(57)【要約】【課題】簡素な構成で漏洩磁界を高感度で検出できる磁気検出装置を提供する。【解決手段】光源２０からの光を入射して直線偏光を出射する偏光子３０と、検出対象物１００の磁性体１０２に漏洩磁界Ｈleakageを発生させる励磁手段６０と、検出対象物の上面１０１に近接配置されて、上方から入射した直線偏光を上方に反射するとともに直線偏光の偏波面を回転させる磁気光学素子１０と、磁気光学素子の所定の受光位置５１からの反射光を受光して電気信号に変換する受光素子からなる撮像素子５０と、反射光を受光素子に結像させる結像光学系７０と、反射光の光路上に介在して反射光の偏波面の回転角度に応じた強度の光を透過する検光子４０とを備え、励磁手段による磁界強度Ｈの分布は、受光位置に対して左右非対称であり、受光位置では上下いずれか一方向の磁界成分がバイアス磁界として磁気光学素子に印加されている磁気検出装置１ｂとしている。【選択図】  図６
2016020852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面上に磁性体が存在する検出対象物からの漏洩磁界の強度を光学的に読み取るための磁気検出装置であって、
前記検出対象物の一主面側を上方とするとともに、上下方向を法線とする面上で互いに直交する方向を前後および左右方向として、
光源からの光を入射して直線偏光を出射する偏光子と、
前記検出対象物の前記一主面に対して左右いずれかの一方向に磁界を印加するように構成されて、当該磁界により前記磁性体を磁化させて漏洩磁界を発生させる励磁手段と、
ファラデー効果を有する磁気光学物質からなる膜の下方に反射膜が積層されて、前記直線偏光を上方から入射して上方へ反射する磁気光学素子と、
前記磁気光学素子の所定の位置を受光位置として、当該受光位置からの反射光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えた撮像素子と、
前記磁気光学素子からの前記反射光を前記受光素子に結像させる結像光学系と、
前記磁気光学素子からの反射光が前記受光素子に結像するまでの光路上に介在する検光子と、
を備え、
前記磁気光学素子は、前記検出対象物の上面に近接しつつ対面して配置されるとともに、前記漏洩磁界により当該入射から出射までの光路で前記入射した直線偏光の偏波面を回転させ、
前記検光子は、前記反射光の直線偏光の偏波面の回転角度に応じた強度の光を透過し、
前記励磁手段による磁界強度の分布は、前記受光位置に対して左右非対称であり、当該受光位置では上下いずれか一方向の磁界成分がバイアス磁界として前記磁気光学素子に印加されている、
ことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記励磁手段は、二つの磁石が左右に離間して配置されてなり、
当該二つの磁石は、それぞれが上下方向に、かつ磁極が互いに逆になるように磁化されているとともに、前記受光素子による前記受光位置に対して左側と右側に配置されている、
ことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】
請求項２において、前記二つの磁石は、上下方向の位置が互いに異なっていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項４】
請求項３において前記二つの磁石は同じものであることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項５】
請求項２または３において、前記二つの磁石は大きさが互いに異なっていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかにおいて、前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に位置する領域からの反射光を受光するように配置されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項７】
請求項２〜５のいずれかにおいて、前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に対して左右いずれかの方向にずれた領域からの反射光を受光するように配置されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記撮像素子は、前記磁気検出対象物の前後方向の長さに渡って複数の前記受光素子を前後方向に並べたリニアイメージセンサであるとともに、前記磁気検出対象物を左右方向に搬送する副走査手段を備え、
前記磁気検出対象物の上面に二次元配置されている前記磁性体からの漏洩磁界を光学的に検出する、
ことを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は物質の磁気特性を光学的に読み取る磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の磁気特性を利用した検査装置としては、鋼板や鋼管などの磁性材料の表面に生じた欠陥部分を検出する磁気探傷装置、あるいは磁気インクによる情報が記録された紙幣の真贋を判定する紙幣鑑別装置などがある。これらの装置（以下、磁気検出装置とも言う）は永久磁石や電磁石を用いて磁気の検出対象物における磁性体を励磁させて漏洩磁界を発生させるとともに、その漏洩磁界の空間的な変化を磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やコイルなどの磁気センサを用いて検出するものがある。
【０００３】
また近年では、磁性ガーネットなどの磁気光学効果（以下、ファラデー効果とも言う）を有する物質（以下、磁気光学物質とも言う）からなる薄膜（以下、磁気光学膜とも言う）を用い、漏洩磁界の変化を光量の変化（以下、磁気画像とも言う）として検出する磁気光学式の磁気検出技術が注目されている。この磁気光学式の磁気検出技術を用いた磁気検出装置では、磁気光学膜を備えた素子（以下、磁気光学素子ともいう）と磁気画像を検出する素子（以下、撮像素子とも言う）が磁気センサとして機能することになる。そして、この種の磁気検出装置では、光量の変化を撮像素子を用いて検出することができるため、撮像素子としてフォトダイオードなどの受光素子を二次元配列してなるエリアイメージセンサ、あるいは受光素子を列方向に配置してなるリニアイメージセンサが組み込まれた既存の画像検査装置を漏洩磁界の検出用途に利用することができるとともに、空間的な漏洩磁界の変化を画像として可視化することができる。
【０００４】
図１に磁気光学式の磁気検出装置１による漏洩磁界の検出原理を示した。光源２０、互いにクロスニコルの関係にある偏光子３０と検光子４０、磁気光学素子１０、および撮像素子５０などを用いる。なお、撮像素子５０は上述したエリアイメージセンサやリニアイメージセンサに限らず、フォトダイオードなどの単一の受光素子であってもよい。
【０００５】
磁気光学素子１０は透明基板上に磁気光学膜と反射膜が順次積層された構造を有し、透明基板側から入射した光を反射膜で反射して再度透明基板側から出射するように配置されている。周知のごとく、磁気光学膜は、磁界が印加されると、膜面に入射された直線偏光の偏波面を磁界の大きさに応じた角度（ファラデー回転角ともいう）で回転させるように動作する。
【０００６】
図１に示した構成において、磁気検出対象物１００は、磁気光学素子１０の反射膜側に近接配置されており、磁気光学素子１０における磁気光学膜は、この磁気検出対象物１００からの漏洩磁界Ｈleakageが印加されると、透明基板側の面（以下、上面１１とも言う）から入射された直線偏光Ｂ１の偏波面を回転させる。さらにその偏波面が回転された直線偏光は、下面１２の反射膜で反射しさらに偏波面が回転して磁気光学素子１０の上面から出射する。この出射光Ｂ２が結合光学系７０を経て検光子４０に入射すると、検光子４０は偏波面のファラデー回転角度に応じた強度で光を透過させる。撮像素子５０は検光子４０を介して受光した光量に応じた電気信号を出力する。なお、一般的な磁気光学式の磁気検出装置では、検出対象物上の磁性体が磁化されていなかったり、あるいは磁化されていても経年劣化により磁界強度が低下したりした場合に対応して、磁化されていない磁性体を磁化したり、あるいは低下した磁界強度を復活させたりするための永久磁石や電磁石などからなる励磁手段を備えている。
【０００７】
上記構成の磁気光学式の磁気検出装置１では、撮像素子５０の受光素子の集積度と結像光学系７０を含めた光学的な構成により決定される視野によって検出範囲と解像度（以下、空間分解能ともいう）が決まり、磁気光学素子１０や撮像素子５０の感度によって漏洩磁界の検出範囲が決まる。例えば、撮像素子５０として周知のＣＣＤやＣＭＯＳのエリアイメージセンサを用いれば二次元上の広い検出範囲の漏洩磁界Ｈleakageを高い解像度で一括して面で検出することができる。撮像素子５０が個々の受光素子を線状に並べたリニアイメージセンサであっても、磁気検出対象物１００やリニアイメージセンサ自身を受光素子の配列方向と直交する方向に走査することで漏洩磁界を面で検出することができる。
【０００８】
なお本発明に関わる技術としては、以下の特許文献１に記載されている物体の磁気特性を検査する装置と方法（DEVICE AND METHOD FOR EXAMINING MAGNETIC CHARACTERISTICS OF OBJECTS）がある。また以下の非特許文献１は、磁気光学膜を用いた非破壊検査のシミュレーション技術（A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto−Optical Film）に関するものであり、磁気光学式の磁気検出装置の磁気検出原理や漏洩磁界の検出感度を高めるための手法などについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７８２１２５９号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Huy Minh LE 、外３名、「A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto−Optical Film」、E-Journal of Advanced Maintenance、 Vol.3,No.1(2011)、p. 25-38
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した磁気光学式の磁気検出装置では、磁気検出対象物からの漏洩磁界を高い空間分解能で広い範囲の漏洩磁界を面で一括して検出できる。しかし撮像素子としてエリアイメージセンサを用いる場合では、広い面積の磁気光学素子を漏洩磁界の検出範囲にわたって配置する必要がある。また磁気光学素子の各点から出射される光を撮像素子の個々の受光素子に結合させるための光学系も複雑になる。したがって、実際には広い面積にわたって漏洩磁界を検出する用途には向かない。一方リニアイメージセンサを用いれば、極めて広い領域にわたって漏洩磁界を検出することができ、しかも磁気光学素子の形状も帯状でよく、光学系も簡素な構成にできる。
【００１２】
ところで、磁気光学式の磁気検出装置（以下、磁気検出装置とも言う）は、漏洩磁界を光量の変化として検出するという観点からは確かに高い空間分解能を備えている。すなわち撮像素子を構成する受光素子の受光感度や分解能については高い性能を備えている。しかしながら、従来の磁気検出装置では磁気光学膜への磁界の印加状態に起因して非常に小さな漏洩磁界を検出することが難しい、という問題がある。
【００１３】
具体例として、磁気光学膜として磁性ガーネット膜を用いた磁気検出装置を挙げて上記問題について検証してみると、まず、受光素子による受光光量をｌoutとし、磁気光学膜におけるファラデー回転角をθＦ（ｄｅｇ）とすると、ｌoutは近似的に以下の式１のように表される。
【００１４】
【数１】
2016020852.tif 000003
なお式１におけるｌinとαは磁気検出装置の光学部材（照明など）やその配置などに由来するパラメータであり、ｌinは光源の光量であり、α（ｄｅｇ）は偏光子と検光子の光透過軸の交差角度である。一方ファラデー回転角θＦは、以下の式２により求められる。
【００１５】
【数２】
2016020852.tif 000004
式２は磁気光学膜の膜面に垂直に光が入射した場合のファラデー回転角を示している。θＦＣ（ｄｅｇ／ｃｍ）はファラデー回転係数、ｔ（ｃｍ）は磁気光学膜の膜厚、Ｈ⊥sat（ｋＡ／ｍ）は磁性ガーネット膜の膜面垂直方向の飽和に要する磁界であり、これらのパラメータ（θＦｃ、Ｈ⊥sat）は磁性ガーネット膜の材料特性によって決定する。Ｈ⊥（ｋＡ／ｍ）は磁性ガーネット膜に掛かる外部からの膜面垂直方向の磁界成分であり、磁気検出対象物からの漏洩磁界の垂直成分、すなわち垂直磁界Ｈ⊥leakage（ｋＡ／ｍ）に一致する。
【００１６】
ここで式１および式２に、例えば、θＦｃ＝５００００（ｄｅｇ／ｃｍ）、ｔ＝２×１０−４（ｃｍ）、Ｈ⊥sat＝８（ｋＡ／ｍ）とした場合の垂直磁界の大きさＨ⊥（ｋＡ／ｍ）と光量ｌoutとの関係を、偏光子と検光子の光透過軸の交差角度αをパラメータとして計算してみた。図２にその計算結果を示した。Ｈ⊥（ｋＡ／ｍ）の符号は磁界の印加方向の違いを表している。ここでは、当該計算結果として上記α（ｄｅｇ）をパラメータとするとともに、上記垂直磁界Ｈ⊥の大きさを横軸、受光素子による受光量を縦軸としたグラフを示した。なお、グラフの縦軸となる受光量は、受光素子が出力する電気信号を８ビット処理して数値化したものであり、飽和値が２５５となる値（以下、光濃淡値とも言う）によって示している。
【００１７】
この図２に示したグラフにおいて、α＝９０ｄｅｇとなるクロスニコルの配置では、垂直磁界Ｈ⊥（＝Ｈ⊥leakage）が０（ｋＡ／ｍ）のときに光濃淡値が最も小さくなる。すなわち受光素子は暗状態を検出する。そして垂直磁界Ｈ⊥の絶対値が増加するのに伴って光濃淡値も増加する、すなわち明状態になっていくことが分かる。しかし、漏洩磁界の大きさＨ⊥leakageは非常に小さく、Ｈ⊥＝０（ｋＡ／ｍ）の近傍では垂直磁界Ｈ⊥の変化に対して十分な光濃淡値の変化が得られない。すなわちコントラストが低い磁気画像しか得られない。そこでαをクロスニコル配置から僅かにずらすことによって（例えばα＝７８ｄｅｇ）、垂直磁界がＨ⊥が小さい領域でも大きな光濃淡値変化が得られるようにして実質的に増感させる方法がある。図２に示したように、計算上では偏光子と検光子の光学軸の交差角度αを変えることで、きわめて微弱な磁界強度でも光学的な濃淡として検出することができる。
【００１８】
ところが、実際に垂直磁界Ｈ⊥と光濃淡値との関係を測定してみると、図３に示したような結果となる。図３に示したグラフでは、図２に示した計算結果と同様に、交差角度αをクロスニコルの配置からずらすことで垂直磁界Ｈ⊥が小さい領域でも光濃淡値の変化が大きくなっているものの、光濃淡値の最小値も徐々に大きくなっている。またグラフ曲線における垂直磁界Ｈ⊥＝０（ｋＡ／ｍ）の近傍をよく見ると、当該曲線の傾きが図２に示した計算結果よりも小さくなっている。そのため、コントラストの高い磁気画像が得られない。この原因は磁性ガーネット膜に入射した直線偏光が磁気円二色性により楕円偏光になることにより消光性が劣化したためであると考えられる。磁気円二色性の影響は光源の波長によっても変わり、磁気光学式の磁気検出技術でよく用いられる可視光帯域ではその影響がより顕著となる。
【００１９】
なお上記非特許文献１には、感度を向上させるために磁気光学膜に対し、膜面に垂直な方向にバイアス磁界を印加する方法について記載されている。概略的には、磁気光学膜にかかる垂直磁界成分Ｈ⊥を、検出対象物からの漏洩磁界Ｈ⊥leakageにバイアス磁界Ｈ⊥biasを重畳した状態で検出する。すなわち、以下の式３に基づいて磁気画像を検出する。
【００２０】
【数３】
2016020852.tif 000005
ここで、図３に示したグラフにおいてα＝９０ｄｅｇであるときの曲線を見ると、例えば、＋６ｋＡ／ｍの一定磁界がバイアス磁界Ｈ⊥biasとして印加されていれば、漏洩磁界Ｈ⊥leakageの変化が小さくても光濃淡値が大きく変化するため、高コントラストの磁気画像が得られることが分かる。しかしながら、バイアス磁界Ｈ⊥biasを印加するためには、磁気検出対象物を励磁するための電磁石あるいは永久磁石に加え、このバイアス磁界Ｈ⊥biasを発生させるための構成を追加する必要があり、磁気検出装置の部品点数が増加し、装置自体も大型化する。
【００２１】
そこで本発明は、簡素な構成で磁気検出対象物からの漏洩磁界を高感度で検出できる磁気検出装置を提供することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するための本発明は、一主面上に磁性体が存在する検出対象物からの漏洩磁界の強度を光学的に読み取るための磁気検出装置であって、
前記検出対象物の一主面側を上方とするとともに、上下方向を法線とする面上で互いに直交する方向を前後および左右方向として、
光源からの光を入射して直線偏光を出射する偏光子と、
前記検出対象物の前記一主面に対して左右いずれかの一方向に磁界を印加するように構成されて、当該磁界により前記磁性体を磁化させて漏洩磁界を発生させる励磁手段と、
ファラデー効果を有する磁気光学物質からなる膜の下方に反射膜が積層されて、前記直線偏光を上方から入射して上方へ反射する磁気光学素子と、
前記磁気光学素子の所定の位置を受光位置として、当該受光位置からの反射光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えた撮像素子と、
前記磁気光学素子からの前記反射光を前記受光素子に結像させる結像光学系と、
前記磁気光学素子からの反射光が前記受光素子に結像するまでの光路上に介在する検光子と、
を備え、
前記磁気光学素子は、前記検出対象物の上面に近接しつつ対面して配置されるとともに、前記漏洩磁界により当該入射から出射までの光路で前記入射した直線偏光の偏波面を回転させ、
前記検光子は、前記反射光の直線偏光の偏波面の回転角度に応じた強度の光を透過し、
前記励磁手段による磁界強度の分布は、前記受光位置に対して左右非対称であり、当該受光位置では上下いずれか一方向の磁界成分がバイアス磁界として前記磁気光学素子に印加されている、
ことを特徴とする磁気検出装置としている。
【００２３】
前記励磁手段が二つの磁石が左右に離間して配置されてなり、
当該二つの磁石のそれぞれが上下方向に、かつ磁極が互いに逆になるように磁化されているとともに、前記受光素子による前記受光位置に対して左側と右側に配置されている磁気検出装置とすることもできる。
【００２４】
前記二つの磁石の上下方向の位置が互いに異なっている磁気検出装置とすることができる。そして二つの磁石は同じものであってもよいし、異なっていてもよい。前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に位置する領域からの反射光を受光するように配置されていてもよいし、前記左右の磁石間の距離の中央に対して左右いずれかの方向にずれた領域からの反射光を受光するように配置されていてもよい。
【００２５】
上記いずれかの磁気検出装置において、前記撮像素子は、前記磁気検出対象物の前後方向の長さに渡って複数の前記受光素子を前後方向に並べたリニアイメージセンサであるとともに、前記磁気検出対象物を左右方向に搬送する副走査手段を備え、
前記磁気検出対象物の上面に二次元配置されている前記磁性体からの漏洩磁界を光学的に検出する、
ことを特徴とする磁気検出装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る磁気検出装置によれば、簡素な構成とすることができるとともに、磁気検出対象物からの漏洩磁界を高感度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】磁気光学式の磁気検出装置における磁界検出原理を説明するための図である。
【図２】磁気光学式の磁気検出装置による磁気検出特性を示す図である。
【図３】磁気光学式の磁気検出装置の問題点を説明するための図である。
【図４】本発明の比較例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。
【図５】上記比較例における励磁手段の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。
【図７】上記第１の実施例における磁気検出特性を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。
【図９】上記第２の実施例における磁気検出特性を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１１】上記第３の実施例における磁気検出特性を示す図である。
【図１２】本発明のその他の実施例に係る磁気検出装置が備える励磁手段の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
【００２９】
＝＝＝比較例に係る磁気検出装置＝＝＝
図４は本発明の比較例となる磁気検出装置（以下、比較例１ａとも言う）の構成を示す図である。図４（Ａ）は、当該比較例１ａの構成を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は比較例１ａの構成を一方向から見たときの側面図である。また図４（Ｃ）は比較例１ａを構成する磁気光学素子１０の構造を示す図である。比較例１ａは、磁気インクからなる磁性体によって何らかの情報が記録された紙媒体を磁気検出対象物（以下、検出対象物１００）とし、磁気インクからの漏洩磁界を検出するための構成として、磁気光学素子１０、光源２０、偏光子３０、検光子４０、リニアイメージセンサ（以下、ラインセンサ５０とも言う）、励磁手段６０、結像光学系７０を備えている。
【００３０】
ここで、検出対象物１００において磁気インクによる情報が記録されている面を上面１０１として上下方向を規定することとする。またラインセンサ５０の延長方向を前後方向とし、前方から見たときに光源２０が左方に配置されることとして前後、左右の各方向を規定することとする。また前後左右の方向を含む面を水平面とする。したがって図４（Ａ）は比較例１ａを左前上方から見たときの斜視図であり、（Ｂ）は前方から見たときの側面図（正面図）となる。以下に比較例１ａの構成や動作についてより詳しく説明する。
【００３１】
検出対象物１００の上方には平板状の磁気光学素子１０が対面するように近接配置されている。図４（Ｃ）に示したように、磁気光学素子１０は、透明基板１３を最上層として下方に向かって磁気ガーネット結晶などからなる磁気光学物質を薄膜状にしてなる磁気光学膜１４、誘電体ミラーなどからなる反射膜１５、保護膜１６がこの順に積層された構造を有している。
【００３２】
ラインセンサ５０は前後方向に受光素子を並べた構成である。各受光素子の受光部は下方を向いており、下方から上方に向かう光を受光してその受光強度に応じた電気信号を出力する。そして比較例１ａでは、ラインセンサ５０において受光素子が配列されている前後方向を主走査方向とするとともに、当該主走査方向と直交する左右方向を副走査方向としている。すなわち、検出対象物１００を副走査方向に沿って移動させながら主走査方向の漏洩磁界を順次検出するように構成されている。それによって検出対象物１００上に配置されている磁気インクからの漏洩磁界を二次元の画像として検出できるようになっている。
【００３３】
まず比較例１ａにおける光学構成について説明する。ラインセンサ５０に対して左方には光源２０と偏光子３０が配置されている。光源２０は、例えば、前後方向に点光源を並べた構成を有して右方に向かって光Ｂ１１を出射する。偏光子３０は、前後方向に延長しつつ左右方向を法線方向とした光の入出射面を有している。したがって偏光子３０は、光源２０から光Ｂ１１を左方から入射して直線偏光Ｂ１２を右方に向けて出射する。また、ラインセンサ５０の下方には水平面と平行な面を光の入出射面として前後方向に延長する検光子４０が配置されている。結像光学系７０は偏光子３０が右方に向けて出射した直線偏光Ｂ１２を磁気光学素子１０の上面１１に垂直に入射させるともに（Ｂ１２→Ｂ１３）、磁気光学素子１０からの反射光Ｂ１４をラインセンサ５０を構成する個々の受光素子に結像させる構成を有している。この例では、所謂「同軸落射型」の光学系を採用している。
【００３４】
同軸落射型の結像光学系７０は、ハーフミラーなどのビームスプリッタ（以下、ハーフミラー７１とも言う）とレンズアレイ７２とによって構成することができる。レンズアレイ７２は上下方向に光軸を有する微小なレンズを前後方向に並べたものである。レンズアレイ７２の下方に配置されているハーフミラー７１は、左方から右方に向かう光については下方に向けて反射し、下方から鉛直上方に向かう光についてはそのまま透過させるように配置されている。したがって、偏光子３０が出射した直線偏光Ｂ１２は、ハーフミラー７１により下方に向けて屈曲して磁気光学素子１０の上面１１に垂直に入射する。この入射光Ｂ１３は磁気光学素子１０の反射膜１５にて上方に向けて反射され、当該反射光Ｂ１４はハーフミラー７１を透過し、その透過光Ｂ１４がレンズアレイ７１を経て検光子４０に入射する。検光子４０は結合光学系７０を経て入射した反射光Ｂ１５の偏波面の方向に応じた強度の光を出射する。そして、その出射光Ｂ１６がラインセンサ５０における受光素子に結像する。
【００３５】
なお上記光学構成において、光源２０としてはレーザー発振器やＬＥＤなどを採用することができる。光源２０は点光源を前後方向に配列させた構成であってもよいし、点光源をくさび形の導光板を用いて線状に光を出射する所謂エッジライト方式の光源であってもよい。また図中では、光源２０から結像光学系７０に至る光路（Ｂ１１、Ｂ１２）の途上に介在するレンズなどついては省略している。
【００３６】
つぎに比較例１ａにおける漏洩磁界の検出動作について説明する。比較例１ａによる漏洩磁界の検出原理については先に図１に基づいて説明したものと同様である。すなわち、磁気光学素子１０が入射した直線偏光Ｂ１３の偏波面を漏洩磁界の強度に応じて回転させ、ラインセンサ５０における個々の受光素子により磁気光学素子１０からの出射光Ｂ１４を検光子４０を介して受光させる。受光素子は受光強度に応じた電気信号を出力する。以下では、比較例１ａにおける漏洩磁界の発生動作と漏洩磁界の発生状態との関係について説明する。
【００３７】
検出対象物１００における磁気インクを励磁して漏洩磁界を発生させるための励磁手段６０は、図４（Ｂ）に示したように、前後方向に延長する二つの角柱状の永久磁石（以下、磁石６１、磁石６２とも言う）をラインセンサ５０を中心として左右対称に配置された構成となっている。またそれぞれの磁石（６１、６２）は上下に磁極を有し、その磁極の方向が互いに異なっている。励磁手段６０は、当該構成により検出対象物１００の上面１０１に左右方向の励磁用磁界を印加する。
【００３８】
図５に当該比較例１ａにおける磁気的な構成を示した。なお、この図５では光源２０と偏光子３０を省略している。この図に示したように、レンズアレイ７２における各レンズの光軸２００を中心にして二つの同じ磁石（６１、６２）が左右対称に配置されていることから、磁気光学素子１０が配置されている領域内でラインセンサ５０による受光位置５１には励磁手段６０による励磁用磁界Ｈが水平方向に印加されることになる。それによって、この受光位置５１では、磁気光学素子１０の磁気光学膜１４を垂直な方向に磁気飽和させるのに要する磁界（Ｈ⊥satとする）以上の磁界が印加されることがない。すなわち、漏洩磁界Ｈleakageによってファラデー回転角が必ず変化する。
【００３９】
ところで比較例１ａの励磁手段６０による励磁用磁界Ｈは、磁気光学素子１０の面（１１、１２）に平行な磁界成分Ｈ//と垂直な磁界成分Ｈ⊥とに分けることができるが、Ｈ//の大きさは磁気光学素子１０の下方に配置される検出対象物１００の磁気インク１０２を磁化して漏洩磁界Ｈleakageを発生させるのに十分な大きさである。その一方で、Ｈ⊥は二つの磁石間（６１−６２）の中心において上下の方向が逆転するためゼロとなる。また、ラインセンサ５０による受光位置５１が磁石間（６１−６２）の中心位置と一致するので、磁気光学素子１０に印加される垂直磁界成分Ｈ⊥もゼロとなる。したがって受光素子による受光強度は、平行磁界成分Ｈ//によって磁化された磁気インク１０２からの漏洩磁界Ｈleakageの垂直成分（Ｈ⊥leakageとする）のみによって変化することになる。これは、先に図２や図３に示したように、偏光子２０と検光子４０をクロスニコルの関係で配置した場合には検出感度が低くなり、クロスニコルの関係から僅かにずらせば磁気光学膜の磁気円二色性により消光比が劣化するということを意味する。そこで本発明の実施例に係る磁気検出装置では、上記比較例１ａと同じ構成要素を備えつつ、各構成要素の配置や構造などを工夫することで、漏洩磁界の検出感度を向上させることに成功している。以下に、その配置や構造が異なる各種実施例をいくつか挙げる。
【００４０】
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
図６は第１の実施例に係る磁気検出装置（以下、第１の実施例１ｂとも言う）の概略図である。この図においても光源２０と偏光子３０を省略している。第１の実施例１ｂは、比較例１ａと同じ構成要素を備えているものの、各構成要素間の相対的な配置関係が異なっている。具体的には、励磁手段６０を構成する二つの磁石（６１、６２）がラインセンサ５０および結像光学系７０の光軸２００に対して左右非対称に配置されている。この例では、上記光軸２００が二つの磁石（６１、６２）の左右中央２０１に対して右方に距離Δｘだけ離間して配置されている。それによって、磁気光学素子１０におけるラインセンサ５０の受光位置５１に励磁磁界Ｈの垂直成分Ｈ⊥が十分なバイアス磁界Ｈ⊥biasとして印加されるようになっている。ここで第１の実施例１ｂの特性を評価するために、Δｘの値と磁気光学素子１０に印加される励磁磁界Ｈの大きさとの関係を調べた。なお、使用した磁石（６１、６２）は、上下高ｈ＝８ｍｍ、左右幅ｗ＝８ｍｍ、前後長（Ｌとする）＝１００ｍｍのサイズを有するネオジム磁石であり、左右に間隔Ｄ＝１５．５ｍｍを設けて対面させた。また、図３（Ｃ）に示した磁気光学素子１０における磁気光学膜１４から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離ｄを２．９ｍｍとした。磁気光学素子１０の下面１２からの磁気光学素子１０の下面１２なお、磁石（６１、６２）の磁極は比較例１ａと同様である。なお磁気光学素子１０を構成する磁気光学膜１４、反射膜１５および保護膜１６は基板１３に対して非常に薄いため、上下方向における磁気光学膜１４の位置を磁気光学素子１０の下面１２位置と見なしても問題はない。そこで、本実施例を含む以下の各実施例では、磁気光素子１０の下面１２から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離を磁気光学膜１４から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離ｄとして測定している。
【００４１】
図７に二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１に対する副走査方向の位置ｘと、磁気光学素子１０に印加される励磁用磁界Ｈの大きさとの関係を示した。図７（Ａ）は励磁用磁界Ｈの垂直成分Ｈ⊥と位置ｘとの関係を示すグラフであり、図７（Ｂ）は左右方向の水平成分Ｈ//との関係を示すグラフである。ここでは磁石間（６１−６２）の中心２０１の位置をｘ＝０として、そのｘ＝０の位置に対して副走査方向左側の距離をマイナスの値で示している。したがってｘ＝０ｍｍであれば、二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１にラインセンサ５０の光軸２００があり、比較例１ａと同じ構成となる。そしてｘ＝０ｍｍではＨ⊥成分はゼロであり感度が低くなる。一方、第１の実施例１ｂに対応して、例えば、ｘ＝２．５ｍｍの位置ではＨ⊥＝２．３ｋＡ／ｍとなり、このＨ⊥成分がバイアス磁界Ｈ⊥biasとして磁気光学素子１０に印加される。すなわち先に示した式３に基づいて感度を大きくすることができる。
【００４２】
また図７（Ｂ）に示したように、水平成分Ｈ//についてはｘ＝０から離間するのに従って若干増加するため、ラインセンサ５０による受光位置５１がｘ＝０から離間していても磁気インク１０２は十分に磁化されて漏洩磁界Ｈleakageが小さくなることはない。このように第１の実施例１ｂでは、磁気インク１０２を磁化させるための励磁手段６０が磁気光学素子１０にバイアス磁界Ｈ⊥biasを印加する手段を兼ねており、簡素な構成としながら微小な漏洩磁界Ｈleakageを高感度で検出することができる。
【００４３】
なおｘの値とバイアス磁界Ｈ⊥biasの大きさの関係は、磁石間（６１−６２）の距離Ｄや検出対象物１００と磁気光学膜１４との距離によって決定される。また必要なバイアス磁界Ｈ⊥biasの大きさは、磁気光学素子１０を飽和させるのに要する磁界Ｈ⊥satやラインセンサ５０における個々の受光素子が検出可能な光強度範囲によって変わる。例えば、第１の実施例１ｂの構成において、磁石（６１、６２）の下面６３と磁気光学膜１４までの距離をｄ＝５．８ｍｍとした場合には、ｘに対する磁界Ｈの強度変化が大きくなり、ｘ＝２．５ｍｍの位置でＨ⊥＝１４ｋＡ／ｍのバイアス磁界Ｈ⊥biasをかけることができた。いずれにしても、使用する磁気光学素子１０における飽和磁界強度Ｈ⊥satを考慮しつつ、励磁用磁界Ｈに対する光濃淡値の変化が最も大きくなるように第１の実施例１ｂの各構成要素の位置や物性を設定すればよい。
【００４４】
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る磁気検出装置は、受光素子による受光位置に対して励磁手段による磁界強度分布が左右方向で非対称であり、その受光位置における上下方向の磁界を磁気光学素子に印加するバイアス磁界として利用することを特徴としている。第１の実施例１ｂでは、励磁手段６０を構成する二つの同じ磁石間（６１−６２）の中心２０１に対してラインセンサ５０の受光位置５１を左右のいずれかの方向にずらすこととしていた。
【００４５】
本発明の第２の実施例では、第１の実施例１ｂとは異なる方法で受光位置５１における励磁用磁界Ｈが左右非対称となるようにしている。図８に第２の実施例に係る磁気検出装置（以下、第２の実施例１ｃとも言う）について、光源と偏光子を除いた構成を示した。第２の実施例１ｃの構成要素は比較例１ａや第１の実施例１ｂと同様であるが、比較例１ａに対し、二つの磁石（６１、６２）の一方が他方に対して上下方向にΔｚの距離だけ離間している。
【００４６】
ここで第２の実施例１ｃの特性を検討するために、第１の実施例１ｂで用いたものと同じ２個のネオジム磁石を励磁手段６０として用いるとともに、磁性ガーネット膜を磁気光学膜とした磁気光学素子１０を用い、Δｚと励磁手段６０による励磁用磁界Ｈの強度分布との関係を調べた。具体的には、磁気光学素子１０の上面１１と右方の磁石６２の下面６３との距離ｄをｄ＝２．９ｍｍとし、左方の磁石６１については右方の磁石６２に対してΔｚｍｍだけ上方に配置した。なお磁石（６１、６２）の大きさ（ｗ、ｈ、Ｌ）や磁石間（６１−６２）の距離Ｄは第１の実施例と同様である。
【００４７】
図９は、Δｚをパラメータとして、二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１に対する副走査方向の位置ｘと、磁気光学素子１０に印加される励磁用磁界Ｈの大きさとの関係を示した。図９（Ａ）は励磁用磁界Ｈの垂直成分Ｈ⊥と位置ｘとの関係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は左右方向の水平成分Ｈ//との関係を示すグラフである。図９（Ａ）より、Δｚの増加に伴ってＨ⊥が大きくなり、ｘ＝０ｍｍの位置でも、Δｚ＝０．５ｍｍとすることでＨ⊥＝３．３６ｋＡ／ｍが得られ、このＨ⊥をバイアス磁界Ｈ⊥baiasとして磁気光学素子１０に印加することができる。すなわち漏洩磁界Ｈleakageの検出感度を大きくすることが可能となる。また図９（Ｂ）より励磁用磁界Ｈの水平成分Ｈ//はΔｚの大きさに依らず、ほとんど変化しない。すなわち、磁気インク１０２からの漏洩磁界Ｈleakageの大きさが小さくなることはない。
【００４８】
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
本発明の第３の実施例は、ラインセンサ５０の受光位置５１に対して左右非対称な磁界を発生させるために左右の磁石（６１、６２）の大きさを変えている。図１０に本発明の第３の実施例に係る磁気検出装置（以下、第３の実施例１ｄとも言う）について、光源と偏光子を除いた構成を示した。左右の磁石（６１、６２）は、左右幅ｗと前後方向の長さＬが同じであるが、上下方向の高さ（ｈ１、ｈ２）が異なっている。図示した例では、左右の磁石（６１、６２）は、ラインセンサ５０の光軸２００に対して左右対称に配置されているとともに、左右の磁石（６１、６２）の下面６３から磁気光学膜１４までの距離ｄも同じとなっている。しかし左方の磁石６１の上下方向の高さｈ１が右方より大きく（ｈ１＞ｈ２）、左方の磁石６１は右方の磁石６２よりも体積が大きくなっている。
【００４９】
ここで第３の実施例１ｄの特性を検討するために、二つのネオジム磁石を用いて励磁手段６０を構成するともに、右方の磁石６２については第１および第２の実施例（１ｂ、１ｃ）で用いたものと同じサイズのものを用いた。磁気光学素子１０の上面１１と左右の磁石（６１、６２）の下面６３との距離ｄも先の実施例（１ｂ、１ｃ）と同様にｄ＝２．９ｍｍとした。そして左方の磁石６１と右方の磁石６２の体積比をパラメータとして副走査方向の位置ｘと励磁手段６０による励磁用磁界Ｈの強度分布との関係を調べた。なお、左右の磁石（６１、６２）の体積比は（ｗ×Ｌ×ｈ１）／（ｗ×Ｌ×ｈ２）であることから、当該体積比は各磁石（６１、６２）の上下方向の高さの比（ｈ１／ｈ２）で表すことができる。
【００５０】
図１１に体積比ｈ１／ｈ２＝１．１〜１．５としたときのｘと垂直方向の磁界強度Ｈ⊥との関係を示した。受光位置における励磁用磁界の垂直成分Ｈ⊥と水平成分Ｈ//の強度分布と副走査方向の位置ｘとの関係を示した。図１１より、体積比ｈ１／ｈ２の増加に伴ってＨ⊥が大きくなり、ｘ＝０ｍｍの位置でも、ｈ１／ｈ２＝１．５とすることでＨ⊥＝４．５ｋＡ／ｍが得られ、このＨ⊥をバイアス磁界Ｈ⊥biasとして磁気光学素子１０に印加することができる。すなわち磁気の検出感度を大きくすることが可能となる。なお励磁用磁界Ｈの水平成分Ｈ//は実施例１、２と同様にほとんど変化しないことを確認した。
【００５１】
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記各実施例の構成を適宜に組み合わせることができる。例えば、図８に示した第２の実施例１ｃと、図６に示した第１の実施例１ｂとを組み合わせて、ラインセンサ５０の受光位置５１を磁石間（６１−６２）の中心２０１から副走査方向にずらしてもよい。
【００５２】
上記各実施例では、励磁手段として、二つ一組の永久磁石を検出対象物の上方に配置しているが、もう一組の永久磁石を検出対象物の下側に配置し、より均一な平行磁界を検出対象物に印加することとしてもよい。もちろん、一定磁界を印加できるのであれば励磁手段を電磁石によって構成してもよい。また検出対象物に対して左右水平方向の磁界を印加できるのであれば、励磁手段は一つの磁石で構成されていてもよい。例えば、図１２に示したように、検出対象物１００の下方に左右に延長する一つの永久磁石６４を配置し、その磁石６４の左右両端を磁極にすれば、検出対象物１００に水平方向の励磁用磁界Ｈを印加して漏洩磁界Ｈleakageを発生させることができる。
【００５３】
上記各実施例では主走査方向に延長するラインセンサを用い、検出対象物を副走査方向に搬送することで検出対象物上の磁界強度分布を面で検出していたが、上記各実施例は一つの受光素子を用いた磁界検出用途にも適用できる。すなわち直線上の磁界強度分布や磁性体の一点における磁界強度を検出するように変更することもできる。また検出対象物を主走査方向と副走査方向の双方に搬送可能な機構を用いれば、一つの受光素子であっても磁界強度分布を面で検出することができる。
【００５４】
上記各実施例では検光子４０が結像光学系７０とラインセンサ５０間の光路上に介在していたが、磁気光学素子１０からの出射光が結像光学系７０に入射する前の光路上であってもよい。磁気光学素子１０にて偏波面が回転された後の直線偏光が通る光路上の適宜な位置に検光子４０が介在していればよい。また結像光学系７０は同軸落射型に限らず、先に図１に示したように、磁気光学素子１０に対して光源２０から斜め方向の光Ｂ１を入射して正反射方向に出射する光Ｂ２をラインセンサ５０などの撮像素子にて受光させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１、１ａ〜１ｄ  磁気検出装置  １０  磁気光学素子、１４  磁気光学膜、１５  反射膜、２０  光源、３０  偏光子、４０  検光子、
５０  リニアイメージセンサ（ラインセンサ）または受光素子、５１  受光位置  
６０  励磁手段、６１、６２、６４  永久磁石、７０  結像光学系、
７１  ハーフミラー、７２  レンズアレイ、２００  受光素子の光軸、Ｈ  励磁用磁界、
Ｈleakage  漏洩磁界
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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