特許 7385210 磁界センサ素子及び磁界センサ装置

(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】2023-11-14

(45)【発行日】2023-11-22

(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 20060101AFI20231115BHJP

   H01F 1/44 20060101ALI20231115BHJP

   H01F 41/16 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

H01F1/44 120

H01F41/16

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019177949

(22)【出願日】2019-09-27

(65)【公開番号】P2021056047

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-07-05

(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】

【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

(72)【発明者】

【氏名】曽根原 誠

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１３８７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０８７００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２９６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／００４６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－００１５０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／０３２

Ｈ０１Ｆ １／４４

Ｈ０１Ｆ ４１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強磁性金属の微粒子が分散した誘電体で構成され、入射光を透過させ、前記入射光が透過する方向を長手方向とするそれぞれの幅及び高さがミクロンオーダの複数の柱状体に成形された磁性部材と、
前記磁性部材を透過した光を前記磁性部材に向けて反射する反射膜と、
前記入射光を前記磁性部材に出射するとともに、前記反射膜で反射し前記磁性部材を透過した戻り光が入射する光ファイバと、を有し、
前記複数の柱状体のそれぞれの幅が１μｍ以上かつ３μｍ以下であり、
前記複数の柱状体同士は互いに接触しておらず、
前記複数の柱状体同士の間隔の平均が１μｍ以上かつ３μｍ以下である、
ことを特徴とする磁界センサ素子。

【請求項2】

前記磁性部材は前記入射光を透過させる支持基板をさらに有し、
前記複数の柱状体は前記支持基板上に形成されている、請求項１に記載の磁界センサ素子。

【請求項3】

前記支持基板に格子状の凸部及び凹部が形成され、
前記複数の柱状体は前記凸部上及び前記凹部内に形成されている、請求項２に記載の磁界センサ素子。

【請求項4】

前記反射膜は前記凸部の上面及び前記凹部の底面に成膜され、
前記複数の柱状体は前記反射膜上に形成されている、請求項３に記載の磁界センサ素子。

【請求項5】

前記反射膜は、前記支持基板の前記複数の柱状体が形成された面とは反対側の面に成膜されている、請求項２又は３に記載の磁界センサ素子。

【請求項6】

前記複数の柱状体のそれぞれは、幅に対する高さの比が１以上かつ３以下である、
請求項１～５のいずれか一項に記載の磁界センサ素子。

【請求項7】

請求項１～６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入射させる発光装置と、
前記光ファイバから出射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】

磁界センサとしては、磁気抵抗効果を利用するものや磁気光学効果を利用するもの等、様々なものが提案されている。例えば、特許文献１には、強磁性金属微粒子がナノオーダで誘電体マトリックス中に分散したグラニュラー薄膜を有し、磁気光学効果（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が記載されている。磁気光学効果を利用するこうした磁界センサでは、磁界に対する感度を上げるために磁性体ヨークが配置されることが多い（例えば特許文献２を参照）。

【0003】

特許文献３には、アンテナ装置に用いられる高周波用磁性材料であって、基板と、基板上に形成され、長手方向が基板の表面に対して垂直方向を向いた複数の柱状体を形成する非晶質の磁性相と、柱状体の間隙を充填する絶縁体相とから成る複合磁性膜を具備するものが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１３８７７５号公報

【文献】特開２０１７－５９５９１号公報

【文献】特開２００９－５９９３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年では、ＭＨｚ以上の高周波計測が可能な磁界センサが求められている。特許文献１の磁界センサ素子は、強磁性共鳴周波数がＧＨｚ以上であることから、高周波計測の要求に応えることができる。しかしながら、そうした磁界センサ素子でも、感度を向上させるために透磁率が高い磁性体ヨークを配置すると、計測可能な周波数の上限がＭＨｚ程度になり、それ以上の高周波計測ができなくなってしまう。

【0006】

本発明は、磁性体ヨークがなくても外部磁界に対する感度が高く、ＧＨｚオーダの高周波計測が可能な磁界センサ素子及び磁界センサ装置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】

【0007】

強磁性金属の微粒子が分散した誘電体で構成され、入射光を透過させ、入射光が透過する方向を長手方向とするそれぞれの幅及び高さがミクロンオーダの複数の柱状体に成形された磁性部材と、磁性部材を透過した光を磁性部材に向けて反射する反射膜と、入射光を磁性部材に出射するとともに、反射膜で反射し磁性部材を透過した戻り光が入射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が提供される。

【0008】

磁性部材は入射光を透過させる支持基板をさらに有し、複数の柱状体は支持基板上に形成されていることが好ましい。支持基板に格子状の凸部及び凹部が形成され、複数の柱状体は凸部上及び凹部内に形成されていることが好ましい。反射膜は凸部の上面及び凹部の底面に成膜され、複数の柱状体は反射膜上に形成されていることが好ましい。反射膜は、支持基板の複数の柱状体が形成された面とは反対側の面に成膜されていることが好ましい。複数の柱状体のそれぞれの幅が１μｍ以上かつ３μｍ以下であり、複数の柱状体同士は互いに接触しておらず、複数の柱状体同士の間隔の平均が３μｍ以下であることが好ましい。複数の柱状体のそれぞれは、幅に対する高さの比が１以上かつ３以下であることが好ましい。

【0009】

上記のいずれかの磁界センサ素子と、光ファイバに入射光として直線偏光を入射させる発光装置と、光ファイバから出射された戻り光を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】

【0010】

上記の磁界センサ素子及び磁界センサ装置によれば、磁性体ヨークがなくても外部磁界に対する感度が高く、ＧＨｚオーダの高周波計測が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】磁界センサ装置１の全体構成図である。

【図2】磁性部材３０，３０’の模式的な平面図及び斜視図である。

【図3】信号処理部７０の例を示すブロック図である。

【図4】磁性部材の形状に応じた反磁界係数の違いを説明するための図である。

【図5】磁性部材３０’’の構造及び製造方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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を説明する。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。

【0013】

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、磁性部材３０と、反射膜４０とを有する。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、発光装置５０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を経由して磁性部材３０を透過し、反射膜４０で反射し、再び磁性部材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で反射されて受光装置６０に入射する。

【0014】

磁界の存在下では、直線偏光が磁性部材３０を透過する際に、ファラデー効果により偏光面がθ_１だけ回転する。その後、入射光が反射膜４０で反射して再度磁性部材３０を透過する際に、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θ_１よりも大きいθ_２になる。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、磁界センサ装置１は、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。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、磁界センサ装置１によりその電流値を測定することができる。

【0015】

光ファイバ２０の発光装置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、発光装置５０とは反対側の端面２７には磁性部材３０が固定されている。光ファイバ２０は、発光装置５０からの入射光を伝搬して磁性部材３０に出射するとともに、反射膜４０で反射し磁性部材３０を透過して入射した戻り光を受光装置６０まで伝搬する。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まま磁性部材３０に入射させ、反射膜４０からの戻り光を一定強度に保持したままハーフミラー５３に出射することができる。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。

【0016】

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、磁性部材３０の模式的な平面図及び斜視図である。磁性部材３０は、支持基板３１と、複数の柱状体３２とを有する。支持基板３１は、例えばシリコン又はガラス等の透明な材料の基板であり、光透過性を有し、光ファイバ２０からの入射光及び反射膜４０からの戻り光の透過方向に垂直に配置されている。

【0017】

柱状体３２は、光の透過方向を長手方向として、その方向に延びるように支持基板３１の光ファイバ２０側の面に形成されている。各柱状体３２の幅（直径）及び高さはミクロンオーダであり、各柱状体３２の幅の平均は１μｍ以上かつ３μｍ以下であることが好ましい。柱状体３２の高さはなるべく大きい方がよいが、大き過ぎると製造が困難になるため１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ程度がより好ましい。したがって、各柱状体３２の幅に対する高さの比（アスペクト比）は１以上かつ３以下であることが好ましい。柱状体３２同士は互いに離間していることが好ましく、柱状体３２同士の間隔も１μｍ以上かつ３μｍ以下であることが好ましい。図２（Ａ）では、図示の都合上、柱状体３２を４本しか記載していないが、実際には、直径１２５μｍの光ファイバ２０の断面を埋め尽くすように多数の柱状体３２が形成されている。

【0018】

磁性部材３０は、このように、光の透過方向にミクロンオーダの微細構造を有する。各柱状体３２は、図示した例では規則的（格子状）に配置されているが、支持基板３１上に不規則に配置されていてもよい。各柱状体３２の形状は、角柱に限らず円柱でもよいし、図２（Ｃ）に示す磁性部材３０’の柱状体３２’のように長手方向に沿って幅が変化するものでもよく、全体的な形状が柱体、錐台又は錐体であれば部分的に凹凸が形成されていてもよい。すべての柱状体３２が同じ形状である必要はなく、柱状体３２同士で形状又は大きさが異なっていてもよい。柱状体３２同士の間は、空気でもよいが、磁性部材３０は光ファイバ２０に固定されるので、接着剤で埋まっていてもよい。この場合、光が透過するように透明な接着剤が用いられる。

【0019】

各柱状体３２は、ナノオーダの強磁性金属の微粒子（以下、磁性体粒子という）が分散した誘電体で構成される。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、柱状体３２では、全体として、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、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。磁性体粒子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。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。柱状体３２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。

【0020】

誘電体としては、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。あるいは、誘電体として、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（ＺｒＯ_２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、三酸化二アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の酸化物を用いてもよい。誘電体と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、フッ化マグネシウムは透過率が高いので、特に好ましい。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、柱状体３２は光透過性を有する。

【0021】

磁性部材３０の柱状体３２は、例えば、磁性体粒子が分散した誘電体層を支持基板３１上に成膜し、それを熱インプリントすることで形成される。この誘電体薄膜のことを、以下では「グラニュラー薄膜」という。あるいは、その誘電体薄膜の上にさらにマスク層を形成し、それをフォトリソグラフィによりパターニングして、さらにエッチングすることで柱状体３２を形成してもよい。

【0022】

磁性部材３０は１個に限らず、複数個を積層させてもよい。例えば２個の磁性部材３０を積層させる場合には、一方の磁性部材３０の柱状体３２の上端を他方の磁性部材３０の支持基板３１の底面に接着させればよい。磁性部材３０を多層に重ねれば、磁性部材３０間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。

【0023】

反射膜４０は、図１及び図２（Ａ）に示すように、磁性部材３０の光ファイバ２０とは反対側の面に、すなわち、支持基板３１の柱状体３２が形成された面とは反対側の面に成膜されている。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を用いて磁性部材３０内で光を往復させることで、反射膜４０がない場合と比べてファラデー回転角が大きくなる。あるいは、柱状体３２を支持できる厚さの反射板を反射膜４０の代わりに用いれば、支持基板３１を省略し、柱状体３２を反射膜４０上に直接形成してもよい。

【0024】

発光装置５０は、図１に示すように、発光素子５１と、偏光子５２とを有し、光ファイバ２０に直線偏光を入射させる。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り、具体的には、ファブリペローレーザ、スーパールミネッセンスダイオード等であることが好ましい。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、ハーフミラー５３に出射される。

【0025】

ハーフミラー５３は、発光装置５０からの直線偏光を透過させて光ファイバ２０に入射させるとともに、磁界センサ素子１０からの戻り光を受光装置６０に向けて反射させる。直線偏光を光ファイバ２０に入射させ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もよい。

【0026】

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から出射された戻り光を受光する。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。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内の磁性部材３０と反射膜４０との間に配置してもよい。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。

【0027】

偏光分離素子６４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）であり、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。受光素子６６Ｓ，６６Ｐは例えばＰＩＮフォトダイオードであり、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。

【0028】

図３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。

【0029】

図４（Ａ）～図４（Ｃ）は、磁性部材の形状に応じた反磁界係数の違いを説明するための図である。図４（Ａ）は、反磁界係数の計算のモデルとなる楕円体を示す。図中の矢印ａ，ｂ，ｃは互いに直交しており、矢印ｂ，ｃの長さは互いに等しく、矢印ｂ，ｃを含むこの楕円体の切断面は円である。図４（Ｂ）は、楕円体について計算された反磁界係数の値を示す表である。記号ｒは、図４（Ａ）における矢印ｂ，ｃに対する矢印ａの長さの比（アスペクト比）であり、ｒ≪１の場合は薄膜に、ｒ＝１の場合は球体にそれぞれ相当し、ｒ≧１の場合は近似的に柱状体とみなすことができる。記号Ｎは、楕円体の矢印ａ方向の反磁界係数である。記号ＲはＮの逆数であり、Ｒの値は、薄膜の場合と比べて矢印ａ方向にどれだけ磁化し易いかを示している。図４（Ｃ）は、楕円体のアスペクト比ｒと矢印ａ方向の反磁界係数Ｎとの関係を示すグラフである。

【0030】

図４（Ｂ）の計算結果から分かるように、磁気光学特性を有するグラニュラー薄膜（ｒ≪１）は面内磁化膜であるので、その面内方向の反磁界係数は０（最小）であるが、厚さ方向（磁界センサ素子１０における光の透過方向）の反磁界係数は１（最大）である。すなわち、グラニュラー薄膜に外部磁界を掛けると、その面内方向には最も磁化し易いが、厚さ方向には最も磁化しにくい。このため、磁界センサ素子１０内でグラニュラー薄膜の厚さ方向に光を透過させると、磁界に対する感度が最も低い状態でグラニュラー薄膜を使用することになる。

【0031】

しかしながら、矢印ａ方向の反磁界係数Ｎはアスペクト比ｒが大きいほど小さくなるため、光の透過方向を長手方向とする複数の柱状体にグラニュラー薄膜を成形すれば、薄膜の場合と比べて光の透過方向の反磁界係数は小さくなり、その方向に磁化し易くなる（形状磁気異方性）。反磁界係数が小さくなれば外部磁界に対する磁化の変化量が大きくなり、磁化はファラデー回転角及び測定対象の電流に比例するので、磁界センサ装置１では、磁性部材３０を有することで、磁性体ヨークがなくても外部磁界に対する感度が高くなる。グラニュラー薄膜の強磁性共鳴周波数は１０ＧＨｚ程度であり、厚さ方向に異方性を付与してもその共鳴周波数が数ＧＨｚ程度に保たれるので、磁界センサ装置１によれば、ＧＨｚ程度の高周波まで計測可能になる。

【0032】

図５（Ａ）～図５（Ｅ）は、磁性部材３０’’の構造及び製造方法を説明するための図である。磁性部材３０’’は、上記の磁性部材３０と同じ材料で構成され、同様に光の透過方向にミクロンオーダの微細構造を有する部材であり、図５（Ａ）～図５（Ｄ）に示す工程により製造される。

【0033】

磁性部材３０’’を製造するには、まず、図５（Ａ）に示す支持基板３１の上にマスク層を形成し、それをフォトリソグラフィによりパターニングし、さらにＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）により加工することで、図５（Ｂ）に符号３１’で示すように、支持基板３１の上面に格子状の凹部３１Ｂを形成して、残りの部分を凸部３１Ａとする。凸部３１Ａは角柱であるが、それには限定されず、図５（Ｂ）に符号３１’’で示すように、円柱状の凸部３１Ｃを格子状に残し、それらの間を凹部３１Ｄとしてもよい。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）のＶＣ－ＶＣ線に沿った加工後の支持基板３１’，３１’’の縦断面図である。各凸部３１Ａ，３１Ｃの幅は１μｍ以上かつ３μｍ以下であり、凹部３１Ｂ，３１Ｄを挟んで隣り合う凸部３１Ａ，３１Ｃ同士の間隔も１μｍ以上かつ３μｍ以下であり、凹部３１Ｂ，３１Ｄの深さは３μｍ以上であることが好ましい。

【0034】

続いて、図５（Ｄ）に示すように、加工後の支持基板３１’又は３１’’の上面に反射膜４０’を成膜し、その上にさらにグラニュラー薄膜を３μｍ程度の厚さに成膜して柱状体３２’’を形成することで、磁性部材３０’’が完成する。さらに、図５（Ｅ）に示すように、磁性部材３０’’の上面側に透明な接着剤８０を塗布して光ファイバ２０の先端に固定することで、磁性部材３０’’を有する磁界センサ素子が完成する。

【0035】

磁性部材３０’’では、反射膜４０’は凸部３１Ａ又は３１Ｃの上面と、凹部３１Ｂ又は３１Ｄの底面とに成膜され、柱状体３２’’は、それらの凸部上及び凹部内における反射膜４０’上に形成されている。図５（Ｄ）に示すように、凸部３１Ａ又は３１Ｃ上の柱状体３２’’の下端と凹部３１Ｂ又は３１Ｄ内の柱状体３２’’の上端とは互いに接触していないことが好ましい。これは、成膜を続けて柱状体３２’’同士がひとつながりになると、光の透過方向に垂直な方向に広がった普通の薄膜と実質的に同じになってしまい、光の透過方向の反磁界係数が減少する効果が得られないためである。柱状体３２’’は成膜により形成されるため、上面側が丸みを帯びた形状になると考えられるが、上記の柱状体３２と同様に、幅に対する高さの比が１以上かつ３以下であることが好ましい。

【0036】

図５（Ｂ）の支持基板３１’’のように円柱状の凸部３１Ｃを設ける場合には、凸部３１Ｃ上の柱状体３２’’同士が互いに接触しないように、凸部３１Ｃ同士も互いに離れていることが好ましい。この場合、図５（Ｂ）の支持基板３１’の場合とは異なり、凸部３１Ｃ間で凹部３１Ｄがつながるため、成膜すると、凹部３１Ｄ内では柱状体ができず、支持基板３１’’の面方向に広がった薄膜になることが考えられる。この場合、光の透過方向の微細構造になるのは柱状体３２’’のうちで凸部３１Ｃ上に形成されたもののみとなり、図２（Ｂ）の磁性部材３０よりは性能が低下する可能性がある。しかしながら、この場合の磁性部材３０’’でも、凹部３１Ｄ内よりも凸部３１Ｃ上の方が成膜時に材料が堆積し易く、凸部３１Ｃ上には柱状体３２’’が形成されるため、単なるグラニュラー薄膜と比べれば光の透過方向に磁化し易くなる。

【0037】

磁性部材３０’’を有する磁界センサ装置でも、磁性体ヨークがなくても外部磁界に対する感度が高くなり、ＧＨｚオーダの高周波計測が可能になる。図５（Ｄ）に示した例とは異なり、支持基板３１’，３１’’の上面側ではなく底面に反射膜を成膜し、支持基板３１’，３１’’の上面に直接柱状体３２’’を形成してもよい。しかしながら、光ファイバ２０からの光を光ファイバ２０に戻すためには光路長が短い方がよく、図５（Ｄ）に示すように支持基板３１’，３１’’の上面側に反射膜４０’を形成する方が光路長が短くなるため、より好ましい。

【符号の説明】

【0038】

１ 磁界センサ装置
１０ 磁界センサ素子
２０ 光ファイバ
３０，３０’，３０’’ 磁性部材
４０，４０’ 反射膜
５０ 発光装置
６０ 受光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】