特開 2024-170985 磁界センサ装置及びその制御方法

(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】P2024170985

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】磁界センサ装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20241204BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087794

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】須江 聡

(72)【発明者】

【氏名】饗場 哲也

【テーマコード（参考）】

2G017

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AB09

2G017AD12

2G017AD14

2G017AD15

2G017BA15

(57)【要約】

【課題】検出した磁界を示す検出信号に重畳するドリフトを除去可能な磁界センサ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】磁界センサ装置１は、入射光を出射する発光部と、発光部に光学的に接続され、発光部から入射された入射光の偏光面を、印加される磁界に応じて回転させた直線偏波光である戻り光を出射する磁界センサ素子と、戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分から、磁界センサ素子が配置される磁界に応じた検出信号を生成する検出信号発生部と、を有し、検出信号発生回路は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分のそれぞれを第１電気信号及び第２電気信号に変換する光電変換回路と、第１電気信号及び第２電気信号に印加されるドリフト量に応じて第１電気信号及び第２電気信号の何れか一方を補正した補正信号、並びに第１電気信号及び第２電気信号の他方から検出信号を生成する演算回路とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線偏波光である入射光を出射する発光部と、
前記発光部に光学的に接続され、前記発光部から入射された入射光の偏光面を、印加される磁界に応じて回転させた直線偏波光である戻り光を出射する磁界センサ素子と、
前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、
前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分から、前記磁界センサ素子が配置される磁界に応じた検出信号を生成する検出信号発生部と、を有し、
検出信号発生回路は、
前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分のそれぞれを第１電気信号及び第２電気信号に変換する光電変換回路と、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号に印加されるドリフト量に応じて前記第１電気信号及び前記第２電気信号の何れか一方を補正した補正信号、並びに前記第１電気信号及び前記第２電気信号の他方から前記検出信号を生成し、生成した検出信号を出力する演算回路と、
を有する、ことを特徴とする磁界センサ装置。

【請求項2】

前記演算回路は、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号のそれぞれのドリフト量を示す第１ドリフト量及び第２ドリフト量を演算するドリフト量演算部と、
前記第１ドリフト量及び前記第２ドリフト量に基づいて、前記補正信号を生成する補正部と、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号の他方から前記補正信号を減算して前記検出信号を生成する信号生成部と、
前記検出信号を出力する信号出力部と、
を有する、請求項１に記載の磁界センサ装置。

【請求項3】

前記第１ドリフト量は、前記第１電気信号の二乗平均平方根であり、
前記第２ドリフト量は、前記第２電気信号の二乗平均平方根である、請求項２に記載の磁界センサ装置。

【請求項4】

前記補正部は、前記第１ドリフト量と前記第２ドリフト量との比率に応じて前記補正信号を生成する、請求項３に記載の磁界センサ装置。

【請求項5】

前記補正部は、前記第１ドリフト量に対する前記第２ドリフト量の比率である第１比率を前記第１電気信号に乗じて前記補正信号を生成する、又は前記第２ドリフト量に対する前記第１ドリフト量の比率である第２比率を前記第２電気信号に乗じて前記補正信号を生成する、請求項４に記載の磁界センサ装置。

【請求項6】

前記演算回路は、前記第１ドリフト量及び前記第２ドリフト量の何れが大きいかを判定するドリフト量判定部を更に有し、
前記補正部は、
前記第１ドリフト量が前記第２ドリフト量よりも大きいと判定されたときに、前記第１電気信号を補正して前記補正信号を生成し、
前記第１ドリフト量が前記第２ドリフト量よりも小さいと判定されたときに、前記第２電気信号を補正して前記補正信号を生成する、請求項２～４の何れか一項に記載の磁界センサ装置。

【請求項7】

直線偏波光である入射光を出射する発光部と、
前記発光部に光学的に接続され、前記発光部から入射された入射光の偏光面を、印加される磁界に応じて回転させた直線偏波光である戻り光を出射する磁界センサ素子と、
前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、
前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分から、前記磁界センサ素子が配置される磁界に応じた検出信号を生成する検出信号発生部と、を有する磁界センサ装置の制御方法であって、
検出信号発生回路は、
前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分のそれぞれを第１電気信号及び第２電気信号に変換し、
前記第１電気信号及び前記第２電気信号に印加されるドリフト量に応じて前記第１電気信号及び前記第２電気信号の何れか一方を補正した補正信号、並びに前記第１電気信号及び前記第２電気信号の他方から前記検出信号を生成し、
前記検出信号を出力する、
処理を実行する、ことを特徴とする磁界センサ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁界センサ装置及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一対の光路を有し、入射される一対の直線偏光のそれぞれを一対の光路のそれぞれに伝搬させることで、一対の直線偏光が伝搬する光路の光路長を等しくする干渉型の光磁界センサ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載される光磁界センサ装置は、Ｐ偏光成分の強度に比例する電気信号とＳ偏光成分の強度に比例する電気信号との差動信号を反転増幅することで、生成する検出信号から直流成分を除去し、検出信号のＳＮ比を高くすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１２６００７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、特許文献１に記載される光磁界センサ装置では、装置に生じる外乱による光量の変化、及びビームスプリッタにおける分岐比率の外乱による変化等に起因して、検出した磁界を示す検出信号に重畳するドリフトを除去することは容易ではない。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するものであり、検出した磁界を示す検出信号に重畳するドリフトを除去可能な磁界センサ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る磁界センサ装置は、直線偏波光である入射光を出射する発光部と、発光部に光学的に接続され、発光部から入射された入射光の偏光面を、印加される磁界に応じて回転させた直線偏波光である戻り光を出射する磁界センサ素子と、戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分から、磁界センサ素子が配置される磁界に応じた検出信号を生成する検出信号発生部と、を有し、検出信号発生回路は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分のそれぞれを第１電気信号及び第２電気信号に変換する光電変換回路と、第１電気信号及び第２電気信号に印加されるドリフト量に応じて第１電気信号及び第２電気信号の何れか一方を補正した補正信号、並びに第１電気信号及び第２電気信号の他方から検出信号を生成し、検出信号を出力する演算回路とを有する。

【0007】

また、本発明に係る磁界センサ装置では、演算回路は、第１電気信号及び第２電気信号のそれぞれのドリフト量を示す第１ドリフト量及び第２ドリフト量を演算するドリフト量演算部と、第１ドリフト量及び第２ドリフト量に基づいて、補正信号を生成する補正部と、第１電気信号及び第２電気信号の他方から補正信号を減算して検出信号を生成する信号生成部と、検出信号を出力する信号出力部とを有することが好ましい。

【0008】

また、本発明に係る磁界センサ装置では、第１ドリフト量は、第１電気信号の二乗平均平方根であり、第２ドリフト量は、第２電気信号の二乗平均平方根であることが好ましい。

【0009】

また、本発明に係る磁界センサ装置では、補正部は、第１ドリフト量と第２ドリフト量との比率に応じて補正信号を生成することが好ましい。

【0010】

また、本発明に係る磁界センサ装置では、補正部は、第１ドリフト量に対する第２ドリフト量の比率である第１比率を第１電気信号に乗じて補正信号を生成する、又は第２ドリフト量に対する第１ドリフト量の比率である第２比率を第２電気信号に乗じて補正信号を生成することが好ましい。

【0011】

また、本発明に係る磁界センサ装置では、演算回路は、第１ドリフト量及び第２ドリフト量の何れが大きいかを判定するドリフト量判定部を更に有し、補正部は、第１ドリフト量が第２ドリフト量よりも大きいと判定されたときに、第１電気信号を補正して補正信号を生成し、第１ドリフト量が第２ドリフト量よりも小さいと判定されたときに、第２電気信号を補正して補正信号を生成することが好ましい。

【0012】

本発明に係る磁界センサ装置の制御方法は、直線偏波光である入射光を出射する発光部と、発光部に光学的に接続され、発光部から入射された入射光の偏光面を、印加される磁界に応じて回転させた直線偏波光である戻り光を出射する磁界センサ素子と、戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分から、磁界センサ素子が配置される磁界に応じた検出信号を生成する検出信号発生部と、を有する磁界センサ装置の制御方法であって、検出信号発生回路は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分のそれぞれを第１電気信号及び第２電気信号に変換し、第１電気信号及び第２電気信号に印加されるドリフト量に応じて第１電気信号及び第２電気信号の何れか一方を補正した補正信号、並びに第１電気信号及び第２電気信号の他方から検出信号を生成し、検出信号を出力する処理を実行する。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る磁界センサ装置は、検出した磁界を示す検出信号に重畳するドリフトを除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係る磁界センサ装置のブロック図である。

【図2】図１に示す検出信号発生回路のブロック図である。

【図3】図１に示す検出信号発生回路により実行される検出信号生成処理のフローチャートである。

【図4】変形例に係る検出信号発生回路のブロック図である。

【図5】図４に示す検出信号発生回路により実行される検出信号生成処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

【0016】

（実施形態に係る磁界センサ装置の構成及び機能）
図１は、磁界センサ装置１のブロック図である。

【0017】

磁界センサ装置１は、発光部１０と、サーキュレータ１１と、第１光学素子１２と、光路部１３と、磁界センサ素子１４と、ビームスプリッタ１５と、検出信号発生回路１６とを有する。発光部１０、サーキュレータ１１、第１光学素子１２、光路部１３、磁界センサ素子１４、ビームスプリッタ１５及び検出信号発生回路１６の間の光路は、ＰＡＮＤＡファイバによって形成される。なお、発光部１０～検出信号発生回路１６の間の光路は、ボウタイ（Bow-tie）ファイバ及び楕円ジャケット（Elliptical Jacket）ファイバ等の偏波保持型の光ファイバによって形成されてもよい。

【0018】

発光部１０は、発光素子１０１と、アイソレータ１０２と、偏光子１０３とを有する。発光素子１０１は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子１０１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。発光部１０は、不図示の外部装置からの指示に応じて、レーザ光を出射する。発光部１０から出射されるレーザ光は、所定の周期で振幅するｓｉｎ波形等のＡＣ波形として出力される。

【0019】

アイソレータ１０２は、発光素子１０１から入射された光をサーキュレータ１１側に透過すると共に、サーキュレータ１１から入射された光を発光素子１０１側に透過しないことで、発光素子１０１を保護する。アイソレータ１０２は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。

【0020】

偏光子１０３は、発光素子１０１が発した光を直線偏波光にするための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子１０３で得られるｓｉｎ波形状の第１直線偏波光は、サーキュレータ１１を介して第１光学素子１２に入射される。第１直線偏波光は、入射光とも称される。

【0021】

サーキュレータ１１は、発光部１０から出射された第１直線偏波光を第１光学素子１２に透過すると共に、第１光学素子１２から出射されたｓｉｎ波形状の第２直線偏波光を検出信号発生回路１６に分岐する光分岐部である。サーキュレータ１１は、例えばファラデー回転子、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、及び複数の反射ミラーによって形成される。第２直線偏波光は、戻り光とも称される。

【0022】

第１光学素子１２は、例えばサーキュレータ１１から入射される第１直線偏波光の偏光面に対して方位角が２２．５度になるように配置された１／２波長板である。第１光学素子１２は、サーキュレータ１１から入射される第１直線偏波光の偏光面を４５度回転し、光路部１３に第１直線偏波光を出射する。第１光学素子１２で偏光面が４５度回転した第１直線偏波光は、Ｐ偏光である第１直線偏光ＣＷ１と、第１直線偏光ＣＷ１に直交するＳ偏光である第２直線偏光ＣＣＷ１とを有する。

【0023】

また、第１光学素子１２は、光路部１３から入射される直線偏波光である第２直線偏波光の偏光面を４５度回転し、サーキュレータ１１に出射する。

【0024】

光路部１３は、第１ビームスプリッタ１３１と、第２ビームスプリッタ１３２と、第１光路１３３と、第２光路１３４と、第２光学素子１３５とを有する。

【0025】

第１ビームスプリッタ１３１は、第１直線偏光ＣＷ１を第１光路１３３に出射すると共に、第２直線偏光ＣＣＷ１を第２光路１３４に出射する。また、第１ビームスプリッタ１３１は、第３直線偏光ＣＷ２が第２光路１３４から入射されると共に、第４直線偏光ＣＣＷ２が第１光路１３３から入射される。第３直線偏光ＣＷ２及び第４直線偏光ＣＷ２は、第１光学素子１２に出射される第２直線偏波光の互いに直交する偏光成分である。

【0026】

第２ビームスプリッタ１３２は、第１直線偏光ＣＷ１が第１光路１３３から入射されると共に、第２直線偏光ＣＣＷ１が第２光路１３４から入射され、入射された第１直線偏光ＣＷ１及び第２直線偏光ＣＣＷ１を磁界センサ素子１４に出射する。また、第２ビームスプリッタ１３２は、磁界センサ素子１４から入射された第３直線偏光ＣＷ２を第２光路１３４に出射すると共に、磁界センサ素子１４から入射された第４直線偏光ＣＣＷ２を第１光路１３３に出射する。

【0027】

第１ビームスプリッタ１３１及び第２ビームスプリッタ１３２は、第１直線偏波光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し、且つ、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを合成し出射する。第１ビームスプリッタ１３１及び第２ビームスプリッタ１３２は、例えばプリズム型ビームスプリッタであるが、平面型ビームスプリッタ又はウェッジ型ビームスプリッタであってもよい。

【0028】

第１光路１３３は、第１ビームスプリッタ１３１から導入された第１直線偏光ＣＷ１を第２ビームスプリッタ１３２に導出すると共に、第２ビームスプリッタ１３２から導入された第４直線偏光ＣＣＷ２を第１ビームスプリッタ１３１に導出する。第２光路１３４は、第１ビームスプリッタ１３１から導入された第２直線偏光ＣＣＷ２を第２ビームスプリッタ１３２に導出すると共に、第２ビームスプリッタ１３２から導入された第３直線偏光ＣＷ２を第１ビームスプリッタ１３１に導出する。

【0029】

第１光路１３３は、一端が第１ビームスプリッタ１３１に光学的に接続され且つ他端が第２ビームスプリッタ１３２に光学的に接続されたＰＡＮＤＡファイバである。第２光路１３４は、一端が第１ビームスプリッタ１３１に光学的に接続され且つ他端が第２ビームスプリッタ１３２に光学的に接続されたＰＡＮＤＡファイバである。なお、第１光路１３３及び第２光路１３４は、ボウタイファイバ及び楕円ジャケットファイバ等の偏波保持ファイバであってもよい。第２光路１３４には、第２光学素子１３５が配置される。

【0030】

第２光学素子１３５は、第１（１／４）波長板１３６と、第２（１／４）波長板１３７と、４５度ファラデー回転子１３８とを有する。

【0031】

第１（１／４）波長板１３６は、第２光路１３４を形成するＰＡＮＤＡファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が４５度傾斜して配置される１／４波長板である。第１（１／４）波長板１３６は、直線偏光を円偏光に変換すると共に、円偏光を直線偏光に変換する。

【0032】

第２（１／４）波長板１３７は、第２光路１３４を形成するＰＡＮＤＡファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が－４５度傾斜して配置される１／４波長板である。第２（１／４）波長板１３７は、４５度ファラデー回転子１３８から円偏光を直線偏光に変換すると共に、直線偏光を円偏光に変換する。

【0033】

４５度ファラデー回転子１３８は、第１（１／４）波長板１３６及び第２（１／４）波長板１３７のそれぞれから入射される円偏光の位相を変化させるファラデー回転子である。

【0034】

４５度ファラデー回転子１３８は、第２直線偏光ＣＣＷ１の位相を４５度シフトするように、第１（１／４）波長板１３６から入射される円偏光の位相を変化させる。また、４５度ファラデー回転子１３８は、第１（１／４）波長板１３６から出射される第３直線偏光ＣＷ２の位相が第２（１／４）波長板１３７に入射される第３直線偏光ＣＷ２の位相から－４５度シフトするように、円偏光の位相を変化させる。

【0035】

磁界センサ素子１４は、１／４波長板１４１と、ファラデー回転子１４２と、ミラー素子１４３とを有し、ＰＡＮＤＡファイバを介して第２ビームスプリッタ１３２に接続され、少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能な素子である。磁界センサ素子１４は、発光部１０が出射した第１直線偏波光が入射光として入射されると共に、入射された入射光に応じた戻り光を出射する。

【0036】

１／４波長板１４１は、第２ビームスプリッタ１３２との間を光学的に接続するＰＡＮＤＡファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が４５度傾斜して配置される１／４波長板である。１／４波長板１４１は、直線偏光である入射光の偏光状態を円偏光に変換すると共に、ファラデー回転子１４２から円偏光として入射される戻り光の偏光状態を直線偏光に変換する。

【0037】

ファラデー回転子１４２は、誘電体と、誘電体から安定的に相分離した状態で誘電体中に分散しているナノオーダの磁性体粒子とを有するグラニュラー膜であり、１／４波長板１４１の端面に配置される。磁性体粒子は、例えば最表層等のごく一部では酸化物が形成されていてもよいが、ファラデー回転子１４２の全体では、磁性体粒子が、バインダとなる誘電体と化合物を作らずに、単独で薄膜中に分散している。ファラデー回転子１４２内における磁性体粒子の分布は、完全に一様でなくてもよく、多少偏っていてもよい。誘電体として透明性が高いものを用いれば、誘電体中に磁性体粒子が光の波長よりも小さいサイズで存在することにより、ファラデー回転子１４２は光透過性を有する。

【0038】

ファラデー回転子１４２は、単層のものに限らず、グラニュラー膜と誘電体膜とが交互に積層した多層膜であってもよい。グラニュラー膜を多層膜することでファラデー回転子１４２を形成することで、グラニュラー膜内での多重反射によって、より大きなファラデー回転角が得られる。

【0039】

誘電体は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）等のフッ化物（金属フッ化物）が好ましい。また、誘電体５２０は、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、五酸化二ニオビウム（Ｎｂ_２Ｏ_５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、及び三酸化二アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物であってもよい。誘電体磁性体粒子との良好な相分離のためには、酸化物よりもフッ化物の方が好ましく、透過率が高いフッ化マグネシウムが特に好ましい。

【0040】

磁性体粒子材質は、ファラデー効果を生じるものであればよく、特に限定されないが、磁性体粒子の材質としては、強磁性金属である鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）並びにこれらの合金が挙げられる。Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの合金としては、例えば、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉＣｏ合金、ＮｉＣｏ合金が挙げられる。Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの単位長さ当たりのファラデー回転角は、従来のファラデー回転子に適用されている磁性ガーネットに比べて２～３桁近く大きい。

【0041】

ミラー素子１４３は、ファラデー回転子１４２上に形成されており、ファラデー回転子１４２を透過した光をファラデー回転子１４２に向けて反射する。ミラー素子１４３としては、例えば、銀（Ａｇ）膜、金（Ａｕ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。特に、反射率の高いＡｇ膜及び耐食性が高いＡｕ膜が成膜上簡便で好ましい。ミラー素子１４３の厚さは、９８％以上の十分な反射率を確保できる大きさであればよく、例えばＡｇ膜の場合には、５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下であることが好ましい。ミラー素子１４３を用いてファラデー回転子１４２内で光を往復させることにより、ファラデー回転角を大きくすることができる。

【0042】

１／４波長板１４１からファラデー回転子１４２に入射した円偏光は、ファラデー回転子１４２を透過し、ミラー素子１４３で反射し、再びファラデー回転子１４２を透過して戻り光となる。ファラデー回転子１４２を透過した戻り光は、１／４波長板１４１に再度入射される。

【0043】

１／４波長板１４１からファラデー回転子１４２に入射した円偏光は、ファラデー回転子１４２に印加される磁界に応じて位相を変化させる。また、ミラー素子１４３で反射した円偏光は、ファラデー回転子１４２に印加される磁界に応じて位相を更に変化させる。

【0044】

ビームスプリッタ１５は、ビームスプリッタ１５は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型及び光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、サーキュレータ１１で分岐されたｓｉｎ波形状の第２直線偏波光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離する。

【0045】

検出信号発生回路１６は、ビームスプリッタ１５で第２直線偏波光から分離されたＰ偏光成分及びＳ偏光成分を受光して電気信号に変換して差動増幅することで、磁界センサ装置１に印加される磁界に応じた検出信号Ｅｄを出力する。

【0046】

図２は、検出信号発生回路１６のブロック図である。

【0047】

検出信号発生回路１６は、光電変換回路２０と、演算回路３０とを有する。光電変換回路２０は、第１受光素子２１と、第２受光素子２２とを有し、ビームスプリッタ１５から入力されるＰ偏光成分Ｌ_Ｐ及びＳ偏光成分Ｌ_Ｓのそれぞれを第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓに光電変換する。第１受光素子２１及び第２受光素子２２のそれぞれは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。第１受光素子２１は、Ｐ偏光成分Ｌ_Ｐを受光し、受光したＰ偏光成分Ｌ_Ｐに応じた第１電気信号Ｐ_Ｐを出力する。第２受光素子２２は、Ｓ偏光成分Ｌ_Ｓを受光し、受光したＳ偏光成分Ｌ_Ｓに応じた第２電気信号Ｐ_Ｓを出力する。Ｐ偏光成分Ｌ_Ｐに対応する第１電気信号Ｐ_Ｐは式（１）で示され、Ｓ偏光成分Ｌ_Ｓに対応する第２電気信号Ｐ_Ｓは式（２）で示される。

【0048】

【数1】

【0049】

ここで、Ｅ_０は第２直線偏光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分の電界の振幅を示し、θ_Ｆはファラデー回転子１４２に印加される磁界に応じたファラデー回転角である。

【0050】

演算回路３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）であり、入力回路３１と、記憶回路３２と、出力回路３３と、処理回路４０とを有する。演算回路３０は、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓに印加されるドリフト量に応じて第２電気信号Ｐ_Ｓを補正した補正信号、及び第１電気信号Ｐ_Ｐから検出信号Ｅｄを生成する検出信号生成処理を実行する。

【0051】

入力回路３１は、外部装置に接続可能な入力パッド及び入力パッドに接続された入力インタフェース回路を有し、第１受光素子２１及び第２受光素子２２のそれぞれに接続される。入力回路３１は、第１受光素子２１及び第２受光素子２２のそれぞれから入力される第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓを処理回路４０に出力する。記憶回路３２は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ及びＳＲＡＭ等の揮発性メモリを含み、検出信号生成処理を処理回路に実行するために使用される検出信号生成プログラムを記憶する。出力回路３３は、外部装置に接続可能な出力パッド及び出力パッドに接続された出力インタフェース回路を有し、処理回路４０から入力される検出信号Ｅｄを出力する。

【0052】

処理回路４０は、ＡＤ変換回路等のアナログ回路、及びＣＭＯＳロジック回路等のデジタル回路を有し、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓが入力されることに応じて、検出信号Ｅｄを生成し、生成した検出信号Ｅｄを出力する。処理回路４０は、信号取得部４１と、ドリフト量演算部４２と、補正部４３と、信号生成部４４と、信号出力部４５とを有する。これらの各部は、処理回路４０が有するプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。

【0053】

（実施形態に係る検出信号発生回路による検出信号生成処理）
図３は、検出信号発生回路１６により実行される検出信号生成処理のフローチャートである。図３に示す検出信号生成処理は、予め記憶回路３２に記憶されている検出信号生成プログラムに基づいて、主に処理回路４０により磁界センサ装置１の各要素と協働して実行される。検出信号生成処理は、磁界センサ装置１を使用して磁界を測定するオペレータの指示に応じて実行される。

【0054】

まず、信号取得部４１は、第１電気信号Ｐ_Ｐを取得する（Ｓ１０１）。信号取得部４１は、例えば磁界センサ装置１を使用して磁界を測定するオペレータによる外部装置を介する測定開始指示が入力されることに応じて、第１受光素子２１を介して、複数の周期に亘って第１電気信号Ｐ_Ｐを取得する。信号取得部４１は、取得した第１電気信号Ｐ_Ｐを記憶回路３２に記憶する。

【0055】

次いで、信号取得部４１は、第２電気信号Ｐ_Ｓを取得する（Ｓ１０２）。信号取得部４１は、第２受光素子２２を介して、複数の周期に亘って第２電気信号Ｐ_Ｓを取得する。信号取得部４１は、取得した第２電気信号Ｐ_Ｓを記憶回路３２に記憶する。

【0056】

次いで、ドリフト量演算部４２は、第１電気信号Ｐ_Ｐのドリフト量を示す第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳを演算する（Ｓ１０３）。次いで、ドリフト量演算部４２は、第２電気信号Ｐ_Ｓのドリフト量を示す第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳを演算する（Ｓ１０４）。ドリフト量演算部４２は、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓの二乗平均平方根を第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ及び第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳとして演算する。二乗平均平方根ＲＭＳは、式（３）に示される。式（３）において、Ｓ（ｎ）は、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓの瞬時値である。ドリフト量演算部４２は、演算した第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ及び第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳを記憶回路３２に記憶する。

【0057】

【数2】

【0058】

次いで、補正部４３は、第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ及び第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳに基づいて、補正信号Ｐ_ＳＣを生成する（Ｓ１０５）。補正部４３は、第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳと第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳとの比率に応じて補正信号Ｐ_ＳＣを生成する。補正部４３は、式（４）に示すように、第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳに対する第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳの比率である第２比率（Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ／Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳ）を第２電気信号Ｐ_Ｓに乗ずることで、補正信号Ｐ_ＳＣを生成する。補正部４３は、生成した補正信号Ｐ_ＳＣを記憶回路３２に記憶する。

【0059】

【数3】

【0060】

次いで、信号生成部４４は、式（５）に示すように、Ｓ４０４の処理で生成された補正信号Ｐ_ＳＣを第１電気信号Ｐ_Ｐから減算して検出信号Ｅｄを生成する（Ｓ１０６）。信号生成部４４は、生成した検出信号Ｅｄを記憶回路３２に記憶する。

【0061】

【数4】

【0062】

そして、信号出力部４５は、Ｓ１０６の処理で生成された検出信号Ｅｄを出力する（Ｓ１０７）。信号出力部４５は、記憶回路３２に記憶される検出信号Ｅｄを、出力回路３３を介して不図示の外部装置に出力する。

【0063】

（実施形態に係る磁界センサ装置の作用効果）
磁界センサ装置１では、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓに印加されるドリフト量に応じて補正された補正信号Ｐ_ＳＣを使用して検出信号Ｅｄを生成するので、ドリフト量に起因するノイズの影響を抑制して検出信号Ｅｄを生成することができる。

【0064】

また、磁界センサ装置１は、簡単な演算で演算できる二乗平均平方根を第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓのドリフト量として使用するので、簡単な演算プログラムでドリフト量を演算することができる。

【0065】

また、磁界センサ装置１は、第１ドリフト量と第２ドリフト量との比率を第２電気信号Ｐ_Ｓに乗じて生成される補正信号を第１電気信号Ｐ_Ｐから減算した差動信号として検出信号を生成するので、従来の磁界センサ装置の演算アルゴリズムを流用できる。

【0066】

（実施形態に係る磁界センサ装置の変形例）
磁界センサ装置１では、ドリフト量演算部４２は、式（３）で示す二乗平均平方根を第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓのドリフト量として演算する。しかしながら、実施形態に係る磁界センサ装置では、ドリフト量演算部は、算術平均等の二乗平均平方根以外のパラメータを第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓのドリフト量として演算してもよい。

【0067】

また、磁界センサ装置１では、補正部４３は、第２比率（Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ／Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳ）を第２電気信号Ｐ_Ｓに乗ずることで補正信号Ｐ_ＳＣを生成する。しかしながら、実施形態に係る磁界センサ装置では、補正部は、第２比率（Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ／Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳ）以外のパラメータを使用して、補正信号を生成してもよい。

【0068】

また、磁界センサ装置１では、補正部４３は、第２電気信号Ｐ_Ｓを補正して補正信号Ｐ_ＳＣを生成するが、実施形態に係る磁界センサ装置では、補正部は、第１電気信号Ｐ_Ｐを補正して補正信号を生成してもよい。第１電気信号Ｐ_Ｐを補正して生成される補正信号Ｐ_ＰＣは、式（６）で示される。補正部４３は、第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳに対する第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳの比率である第１比率（Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳ／Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ）を第１電気信号Ｐ_Ｐに乗じて補正信号Ｐ_ＰＣを生成する。

【0069】

【数5】

【0070】

第１電気信号Ｐ_Ｐを補正して補正信号Ｐ_ＰＣを生成するとき、検出信号Ｅｄは、式（７）で示される。

【0071】

【数6】

【0072】

また、実施形態に係る磁界センサ装置では、補正部は、第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳと第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳとの比較結果に基づいて第１比率及び第２比率の一方を選択して、補正信号を生成してもよい。

【0073】

図４は、変形例に係る検出信号発生回路のブロック図である。図４に示す検出信号発生回路２は、検出信号発生回路１６の代わりに磁界センサ装置１に配置され、第２直線偏波光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分から、磁界センサ素子１４が配置される磁界に応じた検出信号Ｅｄを生成する。

【0074】

検出信号発生回路２は、演算回路３５を演算回路３０の代わりに有することが検出信号発生回路１６と相違する。演算回路３５は、処理回路５０を処理回路４０の代わりに有することが演算回路３０と相違する。処理回路５０は、ドリフト量判定部５１を有することが処理回路４０と相違する。ドリフト量判定部５１以外の検出信号発生回路２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された検出信号発生回路１６の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0075】

（変形例に係る検出信号発生回路による検出信号生成処理）
図５は、検出信号発生回路２により実行される検出信号生成処理のフローチャートである。図５に示す検出信号生成処理は、予め記憶回路３２に記憶されている検出信号生成プログラムに基づいて、主に処理回路５０により磁界センサ装置１の各要素と協働して実行される。検出信号生成処理は、磁界センサ装置１を使用して磁界を測定するオペレータの指示に応じて実行される。

【0076】

Ｓ２０１～Ｓ２０４の処理は、Ｓ１０１～Ｓ１０４の処理と同様なので、ここでは省略する。Ｓ２０４の処理に次いで、ドリフト量判定部５１は、Ｓ２０３の処理で演算された第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳ及びＳ２０４の処理で演算された第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳの何れが大きいかを判定する（Ｓ２０５）。ドリフト量判定部５１は、第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳが第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳより大きいか否かを判定する

【0077】

ドリフト量判定部５１によって第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳが第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳよりも大きい（２０５－ＹＥＳ）と判定されると、補正部４３は、式（６）を使用して、第１電気信号Ｐ_Ｐを補正して補正信号Ｐ_ＳＣを生成する（S２０６）。一方、ドリフト量判定部５１によって第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳが第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳよりも小さい（２０５－ＮＯ）と判定されると、補正部４３は、式（４）を使用して、第２電気信号Ｐ_Ｓを補正して補正信号Ｐ_ＳＣを生成する（S２０７）。

【0078】

次いで、信号生成部４４は、検出信号Ｅｄを生成する（Ｓ２０８）。信号生成部４４は、ドリフト量判定部５１によって第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳが第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳよりも大きい（２０５－ＹＥＳ）と判定されるとき、式（７）を使用して検出信号Ｅｄを生成する。また、信号生成部４４は、ドリフト量判定部５１によって第１ドリフト量Ｐ_Ｐ＿ＲＭＳが第２ドリフト量Ｐ_Ｓ＿ＲＭＳよりも小さい（２０５－ＮＯ）と判定されるとき、式（５）を使用して検出信号Ｅｄを生成する。

【0079】

そして、信号出力部４５は、Ｓ１０６の処理と同様に、Ｓ２０８の処理で生成された検出信号Ｅｄを出力する（Ｓ２０９）。

【0080】

（変形例に係る検出信号発生回路の作用効果）
検出信号発生回路２は、第１電気信号Ｐ_Ｐ及び第２電気信号Ｐ_Ｓのドリフト量を比較して、ドリフト量が大きい電気信号を補正して補正信号を生成するので、ドリフト量に起因するノイズの影響を更に抑制して検出信号Ｅｄを生成することができる。

【符号の説明】

【0081】

１ 磁界センサ装置
２、１６ 検出信号発生回路
４１ 信号取得部
４２ ドリフト量演算部
４３ 補正部
４４ 信号生成部
４５ 信号出力部
５１ ドリフト量判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】