けられ、前記光源から出射される光を、前記出射光軸と略直交し且つ偏波面保持ファイバの主軸と略平行な第１の軸方向に振動する第１の直線偏波と、前記第１の軸と略直交し且つ前記偏波面保持ファイバの主軸に略垂直な第２の軸方向に振動する第２の直線偏波とに分離する偏光子と、
前記出射光軸上において前記偏光子の後段に設けられ、前記第１及び第２の直線偏波を前記出射光軸に沿って透過する一方、前記出射光軸に沿って自身の後段側から入射された第３の直線偏波及び第４の直線偏波を基準平面に略平行な所定の方向に反射する光分岐手段と、
前記出射光軸上において前記光分岐手段の後段に設けられ、一端を前記第１及び第２の直線偏波の入射側、前記第３及び第４の直線偏波の出射側とし、他端を前記第１及び第２の直線偏波の出射側、前記第３及び第４の直線偏波の入射側とする前記偏波面保持ファイバと、
前記偏波面保持ファイバにおける他端の後段に設けられると共に、自身の主軸が前記第１の軸に対して略４５°の傾きを有して配置され、前記第１の直線偏波を第１の円偏波に変換し、前記第２の直線偏波を第２の円偏波に変換する一方、自身の後段側から入射される第１の反射円偏波を前記第３の直線偏波に変換し、第２の反射円偏波を前記第４の直線偏波に変換する第１のλ／４板と、
前記第１のλ／４板の後段に設けられ、一端を前記第１及び第２の円偏波の入射側、前記第１及び第２の反射円偏波の出射側とし、他端を前記第１及び第２の円偏波の出射側、前記第１及び第２の反射円偏波の入射側とし、被計測電流が流れる導体の外周に周回配置された光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサにおける前記他端の後段に設けられ、前記第１の円偏波を前記第１の反射円偏波として反射し、前記第２の円偏波を前記第２の反射円偏波として反射する反射ミラーと、
前記光分岐手段における前記第３及び第４の直線偏波の反射光軸上に設けられると共に、自身の主軸が前記基準平面に略平行且つ前記反射光軸に略直交する第３の軸に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位に略４５°を加算した傾きを有して配置され、前記第３の直線偏波を第３の円偏波に変換し、前記第４の直線偏波を第４の円偏波に変換する第２のλ／４板と、
前記反射光軸上において前記第２のλ／４板の後段に設けられると共に、自身の主軸が前記第３の軸に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位と同一の傾きを有するように配置され、前記主軸に対応する第１の透過光と、前記主軸と直交する軸に対応する第２の透過光とを出射する検光子と、
前記第１の透過光を受光して当該第１の透過光の光量に応じた第１の電気信号を出力する第１の光電変換素子と、
前記第２の透過光を受光して当該第２の透過光の光量に応じた第２の電気信号を出力する第２の光電変換素子と、
前記第１及び第２の電気信号に基づいて前記被計測電流の電流値を算出する信号処理手段と、
を具備することを特徴とする電流計測装置。
【請求項３】
複数の導体に流れる被計測電流の総和を計測する場合、
各々の導体に対応する前記偏波面保持ファイバと前記第１のλ／４板と前記光ファイバ
センサを設け、
前段の光ファイバセンサの他端と後段の偏波面保持ファイバの一端とを、主軸が前記第
１の軸に対して略４５°の傾きを有して配置されたλ／４板を介して直列接続し、
最終段の光ファイバセンサの他端の後段に前記反射ミラーを設置する、
ことを特徴とする請求項２記載の電流計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流計測装置に関し、特に、ファラデー効果を利用した光ファイバセンサによって電流を計測する電流計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光の偏波面が磁界の作用により回転するファラデー効果を利用して電流を計測する技術が知られており、例えば下記特許文献１には、ファラデー効果を利用した光ファイバセンサによって電力設備に流れる電流の総和を計測することにより、電力設備の異常発生を検知する技術が開示されている。
【０００３】
以下、特許文献１の図４を参照して、ファラデー効果を利用した光ファイバセンサによって電流を計測する電流計測装置について説明する。なお、特許文献１の図４では導体１８１〜１８ｎに流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和を計測する構成が記載されているが、以下では説明の便宜上、導体１８１に流れる被計測電流Ｉ１のみを計測する場合について説明する。この場合、光ファイバセンサ１０１の後段に設けられたλ／４板をミラーＭに置き換えれば良い。
【０００４】
光源１４ａから出射された光は、偏光子２２によって第１の直線偏波（ｐ偏波成分）と
第２の直線偏波（ｓ偏波成分）とに分離されてハーフミラーＨＭを介して偏波面保持ファイバＰＭＦの一端に入射される。ここで、第１の直線偏波は、光源１４ａの出射光軸と略直交し且つ水平面に略平行なＸ軸方向に振動する直線偏波であり、第２の直線偏波は、Ｘ軸と略直交し且つ前記水平面に略垂直なＹ軸方向に振動する直線偏波である。
【０００５】
偏波面保持ファイバＰＭＦによって伝送された第１及び第２の直線偏波は、偏波面保持ファイバＰＭＦの他端の後段に設けられた第１のλ／４板に入射される。ここで、この第１のλ／４板は、主軸（ｆａｓｔ軸）がＸ軸に対して略４５°の傾きを有して配置されており、第１の直線偏波は第１のλ／４板の入射側から見て右回りの第１の円偏波に変換され、第２の直線偏波は左回りの第２の円偏波に変換される。
【０００６】
第１及び第２の円偏波は、光ファイバセンサ１０１によって伝送されて光ファイバセンサ１０１の後段に設けられたミラーＭによって反射され、再度光ファイバセンサ１０１によって上記第１のλ／４板に伝送される。ここで、ミラーＭによって反射された第１及び第２の円偏波をそれぞれ第１及び第２の反射円偏波と称す。第１の反射円偏波は、ミラーＭ側から見ると左回りの円偏波なので、第１のλ／４板によってＹ軸方向に振動する直線偏波（以下、第３の直線偏波と称す）に変換され、第２の反射円偏波は、ミラーＭ側から見ると右回りの円偏波なので、第１のλ／４板によってＸ軸方向に振動する直線偏波（以下、第４の直線偏波と称す）に変換される。ここで、第３の直線偏波と第４の直線偏波との位相差は、ファラデー効果により被計測電流Ｉ１に応じた値φとなっている。
【０００７】
第３及び第４の直線偏波は、ハーフミラーＨＭによってＸ軸方向に設けられた第２のλ／４板に向けて反射される。ここで、第２のλ／４板は、主軸が水平面に略平行且つハーフミラーＨＭの反射光軸に略直交するＺ軸に対して０°の傾きを有して配置されており、第２のλ／４板を通過した第３の直線偏波と第４の直線偏波との位相差は９０°＋φとなる。つまり、第３の直線偏波と第４の直線偏波とによって、ＺＹ平面において長軸がＹ軸に対して４５°傾いた楕円偏波が形成されることになる。この楕円偏波の長軸成分と短軸成分との比率はファラデー効果による位相差φに依存して変化する。このような楕円偏波は検光子２４に入射される。
【０００８】
ここで、検光子２４は、第１の透過軸（主軸）と当該第１の透過軸に略直交する第２の透過軸を有し、第１の透過軸がＺ軸に対して４５°の傾きを有するように配置されており、第１の透過軸によって楕円偏波の短軸成分が透過され、第２の透過軸によって楕円偏波の長軸成分が透過されることになる（本願明細書の図６参照）。そして、第１の透過軸に対応する第１の透過光（楕円偏光波の短軸成分）と第２の透過軸に対応する第２の透過光（楕円偏光波の長軸成分）とを光変換部１４ｂに設けられた２つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２で受光し、これらフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２から出力される電気信号に基づいて信号処理部１４ｃにて被計測電流Ｉ１の電流値を算出する。ここで、信号処理部１４ｃから出力される信号Ｓと被計測電流Ｉ１との関係は、特許文献１の段落０１０１の記載からわかるようにＳ＝４Ｖ・Ｉ１となる（Ｖはベルデ定数）。
【特許文献１】特許第３６１１９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の電流計測装置では、第２のλ／４板で形成された楕円偏波を検光子２４に入射するので、楕円偏波の長軸成分及び短軸成分を抽出するために、検光子２４は第１の透過軸が水平面に対して４５°の傾きを有するように配置されていた。また、一般的に、検光子２４としては、図６に示すような直方体のプリズムが用いられており、楕円偏波の長軸成分に対応する第１の透過光と短軸成分に対応する第２の透過光とは、互いに異なる方向に出射されることになる。
【００１０】
つまり、検光子２４自体を水平面に対して４５°に傾けて設置するための角度調整作業や、検光子２４が４５°傾いて設置されることを考慮しつつ、第１及び第２の透過光のそれぞれを受光するフォトダイオードの取り付け作業及び光軸調整作業を行う必要があり、装置の組み立てに非常に手間がかかってしまうという問題があった。また、検光子２４を水平面に対して４５°に傾けて設置するための治具が必要であるため、装置の大型化及びそれに伴うコストの増大を招くという問題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置の組み立て作業を容易にすると共に、装置の小型化及びコスト削減を図ることの可能な電流計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、電流計測装置に係る第１の解決手段として、基準平面に対して所定の主軸方位を有する偏波面保持ファイバを介して伝送された、前記主軸と略平行な方向に振動する第１の直線偏波と、前記主軸と略垂直な方向に振動する第２の直線偏波とを第１のλ／４板によって回転方向の異なる第１の円偏波及び第２の円偏波に変換し、前記第１の円偏波及び第２の円偏波を被計測電流が流れる導体の外周に周回配置された光ファイバセンサに入射し、前記光ファイバセンサ内を往復伝送されて出射された前記第１の円偏波及び第２の円偏波を前記第１のλ／４板に入射して得られた第３の直線偏波及び第４の直線偏波を第２のλ／４板を介して検光子に入射し、前記検光子から出射された透過光に基づいて前記被計測電流を計測する電流計測装置であって、前記第２のλ／４板は、自身の主軸が前記基準平面に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位に略４５°を加算した傾きを有するように配置され、前記検光子は、自身の主軸が前記基準平面に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位と同一の傾きを有するように配置されている、ことを特徴とする。
【００１３】
また、電流計測装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、光源
と、前記光源の出射光軸上に設けられ、前記光源から出射される光を、前記出射光軸と略直交し且つ前記偏波面保持ファイバの主軸と略平行な第１の軸方向に振動する第１の直線偏波と、前記第１の軸と略直交し且つ前記偏波面保持ファイバの主軸に略垂直な第２の軸方向に振動する第２の直線偏波とに分離する偏光子と、前記出射光軸上において前記偏光子の後段に設けられ、前記第１及び第２の直線偏波を前記出射光軸に沿って透過する一方、前記出射光軸に沿って自身の後段側から入射された第３の直線偏波及び第４の直線偏波を前記基準平面に略平行な所定の方向に反射する光分岐手段と、前記出射光軸上において前記光分岐手段の後段に設けられ、一端を前記第１及び第２の直線偏波の入射側、前記第３及び第４の直線偏波の出射側とし、他端を前記第１及び第２の直線偏波の出射側、前記第３及び第４の直線偏波の入射側とする前記偏波面保持ファイバと、前記偏波面保持ファイバにおける他端の後段に設けられると共に、自身の主軸が前記第１の軸に対して略４５°の傾きを有して配置され、前記第１の直線偏波を第１の円偏波に変換し、前記第２の直線偏波を第２の円偏波に変換する一方、自身の後段側から入射される第１の反射円偏波を前記第３の直線偏波に変換し、第２の反射円偏波を前記第４の直線偏波に変換する前記第１のλ／４板と、前記第１のλ／４板の後段に設けられ、一端を前記第１及び第２の円偏波の入射側、前記第１及び第２の反射円偏波の出射側とし、他端を前記第１及び第２の円偏波の出射側、前記第１及び第２の反射円偏波の入射側とし、被計測電流が流れる導体の外周に周回配置された光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサにおける前記他端の後段に設けられ、前記第１の円偏波を前記第１の反射円偏波として反射し、前記第２の円偏波を前記第２の反射円偏波として反射する反射ミラーと、前記光分岐手段における前記第３及び第４の直線偏波の反射光軸上に設けられると共に、自身の主軸が前記基準平面に略平行且つ前記反射光軸に略直交する第３の軸に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位に略４５°を加算した傾きを有して配置され、前記第３の直線偏波を第３の円偏波に変換し、前記第４の直線偏波を第４の円偏波に変換する前記第２のλ／４板と、前記反射光軸上において前記第２のλ／４板の後段に設けられると共に、自身の主軸が前記第３の軸に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位と同一の傾きを有するように配置され、前記主軸に対応する第１の透過光と、前記主軸と直交する軸に対応する第２の透過光とを出射する前記検光子と、前記第１の透過光を受光して当該第１の透過光の光量に応じた第１の電気信号を出力する第１の光電変換素子と、前記第２の透過光を受光して当該第２の透過光の光量に応じた第２の電気信号を出力する第２の光電変換素子と、前記第１及び第２の電気信号に基づいて前記被計測電流の電流値を算出する信号処理手段と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、電流計測装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、複数
の導体に流れる被計測電流の総和を計測する場合、各々の導体に対応する前記偏波面保持ファイバと前記第１のλ／４板と前記光ファイバセンサを設け、前段の光ファイバセンサの他端と後段の偏波面保持ファイバの一端とを、主軸が前記第１の軸に対して略４５°の傾きを有して配置されたλ／４板を介して直列接続し、最終段の光ファイバセンサの他端の後段に前記反射ミラーを設置する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電流計測装置では、第２のλ／４板を、その主軸が基準平面に対して偏波面保持ファイバの主軸方位に略４５°を加算した傾きを有するように配置し、検光子を、その主軸が前記基準平面に対して前記偏波面保持ファイバの主軸方位と同一の傾きを有するように配置する。つまり、例えば偏波面保持ファイバの主軸方位を基準平面に対して０°に設定した場合、第２のλ／４板は、その主軸が基準平面に対して略４５°の傾きを有するように配置され、検光子は、その主軸が基準平面に対して０°の傾きを有する（基準平面に平行になる）ように配置される。従って、従来のように、検光子自体を基準平面に対して４５°に傾けて設置するための角度調整作業や、検光子が４５°傾いて設置されることを考慮して、第１及び第２の透過光のそれぞれを受光するフォトダイオードの取り付け作業及び光軸調整作業を行う必要がなく、また、検光子を４５°に傾けて設置するための特殊な治具も必要ではない（単に検光子を基準平面に固定するための治具で足りる）。なお、検光子の代わりに第２のλ／４板を基準平面に対して４５°傾けて配置する必要があるが、第２のλ／４板は一般的に小型のレンズ状のものであり、特に大掛かりな取り付け治具は必要なく、また、後段にフォトダイオードなどの光電変換素子を配置するわけではないので、角度調整作業や光軸調整作業も容易に行うことができる。すなわち、本発明に係る電流計測装置によれば、装置の組み立て作業を容易にすると共に、装置の小型化及びコスト削減を図ることが可能である。
【００１６】
さらに、従来では、検光子２４の主軸が基準平面（例えば水平面）に対して４５°の傾きを有するように正確に配置する必要があったが、本発明では、第２のλ／４板と検光子との基準平面に対する主軸方位の調整をラフに行った場合でも、偏波面保持ファイバの主軸方位を第２のλ／４板及び検光子の主軸方位に合わせて最適化すれば良いので、装置の組み立て作業の容易化に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電流計測装置ＣＴの構成概略図である。なお、以下の説明に
おいては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系では、後述する光源１の出射光軸ＡＸと略平行な方向がＺ軸に設定され、出射光軸ＡＸと略直交し且つ基準平面に略平行な方向がＸ軸（第１の軸）に設定され、Ｘ軸と略直交し且つ基準平面に略垂直な方向がＹ軸（第２の軸）に設定されている。本実施形態では、基準平面を水平面と想定する。
【００１８】
図１に示すように、本電流計測装置ＣＴは、光源１、偏光子２、ハーフミラー（光分岐手段）３、偏波面保持ファイバ４、第１のλ／４板５、光ファイバセンサ６、反射ミラー７、第２のλ／４板８、検光子９、第１のフォトダイオード（第１の光電変換素子）１０、第２のフォトダイオード（第２の光電変換素子）１１及び信号処理回路（信号処理手段）１２から構成されている。
【００１９】
光源１は、例えば半導体レーザであり、レーザ光を出射光軸ＡＸに沿って出射する。偏光子２は、光源１の出射光軸ＡＸ上に設けられ、光源１から出射されるレーザ光を、Ｘ軸方向に振動する第１の直線偏波ｘと、Ｙ軸方向に振動する第２の直線偏波ｙとに分離する。ハーフミラー３は、出射光軸ＡＸ上において偏光子２の後段に設けられ、上記の第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙを出射光軸ＡＸに沿って透過する一方、出射光軸ＡＸに沿って自身の後段側（偏波面保持ファイバ４の一端）から入射される第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’をＸ軸方向に反射する。
【００２０】
偏波面保持ファイバ４は、直線偏波状態を保持しつつ光を伝送することの可能な光ファイバ（いわゆるＰＭＦ；Polarization Maintaining Fiber）であり、出射光軸ＡＸ上においてハーフミラー３の後段に設けられ、一端が上記第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙの入射側、上記第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’の出射側となり、他端が上記第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙの出射側、上記第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’の入射側となるように配置されている。また、この偏波面保持ファイバ４は、その主軸が上記第１の直線偏波ｘの振動方向（つまりＸ軸方向）と一致するように配置されている。つまり、本実施形態では、偏波面保持ファイバ４の主軸方位は、基準平面である水平面に対して０°に設定されている。
【００２１】
第１のλ／４板５は、偏波面保持ファイバ４における他端の後段に設けられると共に、主軸（ｆａｓｔ軸）がＸ軸に対して（水平面に対して）略４５°の傾きを有して配置され、偏波面保持ファイバ４の他端から出射される第１の直線偏波ｘを第１の円偏波Ｒ１に変換し、第２の直線偏波ｙを第２の円偏波Ｌ１に変換する一方、自身の後段側（光ファイバセンサ６の一端）から入射される第１の反射円偏波Ｒ１’を上記第３の直線偏波ｙ’に変換し、第２の反射円偏波Ｌ１’を上記第４の直線偏波ｘ’に変換する。
【００２２】
光ファイバセンサ６は、例えば鉛ガラス製の光ファイバであり、第１のλ／４板５の後段に設けられ、一端を上記第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１の入射側、上記第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’の出射側とし、他端を上記第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１の出射側、上記第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’の入射側とし、被計測電流Ｉ１が流れる導体Ｔ１の外周に周回配置されている。反射ミラー７は、光ファイバセンサ６における他端の後段に設けられ、光ファイバセンサ６の他端から出射される第１の円偏波Ｒ１を第１の反射円偏波Ｒ１’として光ファイバセンサ６の他端に向けて反射し、第２の円偏波Ｌ１を第２の反射円偏波Ｌ１’として光ファイバセンサ６の他端に向けて反射する。
【００２３】
第２のλ／４板８は、ハーフミラー３における第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’の反射光軸上（Ｘ軸上）に設けられると共に、主軸がＺ軸（第３の軸）に対して略４５°の傾きを有して配置され、第３の直線偏波ｙ’を第３の円偏波Ｌ２に変換し、第４の直線偏波ｘ’を第４の円偏波Ｒ２に変換する。つまり、この第２のλ／４板８の主軸は、水平面に対して偏波面保持ファイバ４の主軸方位（０°）に略４５°を加算した傾きを有するように配置されている。
【００２４】
検光子９は、例えば直方体の偏光プリズムであり、ハーフミラー３の反射光軸上において第２のλ／４板８の後段に設けられると共に、第１の透過軸（主軸）と当該第１の透過軸に略直交する第２の透過軸を有し、前記第１の透過軸がＺ軸に略平行（つまり水平面に対して０°）になるように配置されている。つまり、検光子９は、主軸が水平面に対して偏波面保持ファイバ４の主軸方位（０°）と同一の傾きを有するように配置されている。
また、この検光子９は、第１の透過軸に対応する第１の透過光を第１のフォトダイオード１０に出射し、また、第２の透過軸に対応する第２の透過光を第２のフォトダイオード１１に出射する。
【００２５】
第１のフォトダイオード１０は、上記第１の透過光を受光して当該第１の透過光の強度に応じた第１の電気信号を信号処理回路１２に出力する。第２のフォトダイオード１１は、上記第２の透過光を受光して当該第２の透過光の強度に応じた第２の電気信号を信号処理回路１２に出力する。信号処理回路１２は、上記第１及び第２の電気信号に基づいて被計測電流Ｉ１の電流値を算出する。
【００２６】
次に、このように構成された本電流計測装置ＣＴの動作について説明する。
まず、光源１から出射されたレーザ光は、図２（ａ）に示すように、偏光子２によって
Ｘ軸方向に振動する第１の直線偏波ｘとＹ軸方向に振動する第２の直線偏波ｙとに分離され、ハーフミラー３を介して偏波面保持ファイバ４の一端に入射される。
【００２７】
偏波面保持ファイバ４の一端に入射された第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙは、その直線偏波状態を保持したまま偏波面保持ファイバ４の他端まで伝送され、当該他端から第１のλ／４板５に出射される。ここで、この第１のλ／４板５は、図２（ｂ）に示すように、主軸（ｆａｓｔ軸）がＸ軸に対して略４５°の傾きを有して配置されているため、図２（ｃ）に示すように、第１の直線偏波ｘは第１のλ／４板５の入射側（偏波面保持ファイバ４側）から見て右回りの第１の円偏波Ｒ１に変換され、図２（ｄ）に示すように、第２の直線偏波ｙは左回りの第２の円偏波Ｌ１に変換される。
【００２８】
これら第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１は、光ファイバセンサ６の一端に入射されると共に光ファイバセンサ６の他端まで伝送され、当該他端から反射ミラー７に向かって出射される。反射ミラー７に入射された第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１は、反射ミラー７によって反射され、反射された第１の円偏波Ｒ１（第１の反射円偏波Ｒ１’）及び第２の円偏波Ｌ１（第２の反射円偏波Ｌ１’）は再度光ファイバセンサ６の他端に入射される。そして、光ファイバセンサ６の他端に入射された第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’は、光ファイバセンサ６の一端から第１のλ／４板５に出射される。
【００２９】
ここで、第１の反射円偏波Ｒ１’は、反射ミラー７側から見ると左回りの円偏波なので、第１のλ／４板５によってＹ軸方向に振動する直線偏波（第３の直線偏波ｙ’）に変換され、第２の反射円偏波Ｌ１’は、反射ミラー７側から見ると右回りの円偏波なので、第１のλ／４板５によってＸ軸方向に振動する直線偏波（第４の直線偏波ｘ’）に変換される。ここで、第３の直線偏波ｙ’と第４の直線偏波ｘ’との位相差は、ファラデー効果により被計測電流Ｉ１に応じた値φ（往復分）となっている。
【００３０】
これら第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’は、偏波面保持ファイバ４を介してハーフミラー３に出射され、ハーフミラー３よってＸ軸方向に設けられた第２のλ／４板８に向けて反射される。ここで、本実施形態では、図３に示すように、第２のλ／４板８は、主軸がＺ軸に対して（つまり水平面に対して）略４５°の傾きを有して配置されており、第２のλ／４板８を通過した第３の直線偏波ｙ’は、ハーフミラー３側から見て左回りの第３の円偏波Ｌ２に変換され、また、第２のλ／４板８を通過した第４の直線偏波ｘ’は、ハーフミラー３側から見て右回りの第４の円偏波Ｒ２に変換されることになる。
【００３１】
一方、本実施形態では、図３に示すように、検光子９は、第１の透過軸がＺ軸に対して（つまり水平面に対して）０°の傾きを有するように配置されている。ここで、検光子９に入射される第３の円偏波Ｌ２と第４の円偏波Ｒ２との合成波は、図３に示すように、Ｙ軸に対して４５°の傾きからφ／２だけ位相がずれた直線偏波Ｗに相当する。すなわち、直線偏波ＷのＺ軸成分とＹ軸成分との比率はファラデー効果による位相差φに依存して変化することになる。そして、検光子９の第１の透過軸はＺ軸と一致し、第２の透過軸はＹ軸と一致するので、第１の透過軸によって直線偏波ＷのＺ軸成分が第１の透過光として透過され、第２の透過軸によって直線偏波ＷのＹ軸成分が第２の透過光として透過される。
【００３２】
そして、第１の透過光（直線偏波ＷのＺ軸成分）は、第１のフォトダイオード１０によって受光され、当該第１の透過光の強度に応じた第１の電気信号が信号処理回路１２に出力される。また、第２の透過光（直線偏波ＷのＹ軸成分）は、第２のフォトダイオード１１によって受光され、当該第２の透過光の強度に応じた第２の電気信号が信号処理回路１２に出力される。信号処理回路１２における被計測電流Ｉ１の電流値算出方法は、特許文献１（特許第３６１１９７５号公報）と同様なので詳細な説明を省略するが、信号処理回路１２が出力する信号Ｓと被計測電流Ｉ１との関係は、Ｓ＝４Ｖ・Ｉ１となる（Ｖはベルデ定数）。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係る電流計測装置ＣＴでは、第２のλ／４板８を、主軸がＺ軸に対して（つまり水平面に対して）略４５°の傾きを有するように配置するため、検光子９を、第１の透過軸がＺ軸に対して（つまり水平面に対して）０°の傾きを有するように配置して電流計測を行うことが可能である。つまり、従来のように、検光子９自体を４５°に傾けて設置するための角度調整作業や、検光子９が４５°傾いて設置されることを考慮して、第１及び第２の透過光のそれぞれを受光するフォトダイオードの取り付け作業及び光軸調整作業を行う必要がなく、また、検光子９を４５°に傾けて設置するための特殊な治具も必要ではない（単に検光子９を水平に固定するための治具で足りる）。なお、検光子９の代わりに第２のλ／４板８を４５°傾けて配置する必要があるが、λ／４板は一般的に小型のレンズ状のものであり、特に大掛かりな取り付け治具は必要なく、また、後段にフォトダイオードなどの光電変換素子を配置するわけではないので、角度調整作業や光軸調整作業も容易に行うことができる。
このように、本実施形態に係る電流計測装置ＣＴによれば、装置の組み立て作業を容易にすると共に、装置の小型化及びコスト削減を図ることが可能である。
【００３４】
さらに、従来では、検光子２４の主軸が水平面に対して４５°の傾きを有するように正確に配置する必要があったが、本実施形態では、第２のλ／４板８と検光子９との水平面に対する主軸方位の調整をラフに行った場合でも、偏波面保持ファイバ４の主軸方位を第２のλ／４板８及び検光子９の主軸方位に合わせて最適化すれば良いので、装置の組み立て作業の容易化に寄与する。つまり、上記の説明では、偏波面保持ファイバ４の主軸方位を基準平面である水平面に対して０°に設定した場合を説明したが、これに限定されず、第２のλ／４板８及び検光子９の主軸方位に合わせて偏波面保持ファイバ４の主軸方位を調整しても良く、また、偏波面保持ファイバ４の主軸方位を０°以外の角度に設定し、これに合わせて第２のλ／４板８及び検光子９の主軸方位を調整しても良い。
【００３５】
（変形例１）
次に、本実施形態の変形例１について説明する。上記実施形態では、１つの導体Ｔ１に流れる被計測電流Ｉ１を計測する場合の電流計測装置ＣＴについて説明したが、以下の変形例１では、複数の導体Ｔ１〜Ｔｎの各々に流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和を計測する場合の電流計測装置ＣＴ１について説明する。
【００３６】
図４は、本変形例１における電流計測装置ＣＴ１の構成概略図である。なお、図４において、図１と同様の構成要素には同一符号を付し説明を省略する。図４に示す本変形例１の電流計測装置ＣＴ１において、符号４−１〜４−ｎは、図１の偏波面保持ファイバ４に相当する偏波面保持ファイバであり、符号５−１〜５−ｎは、図１の第１のλ／４板５に相当するλ／４板であり、符号６−１〜６−ｎは、図１の光ファイバセンサ６に相当し、それぞれ導体Ｔ１〜Ｔｎに流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの外周に周回配置された光ファイバセンサである。また、図１では、光ファイバセンサ６の他端側に反射ミラー７が配置されていたが、本変形例１では、各光ファイバセンサ６−１〜６−（ｎ−１）の他端側にλ／４板２０−１〜２０−（ｎ−１）が配置されており、反射ミラー７は最終段の光ファイバセンサ６−ｎの他端側に配置されている。なお、λ／４板５−１〜５−ｎ及び２０−１〜２０−（ｎ−１）は、図１の第１のλ／４板５と同様に、主軸（ｆａｓｔ軸）がＸ軸に対して（水平面に対して）略４５°の傾きを有して配置されている。
【００３７】
このような本変形例１における電流計測装置ＣＴ１の動作について説明すると、まず、偏波面ファイバ４−１によって伝送された第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙは、λ／４板５−１によって第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１に変換されて光ファイバセンサ６−１に入射する。光ファイバセンサ６−１によって伝送された第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１は、λ／４板２０−１によって再度第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙに変換されて偏波面保持ファイバ４−２に入射する。この時、第１の直線偏波ｘと第２の直線偏波ｙとの位相差は、導体Ｔ１に流れる被計測電流Ｉ１によって生じるファラデー効果に応じた値となる。
【００３８】
続いて、偏波面ファイバ４−２によって伝送された第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙは、λ／４板５−２によって再度第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１に変換されて光ファイバセンサ６−２に入射する。光ファイバセンサ６−２によって伝送された第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１は、λ／４板２０−２によって再度第１の直線偏波ｘ及び第２の直線偏波ｙに変換されて偏波面保持ファイバ４−３に入射する。この時、第１の直線偏波ｘと第２の直線偏波ｙとの位相差は、導体Ｔ１及びＴ２に流れる被計測電流Ｉ１及びＩ２によって生じるファラデー効果に応じた値の和となる。以下同様な動作が繰り返され、最終段である光ファイバセンサ６−ｎの他端から出射された第１の円偏波Ｒ１及び第２の円偏波Ｌ１は、反射ミラー７によって第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’として光ファイバセンサ６−ｎの他端に向けて反射される。
【００３９】
光ファイバセンサ６−ｎによって伝送された第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’は、λ／４板５−ｎによって第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’に変換されて偏波面保持ファイバ４−ｎに入射する。そして、偏波面保持ファイバ４−ｎによって伝送された第３の直線偏波ｙ’及び第４の直線偏波ｘ’は、λ／４板２０−（ｎ−１）によって再度第１の反射円偏波Ｒ１’及び第２の反射円偏波Ｌ１’に変換されて光ファイバセンサ６−（ｎ−１）に入射される。以下同様な動作が繰り返され、最終的に偏波面保持ファイバ４−１の一端から出射される第３の直線偏波ｙ’と第４の直線偏波ｘ’との位相差φは、導体Ｔ１〜Ｔｎに流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎによって生じるファラデー効果に応じた値の総和（往復分）となる。
【００４０】
すなわち、図３に示す検光子９における直線偏波Ｗの傾きφ／２は、被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和に依存することになるため、直線偏波ＷのＺ軸成分（第１の透過光）とＹ軸成分（第２の透過光）に応じた第１及び第２の電気信号から被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和を算出することができる。ここで、信号処理回路１２が出力する信号Ｓと被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの関係は、Ｓ＝４Ｖ（Ｉ１＋Ｉ２＋・・・＋Ｉｎ）となる（Ｖはベルデ定数）。
【００４１】
このように、本変形例１における電流計測装置ＣＴ１は、複数の導体Ｔ１〜Ｔｎの各々に流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和を計測することができる。これを利用して、電力設備の異常診断を行うことも可能である。キルヒホッフの第１法則によれば、電力設備に入力される電流及び電力設備から出力される電流の総和は、異常がなければ零になるはずである。そこで、電力設備の全ての入出力配線に対して、本変形例１における電流計測装置ＣＴ１の光ファイバセンサ６−１〜６―ｎを配置することにより、電力設備に入力される電流及び電力設備から出力される電流の総和を計測する。そして、電流計測装置ＣＴ１の出力信号Ｓを電力設備の制御装置に入力し、この制御装置によって、出力信号Ｓが零を示す場合は電力設備が正常と判断し、出力信号Ｓが零以外の値を示す場合は電力設備が異常と判断して電力設備を停止したり、警報を電力設備の管理センターに送信する等の対処を行う。なお、このような異常診断は、電力設備に限らず、その他の機器についても適用可能であることは勿論である。
【００４２】
（変形例２）
次に、本実施形態の変形例２について説明する。上記実施形態及び変形例１では、反射タイプの電流計測装置ＣＴ及びＣＴ１について説明したが、以下の変形例２では、ループタイプの電流計測装置ＣＴ２について説明する。
【００４３】
図５は、本変形例２における電流計測装置ＣＴ２の構成概略図である。なお、図５では、複数の導体Ｔ１〜Ｔｎの各々に流れる被計測電流Ｉ１〜Ｉｎの総和を計測する場合の電流計測装置ＣＴ２の構成を示している。この図５に示すように、本変形例２における電流計測装置ＣＴ２は、光源１００、偏光子１０１、ビームスプリッタ１０２、第１のファラデー回転子１０３、第２のファラデー回転子１０４、偏波面保持ファイバ１０５−１〜１０５−ｎ及び１０９、λ／４板１０６−１〜１０６−ｎ、１０８−１〜１０８−ｎ及び１１０、光ファイバセンサ１０７−１〜１０７−ｎ、検光子１１１、第１のフォトダイオード１１２、第２のフォトダイオード１１３、信号処理回路１１４から構成されている。
【００４４】
このようなループタイプの構成は、特許文献１（特許第３６１１９７５号公報）に記載されているように既に公知であるが、本変形例２における電流計測装置ＣＴ２と特許文献１の装置構成とでは以下の点で異なっている。すなわち、ビームスプリッタ１０２からλ／４板１１０に入射される直線偏波は、図１や図４に示す反射タイプと同様に、水平面に略平行なＺ軸方向に振動する直線偏波と、水平面に略垂直なＹ軸方向に振動する直線偏波との２つであるので、本変形例２におけるλ／４板１１０は、主軸がＺ軸に対して略４５°の傾きを有して配置され、また、検光子１１１は、第１の透過軸がＺ軸に略平行（つまり水平面に対して０°）になるように配置されている。
【００４５】
特許文献１では、ループタイプの電流計測装置において、λ／４板１１０は、主軸がＺ軸に対して略平行となるように配置され、また、検光子１１１は、第１の透過軸がＺ軸に対して略４５°（つまり水平面に対して４５°）になるように配置されていたため、装置の組み立て作業が困難となると共に装置の大型化及びそれに伴うコストの増大を招くという問題があった。これに対し、本変形例２におけるループタイプの電流計測装置ＣＴ２の構成によると、図１や図４に示す反射タイプの電流計測装置ＣＴ及びＣＴ１と同様に、装置の組み立て作業を容易にすると共に、装置の小型化及びコスト削減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電流計測装置ＣＴの構成概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電流計測装置ＣＴの動作に関する第１説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電流計測装置ＣＴの動作に関する第２説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電流計測装置ＣＴの変形例１である電流計測装置ＣＴ１の構成概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電流計測装置ＣＴの変形例２である電流計測装置ＣＴ２の構成概略図である。
【図６】従来の電流計測装置に関する説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
ＣＴ、ＣＴ１、ＣＴ２…電流計測装置、１…光源、２…偏光子、３…ハーフミラー、４…偏波面保持ファイバ、５…第１のλ／４板、６…光ファイバセンサ、７…反射ミラー、８…第２のλ／４板、９…検光子、１０…第１のフォトダイオード、１１…第２のフォトダイオード、１２…信号処理回路
【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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