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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-14
(45)【発行日】2022-02-22
(54)【発明の名称】磁界センサ素子及び磁界センサ装置
(51)【国際特許分類】
G01R 33/032 20060101AFI20220215BHJP
H01L 29/82 20060101ALI20220215BHJP
【ＦＩ】
G01R33/032
H01L29/82 Z
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2018022511
(22)【出願日】2018-02-09
(65)【公開番号】P2019138775
(43)【公開日】2019-08-22
【審査請求日】2020-11-26
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｉａｐ－ｊｐ．ｏｒｇ／ｍｓｊ／ｃｏｎｆ＿ｐｒｏｇｒａｍ２０１７／ｐｒｏｇｒａｍ＿ｄｏｗｎｌｏａｄ．ｐｈｐ？ｎｏ＝２１ａＢ－１ 掲載日：平成２９年９月５日 ［刊行物等］ 第４１回 日本磁気学会学術講演会 開催日：平成２９年９月２１日 ［刊行物等］ 電気学会研究会資料 Ｔｈｅ Ｐａｐｅｒｓ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｎ “Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ”，ＩＥＥ Ｊａｐａｎ マグネティックス研究会 ＭＡＧ－１７－１５３～１５９ 発行所：一般社団法人 電気学会 発行日：平成２９年１１月１０日 ［刊行物等］ マグネティックス研究会 開催日：平成２９年１１月１０日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「スーパークラスタープログラム」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【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
(73)【特許権者】
【識別番号】000001960
【氏名又は名称】シチズン時計株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504180239
【氏名又は名称】国立大学法人信州大学
(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】100161089
【氏名又は名称】萩原 良一
(72)【発明者】
【氏名】宮本 光教
(72)【発明者】
【氏名】久保 利哉
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 敏郎
【審査官】田口 孝明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２８１４７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９８４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１１０７０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０６９５７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０５７３２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１３６４１１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０８－２４８１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０４３７１８３８（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０００９４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０００－２０６２１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６９４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１９４６３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２４０２７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６、
Ｈ０１Ｌ ２７／２２、
２９／８２、
４３／００－４３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
平均粒径が２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ未満の強磁性金属の微粒子が金属フッ化物の誘電体中に分散しており、入射光を透過させるグラニュラー膜と、前記グラニュラー膜を透過した光を前記グラニュラー膜に向けて反射する反射膜と、
前記グラニュラー膜に前記入射光を伝搬すると共に、前記反射膜で反射し前記グラニュラー膜を透過した戻り光を伝搬する光ファイバと、
を有することを特徴とする磁界センサ素子。
【請求項2】
前記グラニュラー膜の光透過率が２０％以上かつ３０％以下である、請求項１に記載の磁界センサ素子。
【請求項3】
前記強磁性金属が、Ｆｅ及びＣｏの少なくとも一方を含み、前記金属フッ化物がＭｇＦ２又はＹＦ３である、請求項２に記載の磁界センサ素子。
【請求項4】
前記グラニュラー膜中における前記強磁性金属の体積Ｍと前記金属フッ化物の体積Ｆとの比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２よりも大きくかつ０．５未満である、請求項３に記載の磁界センサ素子。
【請求項5】
前記グラニュラー膜は前記光ファイバの端面に形成され、前記反射膜は前記グラニュラー膜上に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁界センサ素子。
【請求項6】
前記磁界センサ素子は、前記光ファイバの出射端部に配置された光コリメータと、前記光コリメータと前記グラニュラー膜の間に配置されたλ／４板と、をさらに有し、前記グラニュラー膜は、前記光ファイバの出射端部から離間して配置され、
前記光コリメータは、前記光ファイバを伝搬してきた光を平行光として空間に出射するとともに、前記反射膜からの空間伝搬光である反射光を前記光ファイバに入射させる、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁界センサ素子。
【請求項7】
前記磁界センサ素子は、前記光ファイバで構成される経路の途中に挿入されたλ／４板をさらに有し、前記グラニュラー膜は、前記光ファイバで構成される経路の途中に挿入され、
前記反射膜は前記光ファイバの端面に形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁界センサ素子。
【請求項8】
入射光を伝搬する入射用光ファイバと、
平均粒径が２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ未満の強磁性金属の微粒子が金属フッ化物の誘電体中に分散しており、前記入射光を透過させるグラニュラー膜と、
前記グラニュラー膜を透過した光を前記グラニュラー膜に向けて反射する反射膜と、
前記反射膜で反射し前記グラニュラー膜を透過した戻り光を伝搬する出射用光ファイバと、
光分岐部を有し前記入射用光ファイバと前記出射用光ファイバとが接続される平面光波回路を有し、
前記グラニュラー膜は前記平面光波回路の端面に形成され、
前記反射膜は前記グラニュラー膜上に形成され、
前記出射用光ファイバは偏波保持光ファイバであり、調心されて前記平面光波回路に接続されている、ことを特徴とする磁界センサ素子。
【請求項9】
請求項１～７のいずれか一項に記載の磁界センサ素子と、前記光ファイバに前記入射光として直線偏光を導入する発光装置と、
前記光ファイバから導出された前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離し、前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分を受光して電気信号に変換し、前記電気信号を処理する受光装置と、
を有することを特徴とする磁界センサ装置。
【請求項10】
請求項８に記載の磁界センサ素子と、
前記入射用光ファイバに前記入射光として直線偏光を導入する発光装置と、
前記出射用光ファイバから導出された前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離し、前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分を受光して電気信号に変換し、前記電気信号を処理する受光装置と、
を有することを特徴とする磁界センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁界センサ素子及び磁界センサ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ファラデー効果による光の変調を利用して電流磁界を計測する磁界センサ装置が提案されている。ファラデー効果とは、磁界の方向と平行に直線偏光が伝搬するときに偏光面が回転する現象のことである。こうした磁界センサ装置（磁界センサ素子）のヘッド部には、磁界に応じて光変調を生じる感応素子が配置されている。その感応素子の例として、鉄ガーネット結晶や鉛ファイバ、高複屈折ファイバ等が提案されている。例えば、特許文献１には、磁性ガーネットのファラデー効果を利用した磁気光学効果型の電磁界センサが記載されている。
【0003】
特許文献２には、磁気光学材料と誘電体材料よりなり、周期的に繰り返し構造を有する多層膜であって、繰り返し周期が多層膜の中心を対称として反転した構造の多層膜ファラデー回転子よりなる多層膜磁界感応素子となし、外部から負荷される磁界によって透過率又は反射率が変化する性能を有する磁界感応素子が記載されている。
【0004】
また、特許文献３には、絶縁体マトリックスとｎｍサイズの金属グラニュールからなるナノグラニュラー構造を有する薄膜誘電体が記載されている。特許文献４には、フッ化物マトリックスとｎｍサイズの磁性金属グラニュールからなるナノグラニュラー構造を有する透光性磁性体が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２００７／０００９４７号
【文献】特開２０００－２０６２１８号公報
【文献】特開２０１２－０６９４２８号公報
【文献】特開２０１７－０９８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
磁界センサ装置の感応素子として各種光ファイバを用いた場合、ベルデ定数が小さく電線等に多数周回させる必要があるため、センサヘッドを小型化することは難しい。特許文献１，２で提案されたファラデー効果型の磁界感応素子は、キュリー温度が２００℃～３００℃の磁性ガーネットを用いており、高温環境下で磁化が大きく低下するため、温度特性が悪い。また、磁性ガーネットは結晶材料であるため、センサヘッド（ファイバ端）に直接成膜することが難しく、特に特許文献２の磁界感応素子では、化合物の正確な組成制御も必要である。光をプローブにした従来のファラデー効果型の磁界センサ装置は、高い電磁ノイズ耐性を有するものの、広い温度範囲で動作可能で小型かつ軽量の磁界センサ装置は未だ実現されていない。
【0007】
そこで、本発明は、ファラデー効果を利用して磁界を検出する磁界センサ素子及び磁界センサ装置であって、温度特性に優れ、小型で、光学系がシンプルなもの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】
【0008】
入射光を伝搬する入射用光ファイバと、平均粒径が２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ未満の強磁性金属の微粒子が金属フッ化物の誘電体中に分散しており、入射光を透過させるグラニュラー膜と、グラニュラー膜を透過した光をグラニュラー膜に向けて反射する反射膜と、反射膜で反射しグラニュラー膜を透過した戻り光を伝搬する出射用光ファイバとを有することを特徴とする磁界センサ素子が提供される。
【0009】
上記の磁界センサ素子では、グラニュラー膜の光透過率が２０％以上かつ３０％以下であることが好ましい。
【0010】
上記の磁界センサ素子では、強磁性金属が、Ｆｅ及びＣｏの少なくとも一方を含み、金属フッ化物がＭｇＦ２又はＹＦ３であることが好ましい。
【0011】
上記の磁界センサ素子では、グラニュラー膜中における強磁性金属の体積Ｍと金属フッ化物の体積Ｆとの比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２よりも大きくかつ０．５未満であることが好ましい。
【0012】
上記の磁界センサ素子では、入射用光ファイバと出射用光ファイバは同一の光ファイバであり、グラニュラー膜は光ファイバの端面に形成され、反射膜はグラニュラー膜上に形成されていることが好ましい。
【0013】
あるいは、上記の磁界センサ素子では、入射用光ファイバと出射用光ファイバは同一の光ファイバであり、磁界センサ素子は、光ファイバの出射端部に配置された光コリメータと、光コリメータとグラニュラー膜の間に配置されたλ／４板とをさらに有し、グラニュラー膜は、光ファイバの出射端部から離間して配置され、光コリメータは、光ファイバを伝搬してきた光を平行光として空間に出射するとともに、反射膜からの空間伝搬光である反射光を光ファイバに入射させることが好ましい。
【0014】
あるいは、上記の磁界センサ素子では、入射用光ファイバと出射用光ファイバは同一の光ファイバであり、磁界センサ素子は、光ファイバで構成される経路の途中に挿入されたλ／４板をさらに有し、グラニュラー膜は、光ファイバで構成される経路の途中に挿入され、反射膜は光ファイバの端面に形成されていることが好ましい。
【0015】
あるいは、上記の磁界センサ素子では、光分岐部を有し入射用光ファイバと出射用光ファイバとが接続される平面光波回路をさらに有し、グラニュラー膜は平面光波回路の端面に形成され、反射膜はグラニュラー膜上に形成され、出射用光ファイバは偏波保持光ファイバであり、調心されて平面光波回路に接続されていることが好ましい。
【0016】
また、上記のいずれかの磁界センサ素子と、入射用光ファイバに入射光として直線偏光を導入する発光装置と、出射用光ファイバから導出された戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離し、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分を受光して電気信号に変換し、電気信号を処理する受光装置とを有することを特徴とする磁界センサ装置が提供される。
【発明の効果】
【0017】
上記の磁界センサ素子及び磁界センサ装置は、温度特性に優れ、小型で、光学系がシンプルであり、ファラデー効果を利用して磁界を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】磁界センサ装置１の全体構成図である。
【図2】グラニュラー膜３０での偏光面の回転について説明する図である。
【図3】グラニュラー膜３０の模式図である。
【図4】信号処理部７０の例を示すブロック図である。
【図5】他の磁界センサ素子１０Ａの斜視図、断面図及び分解断面図である。
【図6】他の磁界センサ素子１０Ｂの平面図及び断面図である。
【図7】他の磁界センサ素子１０Ｃの平面図である。
【図8】グラニュラー膜３０の磁化の温度特性を示すグラフである。
【図9】グラニュラー膜の成膜温度と膜中の磁性体粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図10】異なる温度で成膜されたグラニュラー膜の磁化の温度特性を示すグラフとグラニュラー膜の断面写真である。
【図11】グラニュラー膜の透過率と磁界センサ素子の出力のＳＮ比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照しつつ、磁界センサ素子及び磁界センサ装置について説明する。ただし、本発明は図面又は以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【0020】
図１は、磁界センサ装置１の全体構成図である。磁界センサ装置１は、磁界センサ素子１０と、発光装置５０と、ハーフミラー５３と、受光装置６０とを有する。磁界センサ素子１０は、光ファイバ２０と、グラニュラー膜３０と、反射膜４０とを有する。発光装置５０は、発光素子５１と、偏光子５２とを有し、光ファイバ２０に入射光として直線偏光を導入する。受光装置６０は、λ／２板６２と、偏光分離素子６４と、受光素子６６Ｓ，６６Ｐと、信号処理部７０とを有し、光ファイバ２０から導出された戻り光を受光する。
【0021】
磁界センサ装置１では、光ファイバ２０の後端側（発光装置５０側）の端面は、発光装置５０と受光装置６０に光学的に接続されている。発光装置５０は直線偏光を出射し、その直線偏光は、ハーフミラー５３を透過して、後端側の端面から光ファイバ２０に入射する。光ファイバ２０に入射した直線偏光は、光ファイバ２０を経由してグラニュラー膜３０を透過し、反射膜４０で反射し、再びグラニュラー膜３０を透過して戻り光となる。この戻り光は、再び光ファイバ２０を伝搬し、ハーフミラー５３を経由して、受光装置６０に入る。
【0022】
図２は、グラニュラー膜３０での偏光面の回転について説明する図である。図２の上側では、発光装置５０からの入射光と反射膜４０で反射した戻り光を矢印で示している。光の進行方向に直交する平面をＸＹ面と定義し、グラニュラー膜３０への入射前の（Ａ）における偏光方向がＹ方向であるとする。グラニュラー膜３０は、強磁性金属の微粒子３１（以下、磁性体粒子３１という）（図１を参照）を有し、磁界の存在下において、直線偏光がグラニュラー膜３０を透過する際に、（Ｂ）に示すように、ファラデー効果により偏光面がθ１だけ回転する。その後、入射光が反射膜４０で反射して再度グラニュラー膜３０を透過する際に、（Ｃ）に示すように、ファラデー効果により偏光面がさらに回転し、ファラデー回転角がθ１よりも大きいθ２になる。
【0023】
ファラデー回転角の大きさは磁界の強さによって変化するため、受光装置６０で戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離し、それらを受光してそれぞれの強度を求めることで、周囲の磁界を検出することができる。その磁界が導体を流れる電流によって生じている場合には、その電流値を測定することができる。
【0024】
光ファイバ２０は、発光装置５０からの入射光である直線偏光をグラニュラー膜３０まで伝搬し、グラニュラー膜３０を透過して反射膜４０で反射した戻り光を受光装置６０まで伝搬する。光ファイバ２０は、磁界センサ素子１０の入射用光ファイバであるとともに、出射用光ファイバでもある。図１の符号２１は光ファイバ２０のコアであり、符号２２は光ファイバ２０のクラッドである。光ファイバ２０は、シングルモード光ファイバであってもよいが、偏波保持光ファイバであることが好ましい。光ファイバ２０が偏波保持光ファイバであれば、直線偏光を一定強度に保持した状態で伝搬してグラニュラー膜３０に入射させ、反射膜４０で反射して再度グラニュラー膜３０を透過した戻り光を一定強度に保持した状態で伝搬することができる。光ファイバ２０の直径は特に限定されないが、１２５μｍのものが一般的に使用されている。
【0025】
図３は、グラニュラー膜３０の模式図である。グラニュラー膜３０は、図１に示すように、光ファイバ２０の先端側（発光装置５０とは反対側）の端面２７に形成されている。グラニュラー膜３０では、図３に示すように、ナノオーダの磁性体粒子３１が誘電体３２から安定的に相分離した状態で誘電体３２中に分散している。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、グラニュラー膜３０では、全体として、磁性体粒子３１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。グラニュラー膜３０内における磁性体粒子３１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３２として透明性が高いものを用いれば、誘電体３２中に磁性体粒子３１が光の波長よりも小さいサイズで存在することにより、グラニュラー膜３０は光透過性を有する。
【0026】
グラニュラー膜３０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３０を多層膜とすれば、グラニュラー膜３０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。
【0027】
磁性体粒子３１の材質は、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３１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。その合金としては、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桁近く大きく、検出が容易である。
【0028】
誘電体３２としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）等のフッ化物（金属フッ化物）が好ましい。あるいは、誘電体３２として、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化二ニオビウム（Ｎｂ２Ｏ５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、三酸化二アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物を用いてもよい。誘電体３２と磁性体粒子３１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、フッ化マグネシウムは透過率が高いので、特に好ましい。
【0029】
反射膜４０は、図１～図３に示すように、グラニュラー膜３０上に形成されており、グラニュラー膜３０を透過した光をグラニュラー膜３０に向けて反射する。反射膜４０としては、例えば、Ａｇ（銀）膜、Ａｕ（金）膜、Ａｌ（アルミニウム）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膜や耐食性が高いＡｕ膜が成膜上簡便で好ましい。反射膜４０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。反射膜４０を用いてグラニュラー膜３０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。
【0030】
発光素子５１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５１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。
【0031】
偏光子５２は、発光素子５１が発した光を直線偏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５２で得られる直線偏光は、光ファイバ２０に導入される。
【0032】
ハーフミラー５３は、発光装置５０からの直線偏光を光ファイバ２０に導入するとともに、磁界センサ素子１０からの戻り光を受光装置６０に送る。直線偏光を光ファイバ２０へ導入するための光学素子は、ハーフミラー５３に限らず、光ファイバを結合分岐するための光カプラや、光を分割するビームスプリッタ、又は光サーキュレータであってもよい。
【0033】
λ／２板６２は、磁界センサ素子１０からの戻り光の偏光成分間にλ／２（１８０°）の位相差を与え、偏光方向を回転させて出射させるものであり、偏光分離素子６４の手前側に配置されている。λ／２板６２としては、複屈折材料等を利用した一般的なものを使用できる。あるいは、λ／２板６２の代わりに、λ／４板を磁界センサ素子１０内に配置しても同様の効果が得られる。この場合、λ／４板をグラニュラー膜３０と反射膜４０との間に挿入することが望ましく、そうすれば、λ／４板の内部を光が往復することで、λ／４板が反射型のλ／２板として機能する。
【0034】
偏光分離素子６４は、λ／２板６２で位相変調された戻り光のＳ偏光成分６５ＳとＰ偏光成分６５Ｐとを分離する。偏光分離素子６４としては、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型又は光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることができる。
【0035】
受光素子６６ＳはＳ偏光成分６５Ｓを受光し、受光素子６６ＰはＰ偏光成分６５Ｐを受光して、それぞれ電気信号に変換（光電変換）する。受光素子６６Ｓ，６６Ｐとしては、例えばＰＩＮフォトダイオード等を用いることができる。
【0036】
図４は、信号処理部７０の例を示すブロック図である。信号処理部７０は、増幅器７１Ｐ，７１Ｓと、除算回路（アナログＩＣ）７２，７３と、差動増幅回路７４とを有し、受光素子６６Ｓ，６６Ｐにより光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、その数値を電流値に置き換える。増幅器７１Ｐは、受光素子６６Ｐにより光量ＬｐのＰ偏光成分６５Ｐから得られた電気信号Ｅｐを増幅する。増幅器７１Ｓは、受光素子６６Ｓにより光量ＬｓのＳ偏光成分６５Ｓから得られた電気信号Ｅｓを増幅する。除算回路７２は、増幅された電気信号Ｅｐで電気信号Ｅｓを除算し、その出力値を差動増幅回路７４のマイナス側に入力する。除算回路７３は、増幅された電気信号Ｅｓで電気信号Ｅｐを除算し、その出力値を差動増幅回路７４のプラス側に入力する。差動増幅回路７４は、除算回路７３，７４の出力値を差動増幅して最終的な電流値に変換する。
【0037】
図５（Ａ）～図５（Ｃ）は、それぞれ、他の磁界センサ素子１０Ａの斜視図、断面図及び分解断面図である。図５（Ｂ）では、図５（Ａ）のＶＢ－ＶＢ線に沿った磁界センサ素子１０Ａの断面を示している。磁界センサ素子１０Ａは、光コリメータを用いた一軸型空間結合系のセンサ素子であり、光ファイバ２０と、保護部材２５と、回転スリーブ２６と、グラニュラー膜３０と、透明基板３３と、λ／４板３４と、反射膜４０と、光コリメータ８０とを有する。このうち、グラニュラー膜３０と反射膜４０は、図１の磁界センサ素子１０のものと同じである。グラニュラー膜３０と反射膜４０は、薄膜なので、図示を分かり易くするために、図５（Ｂ）では省略されている。磁界センサ装置１では、磁界センサ素子１０に代えて磁界センサ素子１０Ａを用いてもよい。
【0038】
光ファイバ２０は、発光装置５０から入射した直線偏光を伝搬する入射用光ファイバであるとともに、戻り光を受光装置６０まで伝搬する出射用光ファイバでもある。保護部材２５は、光ファイバ２０の出射端部（図１の発光装置５０とは反対側の端部）を覆う部材であり、回転スリーブ２６は、保護部材２５の一端部に取り付けられた円筒形の部材である。保護部材２５及び回転スリーブ２６の材質としては、例えば、ガラス、セラミック、金属、合成樹脂が挙げられる。
【0039】
光コリメータ８０は、光ファイバ２０の出射端部において、保護部材２５と回転スリーブ２６により覆われるように配置されており、キャピラリ８１と、鏡筒８２と、コリメートレンズ８３とを有する。キャピラリ８１は、光ファイバ２０の出射端部が取り付けられる部材であり、鏡筒８２は、キャピラリ８１の端部を取り囲む円筒形の部材である。コリメートレンズ８３は、鏡筒８２の端部に埋め込まれており、光ファイバ２０を伝搬してきた光をコリメート光（平行光）として回転スリーブ２６内の空間に出射するとともに、その出射光の反射光を光ファイバ２０に入射させる。
【0040】
グラニュラー膜３０は、透明基板３３上に成膜され、光ファイバ２０の出射端部から離間して、回転スリーブ２６の端部に配置されている。透明基板３３の材質としては、例えば、ガラス、水晶、合成樹脂が挙げられる。λ／４板３４は、光コリメータ８０とグラニュラー膜３０との間に配置されており、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換し、円偏光又は楕円偏光を直線偏光に変換する。反射膜４０は、透明基板３３のグラニュラー膜３０とは反対側の面に形成されている。ただし、図示した形態とは異なり、グラニュラー膜３０と反射膜４０の両方を、透明基板３３の片面に積層してもよい。この場合、透明基板３３の保護部材２５側の面に、反射膜４０とグラニュラー膜３０をこの順で積層するか、透明基板３３の保護部材２５とは反対側の面に、グラニュラー膜３０と反射膜４０をこの順で積層すればよい。
【0041】
磁界センサ素子１０Ａでは、λ／４板３４、グラニュラー膜３０、透明基板３３及び反射膜４０は、この順で互いに密着しており、それらは回転スリーブ２６内の空間の端部を塞いでいる。また、反射膜４０は、コリメートレンズ８３により集光された空間伝搬光ＬのビームウェストＷの位置に合わせて配置されている。
【0042】
磁界センサ素子１０Ａでは、光ファイバ２０を伝搬してきた発光装置５０からの直線偏光は、光コリメータ８０のキャピラリ８１を通過し、コリメートレンズ８３を介して回転スリーブ２６内の空間に出射される。その出射光は、λ／４板３４を透過して円偏光に変換され、グラニュラー膜３０及び透明基板３３を透過し、反射膜４０で反射し、再び透明基板３３、グラニュラー膜３０及びλ／４板３４を透過して直線偏光に変換され、コリメートレンズ８３を通過し、戻り光として光ファイバ２０に入射する。磁界センサ素子１０Ａの周囲に磁界が印加されていると、光がグラニュラー膜３０を透過する際に、その磁界の強度に応じて偏光面が回転する。
【0043】
磁界センサ素子１０Ａでは、光ファイバ２０を伝搬する直線偏光にλ／４板３４でＰ波、Ｓ波の位相変調を生じさせる。磁界センサ素子１０Ａを使用する磁界センサ装置１では、予め、受光装置６０で受光されるＰ偏光成分とＳ偏光成分の光強度が一致する状態をゼロ点としておく。これにより、外部磁界によってグラニュラー膜３０で偏光面の回転が生じた場合、各偏光成分の光強度が直線的に変化するため、センサとして利用し易い。
【0044】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、他の磁界センサ素子１０Ｂの平面図及び断面図である。図６（Ｂ）では、図６（Ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線に沿った磁界センサ素子１０Ｂの断面を示している。磁界センサ素子１０Ｂは、センサヘッド基材１６と、光ファイバ２０Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂと、グラニュラー膜３０と、透明基板３３と、λ／４板３４と、反射膜４０とを有する。このうち、グラニュラー膜３０と反射膜４０は、図１の磁界センサ素子１０のものと同じである。磁界センサ装置１では、磁界センサ素子１０に代えて磁界センサ素子１０Ｂを用いてもよい。
【0045】
センサヘッド基材１６は、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂ、グラニュラー膜３０、透明基板３３、λ／４板３４及び反射膜４０を支持する部材である。センサヘッド基材１６の材質としては、例えば、ガラス、セラミック、金属、合成樹脂が挙げられる。光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂ、グラニュラー膜３０、透明基板３３、λ／４板３４及び反射膜４０は、例えば接着剤又は硬化型樹脂等でセンサヘッド基材１６に固定されている。
【0046】
光ファイバ２０Ｂは、端部２８で光ファイバ２１Ｂに連結されている。光ファイバ２０は、発光装置５０からの直線偏光を光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂに入射する入射用光ファイバであるとともに、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂからの戻り光を受光装置６０まで伝搬する出射用光ファイバでもある。光ファイバ２０Ｂは、シングルモード光ファイバであってもよいが、偏波保持光ファイバであることが好ましい。
【0047】
光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂは、特性や径が同種のシングルモード光ファイバである。光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂは、元々１つに繋がっていた光ファイバをセンサヘッド基材１６に固定した状態で切断したものであることが好ましい。光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂは、光ファイバ２１Ｂの光軸Ｃ１と光ファイバ２２Ｂの光軸Ｃ２とが一致するように、センサヘッド基材１６に固定されている。
【0048】
グラニュラー膜３０は、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂで構成された経路の途中に挿入された透明基板３３上に設けられている。グラニュラー膜３０の光入射面Ｍは、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂの光軸Ｃ１，Ｃ２に対して直交している。
【0049】
λ／４板３４は、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂで構成された経路の途中であって、グラニュラー膜３０を挟んで反射膜４０の反対側に配置されている。図示した例とは異なり、透明基板３３を省略し、グラニュラー膜３０をλ／４板３４上に形成してもよい。この場合、部品点数を削減でき、透明基板３３の分だけ部品の厚さが薄くなるので、磁界センサ素子１０Ｂを小型化でき、組立て作業がより簡便になるとともに、光の損失が少なくなる。また、λ／４板３４とグラニュラー膜３０とは、図示した例では互いに密着しているが、間に光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂを挟んで互いに離間していてもよい。
【0050】
反射膜４０は、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂで構成された経路の一方の端面に形成されている。反射膜４０は、少なくとも光ファイバ２２Ｂの端面２７に設けられていればよく、端面２７と面一に形成されたセンサヘッド基材１６の先端面１６Ｅの全体又は一部にまで広がっていてもよい。
【0051】
磁界センサ素子１０Ｂでは、光ファイバ２０Ｂを伝搬してきた直線偏光は、端部２８から光ファイバ２１Ｂに入射し、光ファイバ２１Ｂを伝搬し、λ／４板３４を透過して円偏光に変換される。この円偏光は、グラニュラー膜３０及び透明基板３３を透過し、光ファイバ２２Ｂを伝搬し、反射膜４０で反射し、再び光ファイバ２２Ｂを伝搬し、透明基板３３、グラニュラー膜３０及びλ／４板３４を透過して直線偏光に変換される。この直線偏光は、光ファイバ２１Ｂを伝搬し、戻り光として光ファイバ２０Ｂに出力される。磁界センサ素子１０Ｂの周囲に磁界が印加されていると、光がグラニュラー膜３０を透過する際に、その磁界の強度に応じて偏光面が回転する。
【0052】
磁界センサ素子１０Ｂは、光軸を合わせるように各部品の形状精度を高くしたり、各部品を精度よく組み立てたりする必要がないため、簡便に製造することができ、また、光ファイバ２１Ｂ，２２Ｂの光軸が合っているため、光の損失を低減することができる。
【0053】
図７は、他の磁界センサ素子１０Ｃの平面図である。磁界センサ素子１０Ｃは、平面光波回路１１と、光ファイバ１９と、光ファイバ２０Ｃと、グラニュラー膜３０と、反射膜４０とを有する。このうち、グラニュラー膜３０と反射膜４０は、図１の磁界センサ素子１０のものと同じである。磁界センサ装置１では、磁界センサ素子１０に代えて磁界センサ素子１０Ｃを用いてもよい。
【0054】
平面光波回路１１は、ガラス等のベース基材に形成された光導波路であり、光分岐部１２と、光経路１３，１４，１５と、接続部１７，１８とを有する。光分岐部１２では、光経路１３，１４，１５が互いにＹ字型に分岐しており、光経路１４は平面光波回路１１の一端面側に、光経路１３，１５はその一端面に対向する他端面側に、それぞれ配置されている。接続部１７は光経路１３の端部に、接続部１８は光経路１５の端部に、それぞれ形成されている。平面光波回路１１の光経路１４側（接続部１７，１８とは反対側）の端面には、グラニュラー膜３０と反射膜４０が形成されている。接続部１７，１８とグラニュラー膜３０及び反射膜４０とは、平面光波回路１１の対向する端面に限らず、隣接する端面にそれぞれ設けられていてもよい。
【0055】
光ファイバ１９は、発光装置５０からの直線偏光を平面光波回路１１まで伝搬する入射用光ファイバであり、屈折率整合された接着剤を用いて、接続部１７で平面光波回路１１に接続されている。光ファイバ１９は、シングルモード光ファイバであってもよいし、偏波保持光ファイバであってもよい。
【0056】
光ファイバ２０Ｃは、平面光波回路１１から出射する戻り光を、偏光状態を乱すことなく受光装置６０に伝搬する出射用光ファイバであり、屈折率整合された接着剤を用いて、接続部１８で平面光波回路１１に接続されている。光ファイバ２０Ｃは、偏波保持光ファイバであることが好ましく、調心されて平面光波回路１１に接続されている。
【0057】
磁界センサ素子１０Ｃでは、磁界の印加がない状態で、接続部１８において、平面光波回路１１からの戻り光の偏波面に対して光ファイバ２０Ｃを軸方向に回転させることで、受光装置６０で受光されるＰ偏光成分とＳ偏光成分の光強度が均等になるように調整されている。このため、波長板を平面光波回路１１内に設ける必要ないので、波長板により生じ得る損失を抑制することができる。
【0058】
グラニュラー膜３０は、平面光波回路１１の光経路１４側の端面に形成され、反射膜４０は、グラニュラー膜３０上に形成されている。
【0059】
磁界センサ素子１０Ｃでは、発光装置５０からの直線偏光は、光ファイバ１９を経由して接続部１７から光経路１３に入射し、図７中の矢印の方向に進み、光分岐部１２及び光経路１４を経由してグラニュラー膜３０を透過する。その際、磁界センサ素子１０Ｃの周囲に磁界が印加されていると、その磁界の強度に応じて偏光面が回転する。グラニュラー膜３０を透過した光は、反射膜４０で反射し、再びグラニュラー膜３０を透過し、光経路１４に戻り、光分岐部１２及び光経路１５を経由して、接続部１８から出射して光ファイバ２０Ｃに入り、光ファイバ２０Ｃを伝搬する。
【0060】
磁界センサ素子１０Ｃでは、特に平面光波回路１１内において、ねじりや曲げ等による外乱に対しても偏波面が保持され易いので、ファラデー回転により生じた位相変調を正確に伝搬することができる。また、光ファイバ１９から平面光波回路１１に入った直線偏光は、従来型の分岐カプラで分岐されずに、そのまま平面光波回路１１を伝搬することができる。さらに、磁界センサ素子１０Ｃでは、上記の通り、平面光波回路１１内に波長板を設けなくてもよいので、波長板による損失を受けずに光強度を検出することができる。
【0061】
磁界センサ素子１０，１０Ａ～１０Ｃでは、磁界の存在下において、光がグラニュラー膜３０を往復する間にファラデー効果が発生し、これによりファラデー回転角が大きくなるので、その分、受光装置６０で検出される各偏光成分の光強度も大きくなる。その結果、偏光分離した光が伝搬中にクロストーク内に潜って検出できないおそれがないので、グラニュラー膜３０の近傍に偏光分離のための光学素子を配置する必要がない。このため、磁界センサ素子のヘッド部を小型化することができ、ファラデー効果を利用した測定をシンプルな光学系で実現することができる。
【0062】
磁性ガーネットのキュリー温度は２００℃～３００℃程度であるため、キュリー温度に近い高温環境下では磁化が低下し、ファラデー効果も低下する。このため、磁性ガーネットを用いる従来のファラデー効果型の磁界センサは、高温環境下では感度が低下し、動作が困難になる。一方、磁性体粒子３１として用いられる上記の強磁性金属のキュリー温度は１０００℃程度と高く、センサ感度の温度特性は、磁性体粒子３１の磁化の温度特性のみに依存する。
【0063】
図８は、グラニュラー膜３０の磁化の温度特性を示すグラフである。グラフの横軸は印加された磁界Ｈ（ｋＯｅ）を、縦軸は磁化Ｍ（ｋＧ）を表す。図８では、３５０℃で成膜されたＣｏ－ＭｇＦ２（磁性体粒子がＣｏ、誘電体がＭｇＦ２）のグラニュラー膜について、周囲温度を室温（ｒ．ｔ．）、１５０℃及び３５０℃として測定した結果を重ねて示している。グラフから分かるように、Ｃｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜では、周囲温度による磁化変動が小さく、３５０℃まで加熱しても、ほとんど飽和磁化が低下しない。特に、グラフの原点付近の線形領域は周囲温度によりほとんど変化しないため、Ｃｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を用いた磁界センサ素子１０，１０Ａ～１０Ｃでは、高温環境下でもセンサ感度が実質的に低下しない。
【0064】
磁界センサ素子１０，１０Ａ～１０Ｃは、温度特性に優れており、実用上広い温度範囲でセンサ感度が一定に保たれるので、パワーエレクトロニクス回路用の電流センサ等としての使用に適している。また、上記のグラニュラー膜３０で構成される磁界感応素子は、干渉型、強度変調型等の光学方式を問わず、ファラデー効果を利用した磁界センサ素子（磁界センサ装置）に適用可能である。
【0065】
図９は、グラニュラー膜の成膜温度と膜中の磁性体粒子の平均粒径との関係を示すグラフである。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、異なる温度で成膜されたグラニュラー膜の磁化の温度特性を示すグラフとグラニュラー膜の断面写真である。図９の横軸は成膜温度Ｔ（℃）を、縦軸は磁性体粒子の平均粒径ｄ（ｎｍ）を表す。図９の縦線は、平均粒径の誤差範囲を表す。図１０（Ａ）の横軸は印加された磁界Ｈ（ｋＯｅ）を、縦軸は磁化Ｍ（ｋＧ）を表す。グラニュラー膜は蒸着又はスパッタリングによって基板上に成膜することができ、図９～図１０（Ｂ）では、基板温度を室温（＜７０℃）、２５０℃、３５０℃及び４５０℃としてＣｏとＭｇＦ２を基板上に蒸着させて作製されたＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜についての結果を示している。
【0066】
図１０（Ｂ）の断面写真では、グラニュラー膜中の磁性体粒子（Ｃｏ）の平均粒径も併記している。基板温度を室温（＜７０℃）、２５０℃、３５０℃及び４５０℃として作製されたＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜におけるＣｏの平均粒径（直径）は、それぞれ、２．９ｎｍ、４．０ｎｍ、６．８ｎｍ及び１０．６ｎｍである。これらの平均粒径は、透過型電子顕微鏡により撮影されたグラニュラー膜の断面写真上で各磁性体粒子の粒径を計測し、それらを平均化して得られた値である。断面写真上の黒い部分はＣｏに、白い部分はＭｇＦ２に、それぞれ相当する。図１０（Ｂ）から分かるように、平均粒径は成膜温度（成膜中の基板温度）によって変化し、基板温度が高いほど大きくなる。グラニュラー膜中の磁性体粒子の平均粒径は、主に成膜時の基板温度や基板の回転速度の調整、あるいはポストアニールによっても制御することができる。
【0067】
グラニュラー膜を磁界センサ装置の感応素子として使用するためには、磁界を印加したときに、磁界に対して磁化が線形に変化することが望ましい。また、磁化の温度特性にヒステリシスがあると、交流磁界に対して磁界センサ素子を使用したときに測定誤差が生じるため、ヒステリシスはない方が望ましい。
【0068】
図１０（Ａ）から分かるように、成膜温度が低いほど、ヒステリシスは小さいが、磁界に対する磁化の線形領域は狭い。一方、成膜温度が高いほど、磁界に対する磁化の線形領域は広いが、ヒステリシスは大きい。特に、成膜温度が４５０℃以上で、平均粒径が１０ｎｍ以上になると、ヒステリシスが大きく、さらに、高温では飽和磁化が減少しファラデー効果も小さくなるため、好ましくない。また、グラニュラー膜の成膜温度の下限は７０℃程度なので、平均粒径を２ｎｍよりも小さくすることは難しい。したがって、Ｃｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜の場合、線形性と軟磁性（ヒステリシスが小さいこと）を両立するには、膜中に分散している磁性体粒子の平均粒径は、２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ未満であることが好ましく、成膜温度が２５０℃の場合の４ｎｍ程度であることが最も好ましい。
【0069】
また、Ｃｏ－ＭｇＦ２の場合、グラニュラー膜中における強磁性金属Ｃｏの体積Ｍと金属フッ化物ＭｇＦ２の体積Ｆとの比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）は、０．２よりも大きくかつ０．５未満であることが好ましい。体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．５（すなわち、Ｍ：（Ｍ＋Ｆ）＝１：２）のときにはＣｏがＭｇＦ２内で最密充填し、それよりもＣｏが多くなるとグラニュラー膜ではなくなると考えられるため、０．５は体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）の上限と考えられる。体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．５未満になると、Ｃｏの微粒子同士の間隔が大きくなり、透過率が大きくなるため、ファラデー効果で変調した透過光を有効に取り出すことが可能となる。また、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）は、０．２以下になると強磁性金属の割合が少な過ぎてファラデー効果の検出が困難になるので、それよりも大きい値であることが好ましい。
【0070】
以下では、成膜温度と膜厚を変化させて複数のグラニュラー膜を作製し、その特性を測定した実験結果について説明する。
【実施例1】
【0071】
室温（＜７０℃）に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．５０になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が０．２５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は３．０ｎｍであり、このグラニュラー膜を使用した磁界センサ装置（図１の信号処理部７０）の出力信号のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）は０．５１であった。以下で示すＳ／Ｎ比の値は、全て、後述する比較例２でのＳ／Ｎ比のｄＢ値を１とした相対値である。磁界を一方向とその逆方向に交互にかけたときの磁化曲線の幅をΔＨ（Ｏｅ）とし、ΔＨが１０Ｏｅ未満、１０Ｏｅ以上１００Ｏｅ未満、１００Ｏｅ以上の場合をそれぞれヒステリシス「無」、「小」、「大」と定義すると、このグラニュラー膜はヒステリシス「無」であった。
【0072】
磁化飽和時にこのグラニュラー膜に波長１５５０ｎｍの光を入射させたところ、透過率は３０％であった。また、膜厚１μｍ当たりのファラデー回転角θＦ（ｄｅｇ／μｍ）と膜厚１μｍ当たりの透過光の損失量Ｐｌｏｓｓ（ｄＢ／μｍ）との比θＦ／Ｐｌｏｓｓで定義される性能指数ＦＯＭ（Figure Of Merit）を求めたところ、０．０６７ｄｅｇ／ｄＢであった。ここで、Ｐｌｏｓｓは、波長１５５０ｎｍの光が膜厚１μｍの薄膜を透過したときの透過光強度をＩ、入射光強度をＩ０として、－１０ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ０）で求められる量である。例えば磁界センサ素子では、磁化飽和時において波長１５５０ｎｍの光を入射させたときに、性能指数ＦＯＭが０．０５ｄｅｇ／ｄＢ以上であれば、センサとしての性能は十分である。
【実施例2】
【0073】
室温（＜７０℃）に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．３３になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が０．７５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は２．９ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．６４であり、ヒステリシスは「無」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２９％、性能指数ＦＯＭは０．０８９ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例3】
【0074】
室温（＜７０℃）に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２５になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が２．００μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は２．５ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．６４であり、ヒステリシスは「無」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２８％、性能指数ＦＯＭは０．０６５ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例4】
【0075】
室温（＜７０℃）に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２０になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が３．２５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は２．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．２９であり、ヒステリシスは「無」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２６％、性能指数ＦＯＭは０．０３５ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例5】
【0076】
２５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．３３になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が０．７５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は４．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．６３であり、ヒステリシスは「無」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２３％、性能指数ＦＯＭは０．０８９ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例6】
【0077】
３５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．５０になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が０．２５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は９．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．３０であり、ヒステリシスは「小」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２０％、性能指数ＦＯＭは０．０３０ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例7】
【0078】
３５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．３３になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が２．５０μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は６．８ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．８９であり、ヒステリシスは「小」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２５％、性能指数ＦＯＭは０．１９８ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例8】
【0079】
３５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２５になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が５．００μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は６．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．９９であり、ヒステリシスは「小」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２７％、性能指数ＦＯＭは０．２５５ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例9】
【0080】
３５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．３３になるようにＦｅとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が０．７５μｍのＦｅ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＦｅの平均粒径は５．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．５５であり、ヒステリシスは「小」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２９％、性能指数ＦＯＭは０．０６０ｄｅｇ／ｄＢであった。
【実施例10】
【0081】
３５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．２５になるようにＣｏとＹＦ３を蒸着させて、膜厚が１．５０μｍのＣｏ－ＹＦ３のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は６．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．７４であり、ヒステリシスは「小」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２８％、性能指数ＦＯＭは０．１３２ｄｅｇ／ｄＢであった。
【0082】
（比較例１）４５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．５０になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が１．２５μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は１１．０ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は０．８２であり、ヒステリシスは「大」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２９％、性能指数ＦＯＭは０．１７５ｄｅｇ／ｄＢであった。
【0083】
（比較例２）４５０℃に保った基板上に、体積比Ｍ／（Ｍ＋Ｆ）が０．３３になるようにＣｏとＭｇＦ２を蒸着させて、膜厚が６．００μｍのＣｏ－ＭｇＦ２のグラニュラー膜を作製した。膜中のＣｏの平均粒径は１０．６ｎｍであり、このグラニュラー膜の場合のＳ／Ｎ比は１．００（基準値）であり、ヒステリシスは「大」であり、実施例１と同じ条件下で透過率は２７％、性能指数ＦＯＭは０．２４７ｄｅｇ／ｄＢであった。
【0084】
以上説明した、実施例１～１０及び比較例１，２の結果を表１にまとめて示す。表１から分かるように、強磁性金属の微粒子の平均粒径が２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ未満（特に９ｎｍ以下）であれば、磁化の温度特性の線形性と軟磁性を両立させられるので好ましい。さらに、グラニュラー膜中における強磁性金属の体積Ｍと金属フッ化物の体積Ｆとの比Ｍ／（M＋Ｆ）が０．２よりも大きくかつ０．５未満（特に０．２５以上かつ０．３３以下）であれば、性能指数ＦＯＭが０．０５ｄｅｇ／ｄＢ以上になり、センサとしての性能が確保されるため、より好ましい。
【0085】
【表1】
【0086】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、グラニュラー膜の透過率と磁界センサ素子の出力のＳＮ比との関係を示すグラフである。グラフの横軸は印加された光の透過率（透過光強度と入射光強度との比）Ｔ（％）を、縦軸は磁界センサ装置（図１の信号処理部７０）の出力信号のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）を表す。縦軸の値は、上記の通り、比較例２のものを１とした相対値である。グラフ中の曲線ａ～ｌは、それぞれ、実施例１～１０及び比較例１，２と同じ条件で作製されたグラニュラー膜についての、透過率（すなわち、膜厚）に応じたＳ／Ｎ比の変化を示している。
【0087】
グラニュラー膜の膜厚が小さいほど、透過率は上がるがファラデー効果は小さくなり、逆に、膜厚が大きいほど、ファラデー効果は大きくなるが透過率は下がる。すなわち、ファラデー効果と透過率は反比例の関係にあり、どちらかが極端に大きくても小さくても好ましくない。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示したグラフから、どの成膜条件でも、透過率が概ね２０％以上かつ３０％以下の範囲内で、センサ出力のＳ／Ｎ比が最大化することが分かる。したがって、グラニュラー膜３０の膜厚は、透過率（光透過率）が２０以上かつ３０％以下になるように制御されていることが好ましい。
【符号の説明】
【0088】
１ 磁界センサ装置
１０，１０Ａ～１０Ｃ 磁界センサ素子
１９，２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２１Ｂ，２２Ｂ 光ファイバ
３０ グラニュラー膜
３１ 磁性体粒子
３２ 誘電体
４０ 反射膜
５０ 発光装置
６０ 受光装置
１０，１０Ａ～１０Ｃ 磁界センサ素子
１９，２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２１Ｂ，２２Ｂ 光ファイバ
３０ グラニュラー膜
３１ 磁性体粒子
３２ 誘電体
４０ 反射膜
５０ 発光装置
６０ 受光装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】