(57)【要約】【課題】センサ部にファラデー素子と位相差板を用いる光電流センサにおいて、位相差板に精密な加工を施す必要なしに、ファラデー素子のベルデ定数の温度依存性や位相差板の温度縮小性の影響を排除すること。【解決手段】波長板16とファラデー素子17で構成される最適化センサコイル17及び反射端子19と、センサコイル17から得られる複数の波長成分の光強度を検出する光学フィルタ100ａ，100ｂ及び検出器20ａ，20ｂと、検出した複数の波長成分の光強度によりセンサコイル17の出力の温度特性を補正する開ループ信号処理部21ａ，21ｂ及び演算回路102とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長板とファラデー素子で構成されるセンサと、
前記センサから得られる複数の波長成分の光強度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した複数の波長成分の光強度により前記センサの出力の温度特性を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする光電流センサ。
【請求項２】
前記波長板は、温度変化に対して線形的なリターダー変化を呈することを特徴とする請求項１記載の光電流センサ。
【請求項３】
前記波長板は、複屈折結晶を用いることを特徴とする請求項１または２記載の光電流センサ。
【請求項４】
前記波長板は、偏波面保持ファイバを用いることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の光電流センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、通過波長成分の異なる複数の光学フィルタと光検出器を組み合わせて構成することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の光電流センサ。
【請求項６】
前記複数の光学フィルタの通過波長成分は、前記センサから得られる光の強度がピークとなる波長に応じて設定されることを特徴とする請求項５記載の交流用光電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ部にファラデー素子と位相差板（波長板）を用いた光電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ部にファラデー素子と位相差板（波長板）を用いた光電流センサとしては、様々なものが提案されている。例えば、下記特許文献１記載の「光電式電流センサーのセンサーヘッドの製造方法」では、電流導体の回りに巻かれたファラデー素子であるセンサ部品の両端部に位相差板である位相差部品が設けられてセンサが構成されている。また同特許文献１の光電流センサでは、ファラデー素子のベルデ定数の温度特性を相殺する温度依存性を持つ位相差部品を適用することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５１７９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、そのような位相差部品を用いるためには、当該位相部品に対する精密な加工が必要となる。これは、一般に位相差部品の温度依存性が、温度変化に伴う光学光路長の変化によって生じるためであり、ファラデー素子のベルデ定数の温度依存性を相殺するように、位相差部品（波長板）の光伝播方向の長さ及び厚さを精密に定める必要があることに起因する。このような光電流センサによれば、温度特性が安定したセンサを提供することができる反面、精密な位相差部品（波長板）の加工が必要となり、位相差部品の歩留まりの低下や加工コストの上昇といった課題を生じることになる。
【０００５】
本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサ部にファラデー素子と位相差板を用いる光電流センサにおいて、位相差板に精密な加工を施す必要なしに、ファラデー素子のベルデ定数の温度依存性や位相差板の温度縮小性の影響を排除することが可能な光電流センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る光電流センサは、波長板とファラデー素子で構成されるセンサと、前記センサから得られる複数の波長成分の光強度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した複数の波長成分の光強度により前記センサの出力の温度特性を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、位相差板に精密な加工を施す必要なしに、ファラデー素子のベルデ定数の温度依存性や位相差板の温度縮小性の影響を排除することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る光電流センサ全体の回路構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る検出波長が異なる２出力の温度に対する関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。  
図１は、一実施形態に係る光電流センサの全体構成を示す図である。同図で、１０は光源であり、干渉性の小さなＬＥＤ（発光ダイオード）やＳＬＤ（スーパールミネッセンスダイオード）、ＡＳＥ（自然放出光）光源など波長スペクトルの広い光源素子が用いられ、白色光源や２波長光源等も適用可能となる。
【００１０】
この光源１０の発した光が、カップラ１１及び偏光子１２の中を伝播して４５度スプライス１３に達し、この４５度スプライス１３で当該光学回路の残り部分を通じて維持される２つの偏光状態に等分される。
【００１１】
圧電複屈折変調器１４が４５度スプライス１３からの光の位相を異ならせるように変調して２つの偏光状態にする。この圧電複屈折変調器１４は、方形波または正弦波のいずれかを発振する変調発振器７１によって駆動される。
【００１２】
圧電複屈折変調器１４で変調された光は、遅延ライン１５を通過し、２つの線偏光状態を２つの円偏光状態に変換するモード変換器１６を通過して最適化センサコイル１７に至る。モード変換器１６は、例えば水晶のような複屈折結晶や、偏波面保持ファイバのような複屈折性ファイバなど、温度変化に対してリターダ変化を呈する位相差板（波長板）を用いる。前記最適化センサコイル１７は、検出対象である導電ワイヤ１８に巻回され、先端に反射端子１９が取付けられる。
【００１３】
最適化センサコイル１７を伝播した光は、前記反射端子１９で反射し、その光学回路を逆に辿り、前記カップラ１１の一端を介し、さらにカップラ１０１で２分岐されて、光学フィルタ１００ａ，１００ｂを介して検出器２０ａ，２０ｂに至る。
【００１４】
前記光学フィルタ１００ａ，１００ｂは、それぞれ異なる中心波長λ１，λ２の光を選択的に通過させる。これら中心波長λ１，λ２は、前記光源１０の出射する光の波長帯域に含まれる範囲内で、且つその発光強度も勘案して、なるべく離れた値が設定される。
【００１５】
検出器２０ａが検出する中心波長λ１の光の強度を、開ループ信号処理部２１ａが導電ワイヤ１８を流れる電流の大きさに変換し、出力２２ａとして演算回路１０２へ出力する。同様に、前記検出器２０ｂが検出する中心波長λ２の光の強度を、開ループ信号処理部２１ｂが導電ワイヤ１８を流れる電流の大きさに変換し、出力２２ｂとして演算回路１０２へ出力する。
【００１６】
なお前記変調発振器７１は、検出器２０ａが検出した光の強度を基準として発振動作が制御されるものとする。
【００１７】
前記演算回路１０２は、前記出力２２ａ，２２ｂを用い、後述する演算手法により温度特性の影響を相殺した導電ワイヤ１８の電流値を算出して出力１０３とする。
【００１８】
次に前記実施形態の動作について説明する。
【００１９】
前記反射端子１９、最適化センサコイル１７及びモード変換器１６で構成されるセンサ部に温度変化が生じた場合、最適化センサコイル１７のベルデ定数の温度依存性や、モード変換器１６の線形的な温度依存性により、出力２２ａ，２２ｂが変化する。
【００２０】
また、光の波長によってもモード変換器１６の温度依存性が変化するため、出力２２ａ，２２ｂの温度に対する大きさは、模式的に図２に示すように表現できる。
【００２１】
この図２において、開ループ信号処理部２１ａの出力２２ａは、開ループ信号処理部２１ｂの出力２２ｂに比して相対的に値が高く、且つ温度の上昇に対する大きさの増加度も高くなっている。しかしながら、これら出力２２ａ，２２ｂの大きさの温度に対応した傾きはいずれも一定であるため、演算回路１０２は前記出力２２ａ，２２ｂから温度変化による影響を排除した、導電ワイヤ１８を流れる電流値を出力１０３として算出する。
【００２２】
以下、演算回路１０２による具体的な演算方法について説明する。  
導電ワイヤ１８に流れる電流をＩ、センサ部での温度をＴ、出力２２ａ，２２ｂの大きさをOUT(a)，OUT(b)とすると、OUT(a)，OUT(b)は前記図２で示したような関係となるため、  
OUT(a)＝Ｉ×(ａ１×Ｔ＋ｂ１)                                        …(1)  
OUT(b)＝Ｉ×(ａ２×Ｔ＋ｂ２)                                        …(2)  
（但し、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は最適化センサコイル１７のベルデ定数の温度依存性とモード変換器１６の波長に依存した温度特性により定まる各定数。）  
と表すことができる。
【００２３】
前記式（１），（２）により、  
Ｉ＝ａ２/(−ａ１×ｂ２＋ａ２×ｂ１)×(OUT(a)−(ａ１/ａ２)OUT(b))    …(3)  
となり、前記式（３）に対応する演算を演算回路１０２が実行することにより、温度Ｔに位相戦しない、導電ワイヤ１８を流れる電流の大きさの出力１０３を得ることができる。  
以上詳述した如く前記実施形態によれば、モード変換器１６に精密な加工を施す必要なしに、最適化センサコイル１７の温度依存性やモード変換器１６の温度特性の影響が少ない光電流センサが実現できる。換言すると、センサ部にファラデー素子と位相差板（波長板）を用いた光電流センサにおいて、位相差板（波長板）に精密な加工を要さずとも、ファラデー素子のベルデ定数の温度依存性や位相差板（波長板）の温度特性の影響が少ない光電流センサを提供することができる。
【００２４】
また前記実施形態では、位相差板（波長板）として温度変化に対して線形的なリターダー変化を呈する構成、材質のものとしたことにより、検出側で得られる出力２２ａ，２２ｂを用いた演算回路１０２での演算精度を上げ、出力１０３として導電ワイヤ１８を流れるより正確な電流値を取得することができる。
【００２５】
より具体的にモード変換器１６を構成する位相差板（波長板）として、前記温度変化に対して線形的なリターダー変化を呈する構成としては、例えば、複屈折結晶や、偏波面保持ファイバのような複屈折性ファイバなどが考えられる。このような構成の位相差板（波長板）を用いることで、この種の装置で通常用いられる部材により、演算回路１０２での演算精度を上げ、出力１０３として導電ワイヤ１８を流れるより正確な電流値を取得することができる。
【００２６】
さらに上記実施形態では、検出側で互いに通過波長成分が異なる２つの光学フィルタ１００ａ，１００ｂを用いてその通過出力を検出器２０ａ，２０ｂで検出し、開ループ信号処理部２１ａ，２１ｂで電流の大きさに変換して、演算回路１０２により温度変化に依存しない電流値を算出する構成としている。そのため、検出側の回路構成を複雑にすることなく、センサ側の温度変化により影響を排除して、導電ワイヤ１８を流れる正確な電流値を取得できる。
【００２７】
また前記実施形態では、光源１０が出射する光の波長スペクトルが広いものとして、２系統の光学フィルタ１００ａ，１００ｂによりそれらの波長帯域に含まれる範囲内の２つの波長成分を通過させて検出器２０ａ，２０ｂへ出力する場合について説明したが、検出側に設ける光学フィルタは２系統に限らず、３系統以上であっても良い。
【００２８】
さらに上記実施形態では詳細に説明しなかったが、光源１０として互いに発光波長の異なる複数の発光素子を使用し、検出側では光源１０に使用された各発光素子の発光波長成分を通過させる複数の光学フィルタを設けるものとすれば、各発光素子の発光出力がピークとなる波長成分での検出が可能となり、検出精度をより向上させることができる。
【００２９】
また光電流センサの特にセンサ側の構成に関しても、上記図１に示した構成に限らず、ファラデー素子と位相差板（波長板）でセンサが構成されるすべての光電流センサに対して適用可能となる。
【００３０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…光源、
１１…カップラ、
１２…偏光子、
１３…４５度スプライス、
１４…圧電複屈折変調器、
１５…遅延ライン、
１６…モード変換器、
１７…最適化センサコイル、
１８…導電ワイヤ、
１９…反射端子、
２０ａ，２０ｂ…検出器、
２１ａ，２１ｂ…開ループ信号処理部、
２２ａ，２２ｂ…出力、
７１…変調発振器、
１００ａ，１００ｂ…光学フィルタ、
１０１…カップラ、
１０２…演算回路、
１０３…出力。
【図１】
2016197024.tif 000003
【図２】
2016197024.tif 000004