特開 2023-153675 磁気センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023153675

(43)【公開日】2023-10-18

(54)【発明の名称】磁気センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20231011BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022063075

(22)【出願日】2022-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000173795

【氏名又は名称】公益財団法人電磁材料研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大場 裕行

(72)【発明者】

【氏名】小林 伸聖

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】荒井 賢一

【テーマコード（参考）】

2G017

【Ｆターム（参考）】

2G017AA01

2G017AD15

2G017BA05

(57)【要約】

【課題】磁界検出領域の狭小化、ひいては空間分解能の向上を図りうる磁気センサを提供する。
【解決手段】磁気検出素子２００が、ナノグラニュラー薄膜２０およびこれをその厚さ方向について挟むように配置されている一対の光束制御部材２１０、２２０を有する。複数の光学ユニット１１０、１２０を構成する投光要素１１１、１２１に、ナノグラニュラー薄膜２０に対して、入射面に対して平行な方向に偏光するように調整された光を異なる入射方向から入射させる。ナノグラニュラー薄膜２０を透過した光の受光要素１１２１、１１２２、１２２１、１２２２による受光量に基づき、ナノグラニュラー薄膜２０に対して平行な方向および垂直な方向のそれぞれの磁界成分Ｈ_X、Ｈ_Yが磁界検出器１４により検出される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー薄膜、および、前記ナノグラニュラー薄膜をその厚さ方向について挟むように配置されている一対の光束制御部材を有する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を構成する前記ナノグラニュラー薄膜に対して、前記一対の光束制御部材のうち一方の光束制御部材を介して、入射面に対して平行な方向に偏光するように調整された光を入射させる投光要素および前記ナノグラニュラー薄膜を透過した光を、前記一対の光束制御部材のうち少なくとも他方の光束制御部材を介して受光する受光要素により構成されている複数の光学ユニットと、
前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記受光要素のそれぞれによる受光量に基づき、前記ナノグラニュラー薄膜に対して平行な方向および垂直な方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出器と、
を備え、
前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記投光要素のそれぞれによる前記ナノグラニュラー薄膜に対する光の入射方向が相違するように、前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記投光要素が配置されている
磁気センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気光学効果を利用して磁界を検出する、磁気センサに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気光学効果を利用した磁気センサは、電磁誘導や半導体などの電気的な計測手段に比べて、電気的な雑音に強く耐絶縁性が大きいなどの利点を有しており、送電・配電設備、鉄道設備、産業機器などの回転検出や電流検出に使用することが提案されている。このような磁気センサとして、特定方向の磁界強度だけではなく。不特定方向の磁界強度や磁界方向を検出する磁気センサが提案されている（特許文献１参照）。当該磁気センサによれば、３組の磁気光学検出素子が互いに直交するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６２－９６８７５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、この磁気センサによれば、前述のように互いに直交するように構成されている３組の磁気光学素子のそれぞれに対する入出力光を妨げないように、当該３組の磁気光学素子が配置される必要がある。この結果、３つの磁界検出領域は互いに離れて設置されてしまい、合成される検出磁界領域が大きくなるので、空間分解能に劣る問題がある。

【0005】

そこで、本発明は、磁界検出領域の狭小化、ひいては空間分解能の向上を図りうる磁気センサ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】

【0006】

本発明の磁気センサは、
金属ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有するナノグラニュラー薄膜、および、前記ナノグラニュラー薄膜をその厚さ方向について挟むように配置されている一対の光束制御部材を有する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子を構成する前記ナノグラニュラー薄膜に対して、前記一対の光束制御部材のうち一方の光束制御部材を介して、入射面に対して平行な方向に偏光するように調整された光を入射させる投光要素および前記ナノグラニュラー薄膜を透過した光を、前記一対の光束制御部材のうち少なくとも他方の光束制御部材を介して受光する受光要素により構成されている複数の光学ユニットと、
前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記受光要素のそれぞれによる受光量に基づき、前記ナノグラニュラー薄膜に対して平行な方向および垂直な方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出器と、
を備え、
前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記投光要素のそれぞれによる前記ナノグラニュラー薄膜に対する光の入射方向が相違するように、前記複数の光学ユニットのそれぞれを構成する前記投光要素が配置されている。

【0007】

当該構成の磁界センサによれば、一のナノグラニュラー薄膜に対して、各光学ユニットを構成する各投光要素によって異なる方向から複数の光が入射される。ナノグラニュラー薄膜における磁界検出領域は、入射した光と交差する領域となるが、ナノグラニュラー薄膜は単一なので、各投光要素によって入射した光がナノグラニュラー薄膜と交差する領域は単一平面内に有ることとなり、各交差領域におけるナノグラニュラー薄膜の面垂直方向は同一方向で膜厚方向に等しい。このため、ナノグラニュラー薄膜の面垂直方向の各磁界検出領域は、ナノグラニュラー薄膜の膜厚に等しく、狭範囲の磁界検出が可能となる。また、複数の光をナノグラニュラー薄膜の同じ場所に入射させることができるので、複数の磁界検出領域を概略一致させることが可能となり、ナノグラニュラー薄膜の面内方向の磁界検出領域の領域狭小化を図ることができる。

【0008】

また、単一のナノグラニュラー薄膜を用いて磁気検出素子を構成することが可能であるため、当該磁気検出素子の構成を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。

【0009】

さらに、ナノグラニュラー薄膜が一対の光束制御部材により挟まれており、光束制御部材を介してナノグラニュラー薄膜に対して光が入射される。このため、ナノグラニュラー薄膜の屈折率に対応して光束制御部材の屈折率が適当に設計または選択されることにより、当該ナノグラニュラー薄膜中を伝搬する複数の光の伝搬角度をそれぞれナノグラニュラー薄膜の主面の法線に対して対称な４５ｄｅｇ（２軸検出）または５４．７ｄｅｇ（３軸検出）とすることができるので、各検出軸を直交座標系に設定できる。これにより外部より加えられた磁界の方向と強度の算出を容易にすることができる。

【0010】

３軸検出の場合、各検出軸の検出方向を３軸の直交座標となる様に構成すると、各検出軸の方向は、〈１００〉、〈０１０〉、〈００１〉と表現できる。ここでナノグラニュラー薄膜の面垂直方向を〈１１１〉方向とすると、各検出軸の方向とナノグラニュラー薄膜の面垂直方向とがなす角度は、５４．７ｄｅｇとなる。これは立方晶系において面（ｈ1ｋ1ｌ1）と面（ｈ2ｋ2ｌ2）との間の角度δが、cosδ＝(ｈ1ｈ2＋ｋ1ｋ2＋ｌ1ｌ2)/((ｈ1²＋ｋ1²＋ｌ1²)(ｈ2²＋ｋ2²＋ｌ2²))^0.5となり、（ｈ1ｋ1ｌ1）を（１００）、（０１０）または（００１）とし、（ｈ2ｋ2ｌ2）を（１１１）とするとcosδ＝1/√３となり、δ＝５４．７ｄｅｇと求められることに対応する。

【0011】

単一のナノグラニュラー薄膜に対して異なる方向（当該薄膜の主面に対して傾斜した方向）から複数の光を入射させるので、受光要素による受光量の磁界変化による変化は、入射する光の偏光方向に依存する。光の偏光方向がナノグラニュラー薄膜に対する光の入射面に対して平行になるように調整されることで受光要素による受光量の変化量の増大が図られ、ひいては磁界検出感度の向上が図られる。光の偏光方向がナノグラニュラー薄膜に対する光の入射面に対して平行になるように調整された場合、当該光の偏光方向およびナノグラニュラー薄膜に対する光の入射面とのなす角度が±１０ｄｅｇの範囲に含まれていることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態としての磁気センサの構成に関する説明図。

【図2】磁気検出素子の構成に関する説明図。

【図3】光束制御部材の機能に関する説明図。

【図4A】ナノグラニュラー薄膜の屈折率および金属含有率の相関関係に関する説明図。

【図4B】ナノグラニュラー薄膜における光伝搬角および光束制御部材の屈折率の相関関係に関する説明図。

【図4C】ナノグラニュラー薄膜における光伝搬角および光束制御部材の屈折率の相関関係に関する説明図。

【図4D】ナノグラニュラー薄膜における光伝搬角および光束制御部材の屈折率の相関関係に関する説明図。

【図5A】受光素子による受光量およびナノグラニュラー薄膜に印加される磁場の角度の相関関係に関する説明図（φ＝０°）。

【図5B】受光素子による受光量およびナノグラニュラー薄膜に印加される磁場の角度の相関関係に関する説明図（φ＝９０°）。

【図5C】受光素子による受光量およびナノグラニュラー薄膜に印加される磁場の角度の相関関係に関する説明図（φ＝４５°）。

【図6A】ナノグラニュラー薄膜のＸ－Ｙ平面内で、Ｘ方向からθの角度で外部磁界Ｈが加えられた時のＸ方向成分ＨｘおよびＹ方向成分Ｈｙに関する説明図。

【図6B】ナノグラニュラー薄膜のＸ方向の磁化率ａおよびＹ方向の磁化率ｂに応じた、磁化ＭのＸ方向成分Ｍｘ＝ａＨｘおよびＹ方向成分Ｍｙ＝ｂＨｙに関する説明図。

【図7】磁気検出素子による検出磁界成分と磁場角度との相関関係に関する説明図。

【図8】磁気検出素子による差動検出器の出力信号と磁場位置との相関関係に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（磁気センサの構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての磁気センサは、レーザ１００（例えば、１．５５μｍ波長帯半導体レーザ）と、第１光学ユニット１１０と、第２光学ユニット１２０と、磁気検出素子２００と、第１差動検出器１１と、第２差動検出器１２と、磁界検出器１４と、を備えている。

【0014】

図１に示されているように、第１光学ユニット１１０は、第１投光要素１１１と、一対の第１受光要素１１２１、１１２２と、偏光子１１３と、１／２λ板１１４と、レンズ１１５と、１／２λ板１１６と、偏光子１１７と、三角形プリズム１１８と、を備えている。第１投光要素１１１は、レーザ１００から発せられ、カプラ１０２を介して分岐された一方の光を、偏光子１１３、１／２λ板１１４およびレンズ１１５を介して磁気検出素子２００に対して投光する。これにより、磁気検出素子２００を構成するナノグラニュラー薄膜２０に対して、入射面に対して平行な方向に偏光している光が入射される。一方の第１受光要素１１２１は、磁気検出素子２００から、レンズ１１５、１／２λ板１１６および偏光子１１７を介して光を受光する。他方の第１受光要素１１２２は、磁気検出素子２００から、レンズ１１５、１／２λ板１１６および偏光子１１７に加えて、さらに三角形プリズム１１８を介して光を受光する。

【0015】

同様に図１に示されているように、第２光学ユニット１２０は、第２投光要素１２１と、一対の第２受光要素１２２１、１２２２と、偏光子１２３と、１／２λ板１２４と、レンズ１２５と、１／２λ板１２６と、偏光子１２７と、三角形プリズム１２８と、を備えている。第２投光要素１２１は、レーザ１００から発せられ、カプラ１０２を介して分岐された他方の光を、偏光子１２３、１／２λ板１２４およびレンズ１２５を介して磁気検出素子２００に対して投光する。これにより、磁気検出素子２００を構成するナノグラニュラー薄膜２０に対して、入射面に対して平行な方向に偏光している光が入射される。一方の第２受光要素１２２１は、磁気検出素子２００から、レンズ１２５、１／２λ板１２６および偏光子１２７を介して光を受光する。他方の第２受光要素１２２２は、磁気検出素子２００から、レンズ１２５、１／２λ板１２６および偏光子１２７に加えて、さらに三角形プリズム１２８を介して光を受光する。

【0016】

図１に示されているように、第１光学ユニット１１０を構成する第１投光要素１１１および第２光学ユニット１２０を構成する第２投光要素１２１のそれぞれによるナノグラニュラー薄膜２０に対する光の入射方向が相違するように、第１投光要素１１１および第２投光要素１２１が配置されている。

【0017】

第１差動検出器１１（フォトダイオード）により、第１光学ユニット１１０を構成する一対の第１受光要素１１２１、１１２２のそれぞれによる受光量に応じた信号が出力される。第２差動検出器１２（フォトダイオード）により、第２光学ユニット１２０を構成する一対の第２受光要素１２２１、１２２２のそれぞれによる受光量に応じた信号が出力される。信号処理器１４により、第１差動検出器１１および第２差動検出器１２のそれぞれの出力信号に基づき、磁気検出素子２００を構成するナノグラニュラー薄膜２０に対して平行なＸ方向および垂直なＹ方向のそれぞれの磁界成分を検出する。

【0018】

図２に示されているように、磁気検出素子２００は、基板２０２と、基板２０２の上に形成されたナノグラニュラー薄膜２０と、ナノグラニュラー薄膜２０をその厚さ方向について挟むように配置されている第１光束制御部材２１０および第２光束制御部材２２０と、を備えている。

【0019】

基板２０２は、例えば、Ｙ方向を厚さ方向とし、Ｘ－Ｚ平面において略矩形状の部材であって、第１光束制御部材２１０と同程度の屈折率を有する誘電性部材により構成されている。「同程度」とは、例えば、基板２０２の屈折率ｎの、第１光束制御部材２１０の屈折率ｎ₁に対する比率（ｎ／ｎ₁）が１±０．１３の範囲に収まる程度に屈折率ｎおよびｎ₁が近似していることを意味する。例えば、ｎ₁＝１．６である場合、ｎ＝１．６（ｎ／ｎ₁＝１．０）であってもよく、ｎ＝１．５（ｎ／ｎ₁＝０．９４）であってもよい。

【0020】

ナノグラニュラー薄膜２０は、金属ナノ粒子がマトリックスに分散しているナノグラニュラー構造を有している。ナノグラニュラー薄膜２０は、例えば、組成が一般式Ｆｅ_aＣｏ_bＮｉ_cＭ_wＮ_xＯ_yＦ_z（０≦ａ≦０．６０、０≦ｂ≦０．６０、０≦ｃ≦０．６０、０．０５＜ａ＋ｂ＋c＜０．６０、０．１０≦ｗ≦０．５０、０≦ｘ≦０．５０、０≦ｙ≦０．５０、０≦ｚ≦０．５０、０．２０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．７０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる。Ｍ成分はＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａのうちから選択される少なくとも１種の元素である。金属ナノ粒子は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種からなり、かつ、例えば２～５０ｎｍの平均粒子径を有している。マトリックスは、Ｍ成分とＮ，ＯおよびＦの少なくとも１種とからなる絶縁体により構成されている。ナノグラニュラー薄膜２０の厚さは、例えば０．３～１０μｍの範囲に含まれている。

【0021】

第１光束制御部材２１０および第２光束制御部材２２０のそれぞれは、例えば、Ｚ方向を軸線方向とする略正三角柱状の誘電性部材（例えば、ガラス（屈折率ｎ₁＝１．６０））により構成されている。図２に示されているように、第１光束制御部材２１０はその一の側面において基板２０２に接合または当接し、他の２つの側面のそれぞれには反射防止膜２１２（例えば、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅などにより構成されている。）が形成されている。図２に示されているように、第２光束制御部材２２０はその一の側面においてナノグラニュラー薄膜２０に接合または当接し、他の２つの側面のそれぞれには反射膜２２２（例えば、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅などにより構成されている。）が形成されている。

【0022】

図３に示されているように、第１光束制御部材２１０および基板２０２は、第１光束制御部材２１０および基板２０２を介して、屈折率ｎ₂を有するナノグラニュラー薄膜２０に入射角θ₁で入射した光のナノグラニュラー薄膜２０における屈折角θ₂（伝搬角）を制御するために適当な屈折率ｎ₁を有する材料により構成されている。同様に、第２光束制御部材２２０は、第２光束制御部材２２０を介して、屈折率ｎ₂を有するナノグラニュラー薄膜２０に入射角θ₁で入射した光のナノグラニュラー薄膜２０における屈折角θ₂（伝搬角）を制御するために適当な屈折率ｎ₁を有する材料により構成されている。

【0023】

図４Ａには、金属ナノ粒子がＦｅおよびＣｏにより構成され、マトリックスがＭｇのフッ化物により構成されているナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂と、ＦｅおよびＣｏの含有量（ｍｏｌ％）との相関関係が示されている。図４Ａから、ＦｅおよびＣｏの含有量が多くなるほど、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が大きくなることがわかる。

【0024】

図４Ｂには、第１光束制御部材２１０（および基板２０２）の屈折率ｎ₁が１．６であり、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が１．６、１．８、２．０、２．４および２．８のそれぞれである場合における、当該ナノグラニュラー薄膜２０に対する光の入射角θ₁および屈折角θ₂の相関関係が実線、点線、一点鎖線、二点鎖線および破線のそれぞれにより示されている。

【0025】

図４Ｂから、第１光束制御部材２１０（および基板２０２）と第２光束制御部材２２０の屈折率ｎ₁が１．６に設計された場合、入射角θ₁が６０ｄｅｇに調節されることにより、屈折率ｎ₂が２．０のナノグラニュラー薄膜２０における屈折角θ₂（伝搬角）が４５ｄｅｇに調整されることがわかる。また、この場合、入射角θ₁が６５ｄｅｇに調節されることにより、屈折率ｎ₂が１．８のナノグラニュラー薄膜２０における屈折角θ₂（伝搬角）が５５ｄｅｇに調整されることがわかる。また、屈折率ｎ₂が２．０、２．４、２．８の場合では、ナノグラニュラー薄膜２０における屈折角θ₂（伝搬角）は、入射角θ₁を調節しても５５ｄｅｇに調整できないことがわかる。

【0026】

その一方、図４Ｃに示されているように、第１光束制御部材２１０および第２光束制御部材が存在しない場合、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が１．６に設計された場合でも、その屈折角θ₂（伝搬角）は３８ｄｅｇ程度にしかならない。

【0027】

図４Ｄには、第１光束制御部材２１０の屈折率ｎ₁が１．６であり、基板２０２の屈折率ｎが１．５で、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が１．６、１．８、２．０、２．４および２．８のそれぞれである場合における、当該ナノグラニュラー薄膜２０に対する光の入射角θ₁および屈折角θ₂の相関関係が実線、点線、一点鎖線、二点鎖線および破線のそれぞれにより示されている。図４Ｄにおいて、基板２０２の屈折率が第１光束制御部材２１０の屈折率よりも小さいため、入射角θ₁が７０ｄｅｇ以上となると入射光は第１光束制御部材２１０と基板２０２の境界で全反射されるので、許容される入射角θ₁は７０ｄｅｇ未満となるが、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が１．８であれば、入射角θ₁が６７ｄｅｇで屈折角θ₂（伝搬角）は５５ｄｅｇに調整でき、入射角θ₁が５３ｄｅｇで屈折角θ₂（伝搬角）は４５ｄｅｇに調整でき。また、ナノグラニュラー薄膜２０の屈折率ｎ₂が２．０では、入射角θ₁が６２ｄｅｇで屈折角θ₂（伝搬角）は４５ｄｅｇに調整できる。

【0028】

（磁気センサの機能）
ナノグラニュラー薄膜２０に対してＹ方向（ナノグラニュラー薄膜２０に対して垂直な方向）に対して角度θをなす磁場Ｈが印加された。この状態で、第１投光素子１１１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝＋４５°でＸ－Ｙ平面を入射面とする光が入射された際の、第１受光要素１１２１、１１２２による受光量および当該角度θの相関関係が測定された。また、この状態で、第２投光素子１２１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝－４５°（第１投光素子１１１による光の入射角に対して９０°をなす方向）でＸ－Ｙ平面を入射面とする光が入射された際の、第２受光要素１２２１、１２２２による受光量および当該角度θの相関関係が測定された。

【0029】

図５Ａには、ナノグラニュラー薄膜２０に対する入射面および偏光面のなす角度φが０°である場合（入射面および偏光面が平行である場合）における、第１光学ユニット１１０の第１受光要素１１２１、１１２２の一方の第１受光要素１１２１による受光量および磁場角度θの相関関係が一点鎖線で示され、他方の第１受光要素１１２２による受光量および磁場角度θの相関関係が二点鎖線で示されている。図５Ｂには、ナノグラニュラー薄膜２０に対する入射面および偏光面のなす角度φが９０°である場合（入射面および偏光面が垂直である場合）における、第１受光要素１１２１、１１２２の一方の第１受光要素１１２１による受光量および磁場角度θの相関関係が一点鎖線で示され、他方の第１受光要素１１２２による受光量および磁場角度θの相関関係が二点鎖線で示されている。図５Ｃには、ナノグラニュラー薄膜２０に対する入射面および偏光面のなす角度φが４５°である場合における、第１受光要素１１２１、１１２２の一方の第１受光要素１１２１による受光量および磁場角度θの相関関係が一点鎖線で示され、他方の第１受光要素１１２２による受光量および磁場角度θの相関関係が二点鎖線で示されている。

【0030】

図５Ａ～図５Ｃから、ナノグラニュラー薄膜２０に対する入射面および偏光面のなす角度φが０°である場合（入射面および偏光面が平行である場合）、第１受光要素１１２１における受光量が最大であり、磁気検出感度が最高になることがわかる。説明を省略するが、第２光学ユニット１２０の第２受光要素１２２１、１２２２においても同様である。

【0031】

ナノグラニュラー薄膜２０の磁気光学効果は、外部磁界Ｈに対する磁化Ｍの大きさに比例するが、ナノグラニュラー薄膜２０はその形状による効果として面に垂直方向の磁化率と、面に平行方向の磁化率とが反磁界の効果によって異なるため、磁気光学効果から得られる磁化Ｍに対応する測定量から外部磁界Ｈを求めるには、反磁界による効果を補正する必要がある。

【0032】

図６Ａには、ナノグラニュラー薄膜２０のＸ－Ｙ平面内で、Ｘ方向からθの角度で外部磁界Ｈが加えられた時のＸ方向成分Ｈｘと、Ｙ方向成分Ｈｙが示されている。

【0033】

この際、ナノグラニュラー薄膜２０の磁化Ｍは、面に平行方向（Ｘ方向）の磁化率をａ、面に垂直方向の（Ｙ方向）の磁化率をｂとすると、図６Ｂに示されているように、Ｍｘ＝ａＨｘおよびＭｙ＝ｂＨｙが合成された値となる。一方、光の伝搬方向であるＰ方向およびＱ方向は、磁気光学効果による磁化Ｍの検出方向となる。このため、磁化ＭのＰ方向およびＱ方向のそれぞれの磁化成分ＭｐおよびＭｑのそれぞれに比例する磁気光学効果が第１差動検出器１１および第２差動検出器１２のそれぞれによって検出される。磁化成分ＭｐおよびＭｑと磁界成分ＨｘおよびＨｙとの関係は、Ｐ方向およびＸ方向のなす角度αおよびＱ方向およびＹ方向のなす角度βを用いて次の関係式（１１）で表わされる。このため、磁化率ａおよびｂがあらかじめ測定されることによって、当該関係式にしたがって磁界成分ＨｘおよびＨｙが求められる。

【0034】

ａＨｘ＝Ｍｐ×ｃｏｓα－Ｍｑ×ｓｉｎβ、
ｂＨｙ＝Ｍｑ×ｃｏｓβ＋Ｍｐ×ｓｉｎα ‥（１１）。

【0035】

ここで、α＝β＝４５ｄｅｇとすると、関係式（１１）は次式（１２）のように簡略化されうる。

【0036】

ａＨｘ＝（１／２）^1/2×（Ｍｐ－Ｍｑ）、
ｂＨｙ＝（１／２）^1/2×（Ｍｑ＋Ｍｐ） ‥（１２）。

【0037】

ナノグラニュラー薄膜２０に対してＹ方向（ナノグラニュラー薄膜２０に対して垂直な方向）に対して角度θをなす磁場Ｈが磁石によって印加された。この状態で、第１投光素子１１１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝＋４５°でＸ－Ｙ平面を入射面かつ偏光面とする光が入射され、第２投光素子１２１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝－４５°でＸ－Ｙ平面を入射面かつ偏光面とする光が入射された。そして、第１受光素子１１２１、１１２２による受光量および第２受光素子１２２１、１２２２による受光量に基づき、磁気検出器１４によりナノグラニュラー薄膜２０に対して平行な磁界成分Ｈ_Xおよび垂直な磁界成分Ｈ_Yのそれぞれが測定された。

【0038】

図７には、磁界成分ＨｘおよびＨｙのそれぞれと、磁場Ｈの角度θとの相関関係が二点鎖線および一点鎖線のそれぞれにより示されている。図７から、磁界の方位θが９０ｄｅｇおよび２７０ｄｅｇでＸ方向の磁界成分Ｈｘの極大値が得られ、磁界の方位θが０ｄｅｇ（３６０ｄｅｇ）および１８０ｄｅｇでＹ方向の磁界成分Ｈｙの極大値が得られており、磁石による磁界成分が正しく測定できていることがわかる。

【0039】

ナノグラニュラー薄膜２０に対してＸ方向（ナノグラニュラー薄膜２０に対して平行な方向）に対して磁石を用いて、当該磁石の位置が＋Ｘ方向および－Ｘ方向に変位されながら各Ｘ方向の位置で磁石を３６０ｄｅｇ回転して磁場Ｈが印加された。この状態で、第１投光素子１１１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝＋４５°でＸ－Ｙ平面を入射面かつ偏光面とする光が入射され、第２投光素子１２１によりナノグラニュラー薄膜２０に対して屈折角θ₂（伝搬角）＝－４５°でＸ－Ｙ平面を入射面かつ偏光面とする光が入射された。そして、第１受光要素１１２１、１１２２による受光量および第２受光要素１２２１、１２２２による受光量に基づき、第１差動検出器１１および第２差動検出器１２で検出された、磁化成分に比例した磁気光学効果による出力信号が測定された。

【0040】

図８には、第１差動検出器１１および第２差動検出器１２で検出された、磁化成分に比例した磁気光学効果による出力信号において、Ｘ方向の各位置それぞれについて、磁石を３６０ｄｅｇ回転した際の最大振幅と、磁石の位置Ｘとの相関関係が一点鎖線および二点鎖線のそれぞれにより示されている。図８から、第１受光要素１１２１、１１２２による受光量に基づく第１差動検出器１１の出力信号と、第２受光要素１２２１、１２２２による受光量に基づく第２差動検出器１２の出力信号のそれぞれについて、最大振幅が得られるＸ位置がほぼＸ＝０の位置となっており、第１光学ユニット１１０による磁界検出位置と、第２光学ユニット１２０磁界検出位置がほぼ一致していることが示され、磁界検出領域が一致していることがわかる。

【符号の説明】

【0041】

１１‥第１差動検出器、１２‥第２差動検出器、１４‥磁界検出器、２０‥ナノグラニュラー薄膜、１００‥レーザ（光源）、１１０‥第１光学ユニット、１１１‥第１投光要素、１１２１、１１２２‥第１受光要素、１２０‥第２光学ユニット、１２１‥第２投光要素、１２２１、１２２２‥第２受光要素、２００‥磁気検出素子、２０２‥基板、２１０‥第１光束制御部材、２１２‥反射防止膜、２２０‥第２光束制御部材、２２２‥反射膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】