(57)【要約】【課題】ファラデー回転素子の構成を工夫することにより、小型で高感度の磁気センサを実現すること。【解決手段】ファラデー回転素子が有するファラデー効果を用いた磁気センサにおいて、  前記ファラデー回転素子は、薄い光透過部材の両面に、ベルデ定数が大きくて磁歪が小さな磁性体層が、自発磁化以下の厚さで光が透過できる厚さに形成されていることを特徴とするもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転素子が有するファラデー効果を用いた磁気センサにおいて、
前記ファラデー回転素子は、薄い光透過部材の少なくとも一方の面に、ベルデ定数が大きくて磁歪が小さな磁性体層が、自発磁化以下の厚さで光が透過できる厚さに形成されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記磁性体層が形成された前記ファラデー回転素子の両面に、偏光板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記各磁性体層の上に偏光板が形成された前記ファラデー回転素子の一方の面には光源を設け、他方の面には受光体を設けたことを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁性体層は、純鉄であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関し、詳しくは、ファラデー効果を用いた磁気センサにおける磁気検出感度の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサの一種に、特許文献１にも記載されているような、ファラデー効果を用いたものがある。
【０００３】
鉛ガラス、ＺｎＳｅ結晶、ＢＳＯ結晶などの光透過性の優れた磁気光学材料に外部から磁界を与えた状態で磁界と同じ方向に光を透過させると、磁気光学材料を透過する光の偏波面は、ファラデー効果により回転する。
【０００４】
図５は、このようなファラデー効果を用いた従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。図５において、光源１の出力光は偏光板２によって直線的に偏光され、たとえば鉛ガラスなどの磁気光学材料で構成されたファラデー回転素子３に入射される。
【０００５】
ファラデー回転素子３は、偏光板２を介して入射される光の偏光面を、ファラデー回転素子３に加えられる磁界の大きさＨに比例して回転させて出力する。このときの回転角θは、（１）式で与えられる。
【０００６】
θ＝ＶＨl      （１）
Ｖ：ベルデ定数（物質の種類と偏光の波長、温度に依存する定数）
Ｈ：磁界の強さ
ｌ：ファラデー回転素子３の光路長
【０００７】
ファラデー回転素子３で（１）式に基づき偏光面が回転された出力光は、偏光板２の出力光に対して４５度の偏光角度になるように設けられた偏光板４を介して受光素子５に入射される。
【０００８】
これにより、受光素子５は、ファラデー回転素子３に加えられる磁界の大きさＨを、偏光面の回転角に応じた光の強さとして検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２７２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図５の構成で、従来からファラデー回転素子３として使用されている鉛ガラスなどの材料は、ベルデ定数が比較的小さく（４．８５＊１０−２ｍｉｎ／Ａ程度）、感度を高くするためには、（１）式に示すファラデー回転素子３の光路長ｌを大きくする必要がある。
【００１１】
この結果、磁気センサが大型化することは避けられず、小型で高感度のセンサを作ることは困難であるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、ファラデー回転素子の構成を工夫することにより、小型で高感度の磁気センサを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ファラデー回転素子が有するファラデー効果を用いた磁気センサにおいて、
前記ファラデー回転素子は、薄い光透過部材の少なくとも一方の面に、ベルデ定数が大きくて磁歪が小さな磁性体層が、自発磁化以下の厚さで光が透過できる厚さに形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、
前記磁性体層が形成された前記ファラデー回転素子の両面に、偏光板を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の磁気センサにおいて、
前記各磁性体層の上に互いに偏光板が形成された前記ファラデー回転素子の一方の面には光源を設け、他方の面には受光体を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された磁気センサにおいて、前記磁性体層は、純鉄であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
これらにより、ファラデー回転素子が有するファラデー効果を用いた磁気センサの小型化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示す磁気センサの構成説明図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す磁気センサの構成説明図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す磁気センサの構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す磁気センサの構成説明図である。
【図５】従来の磁気センサの一例を示す構成説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。本発明の一実施例を示す磁気センサの構成説明図である。図１において、薄い光透過部材として用いるガラス板６の両面には、ベルデ定数が大きくて磁歪が小さな磁性体層７が所定の膜厚で形成され、ファラデー回転素子として構成されている。
【００２０】
このような磁性体層７としてはたとえば純鉄を用い、その膜厚としては、自発磁化以下の厚さで光が透過する厚さになるように、１０〜３０ｎｍに調整する。純鉄の膜厚を３０ｎｍとした場合におけるファラデー回転角は、飽和磁化の条件において（＞２．３Ｔ）、約１度になる。
【００２１】
磁性体層７が形成されたファラデー回転素子の両面には、たとえば互いに４５度の偏光角度になるように、それぞれ偏光板８、９が設けられている。なお、この偏光角度は、４５度に限るものではなく、検出目的に応じて任意に設定してもよい。
【００２２】
さらに、各磁性体層７の上に互いに４５度の偏光角度になるように偏光板８、９が形成されたファラデー回転素子の一方の面（たとえば偏光板８側）には光源として平面発光光源１０が設けられ、他方の面（たとえば偏光板９側）には受光体として多数の受光素子が２次元的に配列された平面受光体１１が設けられている。
【００２３】
平面発光光源１０としては、ＬＥＤや有機ＥＬなどの薄膜光源を用いる。
【００２４】
受光体１１としては、たとえば多数のシリコンフォトダイオードが、２次元的に配列されたものを用いる。
【００２５】
このように構成において、平面発光光源１０の出力光は偏光板８で直線変更され、ファラデー回転素子に入射される。
【００２６】
ファラデー回転素子に入射された光の偏光面は、入射光と平行な外部磁界の強さＨに比例した回転角で回転され、偏光板９に向けて出力される。
【００２７】
偏光面が入射光と平行な外部磁界の強さＨに比例した回転角で回転された光が、偏光板８に対して４５度の偏光角度になるように配置された偏光板９を透過することにより、受光体１１には外部磁界の大きさＨに対応した光強度の変化として入射される。
【００２８】
これにより、受光体１１は、入射光と平行な外部磁界の大きさＨを、光強度の変化として感度よく検出測定できる。
【００２９】
そして、ファラデー回転素子として、従来の鉛ガラスなどに比べてベルデ定数が非常に大きなたとえば純鉄のような磁性体を使用することにより、磁気センサの小型化が実現できる。
【００３０】
図２は本発明の他の実施例を示す磁気センサの構成説明図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図２の相違点は、図２の構成では、磁性体層７と偏光板８、９との間に、それぞれマイクロミラー１２を離散的に配置し、光が少なくとも２回以上折り返して磁性体層７を通過するようにしている点である。
【００３１】
このように構成することにより、磁界の検出感度をさらに高めることができる。
【００３２】
図３も本発明の他の実施例を示す磁気センサの構成説明図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図２と図３の相違点は、図３の構成では、磁性体層７と偏光板８、９との間に、図２のマイクロミラー１２に代えて、高屈折率と低屈折率の誘電体を多数層積み重ねた誘電多層膜１３をそれぞれ配置していることである。
【００３３】
このように構成することにより、入射した光の波長によって、両面の誘電多層膜１３間で共振が発生し、誘電多層膜１３を透過する光の一部が染み出して受光体１１に入射される。
【００３４】
これら誘電多層膜１３を透過して染み出す光の強さＩは（２）式で与えられ、（Ｂ）に示すように、ある反射回数ｎの値でピークを示す。
【００３５】
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【００３６】
Ａ：定数
Ｌ：共振距離
【００３７】
磁界によりピーク値での偏光面が回転し、偏光板８、９により光強度が変化するため、磁界の強さＨを測定できる。そして、共振により光は磁性体層７を繰り返して通過することから、磁界の検出感度は高くなる。
【００３８】
なお、平面発光光源１０として有機ＥＬを用い、受光体１１として有機薄膜フォトセンサを用い、磁性体層７以外の偏光板８、９や光透過部材６も全て有機材料を使用することにより、フレキシブルに曲げることができる磁気センサが作成できる。
【００３９】
磁気センサをフレキシブルに曲げることができると、モータの内側などの曲面に貼り付けて測定することが可能となる。
【００４０】
また、光源は、ＬＥＤや有機ＥＬなどの平面発光光源の他、ＬＥＤなどの光源から光ファイバを介して伝送することができる。
【００４１】
図１から図３に示す各磁性体層７の厚さは自発磁化以下の厚さにしなければいけないため、あまり厚くすることはできないが、図４に示すようにたとえばシリコン酸化層１４を間に挟んで磁性体層７と積層構造にすることにより、磁界の検出感度を上げることができる。
【００４２】
このように、従来の鉛ガラスの代わりに、Ｆｅなどの遷移金属が蒸着された薄いガラス板などの光透過部材を使用することで、ファラデー効果を用いた微小構造で高感度の磁気センサを作成できる。
【００４３】
磁性体層と偏光板の間に、微小ミラーを光が少なくとも２回以上折り返して磁性体層を通過するように配置することにより、さらに磁界の検出感度を上げることができる。
【００４４】
磁性体層と偏光板の間に誘電多層膜を配置することで入射光を共振させ、磁性体層を繰り返し通った光を測定することにより、磁界の検出感度を上げることができる。
【００４５】
磁性体以外の材料を全て有機材にすることにより、フレキシブルに曲げることが可能なセンサを作成でき、曲面での磁界測定が可能となる。
【００４６】
磁性体層を、シリコン酸化層などを磁性体層の間に挟んで何層も積み重ねた積層構造にすることによっても、磁界の検出感度を高くすることができる。
【００４７】
さらに、上記各実施例では、薄い光透過部材の両面に磁性体層を設ける例について説明したが、磁気センサの多少の感度の低下が許容されるのであれば、磁性体層は少なくともいずれか一方の面に設けられていればよい。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、ファラデー回転素子が有するファラデー効果を用いた小型で高感度の磁気センサを実現でき、各種の磁気センサとして好適である。
【符号の説明】
【００４９】
６  光透過部材
７  磁性体層
８、９  偏光板
９  レジスト
１０  光源
１１  受光体
１２  マイクロミラー
１３  誘電多層膜
１４  シリコン酸化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012198039.tif 000006
【図４】
2012198039.tif 000007
【図５】
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